Физиология пищеварения и обмена веществ

Пища состоит из множества пищевых веществ, представляющих собой сложные биохимические соединения. Чтобы они попали во внутреннюю среду организма и использовались как источники энергии или материал для образования и обновления тканей и органов, пища должна быть расщеплена на простые компоненты. Только простые вещества, растворенные в воде или жире, попадут в кровь.

Проникновение пищевых веществ из пищеварительного тракта через стенку кишечника в кровь называется всасыванием. Биохимические превращения элементов клеток и тканей в организме (в том числе сопровождаемые выделением энергии) называют обменом веществ. В целом эти три этапа – переваривание, всасывание и обмен веществ – составляют процесс усвоения пищи.

Пищеварительная система человека. Пищеварительный (желудочно-кишечный) тракт – это группа органов, в которых происходят расщепление, подготовка к всасыванию и непосредственно всасывание пищевых веществ, а также удаление непереваренных остатков пищи в виде кала. Желудочно-кишечный тракт представляет собой мышечную трубку, выстланную клетками пищеварительного эпителия, начинающуюся во рту и заканчивающуюся задним проходом.

Клетки эпителия вырабатывают пищеварительные ферменты и слюну (во рту) или слизь, смачивающие пищу и способствующие ее продвижению по тракту. К пищеварительной системе относятся также слюнные железы, печень и поджелудочная железа. Гладкая мускулатура пищеварительного тракта смешивает пищу с ферментами и передвигает пищевой комок в следующие отделы. Это движение мускулатуры кишечника называют перистальтикой.

Сложные пищевые вещества расщепляются ферментами-гидролазами, выделяющимися в полость пищеварительного тракта в определенных его участках. Белки расщепляются протеазами, жиры – липазами, сложные углеводы – амилазами. Конечные продуктами пищеварения, которые всасываются в кровь, это простые сахара, аминокислоты, жирные кислоты и глицерин. Витамины, макро- и микроэлементы в пищеварительной системе могут освобождаться из связанного состояния, в котором они часто находятся в пищевых продуктах, но сами молекулы не расщепляются.

Пищеварение в ротовой полости. Пищеварение начинается с разжевывания пищи. При жевании пища размельчается, перемешивается и смачивается слюной. Выделение слюны резко увеличивается при попадании пищи в рот и ее жевании. За день человек может вырабатывать до 1,5 л слюны. Слюнные железы расположены под языком (подъязычные железы), ниже ушной раковины (околоушные железы), а также в других частях слизистой оболочки рта.

В слюне некоторые пищевые вещества растворяются, и начинает проявляться их вкус. В слюне содержится фермент амилаза, которая расщепляет крахмал до простых сахаров. Действие легко проследить, если жевать хлеб в течение 1 минуты – ощущается сладкий вкус. Белки и жиры не расщепляются во рту. Разжеванная и смоченная слюной пища легко проглатывается и проходит через пищевод в желудок. При глотании в спешке пища может случайно попасть не в пищевод, а в дыхательные пути (в трахею) и закрыть их. Это называется подавиться (поперхнуться) пищей, при этом человек не может вздохнуть и издать звук.

Пищеварение в желудке. Желудок – самая широкая часть пищеварительного тракта, он способен увеличиваться в размерах и вмещать большое количество пищи – целый обед из 5 блюд! Как и весь пищеварительный тракт, желудок имеет сильную мускулатуру. Благодаря ритмическому сокращению мышц стенок желудка пища тщательно смешивается кислым желудочным соком. В желудке пища задерживается для переваривания на продолжительное время от 2 до 6 часов.

В нижней части желудок имеет сужение, которое может закрываться. Благодаря этому не вся пища сразу попадает в тонкий кишечник. Перемешанная с желудочным соком и частично переваренная пища небольшими порциями, через определенные промежутки времени проталкивается из желудка в тонкий кишечник, точнее в его верхнюю часть – двенадцатиперстную кишку.

Пищеварение в тонком кишечнике. Тонкий кишечник – это компактно уложенная в полости живота трубка длиной 5 – 6 метров. Здесь процессы пищеварения происходят наиболее активно. Медленно передвигаясь по длинному тонкому кишечнику, пищевой комок подвергается последовательному воздействию пищеварительных ферментов сока поджелудочной железы и гидролаз, выделяемых клетками самого кишечника. Тонкий кишечник имеет три переходящих друг в друга отдела – двенадцатиперстную, тощую и подвздошную кишки. В двенадцатиперстную кишку выделяется желчь, которая образуется в печени и запасается в желчном пузыре.

Желчь не содержит пищеварительных ферментов, но она необходима для растворения и всасывания жиров и жирорастворимых витаминов. При недостаточной выработке желчи или ее выделении в кишечник нарушаются переваривание и всасывание жиров, и увеличивается их выделение в неизмененном виде с калом.

Окончательное переваривание углеводов, остатков белков и жиров происходит в тощей и подвздошной кишках при помощи ферментов, которые вырабатываются клетками слизистой оболочки самой кишки – энтероцитами. Слизистая оболочка кишечника имеет выросты – ворсинки. Благодаря ворсинкам площадь слизистой оболочки тонкого кишечника становиться очень большой. В тонком отделе кишечника пищевой ком подвергается активному воздействию ферментов.

Тонкий кишечник населяют микроорганизмы представители постоянной (облигатной) полезной микрофлоры. Ферменты, вырабатываемые бактериями, также участвуют в расщеплении питательных компонентов. Пищеварение в толстом кишечнике. Непереваренные остатки пищи из тонкого кишечника попадают в толстую кишку. Длина толстого кишечника у взрослого человека в среднем 1,5 – 4 м. Он состоит из трех частей – слепой, ободочной и прямой кишки. Основное предназначение толстого кишечника – всасывание воды и образование кала.

Кал состоит из слущенных клеток эпителия кишечника, остатков пищи и кишечной микрофлоры. Толстую кишку населяет огромное количество различных бактерий, но это безвредные, необходимые нам микроорганизмы. Бактерии толстого кишечника образуют небольшое количество витаминов группы В и К. Под влиянием микрофлоры частично разрушаются сложные углеводы (пищевые волокна), не расщепленные ферментами предыдущих отделов кишечника. При этом образуются газы, которые могут вызывать дискомфорт в животе.

После того, как с остатками пищи «поработают» бактерии, образуется кал, выделяемый через прямую кишку и задний проход. Так завершается процесс пищеварения. Всасывание пищевых веществ. Всасывание – это прохождение пищевых веществ из полости пищеварительной трубки внутрь клеток кишечного эпителия, а затем в кровь. Всасывание начинается в ротовой полости и желудке, но в этих отделах оно очень незначительно. Более 90% веществ, образующихся при переваривании белков, жиров и углеводов, всасывается в тонком кишечнике. И только небольшая их часть выделяется с калом, не успев расщепиться и всосаться в тонком кишечнике.

Благодаря большой длине и наличию ворсинок тонкий кишечник имеет огромную всасывающую поверхность. Также полностью всасываются витамины и ряд минеральных веществ (натрий, калий, хлор). Но есть минеральные элементы (железо, цинк, медь, кальций), которые всасываются очень плохо. Водорастворимые компоненты пищи всасываются в растворенном виде. Для всасывания жирорастворимых веществ, в частности, жирорастворимых витаминов, необходимо присутствие в кишечнике жиров и желчи.

Обмен веществ (метаболизм). Всосавшиеся в кровь простые пищевые вещества (аминокислоты, жирные кислоты, глюкоза и другие простые сахара), витамины, минералы распределяются по органам и тканям, где подвергаются биохимическим превращениям. Совокупность таких превращений называется обменом веществ, или метаболизмом. Метаболизм аминокислот, сахаров и жирных кислот может идти в двух направлениях. Во-первых, они окисляются для получения энергии с выделением диоксида углерода и воды – процесс катаболизма, иначе – распад молекул.

В другом случае простые вещества используются как строительный материал для построения более сложных молекул и клеток, а также откладываются про запас. Такое превращение пищевых веществ называется анаболизмом. В обоих процессах обязательно участвуют витамины и минеральные вещества, которые регулируют биохимические реакции катаболизма и анаболизма.

При недоедании, напротив, преобладают реакции катаболизма, человек начинает худеть и имеющиеся запасы пищевых веществ расходуются на получение энергии. При длительном голодании чтобы восполнить часть энергии, которую организм недополучает с пищей, подвергаются распаду собственные молекулы организма, входящие в состав клеток. Нарушение равновесия между катаболизмом и анаболизмом – обычно признак неправильного питания.

Надо иметь в виду, что рост ребенка и подростка означает преобладание анаболизма над катаболизмом, ибо рост – это прибавление новых молекул и клеток или увеличение размера клеток. Всякий рост, или анаболизм должен быть обеспечен поступлением с пищей необходимого количества пищевых веществ и энергии. Преобладание реакции катаболизма наблюдается при повышении температуры тела, травмах и ожогах, хирургических операциях, т.е. при заболеваниях, когда распад тканей преобладает над образованием новых молекул и клеток.

Вся необходимая энергия поступает исключительно с пищей. Из биохимии известно, что белки, жиры и углеводы расщепляются в организме до мономеров, последние используются для синтеза жизненно необходимых соединений или дают, в конечном счете, энергию в форме АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), углекислый газ и воду. Известно, что при поступлении 1 г белка пищи выделяется 4 ккал, жира – 9 ккал, углеводов – 4 ккал. Следовательно, зная, сколько в рационе белков, жиров и углеводов легко можно рассчитать его энергетическую ценность.

Энергию, полученную с пищей организм человека, расходует по трем направлениям: основной обмен, процессы утилизации, мышечная деятельность. Основной обмен рассчитывают на «стандартных» мужчину (возраст 30 лет, масса тела 65 кг) и женщину (возраст 30 лет, масса тела 55 кг). У «стандартного» мужчины энергетические затраты на основной обмен составляют 1600 ккал, у «стандартной» женщины – 1400 ккал. Основной обмен рассчитывают на 1 кг массы тела, учитывая, что в 1 час расходуется 1 ккал. У детей основной обмен в 1,3…1,5 раза выше, чем у взрослых. На распад и утилизацию пищевых веществ организмом затрачивается определенное количество АТФ. Переваривание белков увеличивает основной обмен на 30…40%, жиров на 4…14%, углеводов – 4…7%.

Обобщая вышеизложенное, для работников умственного труда среднесуточный расход энергии у мужчин – 2550…2800 ккал, у женщин – 2200…2400 ккал. Для работников тяжелого физического труда 3900…4000 ккал. Энергетическая ценность рациона должна обеспечивать компенсацию энергозатрат организма. Если суточная калорийность пищи превышает энергозатраты на 300 ккал (100 г сдобной булочки), то накопление резервного жира может увеличиваться в день на 15…30 г, что в год составляет 5…10 кг.

Аппетит и голод. Человек начинает принимать пищу, как правило, по двум побудительным мотивам: первый – чувство голода, второй – аппетит. Чувство голода – это инстинктивный защитный механизм, заставляющий человека искать восполнения затрат энергии путем приема любой пищи, обладающей калорийностью. Аппетит – это желание съесть что-нибудь особенное, что хочется в данный момент. Аппетит характеризуется чувством частичного голода, но это скорее вкусовой голод, а не обусловленный необходимостью восполнения затрат энергии.

Различие между голодом и аппетитом можно показать на следующем примере. Вы были голодны и съели котлету, утолив сильный голод. После этого у вас появился аппетит и Вы съели еще две котлеты не потому что голодны, а потому что котлеты оказались вкусными (и аппетитными). Еще аппетит можно выразить изречением: «Глазами можно съесть больше, чем желудком». На чувстве аппетита спекулирует реклама, возбуждающая интерес (и аппетит) к рекламируемому продукту. Существует несколько теорий, объясняющих возникновение чувства голода и насыщения.

Согласно глюкостатической теории, чувство голода и насыщения возникает как реакция на изменения концентрации глюкозы в крови, притекающей к гипоталамической области головного мозга. Прием пищи сопровождается повышением уровня глюкозы, и гипоталамус посылает в кору головного мозга импульсы, сигнализирующие о насыщении и необходимости прекращения потребления пищи. В период голода концентрация глюкозы в крови снижается, передаются импульсы о необходимости поиска и приема пищи.

Слизистая оболочка языка, желудка, кишечника, клетки печени также содержат рецепторы, реагирующие на уровень глюкозы. Отсутствие пищи в желудке приводит к усилению сокращения его стенок и могут даже возникать «голодные» боли. Снижение концентрации глюкозы в крови и опустение желудка начинает ощущаться примерно через 4 часа после приема пищи. Такой 4-х часовой цикл появления признаков голода привел к общепринятому четырехразовому режиму питания: завтрак, обед, полдник, и ужин.

Согласно другим теориям, потребление пищи регулируется уровнем жира в теле. Количество потребляемой пищи снижается или повышается до тех пор, пока величина жира в теле не достигает определенного, физиологически желаемого уровня. Нарушения регуляции потребления пищи играет некоторую роль и при ожирении. Предполагается, что организм человека, склонного к ожирению, не способен адекватно реагировать на изменения как общего количества жира в организме, так и степени заполнения жировых клеток. На чувство голода и аппетита влияет окружающая среда.

Быстрее, возникает чувство голода в холодную погоду, причем хочется съесть более калорийные и горячие блюда – мясные блюда с соусом, наваристые супы. И это не случайно: в холодное время требуется больше калорий для согревания тела. Когда тепло, нас больше привлекают салаты, фрукты, бутерброды. Физическая нагрузка вызывает более быстрое возникновение чувства голода. Люди, регулярно занимающиеся спортом или работающие физически, плохим аппетитом не страдают. Чувство голода, появляющееся сразу после физической активности, восполняет с пищей то количество энергии, которое затрачено на работу. Но занятие спортом и физическая работа не сопровождаются перееданием и накоплением жира, т.е. ожирением.

Четыре основных вкуса. Вкус – это способность воспринимать и оценивать особенности пищи и напитков. Представление о вкусе пищи возникает благодаря вкусовым сосочкам, расположенным на слизистой оболочке языка. Вкусовые сосочки – это группа клеток, которая находится на закрепленной, на языке ножке. Свободно выступая над поверхностью слизистой языка. Как антенна. Химические вещества соединяются с рецепторами вкусовых сосочков, и возникает специфический для данного вкуса электрохимический импульс, который по нервным волокнам идет в головной мозг, где рождается восприятие вкуса. Различают четыре основных вкуса: горький, соленый, кислый, сладкий.

Продукты могут маскировать или усиливать вкус друг друга. Если принять что-нибудь кислое, например, с кусочком хлеба, то кислый вкус будет слегка замаскирован хлебом. Если после сладкого принять кислое, то в начале, оно покажется более кислым. Что же такое хороший вкус пищи? Большинство людей, как впрочем, и животных, предпочитает сладкое и соленое, избегает горькое (по крайней мере, при первой пробе). Такое предпочтение сложилось в процессе эволюции животного мира и человека: обладающий сладким вкусом сахар и жирная пища – высококалорийные, богатые источники энергии; соль как источник минеральных элементов тоже необходима для жизнедеятельности.

С другой стороны, горький вкус характерен для большинства токсичной (ядовитой) и, как правило, испорченной пищи. Отвращение к горькому вкусу – защитный механизм, позволяющий избежать отравления токсичными растениями или другой вредной пищей. Но современная наука о питании обнаружила множество доказательств, что вкусная пищи (сладкая, соленая и жирная) не всегда полезна для здоровья, так как часто способствует избыточному потреблению энергии и перееданию.

Непереносимость пищи. Кроме вкусовых пристрастий или отказа от определенных продуктов существует непереносимость пищи, т.е. невозможность для отдельных людей употреблять ряд продуктов. Непереносимость пищи – это воспроизводимая (повторяющаяся) болезненная реакция на специфические виды пищевых продуктов или их компоненты, которая имеется у одних людей и не наблюдается у других. Непереносимость не связана с психологическими причинами отказа от определенных продуктов, которые вызывают неприятные воспоминания. Не следует путать это понятие с пищевыми отравлениями, вызываемые, микробами или токсическими компонентами, загрязняющими пищу.

К типичным проявлениям непереносимости пищи относятся:

• кожные реакции в виде экземы или крапивницы, сопровождающиеся зудом;
• аллергический насморк;
• возбуждение;
• сильная головная боль;
• боли и другие неприятные ощущения в животе;
• приступы астмы при сильно выраженной аллергической реакции.

Реакции непереносимости могут быть столь болезненными, что человек никогда в жизни даже не прикоснется к такой пищи. Непереносимость чаще встречается у детей и с возрастом, как правило, ослабевает. Наиболее часто аллергические реакции вызывают клубника, цитрусовые, конфеты, шоколад, яйца, рыба. Существует наследственная предрасположенность к аллергии.

Отсутствие ферментов, как правило, обусловлено генетическими дефектами их образования. Реакции, связанные с дефицитом ферментов проявляются к определенному компоненту пищи. В частности, лактазная недостаточность внешне выглядит как реакция непереносимости молока, но это реакция на лактозу. Удаление лактозы из молока устраняет проявление его непереносимости. Непереносимость пищи избежать можно только исключив из рациона продукт или компонент, вызывающий реакцию.