Nb! Переваривание углеводов начинается в ротовой полости. Начинают расщепляться под воздействием ферментов слюнных желез. Как происходит расщепление пищи в ротовой полости человека: ферменты слюны и этапы переваривания. Характеристика слюнных желез В рото

Всасыванию в кишечнике подвергаются только моносахариды: глюкоза, галактоза, фруктоза. Поэтому олиго- и полисахариды, поступающие в организм с пищей, должны гидролизоваться ферментными системами с образованием моносахаридов. На рис. 5.11 схематично изображена локализация ферментативных систем, участвующих в переваривании углеводов, которое начинается в ротовой полости с действия ротовой -амилазы и далее продолжается в разных отделах кишечника с помощью панкреатической -амилазы, сахаразо-изомальтазного, гликоамилазного, -гликозидазного (лактазного), трегалазного комплексов.

Рис. 5.11. Схема локализации ферментных систем переваривания углеводов

5.2.1. Переваривание углеводов с помощью ротовой и панкреатической  -амилаз ( -1,4-гликозидаз). Поступившие с пищей полисахариды, а именно крахмал (состоит из линейного полисахарида амилозы, в которой глюкозильные остатки связаны -1,4-глико-зидными связями, и амилопектина, разветвленного полисахарида, где обнаруживаются также и -1,6-гликозидные связи), начинают гидролизоваться уже в ротовой полости после смачивания слюной, содержащей гидролитический фермент -амилазу (-1,4-гликози-дазу) (К.Ф. 3.2.1.1), расщепляющую в крахмале 1,4-гликозидные связи, но не действующую на 1,6-гликозидные связи.

Кроме того, время контакта фермента с крахмалом в ротовой полости мало, поэтому крахмал переваривается частично, образуя крупные фрагменты  декстрины и немного дисахарида мальтозы. Дисахариды не подвергаются гидролизу под действием амилазы слюны.

При попадании в желудок в кислой среде амилаза слюны ингибируется, процесс переваривания может происходить только внутри пищевого кома, где активность амилазы может сохраняться на некоторое время, пока рН во всем куске не станет кислым. В желудочном соке отсутствуют ферменты, расщепляющие углеводы, возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Основным местом гидролиза олиго- и полисахаридов является тонкий кишечник, в разных отделах которого секретируются определенные гликозидазы.

В двенадцатиперстной кишке содержимое желудка нейтрализуется секретом поджелудочной железы, содержащим бикарбонаты НСО 3  и имеющим рН 7,58,0. В секрете поджелудочной железы обнаруживается панкреатическая амилаза, которая гидролизует -1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах с образованием дисахаридов мальтозы (в этом углеводе два остатка глюкозы связаны -1,4-гликозидной связью) и изомальтозы (в этом углеводе два остатка глюкозы, находящихся в местах разветвления в молекуле крахмала и связанных -1,6-гликозидными связями). Образуются также олигосахариды с содержанием 810 остатков глюкозы, связанных как -1,4-гликозидными, так и -1,6-гликозидными связями.

Обе амилазы являются эндогликозидазами. Панкреатическая амилаза также не гидролизует -1,6-гликозидные связи в крахмале и -1,4-гликозидные связи, которыми остатки глюкозы соединены в молекуле целлюлозы.

Целлюлоза проходит через кишечник неизмененной и служит балластным веществом, придавая пище объем и способствуя процессу пищеварения. В толстом кишечнике под действием бактериальной микрофлоры целлюлоза может частично гидролизоваться с образованием спиртов, органических кислот и СО 2 , которые могут выступать в качестве стимуляторов перистальтики кишечника.

Образовавшиеся в верхних отделах кишечника мальтоза, изомальтоза и триозосахариды далее подвергаются гидролизу в тонком кишечнике под действием специфических гликозидаз. Дисахариды пищи, сахароза и лактоза, также гидролизуются специфическими дисахаридазами тонкого кишечника.

В просвете кишечника активность олиго- и дисахаридаз низкая, но большинство ферментов связано с поверхностью эпителиальных клеток, которые в кишечнике расположены на пальцеобразных выростах  ворсинках и сами, в свою очередь, покрыты микроворсинками, все эти клетки образуют щеточную каемку, увеличивающую поверхность контакта гидролитических ферментов с их субстратами.

Расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах, ферменты (дисахаридазы) сгруппированы в ферментные комплексы, располагающиеся на наружней поверхности цитоплазматической мембраны энтероцитов: сахаразо-изомальтазный, гликоамилазный, -гликози- дазный.

5.2.2. Сахаразо-изомальтазный комплекс. Этот комплекс состоит из двух полипептидных цепей и прикрепляется к поверхности энтероцита с помощью трансмембранного гидрофобного домена, расположенного в N-концевой части полипептида. Сахаразо-изомальтазный комплекс (К.Ф. 3.2.1.48 и 3.2.1.10) расщепляет -1,2- и -1,6-гликозидные связи в сахарозе и изомальтозе.

Оба фермента комплекса способны гидролизовать также и -1,4-гликозидные связи в мальтозе и мальтотриозе (трисахарид, содержащий три остатка глюкозы и образующийся при гидролизе крахмала).

Хотя комплекс обладает довольно высокой мальтазной активностью, гидролизуя 80 % мальтозы, образующейся при переваривании олиго- и полисахаридов, основной его специфичностью является все же гидролиз сахарозы и изомальтозы, скорость гидролиза гликозидных связей в которых больше, чем скорость гидролиза связей в мальтозе и мальтотриозе. При этом сахаразная субъединица представляет собой единственный фермент кишечника, гидролизующий сахарозу. Комплекс локализован в основном в тощей кишке, в проксимальной и дистальной частях кишечника содержание сахаразо-изомальтазного комплекса незначительно.

5.2.3. Гликоамилазный комплекс. Этот комплекс (К.Ф. 3.2.1.3 и 3.2.1.20) гидролизует -1,4-гликозидные связи между остатками глюкозы в олигосахаридах. Аминокислотная последовательность гликоамилазного комплекса имеет 60 %-ю гомологию с последовательностью сахаразо-изомальтазного комплекса. Оба комплекса относятся к семейству 31 гликозилгидролаз. Являясь экзогликозидазой, фермент действует с восстанавливающего конца, может расщеплять также и мальтозу, выступая в этой реакции в качестве мальтазы (при этом гликоамилазный комплекс гидролизует оставшиеся 20 % образовавшейся при переваривании олиго- и полисахаридов мальтозы). В состав комплекса входят две каталитические субъединицы, имеющие небольшие отличия в субстратной специфичности. Наибольшую активность комплекс проявляет в нижних отделах тонкого кишечника.

5.2.4.  -Гликозидазный комплекс (лактаза). Этот ферментный комплекс осуществляет гидролиз -1,4-гликозидных связей между галактозой и глюкозой в лактозе.

Гликопротеин связан с щеточной каемкой и неравномерно распределен по всему тонкому кишечнику. С возрастом активность лактазы падает: она максимальна у младенцев, у взрослых составляет менее 10 % от уровня активности фермента, выделенного у детей.

5.2.5. Трегалаза . Этот фермент (К.Ф. 3.2.1.28) представляет собой гликозидазный комплекс, гидролизующий связи между мономерами в трегалозе, дисахариде, обнаруженном в грибах и состоящем из двух глюкозильных остатков, связанных гликозидной связью между первыми аномерными атомами углерода.

Из углеводов пищи в результате действия гликозилгидролаз образуются моносахариды: в большом количестве глюкоза, фруктоза, галактоза, в меньшей степени  манноза, ксилоза, арабиноза, которые всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок и транспортируются через мембраны этих клеток с помощью специальных механизмов.

5.2.6. Транспорт моносахаридов через мембраны эпителиальных клеток кишечника. Перенос моносахаридов в клетки слизистой кишечника может осуществляться путем облегченной диффузии и активного транспорта. В случае активного транспорта глюкоза переносится через мембрану вместе с ионом Na + одним белком-переносчиком, причем эти вещества взаимодействуют с разными участками данного белка (рис. 5.12). Ион Na + поступает в клетку по градиенту концентрации, а глюкоза  против градиента концентрации (вторично-активный транспорт), поэтому чем больше градиент , тем больше перенесется в энтероциты глюкозы. При снижении концентрации Na + во внеклеточной жидкости уменьшается поступление глюкозы. Градиент концентраций Na + , лежащий в основе активного симпорта, обеспечивается действием Na + , К + -АТРазы, которая работает как насос, выкачивающий из клетки Na + в обмен на ион К + . Таким же образом по механизму вторично-активного транспорта в энтероциты поступает галактоза.

Рис. 5.12. Поступление моносахаридов в энтероциты. SGLT1  натрий-зависимый транспортер глюкозы/галактозы в мембране эпителиальных клеток; Na + , K + -АТРаза на базолатеральной мембране создает градиент концентраций ионов натрия и калия, необходимый для функционирования SGLT1. GLUT5 транспортирует через мембрану внутрь клетки преимущественно фруктозу. GLUT2 на базолатеральной мембране осуществляет транспорт глюкозы, галактозы и фруктозы из клетки (согласно )

Благодаря активному транспорту энтероциты могут поглощать глюкозу при ее низкой концентрации в просвете кишечника. При высокой концентрации глюкозы она поступает в клетки путем облегченной диффузии с помощью специальных белков-переносчиков (транспортеров). Таким же образом переносится внутрь эпителиальных клеток фруктоза.

В кровеносные сосуды моносахариды поступают из энтероцитов в основном с помощью облегченной диффузии. Половина глюкозы через капилляры ворсинок по воротной вене транспортируется в печень, половина доставляется кровью к клеткам других тканей.

5.2.7. Транспорт глюкозы из крови в клетки. Поступление глюкозы из крови в клетки осуществляется путем облегченной диффузии, т. е. скорость транспорта глюкозы определяется градиентом ее концентраций по обе стороны мембраны. В клетках мышц и жировой ткани облегченная диффузия регулируется гормоном поджелудочной железы  инсулином. В отсутствие инсулина мембрана клеток не содержит транспортеров глюкозы. Белок-переносчик (транспортер) глюкозы из эритроцитов (GLUT1), как видно из рис. 5.13, представляет собой трансмембранный белок, состоящий из 492 аминокислотных остатков и имеющий доменную структуру. Полярные аминокислотные остатки располагаются по обе стороны мембраны, гидрофобные локализованы в мембране, пересекая ее несколько раз. На внешней стороне мембраны есть участок связывания глюкозы. При связывании глюкозы изменяется конформация переносчика, и участок связывания моносахарида оказывается открытым внутрь клетки. Глюкоза переходит внутрь клетки, отделяясь от белка-переносчика.

5.2.7.1. Транспортеры глюкозы: ГЛЮТ 1, 2, 3, 4, 5. Во всех тканях обнаружены транспортеры глюкозы, которых существует несколько разновидностей, получивших нумерацию в порядке их обнаружения. Описано пять видов ГЛЮТ, имеющих сходную первичную структуру и доменную организацию.

ГЛЮТ 1, локализованный в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике, эритроцитах, осуществляет поступление глюкозы в мозг.

ГЛЮТ 2 переносит глюкозу из органов, выделяющих ее в кровь: энтероцитов, печени, транспортирует в -клетки островков Лангерханса поджелудочной железы.

ГЛЮТ 3 обнаружен во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки, обеспечивает приток глюкозы к клеткам нервной ткани.

ГЛЮТ 4 переносит глюкозу в клетки мышц (скелетных и сердечных) и жировой ткани, является инсулинзависимым.

ГЛЮТ 5 обнаружен в клетках тонкого кишечника, возможно, переносит и фруктозу.

Все переносчики могут располагаться как в цитоплазматических

Рис. 5.13. Структура белка-переносчика (транспортера) глюкозы из эритроцитов (ГЛЮТ1) (согласно )

везикулах клеток, так и в плазматической мембране. В отсутствие инсулина ГЛЮТ 4 располагается только внутри клетки. Под влиянием инсулина везикулы переносятся к плазматической мембране, сливаются с ней и ГЛЮТ 4 встраивается в мембрану, после этого транспортер осуществляет облегченную диффузию глюкозы в клетку. После снижения концентрации инсулина в крови транспортеры снова возвращаются в цитоплазму и транспорт глюкозы в клетку прекращается.

В работе транспортеров глюкозы выявлены различные нарушения. При наследственном дефекте белков-переносчиков развивается инсулинонезависимый сахарный диабет. Кроме дефектов белка, встречаются и другие нарушения, обусловленные: 1) дефектом передачи сигнала инсулина о перемещении транспортера к мембране, 2) дефектом перемещения транспортера, 3) дефектом включения белка в мембрану, 4) нарушением отшнуровывания от мембраны.

5.2.8. Инсулин. Это соединение является гормоном, секретируемым -клетками островков Лангерханса поджелудочной железы. Инсулин представляет собой полипептид, состоящий из двух полипептидных цепей: одна содержит 21 аминокислотный остаток (цепь А), другая  30 аминокислотных остатков (цепь В). Цепи соединены между собой двумя дисульфидными связями: А7В7, А20В19. Внутри А-цепи есть внутримолекулярная дисульфидная связь между шестым и одиннадцатым остатками. Гормон может существовать в двух конформациях: Т и R (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Пространственная структура мономерной формы инсулина: а  инсулин свиньи, Т-конформация, б  инсулин человека, R-конформа- ция (А-цепь изображена красным цветом, В-цепь  желтым ) (согласно )

Гормон может существовать в виде мономера, димера и гексамера. В гексамерной форме инсулин стабилизируется ионом цинка, образующего координационные связи с His10 В-цепи всех шести субъединиц (рис. 5.15).

Инсулины млекопитающих имеют большую гомологию по первичной структуре с инсулином человека: так, в инсулине свиньи только одна замена  вместо треонина на карбоксильном конце В-цепи стоит аланин, в инсулине быка три других аминокислотных остатка в сравнении с инсулином человека. Наиболее часто замены встречаются в положениях 8, 9 и 10 цепи А, но они не оказывают существенного влияния на биологическую активность гормона.

Замены аминокислотных остатков в положениях дисульфидных связей, гидрофобных остатков в С- и N-концевых участках А-цепи и в С-концевых участках В-цепи встречаются очень редко, что свидетельствует о значимости этих участков в проявлении биологической активности инсулина. В формировании активного центра гормона принимают участие остатки Phe24 и Phe25 В-цепи и С- и N-конце- вые остатки А-цепи.

Рис. 5.15. Пространственная структура гексамера инсулина (R 6) (согласно )

5.2.8.1. Биосинтез инсулина. Инсулин синтезируется в виде предшественника  препроинсулина, содержащего 110 аминокислотных остатков, на полирибосомах в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. Биосинтез начинается с образования сигнального пептида, который проникает в просвет эндоплазматического ретикулума и направляет движение растущего полипептида. В конце синтеза сигнальный пептид длиной в 24 аминокислотных остатка отщепляется от препроинсулина с образованием проинсулина, который содержит 86 аминокислотных остатков и переносится в аппарат Гольджи, где в цистернах происходит дальнейшее созревание инсулина. Пространственная структура проинсулина представлена на рис. 5.16.

В процессе длительного созревания под действием сериновых эндопептидаз РС2 и РС1/3 происходит расщепление сначала пептидной связи между Arg64 и Lys65, потом гидролиз пептидной связи, образованной Arg31 и Arg32, с отщеплением С-пептида, состоящего из 31 аминокислотного остатка. Превращение проинсулина в инсулин, содержащий 51 аминокислотный остаток, заканчивается гидролизом остатков аргинина на N-конце А-цепи и С-конце В-цепи под действием карбоксипептидазы Е, которая проявляет специфичность, аналогичную карбоксипептидазе В, т. е. гидролизует пептидные связи, иминогруппа которой принадлежит основной аминокислоте (рис. 5.17 и 5.18).

Рис. 5.16. Предположительная пространственная структура проинсулина в конформации, способствующей протеолизу. Красными шариками выделены аминокислотные остатки (Arg64 и Lys65; Arg31 и Arg32), пептидные связи между которыми подвергаются гидролизу в результате процессинга проинсулина (согласно )

Инсулин и С-пептид в эквимолярных количествах поступают в секреторные гранулы, где инсулин, взаимодействуя с ионом цинка, образует димеры и гексамеры. Секреторные гранулы, сливаясь с плазматической мембраной, секретируют инсулин и С-пептид во внеклеточную жидкость в результате экзоцитоза. Время полупревращения инсулина в плазме крови составляет 310 мин, С-пептида − около 30 мин. Инсулин подвергается распаду под действием фермента инсулиназы, этот процесс протекает в печени и почках.

5.2.8.2. Регуляция синтеза и секреции инсулина. Главным регулятором секреции инсулина является глюкоза, которая регулирует экспрессию гена инсулина и генов белков, участвующих в обмене основных энергоносителей. Глюкоза может непосредственно связываться с транскрипционными факторами − в этом проявляется прямое влияние на скорость экспрессии гена. Возможно вторичное влияние на секрецию инсулина и глюкагона, когда освобождение инсулина из секреторных гранул активирует транскрипцию мРНК инсулина. Но секреция инсулина зависит от концентрации ионов Са 2+ и уменьшается при их дефиците даже при высокой концентрации глюкозы, которая активирует синтез инсулина. Кроме того, она тормозится адреналином при его связывании с  2 -рецепторами. Стимуляторами секреции инсулина выступают гормоны роста, кортизол, эстрогены, гормоны желудочно-кишечного тракта (секретин, холецистокинин, желудочный ингибирующий пептид).

Рис. 5.17. Синтез и процессинг препроинсулина (согласно )

Секреция инсулина -клетками островков Лангерханса в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови реализуется следующим образом:

Рис. 5.18. Процессинг проинсулина в инсулин путем гидролиза пептидной связи между Arg64 и Lys65, катализируемого сериновой эндопептидазой РС2, и расщепления пептидной связи между Arg31 и Arg32 под действием сериновой эндопептидазы РС1/3, превращение заканчивается отщеплением остатков аргинина на N-конце А-цепи и С-конце В-цепи под действием карбоксипептидазы Е (отщепляемые остатки аргинина изображены в кружочках). В результате процессинга, кроме инсулина, образуется С-пептид (согласно )

1) глюкоза транспортируется в -клетки белком-переносчиком ГЛЮТ 2;

2) в клетке глюкоза подвергается гликолизу и далее окисляется в дыхательном цикле с образованием АТР; интенсивность синтеза АТР зависит от уровня глюкозы в крови;

3) под действием АТР происходит закрытие ионных калиевых каналов и деполяризация мембраны;

4) деполяризация мембраны вызывает открытие потенциал-зависимых кальциевых каналов и вход кальция в клетку;

5) повышение уровня кальция в клетке активирует фосфолипазу C, расщепляющую один из мембранных фосфолипидов  фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат  на инозитол-1,4,5-трифосфат и диацил- глицерол;

6) инозитолтрифосфат, связываясь с рецепторными белками эндоплазматического ретикулума, вызывает резкое повышение концентрации связанного внутриклеточного кальция, что приводит к высвобождению заранее синтезированного инсулина, хранящегося в секреторных гранулах.

5.2.8.3. Механизм действия инсулина. Основное действие инсулина на мышечные и жировые клетки заключается в усилении транспорта глюкозы через мембрану клетки. Стимуляция инсулином приводит к увеличению скорости поступления глюкозы внутрь клетки в 20−40 раз. При стимуляции инсулином наблюдается увеличение в 5−10 раз содержания транспортных белков глюкозы в плазматических мембранах при одновременном уменьшении на 50−60 % их содержания во внутриклеточном пуле. Требующееся при этом количество энергии в виде АТР необходимо в основном для активации инсулинового рецептора, а не для фосфорилирования белка-транспортера. Стимуляция транспорта глюкозы увеличивает потребление энергии в 20−30 раз, тогда как для перемещения транспортеров глюкозы требуется лишь незначительное ее количество. Транслокация транспортеров глюкозы к мембране клетки наблюдается уже через несколько минут после взаимодействия инсулина с рецептором, и для ускорения или поддержания процесса циклирования белков-транспортеров необходимо дальнейшее стимулирующее влияние инсулина.

Своё действие на клетки инсулин, как и другие гормоны, осуществляет через соответствующий белок-рецептор. Инсулиновый рецептор представляет собой сложный интегральный белок клеточной мембраны, состоящий из двух -субъединиц (130 kDа) и двух -субъединиц (95 кДа); первые расположены целиком вне клетки, на ее поверхности, вторые пронизывают плазматическую мембрану.

Рецептор к инсулину представляет собой тетрамер, состоящий из двух внеклеточных -субъединиц, взаимодействующих с гормоном и связанных друг с другом дисульфидными мостиками между цистеинами 524 и триплетом Cys682, Cys683, Cys685 обеих -субъединиц (см. рис. 5.19, а ), и двух трансмембранных -субъеди- ниц, проявляющих тирозинкиназную активность, связанных дисульфидным мостиком между Cys647 () и Cys872. Полипептидная цепь -субъединицы молекулярной массой 135 kDa содержит 719 амино-

Рис. 5.19. Структура димера инсулинового рецептора: а  модульная структура инсулинового рецептора. Вверху − -субъединицы, связанные дисульфидными мостиками Cys524, Cys683685 и состоящие из шести доменов: двух содержащих лейциновые повторы L1 и L2, цистеин-богатой области СR и трех фибронектиновых доменов типа III Fn o , Fn 1 , ID (домена внедрения). Внизу − -субъединицы, связанные с -субъединицей дисульфидным мостиком Cys647Cys872 и состоящие из семи доменов: трех фибронектиновых доменов ID, Fn 1 и Fn 2 , трансмембранного домена ТМ, примыкающего к мембране домена JM, тирозинкиназного домена ТК, С-концевого СТ; б  пространственное расположение рецептора, один димер изображен в цвете, другой  белый, А  активирующая петля, противоположная месту связывания гормона, Х (красный)  С-концевая часть -субъединицы, Х (черный)  N-концевая часть -субъединицы, желтые шарики 1,2,3  дисульфидные связи между остатками цистеина в положениях 524, 683685, 647872 (согласно )

кислотных остатков и состоит из шести доменов: двух содержащих лейциновые повторы доменов L1 и L2, цистеин-богатой области СR, где локализуется центр связывания инсулина, и трех фибронектиновых доменов типа III Fn o , Fn 1 , Ins (домена внедрения) (см. рис. 5.18). -Субъединица включает 620 аминокислотных остатков, имеет молекулярную массу 95 kDa и состоит из семи доменов: трех фибронектиновых доменов ID, Fn 1 и Fn 2 , трансмембранного домена ТМ, примыкающего к мембране домена JM, тирозинкиназного до- мена ТК, С-концевого СТ. На рецепторе обнаружено два места связывания инсулина: одно с высоким сродством, другое  с низким. Для проведения сигнала гормона в клетку необходимо связывание инсулина с центром высокого сродства. Этот центр формируется при связывании инсулина из L1, L2 и CR доменов одной -субъединицы и фибронектиновых доменов другой, при этом расположение -субъединиц противоположно относительно друг друга, как это показано на рис. 5.19, с.

В отсутствие взаимодействия инсулина с центром высокого сродства рецептора -субъединицы отодвинуты от -субъединиц выступом (cam), являющимся частью CR домена, что препятствует контакту активирующей петли (А-loop) тирозинкиназного домена одной -субъединицы с сайтами фосфорилирования на другой -субъ-единице (рис. 5.20, б ). При связывания инсулина с центром высокого сродства инсулинового рецептора изменяется конформация рецептора, выступ более не препятствует сближению - и -субъединиц, активирующие петли ТК доменов взаимодействуют с сайтами фосфорилирования тирозинов на противоположном ТК домене, происходит трансфосфорилирование -субъединиц по семи остаткам тирозина: Y1158, Y1162, Y1163 активирующей петли (это киназный регуляторный домен), Y1328, Y1334 СТ домена, Y965, Y972 JM домена (рис. 5.20, а ), что приводит к повышению тирозинкиназной активности рецептора. В позиции 1030 ТК находится остаток лизина, входящий в каталитический активный центр − АТР-связывающий центр. Замена этого лизина на многие другие аминокислоты путем сайтнаправленного мутагенеза уничтожает тирозинкиназную активность инсулинового рецептора, но не нарушает связывания инсулина. Однако присоединение инсулина к такому рецептору никакого действия на клеточный метаболизм и пролиферацию не оказывает. Фосфорилирование некоторых остатков серина-треонина, наоборот, снижает сродство к инсулину и уменьшает тирозинкиназную активность.

Известно несколько субстратов инсулинового рецептора: ИРС-1 (субстрат инсулинового рецептора), ИРС-2, белки семейства STAT (signal transducer and activator of transcription − переносчики сигнала и активаторы транскрипции подробно рассмотрены нами в Части 4 «Биохимические основы защитных реакций»).

ИРС-1 представляет собой цитоплазматический белок, связывающийся с фосфорилированными тирозинами ТК инсулинового рецептора своим SH2-доменом и фосфорилируемый тирозинкиназой рецептора немедленно после стимуляции инсулином. От степени фосфорилирования субстрата зависит увеличение или уменьшение клеточного ответа на инсулин, амплитуда изменений в клетках и чувствительность к гормону. Повреждения гена ИРС-1 могут быть причиной инсулинзависимого диабета. Пептидная цепь ИРС-1 содержит около 1200 аминокислотных остатков, 2022 потенциальных центров фосфорилирирования по тирозину и около 40 центров фосфорилирования по серину-треонину.

Рис. 5.20. Упрощенная схема структурных изменений при связывании инсулина с инсулиновым рецептором: а  изменение конформации рецептора в результате связывания гормона в центре высокого сродства приводит к смещению выступа, сближению субъединиц и трансфосфорилированию ТК доменов; б  в отсутствие взаимодействия инсулина с центром связывания высокого сродства на инсулиновом рецепторе выступ (саm) препятствует сближению - и -субъединиц и трансфосфорилированию ТК доменов. A-петля  активирующая петля ТК домена, цифры 1 и 2 в кружочке  дисульфидные связи между субъединицами, ТК  тирозинкиназный домен, С  каталитический центр ТК, set 1 и set 2  аминокислотные последовательности -субъединиц, формирующие место высокого сродства инсулина к рецептору (cогласно )

Фосфорилирование ИРС-1 по нескольким тирозиновым остаткам придает ему способность соединяться с белками, содержащими SH2-домены: тирозинфосфатазой syp, p85-субъединицей ФИ-3-киназы (фосфатидилинозитол-3-киназы), адапторным белком Grb2, протеинтирозинфосфатазой SH-PTP2, фосфолипазой С, GAP (активатором малых GTP-связывающих белков). В результате взаимодействия ИРС-1 с подобными белками генерируются множественные нисходящие сигналы.

Рис. 5.21. Транслокация белков-переносчиков глюкозы ГЛЮТ 4 в мышечных и жировых клетках из цитоплазмы в плазматическую мембрану под действием инсулина. Взаимодействие инсулина с рецептором приводит к фосфорилированию субстрата инсулинового рецептора (ИРС), связывающего ФИ-3-киназу (ФИ3К), катализирующую синтез фосфолипида фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата (PtdIns(3,4,5)P 3). Последнее соединение, связывая плекстриновые домены (РН), мобилизует к клеточной мембране протеинкиназы PDK1, PDK2 и РКВ. PDK1 фосфорилирует РКВ по Thr308, активируя ее. Фосфорилированная РКВ ассоциирует с везикулами, содержащими ГЛЮТ 4, вызывая их транслокацию в плазматическую мембрану, приводящую к усилению транспорта глюкозы внутрь мышечных и жировых клеток (согласно )

Стимулируемая фосфорилированным ИРС-1 фосфолипаза С гидролизует фосфолипид клеточной мембраны фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат с образованием двух вторичных мессенджеров: инозитол-3,4,5-трифосфата и диацилглицерина. Инозитол-3,4,5-трифос- фат, действуя на ионные каналы эндоплазматического ретикулума, высвобождает из него кальций. Диацилглицерин действует на кальмодулин и протеинкиназу С, которая фосфорилирует различные субстраты, приводя к изменению активности клеточных систем.

Фосфорилированный ИРС-1 активирует также ФИ-3-киназу, катализирующую фосфорилирование фосфатидилинозитола, фосфатидилинозитол-4-фосфата и фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата по положению 3 с образованием соответственно фосфатидилинозитол-3-фосфата, фосфатидилинозитол-3,4-дифосфата и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата.

ФИ-3-киназа представляет собой гетеродимер, содержащий регуляторную (р85) и каталитическую (р110) субъединицы. В регуляторной субъединице есть два SH2-домена и SH3-домен, поэтому ФИ-3-киназа с высоким сродством присоединяется к ИРС-1. Образовавшиеся в мембране производные фосфатидилинозитола, фосфорилированные по положению 3, связывают белки, содержащие так называемый плекстриновый (РН) домен (домен проявляет высокое сродство к фосфатидилинозитол-3-фосфатам): протеинкиназу PDK1 (фосфатидилинозитид-зависимую киназу), протеинкиназу В (РКВ).

Протеинкиназа В (РКВ) состоит из трех доменов: N-концевого плекстринового, центрального каталитического и С-концевого регуляторного. Плекстриновый домен необходим для активации РКВ. Связавшись с помощью плекстринового домена вблизи клеточной мембраны, РКВ сближается с протеинкиназой PDK1, которая через

свой плекстриновый домен также локализуется вблизи клеточной мембраны. PDK1 фосфорилирует Thr308 киназного домена РКВ, что приводит к активации РКВ. Активированная РКВ фосфорилирует киназу 3 гликогенсинтазы (по положению Ser9), вызывая инактивацию фермента и тем самым процесс синтеза гликогена. Фосфорилированию подвергается также ФИ-3-фосфат-5-киназа, действующая на везикулы, в которых белки-переносчики ГЛЮТ 4 хранятся в цитоплазме адипоцитов, вызывая перемещение транспортеров глюкозы к клеточной мембране, встраивание в нее и трансмембранный перенос глюкозы в мышечные и жировые клетки (рис. 5.21).

Инсулин не только влияет на поступление глюкозы в клетку с помощью белков-переносчиков ГЛЮТ 4. Он участвует в регуляции метаболизма глюкозы, жиров, аминокислот, ионов, в синтезе белков, оказывает влияние на процессы репликации и транскрипции.

Влияние на метаболизм глюкозы в клетке осуществляется путем стимулирования процесса гликолиза с помощью повышения активности ферментов, участвующих в этом процессе: глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы, гексокиназы. Инсулин посредством аденилатциклазного каскада активирует фосфатазу, дефосфорилирующую гликогенсинтазу, что приводит к активации синтеза гликогена (рис. 5.22) и ингибированию процесса его распада. Ингибируя фосфоенолпируваткарбоксикиназу, инсулин тормозит процесс глюконеогенеза.

Рис. 5.22. Схема синтеза гликогена

В печени и жировой ткани под действием инсулина стимулируется синтез жиров путем активации ферментов: ацетилСоА-карбоксилазы, липопротеинлипазы. При этом распад жиров тормозится, так как активируемая инсулином фосфатаза, дефосфорилируя гормончувствительную триацилглицеринлипазу, ингибирует этот фермент и концентрация циркулирующих в крови жирных кислот уменьшается.

В печени, жировой ткани, скелетных мышцах, сердце инсулин влияет на скорость транскрипци более сотни генов.

5.2.9. Глюкагон. В ответ на уменьшение концентрации глюкозы в крови -клетки островков Лангерханса поджелудочной железы вырабатывают «гормон голода»  глюкагон, который представляет собой полипептид молекулярной массы 3 485 Da, состоящий из 29 аминокислотных остатков.

Действие глюкагона противоположно эффектам инсулина. Инсулин способствует запасанию энергии, стимулируя гликогенез, липогенез и синтез белка, а глюкагон, стимулируя гликогенолиз и липолиз, вызывает быструю мобилизацию источников потенциальной энергии.

Рис. 5.23. Структура проглюкагона человека и тканеспецифический процессинг проглюкагона в пептиды-производные из проглюкагона: в поджелудочной железе из проглюкагона образуются глюкагон и MPGF (mayor proglucagon fragment); в нейроэндокринных клетках кишечника и некоторых отделах центральной нервной системы генерируются глицентин, оксинтомодулин, GLP-1 (пептид, получаемый из проглюкагона), GLP-2, два промежуточных пептида (intervening peptide  IP), GRPP  glicentin-related pancreatic polypeptide (полипептид из поджелудочной железы − производное глицентина) (cогласно )

Гормон синтезируется -клетками островков Лангерханса поджелудочной железы, а также в нейроэндокринных клетках кишечника и в центральной нервной системе в виде неактивного предшественника  проглюкагона (молекулярной массы 9 000 Da), содержащего 180 аминокислотных остатков и подвергающегося процессингу с помощью конвертазы 2 и образующего несколько пептидов разной длины, в их числе глюкагон и два глюкагон-подобных пептида (glucagon like peptide  GLP-1, GLP-2, глицентин) (рис. 5.23). 14 из 27 аминокислотных остатков глюкагона идентичны таковым в молекуле другого гормона желудочно-кишечного тракта  секретина.

Для связывания глюкагона с рецепторами реагирующих на него клеток необходима целостность его последовательности 127 с N-конца. Важную роль в проявлении эффектов гормона играет остаток гистидина, расположенный на N-конце, а в связывании с рецепторами  фрагмент 2027.

В плазме крови глюкагон не связывается с каким-либо транспортным белком, время полупревращения его равно 5 мин, в печени он разрушается протеиназами, при этом распад начинается с расщепления связи между Ser2 и Gln3 и удаления дипептида с N-конца.

Секреция глюкагона подавляется глюкозой, но стимулируется белковой пищей. GLP-1 ингибирует секрецию глюкагона и стимулирует секрецию инсулина.

Глюкагон оказывает действие только на гепатоциты и жировые клетки, имеющие в плазматической мембране рецепторы к нему. В гепатоцитах, связываясь с рецепторами на плазматической мембране, глюкагон посредством G-белка активирует аденилатциклазу, катализирующую образование сАМР, который, в свою очередь, приводит к активации фосфорилазы, ускоряющей распад гликогена, и ингибированию гликогенсинтазы и торможению образования гликогена. Глюкагон стимулирует глюконеогенез, индуцируя синтез ферментов, участвующих в этом процессе: глюкозо-6-фосфатазы, фосфоенолпируваткарбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы. Суммарный эффект глюкагона в печени сводится к повышенному образованию глюкозы.

В жировых клетках гормон также, используя аденилатциклазный каскад, активирует гормончувствительную триацилглицеринлипазу, стимулируя липолиз. Глюкагон повышает секрецию катехоламинов мозговым веществом надпочечников. Участвуя в реализации реакций типа «бей или беги», глюкагон повышает доступность энергетических субстратов (глюкозы, свободных жирных кислот) для скелетных мышц и усиливает кровоснабжение скелетных мышц за счёт усиления работы сердца.

Глюкагон не оказывает действия на гликоген скелетных мышц из-за практически полного отсутствия в них глюкагоновых рецепторов. Гормон вызывает увеличение секреции инсулина из β-клеток поджелудочной железы и торможение активности инсулиназы.

5.2.10. Регуляция метаболизма гликогена. Накопление глюкозы в организме в виде гликогена и его распад согласуются с потребностями организма в энергии. Направление процессов метаболизма гликогена регулируется механизмами, зависимыми от действия гормонов: в печени инсулина, глюкагона и адреналина, в мышцах инсулина и адреналина. Переключение процессов синтеза или распада гликогена происходит при переходе от абсорбтивного периода к постабсорбтивному или при смене состояния покоя на физическую работу.

5.2.10.1. Регуляция активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. При изменении концентрации глюкозы в крови происходит синтез и секреция инсулина и глюкагона. Эти гормоны регулируют процессы синтеза и распада гликогена, воздействуя на активность ключевых ферментов этих процессов: гликогенсинтазу и гликогенфосфорилазу путем их фосфорилирования-дефосфорилиро- вания.

Рис. 5.24 Активация гликогенфосфорилазы фосфорилированием остатка Ser14 с помощью киназы гликогенфосфорилазы и инактивация с помощью фосфатазы, катализирующей дефосфорилирование остатка серина (согласно )

Оба фермента существуют в двух формах: фосфорилированной (активная гликогенфосфорилаза а и неактивная гликогенсинтаза) и дефосфорилированной (неактивная фосфорилаза b и активная гликогенсинтаза) (рис. 5.24 и 5.25). Фосфорилирование осуществляется киназой, катализирующей перенос фосфатного остатка от АТР на остаток серина, а дефосфорилирование катализирует фосфопротеинфосфатаза. Активности киназы и фосфатазы также регулируются путем фосфорилирования-дефосфорилирования (см. рис. 5.25).

Рис. 5.25. Регуляция активности гликогенсинтазы. Фермент активируется действием фосфопротеинфосфатазы (РР1), дефосфорилирующей три остатка фосфосерина вблизи С-конца в гликогенсинтазе. Киназа 3 гликогенсинтазы (GSK3), катализирующая фосфорилирование трех остатков серина в гликогенсинтазе, ингибирует синтез гликогена и активируется фосфорилированием с помощью казеинкиназы (СКII). Инсулин, глюкоза и глюкозо-6-фосфат активируют фосфопротеинфосфатазу, а глюкагон и адреналин (эпинефрин) ее ингибируют. Инсулин тормозит действие киназы 3 гликогенсинтазы (согласно )

сАМР-зависимая протеинкиназа А (РКА) фосфорилирует киназу фосфорилазы, переводя ее в активное состояние, которая в свою очередь фосфорилирует гликогенфосфорилазу. Синтез сАМР стимулируется адреналином и глюкагоном.

Инсулин посредством каскада с участием Ras-белка (сигнальный Ras-путь) активирует протеинкиназу рр90S6, фосфорилирующую и тем самым активирующую фосфопротеинфосфатазу. Активная фосфатаза дефосфорилирует и инактивирует киназу фосфорилазы и гликогенфосфорилазу.

Фосфорилирование с помощью РКА гликогенсинтазы приводит к ее инактивации, а дефосфорилирование с помощью фосфопротеинфосфатазы активирует фермент.

5.2.10.2. Регуляция метаболизма гликогена в печени. Изменение концентрации глюкозы в крови изменяет и относительные концентрации гормонов: инсулина и глюкагона. Отношение концентрации инсулина к концентрации глюкагона в крови называется «инсулин-глюкагоновым индексом». В постабсорбтивный период индекс снижается и на регуляцию концентрации глюкозы в крови оказывает влияние концентрация глюкагона.

Глюкагон, как приведено выше, активирует выделение в кровь глюкозы за счет распада гликогена (активации гликогенфосфорилазы и ингибирования гликогенсинтазы) или путем синтеза из других веществ  глюконеогенеза. Из гликогена образуется глюкозо-1-фосфат, изомеризующийся в глюкозо-6-фосфат, под действием глюкозо-6-фосфатазы гидролизуемый с образованием свободной глюкозы, способной выйти из клетки в кровь (рис. 5.26).

Действие адреналина на гепатоциты сходно с действием глюкагона в случае использования  2 -рецепторов и обусловлено фосфорилированием и активацией гликогенфосфорилазы. В случае взаимодействия адреналина с  1 -рецепторами плазматической мембраны трансмембранная передача гормонального сигнала осуществляется с использованием инозитолфосфатного механизма. В обоих случаях активируется процесс распада гликогена. Использование того или иного типа рецептора зависит от концентрации адреналина в крови.

Рис. 5.26. Схема фосфоролиза гликогена

В период пищеварения инсулин-глюкагоновый индекс повышается и преобладает влияние инсулина. Инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови, активирует, фосфорилируя через Ras-путь, фосфодиэстеразу сАМР, гидролизующую этот вторичный посредник с образованием АМР. Инсулином активируется также через Ras-путь фосфопротеинфосфатаза гранул гликогена, дефосфорилирующая и активирующая гликогенсинтазу и инактивирующая киназу фофорилазы и саму гликогенфосфорилазу. Инсулин индуцирует синтез глюкокиназы для ускорения фосфорилирования глюкозы в клетке и включения ее в гликоген. Таким образом, инсулин активирует процесс синтеза гликогена и тормозит его распад.

5.2.10.3. Регуляция метаболизма гликогена в мышцах. В случае интенсивной работы мышц распад гликогена ускоряется адреналином, связывающимся с  2 -рецепторами и через аденилатциклазную систему приводящим к фосфорилированию и активации киназы фосфорилазы и гликогенфосфорилазы и ингибированию гликогенсинтазы (рис. 5.27 и 5.28). В результате дальнейшего превращения глюкозо-6-фосфата, образовавшегося из гликогена, синтезируется АТР, необходимый для осуществления интенсивной работы мышц.

Рис. 5.27. Регуляция активности гликогенфосфорилазы в мышцах (согласно )

В состоянии покоя гликогенфосфорилаза мышц неактивна, так как находится в дефосфорилированном состоянии, но распад гликогена происходит за счет аллостерической активации гликогенфосфорилазы b с помощью АМР и ортофосфата, образующихся при гидролизе АТР.

Рис. 5.28. Регуляция активности гликогенсинтазы в мышцах (соглас- но )

При умеренных мышечных сокращениях аллостерически (ионами Са 2+) может активироваться киназа фосфорилазы. Концентрация Са 2+ увеличивается при сокращении мышц в ответ на сигнал двигательного нерва. При затухании сигнала уменьшение концентрации Са 2+ одновременно «выключает» активность киназы, таким образом

ионы Са 2+ участвуют не только в мышечном сокращении, но и в обеспечении энергией этих сокращений.

Ионы Са 2+ связываются с белком кальмодулином, в данном случае выступающим одной из субъединиц киназы. Мышечная киназа фосфорилазы имеет строение  4  4  4  4 . Каталитическими свойствами обладает только -субъединица, - и -субъединицы, являясь регуляторными, фосфорилируются по остаткам серина с помощью РКА, -субъединица идентична белку кальмодулину (подробно рассмотрен в разд. 2.3.2 части 2 «Биохимия движения»), связывает четыре иона Са 2+ , что приводит к конформационным изменениям, активации каталитической -субъединицы, хотя киназа остается в дефосфорилированном состоянии.

В период пищеварения в состоянии покоя в мышцах также происходит синтез гликогена. Глюкоза поступает в мышечные клетки с помощью белков-переносчиков ГЛЮТ 4 (их мобилизация в клеточную мембрану под действием инсулина подробно рассмотрена в разд. 5.2.4.3 и на рис. 5.21). Влияние инсулина на синтез гликогена в мышцах осуществляется также посредством дефосфорилирования гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.

5.2.11. Неферментативное гликозилирование белков. Одним из видов посттрансляционной модификации белков является гликозилирование остатков серина, треонина, аспарагина, гидроксилизина с помощью гликозилтрансфераз. Поскольку в крови в период пищеварения создается высокая концентрация углеводов (восстанавливающих сахаров), возможно неферментативное гликозилирование белков, липидов и нуклеиновых кислот, получившее название гликирование. Продукты, образующиеся в результате многоступенчатого взаимодействия сахаров с белками, называются продуктами конечного гликозилирования (AGEs  Advanced Glycation End-products) и обнаружены во многих белках человека. Период полураспада этих продуктов более длительный, чем белков (от нескольких месяцев до нескольких лет), и скорость их образования зависит от уровня и длительности экспозиции с редуцирующим сахаром. Предполагается, что именно с их образованием связаны многие осложнения, возникающие при диабете, при болезни Альцгеймера, при катаракте.

Процесс гликирования можно разделить на две фазы: раннюю и позднюю. На первой стадии гликирования происходит нуклеофильная атака карбонильной группы глюкозы -аминогруппой лизина или гуанидиниевой группы аргинина, в результате которой образуется лабильное основание Шиффа – N ‑гликозилимин (рис. 5.29).Образование основания Шиффа – процесс относительно быстрый и обратимый.

Далее происходит перегруппировка N ‑гликозилимина с образованием продукта Амадори – 1‑амино‑1‑дезоксифруктозы. Скорость этого процесса ниже, чем скорость образования гликозилимина, но существенно выше, чем скорость гидролиза основания Шиффа,

Рис. 5.29. Схема гликирования белка. Открытая форма углевода (глюкозы) реагирует с -аминогруппой лизина с образованием Шиффова основания, подвергающегося перегруппировке Амадори в кетоамин через промежуточное образование еноламина. Перегруппировка Амадори ускоряется, если вблизи остатка лизина располагаются остатки аспартата и аргинина. Кетоамин далее может давать разнообразные продукты (продукты конечного гликирования  AGE). На схеме приведена реакция со второй молекулой углевода с образованием дикетоамина (согласно )

поэтому белки, содержащие остатки 1‑амино‑1‑дезоксифруктозы, накапливаются в крови.Модификации остатков лизина в белках на ранней стадии гликирования, по-видимому, способствует наличие в непосредственной близости от реагирующей аминогруппы остатков гистидина, лизина или аргинина, которые осуществляют кислотно-основной катализ процесса, а также остатки аспартата, оттягивающего протон от второго атома углерода сахара. Кетоамин может связать еще один остаток углевода по иминогруппе с образованием дважды гликированного лизина, превращающегося в дикетоамин (см. рис. 5.29).

Поздняя стадия гликирования, включающая дальнейшие превращения N ‑гликозилимина и продукта Амадори, – более медленный процесс, приводящий к образованию стабильных продуктов конечного гликирования (AGEs). В последнее время появились данные о непосредственном участии в формировании AGEs α‑дикарбо-нильных соединений (глиоксаля, метилглиоксаля, 3‑дезоксиглю-козона), образующихся in vivo как при деградации глюкозы, так и в результате превращений основания Шиффа при модификации лизина в составе белков глюкозой (рис. 5.30). Специфические редуктазы и сульгидрильные соединения (липоевая кислота, глутатион) способны трансформировать реактивные дикарбонильные соединения в неактивные метаболиты, что отражается в уменьшении образования продуктов конечного гликирования.

Реакции α‑дикарбонильных соединений с ε‑аминогруппами остатков лизина или гуанидиниевыми группировками остатков аргинина в белках приводят к образованию белковых сшивок, которые ответственны за осложнения, вызванные гликированием белков, при диабете и других заболеваниях. Кроме того, в результате последовательной дегидратации продукта Амадори при С4 и С5 образуются 1‑амино‑4‑дезокси‑2,3‑дион и -ендион, которые также могут участвовать в образовании внутримолекулярных и межмолекулярных белковых сшивок.

Среди AGEs охарактеризованы N ε ‑карбоксиметиллизин (CML) и N ε ‑карбоксиэтиллизин (CEL), бис(лизил)имидазольные аддукты (GOLD  глиоксаль-лизил-лизил-димер, MOLD  метилглиоксаль-лизил-лизил-димер, DOLD  дезоксиглюкозон-лизил-лизил-димер), имидазолоны (G‑H, MG‑H и 3DG‑H), пирралин, аргпиримидин, пентозидин, кросслин и весперлизин.На рис. 5.31 приведены некоторые

Рис. 5.30. Схема гликирования белков в присутствии D‑глюкозы. В рамке показаны основные предшественники продуктов AGE, образующиеся в результате гликирования (согласно )

конечные продукты гликирования. Например, пентозидин и карбоксиметиллизин (СМL)  конечные продукты гликирования, образующиеся в условиях окисления, обнаружены в долгоживущих белках: коллагене кожи и кристаллине хрусталика. Карбоксиметиллизин привносит в белок отрицательно заряженную карбоксильную группу вместо положительно заряженной аминогруппы, что может привести к изменению заряда на поверхности белка, к изменению пространственной структуры белка. СМL является антигеном, узнаваемым антителами. Количество этого продукта увеличивается линейно с возрастом. Пентозидин представляет собой кросс-линк (продукт поперечной сшивки) между продуктом Амадори и остатком аргинина в любом положении белка, образуется из аскорбата, глюкозы, фруктозы, рибозы, обнаружен в тканях мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, в коже и плазме крови больных диабетом.

Конечные продукты гликирования могут способствовать свободно-радикальному окислению, изменению заряда на поверхности белка, необратимой сшивке между различными участками белка, что

нарушает их пространственную структуру и функционирование, делает устойчивыми к ферментативному протеолизу. В свою очередь, свободно-радикальное окисление может вызывать неферментативный протеолиз или фрагментацию белков, перекисное окисление липидов.

Образование конечных продуктов гликирования на белках базальной мембраны (коллаген IV типа, ламинин, гепарансульфат протеогликан) приводит к ее утолщению, сужению просвета капилляров и нарушению их функции. Эти нарушения внеклеточного матрикса изменяют структуру и функцию сосудов (снижение эластичности сосудистой стенки, изменение ответа на сосудорасширяющее действие оксида азота), способствуют более ускоренному развитию атеросклеротического процесса.

Конечные продукты гликирования (КПГ) влияют также на экспрессию некоторых генов, связываясь со специфическими КПГ-рецепторами, локализованными на фибробластах, Т-лимфоцитах, в почках (мезангиальные клетки), в стенке сосудов (эндотелий и гладкомышечные клетки), в мозге, а также в печени и селезенке, где они выявляются в наибольшем количестве, т. е. в тканях, богатых макрофагами, которые опосредуют трансдукцию этого сигнала посредством увеличения образования свободных радикалов кислорода. Последние, в свою очередь, активируют транскрипцию ядерного NF-kB фактора  регулятора экспрессии многих генов, отвечающих на различные повреждения.

Одним из эффективных способов предупреждения нежелательных последствий неферментативного гликозилирования белков является снижение калорийности пищи, что отражается в снижении концентрации глюкозы в крови и уменьшении неферментативного присоединения глюкозы к долгоживущим белкам, например к гемоглобину. Снижение концентрации глюкозы приводит к снижению как гликозилирования белков, так и перекисного окисления липидов. Негативный эффект гликозилирования обусловлен как нарушением структуры и функций при присоединении глюкозы к долгоживущим белкам, так и происходящим вследствие этого окислительным повреждением белков, вызванным свободными радикалами, образующимися при окислении сахаров в присутствии ионов переходных металлов. Нуклеотиды и ДНК подвергаются также неферментативному гликозилированию, что приводит к мутациям из-за прямого повреждения ДНК и инактивации систем репарации, вызывает повышенную ломкость хромосом. В настоящее время изучаются подходы к предупреждению влияния гликирования на долгоживущие белки с помощью фармакологических и генетических воздействий.

1. Перечислите отделы пищеварительной системы.

Отделы пищеварительной системы: ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, тонкий и толстый отделы кишечника, анальное отверстие и ряд крупных пищеварительных желез: печень, поджелудочная железа, слюнные железы.

2. Какие вещества начинают расщепляться в ротовой полости? В какой химической среде активны ферменты слюнных желёз? Назовите конечный продукт этого расщепления в ротовой полости.

Слюна имеет слабощелочную реакцию (рН = 6,5-7,5) и состоит на 98-99% из воды и на 1-2% из слизи, органических и неорганических веществ и пищеварительных ферментов. Ферменты слюны: амилаза и мальтаза (начинают расщепление углеводов в ротовой полости) и липаза (начинает расщепление жиров). Полного расщепления веществ в ротовой полости не происходит из-за непродолжительности нахождения пищи в ротовой полости. При более длительном нахождении под действием ферментов крахмал расщепляется до мальтозы, а мальтоза до глюкозы.

3. Расскажите о строении зуба.

Зуб состоит из скрытого в костной ячейке челюсти корня и видимой части – коронки и шейки. Внутри корня проходит канал, расширяющийся в полость зуба и заполненный пульпой, содержащей сосуды и нервы. Зуб построен из плотного вещества, похожего на кость, – дентина, в области корня покрытого цементом, а в области коронки – очень плотной эмалью, которая предохраняет зуб от стирания и проникновения бактерий.

4. В каком возрасте происходит смена молочных зубов постоянными?

Прорезывание постоянных зубов, кроме зубов мудрости, начинается в 6-7 лет и заканчивается к 10 - 12 годам; прорезывание зубов мудрости иногда может заканчиваться к 20 -30 годам, редко позже.

5. Сколько зубов у человека? Выясните, что такое зубная формула и как она записывается. Используя рисунок, составьте зубную формулу человека.

Всего у человека 32 зуба: на каждой челюсти по 4 резца, 2 клыка, 4 малых коренных (премоляр) и 6 больших коренных (моляр).

Зубная формула - записанное в виде специальных обозначений краткое описание зубной системы млекопитающих и иных гетеродонтных четвероногих. Все зубы разделяются на 4 сектора (против часовой стрелки). Зубы нумеруются цифрами от 1 до 8. Так как костных образований всего 32, каждая цифра будет использоваться для обозначения четырех одноименных зубов верхней и нижней челюстей. Для этого оба зубных ряда условно делятся пополам по линии между центральными резцами, так, чтобы с каждой стороны от этой линии находились: центральный резец - 1; боковой резец – 2; клык – 3; первый премоляр – 4; второй премоляр – 5; первый моляр – 6; второй моляр – 7; третий моляр – 8.

6. Многим из нас знакома зубная боль. Что именно болит в зубе? Что вызывает кариес? Чем он опасен?

Зубная боль возникает в результате раздражения чувствительных рецепторов в пульпе зуба. Самой частой причиной зубной боли является кариес. Нечищеные зубы покрываются остатками пищи, бактериями, компонентами слюны. Эта слизь называется зубным налётом. Бактерии, питаясь сахарами из остатков пищи, выделяют кислоту, разрушающую сначала эмаль, а затем и дентин. В результате в зубе образуется полость и возникает сильная боль. Если кариозный процесс не прекратить, то повреждения затронут и канал зуба, и даже костную ткань челюсти, что может привести к необходимости удаления кариозного зуба. Если кариес появляется на молочных зубах, то бактерии могут попасть на зачатки постоянных зубов, и тогда они тоже будут заражены.

7. Что такое слюна? Какую функцию она выполняет?

Слюна – секрет слюнных желез, выделяющийся в ротовую полость и состоящий из воды, слизи, органических и неорганических веществ и пищеварительных ферментов. Функции слюны: слюна смачивает пищу во время ее пережевывания, способствуя образования пищевого комка для проглатывания пищи; пищеварительные ферменты начинают расщепление углеводов и жиров; лизоцим, содержащийся в слюне, обладает обеззараживающим действием, разрушая оболочки бактериальных клеток.

8. Какую роль играет язык?

При жевании он направляет пищу к зубам, перемешивает её и передвигает в глотку для глотания. Также язык является органом вкуса и участвует в формировании звуков речи.

9. Каков механизм передвижения пищевого комка по пищеводу?

Пережёванный, смоченный слюной, скользкий комочек пищи поступает в глотку, а затем – в пищевод. По пищеводу пища проталкивается благодаря перистальтике – волнообразным сокращениям его стенок. При этом мышцы, расположенные в стенке пищевода, сжимаются, проталкивая комок пищи в желудок. Этот процесс занимает 6–8 с.

В глотке перекрещиваются пути поступления в организм воздуха и пищи. Потенциально это создает опасность, что комочки пищи могут попасть в органы дыхания – в гортань, носоглотку. Однако этого не происходит, так как во время глотания пищи хрящ – надгортанник закрывает вход в гортань, а язычок мягкого нёба поднимается и отделяет носоглотку от ротоглотки. Эти процессы происходят рефлекторно. Если разговаривать во время еды, то надгортанник может принять промежуточное положение, что может вызвать попадание пищевого комка в дыхательные пути.

11. Почему так важно тщательно пережёвывать пищу?

Чем тщательнее измельчена во рту пища, тем лучше подготовлена она к обработке ферментами и, значит, активнее и быстрее расщепляется на составные части. И наоборот, чем крупнее куски пищи, попадающие в желудок, тем больше надо времени пищеварительным сокам, чтобы их пропитать и обработать. А чрезмерная работа желез пищеварительной системы вызывает нарушение их функции, что влечет за собой различные заболевания органов пищеварения, к примеру, гастрит. Также чрезмерное переполнение желудка давит на диафрагму и нарушает работу сердца.

Крупные непрожёванные куски сначала попадают в пищевод. С лёгкостью они могут его травмировать.

Человек, который ест быстро, медленнее насыщается. Это связанно с тем, что при пережевывании начинает вырабатываться гистамин, который достигая мозга, подает ему сигнал о насыщении. Однако происходит это только через двадцать минут после того как был начат прием пищи. Если человек будет есть медленно, в течение этих двадцати минут он съест меньше еды и испытает насыщение от меньшего количества калорий.

Всем известно, что за важнейший процесс пищеварения, который является одной из систем жизнеобеспечения организма человека. Отвечают за этот процесс белковые молекулы или молекулы РНК, если проще, то - ферменты.

Основная цель этих молекул, ускорять химические реакции в организме человека, тем самым обеспечивая пищеварения. Если не вдаваться в биологию, ферменты, попросту говоря, перерабатывают вещества, разделяя их на полезные и нужные организму и те, от которых необходимо срочно избавиться.

Липазы встречаются во рту; желудок; и поджелудочной железы. Поскольку лингвальная липаза была инактивирована желудочной кислотой, она, как полагают, была в основном представлена ​​для гигиены полости рта и для ее антибактериального действия во рту, однако она может продолжать работать на пище, хранящейся в дне желудка, и эта липаза может быть переварена до 30% жиров. Желудочная липаза мало важна для людей.

В следующей таблице показаны ферменты для переваривания жиров. Желчные соли секретируются печенью и имеют гидрофопную и гидрофильную сторону. Они будут прикрепляться к жировым глобулам, эмульгировать их и заставлять их образовывать мицеллы. Анатомия мицеллы показана на следующей иллюстрации вместе с биохимической структурой желчной соли.

Вообще, пищеварительная система человека начинается от ротового отверстия и заканчивается анальным. Почему-то принято считать, что все пищеварительные процессы происходят только в желудке и кишечнике. На самом деле это, далеко не так. Важнейший процесс пищеварения начинается еще во рту и глотке человека и там, как ни странно, тоже есть свои ферменты.

Мицеллы небольшие, и поскольку они имеют гидрофильную сторону снаружи, они эффективно позволяют жирам действовать как водорастворимые частицы. Это позволяет им проникать в неустановленный слой, прилегающий к эпителию тонкой кишки, и абсорбироваться. В отсутствие солей желчи очень мало жирных кислот проникают через этот слой, и большая часть жира будет проходить через кишечную непроходимую и неабсорбированную, вызывающую стеаторею.

Мицеллы позволяют жирным кислотам и холестерину пересекать неустойчивый слой и вступать в контакт с краем кисти, где они легко пересекают жирорастворимую клеточную мембрану. Несколько меньших свободных жирных кислот переливаются через клетку и выходят на базально-боковую границу, переходя в капилляры. Однако большинство жирных кислот входят в гладкий эндоплазматический ретикулум, где сыворотка переупаковывается в холемикроны. Они проводятся из клетки путем экзоцитоза.

Пищеварение в глотке и ротовой полости

То, что процесс переработки пищи начинается еще в ротовой полости и глотке уже давно доказано экспериментальным путем. Первым делом на пищу в процессе пережевывания начинает воздействовать человеческая слюна.

В полости рта и глотки располагается множество мелких слюнных желез и три пары крупных – их протоки открываются непосредственно в ротовую полость. Все они начинают активно вырабатывать слюнную жидкость, как только в рот попадает пища.

Холемикроны не входят в капилляры, а вместо этого переходят в лимфатическую систему, где их переносят в грудной проток. Торакальный канал опустошается в верхнюю полой веной. Нуклеиновые основания поглощаются активным транспортом, пентозы поглощаются другими сахарами.

Факторы, которые вызывают мальабсорбцию жира, также могут влиять на поглощение этих витаминов. Витамин В12 абсорбируется в подвздошной кости и требует быть связанным с внутренним фактором, белком, секретируемым в желудке, для абсорбции. От 30 до 80% потребления кальция в организме поглощается. Скорость поглощения зависит на теле человека. Почти вся абсорбция железа происходит в железистой форме в двенадцатиперстной кишке. Форма трехвалентного железа превращается в ферросплавы ферритной редуктазы.

Ради интереса, можно найти расположение слюнных желез и с помощью зеркала проследить за тем как происходит процесс пищеварения во рту и глотке. Делается это следующим образом:

• Для начала найдем околоушные слюнные железы. Нажимайте на щеки чуть ниже и впереди ушей с обеих сторон. Как только почувствуете активно выделение слюны, значит, вы обнаружили железы. В этот момент активное образование слюны, в ротовой полости, можно наблюдать и в зеркало.
• Подчелюстные слюнные железы, можно найти, нажав на две точки на расстоянии 2–3 сантиметра от края челюсти. Если все сделать правильно, вы мгновенно почувствуете, как рот наполняется слюной.
• Подъязычная железа. Она располагается довольно далеко, и прощупать ее весьма сложно. Однако если резко поднимете язык к небу наверняка вы увидите небольшой фонтанчик – это и есть подъязычная железа в действии.

В базолатеральной части энтероцита ионы железа переносятся в межзвездную жидкость транспортером, называемым ферропортином. В плазме железная форма снова возвращается в форму трехвалентного железа и связана с переносчиком белка переноса железа. Тонкий кишечник представлен 9 литрами, 2 внешними и 7 внутренними, жидкости в день для реабсорбции. В здоровье все, кроме 200 см3, реабсорбируются.

Переходы между эпителиальными клетками в толстой кишке гораздо более плотнее, чем в тонком кишечнике, что исключает утечку натрия в просвет. Большая часть жидкости и электролитов поглощается в восходящей ободочной кишке. Хотя белки и сахара, как правило, все поглощаются, когда жидкость достигает толстой кишки, толстая кишка способна поглощать эти субстраты. Некоторые трудно перевариваемые вещества, такие как бобы, могут быть переварены бактериями толстой кишки, и эти бактерии могут даже переваривать небольшое количество целлюлозы.

Вообще, начало пищеварительного процесса во рту и глотке можно почувствовать еще до того, как вы начнете принимать пищу. Вспомните, как от вкусного запаха рот быстро наполняется слюной или же активное ее образование вызывает спелый лимон, порезанный на дольке.

Эти процессы говорят о том что ферменты во рту и в глотке уже готовы приступать к пищеварительному процессу и остается лишь положить кусочек еды в рот и начать его активно пережевывать. Кстати, как только вы начинаете жевать, действие начинают и ферменты желудка.

Вы когда-нибудь думали, как пища переваривается внутри нашего тела после того, как мы потребляем? Внутренняя структура нашего организма чрезвычайно эффективна при выполнении многочисленных функций, среди которых переваривание является наиболее важным из всех происходящих процессов.

Наш метаболизм организма контролируется группой пищеварительных ферментов, которые секретируются различными органами пищеварительной системы. Эти ферменты помогают в правильном переваривании пищи. Ферментативное расщепление начинается во рту и распространяется на кишечник, где он преобразуется к более простым частицам и затем выводится нашим телом. Эти пищеварительные ферменты действуют как катализаторы распада углеводов, жиров и белков.

Едва начинаются двигаться челюсти – активно образуется желудочный сок. Именно поэтому многие врачи советуют пожевать резинку, примерено за полчаса до трапезы, чтобы улучшить пищеварение.

Кстати, даже сейчас для познания пищеварительной системы продолжается изучение человеческой слюны. Биоматериал, добывается с помощью специальной капсулы присоски, которая крепится к слизистой оболочке. Таким образом, слюнная жидкость через пробирку, выходит, наружу, где ее собирают и отправляют на исследование.

Источник пищеварительных ферментов. Эти ферменты также присутствуют в слюне, где они помогают первой стадии пищеварения. Ферменты классифицируются по характеру субстратов, в которых они работают. Пищеварительные ферменты широко подразделяются на четыре группы.

• Протеолитический фермент: разделить белки на аминокислоты.
• Липолитический фермент: разделить жиры на жирные кислоты и глицерин.
• Амилолитический фермент: расколоть углевод и крахмал на простые сахара.
• Нуклеолитический фермент: разделить нуклеиновые кислоты на нуклеотиды.

Функции слюны

Вообще, слюна выполняет важнейшие защитные функции в организме, а именно:

• Слюна защищает слизистую оболочку рта и глотки от пересыхания.
• Ферменты нуклеазы, которые содержатся в слюнной жидкости по мере сил борются с вирусами и болезнетворными бактериями, являясь частью нашего иммунитета.
• Еще в слюне есть ферменты необходимые для свертывания крови, которые предотвращают воспалительные процессы во рту и глотке.

Однако, первостепенной функцией слюнной жидкости является – пищеварительная. Если не участие слюны в этом важнейшем процессе, человек попросту не смог бы переваривать определенные виды продуктов. А некоторые привычные блюда были бы для нас смертельно опасными.

Слюнная железа выделяет лизоцим фермента, который обладает антибактериальным действием. Ферменты, выделяемые полостью рта, в основном обеспечивают защиту от бактерий. Бетаин помогает поддерживать баланс жидкости внутри рта. Амилаза - превращает крахмал в растворимые сахара. Бетаин. Поддерживает баланс клеточной жидкости в качестве осмолитов. Бромелайн - противовоспалительное средство, размягчает мясо.

Ферменты, выделяемые желудком, известны как желудочные ферменты. Желудок выделяет соляную кислоту, которая убивает бактерии и микробы и обеспечивает кислотную среду для надлежащей ферментативной активности ферментов протеазы. Гастрическая амилаза - Деградация крахмала Гелатиназы - Деградация желатина и коллагена. Реннин. Преобразование жидкого молока в твердые частицы. Желудочная липаза - Деградация масляного жира.

Состав и ферменты слюны

Фактически слюна – это единственный биоматериал, благодаря которому во рту и глотке человека присутствуют ферменты. Из чего состоит слюнная жидкость, напрямую зависит от возраста и состояния здоровья пациента. Первым делом, изучается секреция жидкости, которая обычно находится в пределах от 1 до 200 миллилитров в час. Максимальный показатель возникает в момент переработки пищи.

Поджелудочная железа является основной пищеварительной железой нашего организма. Пищеварительные ферменты углеводного расщепления поджелудочной железы и молекулы крахмала до простых сахаров. Они также выделяют группу ферментов, которые способствуют деградации нуклеиновых кислот. Он функционирует как эндокринная и экзокринная железа.

Фосфолипаза - Гидролиз фосфолипидов в жирные кислоты. Трипсин - конвертирует белки в основные аминокислоты. Стейпсин. Разложение триглицеридов на глицерин и жирные кислоты. Карбоксипептидаза - деградация белков к аминокислотам. Панкреатическая амилаза. Деградация углеводов до простых сахаров.

Внешне слюна – это вязкая, бесцветная, слегка мутноватая жидкость. Небольшая замутненность возникает по причине того, что жидкость содержит различные органические и неорганические вещества.

Теперь о ферментах. В слюне они встречаются трех основных видов:

• Те, что образованы паренхимными клетками.
• Продукты жизнедеятельности микрофлоры организма, или говоря проще, бактерий.
• Те, что появляются в результате разрушения белых кровяных телец во рту.

Важнейшим ферментом слюны можно назвать амилазу. Именно она участвует в столь сложном процессе, как расщепление крахмала, который встречается практически во всех видах пищи от растительной до животной. Крахмал амилаза расщепляет до сахарида и небольшого количества глюкозы, которые хорошо усваиваются организмом.

Эластазы - деградировать белковые эластиновые нуклеазы - превращение нуклеиновых кислот в нуклеотиды и нуклеозиды. В конце этого раздела вы сможете. Объясните специализированные функции органов, участвующих в переработке пищи в организме. Опишите способы совместной работы органов для усвоения пищи и поглощения питательных веществ . Объясните процессы пищеварения и абсорбции. . Все живые организмы нуждаются в питательных веществах, чтобы выжить. В то время как растения могут получать питательные вещества из своих корней и молекулы энергии, необходимые для клеточной функции в процессе фотосинтеза, животные получают свои питательные вещества за счет потребления других организмов.

Производят амилазу железистые клетки, фермент накапливается в них в неактивном виде. Активация этого фермента происходит при попадании в организм пищи с содержанием белка. Идеальная среда для работы амилазы температура не выше 36,6 градуса и нормальная кислотно-щелочная среда в организме.

Еще нельзя не упомянуть такой фермент, как мальтаза. Этот фермент активно занимается расщеплением сахарида мальтозы и преобразует его в безопасную для организма глюкозу.

На клеточном уровне биологические молекулы, необходимые для функционирования животных, представляют собой аминокислоты, молекулы липидов, нуклеотиды и простые сахара. Однако потребляемая пища состоит из белков, жиров и сложных углеводов. Животные должны превращать эти макромолекулы в простые молекулы, необходимые для поддержания клеточной функции. Преобразование пищи, потребляемой в требуемые питательные вещества, представляет собой многоступенчатый процесс, включающий переваривание и абсорбцию. Во время пищеварения частицы пищи разбиваются на более мелкие компоненты, которые позже поглощаются телом.

Активную работу ферменты слюны начинают не в ротовой полости, а именно в тот момент, когда комок пищи начинает продвигаться в глотку, а затем в пищевод и желудок. Все знают, что желудочный сок невероятно кислотен. Как только пища попадает в желудок, начинается реакция гидролиза углеводов, которые начинают перевариваться. Постепенно комок пищи перемешивается, и начинают работать ферменты слюны.

Это происходит как с помощью физических средств, таких как жевание, так и с помощью химических средств. Одной из проблем в области питания людей является поддержание баланса между потреблением пищи, хранением и расходами на энергию. Взятие большей энергии пищи, чем используется в деятельности, приводит к накоплению избытка в виде жировых отложений. Рост ожирения и возникающие в результате заболевания, такие как диабет типа 2, делают понимание роли диеты и питания в поддержании хорошего здоровья тем более важным.

Процесс пищеварения начинается во рту с потреблением пищи. Зубы играют важную роль в перетирании или физическом разложении пищи на более мелкие частицы. Ферменты, присутствующие в слюне, также начинают химически разрушать пищу. Затем пища проглатывается и входит в пищевод - длинную трубку, которая соединяет рот с желудком. Используя перистальтику или волнообразные сокращения гладких мышц, мышцы пищевода подталкивают пищу к желудку. Содержание желудка чрезвычайно кислая, с рН между 5 и эта кислотность убивает микроорганизмы, разрушает пищевые ткани и активирует пищеварительные ферменты.

Кстати, любопытный факт, с действием ферментов связано то, что когда вы пережевываете хлеб или картофель они приобретают слегка сладковатый вкус. Это происходит по причине того, что начинают активно расщепляться сахариды и моносахариды в результате возникновение сладковатого, и вполне безопасного вкуса.

И еще спасибо ферментам слюны, можно, сказать и за то, что они существенно ускоряют время переработки фруктов. Слюна фактически облегчает задачу кишечника. Вместе с ней углеводы приходят в кишечник уже в частично переваренном виде.

Дальнейшая разбивка пищи происходит в тонком кишечнике, где желчь, продуцируемая печенью, и ферменты, продуцируемые тонкой кишкой и поджелудочной железой, продолжают процесс пищеварения. Меньшие молекулы поглощаются в кровоток через эпителиальные клетки, выстилающие стенки тонкой кишки. Отходы перемещаются в толстую кишку, где вода абсорбируется, а сухой материал уплотняется в фекалии; он сохраняется до тех пор, пока он не выводится через анус.

Рисунок 4 Показаны компоненты пищеварительной системы человека. И физическое, и химическое переваривание начинается во рту или в полости рта, что является точкой входа пищи в пищеварительную систему. Пища разбивается на более мелкие частицы путем жевания, жевательного воздействия зубов. Все млекопитающие имеют зубы и могут пережевывать свою пищу, чтобы начать процесс физического разрушения ее на более мелкие частицы.

Причины снижения количества ферментов во рту и глотке

Бывает так, что в организме человека возникает дефицит ферментов, а также начинаются проблемы с пищеварением. Чаще всего причина этому хронические заболевания пищеварительной или эндокринной систем. Например, сахарный диабет, воспалительные процессы организма, а еще очень редко к нарушению состава слюны, может, привести даже сильнейший стресс.

Слюна также содержит лизоцим, который обладает антибактериальным действием. Он также содержит фермент под названием слюнная амилаза, который начинает процесс превращения крахмалов в пищу в дисахарид, называемый мальтозой. Другой фермент, называемый липазой, продуцируется клетками на языке для разрушения жиров. Жевательные и смачивающие действия, обеспечиваемые зубами и слюной, готовят пищу в массу, называемую болюсом для глотания. Язык помогает при глотании - перемещение болюса из рта в глотку. Глотка открывается в два прохода: пищевод и трахея.

Даже незначительное снижение слюнных ферментов может привести к следующим симптомам:

• Несварение желудка, иногда даже диарея. Переваривать крахмал и сахариды способны только ферменты слюнной жидкости - происходит это во рту и глотке.
• Боли в области живота.
• Интоксикация организма.

Поставить точный диагноз, а также назначить адекватное лечение способен только врач. Не стоит заниматься самодиагностикой, употреблять ферментные препараты в большом количестве – это, может только усугубить ситуацию.

Лучше как можно скорее обратиться к квалифицированному специалисту, а также своевременно начать лечение - это поможет в дальнейшем избежать множества осложнений.

Пищеварение в ротовой полости и в желудке – это сложный процесс, в котором задействовано много органов. В результате такой деятельности питаются ткани и клетки, а также обеспечивается поступление энергии.

Пищеварение – это взаимосвязанные процессы, которые обеспечивают механическое измельчение пищевого комка и дальнейшее химическое расщепление. Пища необходима человеку для построения тканей и клеток в организме и как источник энергии.

Усвоение минеральных солей, воды и витаминов происходит в первоначальном виде, а вот более сложные высокомолекулярные соединения в виде белков, жиров и углеводов требуют расщепления на более простые элементы. Чтобы понять, как же происходит подобный процесс, давайте разберем пищеварение в ротовой полости и в желудке.

Прежде чем «окунаться» в процесс познания пищеварительной системы, нужно узнать о ее функциях:

• происходит выработка и выделение пищеварительных соков, содержащих в себе биологические вещества и ферменты;
• переносит продукты распада, воду, витамины, минералы и т. д. через слизистые оболочки ЖКТ прямо в кровь;
• выделяет гормоны;
• обеспечивает измельчение и продвижение пищевой массы;
• выделяет из организма полученные конечные продукты обмена;
• обеспечивает защитную функцию.

Внимание: для улучшения пищеварительной функции нужно обязательно следить за качеством употребляемых продуктов, цена на них, порой, хоть и выше, но зато пользы намного больше. Также стоит обращать внимание и на сбалансированность питания. Если у вас имеются проблемы с пищеварением, лучше всего обратиться с этим вопросом к врачу.

Значение ферментов в пищеварительной системе

Пищеварительные железы ротовой полости и ЖКТ продуцируют ферменты, которые занимают одну из основных ролей в пищеварении.

Если обобщать их значение, то можно выделить некоторые свойства:

1. Каждый из ферментов обладает высокой специфичностью, катализируя лишь одну реакцию и действуя на один тип связи. К примеру, протеолитические ферменты или протеазы способны расщеплять белки до аминокислот, липазы расщепляют жиры до жирных кислот и глицерина, амилазы расщепляют углеводы до моносахаридов.
2. Они способны действовать лишь при определенных температурах в пределе 36-37С. Все, что находится вне этих границ, приводит к спаду их активности и нарушению процесса пищеварения.
3. Высокая «работоспособность» достигается только на определенном значении pH. К примеру, пепсин в желудке активизируется только в кислой среде.
4. Могут расщеплять большое количество органических веществ, т. к. они обладают высокой активностью.

Ферменты ротовой полости и желудка:

Внимание: в желудке активность ферментов повышена за счет продуцирования соляной кислоты. Это неорганический элемент, выполняющий одну из важных функций в пищеварении, способствуя разрушению белка. Также она обеззараживает патогенные микроорганизмы, которые поступают вместе с пищей и как следствие предотвращает возможное гниение пищевых масс в полости желудка.

Роль ферментов в организме многогранна и об этом свидетельствует фото ниже.

Пищеварение в полости рта

При снижении концентрации питательных веществ в крови начинается ощущение голода. Физиологическая основа этого чувства локализируется в латеральных ядрах гипоталамуса. Именно возбуждение центра голода является побудительной причиной для поиска пищи.

Итак, еда перед глазами, мы испробовали ее вкус и получили насыщение, но вот интересно, что происходило в организме в этот момент?

Начальным отделом пищеварительного тракта является ротовая полость. Снизу она ограничена диафрагмой рта, сверху небом (твердым и мягким), а с боков и спереди – деснами и зубами. Также здесь протоки пищеварительных желез открываются в ротовую полость, это – подъязычные, околоушные, подчелюстные.

Помимо этого присутствуют и другие слизистые маленькие слюнные железы, расположенные по всей полости рта. После захвата комка пищи зубами (а их всего 32, по 16 на нижнюю и 16 на верхнюю челюсть), она разжевывается и смачивается слюной, которая содержит фермент птиалин.

Он имеет свойство растворять некоторые легкорастворимые вещества, а более плотные размягчать и покрывать пищу слизью, что значительно облегчает процесс глотания. Также слюна содержит и муцин с лизоцимом, обладающими бактерицидными действиями.

При помощи языка – мышечного органа, покрытого слизистой оболочкой происходит осознание вкуса и проталкивание пищи к глотке после пережевывания. Далее подготовленный комок пищи проходит по пищеводу в желудок.

Глотание – это сложный процесс, при котором задействованы мышцы глотки и языка. Во время этого движения происходит приподнимание мягкого неба, благодаря которому закрывается вход в носовую полость и преграждается путь пище в эту область. При помощи надгортанника закрывается входное отверстие в гортань.

Через верхнюю часть пищеварительного тракта – глотку, пищевой комок начинает продвижение по пищеводу – трубке, длиной около 25 см, которая является продолжением глотки. Верхние и нижние пищеводные сфинктеры в это время открываются, а само прохождение еды до желудка занимает около 3-9 секунд, жидкая пища движется за 1-2 секунды.

В пищеводе не происходит каких-либо изменений, т. к. там не секретируются пищеварительные соки, остальной этап расщепления будет происходить в желудке. Узнать больше о пищеварении в ротовой полости можно из видео в этой статье.

Пищеварение в желудке

После пищевода пищевой комок попадает в желудок. Это наиболее расширенный отдел ЖКТ, имеющий емкость до 3 литров.

Форма и размеры этого органа могут меняться в зависимости от степени мышечного сокращения и количества употребляемой еды. Слизистая оболочка образована продольными складками, содержащими огромное количество желез, которые продуцируют желудочный сок.

Он представлен тремя типами клеток:

• главные – это те, которые вырабатывают ферменты желудочного сока;
• обкладочные – они способны вырабатывать соляную кислоту;
• добавочные – с их помощью начинает вырабатываться слизь (мукоид и муцин), благодаря которой защищаются стенки желудка от действия пепсина.

Если в организме происходит нарушение выделения желудочного сока, для нормализации этого процесса существуют специальные препараты, к которым прилагается инструкция по применению. Однако заниматься самолечением не рекомендуется, т. к. это может вызвать осложнения.

Момент проникновения желудочного сока в пищевую массу подразумевает начало желудочной фазы пищеварения, на протяжении которой происходит преимущественно расщепление белковых частиц. Происходит это в результате слаженной работы ферментов и кислоты желудочного сока. Далее из желудка полупереваренная пища отправляется в двенадцатиперстную кишку через пилорический сфинктер, полностью отделяющий при сокращении желудок и кишку.

Длительность нахождения пищи в полости желудка зависит от ее состава. Твердая белковая еда стимулирует секрецию желудочного сока активнее и дольше находится в этом органе, жидкая же покидает намного быстрее.

В среднем пища может задерживаться в желудке на 4-6 часов. По окончанию фазы пищеварения, он находится в спавшемся состоянии, а через каждые 45-90 минут начинаются периодические сокращения желудка, так называемая голодная перистальтика.

Как мы поняли, пищеварение – это сложный многоступенчатый процесс, регулируемый отделами ЦНС. Каждый этап слаженно следует друг за другом и в каждом из них задействовано много органов. Все это регулируется нервной и гуморальной системой регуляции.

Однако любое нарушение может спровоцировать сбой в автоматических действиях пищеварительной системы, который повлечет за собой определенные симптомы и признаки. В этом случае нужно сразу же обратиться за медицинской помощью , где врач сможет осмотреть и назначить необходимую диагностику.

Для многих людей еда — одна из немногих радостей жизни. Еда, действительно, должна доставлять удовольствие, но… физиологический смысл питания гораздо шире. Мало кто задумывается, каким удивительным образом пища из нашей тарелки преобразуется в энергию и строительный материал, столь необходимые для постоянного обновления организма.

Наша пища представлена разными продуктами, которые состоят из белков, углеводов, жиров и воды. В конечном счете, все, что мы едим и пьем, в нашем организме расщепляется до универсальных, мельчайших составляющих под действием пищеварительных соков (за сутки их у человека выделяется до 10 литров).

Физиология пищеварения — это очень сложный, энергозатратный, замечательно организованный процесс, состоящий из нескольких этапов переработки проходящей по пищеварительному тракту пищи. Его можно сравнить с хорошо регулируемым конвейером, от слаженной работы которого зависит наше здоровье. А возникновение «сбоев» приводит к формированию многих форм заболеваний.

Знание — это великая сила, помогающая предупреждать любые нарушения. Знания о том, как работает наша система пищеварения, должны помочь не только получать наслаждения от еды, но и предотвратить многие заболевания.

Я выступлю гидом в увлекательной обзорной экскурсии, которая, надеюсь, будет вам полезной.

Итак, наша разнообразная пища растительного и животного происхождения проходит длительный путь, прежде чем (спустя 30 часов) конечные продукты ее расщепления попадут в кровь и лимфу, и встроятся в тело. Процесс переваривания пищи обеспечивается уникальными химическими реакциями и состоит из нескольких этапов. Рассмотрим их более подробно.

Пищеварение в ротовой полости

Первый этап пищеварения начинается в ротовой полости, где происходит измельчение/пережевывание пищи и ее обработка секретом под названием слюна. (Ежедневно вырабатывается до 1,5 литров слюны.) В действительности, процесс пищеварения начинается еще до того, как пища коснется наших губ, так как сама мысль о еде уже наполняет слюной наш рот.

Слюна — это секрет, выделяемый тремя парными слюнными железами. Она на 99 % состоит из воды и содержит ферменты, из которых самым значимым является альфа-амилаза, участвующая в гидролизе/расщеплении углеводов. Т.е., из всех пищевых компонентов (белков, жиров и углеводов) в ротовой полости начинается гидролиз только углеводов! Ни на жиры, ни на белки ферменты слюны не действуют. Для процесса расщепления углеводов необходима щелочная среда!

В состав слюны также входят: лизоцим, обладающий бактерицидными свойствами и служащий местным фактором защиты слизистых ротовой полости; и муцин — слизеподобное вещество, которое формирует гладкий, измельченный жеванием пищевой комок, удобный для проглатывания и транспортировки через пищевод в желудок.

Почему очень важно хорошо пережевывать пищу? Во-первых, для того, чтобы ее хорошо измельчить и смочить слюной, и запустить процесс переваривания. Во-вторых, в восточной медицине зубы связывают с проходящими через них энергетическими каналами (меридианами). Жевание активизирует движение энергии по каналам. Разрушение тех или иных зубов указывает на проблемы в соответствующих органах и системах организма.

Мы не думаем о слюне во рту и не замечаем ее отсутствие. Часто продолжительное время ходим с чувством сухости во рту. А слюна содержит много химических веществ, необходимых для хорошего пищеварения и сохранности слизистой рта. Ее выделение зависит от приятных, знакомых запахов и вкусов. Слюна обеспечивает ощущение вкуса еды. Расщепленные в слюне молекулы доходят до 10000 вкусовых рецепторов на языке, способных определить и выделить даже в новой пище сладкий, кислый, горький, острый и соленый вкусы. Это позволяет воспринимать еду, как удовольствие, наслаждение вкусами. Без влаги мы не чувствуем вкуса. Если язык сухой, то мы не чувствуем, что едим. Без слюны мы не можем глотать.

Поэтому так важно для здорового пищеварения принимать пищу в спокойной обстановке, не «на бегу», в красивой посуде, вкусно приготовленную. Важно, не торопясь и не отвлекаясь на чтение, разговоры и просмотр ТВ, медленно пережевывать пищу, наслаждаясь разнообразием вкусовых ощущений. Важно есть в одно и тоже время, так как это способствует секреторной регуляции. Важно пить достаточное количество простой воды, как минимум за 30 мин до еды и через час после еды. Вода необходима для образования слюны и других пищеварительных соков, активизации ферментов.

В ротовой полости трудно поддерживать щелочной баланс, если человек постоянно что-то ест, особенно сладкое, которое всегда приводит к закислению среды. После еды рекомендуется прополоскать ротовую полость и/или пожевать что-либо горьковатого вкуса, например, семечко кардамона или зелень петрушки.

И еще хочу добавить про гигиену, очищение зубов и десен. У многих народов в традициях было, да и остается, чистить зубы веточками и кореньями, чаще имеющими горький, горько-вяжущий вкус. И зубные порошки также имеют вкус горечи. Горький и вяжущий вкусы — очищающие, обладающие бактерицидным действием, усиливающие выделение слюны. Тогда как сладкий вкус, наоборот, способствует размножению бактерий и застойным явлениям. Но производители современных зубных паст (особенно сладких детских) просто добавляют противомикробные средства и консерванты, а мы закрываем на это глаза. В наших краях хвойный вкус — горьковатый, терпкий/вяжущий. Если детей не приучать к сладкому вкусу, они нормально воспринимают несладкую зубную пасту.

Вернемся к пищеварению. Как только еда попадает в рот, начинается подготовка к пищеварению в желудке: выделяется соляная кислота и активируются ферменты желудочного сока.

Пищеварение в желудке

Пища недолго задерживается в ротовой полости, и после того, как ее измельчили зубы и обработала слюна, попадает через пищевод в желудок. Здесь она может находиться до 6-8 часов (особенно мясная), перевариваясь под действием желудочных соков. Объем желудка в норме около 300 мл (с « кулак»), однако после обильной трапезы или частого переедания, особенно на ночь, его размеры могут увеличиться во много раз.

Из чего состоит желудочный сок? В первую очередь, из соляной кислоты, которая начинает вырабатываться сразу, как только что-либо оказывается в ротовой полости (это важно иметь в виду), и создает кислую среду, необходимую для активации желудочных протеолитических (расщепляющих белки) ферментов. Кислота разъедает ткани. Слизистая оболочка желудка постоянно вырабатывает слой слизи, защищающий от действия кислоты и от механического повреждения грубыми компонентами пищи (когда пища недостаточно пережеванная и обработанная слюной, когда перекусывают сухой едой на ходу, просто заглатывая). Образование слизи, смазки также зависит от того, пьем ли мы простую воду в достаточном количестве. В течение суток выделяется около 2-2,5 л желудочного сока, в зависимости от количества и качества пищи. Во время приема пищи желудочный сок выделяется в максимальном количестве и отличается по кислотности и составу ферментов.

Соляная кислота в чистом виде — это мощный агрессивный фактор, но без нее процесс пищеварения в желудке происходить не будет. Кислота способствует переходу неактивной формы фермента желудочного сока (пепсиногена) в активную (пепсин), а также денатурирует (разрушает) белки, что облегчает их ферментативную обработку.

Итак, в желудке в основном действуют протеолитические (расщепляющие белок) ферменты. Это группа ферментов, активных в различных ph-средах желудка (в начале этапа пищеварения среда очень кислая, на выходе из желудка наименее кислая). Сложная молекула белка в результате гидролиза делится на более простые компоненты — полипептиды (молекулы, состоящие из нескольких аминокислотных цепочек) и олигопептиды (цепочка из нескольких аминокислот). Напомню, что конечным продуктом расщепления белка является аминокислота — молекула, способная к всасыванию в кровь. Этот процесс происходит в тонком кишечнике, а в желудке осуществляется подготовительный этап расщепления белка на части.

Помимо протеолитических ферментов, в желудочном секрете есть фермент — липаза, принимающая участие в расщеплении жиров. Липаза работает только с эмульгированными жирами, содержащимися в молочных продуктах, и активна в детском возрасте. (Не стоит искать правильные/эмульгированные жиры в молоке, они есть и в топленом масле, в котором уже нет белка).

Углеводы в желудке не перевариваются и не обрабатываются, т.к. соответствующие ферменты активны в щелочной среде!

Что еще интересно узнать? Только в желудке, благодаря компоненту секрета (фактору Касла), происходит переход неактивной, поступающей с пищей формы витамина В12 в усвояемую. Секреция этого фактора может снизиться или прекратиться при воспалительном поражении желудка. Теперь мы понимаем, что важна не обогащенная витамином В12 пища (мясо, молоко, яйца), а состояние желудка. Оно зависит: от достаточной выработка слизи (на этот процесс влияет повышенная кислотность вследствие избыточного потребления белковых продуктов, да еще и в сочетании с углеводами, которые при длительном нахождении в желудке начинают бродить, что приводит к закислению); от недостаточного потребления воды; от приема медикаментов, как уменьшающих кислотность, так и высушивающих слизистые желудка. Этот замкнутый круг можно разорвать правильно сбалансированной едой, питьем воды и режимом приема пищи.

Выработка желудочного сока регулируется сложными механизмами, на которых я не буду останавливаться. Хочу лишь напомнить, что один из них (безусловный рефлекс) мы можем наблюдать, когда соки начинают выделяться лишь от мысли о знакомой вкусной еде, от запахов, от наступления привычного времени приема пищи. Когда что-то попадает в ротовую полость, сразу начинается выделение соляной кислоты с максимальной кислотностью. Поэтому, если после этого пища не поступает в желудок, кислота разъедает слизистую, что приводит к ее раздражению, к эрозивным изменениям, вплоть до язвенных процессов. Не подобные ли процессы происходят, когда люди жуют жвачки или курят натощак, когда делают глоток кофе или другого напитка и, торопясь, убегают? Мы не думаем о своих действиях, пока «гром не грянет», пока не становится уже действительно больно, ведь кислота-то настоящая…

На выделение желудочных соков влияет состав пищи:

• жирные продукты угнетают желудочную секрецию, в результате пища задерживается в желудке;
• чем больше белка, тем больше кислоты: употребление тяжелых для усвоения белков (мясо и мясная продукция) увеличивает секрецию соляной кислоты;
• углеводы в желудке не подвергаются гидролизу, для их расщепления нужна щелочная среда; углеводы, длительно находящиеся в желудке, увеличивают кислотность за счет процесса брожения (поэтому важно не есть белковую еду вместе с углеводами).

Результатом нашего неправильного отношения к питанию становятся нарушения кислотно-щелочного баланса в пищеварительном тракте и появление болезней желудка и ротовой полости. И здесь снова важно понимать, что сохранить здоровье и здоровое пищеварение помогут не средства, уменьшающие кислотность или ощелачивающие организм, а осознанное отношение к тому, что мы делаем.

В следующей статье мы рассмотрим, что происходит с пищей в тонком и толстом кишечнике.

Пищеварение в полости рта - это первое звено в сложной цепи процессов ферменативного расщепления пищевых веществ до мономеров. Пищеварительные функции полости рта включают в себя апробирование пищи на съедобность, механическую переработку пищи и частичную химическую ее обработку.

Моторная функция в полости рта начинается с акта жевания. Жевание -физиологический акт, который обеспечивает измельчение пищевых веществ, смачивание их слюной и формирование пищевого комка. Жевание обеспечивает качество механической обработки пищи в полости рта. Оно оказывает влияние на процесс пищеварения в других отделах пищеварительного тракта, изменяя их секреторную и моторную функции.

Одним из методов изучения функционального состояния жевательного аппарата является мастикациография - запись движений нижней челюсти при жевании. На записи, которая называется мастикациограммой можно выделить жевательный период, состоящий из 5 фаз (рис. 31).

* 1 фаза - фаза покоя;

* 2 фаза - введение пищи в полость рта (первое восходящее колено записи, которое начинается от линии покоя);

* 3 фаза - ориентировочное жевание или начальная жевательная функция, она соответствует процессу апробации механических свойств пищи и начальному ее дроблению;

* 4 фаза - основная или истинная фаза жевания, она характеризуется правильным чередованием жевательных волн, амплитуда и продолжительность которых определяется величиной порции пищи и ее консистенцией;

* 5 фаза - формирование пищевого комка имеет вид волнообразной кривой с постепенным уменьшением амплитуды волн.

Характер мастикациограммы зависит в основном от механических свойств пищи и ее объема. Изменения мастикациограммы происходят также при нарушении целостности зубных рядов, при заболеваниях зубов и пародонта, при заболеваниях слизистой оболочки полости рта и др.

Жевание представляет собой саморегуляторный процесс, в основе которого лежит функциональная система жевания. Полезным приспособительным результатом этой функциональной системы является пищевой комок, сформированный в процессе жевания и подготовленный для глотания. Функциональная система жевания формируется для каждого жевательного периода.

При поступлении пищи в полость рта происходит раздражение рецепторов слизистой оболочки в такой же последовательности: механо-, термо- и хеморецепторы. Возбуждение от этих рецепторов по чувствительным волокнам язычного (ветвь тройничного нерва), языкоглоточного, барабанной струне (ветвь лицевого нерва) и верхнегортанного нерва (ветвь блуждающего нерва) поступает в чувствительные ядра этих нервов продолговатого мозга (ядро салитарного тракта и ядро тройничного нерва). Далее возбуждение по специфическому пути доходит до специфических ядер зрительных бугров, где происходит переключение возбуждения, после которого оно поступает в корковый отдел орального анализатора. Здесь на основе анализа и синтеза поступающих афферентных возбуждений принимается решение о съедобности поступивших в полость рта веществ. Несъедобная пища отвергается (выплевывается), что является одной из важных защитных функций полости рта. Съедобная пища остается в полости рта и жевание продолжается. В этом случае к потоку афферентных импульсов присоединяется возбуждение от механорецепторов пародонта - опорного аппарата зуба.

От афферентных путей на уровне ствола мозга отходят коллатерали к ядрам ретикулярной формации, которая входит в состав экстрапирамидной системы и обеспечивает эфферентную функцию. От двигательных ядер ретикулярной формации ствола мозга (которые являются двигательными ядрами тройничного, подъязычного и лицевого нервов) в нисходящем направлении в составе эфферентных волокон тройничного, подъязычного и лицевого нервов импульсы поступают к мышцам, обеспечивающим жевание: собственно жевательным, мимическим и мышцам языка. Произвольное сокращение жевательных мышц обеспечивается участием коры больших полушарий головного мозга.

51.В акте жевания и формировании пищевого комка обязательное участие принимает слюна. Слюна - это смесь секретов трех пар крупных слюнных желез и множества мелких железок, расположенных в слизистой оболочке полости рта. К секрету, выделяемому из выводных потоков слюнных желез, примешиваются эпителиальные клетки, частицы пищи, слизь, слюнные тельца (нейтрофильные лейкоциты, иногда лимфоциты), микроорганизмы. Такая слюна, смешанная с различными включениями, называется ротовой жидкостью. Состав ротовой жидкости изменяется в зависимости от характера пищи, состояния организма, а также под влиянием факторов внешней среды.

Секрет слюнных желез содержит около 99% воды и 1% сухого остатка, в который входят анионы хлоридов, фосфатов, сульфатов, бикарбонатов, иодитов, бромидов, фторидов. В слюне содержатся катионы натрия, калия, магния, кальция, а также микроэлементы (железо, медь, никель и др.). Органические вещества представлены в основном белками. В слюне имеются самые различные по происхождению белки в том числе и белковое слизистое вещество - муцин. В слюне содержатся азотсодержащие компоненты: мочевина, аммиак, креатинин и др.

Функции слюны.

1. Пищеварительная функция слюны выражается в том, что она смачивает пищевой комок и подготавливает его к перевариванию и проглатыванию, а муцин слюны склеивает порцию пищи в самостоятельный комок. В слюне обнаружено свыше 50 ферментов, которые относятся к гидролазам, оксиредуктазам, трансфераэам, липазам, изомеразам. В слюне в небольших количествах обнаружены протеазы, пептидазы, кислая и щелочная фосфатазы. В слюне содержится фермент калликреин, который принимает участие в образовании кининов, расширяющих кровеносные сосуды.

Несмотря на то, что пища в полости рта находится короткое время - около 15 с, пищеварение в полости рта имеет большое значение для осуществления дальнейших процессов расщепления пищи, т. к. слюна, растворяя пищевые вещества, способствует формированию вкусовых ощущений и влияет на аппетит. В полости рта под влиянием ферментов слюны начинается химическая переработка пищи. Фермент слюны амилаза расщепляет полисахариды (крахмал, гликоген) до мальтозы, а второй фермент - мальтаза - расщепляет мальтозу до глюкозы.

2. Защитная функция , слюны выражается в следующем:

* слюна защищает слизистую оболочку полости рта от пересыхания, что особенно важно для человека, использующего в качестве средства общения речь;

* белковое вещество слюны муцин способен нейтрализовать кислоты и щелочи;

* в слюне содержится ферментоподобное белковое вещество лизоцим (мурамидаза), который обладает бактериостатическим действием и принимает участие в процессах регенерации эпителия слизистой оболочки полости рта;

* ферменты нуклеазы, содержащиеся в слюне, участвуют в деградации нуклеиновых кислот вирусов и таким образом защищают организм от вирусной инфекции;

* в слюне обнаружены факторы свертывания крови, от активности которых зависит местный гемостаз, процессы воспаления и регенерации слизистой оболочки полости рта;

* в слюне обнаружено вещество, стабилизирующее фибрин (подобно фактору XIII плазмы крови);

* в слюне обнаружены вещества, препятствующие свертыванию крови (антитромбинопластины и антитромбины) и вещества, обладающие фибринолитической активностью (плазминоген и др.);

* в слюне содержится большое количество иммуноглобулинов, что защищает организм от попадания патогенной микрофлоры.

3. Трофическая функция слюны. Слюна является биологической средой, которая контактирует с эмалью зуба и является для нее основным источником кальция, фосфора, цинка и других микроэлементов.

4. Выделительная функция слюны. В составе слюны могут выделяться продукты обмена - мочевина, мочевая кислота, некоторые лекарственные вещества, а также соли свинца, ртути и др.

Слюноотделение осуществляется по рефлекторному механизму. Различают условно-рефлекторное и безусловно-рефлекторное слюноотделение.

Условно-рефлекторное слюноотделение вызывают вид, запах пищи, звуковые раздражители, связанные с приготовлением пищи, а также разговор и воспоминание о пище. При этом возбуждаются зрительные, слуховые, обонятельные рецепторы. Нервные импульсы от них поступают в корковый отдел соответствующего анализатора, а затем в корковое представительство центра слюноотделения. От него возбуждение идет к бульбарному отделу центра слюноотделения, эфферентные команды которого поступают к слюнным железам.

Безусловно-рефлекторное слюноотделение происходит при поступлении пищи в ротовую полость. Пища раздражает рецепторы слизистой оболочки. Афферентный путь секреторного и двигательного компонентов акта жевания является общим. Нервные импульсы по афферентным путям поступают в центр слюноотделения, который находится в ретикулярной формации продолговатого мозга и состоит из верхнего и нижнего слюноотделительных ядер (рис. 32).

Эфферентный путь слюноотделения представлен волокнами парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы. Парасимпатическая иннервация слюнных желез осуществляется вегетативными волокнами клеток слюноотделительных ядер, проходящих в составе языкоглоточного и лицевого нервов.

От верхнего слюноотделительного ядра возбуждение направляется к подчелюстной и подъязычной железам. Преганглионарные волокна идут в составе барабанной струны до подчелюстного и подъязычного вегетативных ганглиев. Здесь возбуждение переключается на постганглионарные волокна, которые идут в составе язычного нерва к подчелюстной и подъязычной слюнным железам.

От нижнего слюноотделительного ядра возбуждение передается по преганглионарным волокнам в составе малого каменистого нерва до ушного ганглия, здесь возбуждение переключается на постганглионарные волокна, которые в составе ушно-височного нерва подходят к околоушной слюнной железе.

Симпатическая иннервация слюнных желез осуществляется симпатическими нервными волокнами, которые начинаются от клеток боковых рогов спинного мозга на уровне 2-6 грудных сегментов. Переключение возбуждения с пре- на постганглионарные волокна осуществляется.в верхнем шейном симпатическом узле, от которого постганглионарные волокна по ходу кровеносных сосудов достигают слюнных желез.

Раздражение парасимпатических волокон, иннервирующих слюнные железы, приводит к отделению большого количества жидкой слюны, которая содержит много солей и мало органических веществ. Раздражение симпатических волокон вызывает отделение небольшого количества густой, вязкой слюны, которая содержит мало солей и много органических веществ.

Большое значение в регуляции слюноотделения имеют гуморальные факторы, к которым относятся гормоны гипофиза, надпочечников, щитовидной и поджелудочной желез, а также продукты метаболизма.

Отделение слюны происходит в точном соответствии с качеством и количеством принимаемых пищевых веществ. Например, при приеме воды слюна почти не отделяется. При поступлении в полость рта вредных веществ происходит отделение большого количества жидкой слюны, которая омывает полость рта от этих вредных веществ и т. д. Такой приспособительный характер слюноотделения обеспечивается центральными механизмами регуляции деятельности слюнных желез, а запускаются эти механизмы информацией, поступающей от рецепторов полости рта.

52. Глотание. После того, как сформировался пищевой комок происходит глотание. Это рефлекторный процесс, в котором выделяют три фазы:

* ротовую (произвольную и непроизвольную);

* глоточную (быструю непроизвольную);

* пищеводную (медленную произвольную).

Глотательный цикл длится около 1 с. Координированными сокращениями мышц языка и щек пищевой комок перемещается к корню языка, что приводит к раздражению рецепторов мягкого неба, корня языка и задней стенки глотки. Возбуждение от этих рецепторов по глоточным нервам поступает в центр глотания, расположенный в продолговатом мозге, от которого идут эфферентные импульсы к мышцам полости рта, гортани, глотки и пищевода в составе тройничных, подъязычных, языкоглоточных и блуждающих нервов. Сокращение мышц, приподнимающих мягкое небо, обеспечивает закрытие входа в полость носа, а поднятие гортани закрывает вход в дыхательные пути. Во время акта глотания происходят сокращения пищевода, которые имеют характер волны, возникающей в верхней части и распространяющейся в сторону желудка. Моторика пищевода регулируется в основном эфферентными волокнами блуждающего и симпатического нервов и интрамуральными нервными образованиями пищевода.

Центр глотания расположен рядом с центром дыхания продолговатого мозга и находится с ним в реципрокных отношениях (при глотании дыхание задерживается).