АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Основные механизмы транспорта в кишечнике

Основная функция кишечника - всасывание воды, минеральных солей и продуктов переваривания пищи, ив этих процессах тонкий кишечник и толстый кишечник выполняют разные функции. Основная функция тонкого кишечника- транспорт энергети­ческого материала, воды, минеральных солей, желчных кислот и витаминов. Толстый кишечник служит резервуаром для каловых масс, а также играет важную роль в регуляции конечного всасы­вания жидкости из кишечника. Несмотря на функ­циональные и анатомические различия между тон­ким кишечником и толстым, механизмы транспорта в их эпителии в принципе одинаковы.

Терминология. Содержимое кишечника (химус), перемещается в двух направлениях-от орального отверстия к анальному (благодаря сократительной активности стенок кишечника) и от слизистой по­верхности к серозной, т.е. из просвета кишечника в эпителий и далее в субэпителиальные капилляры и лимфатические сосуды. Здесь мы рассмотрим последние из названных транспортных процессов, используя понятие скорость транспорта, или поток.

В принципе вещество может переноситься через эпителий кишечника в любом направлении, т.е. из просвета кишечника к серозной поверхности и наоборот. Когда преобладает однонаправленный транспорт от слизистой оболочки к серозной, про­исходит процесс всасывания, а когда перемещение происходит от серозной поверхности к слизистой, т.е. в просвет кишечника, имеет место секреция (рис. 6). Конечный эффект всегда является ре­зультирующей двух разнонаправленных потоков.

Рис.6.Перемещение воды и минеральных солей в кишечнике. Суммарный перенос является равнодейст­вующей двух противоположных потоков. Если преобла­дает поступление в просвет кишечника, речь идет о сек­реции. Когда выход из просвета кишечника превышает поступление в него, имеет место всасывание. При оди­наковой интенсивности обоих процессов суммарный результат равен нулю

Методы изучения транспорта в кишечнике. Для изу­чения транспорта веществ в кишечнике используют ме­тоды как in vivo, так и in vitro. Всасывание в кишечнике человека можно исследовать с помощью балансовых методов, метода перфузии и так называемых тестов на толерантность. При использовании балансовых методов определяют разницу между количеством вещества, приня­того через рот, и количеством того вещества, которое выделяется с калом и мочой; эта разница показывает усвояемость данного вещества в кишечнике.

Рис. 7.Измерение in vitro однонаправленных потоков с помощью «камеры Азинга». Фрагмент эпителия закрепляют между двумя камерами, заполненными газированным раствором электролита, и с помощью двух электродов, расположенных на слизистой и серозной поверхностях, регистрируют разность спонтанных транс­мембранных потенциалов слизистой. Разность потенциалов уравновешивают с помощью приложенного электрического тока; таким образом, цепь через эпителий замыкается (по [13])

Перфузию кишечника производят через многостволь­ные катетеры, вводимые в кишечник через рот. Перфузионный раствор вводят в кишечник через проксимальное отверстие катетера и отбирают через дистальное отвер­стие. По разности в содержании вещества в исходном растворе и в аспирате оценивают эффективность его всасывания.

Клиническая проба на толерантность заключается во введении исследуемого вещества через рот и последующем измерении содержания этого вещества или его метабо­лита в моче (d-ксилозная проба) или в выдыхаемом воздухе (проба на Н₂ в выдыхаемом воздухе). Эти методы не дают, однако, никакого представления о механизмах транспорта; для их исследования необходимо определять однонаправ­ленные потоки.

Механизм транспорта вещества, имеющего электри­ческий заряд, может быть точно охарактеризован только при исключении электрохимических градиентов, а осу­ществить это можно в условиях in vitro с помощью камеры Азинга (рис. 7). При таких исследованиях для регистрации потоков вещества в том и другом направ­лениях используют радиоактивные изотопы, а электро­химические градиенты устраняют, замыкая электрическую цепь через эпителий путем приложения извне электриче­ского напряжения.

Для анализа отдельных стадий переноса веществ необходимо «открыть» эпителий, считающийся до сих пор «черным ящиком». Для этого существуют два пути: измерение электрических параметров внутри клеток с помощью записывающих электродов, встроенных в интактную ткань, и изучение процесса транспорта в изолиро­ванных клеточных органеллах путем выделения транс­портных везикул из слизистой и серозной поверхностей клеточной мембраны.

Функциональная анатомия энтероцитов. Два соседних энтероцита (клетки кишечного эпителия) и заключенное между ними межклеточное про­странство составляют функциональную единицу (рис. 8). Со стороны, противоположной просвету кишечника, энтероциты и межклеточное прост­ранство ограничены базальной мембраной. Последняя не

Рис. 8. Эпителиальные клетки в покое и во время всасывания. Соседние клетки образуют вместе с плот­ным контактом и межклеточным пространством функ­циональную единицу. Форма эпителиальных клеток и межклеточного пространства зависит от функциональ­ного состояния эпителия

играет большой роли в направленных про­цессах транспорта, поскольку ее структура такова, что через нее могут свободно проходить даже круп­ные молекулы. На поверхности энтероцитов, обра­щенной в просвет кишечника, имеются микровор­синки. С этой стороны соседние энтероциты соеди­нены плотными контактами, получившими свое название из-за того, что под микроскопом они имеют вид плотных структур. Первоначально счи­тали, что плотные контакты являются барьером для диффузии, но теперь известно, что они по крайней мере частично проницаемы для воды и растворенных малых молекул, а также играют особо важную роль в процессах транспорта в верхних отделах желудоч­но-кишечного тракта.

Форма энтероцитов и межклеточного прост­ранства подвергается заметным изменениям в за­висимости от их функционального состояния (рис. 8). Когда желудок пуст, энтероциты плотно примыкают друг к другу и разделены таким узким межклеточным пространством, что его с трудом удается различить под микроскопом. Во время про­цесса всасывания объем энтероцитов уменьшается вследствие увеличения межклеточного пространства за счет поступления в него жидкости и повышения гидростатического давления. Это межклеточное гидростатическое давление служит движущей силой для транспорта воды и минеральных солей из меж­клеточного пространства в субэпителиальные ка­пилляры и лимфатические сосуды.

Клетки слизистой содержат дифференцирован­ные системы органелл (рис. 29.9). Эндоплазматический ретикулум играет важную роль в синтезе белка; в этом компартменте, в частности, синтези­руются белковые компоненты хиломикронов, обра­зующихся при всасывании жиров, и многие носи­тели, облегчающие транспорт веществ через клетку. В аппарате Гольджи хранятся и подвергаются химической модификации всосавшиеся, а также новосинтезированные в клетке вещества. В энтероцитах присутствуют также лизосомоподобные струк­туры, в которых происходит гидролитическое рас­щепление всосавшихся и синтезированных в самой клетке веществ. Обилие митохондрий в энтероцитах указывает на высокую интенсивность окислитель­ного обмена, необходимого для выполнения энтероцитами их транспортной функции.

Характерная особенность энтероцитов, имею­щая исключительно важное значение для процессов всасывания,- это наличие микроворсинок - пальце­видных выростов на поверхности клеток, обращен­ной в просвет кишечника (рис.9). Микровор­синки образуют щеточную каемку энтероцитов шириной около 1-2 мкм. Каждая микроворсинка представляет собой цилиндрический вырост цито­плазмы, внутри которого имеется сократительная структура, состоящая из филаментов актина и обеспечивающая изменение формы микроворсинок. На апикальной стороне энтероцита волокна раз­ветвляются, образуя сложную сеть (терминальное сплетение). Как правило, плотность микроворсинок уменьшается в кишечнике в направлении от ораль­ного отверстия к анальному и колеблется от 650 до 3500 на клетку. В тонком кишечнике микроворсинки покрыты дополнительным волокнистым слоем- гликокаликсом, компоненты которого синтези­руются и секретируются на поверхность энтероцитами. В гликокаликсе присутствуют пищеваритель­ные ферменты, адсорбированные или образованные в самих энтероцитах; в основании слоя гликокаликса эти ферменты встроены в мембрану микроворсинки. Сам гликокаликс покрыт тонким слоем воды, который не удаляется даже при сильных перистальтических сокращениях; его называют «неперемешиватцимся водным слоем». Этот слой препятствует прохождению липофильных веществ и облегчает перенос растворимых гидрофильных частиц.

Рис. 9. Строение энтероцита (А) и микроструктура щеточной каемки (Б)

Внутри- и межклеточный пути транспорта. Вся поверхность энтероцита покрыта трехслойной мембраной. Химический состав мемб­раны, обращенной в просвет кишечника, обеспечи­вает транспорт через нее жирорастворимых веществ путем простой диффузии. В то же время транспорт липидов через водную среду цитоплазмы и базолатеральную мембрану требует затрат энергии и осуществляется при участии особого механизма.

Перенос полярных и несущих электрический за­ряд веществ через липидную мембрану происходит чрезвычайно медленно. Чтобы дать приемлемое объяснение имеющимся экспериментальным дан­ным, необходимо постулировать существование в мембране пор, или каналов, хотя до сих пор их не удалось обнаружить с помощью светового микро­скопа. Для пассивного транспорта заряженных ве­ществ важное значение имеет наличие на поверх­ности энтероцитов фиксированного отрицательного заряда.

Наряду с переносом веществ через клетки имеет место их транспорт через плотные контакты и межклеточное пространство. Поскольку прони­цаемость эпителия определяется в основном плот­ными контактами, его физические и электрические свойства во многом зависят от этих межклеточных структур.

При электронной микроскопии с использованием техники замораживания-скалывания плотные контакты имеют вид нитей, сплошь заполняющих промежутки между клетками. Число нитей в плотных контактах уменьшается в направлении от орального отверстия к анальному. Однако плотность этих контактов зависит, по-видимому, не только от числа нитей, как думали раньше, но и от их состава.

Свойства эпителия. Транспорт веществ через эпителий кишечника почти на 90% (в разных от­делах кишечника по-разному) осуществляется не через энтероциты, а межклеточным путем. Про­никновение веществ через эпителий межклеточным путем за счет осмотического градиента называется пассивной проницаемостью. Плотные контакты в толстом кишечнике полностью проницаемы для молекул диаметром до 0,8 им и мало или совсем непроницаемы для более крупных молекул. Таким образом, для более крупных молекул эпителий служит полупроницаемой мембраной и ведет себя как сито, разделяющее частицы разных размеров.

Если вещество, неспособное проникать через эпителий, поместить в растворе гипертонической концентрации на одну поверхность эпителия, то осмотический градиент (π) вызовет приток воды со стороны другой его поверхности. Величина осмоти­ческого давления пропорциональна разности кон­центраций маркера (вещества сравнения, неспособ­ного проникать через мембрану):

π = A[S] R-T, (1)

где A[S] -разность концентраций, R-газовая постоянная, Т- абсолютная температура

Исходя из осмотического градиента, создаваемого в результате присутствия вещества на одной стороне эпителия, можно рассчитать проницаемость последнегодля этого вещества. Отношение тока воды, вызванного осмотическим давлением вещества, не проникающего че­рез мембрану, к току воды, вызванному исследуемым веществом, называют коэффициентом отражения. Этот коэффициент служит мерой пассивной проницаемости эпи­телия для незаряженных водорастворимых веществ (рис.10). Он равен нулю в случае вещества, для кото­рого эпителий полностью проницаем, и единице в случае маркера, для которого он непроницаем. Если коэффициент отражения меньше 1, но больше 0, вещество частично диффундирует через мембрану. В этом случае размер молекул вещества сравним с диаметром пор плотных контактов.

Диаметр пор, или каналов, плотных контактов уменьшается вдоль кишечного тракта в направле­нии от проксимальных отделов к дистальным. Эпи­телий тощей кишки человека проницаем для моле­кул диаметром 0,75-0,8 им, подвздошной кишки -0,3-0,5 нм, а толстой-только 0,22-0,25 нм. Про­ницаемость эпителия для воды в разных участках кишечника поэтому тоже различна. При введении гипертонического раствора в просвет двенадцати­перстной кишки приток воды в него в единицу времени будет в 3 раза больше, чем в толстой кишке (см. также рис. 34). Однако пассивная прони­цаемость заряженных частиц зависит не только от диаметра каналов, но и от заряда частиц. Следует также отметить, что диаметр ионов зависит от их

Рис. 10. Схема пассивного транспорта через эпите­лий. Перенос воды через эпителий происходит под действием осмотического давления, создаваемого раст­воренным в ней веществом; проницаемость мембран для исследуемого вещества может быть рассчитана путем сравнения вызываемого этим веществом тока воды с током воды, вызываемым маркером-веществом, для которого мембрана полностью непроницаема. Рассчитанная таким образом проницаемость называет­ся коэффициентом отражения а

конфигурации, гидратной оболочки и атомного веса.

Дата добавления: 2015-08-06 | Просмотры: 1046 | Нарушение авторских прав