Гомеостаз заключение-все темы кратко

Питательный гомеостаз-заключение.

Согласно современным представлениям термином «Гомеостаз» обозначают состояние сложной биологической системы при котором координированная деятельность саморегулирующхси физиологических механизмов вопреки возмущающим внешним и внутренним воздействиям обеспечивает вариативное динамическое постоянство ее структуры и функции. В соответствии с этим определением питательный гомеостаз — это состояние внутренней среды организма, при котором приспособительные и успения в координированной деятельности физиологических механизмов обеспечивают поддержание в ней концентрации питательных веществ в относительно малом интервале значений, и в пределах этого интервала на уровне, адекватном внешним и внутренним возмущающим воздействиям. Что же представляют собой эти физиологические механизмы? Как известно, в пищеварительном канале, в первую очередь в тонкой кишке, осуществляется наиболее тесный контакт внутренней среды организма с внешней средой, представленной набором пищевых продуктов, в которых соотношение масс и концентрация электролитов и питательных веществ варьируют в широких пределах. Опасность нарушения питательного гомеостаза, как правило, возникает не в межпищеварительный период, когда все нутритивные потребности организма удовлетворяются за счет мобилизации ранее ассимилированных эндогенных веществ из «депо», а в период активного пищеварения, когда скорость пополнения внутренней среды нутриентами, всасывайщимйся из просвета пищеварительного канала, может превысить скорость депонирования той их части, которая не расходуется в данный момент на обеспечение метаболических процессов в тканях. Это, в свою очередь, привело бы к критическому повышению концентраций в крови и далее в других средах, составляющих «флюидную матрицу», т. е. внутреннюю среду организма. Питательный гомеостаз в период активного пищеварения может поддерживаться только путем установления равенства скорости всасывания нутриентов и скорости их утилизации и депонирования. Поскольку предельные возможности механизмов, обеспечивающих депонирование поступающих в кровь питательных веществ ограничены, на это прямо указывают данные, полученные при осуще: ствлении парентерального питания, сохранение питательного гомеостаза связано в первую очередь с ограничением скорости всасывания электролитов и питательных веществ, способных транспортироваться через кишечный барьер. Сопоставление данных литературы с результатами проведенного исследования дает возможность судить о том, как это происходит в реальных условиях пищеварения. Схема организации процесса снабжения организма нутриентами в пищеварительном периоде при различных рационах представлена на рис. 75. Как видно на этой схеме, в гастродуоденальном отделе пищеварительного канала происходит интенсивный обмен нутриентами: в то время как основная масса углеводов, содержащихся в пище, всасывается, вода, натрий и хлор, выделяясь в количествах, существенно превышающих содержание этих веществ в рационе, входят в состав энтеральной среды. В просвет этого отдела пищеварительного канала поступают и липиды в количестве, сопоставимом с их содержанием в рационе. Величина и направление нетто-потока калия, кальция, фосфора и азотистых продуктов зависят как от их концентрации в рационе, так и от соотношения нутриентов в съеденной пище. Только в том случае, если в состав рациона входят все основные нутриенты в соотношениях, характерых для сбалансированных рационов, эти вещества частично всасываются в гастродуоденальном отделе пищеварительного канала; во всех остальных случаях масса их в химусе возрастает тем значительней, чем ниже исходное содержание этих веществ в рационе. В результате пополнения химуса водой и эндогенными нутриентами их концентрации стабилизируются в относительно малом (по сравнению с рационами) интервале значений. При этом величины концентрации электролитов и основных питательных веществ приближаются к характерным для гомеостатированной внутренней среды организма: для большинства веществ они резко снижаются, главным образом за счет разведения эндогенной водой, а для липидов и таких электролитов, как натрий и хлор, вопреки разведению эндогенной водой существенно увеличиваются за счет интенсивного их поступления в просвет гастродуоденального отдела пищеварительного канала.

Важную роль в гомеостатировании энтеральной среды играют приспособительные изменения секреции пищеварительных соков, обусловленные нейрогуморальной регуляцией деятельности пищеварительных желез. Масса нутриентов в выделяющихся соках меняется в соответствии с их содержанием в рационе. Наряду с этим механизмом в гомеостатировании энтеральной среды принимает участие и непосредственный обмен веществами по градиенту концентрации, осуществляемый через проницаемые мембраны кишечного барьера. На это указывают как результаты исследований, в которых использовалась радиоактивная «метка», так и установленный нами факт быстрого появления в среде, вводимой непосредственно в тощую кишку, значительных концентраций электролитов и питательных веществ, ранее в ней отсутствовавших.

Рециркуляция нутриентов как механизм гомеостазирования энтеральной среды.

Локализация всасывания нутриентов в естественных условиях пищеварения при различном питании.

Почему интенсивный обмен веществами между средой, заполняющей гастродуоденальный отдел пищеварительного канала, и внутренней средой организма, приводя к гомеостатированию энтеральной среды, не сопровождается нарушениями питательного гомеостаза, обусловленными быстрым поступлением из крови в просвет пищеварительного канала значительных масс электролитов, липидов и белка?

Сохранение во внутренней среде организма относительного постоянства концентрации нутриентов, активно выделяющихся в периоде активного пищеварения в просвет гастродуоденального отдела пищеварительного канала, обеспечивается двумя основными факторами. Первый из них заключается в том, что вещества, которые в процессе формирования энтеральной среды интенсивно выделяются в полость желудка и 12-перстной кишки, интенсивно всасываются уже в начальном отделе тощей кишки. В динамике процесса активного пищеварения в то же самое время, когда относительно малая порция содержимого, выходящая из желудка, пополняется эндогенными нутриентами, из предыдущей порции, поступившей в тощую кишку, во внутреннюю среду организма реабсорбируется масса этих веществ, близкая по абсолютной величине к выделившейся в проксимальнее расположенные отделы пищеварительного канала. Транспортируясь с кровью к пищеварительным железам и тканям кишечного барьера, всосавшиеся вещества вновь выделяются в полость желудка и 12-перстной кишки, т. е. рециркулируют. Таким образом, относительное постоянство состава химуса обеспечивается рециркуляцией относительно малой массы эндогенных веществ (см. рис. 75).

Это и является основной причиной того, что выделение в просвет пищеварительного канала рециркулирующих веществ, способствуя гомеостатированию состава каждой выходящей из желудка порции химуса, нарушений питательного гомеостаза не вызывает. Даже в том случае, если интенсивное выделение эндогенных веществ привело бы к снижению их концентрации в крови, это, как и в межпищеварительном периоде, немедленно компенсировалось бы мобилизацией эндогенных веществ из депо.

Одним из таких депо является полость тонкой кишки, в которую, как это было установлено нами в отношении углеводов и липидов, нутриенты поступают в составе кишечного сока в тот период, когда концентрация их в крови достигает максимальных значений. Это и является вторым фактором сохранения питательного гомеостаза в процессе формирования гомеостатированной энтеральной среды.

Общим следствием непрерывно протекающего обмена веществами между средой, заполняющей полость гастродуоденального отдела пищеварительного канала, и внутренней средой организма является то, что к поверхности контакта с кровью поступает не случайный набор пищевых субстратов, а среда, в которой соотношение нутриентов гомеостатировано в относительно узкой полосе значений, а их концентрации приближены к имеющимся в плазме крови, притекающей к кишке. Каким образом это сказывается на процессе всасывания нутриентов в тонкой кишке?

Анализ данных, полученных при изучении этого вопроса, выявляет, что основным следствием гомеостатирования химуса является пропорциональное сопряженное всасывание всех входящих в его состав нутриентов со скоростью, регламентированной градиентом их концентраций, установившимся при формировании энтеральной среды. Это, в свою очередь, имеет два следствия.

Первое из них заключается в том, что при всасывании ингредиентов химуса в процессе эвакуации по тощей кишке принципиальных изменений в его составе не возникает, в результате чего условия всасывания нутриентов в дистальынх отделах тонкой кишки также принципиально не изменяются.

Вторым еще более важным следствием является то, что в каждый данный момент времени внутренняя среда пополняется набором нутриентов, относительно постоянным по соотношению входящих в нее веществ. Это нашло свое подтверждение и при расчете концентрационных показателей электролитов и питательных веществ в их нетто-потоке, поступающем из полости тонкой кишки в кровь. Оказалось, что на протяжении всего периода активного пищеварения концентрации всех исследованных электролитов и питательных веществ в этом потоке близки по абсолютной величине к их концентрациям в химусе, поступающем из 12-перстной в тощую кишку.

По существу это означает, что гомеостатирование химуса является промежуточным этапом на пути превращения случайного набора питательных веществ, входящих в состав различных рационов, в поток веществ из энтеральной среды в кровь, относительно постоянный по их соотношению и для каждого из них приближенный по концентрации к поддерживающейся в го- меостатированной внутренней среде. Такая организация пополнения организма нутриентами является основой поддержания питательного гомеостаза.

Тема: Системы пищеварительно-транспортных процессов в полости тонкой кишки.

(Пищеварительно-транспортные процессы. Плотная фаза химуса.Пищевые частицы. Эндогенные флокулярные структуры. Локализация ферментов на структурах плотной фракции химуса. Роль взаимодействия плотной и эндогенной фаз химуса в обеспечении процессов пищеварения и всасывания в тонкой кишке.)

При постоянно сохраняющейся близости общей концентрации питательных веществ в химусе и нетто-потоке в последнем питательные вещества находятся только в гидролизованной форме, в то время как в химусе они представлены определенным соотношением полимеров и продуктов их промежуточного и заключительного гидролиза. Это означает, что ферментативное расщепление полимеров пищевых субстратов в тонкой кишке организовано таким образом, что скорость темпа образования продуктов заключительного гидролиза постоянно соответствует скорости их переноса через кишечный барьер в кровь.

Проведенные морфологические исследования показали, что большая часть полимеров питательных веществ химуса представлена частицами пищи. Содержащиеся в них питательные вещества могут транспортироваться через кишечный барьер только после их солюбилизации и полного гидролиза.

В ходе исследования структурной организации процессов ферментативного гидролиза пищевых субстратов в полости тонкой кишки был обнаружен принципиально новый факт: образование эндогенной плотной фракции химуса, сорбирующей на своей поверхноети значитёльную часть ферментов пищеварительных соков, выделяющихся в просвет 12-перстной кишки. Флокулы геля, образующего эндогенную плотную фракцию, выпадая при закислении энтеральной среды желудочным содержимым, фиксируются на поверхности пищевых частиц химуса, и сорбированные на их поверхности панкреатические эндогидролазы, так же как ферменты, адсорбированные на поверхности пищевых частиц, принимают участие в гидролизе и солюбилизации пищевых субстратов, из которых состоят эти частицы. Благодаря этому скорость превращения пищевых частиц в солюбилизироваиные полимерные субстраты и продукты их гидролиза, транспортируемые в зону мембранного пищеварения, соответствует скорости гидролиза полимерных пищевых субстратов, исходно солюбилизированных в жидкой фракции химуса.

Тема: Слой слизистых наложений.

(Структура пищеварительно-транспортного конвейера. Роль пристеночных ферментов)

Обязательным этапом транспорта пищевых субстратов во внутреннюю среду является их перенос через слой слизистых наложений, который вследствие его непрерывности полностью отделяет поверхность энтероцитов от энтеральной среды. Изучение активности ферментов в этом слое показало, что в нем, помимо панкреатических эндогидролаз, сорбированных на люминальной поверхности, содержатся синтезируемые энтероцитами экзогидролазы, часть которых остается связанной с отторгшимися эпителиальными структурами, включенными в слой слизистый наложений, часть —диффузно распространена в слизи, являющейся основным элементом этого слоя.

Рис. 76. Схема фермент-субстратных взаимодействий в реакционных зонах тонкой кишки

А — существовавшие представления; Б — дополненная схема. S — субстраты; Е — взаимодействующие с ними растворенные и адсорбированные ферменты Остальные объяснения в тексте

Пищевые частицы с фиксированными на их поверхности флокулами геля, и структуры геля, образующего слизистые наложения, представляют собой реакционные зоны, в которых взаимодействие пищевых субстратов с ферментными ансамблями, как и в зоне мембранного пищеварения, происходит на границе раздела твердой и жидкой фаз. В полости тонкой кищки с пищевыми субстратами взаимодействуют не только растворенные ферменты и эндогидролазы, адсорбированные на поверхности пищевых частиц, но и панкреатические ферменты, фиксированные на флокулах эндогенной плотной фракции химуса и эндо- и экзогидролазы, находящиеся в слое слизистых наложений (рис 76). Интенсивность переваривания пищевых субстратов в двух последних реакционных зонах определяется как спецификой гетерофазного гидролиза, так и зависимостью фермент-субстратного взаимодействия от транспортных процессов. Эта зависимость определяется тем, что между гидролитическими и транспортными процессами в тонкой кишке существует обратная связь, обеспечивающая саморегуляцию скорости образования и всасывания мономеров. При замедлении их трансмембранного переноса накопление продуктов гидролиза в энтеральной среде в результате ретроингибирования задерживает расщепление пищевых субстратов, солюбилизированных в жидкой фракции химуса и входящих в состав пищевых частиц. Поэтому концентрация мономеров в энтеральной среде не превышает того уровня, при котором критическое увеличение осмотического давления препятствует нормальному всасыванию нутриентов.

Поскольку полимерные пищевые субстраты, особенно те, которые входят в состав пищевых частиц, существенного влияния на осмотическое давление в химусе не оказывают, на протяжении всего пищеварительного периода они, не вызывая связанных с этим фактором нарушений всасывания, выполняют роль-депо- питательных веществ, являясь источником пополнения энтеральной среды продуктами ферментативного гидролиза пищевых субстратов. Благодаря вышеупомянутым механизмам саморегуляции это пополнение происходит в темпе, соответствующем скорости переноса мономеров через кишечный барьер во внутреннюю среду организма.

Таким образом, координированная деятельность системы органов пищеварения обеспечивает относительное постоянство состава и концентрации пищевых субстратов в энтеральной среде, а структурная организация процессов ферментативного гидролиза этих субстратов — пополнение жидкой фазы, непосредственно контактирующей с люминальной поверхностью тонкой кишки, продуктами их промежуточного и заключительного гидролиза в темпе, соответствующем скорости, с которой эти субстраты транспортируются в зону мембранного пищеварения и далее в кровь. Тем самым в среде, непосредственно контактирующей с кровью через кишечный барьер, поддерживается относительное постоянство концентраций не только электролитов, но и транспортных форм основных питательных веществ. Именно этот механизм и обеспечивает защиту внутренней среды от внешних воздействий, связанных с резкими колебаниями концентраций нутриентов, которые могли бы возникнуть при непосредственном попадании пищевых масс в полость кишки.

Гомеостатические реакции, благодаря которым достигается относительное постоянство состава и концентрационных показателей нутриентов в жидкой фракции химуса, обеспечивают условия переноса веществ из энтеральной во внутреннюю среду принципиально аналогичные тем, которые создаются при газообмене в легких: обмен происходит между средами относительно постоянного состава через проницаемый барьер, и поэтому масса поступающих в кровь веществ тем больше, чем больше скорость их доставки к поверхности контакта с кровью.

ТЕМА :Структура пещеварительно-транспортных процессов в тонкой кишке.

(Роль гетерофазного пищеварения в поддержании гомеостаза питательных веществ. Регуляторные изменения координированной деятельности системы органов пищеварения в обеспечении адекватной скорости наполнения внутренней среды питательными веществами.)

Специфика транспорта в системе двух гомеостазированных сред, отличающихся по концентрации веществ и разделенных проницаемым барьером, определяет относительное постоянство состава потока веществ, транспортируемых во внутреннюю среду. В этих условиях скорость ее пополнения зависит главным образом от объема этого потока, и регуляция скорости всасывания нутриентов в основном сводится к регуляции величины этого потока. Сам факт гомеостатирования энтеральной среды свидетельствует о том, что регуляторные изменения скорости транспорта нутриентов достигаются не за счет резких изменений градиента их концентраций между жидкой фазой химуса и кровью, а в результате действия других механизмов, способных регулировать скорость потока веществ, транспортирующихся через кишечный барьер во внутреннюю среду в условиях относительного постоянства концентраций веществ в энтеральной среде. В естественных условиях пищеварения это достигается в основном за счет регуляторных изменений моторной и эвакуаторной активности желудка и кишечника.

В гомеостатированной энтеральной среде реальная продуктивность полостного гидролиза пищевых субстратов лимитируется в первую очередь скоростью удаления образующихся продуктов из зоны реакции при переносе их к люминальной поверхности кишки, и далее через слой слизистых наложений в зоны мембранного и внутриклеточного пищеварения и в кровь. Поскольку диффузия веществ в водной фазе — процесс чрезвычайно медленный, скорость переноса пищевых субстратов из реакционных зон к поверхности всасывания практически полностью определяется интенсивностью потоков химуса, возникающих в результате перемешивающих сокращений тонкой кишки. Изменения величины ритмической сегментации и маятникообразных сокращений, определяющих интенсивность перемешивания химуса, оказывают регулирующее влияние на интенсивность гидролиза пищевых субстратов во всех реакционных зонах полости кишки одновременно, так как изменения скорости потоков в равной мере влияют на скорость удаления продуктов гидролиза из всех зон, в которых протекают ферментативные реакции. При наличии положительной обратной связи между полостным и мембранным пищеварением (Уголев, 1972) это регулирующее влияние распространяется и на гидролиз в зоне щеточной каймы энтероцитов и,, следовательно, па скорость трансмембранного переноса нутриентов.

Таким образом, в условиях гомеостатирования энтеральной среды основным рабочим механизмом, осуществляющим управление скоростью переноса нутриентов из энтеральной во внутреннюю среду, являются регуляторные изменения величины и формы сокращений кишечной мускулатуры.

Снижение концентрации различных нутриентов во внутренней среде, стимулируя перемешивающие сокращения, увеличивает поток питательных веществ из энтеральной во внутреннюю среду, и, напротив увеличение их концентрации во внутренней среде, угнетая двигательную активность, уменьшает этот поток.

Следует при этом иметь в виду локальность действия этого механизма: он оказывает влияние лишь на темпы всасывания той ограниченной массы нутриентов, которая в данный момент находится в просвете тонкой кишки. Результаты, полученные при исследовании сравнительной значимости факторов, определяющих скорость всасывания всех ингредиентов химуса в тонкой кишке, позволяют с уверенностью говорить о том, что решающее влияние на общий темп пополнения внутренней среды организма нутриентами в естественных условиях пищеварения оказывают эвакуаторная активность гастродуоденального отдела пищеварительного канала и пропульсивные перистальтические сокращения тонкой кишки. Экспериментально установлено, что скорость всасывания в начальном участке тощей кишки каждого из изучавшихся ингредиентов химуса на протяжении всего периода активного пищеварения определяется в первую очередь скоростью его эвакуации из 12-перстной в тощую кишку. В силу того что химус —гомеостатированная среда, регуляторные изменения массы веществ, поступающих и всасывающихся в этом участке кишечника в данный отрезок времени, осуществляются главным образом за счет соответствующих изменений объема химуса, эвакуирующегося из гастродуоденального отдела пищеварительного канала. Равным образом регуляторные изменения скорости эвакуации химуса по кишке оказывают большее влияние на скорость всасывания, чем обусловленные нейрогуморальными воздействиями изменения ее всасывательной активности.

Очевидно, регуляторные изменения двигательной активности желудка и кишечника не являются единственным механизмом, обеспечивающим такую скорость снабжения внутренней среды нутриентами, которая не вызывает нарушений питательного гомеостаза. Приведенные в книге данные свидетельствуют, что в осуществлении тонкой регуляции интенсивности гидролиза пищевых субстратов и скорости транспорта его продуктов принимают участие такие факторы, как регуляторные изменения всасывательной функции кишки, локальные и общие изменения pH среды, влияющие на скорость ферментативных реакций и проницаемость слоя слизистых наложений и эпителиального пласта, процессы взаимодействия пищевых субстратов на стадиях полостного и мембранного пищеварения и т. д. Все эти регуляторные влияния в той или иной мере сказываются на скорости переваривания и всасывания пищевых субстратов, а следовательно, и на темпе пополнения внутренней среды нутриентами в пище- варительном периоде. Однако это не меняет основного положения, вытекающего из материалов, приведенных в книге: в естественных условиях пищеварения быстрая регуляция скорости потока нутриентов во внутреннюю среду осуществляется главным образом путем управления интенсивностью перемешивающих сокращений тонкой кишки, которые определяют скорость транспорта веществ из глубины водной фазы к поверхности всасывания.

Общий же темп пополнения внутренней среды нутриентами в период активного пищеварения регулируется изменениями скорости эвакуации гомеостатированного химуса из гастродуоденального отдела пищеварительного канала в тощую кишку.

Понятно, что регуляторные изменения эвакуаторной деятельности желудка и тонкой кишки могут обеспечить поддержание питательного гомеостаза лишь при синхронном изменении скорости формирования гомеостатированной энтеральной среды. Это, в свою очередь, становится возможным лишь в результате регуляторных изменений интенсивности процессов, принимающих участие в ее формировании, в первую очередь приспособительных изменений секреции пищеварительных желез.

Итак, поддержание питательного гомеостаза в период активного пищеварения обеспечивается последовательными гомеостатическими реакциями. Уже в гастродуоденальном отделе пищеварительного канала при различных рационах питания формируется энтеральная среда, относительно постоянная по составу и приближенная по концентрациям нутриентов к плазме крови.

Основным и наиболее важным механизмом, обеспечивающим формирование гомеостатированной энтеральной среды наиболее экономным способом, является постоянная рециркуляция эндогенных веществ. Следствием гомеостатирования энтеральной среды является относительное постоянство концентрации электролитов и транспортных форм основных питательных веществ в потоке, поступающем из энтеральной среды в крови. В этих условиях снабжение организма нутриентами в темпе, не возмущающем питательный гомеостаз, достигается путем управления величиной потока веществ, транспортируемого в единицу времени из энтеральной среды в кровь.

Основным фактором, регулирующим величину этого потока, являются регуляторные изменения моторной и эвакуаторной функции желудка и тонкой кишки.

Возможность установления обратной связи между концентрацией питательных веществ во внутренней среде и активностью кишечной мускулатуры обеспечивается афферентными механизмами хеморецепции и нейрогуморальными влияниями на сокращения мускулатуры пищеварительного канала.

Мы полагаем, что приведенные материалы подтверждают те представления, согласно которым нейрогуморальная регуляция деятельности системы органов пищеварения является механизмом поддержания питательного гомеостаза в пищеварительном периоде.