食物的消化 Digestion Wang Hui Ping( 王会平 ), PhD Department of Physiology Zhejiang University School of Medicine Email: wanghuiping@zju.edu.cn
学习要求 熟悉消化和吸收的概念 掌握食物在胃内和小肠内的消化过程, 神经和体液因素对 消化腺的分泌及消化道运动的调节作用 了解消化道平滑肌的特性 胃肠道激素, 口腔内消化, 大 肠内消化
授课内容 食物的口腔内消化 食物的胃内消化 食物的小肠内消化 大肠的功能
碳水化合物 消化 蛋白质 吸收 废物排出 脂肪 水 维生素和无机盐 : 直接吸收 纤维素 : 不能作为食物被消化
消化系统 The digestive system provides nutrients, water, and electrolytes to the cells of the body from the external environment. Food enters the oral cavity and is propelled by muscular contractions through the gastrointestinal (GI) tract moving towards the anus. At various points along the GI tract, acid, digestive enzymes, and buffers are added to facilitate the breakdown of complex foods (such as steak and rice) into simple molecules (such as amino acids, glucose, and fatty acids). The various secretions of the GI tract (enzymes, mucus, and water) sum to about 7 liters. This fluid is reabsorbed to prevent dehydration. These products are then absorbed into the body and delivered to the liver. Unabsorbed nutrients and waste products are eliminated from the body as feces (100 ml 500mL per day).
消化 Digestion 食物在消化道内分解为小分子物质的过程 机械消化 : 消化道运动 - 切割 磨碎 混合 推送 化学消化 : 消化腺分泌的消化酶 吸收 Absorption 消化后的小分子物质以及水 无机盐和维生素通过 消化道粘膜进入血液和淋巴循环的过程
The four processes carried out by the GI tract: digestion, secretion, absorption, and motility.
Many functions in the gut are found in specific locations along its length. Most of the absorption of nutrients occurs in the small intestine, so most of digestion is accomplished there or upstream.
消化道平滑肌的生理特性 一般特性 兴奋性低 富有伸展性 紧张性收缩 自动节律性 对化学 温度和机械牵拉刺激敏感
电生理特性 静息电位 (RP): 特点 : 不稳定 实测值 :-50~ -60mv 形成 : K + 外流
基本电节律 (basic electrical rhythm, BER) 慢波 (Slow wave) 在 RP 基础上产生自发性去极化和复极化的节律性电位波动 由环形肌和纵行肌交界处 Cajal 间质细胞产生 产生原因 :Na 泵活动周期性减弱或停止 生理意义 胃肠平滑肌的起步电位 胃肠平滑肌收缩节律的控制波
Normal BER frequencies in the gastrointestinal system
动作电位 (Fast Wave) 在慢波基础上产生 AP 数量决定收缩力的大小持续时间 去极化 : 慢 Ca 2+ 通道开放 复极化 :K K + 通道开放
消化道的神经支配及其作用 外来神经系统 Autonomic nervous system (extrinsic) 交感神经 副交感神经 内在神经系统 Enteric nervous system (intrinsic) 壁内神经丛
外来神经系统 交感神经 起源 :T5~L2 脊髓侧角 递质 : 去甲肾上腺素 作用 : 抑制胃肠道运动和分泌
副交感神经 迷走神经 : 主要 起源 : 延髓 支配 : 胃 小肠 盲肠 阑尾 升结肠和横结肠 前 2/3 肝 胆囊和胰腺 盆神经 起源 : 骶髓 支配 : 横结肠后 1/3 及以下部分 第 VIII IX 对脑神经的副交感神经 支配 : 唾液腺
副交感神经 节前纤维 - 器官旁神经节或壁内神经丛 节后纤维 - 消化道平滑肌和腺体 递质 :ACh(M 受体 ) 作用 : 兴奋 胃肠运动, 腺体分泌, 括约肌舒张
消化道的神经调节 内在神经系统 ( 肠脑 )Enteric (Intrinsic) nervous system 肌间神经丛 ( 麦氏丛 ) Myenteric plexus (Auerbach s plexus) 粘膜下神经丛 ( 欧氏丛 )Submucosal plexus (Meissner s plexus) Neurotransmitters secreted by enteric neurons Ach, NE, ATP, serotonin, dopamine, cholecystokinin, substance P, vasoactive intestinal polypeptide, somatostatin, leu-enkephalin, met-enkephalin, bombesin, etc.
消化道的内分泌功能 胃肠激素 : 胃肠粘膜内分泌细胞合成 分泌的激素 化学性质 : 肽类 种类 : 促胃液素 Gastrin 促胰液素 Secretin 缩胆囊素 Cholecystokinin, CCK 抑胃肽 Gastric inhibitory peptide, GIP
胃肠激素的作用 : 调节消化腺的分泌和消化道的运动 促进其他激素的释放 营养作用
脑 - 肠肽 : 定义 : 在中枢神经系统和消化道具有双重分布的肽 种类 : 胃泌素, 缩胆囊素,P 物质, 生长抑素 神经降压素等
食物的口腔内消化 唾液对食物的化学消化 唾液腺 : 腮腺 颌下腺 舌下腺 口腔小腺体 唾液 ( saliva) 分泌量 :800~1500ml/ 天 无色无昧的低渗液体, ph 为 6.0~7.0 成分 : 水分 :99% 有机物 : 粘蛋白 球蛋白 氨基酸 尿素 尿酸 唾液淀粉酶 ( salivary amylase ) 和溶菌酶等, 无机物有 :Na+ K+ Ca2+ HCO3- Cl- 等
唾液的生理功能 食物的口腔内消化 湿润口腔, 便于吞咽和说话 清洁和保护口腔, 冲搅和清除食物残渣 唾液淀粉酶 : 淀粉 麦芽糖 冲淡和中和有害物质, 使进入体内的某些异物可随唾液排出 溶解食物, 有利于产生味觉 溶菌酶 : 杀菌作用
唾液分泌的调节 基础分泌 食物的口腔内消化 主要是神经调节 : 条件反射和非条件反射
食物的口腔内消化 咀嚼 ( mastication ) 和吞咽咽 ( deglutition, swallowing )- 机械消化 咀嚼 : 碾磨 粉碎 混合 ; 反射性引起下消化道 活动 吞咽 口腔期 : 口腔 咽 ( 随意动作 ) 咽期 : 咽 食管上端 ( 反射动作 ) 食管期 : 食管 胃 ( 食管蠕动 )
The swallowing reflex is coordinated by the medulla oblongata, which stimulates the appropriate p sequence of contraction and relaxation in the participating skeletal muscle, sphincters, and smooth muscle groups.
The coordinated sequence of contraction and relaxation in the upper esophageal sphincter, the esophagus, and the lower esophageal sphincter is necessary to deliver swallowed food to the stomach.
食物在胃内的消化
Specialized cells in the stomach synthesize and secrete mucous fluid, enzyme precursors, hydrochloric acid, and hormones. The abundant smooth muscle in the stomach is responsible for gastric motility.
胃液 Gastric juice- 化学消化 胃液来源 胃腺 : 贲门腺 泌酸腺 幽门腺 主细胞 chief cell 壁细胞 parietal cell 粘液细胞 mucous cell 胃粘膜上皮细胞 胃液的性质 无色, 1.5~2.5L/ 日 酸性 (ph= H 0.9~1.5) )
胃液 胃液的成分 大量水 主要成分 盐酸 Hydrochloric acid 胃蛋白酶原 Pepsinogen 粘液 Mucus 内因子 Intrinsic factor
盐酸 Hydrochloric acid 来源 : 壁细胞 胃酸 形式 结合酸 : 盐酸 + 蛋白质 盐酸蛋白盐 游离酸 ( 纯净胃液中多 ) 总酸 = 游离酸 + 结合酸 盐酸排出量 基础酸排出量 :0~5mmol/h( 0 5 空腹 ) 最大酸排出量 : 取决于壁细胞数量 ( 食物或药物刺激 )
盐酸的分泌 质子泵 (H + K + -ATP 酶 ) 抑制剂 : 奥美拉唑 ( 治疗消化性溃疡 )
盐酸 Hydrochloric acid 作用 激活胃蛋白酶原, 提供酸性环境 使蛋白变性 杀菌 促进胰液 小肠液和胆汁的分泌 促进小肠对铁 钙的吸收 盐酸分泌过多 侵蚀粘膜 溃疡病
胃蛋白酶 Pepsin: 由主细胞产生, 以酶原形式分泌 特点 : 消化胶原蛋白 ( 肉类食物的胶原 ) 蛋白质 胃蛋白酶原 (pepsinogen) HCl 胃蛋白酶 (pepsin) ph ⒉0~⒊5 多肽 氨基酸
粘液 Mucus 糖蛋白 来源 : 胃黏膜上皮细胞 黏液颈细胞 贲门腺和幽门腺 主要作用 润滑 保护胃粘膜 降低胃酸的酸度 降低胃蛋白酶活性, 防止了对胃粘膜的损害 参与形成粘液 -HCO 3 - 屏障
胃粘膜的自身防御机制 粘液 - 碳酸氢盐屏障 粘液凝胶层 + 上皮细胞分泌的 HCO 3 - 限制 H + 向胃粘膜扩散 防止胃酸和胃蛋白酶对胃粘膜的侵蚀 胃粘膜屏障 胃粘膜上皮细胞的腔面膜和相邻近细胞间的紧密连接组织构成的生理屏障 阻止 H + 向胃粘膜扩散和 Na + 向胃腔扩散 胃粘膜血流丰富
幽门螺杆菌 : 产生大量活性很高的尿素酶, 将尿素分解为氨和 CO2 氨中和胃酸 尿素酶和氨的积聚损伤胃粘液层和粘膜细胞, 破坏粘液 - 碳酸氢盐屏障和胃粘膜屏障, 导致消化性溃疡发生 饮酒 大量服用吲哚美辛 ( 消炎痛 ) 阿司匹林 :(-) 粘液 HCO3- 分泌, 前列腺素合成 破坏屏障保护作用硫糖铝等 : 与胃粘膜粘蛋白络合, 抗酸 保护和加强屏障
内因子 Intrinsic factor 来源 : 壁细胞 主要作用 与维生素 B 12 结合成复合物, 保护其不被消化液所破坏 促进维生素 B 12 的吸收 ( 胃大部切除术 巨幼红细胞贫血 )
胃液分泌的调节 促进胃液分泌的物质 ACh 促胃液素 Gastrin 组胺 Histamine 抑制胃液分泌的因素 盐酸 : 负反馈调节 脂肪 胃内 ph=1.2~1.5 或十二指肠酸化 促胃液素 胃液 小肠脂肪 肠抑胃素 胃液 高张溶液 小肠高渗食糜 刺激小肠渗透压感受器 肠胃反射 胃液
消化期的胃液分泌 胃液分泌的时相 Phases of gastric secretion 头期 Cephalic phase 胃期 Gastric phase 肠期 Intestinal phase
消化期的胃液分泌 头期特点 : 量多且与食欲有关, 酸度高, 消化力强胃期特点 : 量大, 酸度高, 胃蛋白酶原含量高肠期特点 : 量少
胃的运动 - 机械消化 胃运动的主要形式 容受性舒张 (receptive relaxation ) 进食时食物刺激咽和食管等处的感受器, 反射性引起胃底和胃体平滑肌舒张 适应于大量食物的涌入, 使胃更好完成容纳和贮存食物功能 紧张性收缩 ( tonic contraction ) 空腹时即有 使胃保持形状和位置 蠕动 ( peristalsis ) 出现于食物入胃后 5 分钟 起始于胃的中部 约 3 次 /min 意义 : 磨碎 混合 推进食物
Contractions ti in the empty stomach 移行性复合运动 Migrating Motor Complex (MMC) 人胃在空腹时呈现以间歇性强力收缩伴有较长静息期为特征的周期性运动, 并向肠道方向扩布 胃的 MMC 起始于胃体的上 1/3 部, 其收缩波以每分钟 5-10cm 的速度向远端扩布, 90min 后可达回肠末端 生理作用 : 将空腹时吞下的唾液 胃粘液 上次进食后遗留的残渣 脱落的细胞碎片和细菌等清除干净, 起 清道夫 作用 消化间期胃肠运动减弱, 可引起功能性消化不良及肠道细菌过度繁殖等情况 MMCs can lead to hunger contractions, which are associated with discomfort, referred to as hunger pains
胃排空 gastric emptying 食物入胃后 5 分钟即开始 动力 : 胃运动 胃内压 速度 : 稀 流体食物 > 稠 固体食物 小颗粒 > 大块 等渗溶液 > 非等渗溶液 糖类 > 蛋白质 > 脂肪类
影响胃排空的因素 胃内容物 胃壁牵张 胃泌素释放 迷走 - 迷走反射内在 N 丛局部反射 胃运动 加速排空 十二指肠内容物 肠壁感受器 ( 酸 脂肪 高张液 ) 抑胃肽 促胰液素等肠抑胃素 肠 - 胃反射 胃运动 延缓排空 胃的排空是少量, 间断性的
呕吐 Vomiting 一系列复杂的反射活动将胃及肠内容物从口腔强力排出体外的过程 具有保护意义的防御性反射, 可把胃内的有害物质排出 长期剧烈呕吐影响进食和正常消化活动, 丢失大量消化液, 造成水 电解质和酸碱平衡紊乱
小肠内消化 化学消化 胰液 胆汁 小肠液 机械消化 小肠运动
胰液的分泌 Pancreatic secretion
胰液 Pancreatic juice 来源 : 腺泡细胞 导管 无色 碱性 (ph=7.8~8.4) 等渗 最重要的消化液
胰液 Pancreatic juice 成分 : 消化酶 消化淀粉的酶 : 胰淀粉酶 pancreatic amylase 消化脂肪的酶 : 胰脂肪酶 Pancreatic lipase 辅脂酶 colipase 消化蛋白质的酶 : 碳酸氢盐 水 胰蛋白酶原 Trypsinogen 糜蛋白酶原 Chymotrypsinogen 羧基肽酶原 Procarboxypeptidase 弹性蛋白酶原 Proelastase
胰液 生理作用 碳酸氢盐 中和胃酸保护小肠粘膜 为小肠内消化酶提供适宜 ph 环境 胰淀粉酶 淀粉 Starches 麦芽糖 葡萄糖 饮食糖类主要为蔗糖乳糖和淀粉少量直链淀粉糖原酒精乳饮食糖类 : 主要为蔗糖 乳糖和淀粉, 少量直链淀粉 糖原 酒精 乳酸 丙酮酸 胶质 糊精 肉类中少量的糖衍生物
生理作用 胰液 胰脂肪酶 辅脂酶 (colipase) 甘油三酯 甘油 甘油一酯和脂肪酸甘油一酯和脂肪酸 ( 辅脂酶和胆盐存在 )
胰液 胰蛋白酶原和糜蛋白酶原 胰蛋白酶原激活 : 肠致活酶 H + 自我激活 ( 正反馈 ) 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 糜蛋白酶原激活 : 胰蛋白酶 生理作用 糜蛋白酶原 糜蛋白酶 蛋白质 眎 胨 ( 分别作用 ) 蛋白质 多肽 氨基酸 ( 共同作用 ) 弹性蛋白酶 : 分解弹力纤维 ( 肉类 ) 急性胰腺炎 : 大量胰蛋白酶原激活
小肠上皮细胞 : 氨基肽酶 二肽酶 ( 多肽 三肽 二肽 氨基酸 )
胰液 分泌调节 : 进食 神经调节 非条件反射和条件反射 迷走神经 ACh 腺泡细胞 胰液 ( 胰酶 ) 迷走神经 促胃液素 腺泡细胞 胰液 ( 胰酶 ) 体液调节 刺激物 : 盐酸 蛋白质和脂肪消化产物 促胰液素 导管细胞 胰液 ( 碳酸氢盐 水 ) 胆囊收缩素 (CCK) 腺泡细胞 胰液 ( 胰酶 )
消化期胰液的分泌 头期 Cephalic Phase 神经调节 : 条件反射和非条件反射 胰液分泌量 : 占 20% 左右 胃期 Gastric Phase 神经 体液调节 : 迷走 - 迷走反射 ( vago-vagal reflex ) ( 肠 - 膜反射 ) 胰液分泌量 :5%~ 10% 肠期 Intestinal Phase 体液调节 : 促膜液素 CCK 胰液分泌量 :70%
胰液分泌的神经和体液调节示意图 实线表示引起水样分泌虚线表示引起酶的分泌
The three phases of pancreatic secretion Phase Cephalic Gastric Intestinal Stimulant Sight Smell Taste Mastication Distention Gastrin? Amino acids Fatty acids H+ Regulatory Percentage of Maximum Pathway Enzyme Secretion Vagal pathways 25% Vagal-cholinergic 10%-20% Cholecystokinin Secretin 50%-80% Enteropancreatic reflexes
Mechanisms that protect the acinar cell from autodigestion Protective Factor Mechanism Packaging of many digestive proteins Precursor proteins lack enzymatic as zymogens activity Restricts the interaction of secretory Selective sorting of secretory proteins proteins with other cellular and storage in zymogen granules compartments Protease inhibitors in the zymogen Block the action of prematurely granule activated t enzymes Condensation of secretory proteins at Limits the activity of active enzymes low ph Nondigestive proteases Degrade active enzymes
膜蛋白酶抑制物 Trypsin Inhibitor Inhibits the activity of trypsin and thus guards against the possible activation of trypsin and the subsequent autodigestion of the pancreas
急性胰腺炎 Acute pancreatitis
Acute pancreatitis Acute pancreatitis is sudden swelling and inflammation of the pancreas The symptomatology and complications of acute pancreatitis are caused by autodigestion (resulting from the leakage of pancreatic enzymes) of the pancreas and surrounding tissue It is commonly due to biliary tract disease, complications of heavy alcohol use, or idiopathic causes Mortality rates range from below 10% to more than 50%, depending on severity
胆汁的分泌 Bile secretion 分泌自肝细胞 肝胆汁 : 金黄色 弱碱性 贮存在胆囊 胆囊胆汁 : 深绿色 弱酸性 Bile is stored and concentrated in the gall bladder during the interdigestive period
胆汁的成分 无机成分 水分和钠 钾 钙 碳酸氢盐等 有机成分 胆汁酸 bile acid 胆色素 脂肪酸 胆固醇 卵磷 脂和粘蛋白等 无消化酶
Excretion of bilirubin
Jaundice Jaundice is the most visible manifestation of an underlying hepatic and/or biliary tract disease. This is a yellow discoloration of the skin, sclerae, and mucous membranes that occurs secondary to elevated serum bilirubin in adults. Jaundice is usually not clinically apparent until the serum bilirubin concentration is >2.5mg/dL.
胆结石 胆固醇过多 胆盐 ( 胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸结合形成的盐 ) 卵磷脂减少
胆汁的作用 乳化脂肪促进消化 乳化剂 : 胆盐 bile salt 胆固醇和卵磷脂 促进脂肪吸收 ( 通过混合微胶粒 ) 促进脂溶性维生素 ( 维生素 A D E K) 吸收 被吸收后促进胆汁自身分泌
Emulsifying large fat particles to facilitate its digestion
Bile salts interact with cholesterol to form micelles to facilitate the absorption of insoluble fat products
胆汁分泌和排出的调节 神经调节 迷走神经 胆汁分泌, 胆囊轻度收缩 体液调节 : 为主 促胃液素 : 刺激肝胆汁分泌 促胰液素 : 刺激肝胆汁分泌 缩胆囊素 : 刺激胆汁排出 胆盐的作用 肠 - 肝循环 肝胆汁分泌
小肠液的分泌 Small intestinal juices 成分和作用 来源 : 十二指肠腺 小肠腺 分泌量 : 最多 (1~3L) 弱碱性 成分 : 肠致活酶 粘蛋白 IgA 电解质等 作用 稀释消化产物, 降低渗透压, 促进吸收 保护作用 : 润滑 中和 消化作用 : 肠致活酶激活胰蛋白酶, 促进蛋白质消化 分泌调节 神经和体液调节 : 最重要为局部神经反射
小肠运动 - 机械消化 运动形式 紧张性收缩 分节运动 segmentation contraction: 环形肌的节律性收缩 和舒张 促进食糜与消化液充分混合 促进食糜与肠壁密切接触 促进血液和淋巴回流
小肠的运动 运动形式 蠕动 : 混合 推进 逆蠕动 : 延缓消化 吸收时间 十二指肠和回肠末段 蠕动冲 : 速度快 (2~25cm/s) 传播远 肠鸣音 : 肠麻痹 肠鸣音减弱或消失 移行性复合运动 (MMC) 饥饿或小肠内容物大部分被吸收后 ( 消化间期 ) 间歇性强力收缩, 伴较长静息期的周期性活动 小肠的 管家 : 清除肠内容
小肠的运动 调节 神经调节 交感神经 (+)-- 运动 副交感神经 (+)-- 运动 壁内神经丛 : 局部反射 -- 运动 体液调节 促进 : 促胃液素 CCK 胃动素 motilin 5-HT 抑制 : 促胰液素 肾上腺素 抑胃肽 回盲括约肌的功能 : 防过快进入大肠 防止逆流
大肠的消化 大肠液 : 碳酸氢盐 粘蛋白 大肠的作用 : 吸收水分和无机盐 形成粪便 细菌 (20~30% 固体 ) 的作用 发酵 : 分解糖和脂肪产生乳酸 乙酸 CO 2 甲烷等 腐败 : 分解蛋白质产生氨 硫化氢 组胺 吲哚等 细菌合成维生素 B K
大肠的运动 Motility of the colon 袋状往返运动 Haustration: ti mixing i movement 环肌自发活动 空腹常见 集团蠕动 Mass movement: propulsive movement 起于横结肠 餐后常见 分节或多袋推进运动 Segmentation 环肌位相性收缩 进食或结肠受刺激时出现 A normal colon, with the typical haustration Two mass movements
膳食纤维 - 难以消化吸收的糖 防止便秘 ( 多糖纤维 + 水 凝胶 ) 为结肠内正常生长的有益菌群提供食物来源 纤维素刺激肠运动, 减少有害物质的毒害作用 纤维素降低食物中热量比例, 产生饱感, 防止摄入过 多热量, 利于纠正肥胖 与心血管疾病和消化道疾病的低发病率有关, 预防便 秘 痔疮 结肠癌等
排便 defecation reflex 排便 大脑皮层 便意 (+) 条件不许可粪便盆 N 脊髓 (-) 刺激直肠腹下 N 腰骶段 盆 N(+) 阴部 N(-) (+)(-) 排便反射
Summary 食物的消化 机械消化 : 咀嚼 胃肠运动 化学消化 : 唾液 胃液 胰液 胆汁 小肠液 淀粉消化 : 口腔开始, 小肠上段完成 唾液淀粉酶 胰淀粉酶 蛋白质消化 : 胃内开始, 小肠上皮细胞最后完成 胃蛋白酶 胰蛋白酶 糜蛋白酶 羧基肽酶 弹性蛋白酶 小肠上皮细胞肽酶 脂肪消化 : 小肠内完成 胰脂肪酶 辅脂酶 胆固醇酯酶 胆汁胆汁
End.