Желудочная кислота

Желудочная кислота или желудочная кислота представляет собой кислый компонент — соляную кислоту , желудочного сока вырабатываемую париетальными клетками желудочных желез желудка слизистой оболочки . При pH от одного до трех желудочная кислота играет ключевую роль в переваривании белков , активируя пищеварительные ферменты , которые вместе расщепляют длинные цепи аминокислот белков. Желудочная кислота регулируется в системах обратной связи, чтобы увеличить ее выработку, когда это необходимо, например, после еды. Другие клетки желудка производят бикарбонат , основание, которое буферизует жидкость, обеспечивая регулируемый уровень pH. Эти клетки также производят слизь — вязкий барьер, предотвращающий повреждение желудка желудочной кислотой. Поджелудочная железа также производит большое количество бикарбоната и секретирует бикарбонат через проток поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку для нейтрализации желудочной кислоты, попадающей в пищеварительный тракт .

Секреция – сложный и относительно энергетически затратный процесс. Париетальные клетки содержат обширную секреторную сеть (называемую канальцами ), из которой соляная кислота секретируется в просвет желудка. pH желудочной кислоты в просвете желудка человека составляет от 1,5 до 3,5, и этот уровень поддерживается протонным насосом H. ⁺/К ⁺ АТФаза . ^[1] париетальные клетки выделяют бикарбонат При этом в кровоток, что вызывает временное повышение pH в крови, известное как щелочной прилив .

Кислый желудочный сок также содержит пищеварительные ферменты, вырабатываемые другими клетками желудочных желез – главными клетками желудка . Главные клетки желудка секретируют инактивированный пепсиноген . Попадая в просвет желудка, желудочная кислота активирует профермент пепсин . Желудочная кислота дополнительно подавляет выживание и развитие многих патогенов в желудке.

Секреция

Желудок типичного взрослого человека ежедневно выделяет около 1,5 литров желудочного сока . ^[2] Желудочный сок представляет собой совокупность секрета желудочных желез, включающую основной компонент соляную кислоту (желудочную кислоту), желудочную липазу и пепсиноген . ^[3] Попадая в желудок, пепсиноген заменяется желудочной кислотой на пищеварительный фермент пепсин, добавляя этот фермент к желудочному соку. ^[4]

Секреция желудочной кислоты происходит в несколько этапов. хлорида и водорода Ионы секретируются отдельно из цитоплазмы париетальных клеток и смешиваются в канальцах. Это создает отрицательный потенциал от -40 до -70 мВ на мембране париетальных клеток, который заставляет ионы калия и небольшое количество ионов натрия диффундировать из цитоплазмы в канальцы париетальных клеток. Затем желудочная кислота секретируется вместе с секретами других желез в желудочную ямку и высвобождается в просвет желудка. ^[2]

Фермент карбоангидраза катализирует реакцию между углекислым газом и водой с образованием угольной кислоты . Эта кислота немедленно диссоциирует на ионы водорода и бикарбоната. Ионы водорода покидают клетку через H ⁺/К ⁺ АТФазные антипортерные насосы.

При этом ионы натрия активно реабсорбируются. ^{[ нужна ссылка ]} . Это означает, что большая часть секретируемого K ⁺ (калий) и Na ⁺ Ионы (натрия) возвращаются в цитоплазму. В канальце секретируемые ионы водорода и хлора смешиваются и секретируются в просвет свекловичной железы .

Самая высокая концентрация желудочной кислоты в желудке составляет 160 мМ в канальцах. Это примерно в 3 миллиона раз больше, чем в артериальной крови , но почти точно изотонично другим жидкостям организма. Самый низкий pH выделяемой кислоты составляет 0,8, ^[5] но кислота разбавляется в просвете желудка до pH от 1 до 3.

Между приемами пищи наблюдается небольшая постоянная базальная секреция желудочной кислоты, обычно менее 10 мэкв/час. ^[6]

В секреции желудочной кислоты выделяют три фазы, которые увеличивают скорость секреции для переваривания пищи: ^[2]

Цефалическая фаза : тридцать процентов вырабатываемой желудочной кислоты стимулируется ожиданием еды, а также запахом или вкусом пищи. Эта передача сигналов происходит из высших центров головного мозга через блуждающий нерв (черепной нерв X) . Он активирует париетальные клетки для высвобождения кислоты и клетки ECL для высвобождения гистамина . Блуждающий нерв (CN X) также высвобождает пептид, высвобождающий гастрин, в G-клетки . Наконец, он также ингибирует высвобождение соматостатина из D-клеток . ^[7]
Желудочная фаза : на этой фазе выделяется около шестидесяти процентов всей кислоты, поступающей в пищу. Секреция кислоты стимулируется растяжением желудка и аминокислотами, присутствующими в пище.
Кишечная фаза : оставшиеся 10% кислоты секретируются при попадании химуса в тонкую кишку и стимулируются растяжением тонкой кишки и аминокислотами . Клетки двенадцатиперстной кишки выделяют энтерооксинтин , который действует на париетальные клетки, не затрагивая гастрин. ^[7]

Регуляция секреции

Производство желудочной кислоты регулируется как вегетативной нервной системой , так и несколькими гормонами . Парасимпатическая нервная система через блуждающий нерв и гормон гастрин стимулируют париетальные клетки к выработке желудочной кислоты, воздействуя как непосредственно на париетальные клетки, так и опосредованно, через стимуляцию секреции гормона гистамина энтерохромаффиноподобными клетками (ECL). . Вазоактивные кишечные пептиды , холецистокинин и секретин ингибируют выработку.

Производство желудочной кислоты в желудке жестко регулируется механизмами положительных регуляторов и отрицательной обратной связи . В этом процессе участвуют четыре типа клеток: париетальные клетки, G-клетки , D-клетки и энтерохромаффиноподобные клетки. Кроме того, на секрецию существенно влияют окончания блуждающего нерва (CN X) и интрамурального нервного сплетения в пищеварительном тракте.

Нервные окончания желудка выделяют два стимулирующих нейромедиатора : ацетилхолин. ^[8] и гастрин-высвобождающий пептид . Их действие направлено как непосредственно на париетальные клетки, так и опосредовано секрецией гастрина G-клетками и гистамина энтерохромаффиноподобными клетками. Гастрин действует на париетальные клетки прямо и косвенно, стимулируя высвобождение гистамина.

Высвобождение гистамина является наиболее важным механизмом положительной регуляции секреции желудочной кислоты в желудке. Его высвобождение стимулируется гастрином и ацетилхолином и ингибируется соматостатином . ^[9]

Нейтрализация

В двенадцатиперстной кишке желудочная нейтрализуется бикарбонатом кислота . Это также блокирует желудочные ферменты, оптимум которых находится в кислом диапазоне pH . Секреция бикарбоната поджелудочной железой стимулируется секретином . Этот полипептидный гормон активируется и секретируется так называемыми S-клетками слизистой оболочки двенадцатиперстной и тощей кишки , когда pH в двенадцатиперстной кишке падает ниже 4,5–5,0. Нейтрализация описывается уравнением:

HCl + NaHCO ₃ → NaCl + H ₂ CO ₃

Угольная кислота быстро уравновешивается с углекислым газом и водой посредством катализа ферментов карбоангидразы, связанных с эпителиальной оболочкой кишечника. ^[10] что приводит к чистому выделению углекислого газа в просвете, связанному с нейтрализацией. В всасывающем верхнем отделе кишечника, таком как двенадцатиперстная кишка, как растворенный углекислый газ, так и углекислота стремятся уравновеситься с кровью, что приводит к тому, что большая часть газа, образующегося при нейтрализации, выдыхается через легкие.

Роль в болезни

При гипохлоргидрии и ахлоргидрии в желудке наблюдается низкий уровень желудочной кислоты или ее полное отсутствие, что может привести к проблемам, поскольку дезинфицирующие свойства просвета желудка снижаются. В таких условиях существует больший риск инфекций пищеварительного тракта (например, заражения бактериями Vibrio или Helicobacter ).

При синдроме Золлингера-Эллисона и гиперкальциемии повышается уровень гастрина , что приводит к избыточной выработке желудочной кислоты, что может вызвать язву желудка .

При заболеваниях, сопровождающихся избыточной рвотой, у больных развивается гипохлоремический метаболический алкалоз (снижение кислотности крови за счет H ⁺ и истощение хлора ).

Гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь ( ГЭРБ ) возникает, когда желудочная кислота неоднократно попадает обратно в пищевод . Этот обратный выброс кислоты (рефлюкс), также известный как изжога, может раздражать слизистую оболочку пищевода.

Многие люди время от времени испытывают кислотный рефлюкс. Однако, когда кислотный рефлюкс повторяется с течением времени, это может вызвать ГЭРБ .

Большинству людей удается справиться с дискомфортом, вызванным ГЭРБ, с помощью изменения образа жизни и приема лекарств. Хотя это встречается редко, некоторым может потребоваться хирургическое вмешательство, чтобы облегчить симптомы. ^[11]

Фармакология

Фермент протонной помпы является мишенью ингибиторов протонной помпы , используемых для повышения pH желудка (и, следовательно, снижения кислотности желудка) при заболеваниях, сопровождающихся избытком кислоты. H ₂ Антагонисты косвенно снижают выработку желудочной кислоты. Антациды нейтрализуют существующую кислоту.

Сравнение людей и других животных

рН желудочной кислоты у человека составляет 1,5-2,0. Это гораздо более низкий уровень pH, чем у большинства животных, и он очень близок к падальщикам , питающимся падалью . ^[12] Это говорит о том, что кормление падалью могло иметь более важное значение в эволюции человека, чем считалось ранее. ^[12]

История

Роль желудочной кислоты в пищеварении была установлена в 1820-1830-х годах Уильямом Бомонтом на Алексисе Сент-Мартене , у которого в результате несчастного случая в желудке образовался свищ (дыра), что позволило Бомонту наблюдать процесс пищеварение и экстрагировать желудочную кислоту, подтвердив, что кислота играет решающую роль в пищеварении. ^[13]

См. также

Открытие и разработка ингибиторов протонной помпы

Ссылки

^ Мариб Э.Н., Хён К. (2018). Анатомия и физиология человека (11-е изд.). Пирсон Образование. п. 1264. ИСБН 978-0-13-458099-9 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Дворкен Х.Дж. (2016). Пищеварительная система человека: желудочный секрет . Британская энциклопедия Inc.
^ Мартинсен Т.К., Фоссмарк Р., Вальдум Х.Л. (ноябрь 2019 г.). «Филогения и биологическая функция желудочного сока — микробиологические последствия удаления желудочной кислоты» . Int J Mol Sci . 20 (23): 6031. doi : 10.3390/ijms20236031 . ПМК 6928904 . ПМИД 31795477 .
^ Сегал, Шалини; Саджи, Хефзиба; Баник, Самудра Просад (1 января 2022 г.). «Глава 11 — Роль структуры пищи в пищеварении и здоровье». Питание и функциональные продукты для улучшения пищеварения, обмена веществ и иммунитета : 151–165. дои : 10.1016/B978-0-12-821232-5.00019-7 . ISBN 978-0-12-821232-5 .
^ Гайтон AC, Холл JE (2006). Учебник медицинской физиологии (11-е изд.). Филадельфия: Эльзевир Сондерс. п. 797. ИСБН 0-7216-0240-1 .
^ Страница 192 в: Агабеги ЭД, Агабеги С.С. (2008). Шаг вперед к медицине (серия «Шаг вперед») . Хагерствон, доктор медицины: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-7153-5 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Лекция «Функция желудка и тонкой кишки» Медицинский факультет Университета Дикина . 15 октября 2012 г.
^ «Ацетилхолин | Определение, функции и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 13 декабря 2021 г.
^ «Соматостатин» . www.hormone.org . Проверено 13 декабря 2021 г.
^ Лённерхольм Г., Кнутсон Л., Вистранд П.Дж., Флемстрём Г. (июнь 1989 г.). «Карбоангидраза в желудке и двенадцатиперстной кишке здоровых крыс и после лечения омепразолом и ранитидином». Acta Physiologica Scandinavica . 136 (2): 253–262. дои : 10.1111/j.1748-1716.1989.tb08659.x . ПМИД 2506730 .
^ «Гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь (ГЭРБ) – Симптомы и причины» . Клиника Мэйо . Проверено 10 сентября 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Бизли Д.Э., Кольц А.М., Ламберт Дж.Э., Фирер Н., Данн Р.Р. (29 июля 2015 г.). «Эволюция кислотности желудка и ее значение для микробиома человека» . ПЛОС ОДИН . 10 (7): e0134116. Бибкод : 2015PLoSO..1034116B . дои : 10.1371/journal.pone.0134116 . ПМЦ 4519257 . ПМИД 26222383 .
^ Харре Р. (1981). Великие научные эксперименты . Файдон (Оксфорд). стр. 39–47 . ISBN 0-7148-2096-2 .

Внешние ссылки

Париетальная клетка: механизм секреции кислоты; Государственный университет Колорадо

[1] Мариб Э.Н., Хён К. (2018). Анатомия и физиология человека (11-е изд.). Пирсон Образование. п. 1264. ИСБН 978-0-13-458099-9 .

[eb-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Дворкен Х.Дж. (2016). Пищеварительная система человека: желудочный секрет . Британская энциклопедия Inc.

[Martinsen-3] Мартинсен Т.К., Фоссмарк Р., Вальдум Х.Л. (ноябрь 2019 г.). «Филогения и биологическая функция желудочного сока — микробиологические последствия удаления желудочной кислоты» . Int J Mol Sci . 20 (23): 6031. doi : 10.3390/ijms20236031 . ПМК 6928904 . ПМИД 31795477 .

[Sehgal-4] Сегал, Шалини; Саджи, Хефзиба; Баник, Самудра Просад (1 января 2022 г.). «Глава 11 — Роль структуры пищи в пищеварении и здоровье». Питание и функциональные продукты для улучшения пищеварения, обмена веществ и иммунитета : 151–165. дои : 10.1016/B978-0-12-821232-5.00019-7 . ISBN 978-0-12-821232-5 .

[5] Гайтон AC, Холл JE (2006). Учебник медицинской физиологии (11-е изд.). Филадельфия: Эльзевир Сондерс. п. 797. ИСБН 0-7216-0240-1 .

[agabegi2nd192-6] Страница 192 в: Агабеги ЭД, Агабеги С.С. (2008). Шаг вперед к медицине (серия «Шаг вперед») . Хагерствон, доктор медицины: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-7153-5 .

[ReferenceA-7] Перейти обратно: ^а ^б Лекция «Функция желудка и тонкой кишки» Медицинский факультет Университета Дикина . 15 октября 2012 г.

[8] «Ацетилхолин | Определение, функции и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 13 декабря 2021 г.

[9] «Соматостатин» . www.hormone.org . Проверено 13 декабря 2021 г.

[10] Лённерхольм Г., Кнутсон Л., Вистранд П.Дж., Флемстрём Г. (июнь 1989 г.). «Карбоангидраза в желудке и двенадцатиперстной кишке здоровых крыс и после лечения омепразолом и ранитидином». Acta Physiologica Scandinavica . 136 (2): 253–262. дои : 10.1111/j.1748-1716.1989.tb08659.x . ПМИД 2506730 .

[11] «Гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь (ГЭРБ) – Симптомы и причины» . Клиника Мэйо . Проверено 10 сентября 2023 г.

[:0-12] Перейти обратно: ^а ^б Бизли Д.Э., Кольц А.М., Ламберт Дж.Э., Фирер Н., Данн Р.Р. (29 июля 2015 г.). «Эволюция кислотности желудка и ее значение для микробиома человека» . ПЛОС ОДИН . 10 (7): e0134116. Бибкод : 2015PLoSO..1034116B . дои : 10.1371/journal.pone.0134116 . ПМЦ 4519257 . ПМИД 26222383 .

[13] Харре Р. (1981). Великие научные эксперименты . Файдон (Оксфорд). стр. 39–47 . ISBN 0-7148-2096-2 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]