第六节吸收
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《生理学》
消化管内的吸收是指食物的成分或其消化后的产物,通过上皮细胞进入血液和淋巴的过程。消化过程是吸收的重要前提。由于吸收为多细胞机体提供了营养,因而具有很大的生理意义。
消化管不同部位的吸收能力有吸收速度是不同的,这主要取决于各部分消化管的组织结构,以及食物在各部位被消化的程度和停留的时间。在口腔和食管内,食物实际上是不被吸收的。在胃内,食物的吸收也很少,胃可吸收酒精和少量水分。小肠是吸收的主要部位,一般认为,糖类、蛋白质和脂肪的消化产物大部分是在十二指肠和空肠吸收的,回肠有其独特的功能,即主动吸收胆盐和维生素B12(图6-24)。对于大部分营养成分,当它到达回肠时,通常已吸收完毕,因此回肠主要是吸收功能的贮备。小肠内容物进入大肠时已经不含多少可被吸收的物质了。大肠主要吸收水分和盐类,一般认为,结肠可吸收进入
其内的80%的水和90%的Na+和CI-。
图6-24 各种主要营养物质在小肠的吸收部位
人的小肠长约4m,它的粘膜具有环形皱褶,并拥有大量的绒毛,绒毛是小肠粘膜的微小突出构造,其长度约0.5-1.5mm。每一条绒毛的外面是一层柱状上皮细胞。在显微镜下观察,可见柱状上皮细胞顶端有明显有纵纹,电了显微镜下的观察进一步表明,纵纹乃是柱状细胞顶端细胞膜的突出,被称为微绒毛。人的肠绒毛上,每一柱状上皮细胞的顶端约有1700条微绒毛。由于环状皱褶、绒毛和微绒毛的存在,最终使小肠的吸收面积比同样长短的简单圆筒的面积增加约600倍,达到200m2左右(图6-25)。小肠除了具有巨大的吸收面积外,食物在小肠内停留的时间较长(3-8h),以及食物在小肠内已被消化到适于吸收的小分子物质,这些都是小肠在吸收中发挥作用的有利条件。
图 6-25 增加小肠表面面积的三种机制
人小肠的长度据Hirsch等报道,半径据Gray报道。由于Kerkring皱壁所致的表面面积的增
大是作用的估计。Verzar估计,在大鼠和鸽子,由于绒毛所致的面积之增大为8。
由于微绒毛所致的面积之增大的小鼠为14(Zetterqvixt的估计),
在大鼠为24(Palay 和Karlin的估计)。
小肠绒毛内部有毛细血管、毛细淋巴管、平滑肌纤维和神经纤维网等结构。动物在空腹时,绒毛不活动。进食则可引起绒毛产生节律性的伸缩和摆动。这些运动可加速绒毛内血液和淋巴的流动,有助于吸收。绒毛运动神经控制,刺激内脏神经可加强绒毛运动。绒毛运动还受小肠粘膜中释放的一种胃肠激素——绒毛收缩素(villkinin)的刺激。
营养物质和水可以两条途径进入血液或淋巴:一为跨细胞途径,即通过绒毛柱状上皮细胞的腔面膜进入细胞,再通过细胞底-侧面膜进入血液或淋巴;另一为旁细胞途径,即物质或水通过细胞间的紧密连接,进入细胞间隙,然后再转入血液或淋巴(图6-26)。营养物质通过膜的机制包括扩散、易化扩散、主动转运及胞饮等,其过程可参看第二章第一节。
图6-26 小肠粘膜吸收水和小的溶质的两条途径
二、小肠内主要营养物质的吸收
在小肠中被吸收的物质不仅是由口腔摄入的物质,由各种消化腺分泌入消化管内的水分、无机盐和某些有机成分,大部分将在小肠中被重吸收。例如,人每日分泌入消化管内的各种消化液总量可达6-7L之多,每日还从口腔摄入1L多的水分,而每日由粪便中丢失的水分只有150ml左右。因此,重吸收回体内的液体量每日可过8L。这样大量的水分如果不被重吸收,势必严重影响内环境的相对稳定而危及生命,急性呕吐和腹泻时,在短时间内损失大量液体的严重性就在于此。
在正常情况下,小肠每天还吸收几百克糖,100g或更多的脂肪,50-100g氨基酸,50-100g离子等。实际上,小肠吸收的能力远远超过这个数字,因此,小肠的吸收具有巨大的贮备力。
(一)水分的吸收
前已述,人每日由胃肠吸收回体内的液体量约有8L之多。水分的吸收都是被动的,各种溶持,特别是 NaCI的主动吸收所产生的渗透压梯度是水分吸收的主要动力。细胞膜和细胞间的紧密连接对水的通透性都很大,因此,驱使水吸收的渗透压一般只有3-5mOs/L。
在十二指肠和空肠上部,水分由肠腔进入血液的量和水分由血液进入肠腔的量都很大,因此肠腔内液体的量减少得并不多。在回肠,离开肠腔的液体比进入的多,从而使肠内容大为减少。
(二)无机盐的吸收
一般说,单价碱性盐类如钠、钾、铵盐的吸收很快,多价碱性盐类则吸收很慢。凡能与钙结合而形成沉淀的盐,如硫酸盐、磷酸盐、草酸盐等,则不能被吸收。
1.钠的吸收 成人每日摄入约250-300mmol的钠,消化腺大致分泌相同数量的钠,但从粪便中排出的钠不到4mmol,说明肠内容中95%-99%的钠都被吸收了。
由于细胞内的电位较粘膜面负40V,同时细胞内钠的浓度较周围液体为低,因此,钠可顺电化学梯度通过扩散作用进入细胞内。但细胞内的钠能通过低-侧膜进入血液,这是通过膜上钠泵的活动逆电化学进行的主动过程(图6-27)。钠泵是一种Na+-K+依赖性ATP酶,它可使ATP分解产生能量,以维持钠和钾逆浓度的转运。钠的泵出和钾的泵入是耦联的
图6-27 小肠粘膜对钠和水的吸收
2.铁的吸收 人每日吸收的铁约为1mg,仅为每日膳食中含铁量的1/10。铁的吸收与机体对铁的需要有关,当服用相同剂量的铁后,缺铁的患者可比正常人的铁吸收量大1-4倍。食物中的铁绝大部分是三价的高铁形式,但有机铁和高铁都不易被吸收,故须还原为亚铁后,方被吸收。亚铁吸收的速度比相同量的高铁要快2-5倍。维生素C能将高铁还原为亚铁而促进铁的吸收。铁在酸性环境中易溶解而便于被吸收,故胃液中的盐酸有促进铁吸收的作用,胃大部切除的病人,常常会伴以缺铁性贫血。
铁主要在小肠上部被吸收。肠粘膜吸收铁的能力决定于粘膜细胞内的含铁量。由肠腔吸收入粘膜细胞内的无机铁,大部分被氧化为三价铁,并和细胞内丰硕睥去铁铁蛋白结合,形成铁蛋白,暂时贮存在细胞内,慢慢地向血液中释放。一小分部被吸收入粘膜细胞而尚未与去铁铁蛋白结合的亚铁,则可以主动吸收的方式转移到血浆中。当粘膜细胞刚刚吸收铁而尚未能转移至血浆中时,则暂时失去其由肠腔再吸收铁的能力。这样,存积在粘膜细胞内的铁量,就成为再吸收铁的抑制因素。
3.钙的吸收 食物中的钙仅有一小部分被吸收,大部分随粪便排出。主要影响钙吸收的因素是维生素D和机体对钙的需要。维生素DC有促进小肠对钙吸收的作用。儿童和乳母对钙的吸收增加。此外,钙盐只有在水溶液状态(如氯化钙、葡萄糖酸钙溶液),而且在不被肠腔中任何其他物质沉淀的情况下,才能被吸收。肠内容的酸度对钙的吸收有重要影响,在pH约为3时,钙呈离子化状态,吸收最好。肠内容中磷酸过多,会形成不溶解的磷酸钙,使钙不能被吸收。此外,脂肪食物对钙的吸收有促进作用,脂肪分解释放的脂肪酸,可与钙结合形成钙皂,后者可和胆汁酸结合,形成水溶性复合物而被吸收。
钙的吸收主要是通过主动转动完成的。肠粘膜细胞的微绒毛上有一种与钙有高度亲和性的钙结合蛋白,它参与钙的转运而促进钙的吸收。
4.负离子的吸收 在小肠内吸收的负离子主要是CI-T HCO3。由钠泵产生的电位差可促进肠腔负离子向细胞内移动。但也有证据认为,负离子也可以独立地移动。
(三)糖 的吸收
糖类只有分解为单糖时才能被小肠上皮细胞所吸收。各种单糖的吸收速率有很大差别,已糖的吸收很快,而戊糖则很慢。在已糖中,又以半乳糖和葡萄糖的吸收为最快,果糖次之,甘露糖最慢。
单糖的吸收是消耗能量的主动过程,它可逆着浓度差进行,能量来自钠泵,属于继发性主动转运(参见第二章)。在肠粘膜上皮细胞的纹状缘上存在着一种转运体蛋白,它能选择性地把葡萄糖
和半乳糖从纹状的肠腔面运入细胞内,然后再扩散入血。各种单糖与转运体蛋白的亲和力不同,从而导致吸收的速率也不同。
转运体蛋白在转运单糖的同时,需要钠的存在。一般认为,一个转运体蛋白可与两个Na+和一个葡萄糖分子结合。由此可见,钠对单糖的主动转运是必需的。用抑制钠
泵的哇巴因,或用能与Na+竞争转运体蛋白的K+,均能抑制糖的主动转运。
(四)蛋白质的吸收
无论是食入的蛋白质(100g/d)或内源性蛋白质(25-35g/d),经消化分解为氨基酸后,几乎全部被小肠吸收。经煮过的蛋白质因变性而易于消化,在十二指肠和近端空肠就被迅速吸收,未经煮过的蛋白质和内源性蛋白质较难消化,需进入回肠后才基本被吸收。
氨基酸的吸收是主动性的。目前在小肠壁上已确定出3种主要的转运氨基酸的特殊运载系统,它们分别转动中性、酸性或碱性氨基酸。一般来讲,中性氨基酸的转运比酸性或碱性氨基酸速度快。与单糖的吸收相似,氨基酸的吸收也是通过与钠吸收耦联的,钠泵的活动被阻断后,氨基酸的转
运便 不能进行。氨基酸吸收的路径几乎完全是经血液的,当小肠吸收蛋白质后,门静脉血液中的氨基酸含量即行增加。
曾经认为,蛋白质只有水解成氨在酸后才能被吸收。但近年来的实验指出,小肠的纹状缘上还存在有二肽和三肽的转运系统,因此,许多二肽和三肽也可完整地被小肠上皮细胞吸收,而且肽的转运系统吸收效率可能比氨基酸更高。进入细胞内的二肽和三肽,可被细胞内的二肽酶和三肽酶进一步分解为氨基酸,再进入血液循环。
完整的蛋白质是还可被人的小肠上皮细胞吸收?许多实验证明,小量的食物蛋白可完整地进入血液,由于吸收的量很少,从营养的角度来看是无意义的;相反,它们常可作为抗原而引起过敏反应或中毒反应,对人体不利。
(五)脂肪的吸收
在小肠内,脂类的消化产物脂肪酸、甘油一酯、胆固醇等很快与胆汁中的胆盐形成混合微胶粒。由于胆盐有亲水性,它能携带脂肪消化产物通过覆盖在小肠绒毛表面
的非流动水层到达微绒毛上。在这里,甘油一酯、脂肪酸和胆固醇等又逐渐地从混合胶粒中释出,它们透过微绒毛的脂蛋白膜而进入粘膜细胞(胆盐被遗留于肠腔内)。
长链脂肪酸及甘油酯被吸收后,在肠上皮细胞的内质网中大部分重新合成为甘油三酯,并与细胞中生成的载脂蛋白合成乳糜微粒(chylomicron)。乳糜微粒一旦形成即进入高尔基复合体中,乳糜微粒被包裹在一个囊泡内。囊泡移行到细胞底-侧膜时,便与细胞膜融合,释出乳糜微粒进入细胞间隙,再扩散入淋巴。(图6-28)
图6-28 脂肪在小肠内消化和吸收的主要方式
中、短链甘油三酯水解产生的脂肪酸和甘油一酯,在小肠上皮细胞中不再变化,它们是水溶性的,可以直接进入门脉而不入淋巴。由于膳食的动、植物油中含有15个以上碳原子的长链脂肪酸很多,所以脂肪的吸收途径乃以淋巴为主。
(六)胆固醇的吸收
进入肠道的胆固醇主要有两下来源:一是食物中来的,一是肝分泌的胆汁中来的。由胆汁来的胆固醇是游离的,而食物中的胆固醇部分是酯化的。酯化的胆固醇必须在肠腔中经消化液中的胆固醇酯酶的作用,水解为游离胆固醇后才能被吸收。游离的胆固醇通过形成混合微胶粒,在小肠上部被吸收。被吸收的胆固醇大部分在小肠粘膜中又重新酯化,生成胆固醇酯,最后与载脂蛋白一起组成乳糜微粒经由淋巴系统进入血循环。
胆固醇的吸收受很多因素的影响。 食物中胆固醇含量越高,其吸收也越多,但两者不呈直线关系。食物中的脂肪和脂肪酸有提高胆固醇吸收的作用,而各种植物固醇(如豆固醇、β-谷固醇)则抑制其吸收。胆盐可与胆固醇形成混合微胶粒而助于胆固醇的吸收,食物中不能被利用的纤维素、果胶、琼脂等容易和胆盐结合形成复合物,妨碍微胶粒的形成,从而能降低胆固醇的吸收;最后,抑制肠粘膜由细胞载脂蛋白合成的物质,可因妨碍乳糜微粒的形成,减少胆固醇的吸收。
(朱文玉), http://www.100md.com 参见:
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