Всасывание нутриентов
Как питательные вещества попадают из кишечника в кровь.
Что такое всасывание
Переваривание и всасывание — две разные, хотя и связанные работы. Ферменты разбирают крупные молекулы на мелкие, но пока эти мелкие молекулы остаются в просвете кишки, тело ими не пользуется: пища для организма ещё «снаружи». Задача всасывания (или абсорбции, от лат. absorptio — «поглощение») — перенести готовые к усвоению вещества из просвета кишечника внутрь тела: через стенку кишки в кровь и лимфу.
Именно в этот момент пища окончательно перестаёт быть «съеденным» и становится частью организма. Пока вещество в просвете — оно по-прежнему снаружи, как и кожа снаружи; как только оно всосалось — оно уже внутри. Поэтому всасывание — та граница, на которой содержимое кишки превращается в питание для тела.
Всасывается не всё одинаково. Одни вещества проходят сквозь стенку легко и быстро, другие — с трудом и только при определённых условиях. Дальше разберём по порядку: где происходит всасывание, как оно устроено и как всасывается каждый класс веществ.
Где происходит всасывание
Всасывание идёт на всём протяжении тракта, но в разных отделах — по-разному. Основной «цех» всасывания — тонкий кишечник: именно здесь всасывается подавляющая часть питательных веществ.
Здесь всасывания почти нет — стенка этих отделов для этого не приспособлена. Работа рта и пищевода — измельчить и доставить пищу дальше. Единственное исключение — некоторые лекарства и алкоголь могут частично всасываться уже здесь, но питательных веществ это почти не касается.
В желудке всасывание тоже невелико: там всасываются лишь некоторое количество воды, соли и простые вещества вроде алкоголя и некоторых лекарств. Желудок — прежде всего «миксер» и «дезинфектор», а не место усвоения.
Первый отдел тонкого кишечника и «перекрёсток»: сюда впадают протоки жёлчного пузыря и поджелудочной железы. Здесь всасываются железо, кальций и часть простых веществ, а заодно начинается всасывание продуктов расщепления жиров.
Основная часть всасывания — здесь. Тощая кишка всасывает максимум питательных веществ, а подвздошная — особые вещества: витамин B12 и жёлчные кислоты. Подробнее об отделах — в статье Тонкий кишечник.
Толстый кишечник тоже всасывает — но уже другое: воду, соли и то, что осталось от работы бактерий. Об этом отдельно ниже.
Ворсинки: как кишка увеличивает площадь
Всасываться должно много и быстро, а просвет кишки невелик. Природа решила это так же остроумно, как конструктор — увеличив рабочую площадь без роста самого органа.
Внутренняя поверхность тонкой кишки не гладкая. На ней есть:
- Круговые складки — крупные постоянные складки самой стенки, вроде рёбер, видные невооружённым глазом.
- Ворсинки — бесчисленные крошечные выросты высотой около 0,5–1 миллиметра, покрывающие складки, как щетина на щётке. Их на квадратном сантиметре — десятки тысяч.
- Микроворсинки — ещё более мелкие выросты на поверхности самих клеток, покрывающих ворсинки. Вместе они образуют щётчатую каёмку — систему, похожую на плотную щётку.
Внутри каждой ворсинки спрятана целая система: сеть мельчайших кровеносных сосудов (капилляров) и центрально расположенный млечный сосуд — лимфатический канал, по которому уходят всасываемые жиры. О том, почему жиры идут не в кровь, а в лимфу, — ниже.
Четыре способа, которыми вещества проходят внутрь
Всасывание — не просто «просачивание». Вещества пересекают стенку разными способами, и это во многом определяет, что усваивается легко, а что — с трудом.
Вещество движется само, без затрат энергии, из места, где его много, туда, где его мало — как чернила расплываются в воде. Так идут многие мелкие молекулы и вода. Просто, но не всегда достаточно: если вещества в клетке уже много, диффузия останавливается.
То же движение «сверху вниз», но с помощью белка-переносчика в мембране. Напоминает турникет: сам поток энергии не тратится, но пройти можно только через «ворота» и только по одному. Так всасывается, например, фруктоза.
Вещество переносится против разницы концентраций — из места, где его мало, туда, где его много. Это как качать воду в гору: требуется энергия (молекулы АТФ — клеточного «топлива»). Так всасываются глюкоза, аминокислоты и многие минералы, потому что они нужны телу даже тогда, когда в кишке их мало.
Клетка буквально «съедает» крупную частицу или каплю — охватывает её своей мембраной и втягивает внутрь. Так всасываются некоторые крупные молекулы. Это способ „через край“, основной для питания он не главный, но у него есть особая роль — в первые дни жизни ребёнка.
Всасывание углеводов
Углеводы — главный источник энергии, поэтому их всасывание устроено особенно надёжно. Расщепление доводит крахмал и сахара до моносахаридов — простейших сахаров: глюкозы, фруктозы и галактозы. Именно они проходят стенку кишки; всё, что крупнее, всасываться не может.
- Глюкоза и галактоза всасываются активным транспортом — с затратой энергии и в связке с ионами натрия. Это важно: тело «вытягивает» эти сахара даже тогда, когда их в кишке осталось мало. Обычно это происходит в тонкой кишке, в основном в тощей.
- Фруктоза всасывается иначе — облегчённой диффузией, без существенных затрат энергии. Именно поэтому избыток фруктозы (например, из сладких напитков) усваивается с меньшим сопротивлением, чем избыток глюкозы, и это имеет последствия для обмена веществ.
- Клетчатка (пищевые волокна) человеком не всасывается: у нас нет ферментов, чтобы её разобрать. Она доходит до толстого кишечника и становится пищей для микробиома.
Всасывание белков
Белки расщепляются до аминокислот — тех самых «кирпичиков», из которых тело строит собственные белки. Но, что интересно, всасываются не только одиночные аминокислоты, но и короткие их цепочки — из двух-трёх молекул (дипептиды и трипептиды).
- Аминокислоты переносятся активным транспортом, причём для разных групп аминокислот существуют свои «переносчики». Организм не полагается на простое просачивание: нужные для жизни строительные материалы он добывает настойчиво.
- Ди- и трипептиды всасываются своими переносчиками и уже внутри клетки разбираются на отдельные аминокислоты. Этот путь работает быстро и экономично — особенно после белковой еды.
Здесь же стоит упомянуть, что сыворотка крови — жидкость, куда попадают всосавшиеся аминокислоты, а из них печень строит белки плазмы (например, альбумин). Подробнее о белках тела и их роли — в разделе Белки.
Всасывание жиров: путь через лимфу
Жиры — особый случай, и здесь всасывание устроено сложнее всего. Вспомним главную помеху: жир не растворяется в воде, а содержимое кишки водяное. Потому сначала жёлчь эмульгирует жиры — дробит крупные капли на мельчайшие, а липазы разбирают их на жирные кислоты и глицерин.
Но и здесь растворяться им не в чем. Тогда в игру вступают жёлчные кислоты: они окружают мельчайшие капельки жира и жирные кислоты, образуя вокруг них «оболочку» — получаются мицеллы (от лат. mica — «крошка, частица»), крошечные водорастворимые капельки. Мицеллы способны двигаться в водной среде и доставлять жиры прямо к поверхности ворсинок, где те проникают в клетку. Без жёлчных кислот жиры почти не всасывались бы — именно поэтому жёлчь так важна, хотя сама она жир не расщепляет.
Вода и соли
Всасывание воды по объёму — самая масштабная операция всего пищеварения. Каждый день в просвет кишечника попадает суммарно около 8–9 литров жидкости: примерно 2 литра с едой и питьём и ещё 6–7 литров — это собственные соки организма (слюна, желудочный, поджелудочный, кишечный) и жёлчь. Практически всё это нужно вернуть назад, иначе организм обезвожился бы за считанные часы.
- Вода всасывается осмосом — движется туда, где больше растворённых частиц, как вода стремится выровнять концентрацию. Она следует за переносимыми ионами и молекулами, «на хвосте» которых уходит.
- Натрий всасывается активным транспортом и «тянет» за собой воду. Это центральное звено: где хорошо всасывается натрий — там всасывается и вода.
- Другие электролиты — калий, хлориды, бикарбонат — всасываются по своим механизмам, восстанавливая солевой баланс.
Тонкий кишечник берёт на себя основную часть — около 80% воды, а оставшееся довсасывает толстая кишка. В итоговом кале остаётся лишь около 100–150 миллилитров воды. Понимание этого объясняет и запор, и диарею: в обоих случаях нарушен именно тонкий водно-солевой баланс.
Витамины и минералы
Некоторые вещества всасываются не как топливо, а в микроскопических количествах — но без них тело не может работать. Организм при этом часто «выбирает» их очень точно.
Всасывается в подвздошной кишке — последнем отделе тонкой кишки. Но чтобы это произошло, ему нужен «провожатый»: особый белок внутренний фактор, который вырабатывают клетки желудка. Без этого фактора витамин проходит мимо и не усваивается — даже если его в пище достаточно. Дефицит ведёт к особому виду анемии — ниже.
Всасывается главным образом в двенадцатиперстной кишке. Железо из животных продуктов (так называемое гемовое) всасывается легче, из растений — труднее. Помогает всасыванию витамин C. Организм умеет притормаживать всасывание железа, когда его запасы полны, — чтобы не накапливался избыток.
Активно всасывается в двенадцатиперстной кишке и зависит от витамина D — без него кальций почти не усваивается, сколько бы его ни было в пище. Остальная часть кальция всасывается пассивно, простой диффузией.
Витамины A, D, E и K всасываются вместе с жирами — в тех самых мицеллах и хиломикронах. Поэтому при плохом всасывании жиров страдает и всасывание этих витаминов: они «за компанию» теряются вместе с жиром.
Что всасывает толстый кишечник
Когда содержимое доходит до толстого кишечника, питательных веществ там уже почти нет — они всосались раньше. Но толстая кишка довершает важную работу.
- Вода и соли. Здесь довсасывается то, что не прошло раньше, — и содержимое превращается из жидкого в плотное, в кал.
- Короткоцепочечные жирные кислоты. Это продукт работы бактерий микробиома из клетчатки. Всасываются и питают клетки самой стенки кишки — важнейший источник «топлива» для толстой кишки.
- Витамин K и часть витаминов группы B. Их синтезируют бактерии кишечника, и часть этих витаминов здесь же всасывается.
Куда всё попадает: печень и «первый проход»
Всосавшиеся вещества нужно доставить туда, где они принесут пользу. И здесь пути расходятся.
Почти всё, что всосалось в кровь, сначала идёт по воротной вене в печень. Это не случайно: всё всосавшееся падает первым делом под «таможню» печени, которая проверяет и перерабатывает питательные вещества и обезвреживает лишнее. Такой первый маршрут через печень называют первым проходом.
Важное исключение — жиры и жирорастворимые витамины. Они уходят по лимфе и попадают в общий кровоток, минуя печень на первом шаге. Поэтому у жиров и жирорастворимых витаминов «первый проход» через печень не такой, как у остальных веществ.
Что происходит при нарушениях
Всасывание — тонко настроенный процесс, и его нарушения проявляются заметно. Основные группы:
Мальабсорбция — общее название состояний, при которых кишечник плохо всасывает питательные вещества. Причины разные: повреждение ворсинок, дефицит ферментов, болезни стенки кишки. Проявляется похудением, слабостью, жирным и объёмным стулом, дефицитом витаминов. Это подтверждает, насколько важна здоровая поверхность всасывания.
Аутоиммунная реакция на глютен — белок злаков. Иммунная система атакует клетки тонкой кишки и повреждает ворсинки — ту самую всасывающую поверхность. Ворсинки уплощаются, площадь всасывания падает, и питательные вещества перестают усваиваться. Возникают дефициты, похудение, слабость. Единственное лечение — пожизненное исключение глютена.
Помним про «провожатого» — внутренний фактор. Если он не вырабатывается (например, из-за атрофического гастрита или после удаления части желудка) либо всасывание нарушено в подвздошной кишке, витамин B12 не усваивается, даже если в пище его достаточно. Развивается особая анемия — B12-дефицитная, — а также поражение нервов. Наглядно показывает, что для всасывания мало иметь вещество — нужно, чтобы весь «конвейер» доставки работал.
Если всасывание воды в кишечнике нарушается (инфекция, воспаление, отравление), вода не возвращается в тело, а уходит с калом. Развивается диарея, и организм теряет огромное количество жидкости — вплоть до опасного обезвоживания. Это наглядно поясняет, насколько масштабна работа по возврату воды: 8–9 литров в сутки не всосались — и потери становятся угрожающими за считанные часы.
Нарушение всасывания железа (или хронические кровопотери) ведут к железодефицитной анемии: не хватает железа — не хватает гемоглобина — ткани страдают от кислородного голодания. Слабость, бледность, утомляемость. Поскольку железо всасывается в двенадцатиперстной кишке, её заболевания сказываются именно на этом звене.
Связи с другими системами
- Пищеварительная система: всасывание — финальная ступень всего тракта. Перед ним стоит химическое расщепление ферментами, которое готовит вещества к усвоению, а моторика подводит содержимое к всасывающей поверхности. Работает это в тонком и толстом кишечнике. Подробнее об отделах — в статьях Тонкий кишечник и Толстый кишечник.
- Печень: почти всё всосавшееся проходит через воротную вену в печень, где проверяется и перерабатывается. Печень — «первый получатель» питания. Подробнее — в статье Печень.
- Микробиом: бактерии толстой кишки расщепляют то, что человек не может, и снабжают нас короткоцепочечными жирными кислотами и витаминами. Подробнее — в статье Микробиом кишечника.
- Кровь и лимфа: водорастворимые вещества уходят в кровь, жиры и жирорастворимые витамины — в лимфу. Так всасывание связывает пищеварение с кровеносной и лимфатической системами.
- Обмен веществ и энергия: всосавшиеся глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты становятся топливом и строительным материалом для всего организма. Подробнее — в разделе Обмен веществ и энергия.
Всасывание — момент, когда проглоченная еда окончательно становится частью тела. Складки и ворсинки увеличивают поверхность кишки в сотни раз, ферменты доводят питательные вещества до усвояемой формы, а разные механизмы переноса обеспечивают доставку каждого из них туда, где оно нужно. Вода, соли, витамины, минералы, сахара, аминокислоты, жиры — всё это тонко и согласованно переходит из просвета кишки в организм. Понять всасывание — значит понять, как съеденная пища превращается в сам организм.