Почему желудок сам себя не переваривается

Почему желудок сам себя не переваривает?

Профессор Дэйвенпорт — один из крупнейших современных гастроэнтерологов, исследования которого (в частности, по физиологии и биохимии желудка) получили широкую известность. В этой статье автор рассматривает поразительный пример устойчивости живых систем к действию агрессивных факторов. Взят частный вопрос: почему желудок не переваривает сам себя, каким образом нежная слизистая оболочка противостоит влиянию соляной кислоты, способной разрушать даже металлы! Но за этим вопросом стоит широкий круг важных проблем, относящихся к разным областям биологии и медицины. Читатель увидит, что устойчивость желудка — это интегральная характеристика, включающая в себя свойства молекул, надмолекулярных структур, целых клеток и, что часто забывается, органов, имеющих сложную архитектуру. Таким образом, простой вопрос — почему желудок не переваривает сам себя — требует сложного ответа. В сущности, речь идет о той методологии научного рассмотрения, которую один из крупнейших биологов, академик В. А. Энгельгардт, обозначает как интегратизм.
В заключение позволю себе сделать несколько частных замечаний. Всеобщее увлечение аспирином и другими производными салициловой кислоты без контроля со стороны врачей является чрезвычайно вредным. Здесь следует заметить, что профессор Дэйвенпорт пишет о предмете, который он хорошо знает. Автор статьи, обращаясь к очень широкой аудитории, вынужден был прибегнуть к некоторым упрощениям, но это упрощения хорошего специалиста.
В Советском Союзе ведутся чрезвычайно интересные исследования по физиологии и патологии желудка, имеющие отношение к вопросам, затрагиваемым в этой статье. Я не касаюсь их, во-первых, потому, что сами авторы могли бы о них рассказать лучше, и, во-вторых, потому, что это Должен быть подробный и самостоятельный рассказ.

Член-корреспондент АН СССР профессор А. Уголев, Почетный член Британского общества гастроэнтерологии.

С тех пор как Рене Реомюр, талантливый ученый 18-го столетия, обнаружил, что сок, выделяемый желудком, способен переваривать мясо, умами физиологов, да и просто любителей науки, завладел вопрос: почему желудок не переваривает сам себя? И вот один из ответов: иногда это случается. В определенных условиях желудочный сок может вызвать язву и даже разрушить значительную часть слизистой желудка. Однако в нормальных условиях стенка желудка стойко отбивает атаки. Как говорил Клод Бернар, она ведет себя так, словно сделана из фарфора.
Желудочный сок содержит соляную кислоту, которая известна как одна из наиболее разрушительных кислот. Ее концентрация при выделении из слизистой желудка такова, что она способна растворять цинк и смертельна для клеток. Однако в желудке соляная кислота обычно выполняет лишь полезные функции: убивает бактерии в проглоченной пище и жидкости, размягчает волокнистую пищу, способствует образованию пищеварительного фермента — пепсина. Действию разрушительного сока на стенку желудка препятствует сложный физико-химический барьер, природа которого еще не совсем ясна.
Давайте рассмотрим процессы, происходящие в желудке. После того как пища покидает пищевод, она поступает в основной отдел желудка, где временно отлагается как в бункере, не претерпевая никаких изменений. Мышечная стенка этого отдела слаба и растягивается в соответствии с объемом проглоченной пищи; перистальтические движения ее незначительны. Постепенно пища проходит в антральную часть — узкий конец полости желудка, где происходит основной процесс переваривания. Антральный отдел имеет сильную мышечную стенку, которая энергично сокращается, в результате чего пища тщательно перемешивается с пищеварительными соками желудка и затем направляется в двенадцатиперстную кишку.
Пищеварительные соки выделяются тканью, которую принято называть слизистой — она выстилает стенку желудка. Слизистая оболочка содержит «oxyntic»-клетки, то есть клетки, секретирующие кислоту (от греческого корня «oxy», что означает «острый» или «кислый»), в данном случае—соляную кислоту, и «chief»-клетки (основные клетки), секретирующие пепсиноген, который под действием соляной кислоты превращается в пепсин. Соки выделяются через трубочки, расположенные глубоко в слизистой, и попадают в желудок через маленькие ямки.
Предполагается, что пепсин, расщепляющий белковые цепочки в пище, может участвовать в атаках на стенку желудка, но веских доказательств тому нет. Опасность для желудка, несомненно, заключается в соляной кислоте, в частности в ее водородных ионах. Когда кислота полностью ионизируется, начинается диффузия (передвижение) водородных ионов из полости желудка к его стенке. Дело в том, что клетки последней, а также межклеточная жидкость, как и жидкость во всех тканях, нейтральны, в том смысле, что концентрация водородных ионов в них очень мала. Следовательно, водородные ионы должны стремиться вернуться из полости желудка, где их концентрация высока, в слизистую. Это бы и случилось, если бы они не задерживались барьером.
Барьер этот находится в поверхностном слое, состоящем из высоких цилиндрических эпителиальных клеток.
Они тесно соединены своими верхушками, образуя надежную и плотную преграду. Лишь немногим водородным ионам удается пробиться через эти соединения и проникнуть в слизистую.
Подобным же образом барьер блокирует движение ионов из слизистой в полость желудка. Дело в том, что межклеточная жидкость, омывающая клетки слизистой, содержит ионы различных веществ и, в частности, натрия, поскольку ионы натрия свободно перемещаются из кровеносных сосудов (капилляров), питающих клетки, в жидкость. Следовательно, существование и работу барьера можно изучать, исследуя его сопротивление движению водородных ионов в слизистую, а ионов натрия — из нее. Природа этого барьера сейчас изучается экспериментально — исследуются его реакции на различные воздействия.
Вот методика наблюдения работы слизистой оболочки желудка у собак. Путем хирургической операции часть желудка собаки превращают в отдельную полость (сумку), содержимое которой откачивается через трубку, вставленную в брюшную стенку. (Собаки с такими искусственными полостями могут жить на протяжении многих лет в здоровом и бодром состоянии.)
В эксперименте, цель которого — исследовать барьер слизистой, первым шагом должно быть изучение работы этого барьера в нормальных условиях.
Искусственная полость в течение 30 минут омывается определенным объемом раствора, соответствующего обычному желудочному соку. Измеряя содержание ионов водорода, можно определить скорость, с которой ионы водорода прошли в слизистую через барьер, а ионы натрия — из слизистой в желудок. Эта скорость берется за норму. Затем полость в течение 30 минут омывается раствором, действие которого на барьер должно быть исследовано. Наконец, полость опять омывается нормальным раствором, с тем чтобы теперь посмотреть, какие изменения произошли и произошли ли вообще в работе барьера под влиянием экспериментального материала.
Что же эти исследования рассказали о характере и способе действия этого барьера? Ответы на этот вопрос открывают новую интересную страницу в физиологии и биохимии.
Экспериментальный подход, применявшийся при исследовании слизистой желудка, основывался на предположении, впоследствии доказанном, что мембрана клеток, из которых состоит поверхность слизистой, по своей конструкции и свойствам похожа на мембрану других клеток тела. Мембрана клетки состоит в основном из упорядоченного набора липидов (молекул жира), образующих слой, в котором имеется небольшое количество пор, заполненных водой. По этим порам могут проходить маленькие, растворимые в воде молекулы. Сейчас хорошо известно, что моющие вещества — детергенты — например, вещества, используемые для мытья посуды (они удаляют жир с посуды, образуя с молекулами жира комплексы, растворимые в воде), могут разрушать мембрану клетки, ломая набор липидов. Поэтому, если барьер в слизистой желудка образован из слоя молекул жира, то детергент должен разрушить барьер. Эксперимент с лаурилсульфатом, обычным компонентом моющих веществ, показал, что это вещество действительно может разрушать барьер слизистой.
Возникает вопрос: имеются ли в нашем организме естественные детергенты, способные пробиваться к слизистой желудка? Ответ очевиден. Желчь, одна из главных функций которой состоит в том, чтобы превращать жиры пищи в эмульсию и тем обеспечивать их переваривание, должна содержать такие вещества.
Желчь поставляет детергенты в двух формах. Одна форма — это желчные соли, представляющие собой плоские молекулы, полярные с одного конца и потому растворимые в воде и неполярные и растворимые в жирах — с другого. Растворяясь в воде с одной стороны, а в жире — с другой, молекулы желчных солей могут разрушать структуру липидов и рассеивать их молекулы. Другой детергент желчи — лизолецитин — также полярно-неполярная молекула. Это вещество разрушает клетки, удаляя липиды из их мембран.
Эксперименты показали, что либо желчные соли, либо лизолецитин оказывают предполагаемое действие на стенку желудка. Раствор одного из этих детергентов, введенный в слизистую искусственной полости желудка, разрушал барьер в слизистой и открывал путь водородным ионам из полости в слизистую, а ионам натрия — из слизистой в полость.
Желчь выделяется в тонкую кишку и, как правило, в желудок не попадает. Однако желчь все же может забрасываться в желудок из тонкой кишки в процессе обратного тока пищи, претерпевающей переваривание. Действительно, у больных язвой желудка часто находят желчные соли в желудке. Многие гастроэнтерологи сейчас предполагают, что желчные соли, попадающие в желудок и атакующие барьер слизистой, и есть основная причина язвы желудка.
Прежде чем рассматривать внешние факторы, которые, возможно, участвуют в разрушении защитного барьера, давайте бегло проследим последствия такого разрушения и вторжения водородных ионов в слизистую.
Вторжение кислоты возбуждает двигательные нервы стенок желудка, тем самым вызывая сильные сокращения мышц (очевидно, эти спазмы и есть причина боли у людей, страдающих пептической язвой). Под действием кислоты из запасов слизистой выделяется гистамин, но этого мало — кислота увеличивает и скорость его синтеза. Это вещество активно реагирует на атаки, которым подвергаются ткани организма. Оно ответственно, например, за воспаления и опухоли. В поврежденной слизистой оболочке желудка гистамин вызывает повышенное выделение кислоты слизистой. Гистамин расширяет прекапиллярные сфинктеры и капилляры слизистой, увеличивая тем давление крови в капиллярах и кровоток. Более того, гистамин делает сосуды более проницаемыми, в результате чего белки плазмы и жидкость выходят из капилляров в межклеточную жидкость слизистой оболочки — так появляется отек. Быстрая диффузия кислоты в слизистую может разрушить стенки капилляров. Это и бывает причиной обильных кровотечений, по которым определяются тяжелые случаи изъязвлений желудка. Кровотечение особенно вероятно в том случае, когда быстрое проникновение кислоты в слизистую сопровождается энергичными сокращениями мышечной стенки.
К счастью, слизистая оболочка имеет еще один защитный механизм, охраняющий желудок от самопереваривания. Зрелые клетки слизистой желудка (а также слизистой всего пищеварительного тракта) непрерывно слущиваются, или отслаиваются, от поверхности. Их место занимают новые. В желудке человека за минуту обычно слущивается около полумиллиона клеток. Иначе говоря, поверхность слизистой желудка обновляется каждые 3 дня. Благодаря такому быстрому обновлению, стенка желудка может «ремонтировать» даже очень тяжелые повреждения барьера слизистой в пределах нескольких дней и даже часов. Эта способность объясняет в значительной степени тот факт, что желудок редко переваривает сам себя (здесь уже говорилось о язвенной болезни).
Давайте рассмотрим теперь некоторые возможные источники вредных воздействий извне. Слизистая желудка обычно непроницаема для ингредиентов пищи и жидкостей. Вызывая секрецию соляной кислоты, пища слегка повышает реабсорбцию (обратное всасывание) ионов водорода слизистой. Это приводит к слабым, поверхностным кровотечениям во время переваривания пищи; они, однако, быстро прекращаются. Единственное вещество, легко проникающее через барьер слизистой желудка – этиловый спирт, малая молекула которого способна растворяться и в жире и в воде. Хотя сам по себе спирт и не вызывает разрушения барьера, но в сочетании с другими веществами он способен это делать. Такое обстоятельство заставляет по-новому взглянуть на природу барьера, защищающего желудок.
Недавно проведенные эксперименты показали, что салициловая кислота или ацетилсалициловая кислота (аспирин) способна пробиваться сквозь барьер слизистой и вызывать кровотечение. Это было продемонстрировано методом меченых молекул: кровяные тельца — эритроциты предварительно помечаются радиоактивным хромом (Сг51), а измерение радиоактивности в фекалиях показывает количество крови, потерянной из-за разрушения барьера слизистой. Таким способом было обнаружено, что для большинства людей прием аспирина сопровождается желудочным кровотечением: потеря крови у принявшего таблетки аспирина общим весом примерно 0,13 грамма обычно составляет от 0,5 до 2 миллилитров. Однако некоторые чувствительные люди могут терять сотни миллилитров крови в ответ на аспирин. Врачи пришли к выводу, что большинство доставляемых в больницу с обильным кровотечением в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта, до этого в течение нескольких суток принимали салицилаты. Известны случаи, когда у людей, постоянно принимавших салицилаты, развивалась глубокая анемия вследствие того, что скорость потери крови превышала скорость образования в организме красных кровяных телец.
Влияние салицилата на возникновение кровотечения неодинаково у разных людей и в разное время. Чем это объясняется? Современные представления о барьере слизистой желудка позволяют лишь приблизительно ответить на вопрос. Растворимость салицилата (такого, как аспирин) в жире зависит от кислотности среды растворителя. В нейтральном растворе аспирин ионизируется, при этом водород отщепляется от его карбоксильной группы (СООН), так что группа приобретает отрицательный заряд (СОО —). В таком состоянии молекула относительно нерастворима в жире. Следовательно, ей трудно проникнуть сквозь липидный барьер слизистой. В кислой же среде карбоксильная группа остается неионизированной, а поэтому аспирин способен растворяться в жире и быстро проходить через барьер в слизистую. Проникнув в слизистую, салицилат немедленно ионизируется, и это мешает ему двигаться в обратном направлении. Таким образом, создаются предпосылки для диффузии салицилата в слизистую. Салицилат поступает в слизистую со скоростью, которая в первую очередь зависит от кислотности содержимого желудка.
Эксперименты показывают, что если в желудке находится спирт, то способность салицилата разрушать барьер в слизистой увеличивается, даже если кислотность в желудке низка. Эти результаты были получены и для людей и для животных. Поэтому, по-видимому, спиртное и аспирин — комбинация, вредная для желудка.
Проникновение салицилата в слизистую наносит двойной вред. Во-первых, он разрушает барьер (убивая клетки на поверхности слизистой) и тем самым открывает дорогу для дальнейшего поступления кислоты. Во-вторых, он разрушает слизистую, так как способствует кровотечению.
Я вовсе не хочу, чтобы у читателя сложилось впечатление, будто мы уже знаем все причины, вследствие которых желудок не переваривает сам себя. Как всегда, мы должны оговориться, что знаем лишь частицу. Все еще впереди. Барьер слизистой желудка можно разрушить разными способами. У некоторых людей барьеры слабые от природы. Но даже, когда барьер прочный, он может разрушаться под действием стресса, тяжелого заболевания или несчастного случая. Хорошо установлено, что нервный стресс сам по себе может вызывать разрушение барьера. Но все эти вопросы нуждаются в более тщательном исследовании.
Обнадеживает то, что мы начинаем узнавать физическую и химическую природу механизмов, благодаря которым желудок избегает самопереваривания. Дальнейшие исследования в этом направлении должны помочь нам найти эффективные медицинские средства против разрушения барьера слизистой, неспособной защищать себя, а также средства, помогающие слизистой выполнять свою удивительную функцию «саморемонта».

Перевод с английского Л. Шеяновой

По материалам журнала «Наука и жизнь» №08 за 1972 год

На фотографиях:

1. Поверхность слизистой оболочки, выстилающей внутреннюю стенку желудка. Снимок сделан с помощью сканирующего электронного микрографа. Видны верхушки эпителиальных клеток, углубления и характерные складки нормального желудка.

2. Желудок человека имеет два главных отдела: тело, которое служит хранилищем для пищи, и антрум, где пища перемешивается с пищеварительными соками. Далее пища переходит через пилорический сфинктер в первую часть тонких кишок — двенадцатиперстную кишку. Пищеварительные соки, соляную кислоту и пепсиноген вырабатывают клетки слизистой оболочки тела желудка.

3. Поперечное сечение слизистой оболочки тела желудка показывает расположение клеток. Эпителиальные клетки, которые секретируют слизь, покрывают поверхность желудка, а также выстилают ямки в стенках желудка. Клетки, секретирующие кислоту (пристенные клетки), вырабатывают соляную кислоту; клетки, секретирующие ферменты, вырабатывают пепсиноген. Эти клетки расположены в глубоких канальцах. Продукт их деятельности достигает поверхности стенки через ямки.

4. Поврежденные эпителиальные клетки, на внутренней поверхности стенки желудка. (Увеличение в 12 тысяч раз. Снимок сделан на сканирующем электронном микрографе.) Верхушки некоторых клеток разрушены, и в слизистом барьере возникли бреши.