Сергей Вялов
Желчь & Ферменты
Ферментная река и секреты поджелудочных протоков
Про способы доставки ферментов к пункту назначения
Как мы говорили выше, несмотря на такое интересное устройство поджелудочной железы, трубочка в ней все же есть. Эта трубочка называется главным панкреатическим протоком, или вирсунговым протоком – в честь немецкого хирурга, который в 1642 году впервые открыл этот проток. Вскоре появился повторный первооткрыватель протока, после чего ночью Вирсунг был убит у подъезда своего дома. По версии следствия, причиной явился спор по поводу того, кто был первооткрывателем протока.
Проток похож на большую реку – на Волгу, Енисей или Нил. По нему текут ферменты и в него впадают мелкие ферментные речки, а в них маленькие ферментные ручьи, а в них еще более мелкие ферментные ручейки. Эта река течет вдоль всей поджелудочной железы от хвоста к голове и по течению в нее впадают все боковые протоки. Размер главной реки или главного протока примерно 3 мм, по длине железы он чуть меньше, около 2 мм, а в хвосте проток совсем тонкий и его диаметр составляет всего 1 мм. В него впадает от 18 до 34 боковых рек-протоков примерно через каждый сантиметр. Бывает, что боковые протоки не таких крупные, но тогда их количество может достигать 60.
А вы помните из уроков географии, что такое дельта реки? Река может впадать в море одним расширяющимся потоком, а может распадаться на множество рукавов и протоков. Самая известная, наверное, дельта Нила. Поджелудочная река тоже впадает по главному протоку в двенадцатиперстную кишку – это тот самый выход из желудка. Туда и вытекает панкреатический сок вместе с содержащимися в нем ферментами. Но место впадения реки у разных людей устроено по-разному и здесь возможны варианты. Они не являются заболеванием, это именно варианты нормального устройства протоков. Но при определенных обстоятельствах, о которых речь пойдет ниже, это может играть злую шутку или наоборот, быть шансом на спасение.
Варианты отхождения и слияния поджелудочных и желчных протоков
У большинства людей, а это примерно четверо из пяти человек, все ферменты единым потоком текут по главному панкреатическому протоку, сливаются с желчной рекой и утекают в двенадцатиперстную кишку. А вы уже знаете, что на выходе их может придержать сфинктер Одди, о котором речь шла выше. У одного из пяти человек проток от поджелудочной «забывает» слиться с желчным, и они впадают в кишку по-отдельности. Тем не менее сфинктер Одди такой большой, что его хватает на удержание обоих протоков. Именно этот вариант нормального строения поджелудочной реки спасал многих от возникновения билиарного панкреатита и даже от панкреонекроза (вот везунчики!). Но об этом речь пойдет дальше в следующих главах.
У некоторых людей в поджелудочной есть короткая параллельная река или дополнительный проток. Он впадает в главный проток, но у одного из четырех людей этот проток вытекает в кишечник отдельно. Этим счастливчикам дополнительный секретный проток позволяет сбросить или понизить давление в поджелудочной железе при погрешностях в питании, а иногда не позволяет возникнуть воспалению, так сказать «спускает пар».
Поджелудочный секрет: чем богата поджелудочная?
Про то, о чем забывают, говоря о ферментах
Мы привыкли думать о том, что поджелудочная железа выделяет ферменты для переваривания пищи. Да, это так, но не только. Если сравнить только объем веществ, которые она выделяет, то окажется, что по большей части железа производит бикарбонат. Именно поэтому правильнее говорить, что выделяется панкреатический сок, то есть смесь ферментов с бикарбонатом, а не просто ферменты.
Панкреатический сок содержит много электролитов, солей и микроэлементов, в том числе кальций, магний и цинк, сульфат и фосфат. Но наиболее важный компонент – это бикарбонат. Именно он нейтрализует кислоту желудочного сока, вместе с которой пища попадает в кишечник для переваривания. Желудок рассчитан на кислоту, он ее выделяет, он грубый, он должен измельчить пищу и подготовить к перевариванию. Кишка на кислоту не рассчитана, она мягкая и нежная, она должна передвигать полученное из желудка пюре и всасывать питательные вещества. Кислота не должна попадать в кишечник, поэтому поджелудочная железа вырабатывает бикарбонат. Он будет связывать и нейтрализовывать кислоту, чтобы кишка не повредилась и ферменты в кислой среде не разрушились.
Поскольку дальше в кишечнике полезные вещества из пищи всасываются в кровь, для облегчения этого процесса жидкая часть содержимого тонкого кишечника должна по составу быть похожа на кровь. Поэтому панкреатический сок изотоничен плазме крови, то есть очень похож по содержанию солей и ионов, но показатели рН более щелочные. Это нужно для нейтрализации кислоты. Для этого в каждом протоке поджелудочной железы выделение сока происходит по трубочке с двумя насосами. Клетки поджелудочной в автоматическом режиме качают сок в проток. Первый насос в клетках протоков накачивает сок натрием и гидрокарбонатом, второй насос добавляет хлор и забирает гидрокарбонат, чтобы получилась нужная концентрация. Так получается жидкая часть поджелудочного сока, а оставшиеся несколько процентов – это ферменты.
Ферменты: жирные, сладкие и постные
Про то, какие бывают разновидности ферментов
Ферментов поджелудочная железа выделяет много и разных, бо́льшая часть из них – это так называемые гидролазы. Это специальные вещества, которые делают гидролиз, или расщепление крупных молекул на более мелкие или на совсем примитивные составные части. Надо вспомнить, что мы потребляем белки, жиры и углеводы, для каждого из которых есть составные части, для каждого нужны свои ферменты.
Белки состоят из аминокислот, а сами молекулы белка огромные и имеют определенную трехмерную структуру, скрученную в пространстве; их нужно сначала раскрутить обратно, а затем порезать на составные части – аминокислоты. И только после этого они смогут попасть внутрь организма. Потом они отправятся в печень и разойдутся по всему организму, чтобы заменить разрушенные мышечные волокна, обновят участки кожи или слизистой, из них организм сделает новые ферменты или гормоны. А в самом конце именно печени придется выбрасывать аминокислоты на помойку, потому что выкинуть их просто так не получится. Они содержат азот, который требует повторной переработки для утилизации, иначе может даже повреждать некоторые органы.
Для того чтобы раскрутить молекулы белка и превратить трехмерную структуру в обычную линейную, нужна подготовка в желудке. Это делает пепсин. Такой его эффект даже используют в пищевой промышленности, например для створаживания молока в производстве творога и сыра. При этом мы точно можем сказать, что это, конечно, не переваривание. А собственно переваривание и разделение белка на аминокислоты делают протеазы (от слова «протеин» – белок). К этой группе ферментов относятся трипсин, химотрипсин, эластаза, эндопептидазы и экзопептидазы, аминопептидазы и карбоксипептидазы, которые как ножницами режут нитки белка на мелкие кусочки. Разница в том, что одни режут в одних местах, а другие – в других, то есть работают по разным меткам. Все эти ферменты выделяет поджелудочная железа.
Углеводы, или сложные сахара, состоят из более мелких простых сахаров, таких как глюкоза и фруктоза. Разные углеводы получаются путем соединения глюкозы и фруктозы в разной последовательности и в разном порядке. Например, наш обычный сахар, или сахароза, состоит из длинных цепочек чередующихся глюкозы и фруктозы, а крахмал и целлюлоза состоят только из глюкозы, соединенной друг с другом в разном порядке. Порезанные до глюкозы углеводы пойдут через печень, часть из них останется в ней в качестве резервного запаса, а остальное пойдет в энергетическую топку для других органов. Лишний сахар превратится в жир и отложится в печени, в поджелудочной железе, в боках и на животе. Для разрезания сахаров поджелудочная железа выделяет амилазы (от слова «амилос» – крахмал). И амилазы бывают разные, основной амилазой человека является альфа-амилаза.
Жиры состоят из жирных кислот и глицерина. Жиры бывают по происхождению растительными и называются маслами, потому что жидкие. Они бывают также животными, вот эти как раз твердые и называются жирами. Глицерин во всех жирах одинаковый, различия только в жирных кислотах. Он похож на трезубец, на каждом зубце которого сидит по жирной кислоте. Чтобы снять жир с крайних зубцов этого трезубца, нужен фермент липаза, а для снятия вкусного кусочка с центрального зубца нужна фосфолипаза А2. Оба эти фермента вырабатывает поджелудочная железа, и для упрощения оба фермента мы называем липазами (от слова «липос» – жир).
Состав БЖУ и ферменты к ним
Поджелудочное равновесие и баланс
Про запасы поджелудочной и их заготовку
Ферменты для переваривания жиров и углеводов вырабатываются поджелудочной сразу в готовом и работоспособном виде. А вот ферменты для переваривания белков – нет. Ведь весь организм состоит из белков, и если эти ферменты сразу будут работать, то начнут переваривать саму поджелудочною железу. Это самая большая опасность. Поэтому организм предусмотрел двойной защитный механизм, чтобы случайно не погубить орган. Для их запуска нужен специальный активатор энтерокиназа, она превращает неактивный фермент в активный и работает только при определенном показателе кислотности рН. Пока кислое содержимое обрабатывается бикарбонатом и постепенно изменяется рН поступившей пищи, начинается медленная активация фермента. Кроме того, в панкреатическом соке содержится ингибитор трипсина, который блокирует его действие внутри поджелудочной железы. Но при серьезных заболеваниях случается так, что даже две эти защитные системы не выдерживают воспаления и давления, и клетки железы начинают погибать. В тяжелых условиях при остром панкреатите она может быть полностью разрушена, что приводит к смерти.
Клетки поджелудочной железы готовят ферменты заранее и складируют их в виде специальных гранул тоже заранее. В этих гранулах содержатся все необходимые ферменты в определенном соотношении. Это соотношение между количеством липазы для жиров, протеазы для белков и амилазы для углеводов. Баланс между ферментами определяет сама поджелудочная железа исходя из того, чем вы ее кормите. Например, если человек ест много жиров, то в балансе ферментов будет преобладать липаза, у другого человека, который ест много углеводов, будет преобладать амилаза. Если рацион человека меняется, то меняется и нагрузка на поджелудочную. Железе требуется несколько недель, чтобы изменить баланс между ферментами, но она адаптируется и это происходит – баланс и соотношение ферментов меняется. Именно поэтому необходима постепенная медленная смена одного рациона питания на другой. И именно поэтому разовая ударная нагрузка на поджелудочную может приводить к проблемам. Ведь тогда железе придется для переваривания полученной на празднике тонны жира выдавить из себя всю имеющуюся липазу, которая находится в определенном соотношении с остальными ферментами.
Хотя даже на этот случай в поджелудочной железе есть запас, ведь на самом деле мы используем лишь небольшой ее потенциал. Базовый уровень выделения бикарбоната около 5 % от полной мощности, а ферментов – около 10 % от возможного максимума в моменте. При усилении пищеварения выделение панкреатического сока усиливается, мощность выработки бикарбоната возрастает до 15–20 %, а ферментов выбрасывается до 30 % от максимума в моменте. Даже при суперполной нагрузке на поджелудочную всем набором стимуляторов мощность выделения ферментов возрастает до 70 % от возможного максимума. Это происходит по двум причинам: во-первых, у нее огромный запас мощности, во-вторых, ее немного притормаживают контролирующие гормоны. Но об этом речь пойдет дальше.
В принципе поджелудочная железа спроектирована с запасом прочности и может многое выдержать, но даже при этом мы умудряемся ее угробить. Она образует примерно в 10 раз больше ферментов, чем требуется для активного и адекватного переваривания пищи. За сутки поджелудочная выделяет около 1 миллиона единиц ферментов, а на обычный прием пищи мы тратим около 50 тысяч единиц. Да, жить без поджелудочной железы нельзя, расстаться с ней – смертельно. Но даже после удаления 90 % железы при тяжелых болезнях, оставшихся от нее 10 % достаточно для нормального переваривания пищи и предотвращения несварения.
Глава 4
Поджелудочная, что ты варишь?
Про переваривание белков, жиров и углеводов
Немного про молочный сахар
Про регулирование сахара с помощью инсулина
Про гормоны от поджелудочной, глюкагон, соматостатин
Про управление перевариванием пищи
Как ферменты переваривают жир?
Про то, как происходит процесс переваривания жиров
С жирами в современном мире связано очень много предрассудков и стереотипов. Было время, когда жиры считали злом и исключали их из всего, что только можно. Потом позиция общества поменялась и в борьбе за устранение углеводов и сахаров мы перешли в «жирную» эпоху кето-диеты и голодания. Неплохо было бы вспомнить, что есть продукты, состоящие в чистом виде из жира, например, сливочное или растительное масло, сало. Во всех продуктах в той или иной степени содержится жир, его просто больше или меньше, поэтому даже при желании полностью избавиться от него не получится. Но казусных моментов возникает достаточно, когда человек думает, что продукт не содержит жиров, а в нем их полным-полно.
Наш организм создан с таким расчетом, что жиры нужны ему для многих процессов. Ведь из жиров и холестерина организм делает не только камни в желчном пузыре, но и половые гормоны, стероидные гормоны, оболочку клеток, изоляцию для нервных волокон и многое другое.
В среднем человеку нужно употреблять в сутки около 80–100 г жиров. Около 90 % жиров из пищи, то есть большая часть, – это триглицериды. Они состоят из двух частей: многоатомный спирт с прикрепленными к нему тремя жирными кислотами. Оставшиеся 10 % пищи приходятся на фосфолипиды или лецитин, еще жирорастворимые витамины. Здесь можно вспомнить о целебных свойствах фосфолипидов и лецитина и вернуться обратно в реальность, понимая, что это просто еда.
Размер и степень переваривания жиров в разных отделах кишечника
Мицелла в кишечнике и хиломикроны в крови
Когда жир из пищи попадает в кислую среду в желудке, он разбивается на мини-капли размером около 100 нм. При выходе из желудка в щелочной желчной среде из жира получается эмульсия. Размер капелек жира в этой эмульсии составляет уже 5 нм – вот где они, нанотехнологии. Это означает, что жир готов к дальнейшему распиливанию на кусочки. Тогда срабатывает следующий датчик, и двенадцатиперстная кишка начинает вырабатывать холецистокинин. Именно он сигналит в поджелудочную железу, чтобы она вдогонку поступившему жиру выделила ферменты. Железа не подводит и делает ферментов настолько много и настолько быстро, что пища, пройдя всего несколько сантиметров по двенадцатиперстной кишке и еще не попав дальше в тонкий кишечник, оказывается на 80 % переваренной. Кстати, именно поэтому бывает сложно обнаружить проблемы с поджелудочной до того момента, пока она совсем не отказала и не развалилась.
Фермент поджелудочной железы – липаза – отпиливает от жира только две жирные кислоты из трех. Полностью допиливает жир уже другой фермент, который называется фосфолипаза. Холестерин существует в пище независимо от жиров и режется другим ферментом, он называется холинэстераза.
Для нормальной работы многих ферментов поджелудочной железы нужен кальций. Поэтому проблемы щитовидной железы, сбой половых гормонов, остеопороз или некоторые лекарства могут нарушать переваривание, убирая или добавляя кальций. Также избыток и недостаток кальция в пище может провоцировать уже имеющиеся проблемы поджелудочной.
Раньше мы говорили про желчь, и вы помните, что многие вещества, в том числе жир, холестерин и желчные кислоты, нерастворимы в воде. Организм транспортирует их с помощью специальных двухслойных капсул, они называются мицеллы. В кишечнике нерастворимые в воде жир и жирные кислоты тоже находятся в виде этих мицелл. Они должны просочиться через слой слизи, покрывающий клетки кишечника. Толщина этого слоя 1000 нм – требуется серьезная работа, чтобы жир попал в клетку кишечника. Внутри клетки жирные запчасти подхватывает «рабочий», который из этих деталей сразу собирает необходимые организму новые жиры. Это называет синтез жиров «заново», а по-медицински de novo. Обновленные жиры запечатываются в новую упаковку: внутри новый жир, покрытый снаружи холестерином и фосфолипидами. Этот шарик размером уже 60 нм запускается по лимфе.
Даже в норме организм забирает не весь жир, который мы употребляем в пищу. Здоровый человек ежедневно сбрасывает в унитаз примерно 5–10 г того жира, который был съеден. А когда мы садимся на обезжиренные продукты или диету с низким содержанием жиров, то количество жира в кале уменьшается примерно до 3 г в сутки. Возникает резонный вопрос: если жир не есть, то откуда он берется в кале? В такой ситуации источником жира является уже не пища, а отмирающие и обновляющиеся клетки кишечника и бактерии, которые в нем живут.
Кто переваривает белок?
Про то, как происходит процесс переваривания белков
Не каждый помнит о содержании белка в пище, ведь наше внимание сосредоточено на жирах и углеводах, которые считают то полезными, то вредными. А ведь белок – это основной строительный материал для организма. И чтобы успевать восстанавливать изнашивающиеся в процессе работы органы, он просто необходим, а для восстановления клеток и тканей у больного человека он жизненно необходим. Поэтому взрослому человеку требуется около 80–90 г белка в день или примерно 1 г белка на каждый килограмм веса. Растущим детям, строящим свой организм, требуется в 5 или даже в 10 раз больше белка из расчета на их вес.
Такое количество белка поступает в организм с пищей – в желудок, а оттуда уже в кишечник. Кроме того, столько же белка поступает в кишечник в виде ферментов (это тоже белок) и отвалившихся разрушенных клеток из верхнего этажа пищеварительной системы.
Несмотря на распространенный стереотип, желудок ничего не переваривает, а только готовит пищу к этому процессу. Подготовка белков к перевариванию начинается именно в желудке. Хитрая молекула белка состоит из завернутых и запутанных в клубок аминокислот. Чтобы усвоить их, организму нужно сначала размотать сложную трехмерную структуру белка, а затем распилить его на пептиды, состоящие из нескольких аминокислот. Только потом уже их разрезать на сами аминокислоты, которые пригодны для сборки в собственные человеческие белки.
Желудочный фермент пепсин разматывает примерно 10–15 % поступившего с едой белка. Но вклад этой работы в переваривание белка в целом настолько незначительный, что, скорее, представляет собой просто интересный факт, нежели имеет какой-либо смысл. Ведь даже у людей с атрофией или нулевой кислотностью и дефицитом пепсина переваривание белка не ухудшается и не нарушается. Да, потому что переваривание белков в кишечнике чрезвычайно эффективно! Примерно через 20–30 минут желудок начинает запускать работу поджелудочной железы и в ней образуются ферменты протеазы. Именно они продолжают распиливать белок до тех пор, пока он находится в кишечнике. Часть этих ферментов даже выделяется с калом.
Поджелудочные ферменты распиливают примерно 30 % белка полностью до аминокислот, а остальные 70 % режут не полностью, а до пептидов из 2–4–6 аминокислот. Их дорезают уже непосредственно ферменты клеток кишечника. И организм забирает аминокислоты себе: половину практически сразу на выходе из желудка, то есть в двенадцатиперстной кишке, и почти все остальное – в начале тонкого кишечника. И лишь 5–10 % доходит до толстой кишки, где организм уже не делает с ними ничего. Оставшийся белок идет на корм для кишечных бактерий. Они-то и съедают его полностью. А тот белок, который выделяется с калом, на самом деле не тот, который мы съели. Выделяющийся белок по сути является нашим отработанным белком, тот, что исчерпал свой ресурс и выкинут организмом как непригодный для повторного использования.
Структура и переваривание белка по этажам
Для того чтобы белок «всосался» в организм, у нас имеется целых пять транспортных систем: для нейтральных аминокислот, для двухосновных, для дикарбоновых, для иминовых, и отдельная – для глицина, чтобы успокоиться и перестать нервничать. То есть специальные переносчики таскают аминокислоты через стенку кишечника в кровь.
