医学生理学/消化器生理学/分泌物
1日に約10リットルの液体が消化器系を通過し、摂取されるのは約2リットルで、残りはシステム自体からの分泌物である。 約半分の3.5リットルは外分泌腺、唾液腺、胃、肝臓から、残りの半分は消化管自体の上皮細胞から分泌される。
これを体重70キロの人の体液量に換算すると、約42リットルなので、分泌物は体液の約6分の1を占めていることになる。 循環器官には約3.5リットルの体液があるので、分泌物は体液循環量の2倍に相当する。
分泌物は消化酵素、粘液、および相当量の液体とイオンから構成されている。
Daily Volume | pH | |
---|---|---|
Saliva | 1000 | |
胃 | 1500 | |
ブルナーズ腺(十二指腸) | 200 | 8.0 – 9.0.0 |
膵臓 | 1000-1500 | 8.0 – 8.3 |
胆汁 | 1000 | 7.0 – 8.8 |
小腸 | 1800 | 7.5 – 8.0 |
大腸 | 200 | 7.0 – 8.0 |
1800 | 8.0 – 8.05 – 8.0 | |
総 | 6700-7200 |
腺の種類編集
GI管にはいくつかの異なるタイプの腺があります:
- 単一細胞の粘膜腺と杯細胞です。
- 下垂体腺。 上皮の粘膜下層への侵襲。 小腸ではCrypts of Lieberkuhnと呼ばれる。
- 深部管状腺。 胃では胃腺、十二指腸上部ではブルンナー腺と呼ばれます。
- 複合腺、唾液腺、膵臓、肝臓に見られます。 唾液腺と膵臓は複合腺である。
刺激のメカニズム編集
刺激は局所効果、自律神経刺激、ホルモンによって起こる
局所効果編集
食物の機械的存在は局所のみならず隣接領域にも刺激を与える。
自律神経刺激編集
副交感神経の刺激は、必ず分泌を増加させる作用がある。
ホルモン編集
いくつかの異なるホルモンが分泌に影響を与えます。
消化酵素の編集
消化酵素は腺細胞によって分泌され、分泌小胞に酵素を蓄え、分泌の準備が整うまで保存されます。 これらの細胞は、強固な粗面内壁小胞体と多数のミトコンドリアによって特徴付けられる。 リボソームから小胞体、ゴルジ体を経て分泌小胞に至る物質の通過は約20分かかる。
細胞の基底側にある神経線維の存在に注目する。
水 & 電解質分泌編集
腺の分泌物は有機物質と一緒に水や電解質も分泌しなければならない。
- 静止状態では膜安静電位は約-30-40mV
- 神経刺激により-Vクロライドイオンを流入し安静電位を10-20mV減少
- ナトリウムイオンも電気勾配に従いながら減少します。
- 水もそれに追随するように流れ、細胞内は高浸透圧になります。
- 細胞内圧が上昇し、細胞の先端側にあるポートが開き、水と電解質が流れ出す
マイクロ電極の研究によると、このプロセスは全体で約1秒続くことがわかりました!
細胞内圧が上昇し、細胞の先端側にあるポートが開き、水と電解質が流れ出す。
GI管の消化酵素編集
GI管の消化酵素をまとめると次のようになります。
位置 | 酵素名 | 作用 | ||
---|---|---|---|---|
唾液腺 | アミラーゼ リンゲル |
唾液管内 | 酵素名4827 リパーゼ | でんぷん トリグリセリド(限定作用) |
胃 | ペプシン(ペプシノーゲン) 胃リパーゼ タンパク質 |
|||
膵臓 | アミラーゼ
リパーゼ & ホスホリパーゼ |
スターチ |
||
腸管上皮 |
エンターキナーゼ |
活性化されるもの トリプシン |
胃と膵臓の両方で、タンパク質消化酵素は非分泌型であることに注意してください。胃ではペプシノーゲン、膵臓ではトリプシノーゲン、キモトリプシノーゲンという活性型があります。 これは自己消化を防ぐためです。
消化管ホルモン編
消化器系からは多くのホルモンが分泌されている。 ここでは、消化管から分泌されるホルモンのうち、最も重要なものをまとめました。
ホルモン | 分泌されるもの。 | 刺激 | 作用 | |
---|---|---|---|---|
ガストリン | 胃のG細胞 | ヒスタミン分泌細胞および胃の壁細胞 | 内腔のペプチド | 胃の酸分泌と胃の運動を増加させる |
コレシストキニン(CCK) | 小腸の内分泌細胞 | 胆嚢; 膵臓;胃筋 | 十二指腸で一部消化されたタンパク質と脂肪酸 | 胆嚢収縮;胃排出を抑制;膵酵素 |
セクレチン | 小腸 | 膵臓の内分泌細胞。 胃 | 十二指腸・小腸の酸・部分消化タンパク質・脂肪酸 | 重炭酸分泌・ペプシン分泌を促進する。 胃酸分泌を抑制する。 胆汁排出 |
モチリン | 上部小腸の内分泌細胞 | アントラムと十二指腸の平滑筋 | 空腹時 | 胃収縮(空腹感) |
セクレチンは、1902年に発見された最初のホルモンであるため、特に歴史的に興味深いです
粘液分泌細胞編集
粘液は保護や潤滑のために使われる粘性の分泌物であります。 主に糖タンパク質で構成されている。 胃の粘液細胞や小腸のゴブレット細胞で作られる。 口腔内では、粘液の約70%が小唾液腺から分泌されます。
粘液には次のような性質があります:
- 付着性:表面によく付着します
- 体積:ほとんどの食物粒子と組織の接触を防ぎます
- 潤滑性:滑りに対して低い抵抗があります
- 消化酵素に対して強い抵抗力があります
- 中和性:中和された粘液は、消化酵素の作用により、腸内細菌の増殖を抑制します
- 消化酵素の作用により、消化酵素の増殖を抑制します
- 粘液が消化酵素の作用を抑制すると、消化酵素の作用を抑制することができます。 緩衝剤のような効果だけでなく、粘液は大量の重炭酸塩を含むことができます。
消化酵素の作用を抑制します
分泌の制御は腸神経系の様々な神経ペプチド、副交感神経支配、免疫系からのサイトカインによるもので、このうち副交感神経支配は、腸神経系、副交感神経支配、免疫系のサイトカインが関与しています。
杯細胞を示すVillusの横断面
電解質と体液編集
7リットルの大部分は水とイオンで構成されています。 イオンの組成は地域によって異なる。
- 唾液腺の扁桃からはナトリウムと塩化物に富んだ分泌物が分泌され、これがカリウムに変化する。
- 胃の酸素系細胞は塩酸を分泌する
- 胃の粘液細胞は炭酸水素を多く含む粘液を分泌する
- 胃の粘膜細胞は炭酸水素を多く含む粘液を分泌する。 重炭酸塩
- 膵管と管は重炭酸塩に富む溶液を分泌する
- 小腸のリベルクンのクリプトは間質液とほとんど区別のつかない溶液を分泌する
- 小腸のクリプトは間質液を分泌する。
MouthEdit
唾液腺は耳下腺、顎下腺、舌下腺、および多数の小さな頬腺からなり、漿液性と粘液性の両方の分泌物を分泌しています。 耳下腺は主に漿液性、頬腺は粘液性、舌下腺と顎下腺は両者の混合物である。 腺房からはタンパク質と間質液に似た液体が分泌され、管腔からはナトリウムがカリウムに、重炭酸塩が塩素に交換されて、カリウムと重炭酸イオンを多く含む唾液が分泌されます。
唾液腺は1日に800~1500mlを分泌する
ナトリウムイオンは活発に再吸収し、カリウムイオンが細胞の内腔側に活発に分泌されて、ナトリウム再吸収過剰により-70mの電圧勾配を生じさせます。 このため、塩素イオンは受動的に再吸収される。 重炭酸イオンは受動的に交換され、また塩素と交換されて能動的に分泌される。
唾液には糖質を分解するアミラーゼと、リパーゼのPtyalinという酵素が含まれている
SalivaEdit
口の中には多くの細菌がおり、口腔衛生を保つことも唾液の重要な機能である。 唾液にはチオシアン酸が含まれており、強力な抗菌作用があります。 唾液中のリパーゼは細菌の細胞壁を破壊し、チオシアン酸が細菌の中に入りやすくする。
実際、リパーゼは食物の消化にはあまり重要ではなく、ほとんどの脂肪消化は膵酵素で行われるが、抗菌と口腔衛生の役割では重要である。
唾液分泌の調節 編集
唾液分泌は、脳幹の唾液核から副交感神経系を介して制御されている。 唾液分泌を誘発する要因としては、
- 味覚刺激、特に酸味
- 高次中枢、特に食欲予測、匂い、視覚手がかり
- 胃や上部消化管からの信号、特に刺激刺激に反応することが挙げられる。
Clinical Note – Sjögren’s syndromeEdit
シェーグレン症候群は、免疫細胞が唾液腺や涙腺を攻撃する自己免疫疾患である。 これは、口腔衛生に大打撃を与え、むし歯を蔓延させることになります。
Link to Histology Slide at University of Ottawa
EsophagusEdit
Esophageal secretions are entirely mucous in character, and assist the passage of food and protect the lower end of the esophagus from gastric reflux.
StomachEdit
成人の胃は、通常1日に約1500ccの塩酸、重炭酸塩に富んだ粘液、消化ホルモン前駆体のペプシノーゲンからなる分泌物を分泌している。 ペプシノーゲンは胃酸によって活性化され、ペプシンとなる。
胃の胃孔は、胃の前門部にある幽門腺、胃底部と胃体部にある胃腺または胃酸腺に分岐して開いている。
胃壁細胞または胃酸分泌細胞は塩酸を、消化細胞または主任細胞はペプシノーゲンを、粘膜細胞は重炭酸に富んだ粘液を分泌し、G細胞(口蓋腺にのみ存在)はガストリンというホルモンを分泌します。
Hydrochloric Acid secretionEdit
oxcynticまたはparietal細胞は、ここに模式的に示される多数の細胞内管腔を含む:
分泌酸のpHは約0.8、動脈血中の水素イオン濃度の約三百万倍とされる。 この濃度を達成するためには、分泌液1リットルあたり約1500キロカロリーという多くのエネルギーが必要である。 水素イオンの生成機構を模式的に示す。
- 二酸化炭素と水が細胞に入り、炭酸脱水酵素の影響で結合して炭酸になる。
- 重曹は細胞の基底側で活発に排泄されて塩素に交換される。
- カリウムは細胞の先端側で水素イオンと交換される
- 塩素イオン(図示していない)も活発に分泌される
。
Clinical Note: Intrinsic factor and Pernicious anaemiaEdit
Oxcyntic or parietal cellsも小腸でのビタミンB12の吸収に必須の物質、intrinsic factorを分泌している。
炭酸水素塩に富む粘膜分泌物編集
アルカリ性の炭酸水素塩に富む粘膜分泌物は、胃液の塩酸から胃を保護する。
重炭酸イオンは次のようなメカニズムで生成されます。
- 二酸化炭素と水が入って、炭酸脱水酵素の影響で炭酸となり、その後に、炭化水素が細胞に加わります。
- 水素イオンはナトリウムと交換して細胞の基底側に活発に分泌される
- ビカボン酸イオンは塩素と交換して細胞の頂部または内腔側に活発に分泌される
ペプシノーゲンの分泌と活性化 編集
ペプシノーゲンは腺のペプチドまたはチーフ細胞によって分泌されます。
分泌されたばかりのペプシノーゲンは不活性ですが、酸に触れるとペプシノーゲン分子が分裂し、活性型のペプシンに変化します。 ペプシンはpH1.8~3.5で最もよく機能する
胃酸分泌の刺激
Oxcyntic細胞は、ヒスタミンを分泌する腸クロム親和細胞(ECL)と呼ばれるヒスタミン生産細胞と密接に関連して機能している。 これらの細胞は、オキシクリン腺と直接接触してヒスタミンを放出し、HClの分泌を促進する。 この複合体の活性化は、ホルモン(ガストリン)と神経の制御下にある。
- ガストリンは、タンパク質の存在に反応して胃の前門部でG細胞から分泌され、ヒスタミン/酸複合体の最も強力な刺激因子である。
- ヒスタミン/塩酸複合体は、迷走神経から放出されるアセチルコリンによっても活性化される
- 他の物質も、主にガストリン生産への作用を通じて、酸の分泌を制御する。
胃酸分泌の抑制 編集部
運動性のところで述べた胃排出を遅くする因子もガストリン産生を減少させ、その結果酸の分泌も減少させることになる。
Regulation of Pepsinogen SecretionEdit
Pepsinogen secretionは2つのシグナルに反応して起こる。
- 迷走神経からのアセチルコリン放出
- 胃酸に反応して消化管細胞の分泌を促進する。 おそらく直接ではなく、腸管神経系を経由していると思われる
小腸の編集
上部小腸は、ホルモンのコレシストキナーゼとセクレチン、粘液、腸の消化液、そしておそらく酵素を分泌している。 消化酵素は1日に約1800ccが小腸から分泌される。 小腸の分泌物のpHは平均7.5~8.0である
ホルモン分泌編
コレシストキニン(CCK)は、上部小腸、特に十二指腸で脂肪やペプチドに反応して分泌される。 CCKの作用は以下の通りです。
- 膵酵素の分泌
- 胆嚢の収縮
- 奇静脈括約筋の弛緩
- 幽門括約筋の緊張を高め、胃排出を抑制
セクレチン 十二指腸の酸の存在に対応して分泌されます。セクレチンの作用は以下の通りです。
- 胆道や胆のう管から大量の重炭酸塩を含む液体を分泌
- ブルンナー腺からアルカリ性の粘液を分泌
- 幽門括約筋に緊張が高まる。 ブルナー腺編集部
十二指腸の最初の数センチは、胃の幽門とVater Ampullaの間にあり、ブルナー腺と呼ばれる多くの複合粘液腺がある。
- 局所的な刺激や酸の存在
- 血管刺激
- 消化管ホルモン、特にセクレチン
アルカリ性の粘液を分泌するメカニズムは、すでに胃について述べたものと同様である。
Clinical Note – Peptic UlcerEdit
胃潰瘍や十二指腸潰瘍は主にアルカリ性粘液の保護膜が破壊されることによって起こります。
以下の要因が原因として特定されています:
- 非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)、
- ヘリオバクター・ピロリ菌、
- 防御機能をオーバーフローさせる過剰な酸分泌、など。 これは特に、胃や十二指腸にできる良性のガストリン分泌腫瘍によって起こるゾリンジャー・エリソン症候群で起こることがあります。
ブルンナー細胞の分泌が交感神経刺激によって阻害されることは興味深いことで、このことは「ハイパー」性格と彼らの十二指腸潰瘍への傾向との関連であるかもしれません。
Lieberkuhnのクリプト編集
小腸の全表面にあり、絨毛に隣接している。 間質液とほぼ同じ溶液を多量に分泌する。
ナトリウムと塩素イオンが細胞内に送り込まれ、水は浸透圧によってそれに続く。塩素イオンは積極的に内腔に送り込まれ、水とナトリウムは細胞自体から、あるいはおそらく「漏れた」タイトジャンクションを通過して続く。
粘液細胞編集
絨毛は杯細胞で覆われている。
酵素分泌編
細胞の破片がない小腸の分泌物には、ほとんど酵素が含まれていない!小腸の分泌物には酵素が含まれていない。 したがって、酵素は細胞内に閉じ込められているか、あるいは刷子縁に付着している可能性がある。
Regulation of Small Intestine SecretionsEdit
分泌物はほとんどすべて、局所刺激に反応する腸管神経の反射によって作り出される。
PancreasEdit
Anatomiical Relations of pancreasAcini
Islet of Langerhans surrounded by the Acini Langhans Isletは膵臓の一部です。
ランゲルハンス島と外分泌腺の関係を示す
膵臓は胃の下の後腹膜にある大きな内分泌・外分泌腺であります。 内分泌腺は、ランゲルハンス島からインスリンとグルカゴンを分泌します(組織図のサムネイルを参照)。 膵臓のこの機能は、他の場所で見ます。 膵臓の顕微鏡的な構造は、唾液腺に似ていて、尖端は酵素を分泌し、管腔と管は、大量の重炭酸塩に富むジュースを分泌します。 これらは、膵管を下って十二指腸の第2部に至り、Oddi括約筋によって保護されたVater Ampullaを経由して出る。
膵尖によって分泌される酵素は、タンパク質分解酵素、アミラーゼおよびリパーゼを含む。 タンパク質分解酵素は、自己消化を防ぐため、すべて不活性型として分泌される(後述)。
膵臓の消化酵素編集
膵臓から分泌される消化酵素をまとめると次の表のようになる。
Group Enzymes Substrate Carbohydrates and Starch Amylase Starch 脂肪 リパーゼ& コリパーゼ ホスホリパーゼ
コレステロールエステラーゼトリグリセリド リン脂質
加水分解 コレステロールエステルタンパク質およびペプチド トリプシン(トリプシノーゲン) キモトリプシン(キモトリプシノーゲン)
カルボキシポリペプチダーゼ
ペプチド
ペプチド- アミラーゼは糖質(セルロース以外)を分解してジ糖類と一部の3糖類。
- タンパク質分解酵素は、自己消化を防ぐために未活性の状態で分泌され、小腸で活性型に変換される。 トリプシンは腸管粘膜から分泌されるエンテロキナーゼによって活性化される。
- トリプシンはキモトリプシノーゲンを活性化する
- リパーゼは脂肪を脂肪酸とモノグリセリドに変える
- ホスホリパーゼは脂肪酸とリン脂質の分離
- コレステロールは エステラーゼはコレステロールエステルを加水分解する
酵素の阻害と活性化編集
タンパク質分解酵素を分泌する細胞は、トリプシン阻害剤という別の物質も分泌している。 これは、細胞や管にできたトリプシンが活性化したり、他の酵素を活性化したりするのを防ぐものです。 しかし、もし膵臓が損傷されるか、または膵管がふさがれるなら、トリピンインヒビターの作用は圧倒されることができ、非常に深刻な状態急性膵炎を開発することができます。 また、腸の内容物がVater Ampullaを通過して逆流する場合にも起こります。 Wiki Article on Acute Pancreatitis
Secretion of Bicarbonate IionsEdit
Copious quantities of Bicarbonate ion rich solutions are responding to the ducts and ductule of the pancreas in response to the hormone Secretin.
- 二酸化炭素と水が細胞内に入り、炭酸脱水酵素の影響で結合して炭酸になる。
- 細胞の基底部側ではナトリウムと交換に水素イオンが活発に分泌されている。
- ビカボン酸イオンは塩素と交換して細胞の先端または内腔側に活発に分泌される
- ナトリウムと水イオンは「リーキー」タイトジャンクションを通して、あるいは上記の「水 & 電解質分泌」で述べたメカニズムによって、受動的に細胞内を移動していく。
消化のフェーズ Edit
消化管分泌物と同様に、膵臓の分泌物は3つのフェーズに分けることができます:
- 頭相
- 胃
- 腸
頭相は食べ物について考えたり予測する際に起こる。 迷走神経が介在している。 酵素の約20%が分泌されるが、この分泌は液体分泌を伴わないため、酵素は洗い流されず、管内に留まる傾向がある。
胃相は食物が胃に入るときに起こり、これも神経刺激によって媒介される。
腸相は、食物が小腸に入り、セクレチンというホルモンのために漿液性膵臓の分泌が大量になるときに起こる。
膵臓分泌の調節編集
膵臓分泌は3つの基本刺激で制御される
- 迷走神経の副交感神経と腸管のコリン作動性神経からアセチルコリンが分泌される。
- 十二指腸と上部小腸で分泌されるコレシストキニン
- 十二指腸と上部空腸で分泌されるセクレチン、もあります。
膵臓の分泌を支配する因子をまとめたのが次の図です。
アセチルコリンやコレシストキニンによって消化酵素の分泌が行われますが、これらは外に流す分泌がないため腺内に留まりがちです。
セクレチンによって炭酸水素ナトリウムが大量に分泌され、酵素が小腸に流れ込むとともに、胃からの塩酸が中和されます。
膵臓の酵素は、pH7~8の間で最もよく働きます。 炭酸水素ナトリウムのpHは約8です。
Biliary SystemEdit
Biliary Systemの基本解剖毎日約1500 mL の胆汁が分泌される。 胆汁は肝臓の肝細胞から絶えず分泌され、消化にすぐ必要でないものは胆嚢に貯留される。 ここで最大15倍まで濃縮される。 胆汁液は最初、間質液とほぼ同じ電解質濃度であるが、濃縮の過程で大量の電解質(Caイオンは除く)が再吸収される。
十二指腸に脂肪があるとコレシストキニンが分泌され、胆嚢の強い収縮とオディ括約筋の弛緩が起こり、胆汁が小腸に押し出される。 迷走神経刺激も同様の効果をもたらすが、副次的な効果である。
胆汁には、脂肪の消化・吸収に必要な乳化剤である胆汁酸塩が含まれています。
ヒト肝管胆汁の組成 水 97% 胆汁酸塩 0.7% 胆汁性色素 0.2% コレステロール 0.07% 無機塩 0.7% 脂肪酸 0.15% 脂肪 0.7% 0.1% レシチン 0.1% 胆汁の製造と肝小葉の構造編集
下図は肝小葉の模式図である。 血液は肝門脈と肝動脈の分枝によって小葉に運ばれる。 そして、肝静脈の枝である小葉の中心静脈に流れ込み、下大静脈に排出される。 肝細胞は胆汁を肝細胞の間を走る胆管に分泌し、これらは胆管の枝に排出される
胆汁は肝細胞から絶えず分泌されている。 オタワ大学の組織学スライド
胆汁酸塩のリサイクル編集
胆汁酸塩はGIシステムによってリサイクルされる。 胆汁酸塩の約95%は終末腸骨から再吸収され、門脈系を経由して肝臓に戻される。
胆汁酸塩は1日約0.2gmが肝臓で作られ、塩の総量は約3.5gmなので、リサイクルは非常に重要で、1日に6~8回、1食につき約2回行われています。 腸骨端部を切除したり、クローン病などの病気にかかったりすると、脂肪の消化が悪くなり、脂溶性ビタミンの吸収不良が起こります。
胆汁分泌の調節 編集
以下の図は、胆汁分泌の調節をまとめたものである:
大腸 編集
大腸の主要機能は液体の吸収と糞便の生成である。 大腸は1日に約200ccの水分を分泌し、主に粘液の形で分泌する。
下痢大腸は、感染症などの刺激に反応して大量の水分や電解質を産生することがある。 これは脱水につながる可能性がありますが、刺激物を洗い流すという有益な効果もあります。