Желудочно -кишечный тракт ( ЖКТ , пищеварительный тракт , пищеварительный канал ) — это тракт или проход пищеварительной системы , который ведёт ото рта к анусу . Желудочно-кишечный тракт содержит все основные органы пищеварительной системы у людей и других животных, включая пищевод , желудок и кишечник . Пища, принимаемая через рот, переваривается для извлечения питательных веществ и усвоения энергии , а отходы выводятся через анус в виде фекалий . Желудочно-кишечный — прилагательное, означающее или относящееся к желудку и кишечнику.
Большинство животных имеют «сквозной кишечник» или полный пищеварительный тракт. Исключения составляют более примитивные: губки имеют небольшие поры ( остии ) по всему телу для пищеварения и большую дорсальную пору ( оскулум ) для выделения, гребневики имеют как вентральный рот, так и дорсальные анальные поры, в то время как книдарии и бескишечные имеют одну пору и для пищеварения, и для выделения. [1] [2]
Желудочно-кишечный тракт человека состоит из пищевода , желудка и кишечника и делится на верхний и нижний отделы желудочно-кишечного тракта. [3] Желудочно-кишечный тракт включает в себя все структуры между ртом и анусом , [4] образуя непрерывный проход, который включает в себя основные органы пищеварения, а именно желудок , тонкую кишку и толстую кишку . Полная пищеварительная система человека состоит из желудочно-кишечного тракта и вспомогательных органов пищеварения ( язык , слюнные железы , поджелудочная железа , печень и желчный пузырь ). [5] Тракт также можно разделить на переднюю кишку , среднюю кишку и заднюю кишку , что отражает эмбриональное происхождение каждого сегмента. Весь желудочно-кишечный тракт человека составляет около девяти метров (30 футов) в длину при вскрытии . В живом организме он значительно короче, поскольку кишечник, представляющий собой трубки гладкой мышечной ткани , поддерживает постоянный мышечный тонус в полунапряженном состоянии, но может расслабляться местами, обеспечивая локальное растяжение и перистальтику . [6] [7]
Желудочно-кишечный тракт содержит кишечную микробиоту , с примерно 1000 различных штаммов бактерий , имеющих различные роли в поддержании иммунного здоровья и метаболизма , и множество других микроорганизмов . [8] [9] [10] Клетки желудочно-кишечного тракта выделяют гормоны , помогающие регулировать процесс пищеварения. Эти пищеварительные гормоны , включая гастрин , секретин , холецистокинин и грелин , опосредуются либо интракринными , либо аутокринными механизмами, что указывает на то, что клетки, выделяющие эти гормоны, являются консервативными структурами на протяжении всей эволюции . [11]
Структуру и функцию можно описать как грубую анатомию , так и микроскопическую анатомию или гистологию . Сам тракт делится на верхний и нижний тракты, а кишечник на малую и большую части. [12]
Верхний отдел желудочно-кишечного тракта состоит из рта , глотки , пищевода , желудка и двенадцатиперстной кишки . [13] Точная граница между верхним и нижним трактами — это поддерживающая мышца двенадцатиперстной кишки . Она различает эмбриональные границы между передней и средней кишкой, а также является разделением, которое обычно используют клиницисты для описания желудочно-кишечных кровотечений как имеющих либо «верхнее», либо «нижнее» происхождение. При вскрытии двенадцатиперстная кишка может показаться единым органом, но она делится на четыре сегмента в зависимости от функции, местоположения и внутренней анатомии. Четыре сегмента двенадцатиперстной кишки следующие (начиная с желудка и продвигаясь к тощей кишке): луковица , нисходящая, горизонтальная и восходящая. Подвешивающая мышца прикрепляет верхнюю границу восходящей части двенадцатиперстной кишки к тощей кишке.
Подвешивающая мышца является важным анатомическим ориентиром, который показывает формальное разделение между двенадцатиперстной кишкой и тощей кишкой, первой и второй частями тонкого кишечника соответственно. [14] Это тонкая мышца, которая происходит из эмбриональной мезодермы .
Нижний отдел желудочно-кишечного тракта включает большую часть тонкого кишечника и весь толстый кишечник . [15] В анатомии человека кишечник ( кишка или кишка ; греч. éntera ) — это сегмент желудочно-кишечного тракта, простирающийся от пилорического сфинктера желудка до ануса и , как и у других млекопитающих, состоящий из двух сегментов: тонкого кишечника и толстого кишечника . У людей тонкий кишечник далее подразделяется на двенадцатиперстную кишку , тощую кишку и подвздошную кишку, в то время как толстый кишечник подразделяется на слепую кишку , восходящую, поперечную, нисходящую и сигмовидную ободочную кишку , прямую кишку и анальный канал . [16] [17]
Тонкий кишечник начинается в двенадцатиперстной кишке и представляет собой трубчатую структуру, обычно длиной от 6 до 7 м. [18] Площадь его слизистой оболочки у взрослого человека составляет около 30 м 2 (320 кв. футов). [19] Сочетание круговых складок , ворсинок и микроворсинок увеличивает всасывающую площадь слизистой оболочки примерно в 600 раз, что составляет общую площадь около 250 м 2 (2700 кв. футов) для всего тонкого кишечника. [20] Его основная функция — всасывание продуктов пищеварения (включая углеводы, белки, липиды и витамины) в кровоток. Существует три основных отдела:
Толстая кишка , также называемая ободочной, образует дугу, начинающуюся от слепой кишки и заканчивающуюся прямой кишкой и анальным каналом . Она также включает аппендикс , который прикреплен к слепой кишке . Ее длина составляет около 1,5 м, а площадь слизистой оболочки у взрослого человека составляет около 2 м 2 (22 кв. фута). [19] Ее основная функция — всасывание воды и солей. Ободочная кишка далее делится на:
Кишечник — это структура, происходящая из энтодермы . Примерно на шестнадцатый день развития человека эмбрион начинает сворачиваться вентрально (при этом вентральная поверхность эмбриона становится вогнутой ) в двух направлениях: стороны эмбриона складываются друг на друга, а голова и хвост складываются друг к другу. В результате часть желточного мешка , выстланная энтодермой структура, контактирующая с вентральной стороной эмбриона, начинает отщипываться, чтобы стать примитивной кишкой. Желточный мешок остается соединенным с кишечной трубкой через желточный проток . Обычно эта структура регрессирует во время развития; в случаях, когда этого не происходит, она известна как дивертикул Меккеля .
В течение эмбриональной жизни примитивная кишка постепенно разделяется на три сегмента: переднюю кишку , среднюю кишку и заднюю кишку . Хотя эти термины часто используются по отношению к сегментам примитивной кишки, они также регулярно используются для описания областей окончательной кишки.
Каждый сегмент кишечника далее специфицируется и дает начало определенным кишечнику и связанным с кишечником структурам в более позднем развитии. Компоненты, полученные из собственно кишечника, включая желудок и толстую кишку , развиваются как вздутия или расширения в клетках примитивного кишечника. Напротив, производные, связанные с кишечником, то есть те структуры, которые происходят из примитивного кишечника, но не являются частью собственно кишечника, в целом развиваются как выпячивания примитивного кишечника. Кровеносные сосуды, снабжающие эти структуры, остаются постоянными на протяжении всего развития. [21]
Желудочно-кишечный тракт имеет форму общей гистологии с некоторыми отличиями, которые отражают специализацию в функциональной анатомии. [22] Желудочно-кишечный тракт можно разделить на четыре концентрических слоя в следующем порядке:
Слизистая оболочка — это самый внутренний слой желудочно-кишечного тракта. Слизистая оболочка окружает просвет или открытое пространство внутри трубки. Этот слой напрямую контактирует с переваренной пищей ( химусом ). Слизистая оболочка состоит из:
Слизистые оболочки в каждом органе желудочно-кишечного тракта имеют высокую специализацию, чтобы справляться с различными состояниями. Наибольшее разнообразие наблюдается в эпителии.
Подслизистая основа состоит из плотного нерегулярного слоя соединительной ткани с крупными кровеносными сосудами, лимфатическими сосудами и нервами, разветвляющимися в слизистую оболочку и наружную мышечную оболочку . Она содержит подслизистое сплетение , энтеральное нервное сплетение , расположенное на внутренней поверхности наружной мышечной оболочки .
Мышечный слой состоит из внутреннего кольцевого слоя и продольного наружного слоя. Кольцевой слой препятствует перемещению пищи назад, а продольный слой укорачивает тракт. Слои не являются истинно продольными или кольцевыми, скорее слои мышц имеют спиральную форму с разным шагом. Внутренний кольцевой слой имеет спиральную форму с крутым шагом, а наружный продольный слой имеет спиральную форму с гораздо более мелким шагом. [23] В то время как мышечная оболочка наружная одинакова во всем желудочно-кишечном тракте, исключением является желудок, у которого есть дополнительный внутренний косой мышечный слой, помогающий измельчать и перемешивать пищу. Мышечная оболочка наружная желудка состоит из внутреннего косого слоя, среднего кольцевого слоя и наружного продольного слоя.
Между кольцевыми и продольными мышечными слоями находится миэнтерическое сплетение . Оно контролирует перистальтику. Активность инициируется клетками водителя ритма (миэнтерические интерстициальные клетки Кахаля ). Кишечник имеет внутреннюю перистальтическую активность ( базальный электрический ритм ) благодаря своей автономной энтеральной нервной системе. Скорость может модулироваться остальной частью автономной нервной системы . [23]
Координированные сокращения этих слоев называются перистальтикой и продвигают пищу по тракту. Пища в желудочно-кишечном тракте называется болюсом (пищевым комком) от рта до желудка. После желудка пища частично переваривается и становится полужидкой, и называется химусом . В толстом кишечнике оставшееся полутвердое вещество называется фекалиями . [23]
Наружный слой желудочно-кишечного тракта состоит из нескольких слоев соединительной ткани .
Внутрибрюшинные части желудочно-кишечного тракта покрыты серозной оболочкой . К ним относятся большая часть желудка , первая часть двенадцатиперстной кишки , весь тонкий кишечник , слепая кишка и аппендикс , поперечная ободочная кишка , сигмовидная ободочная кишка и прямая кишка . В этих отделах кишечника существует четкая граница между кишкой и окружающей тканью. Эти части тракта имеют брыжейку .
Забрюшинные части покрыты адвентицией . Они сливаются с окружающей тканью и фиксируются в положении. Например, забрюшинный отдел двенадцатиперстной кишки обычно проходит через транспилорическую плоскость . К ним относятся пищевод , привратник желудка, дистальный отдел двенадцатиперстной кишки , восходящая ободочная кишка , нисходящая ободочная кишка и анальный канал . Кроме того, в полости рта есть адвентиция.
Приблизительно 20 000 генов, кодирующих белки, экспрессируются в клетках человека, и 75% этих генов экспрессируются по крайней мере в одной из различных частей пищеварительной системы органов. [24] [25] Более 600 из этих генов более конкретно экспрессируются в одной или нескольких частях желудочно-кишечного тракта, а соответствующие белки имеют функции, связанные с перевариванием пищи и усвоением питательных веществ. Примерами специфических белков с такими функциями являются пепсиноген PGC и липаза LIPF , экспрессируемые в главных клетках , а также желудочная АТФаза ATP4A и внутренний фактор желудка GIF , экспрессируемые в париетальных клетках слизистой оболочки желудка. Специфические белки, экспрессируемые в желудке и двенадцатиперстной кишке, участвующие в защите, включают муциновые белки, такие как муцин 6 и интелектин-1 . [26]
Время, необходимое для прохождения пищи через желудочно-кишечный тракт, зависит от множества факторов, включая возраст, этническую принадлежность и пол. [27] [28] Для измерения времени прохождения пищи использовались несколько методов, включая рентгенографию после приема пищи, меченой барием , анализ водорода в выдыхаемом воздухе , сцинтиграфический анализ после приема пищи, меченой радиоактивным изотопом , [29] а также простое употребление и обнаружение зерен кукурузы . [30] Для того, чтобы 50% содержимого покинуло желудок, требуется от 2,5 до 3 часов. [ необходима медицинская цитата ] Скорость пищеварения также зависит от перевариваемого материала, поскольку пищевой состав из одного и того же приема пищи может покидать желудок с разной скоростью. [31] Полное опорожнение желудка занимает около 4–5 часов, а прохождение через толстую кишку занимает от 30 до 50 часов. [29] [32] [33]
Желудочно-кишечный тракт является важной частью иммунной системы . [34]
Площадь поверхности пищеварительного тракта оценивается примерно в 32 квадратных метра, или около половины площадки для бадминтона. [19] При таком большом воздействии (более чем в три раза больше, чем открытая поверхность кожи ) эти иммунные компоненты функционируют, предотвращая попадание патогенов в кровеносную и лимфатическую системы. [35] Основные компоненты этой защиты обеспечиваются кишечным слизистым барьером , который состоит из физических, биохимических и иммунных элементов, вырабатываемых слизистой оболочкой кишечника. [36] Микроорганизмы также сдерживаются обширной иммунной системой, включающей лимфоидную ткань, ассоциированную с кишечником (GALT).
Существуют дополнительные факторы, способствующие защите от вторжения патогенов. Например, низкий pH (от 1 до 4) желудка смертелен для многих микроорганизмов , которые в него попадают. [37] Аналогичным образом, слизь (содержащая антитела IgA ) нейтрализует многие патогенные микроорганизмы. [38] Другие факторы, влияющие на иммунную функцию желудочно-кишечного тракта, включают ферменты , секретируемые в слюне и желчи .
Полезные бактерии также могут способствовать гомеостазу желудочно-кишечной иммунной системы. Например, Clostridia , одна из наиболее преобладающих бактериальных групп в желудочно-кишечном тракте, играет важную роль в влиянии на динамику иммунной системы кишечника. [39] Было показано, что потребление диеты с высоким содержанием клетчатки может быть ответственным за индукцию T-регуляторных клеток (Treg). Это связано с выработкой короткоцепочечных жирных кислот во время ферментации растительных питательных веществ, таких как бутират и пропионат . В основном, бутират вызывает дифференциацию Treg-клеток, усиливая ацетилирование гистона H3 в промоторных и консервативных некодирующих областях последовательности локуса FOXP3 , таким образом регулируя T-клетки , что приводит к снижению воспалительной реакции и аллергии.
Толстый кишечник содержит несколько типов бактерий , которые могут расщеплять молекулы, которые организм человека не может обработать самостоятельно, [40] демонстрируя симбиотические отношения. Эти бактерии отвечают за выработку газа на границе хозяина и патогена , который выделяется в виде метеоризма . Однако основной функцией толстого кишечника является всасывание воды из переваренного материала (регулируется гипоталамусом ) и реабсорбция натрия и питательных веществ. [41]
Полезные кишечные бактерии конкурируют с потенциально вредными бактериями за пространство и «еду», поскольку ресурсы кишечного тракта ограничены. Для поддержания гомеостаза предлагается соотношение 80–85% полезных и 15–20% потенциально вредных бактерий. [ необходима цитата ] Несбалансированное соотношение приводит к дисбактериозу .
Такие ферменты , как CYP3A4 , наряду с антипортными функциями, также играют важную роль в метаболизме лекарств в кишечнике, в детоксикации антигенов и ксенобиотиков . [42]
У большинства позвоночных , включая рыб , амфибий , птиц , рептилий и яйцекладущих млекопитающих , желудочно-кишечный тракт заканчивается клоакой , а не анусом . В клоаке мочевыделительная система срастается с генито-анальным отверстием. Терии (все млекопитающие, не откладывающие яйца, включая человека) обладают отдельными анальным и мочеполовым отверстиями. У самок подгруппы Placentalia даже есть отдельные мочевые и половые отверстия.
В ходе раннего развития закладывается асимметричное положение кишечника и внутренних органов (см. также теорию осевого скручивания ).
У жвачных животных наблюдается множество специализаций по перевариванию и ферментации жесткой растительной пищи, что выражается в наличии дополнительных отделов желудка .
У многих птиц и других животных в пищеварительном тракте имеется специализированный отдел, называемый мускульным мышечным желудком , который используется для измельчения пищи.
Еще одна особенность, встречающаяся у ряда животных, — это зоб . У птиц он представлен в виде мешочка рядом с пищеводом.
В 2020 году был обнаружен древнейший известный ископаемый пищеварительный тракт вымершего червеобразного организма семейства Cloudinidae ; он жил в поздний эдиакарский период около 550 миллионов лет назад. [43] [44]
Считается, что сквозная кишка (с ртом и анусом) развилась в пределах нефрозойной клады Bilateria , после того как их предковое вентральное отверстие (одно, как у книдарий и бескишечных ; повторно развилось у нефрозойных, таких как плоские черви ) растянулось в переднезаднем направлении, прежде чем средняя часть растяжки сузилась и полностью закрылась, оставив переднее отверстие (рот) и заднее отверстие (анус плюс генитальное отверстие ). Растянутая кишка без закрытой средней части присутствует в другой ветви билатерий, вымерших проартикулярных . Это и амфистомическое развитие (когда и рот, и анус развиваются из растянутой кишки у эмбриона), присутствующее у некоторых нефрозойных (например, круглых червей ), считаются подтверждением этой гипотезы. [45] [46]
Существует множество заболеваний и состояний, которые могут поражать желудочно-кишечную систему, включая инфекции , воспаления и рак .
Различные патогены , такие как бактерии , вызывающие пищевые заболевания , могут вызывать гастроэнтерит , который является результатом воспаления желудка и тонкого кишечника. Антибиотики для лечения таких бактериальных инфекций могут уменьшить разнообразие микробиома желудочно-кишечного тракта и дополнительно активировать воспалительные медиаторы. [47] Гастроэнтерит является наиболее распространенным заболеванием желудочно-кишечного тракта.
Дивертикулярная болезнь — это заболевание, которое очень распространено среди пожилых людей в индустриальных странах. Обычно оно поражает толстый кишечник, но известно, что оно поражает и тонкий кишечник. Дивертикулез возникает, когда на стенке кишечника образуются мешочки. Когда мешочки воспаляются, это называется дивертикулитом .
Воспалительное заболевание кишечника — это воспалительное состояние, поражающее стенки кишечника, и включает подтипы болезни Крона и язвенного колита . В то время как болезнь Крона может поражать весь желудочно-кишечный тракт, язвенный колит ограничивается толстым кишечником. Болезнь Крона широко рассматривается как аутоиммунное заболевание . Хотя язвенный колит часто лечат так, как будто это аутоиммунное заболевание, нет единого мнения, является ли он таковым на самом деле.
Функциональные желудочно-кишечные расстройства, наиболее распространенным из которых является синдром раздраженного кишечника . Функциональный запор и хроническая функциональная боль в животе — это другие функциональные расстройства кишечника, которые имеют физиологические причины, но не имеют идентифицируемых структурных, химических или инфекционных патологий.
Несколько симптомов могут указывать на проблемы с желудочно-кишечным трактом, в том числе:
Желудочно-кишечные операции часто можно проводить в амбулаторных условиях. В Соединенных Штатах в 2012 году операции на пищеварительной системе составляли 3 из 25 наиболее распространенных амбулаторных хирургических процедур и составляли 9,1 процента всех амбулаторных амбулаторных операций. [48]
Различные методы визуализации желудочно-кишечного тракта включают серию снимков верхних и нижних отделов желудочно- кишечного тракта :
Кишечники животных, не являющихся людьми, используются несколькими способами. Из каждого вида скота, который является источником молока , получают соответствующий сычужный фермент из кишечника телят, вскормленных молоком. Кишечники свиней и телят употребляются в пищу, а свиные кишки используются в качестве оболочек для колбас . Кишечники телят поставляют щелочную фосфатазу кишечника телят (CIP) и используются для изготовления кожи голдбитера . Другие области применения:
