医学生理学/胃肠生理学/分泌物
每天大约有 10 升液体通过胃肠道，其中只有 2 升是摄入的，其余是系统本身的分泌物。大约一半（3.5 升）是由外分泌腺分泌的，包括唾液腺、胃和肝脏；另一半是由消化道本身的上皮细胞分泌的。几乎所有这些液体都会被吸收，因此粪便颗粒中只有在腹泻时才含有大量的液体。
为了便于理解，一个体重 70 公斤的男性大约有 42 升液体，因此这些分泌物大约占身体体积的六分之一。循环系统大约有 3.5 升，因此这些分泌物是身体循环量的两倍。肠道分泌物吸收失败会导致迅速脱水和电解质失衡。
这些分泌物包括消化酶、粘液以及大量液体和离子。
| 每日分泌量 | pH | |
|---|---|---|
| 唾液 | 1000 | 6.0 - 7.0 |
| 胃 | 1500 | 1.0 - 3.0 |
| 布鲁纳氏腺（十二指肠） | 200 | 8.0 - 9.0 |
| 胰腺 | 1000-1500 | 8.0 - 8.3 |
| 胆汁 | 1000 | 7.8 |
| 小肠 | 1800 | 7.5 - 8.0 |
| 大肠 | 200 | 7.5 - 8.0 |
| 总计 | 6700-7200 |
胃肠道中有多种类型的腺体。
- 单细胞粘液腺和杯状细胞。
- 凹陷腺。上皮向粘膜下层的内陷。在小肠中称为利伯库恩氏隐窝。
- 深管状腺。这些腺体位于胃中，称为胃腺，以及十二指肠的上部，称为布鲁纳氏腺。
- 复杂腺体，包括唾液腺、胰腺和肝脏。唾液腺和胰腺是复合腺泡腺。
刺激是由于局部效应、自主神经刺激和激素引起的。
食物的机械存在不仅会引起局部刺激，还会引起相邻区域的刺激。这可能是直接作用或通过肠神经系统引起的。
副交感神经的刺激总是会导致分泌增加。交感神经的刺激可能会增加某些分泌物，但通常会减少血流，这通常会减少整体分泌。
几种不同的激素会影响分泌。这些激素将在分泌物的区域性回顾中进行研究。
消化酶是由腺体细胞分泌的，这些细胞会在分泌囊泡中储存酶，直到它们准备释放。这些细胞的特点是具有强大的粗糙内质网和大量的线粒体。从核糖体、内质网和高尔基体到分泌囊泡的物质传递大约需要 20 分钟。
注意细胞基底侧的神经纤维。
腺体分泌物还必须分泌水和电解质来配合有机物质。下图显示了最可能的机制。
- 在静息状态下，膜静息电位约为 -30-40 mV
- 神经刺激会导致负氯离子的流入，使静息电位降低 10-20 mV
- 钠离子沿着电位梯度流动。细胞内容物变得高渗透压。
- 水随后进入。细胞内压力增加。
- 压力增加会打开细胞顶端的孔，冲洗水和电解质。
微电极研究表明，整个过程大约持续一秒钟！
下表总结了消化道消化酶
| 位置 | 酶名称 | 作用 |
|---|---|---|
| 唾液腺 | 淀粉酶 舌脂肪酶 |
淀粉 甘油三酯（作用有限） |
| 胃 | 胃蛋白酶（胃蛋白酶原） 胃脂肪酶 |
蛋白质 |
| 胰腺 | 淀粉酶 脂肪酶和辅脂酶 |
淀粉 |
| 肠上皮 |
肠激酶 |
激活胰蛋白酶 |
请注意，在胃和胰腺中，蛋白质消化酶以非活性形式分泌 - 胃蛋白酶原在胃中分泌，胰蛋白酶原和糜蛋白酶原在胰腺中分泌。这是为了防止自身消化。它们在腔内被激活，在胰蛋白酶原和糜蛋白酶原的情况下，它们被小肠酶肠激酶激活。
消化系统分泌了许多激素。以下是肠道分泌的最重要的激素的总结。
| 激素 | 分泌部位 | 靶器官 | 释放刺激 | 作用 |
|---|---|---|---|---|
| 胃泌素 | 胃的G细胞 | 胃的组胺分泌细胞和壁细胞 | 腔内的肽 | 增加胃酸分泌和胃运动 |
| 胆囊收缩素（CCK） | 小肠的内分泌细胞 | 胆囊；胰腺；胃肌 | 十二指肠内的部分消化蛋白和脂肪酸 | 胆囊收缩；抑制胃排空；刺激胰腺酶分泌 |
| 促胰液素 | 小肠的内分泌细胞 | 胰腺；胃 | 十二指肠和小肠内的酸和部分消化蛋白和脂肪酸 | 刺激碳酸氢盐分泌和胃蛋白酶释放；抑制胃酸分泌、胆汁排泄 |
| 促胃动素 | 上小肠的内分泌细胞 | 幽门和十二指肠的平滑肌 | 禁食 | 刺激胃收缩（饥饿感） |
促胰液素在历史上特别有趣，因为它是 1902 年发现的第一个激素
黏液是一种用于保护和润滑的粘稠分泌物。它主要由糖蛋白组成。它由胃中的黏液细胞和小肠中的杯状细胞产生。高达 25% 的肠上皮细胞是杯状细胞。在口腔中，约 70% 的黏液由小唾液腺分泌。
黏液具有以下性质
- 粘附性，它很好地粘附在表面
- 足够的体积以防止大多数食物颗粒与组织接触
- 润滑性好 - 对滑动的阻力很低
- 对消化酶有很强的抵抗力
- 中和特性。除了像缓冲液一样的效果外，黏液还可以含有大量的碳酸氢盐。
分泌的控制是由肠神经系统中的各种神经肽、副交感神经支配以及免疫系统中的细胞因子控制的。
显示杯状细胞的绒毛横切面
7 升分泌物中很大一部分由水和离子组成。离子组成因区域而异。
- 唾液腺的腺泡分泌富含钠和氯的物质，当它沿着腺体的管腔和导管向下流动时，这种物质会变成富含钾和碳酸氢盐的物质
- 胃的壁细胞分泌盐酸
- 胃的黏液细胞分泌富含碳酸氢盐的黏液
- 胰腺导管和小导管分泌富含碳酸氢盐的溶液
- 小肠的利伯库恩隐窝分泌的溶液几乎与间质液没有区别。
唾液腺包括腮腺、下颌下腺和舌下腺，以及许多分泌浆液性和黏液性分泌物的小型颊腺。腮腺分泌物主要为浆液性，颊腺分泌物为黏液性，舌下腺和下颌下腺分泌物为两者混合物。腺泡分泌蛋白质和与间质液一致的液体，导管交换钠以获得钾，并交换碳酸氢盐以获得氯，留下富含钾和碳酸氢盐离子的唾液。
这些腺体每天分泌 800-1500 毫升唾液。
钠离子被主动重吸收，钾离子被主动分泌到细胞腔侧，钠离子过量重吸收导致 -70 mV 梯度。这导致氯离子被动重吸收。碳酸氢盐离子既是被动交换，又是主动交换以获得氯。这在下图中得到了说明。
唾液中含有酶唾液淀粉酶，一种用于分解碳水化合物的淀粉酶，以及脂肪酶。
口腔中含有许多细菌，唾液的一个重要功能是口腔卫生。唾液中含有硫氰酸盐，一种强效抗菌剂。唾液中的脂肪酶也会分解细菌细胞壁，并促进硫氰酸盐进入细菌。
事实上，脂肪酶对食物的消化并不重要，大多数脂肪消化发生在胰腺酶的作用下，但在其抗菌和口腔卫生作用中很重要。
唾液分泌受来自脑干唾液核的副交感神经系统控制。诱导唾液分泌的因素包括
- 味觉刺激，尤其是酸味
- 高级中枢，特别是食欲预期、气味和视觉线索
- 作为对胃和上消化道信号的反应，特别是刺激性刺激。唾液分泌也可能作为呕吐的前兆发生。
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舍格伦综合征是一种自身免疫性疾病，免疫细胞攻击唾液腺和泪腺。这会导致口腔卫生问题，并导致大量龋齿。
食道分泌物完全是黏液性的，有助于食物通过，并保护食道下端免受胃反流。
成年人的胃每天分泌约1500毫升的胃液，其中包含**盐酸**、**富含碳酸氢盐的粘液**和消化激素前体**胃蛋白酶原**。胃蛋白酶原在胃酸的作用下被激活为其活性形式**胃蛋白酶**。G细胞也分泌激素**胃泌素**。
胃的胃小凹开口于分支腺体：胃窦部的**幽门腺**；胃底和胃体的**胃腺**或**壁细胞**（酸形成）腺体。这里显示了壁细胞腺体的示意图（另请参见解剖学）。
壁细胞或壁细胞分泌盐酸；主细胞或主细胞分泌胃蛋白酶原；粘液细胞分泌富含碳酸氢盐的粘液；G细胞（仅存在于幽门腺体中）分泌胃泌素激素。
壁细胞或壁细胞含有大量的细胞内**小管**，这里显示了示意图。
分泌酸的pH约为0.8，氢离子浓度约为动脉血的300万倍。要达到这种浓度水平需要大量的能量，大约每升分泌物需要1500卡路里。这里以示意图的方式说明了氢离子形成的机制。
- 在碳酸酐酶的酶作用下，二氧化碳和水进入细胞并结合形成碳酸。
- 碳酸氢盐在细胞基底侧被主动排泄，并与氯离子交换。
- 钾离子在细胞顶端侧与氢离子交换。
- 氯离子（图中未显示）也被主动分泌。
壁细胞或壁细胞也分泌**内因子**，这是一种对小肠吸收**维生素B12**至关重要的物质。在*慢性胃炎*中，它可能无法分泌，从而导致*恶性贫血*。
富含碱性碳酸氢盐的粘液分泌保护胃免受胃液中盐酸的侵蚀。
碳酸氢盐离子由下面所示的机制产生。
- 在碳酸酐酶的酶作用下，二氧化碳和水进入细胞并结合形成碳酸。
- 氢离子在细胞基底侧被主动分泌，并与钠离子交换。
- 碳酸氢盐离子在细胞顶端侧或腔面被主动分泌，并与氯离子交换。
胃蛋白酶原由腺体的**主细胞**或**主细胞**分泌。
首次分泌的胃蛋白酶原是无活性的，但与酸接触会将其转化为活性形式**胃蛋白酶**，方法是裂解胃蛋白酶原分子。胃蛋白酶在pH值为1.8到3.5之间时活性最高。
壁细胞与称为**嗜铬细胞样细胞**（ECL）的产生组胺的细胞密切相关，后者分泌**组胺**。这些细胞直接与壁细胞腺体接触释放组胺，并促进HCl的分泌。这种复合物的激活受激素（胃泌素）和神经控制。
- **胃泌素**由胃窦部的**G细胞**分泌，是组胺/酸复合物最有效的刺激剂，它对蛋白质的存在有反应。胃泌素不仅通过血流携带，而且也直接进入胃小凹腔，并具有直接刺激作用。
- 组胺/HCl复合物也被迷走神经释放的**乙酰胆碱**激活。
- 其他物质也控制酸分泌，主要是通过它们对胃泌素产生的作用。
减缓胃排空（在考虑*运动*时已经讨论过）的因素也会减少胃泌素的产生，从而减少酸分泌。
胃蛋白酶原的分泌响应两个信号发生。
- 迷走神经释放乙酰胆碱
- 胃酸对主细胞分泌的刺激，可能不是直接的，而是通过肠神经系统
小肠上段分泌激素**胆囊收缩素**和**促胰液素**、粘液、肠道消化液，以及可能还有酶。小肠每天以约1800毫升的速度分泌消化酶。小肠分泌物的pH平均值为7.5到8.0。
**胆囊收缩素（CCK）**对小肠上段，尤其是十二指肠中的脂肪和肽有反应而分泌。CCK的作用包括
- 胰腺酶的分泌
- 胆囊收缩
- 奥迪括约肌松弛
- 幽门括约肌张力增加，抑制胃排空
**促胰液素**对十二指肠中酸的存在有反应而释放。促胰液素的作用包括
- 胆道和胆囊管分泌大量富含碳酸氢盐的液体
- 布伦纳腺体分泌富含碱性的粘液
- 幽门括约肌张力增加，抑制胃排空
十二指肠的前几厘米，在胃幽门和肝胰壶腹之间，含有许多称为**布伦纳腺体**的复合粘液腺体。这些腺体分泌富含碱性的粘液 - pH值为8.0到8.9 -，以应对各种刺激。
- 局部刺激和酸的存在
- 迷走神经刺激
- 胃肠道激素，尤其是**促胰液素**。
分泌富含碱性的粘液的机制类似于之前讨论过的胃的机制。
胃溃疡和十二指肠溃疡主要是由于保护性的碱性粘液屏障的破坏造成的。
以下因素已被确定为病因。
- 非甾体抗炎药（**NSAIDs**）。
- **细菌** *幽门螺旋杆菌*。
- 过量的酸分泌，会超过防御能力。这尤其可能发生在*佐林格-埃里森综合征*中，该综合征是由胃或十二指肠中可能产生的分泌胃泌素的良性**肿瘤**引起的。
有趣的是，交感神经刺激会*抑制*布伦纳细胞的分泌，因此这可能是“亢奋”性格与他们易患十二指肠溃疡之间的联系。分泌的粘液可能更少，使十二指肠更容易受到胃酸和胃蛋白酶的侵蚀。
这些位于小肠整个表面，靠近绒毛。它们分泌出大量与组织间液几乎相同的溶液。分泌机制尚不清楚，但一种假设在这里进行了说明，它与之前描述的假设只有细微的差别。
钠离子和氯离子被泵入细胞；水通过渗透作用进入；氯离子被主动泵入腔；水和钠从细胞本身进入，或者可能通过“渗漏”的紧密连接通过。
绒毛表面覆盖着杯状细胞。大约四分之一到二分之一的绒毛细胞产生粘液。
小肠分泌物中不含细胞碎片，几乎不含酶！因此，酶要么被隔离在细胞内，要么可能附着在刷状缘上。无论哪种情况，它们都不会被冲刷到腔内，而是保持在局部。
分泌几乎完全由局部肠神经反射产生，以响应局部刺激。
胰腺是一个大型的内分泌和外分泌腺，位于胃后方的腹膜后间隙。腺体的内分泌部分从胰岛分泌胰岛素和胰高血糖素（见组织学缩略图）。胰腺的这一功能将在其他地方进行讨论。胰腺的显微结构与唾液腺相似，腺泡分泌酶，而小导管和大导管分泌大量富含碳酸氢盐的汁液。这些汁液沿胰管流向十二指肠的第二部分，在那里通过被Oddi括约肌保护的Vater壶腹排出。
腺泡分泌的酶包括蛋白水解酶、淀粉酶和脂肪酶。为了防止自身消化，所有蛋白水解酶都以非活性形式分泌（见下文）。
下表总结了胰腺分泌的消化酶
| 组 | 酶 | 底物 |
|---|---|---|
| 碳水化合物和淀粉 | 淀粉酶 | 淀粉 |
| 脂肪 | 脂肪酶和辅脂酶 磷脂酶 |
甘油三酯 磷脂 |
| 蛋白质和肽 | 胰蛋白酶（胰蛋白酶原） 糜蛋白酶（糜蛋白酶原）羧肽酶 |
肽 |
- 淀粉酶将碳水化合物（除纤维素外）分解为二糖和一些三糖。
- 蛋白水解酶以非活性形式分泌，以防止自身消化，它们在小肠中转化为活性形式。胰蛋白酶被肠道粘膜分泌的肠激酶激活；
- 胰蛋白酶然后激活糜蛋白酶原
- 脂肪酶将脂肪转化为脂肪酸和甘油单酯
- 磷脂酶从磷脂中分离脂肪酸
- 胆固醇酯酶水解胆固醇酯
分泌蛋白水解酶的细胞也会分泌另一种物质，称为胰蛋白酶抑制剂。这可以防止在细胞或导管中可能形成的任何胰蛋白酶变得活跃，或激活其他酶。然而，如果胰腺受损或胰管阻塞，则胰蛋白酶抑制剂的作用可能会被克服，并可能发生非常严重的急性胰腺炎。如果肠道内容物通过Vater壶腹逆流，也会发生这种情况。关于急性胰腺炎的维基百科文章
作为对激素促胰液素的反应，胰腺的导管和小导管会分泌大量富含碳酸氢根离子的溶液。其机制类似于胃粘液细胞，不同之处在于还会产生大量液体。
- 在碳酸酐酶的酶作用下，二氧化碳和水进入细胞并结合形成碳酸。
- 氢离子在细胞基底侧被主动分泌，并与钠离子交换。
- 碳酸氢盐离子在细胞顶端侧或腔面被主动分泌，并与氯离子交换。
- 钠离子和水离子的流动要么通过“泄漏”的紧密连接被动地进行，要么通过细胞以“水和电解质分泌”中描述的机制进行。
与胃分泌物一样，胰分泌物也可以分为三个阶段
- 脑期
- 胃期
- 肠期
脑期发生在我们思考或预期食物时。它由迷走神经介导。它会导致大约 20% 的酶分泌，但由于这种分泌没有伴随液体分泌，因此酶不会被冲刷出来，并且往往会留在导管中。
胃期发生在食物进入胃时，同样由神经刺激介导。这占另外 5-10%，并且在没有浆液流的情况下，这些分泌物往往会留在导管中。
肠期发生在食物进入小肠时，由于激素促胰液素的作用，浆液性胰分泌变得丰富。
三种基本刺激控制胰分泌
- 来自迷走神经的副交感神经和肠神经系统的胆碱能神经的乙酰胆碱。
- 在十二指肠和上段小肠分泌的胆囊收缩素
- 促胰液素，也在十二指肠和上段空肠分泌。
下图总结了控制胰分泌的因素。
乙酰胆碱和胆囊收缩素会导致消化酶分泌，但这些酶往往会留在腺体中，因为没有分泌物将它们冲刷出来。
促胰液素会导致大量富含碳酸氢钠的液体分泌，这些液体将酶冲刷到小肠中，并中和胃中的盐酸。
2HCl + Na2CO3 --> 2NaCl + H2CO3 --> H2O + CO2
碳酸（弱酸）立即解离成二氧化碳和水。二氧化碳被吸收到血流中。
胰酶在 pH 值为 7-8 之间工作得最好。碳酸氢钠的 pH 值约为 8。
每天分泌约 1500 毫升胆汁。胆汁由肝脏的肝细胞持续分泌，如果消化不需要立即使用，则会储存在胆囊中。在这里，它们会浓缩至 15 倍。最初，胆汁液体的电解质浓度与间质液基本相同，但在浓缩过程中，会重新吸收大量电解质（但不是 Ca 离子）。
当十二指肠中存在脂肪时，会分泌胆囊收缩素，它会导致胆囊强烈收缩和Oddi括约肌松弛，将胆汁推进小肠。迷走神经刺激可以产生类似但次要的影响。
胆汁中含有胆汁酸，这是一种乳化剂，对脂肪的消化和吸收至关重要；还有胆红素、胆固醇和脂肪酸
| 水 | 97% |
| 胆汁酸 | 0.7% |
| 胆汁色素 | 0.2% |
| 胆固醇 | 0.07% |
| 无机盐 | 0.7% |
| 脂肪酸 | 0.15% |
| 脂肪 | 0.1% |
| 卵磷脂 | 0.1% |
下图显示了肝小叶的示意图。血液通过肝门静脉和肝动脉的分支输送到小叶。然后，它流过窦状隙，沐浴着肝细胞，流向小叶的中央静脉，这是肝静脉的一个分支，流入下腔静脉。肝细胞将胆汁分泌到肝细胞之间的胆小管中，这些胆小管汇聚到胆管的分支中。
胆汁由肝细胞持续分泌。分泌的液体部分是富含钠和碳酸氢根离子的水性物质，由胆汁系统的导管添加，这种分泌是由促胰液素刺激的。渥太华大学的组织学幻灯片
胆汁酸由胃肠系统循环利用。大约 95% 的胆汁酸从回肠末端重新吸收，并通过门静脉系统返回肝脏。此外，一些胆汁酸是由大肠中的细菌作用产生的，这些胆汁酸也返回肝脏。
肝脏每天制造约 0.2 克胆汁盐，总的胆汁盐库约为 3.5 克，因此循环利用非常重要。循环利用每天发生 6-8 次，或每餐大约两次。如果回肠末端被切除，或受克罗恩病等疾病的影响，脂肪消化将严重受损，脂肪溶性维生素的吸收不良也会发生。
下图总结了胆汁分泌的调节
大肠的主要功能是吸收液体并形成粪便。大约 1-2 升液体进入大肠，其中大部分被吸收，每天只有约 200 毫升被排出体外。大肠每天分泌约 200 毫升液体，主要是以粘液的形式。
大肠可以产生大量的水和电解质，以应对刺激，例如感染。这会导致脱水，但也有利于清除刺激物。