DIGESTIVNI SISTEM ČOVEKA. Doc. dr Snežana Marković Institut za biologiju i ekologiju Prirodno-matematički fakultet Univerzitet u Kragujevcu

DIGESTIVNI SISTEM ČOVEKA Doc. dr Snežana Marković Institut za biologiju i ekologiju Prirodno-matematički fakultet Univerzitet u Kragujevcu

DIGESTIVNI SISTEM. NAPAJANJE TELA ENERGIJOM. Hrana energija (kreatin fosfat i ATP) procesi u organizmu Voda, proteini, ugljeni hidrati, masti, vitamini, minerali Ukupna potrošnja energije: bazalni metabolizam + energija za mišićnu aktivnost + hranom izazvana termogeneza + energija za termoregulaciju Digestivni sistem unošenje, razlaganje, varenje hrane, resorpcija hranljivih produkata, izbacivanje štetnih produkata hrane Nervna kontrola digestivnog trakta automatska i voljna Raznovrsna ishrana: ugljeni hidrati, masti, proteini, minerali, vitamini, voda Digestivni trakt je dugačak oko 7 m usta, jednjak, želudac, duodenum, tanko crevo, debelo crevo, anus Akcesorne žlezde digestivnog trakta pljuvačne žlezde, jetra, pankreas Usna duplja zubi sitne hranu, sokovi pljuvačnih žlezda započinju varenje Jednjak transportuje kašastu hranu do želuca Želudac stvara himus mešanje hrane sa želudačnim sokovima, varenje proteina pepsin; HCl Tanko crevo hrana se razlaže do osnovnih supstanci koje se resorbuju preko crevnih resica do krvotoka; peristaltika Debelo crevo apsorpcija vode i soli, stvaranje fecesa Imuna odbrana crevnog trakta mucin, IgA, lizozimi u pljuvačci, želudačni sok (baktericid), Pajerove ploče, makrofage, intraepitelni limfociti, Kupferove ćelije jetre, intestinalna flora u debelom crevu

USNA DUPLJA Zubi usitnjavanje hrane Zubi sekutići, očnjaci, pretkutnjaci i kutnjaci (32) Razvoj zuba mlečni i stalni Jezik pomaže sitnjenje hrane i usmeravanje ka jednjaku

USNA DUPLJA Pljuvačne žlezde parne podjezične (sublingvalne), podvilične (submandibularne) i zaušne (parotidne) Pljuvačka (0.5-1.5 L/dan) voda, NaCl, HCO 3- (ph=7), sluz, amilaza, antitela, mucin, lizozimi Gutanje voljno potiskivanje zalogaja ka zadnjem delu usne duplje; automatski epiglotis zatvara grkljan, meko nepce se podiže i stvara pregradu između ždrela i nosne duplje, disanje se prekida, mišići zida ždrela se kontrahuju, hrana u jednjak, peristaltikom jednjaka hrana u želudac Povraćanje zaštitni refleks, praćen gađenjem, povećanim lučenjem pljuvačke i pokušajem da se hrana povrati; centar za povraćanje u retikularnoj formaciji produžene moždine, a kontrolisan od (a) hemosenzora iz areje postreme na podu IV moždane komore (hemosenzorna okidačka zona aktivirana od strane nikotina, toksini i agonisti dopamina, apomorfin), (b) stimulacija centra za ravnotežu, (c) trudnoća.

ŽELUDAC Stvaranje himusa mešanje i varenje hrane Sfinkter jednjaka, kardija, fundus, korpus, antrum, pilorus (sfinkter) Snažni mišićni sloj, vezivno tkivo (elastično), sluzokoža Tubularne žlezde: glavne (pepsin i lipaza), parijetalne (HCl i unutrašnji faktor), mucinozne (mucini i HCO 3- ) i endokrine ćelije (gastrin); ph = 1,5-2; 3-4 L žel. soka / dan Hrana ostaje oko 4 časa u želucu; masna hrana i duže Pejsmejkerske ćelije želuca peristaltika želuca mešanje hrane, stvaranje himusa i distribucija do duodenuma; motilin Svesno i automatsko lučenje želudačnih sokova; nervni, lokalni želudačni i intestinalni faktori Nervus vagus Ach parijetalne ćelije Gastrin oslobađajući faktor gastrin Zaštita želudačne sluzokože zavisi od (a) sloja mukusa i (b) lučenja bikarbonata (prostaglandini stimulišu ovo lučenje, a antinflamatorni lekovi/aspirin inhibiraju prostagl.) Helicobacter pylori

TANKO CREVO I APSORPCIJA HRANLJIVIH MATERIJA Razlaganje i apsorpcija hrane Duodenum, jejinum i ileum Tunica serosa, longitudinalni mišići, mienterički (Auerbahov) pleksus, cirkulatorni mišići, submukozni (Majsnerov) pleksus, sluzokoža Enterocite, peharaste ćelije (sluz), intestinalne žlezde (Liberkinove kripte) od mitotskih, mukoznih, endokrinih, parakrinih i imunih ćelija, tubuloacinusne duodenalne (Brunerove) žlezde sekretuju bikarbonatni sekret sa urogastronom (humani epidermalni faktor rasta) Svaka 3-6 dana se obnovi crevni epitel Pankreasni sok, žuč, crevna sekrecija Crevne resice Peristaltika creva; pejsmejkerske ćelije

RESORPCIJA Svarene supstance Belančevine aminokiseline Polisaharidi monosaharidi (glukoza, fruktoza, galaktoza) Masti monogliceridi i slobodne masne kiseline. Resorpcija u crevu: hranljive supstance u krvne kapilare (vena porta) i limfne kapilare (ductus thoracicus).

STRUKTURA CREVNIH RESICA (vili intestinales) Prstolika izduženja sluzokože tankog creva (dužina 1 mm, 20-40 resica na 1 mm 2 sluzokože, 5 miliona kod čoveka, 30 puta povećana resorpciona površina) Jednoslojni valjkasti epitel, bazalna membrana, vezivno tkivo, centralna arterija i vena, arteriovenska anastomoza, centr. limfni sud, nervna mreža (eferentna i aferentna vlakna iz plexux submucosus Meissneri), uzdužni glatki mišići.

FUNKCIJA CREVNIH RESICA Crevne resice u mirovanju suženi krvni sudovi (AV anastomoza) Stimulus crevnog sadržaja aktivacija crevnih resica (krv teče preko kapilara, kontrakcije, nervni stimulus vagusom) RESORPCIJA JONA I VODE Monovalentni joni Na + - pasivno i aktivno; Na + -K + pumpa Hloridi pasivno sa aktivnim preuzimanjem Na + Dvovalentni joni (teško se resorbuju) Gvožđe efikasnije preuzimanje fero-jona; helatni agensi pomažu res. gvožđa mukozna resorpcija i prenošenje do plazme u epitelnoj ćeliji je pool slobodnog gvožđa, i vezanog za apoferitin (feritin) odakle se prenosi u krv. Ca 2+ -joni aktivni transport (vitamin D i PTH) Fosfatni joni aktivna resorpcija Mg 2+ -joni pasivna difuzija Resorpcija vode zavisi od osmotskog gradijenta (hipo- i hipertoničnost)

RESORPCIJA AMINOKISELINA I BELANČEVINA Varenje proteina započinje u želucu (pepsini), nastavlja se u crevu (pankreasne proteinaze, kao i di- i aminopeptidaze iz epitela creva) Aktivan transport aminokiselina vezan sa transportom Na +. Energija iz Na-K-ATPaznog enzima na bazolateralnim površinama ćelija Niska konc. Na + u ćeliji - Na + sa AK putem nosača pasivno iz lumena u ćeliju 4 nosača za AK i Na +, specijalizovane za posebne tipove AK (neutralne, kisele, bazne, glicin, prolin i hidroksiprolin) Nosači transportuju i di- i tripeptide u ćeliju (vare se do AK) Polipeptidi i proteini se unose u ćeliju pinocitozom, vare se ili intaktni odlaze u limfu pa u cirkulaciju; (preživari i glodari) AK ćelije (metabolizam glutamata i aspartata) cirkulacija

RESORPCIJA UGLJENIH HIDRATA Ugljeni hidrati: skrob, saharoza i laktoza α-amilaza iz pljuvačke, proksimalni želudac i pankreasna amilaza razlažu polisaharide do oligosaharida Maltaza, izomaltaza, saharaza, laktaza, trehalaza (epitel creva) razlažu di i oligosaharide do glukoze, galaktoze i fruktoze (I) Aktivan transport glukoze i galaktoze vezan sa transportom Na +, pomoću nosača. Energija iz Na-K-ATPaznog enzima na bazolateralnim površinama ćelija (II) Olakšana difuzija fruktoze specifičnim nosačima (III) hidrolazno-vezani transport transport glukoze i drugih šećera kroz apikalnu membranu ćelije Aktivan transport zavisan od Na + Membranski nosač je enzim disaharidaza.

RESORPCIJA MASTI Emulzifikacija masti (u želucu) male lipidne kapljice obložene molekulima (delimično hidrofofobni i hidrofilni) i rastvorljive u vodi (1-2 µm) Lipaze iz jezičnih žlezda, želuca i pankreasa (sa kolipazom) Lipaza (vezana za masnu kapljicu) hidrolizuje trigliceride na 2 monogliclicerida, glicerol i masne kiseline Monogliceridi + žučne soli = micele (20-50 nm) Micele sadrže i holesterol, lizolecitine, vitamine Micele odlaze do površine ep. ćelija i njihov sadržaj se rastvara kroz ćelijsku membranu Žučne soli nazad u lumen creva Trigliceridi se resintetizuju unutar epitelnih ćelija iz masnih kiselina i monoglicerida pomoću acil-transferaze (uz energiju) Lizolecitini do lecitina Holesterol se esterifikuje Resintetizovani složeni lipidi se stabilišu pomoću fosfolipida i lipoproteina i grade hilomikrone Hilomikroni odlaze u limfotok pa u cirkulaciju

DEBELO CREVO (cekum, kolon i rektum) Formiranje fecesa, apsorpcija vode, minerala i vitamina Intestinalne bakterije fiziološko zapaljenje, sintetišu vitamin K, razlažu celulozu, laktozu

JETRA Preko 500 različitih funkcija koje održavaju hemijsku ravnotežu u telu; prerađivanje hranljivih materija Sposobnost regeneracije Jetrini lobulusi osnovne strukturne i funkcionalne jedinice hepatocite, sinusoidi, arterije/vene/žučni kanalići, centralna vena (usmerava krv ka srcu) Uloge: (i) biohemijska obrada hranljivih materija (depo ili izvor energije za ćelije), (ii) stvaranje i lučenje žuči, (iii) prečišćavanje krvi od stranih mikroorganizama i štetnih materija Krv do jetre stiže iz srca i digestivnog trakta (v. portae); krv otiče preko hepatične vene do donje šuplje vene Bilijarni sistem skladištenje žuči produkovane u jetri i sprovođenje do tankog creva Žučna kesa kanal žučne kese ductus holedohus + pankreasni kanal Vaterova ampula dudenum Žuč - elektroliti, žučne soli, holesterol, lecitin, bilirubin, steroidni hormoni, lekovi; koristi se u procesu varenja masti Ciroza jetre

PANKREAS - egzokrini i endokrini Egzokrini pankreocite luče pankreasni sok (1-2 L/dan) bogat enzimima i bikarbonatima u duodenum Proenzimi pankreasa: tripsinogen 1-3, himotripsinogen A i B, proelastaze 1 i 2, prokarboksipeptidaze A1, A2, B1 i B2 (aktivacija pod uticajem crevne enterokinaze); α-amilaza; pankreasna lipaza, kolipaza; fosfolipaza, RNaze, DNaze i karboksiesteraze Sekreciju pankreasnog soka regulišu holinergički (n. vagus) i endokrini mehanizmi (holecistokinin, pankreozimin, sekretinin) Endokrini ćelije Langerhansovih ostravaca luče insulin i glukagon

ENDOKRINA FUNKCIJA PANKREASA Langerhansova ostravca (α, β i δćelije) Sintetišu hormone insulin (β 60%), glukagon (α - 25%) i somatostatin (δ 10%) Insulin inhibira sekreciju glukagona; somatostatin inhibira sekreciju insulina i glukagona Šećerna bolest; Banting i Best (1912) prvi ekstrakt pankreasa INSULIN je polipeptid, mm 6000, jedan lanac od 30 a drugi od 21 AK, povezana disulfidnim mostovima. Kod svih kičmenjaka Insulin u cirkulaciji delom se transportuje slobodan (aktivan), a delom vezan za α-globulin (neaktivan) venom portom do jetre. Delovanje insulina: 1. Metabolizam ugljenih hidrata: pojačano iskorišćavanje glukoze u tkivima (mišićno, nervno, jetra); pojačano glikolitičko razlaganje glukoze i njena oksidacija; smanjuje nivo šećera u krvi (pojačano periferno iskorišćavanje glukoze i povećanje glikogenskih zaliha) 2. Pojačava taloženje masti u masnim depoima 3. Stimuliše mobilizaciju AK u ćelije.

Mehanizam delovanja insulina Insulin membranski receptori (tirozin kinaze) aktivirana protein kinaza fosforilizacija i aktivacija enzima Insulin stimuliše prolazak glukoze kroz membranu, pomaže razgradnju glukoze, aktivira glikogen-udp-glikozil transferazu; deluje na sintezu irnk. Regulacija lučenja insulina Hiperglikemična krv u L. ostrvcima i mozgu (hipotalamusu) Stimulacija n. vagusa, gastrin, sekretin, GIP Inhibiciju lučenja insulina vrše adrenalin, noradrenalin, somatostatin Nedostatak insulina i posledice Smanjena sinteza insulina usled: dugotrajnog i pojačanog lučenja STH, davanja streoida, aloksana, oboljenja pankreasa, dugotrajne hiperglikemije šećerna bolest (diabetes melitus) Loše iskorišćavanje glukoze, mobilizacija masti, stvaranje ketonskih tela, acidoza, pojačana glukoneogeneza. GLUKAGON Polipeptid od 29 AK, mm 3485. Povećava nivo šećera u krvi; deluje kao adrenalin preko campa

REGULACIJA GLIKEMIJE Glikemija 80-110 mg% (4.44-6.66 mmol/l) Jetra, skeletna muskulatura, bubrezi Jetra: hipoglikemija povećanje glikogenolize i lučenje glukoze (stimulisano adrenalinom) Hormoni hiperglikemija smanjeno odavanje glukoze (stimulisano insulinom) 1. hipoglikemijski insulin 2. hiperglikemijski Glukagon Adrenalin STH (smanjuje sagorevanje glukoze u tkivima, povećava sadržaj glikogena u jetri i mišićima) Glikokortikoidi (inhibicija periferifernog sagorevanja glukoze i stimulacija glukoneogeneze) Tiroksin (pojačana potrošnja glukoze u tkivima, ali i pojačana razgradnja glikogena) CNS (receptori u hipotalamusu n. vagus LH. ostrvca simpatikus nadbubrežne žlezde (adrenalin)

CIRKULACIJA GASTROINTESTINALNOG TRAKTA (GIT) Protok krvi kroz GIT 30% MVS; tri grane abdominalne aorte GIT, jetra, pankreas, slezina vene v. portae jetra hepatična v. Regulacija cirkulacije: lokalni refleksi, ANS i hormoni; autoregulatorni protok - (i) vazodilatacija posle obroka (Ach, VIP), (ii) vazokonstrikcija pri fizičkom radu (noradrenalin) NERVNA I HORMONSKA REGULACIJA GITa Motilitet, sekreciju, perfuziju i rast GITa regulišu endokrini i parakrini hormoni i neurotransmiteri Refleksi nastaju unutar mienteričkog i submukoznog pleksusa enterički nervni sistem (ENS) Lokalni refleksi: senzori na istezanje kontrakcija ili relaksacija susednih glatkih mišića Peristaltički refleksi Spoljašnja inervacija parasimpatikus i simpatikus; utiče na ENS Neurotransmiteri: noradrenalin, Ach, VIP (vazoaktivni intestinalni peptid), Meti Leu-enkefalini, GRP (gastrin oslobađajući peptid), CGRP (za kalcitonin vezani peptid) stimuliše oslobađanje somatostatina

TKIVNI HORMONI Supstance koje luče različiti neendokrini organi U digestivnom sistemu endokrine ćelije mukoze Gastrin I i II. Peptidi 2000 D, stvaraju se u sluzokoži pilorusa. Stimulišu sekreciju pepsina i HCl u želucu, lučenje žuči i produkciju enzima pankreasa. Pankreozimin. Polipeptid od 33 AK. U sluzokoži tankog creva nadražaj crevnog sadržaja (belančevine) lučenje enzima pankreasa. Zajedno sa sekretinom. Sekretin. Polipeptid 5000 D. U sluzokoži duodenuma nadražaj hrane pojačano lučenje pankreasnog soka sa bikarbonatima. Enterogastron (GIP glukozo zavisni insulinotropni peptid). U sluzokoži tankog creva kiseo i mastan želudačni sadržaj u duodenum smanjuje sekretorni i motorni učinak želuca, stimuliše sintezu insulina. Holecistokinin. U sluzokoži duodenuma hrana koja sadrži masti i žumance stimulacija motorike žučne kese pražnjenje žuči. Stimuliše i rad pankreasa. Hepatokrinin. Peptid. U sluzokoži duodenuma hrana sa mastima i žumancetom pojačano lučenje žuči. Vilikinin. Peptid. U sluzokoži duodenuma. Ubrzava i pojačava kontrakcije glatkih mišićnih elemenata crevnih resica. Motilin oslobađaju ga neuroni tankog creva, reguliše interdigestivni motilitet

Angiotenzin II. Angiotenzinogen (pod uticajem renina) angiotenzin I angiotenzin II. Dekapeptid, snažno sužava krvne sudove, povećava sistemski krvni pritisak, povećava lučenje aldosterona. Bradikinin. Oktapeptid odvojen od α-globulina delovanjem tripsina. Snažno dilatira krvne sudove, lokalna regulacija cirkulacije, povećava njihovu permeabilnost, lokalni edem, migracija leukocita, kontrakcija muskulature uterusa i creva. Kalidini. Peptidi odvojeni od α-globulina delovanjem kalikreina. Deluje kao bradikinin. Histamin. Stvara se tokom dekarboksilacije histidina. U visokim koncentracijama u mastocitima i bazofilima. Oslobađa se prilikom povrede tkiva i u reakcijama antigen-antitelo. Snažan vazodilatator, povećava permeabilnost kapilara, faktor zapaljenja i cirkulatornog šoka. Serotonin (5-hidroksitriptamin). Dekarboksilacijom triptofana, u svim ćelijama. Najviše u trombocitima i nekim delovima moždanog stabla. Izaziva kontrakciju glatke muskulature krvnih sudova, uterusa, bronhija i creva; oslobađa se iz trombocita nakon povrede k.s. i izaziva skupljanje i retrakciju k.s. Heparin. Stvara se u jetri; u adipocitima. Inaktivira trombin (antikoagulans). Eritropoetin. Glikoproteid, stvara se u bubregu (eritropoetski faktor) i u jetri (globulin). Anemija i hipoksija pojačano stvaranje eritrocita i sinteza hemoglobina. Prostaglandini. U svim ćelijama i telesnim tečnostima. Derivati nezasićenih masnih kiselina sa 20 C atoma koji se vezuju za petočlani prsten. Smanjuju aktivnost adenil-ciklaze; antagonizuju delovanje adrenalina i noradrenalina; smanjuju krvni pritisak.

INTERMEDIJERNI METABOLIZAM Skup promena tokom kojih resorbovane supstance iz creva prilikom razlaganja otpuštaju energiju potrebnu za organizam (anaerobna glikoliza, oksidacija) pretvaraju se jedne u druge (ugljeni hidrati u masti, belančevine u ugljene hidrate) deponuju se (jetrin glikogen, rezerve masti) ulaskom u ćelije učestvuju u izgradnji njenih gradivnih elemenata. INTERMEDIJERNI METABOLIZAM UGLJENIH HIDRATA I ULOGA JETRE Ugljeni hidrati monosaharidi u crevu resorpcija u krv vene porte u jetru Monosaharidi glukoza glikogen (100 gr) Glikogenoliza kao odgovor na hipoglikemiju ( adrenalin) Glikogeneza kao odgovor na hiperglikemiju ( insulin) Glikemija 80-120 mg % Depo glikogena u skeletnim mišićima Deponuje se oko 250 gr glikogena Glukoza u glikogen Anaerobna glikoliza (nema glukozo-6-fosfataze) rezultuje stvaranjem mlečne kiseline (delom sagoreva u mišiću a delom odlazi do jetre i sintetiše se u glikogen) CNS nema glikogensku rezervu

Pretvaranje glukoze u masti u jetri Glukoneogeneza u jetri i kori nadbubrega Gladovanje, naporan mišićni rad i stres izazivaju povećane potrebe za glukozom Pretvaranje belančevina u glukozu Glukoplastične AK: Glutaminska kiselina, histidin, arginin i prolin α-ketoglutarna kiselina ćilibarna kiselina, jabučna kiselina, oksalsirćetna kiselina pirogrožđana kiselina glukoza Valin, izoleucin i treonin ćilibarna kiselina... Glikokortikoidi stimulišu, a insulin inhibira GN Glikoliza (1 glukoza 2 pirogrožđane kiseline) Pirogrožđana kiselina dekarboksilacijom sa oksalsirćetnom kiselinom ulazi u citratni ciklus oksidacija do CO 2 i H 2 O.

INTERMEDIJERNI METABOLIZAM BELANČEVINA Belančevine aminokiseline (AK) u cirkulaciju U jetri i drugim organima AK služe za sintezu novih belančevina Glukoneogeneza pri gladovanju Depo (pool) AK Regulacija metabolizma belančevina Anabolički hormoni (povećanje količine belančevina u organizmu) somatotropni hormon, testosteron i insulin Katabolički hormoni (smanjenje količine belančevina u organizmu) adrenokortikotropni hormon i tiroksin.

INTERMEDIJERNI METABOLIZAM MASTI Masti nakon hidrolize i resorpcije krv oksidacija u jetri ili mišićima, a višak masni depoi. Masti u plazmi 400-1240 mg%; prenose u obliku lipoproteina (trigliceridi, holesterolski estri, okruženi fosfolipidima i holesterolom + apolipoproteini). Lipoproteini vrlo male gustine (VLDL), male gustine (LDL), srednje gustine (IDL), velike gustine (HDL) prelaze iz jednih u druge pri čemu se smanjuje količina holesterola i triglicerida, a povećava udeo proteina. Neesterifikovane (slobodne) masne kiseline se stvaraju mobilizacijom masnih rezervi iz masnih depoa i transportuju se do drugih organa. Adrenalin stimuliše mobilizaciju masnih rezervi Insulin stimuliše izgradnju masnih rezervi. Masni depoi potkožni ili retroperitonealni jastučići masti; sastav se razlikuje od masti iz hrane i karakterističan je za vrstu. Masni depoi sadrže i masti sintetizovane iz ugljenih hidrata Rezerva masti kao termoizolacija Intezivan metabolizam u masnim depoima (razmena masti sa cirkulacijom)

1. Belo masno tkivo velike ćelije pune masti sa perifernim jedrom; bogato vaskularizovano, malo nerava 2. Mrko masno tkivo dobro vaskularizovano i inervisano; ćelije okrugle sa granuliranom citoplazmom, mnogo masnih kapljica i bogate mitohondrijama; mrka boja od citohromnih pigmenata; Kod novorođenih životinja i ljudi, prezimara Intezivan metabolizam stimulisan simpatikusom. Fosfolipidi strukturni elementi ćelija. Oksidacija masti iz masnih depoa masne kiseline oksidacija u jetri, mišićima i muskulaturi srca. Hipotalamus reguliše telesnu masu: Leptin iz masnih ćelija αmsh (melanostimulirajući hormon) iz hipotalamusa simpatička aktivnost; CCK, CRH, CART (kokain i amfetamini), insulin i serotonin su anoreksogeni Leptin inhibira lučenje NPY (neuropeptid Y stimuliše parasimpatikus) iz hipotalamusa; nedostatak NPY je praćen smanjenim lučenjem GnRH amenoreja Hormonalna regulacija metabolizma masti Insulin - smanjuje SMK u krvi i stimuliše taloženje masti u masnim depoima Adrenalin, hormon rasta, ACTH, TSH, glukagon mobilišu masti iz masnih depoa Ketonska tela oksidacija masti acetilcoa+oksalsirćetna kis. limunska kis. citratni ciklus povećana oksidacija masti ili smanjena koncentracija oksalsirćetne kiseline 2 acetilcoa acetoacetilcoa (deacilaza) acetosirćetna kis. (dekarboksilacija) aceton, (redukcija) β-hidroksibuterna kis.