24.1: Анатомія і нормальна мікробіота травної системи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4101

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть основні анатомічні особливості травної системи людини
Охарактеризуйте нормальну мікробіоту різних регіонів травної системи людини
Поясніть, як мікроорганізми долають захисні сили травного тракту, щоб викликати інфекцію або інтоксикацію
Опишіть загальні ознаки і симптоми, пов'язані з інфекціями травної системи

Клінічна спрямованість: Частина 1

Після ранку, граючи на вулиці, чотирирічна Карлі побігла всередину на обід. Після укусу смаженого яєчня вона відштовхнула його і скиглила: «Це занадто слизова, матуся. Я більше не хочу». Але її мати, не маючи настрою для ігор, криво відповіла, що якщо вона хоче повернутися на вулицю, їй краще закінчити обід. Неохотно Карлі дотримувалася, наполегливо намагаючись не кляп, коли вона задушила нежить яйце.

Того вечора Карлі прокинулася, відчуваючи нудоту. Вона плакала за батьками, а потім почала блювати. Батьки намагалися її втішити, але вона продовжувала блювати всю ніч і почала мати діарею і лихоманку. До ранку її батьки дуже переживали. Вони кинулися її до відділення невідкладної допомоги.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Що могло спричинити ознаки та симптоми Карлі?

Травна система людини, або шлунково-кишковий (ШКТ) тракт, починається з рота і закінчується заднім проходом. Частини рота включають зуби, ясна, язик, переддень порожнини рота (простір між яснами, губами та зубами) та власне порожнину рота (простір за зубами та яснами). Інші відділи шлунково-кишкового тракту - глотка, стравохід, шлунок, тонкий кишечник, товста кишка, пряма кишка, анус (рис.\(\PageIndex{1}\)). До допоміжних органів травлення належать слинні залози, печінка, жовчний міхур, селезінка та підшлункова залоза.

Травна система містить нормальну мікробіоту, включаючи архей, бактерії, гриби, протисти і навіть віруси. Оскільки ця мікробіота важлива для нормального функціонування травної системи, зміни мікробіоти антибіотиками або дієтою можуть бути шкідливими. Додатково занесення збудників в шлунково-кишковий тракт може викликати інфекції і захворювання. У цьому розділі ми розглянемо мікробіоту, виявлену в здоровому травному тракті, та загальні ознаки та симптоми, пов'язані з інфекціями порожнини рота та шлунково-кишкового тракту.

Діаграма травної системи. Система починається з рота і мови. У цій області знаходяться слинні залози: під'язикова залоза знаходиться під язиком, підщелепна - нижче щелепи і привушної залози - в самій задній частині рота. Рот веде до глотки (трубка), яка веде до стравоходу, що веде до шлунка, що веде до тонкого кишечника. Тонка кишка ділиться на 3 області: перша - дванадцятипала кишка, далі - єюнім і, нарешті, клубова кишка. Це призводить до товстого кишечника, який ділиться на області: спочатку сліпа кишка, потім висхідна товста кишка, потім поперечна ободова кишка, потім спадна ободова кишка, потім сигмовидна кишка, і, нарешті, пряма кишка, анальний канал і задній прохід. Апендикс являє собою невелику проекцію від сліпої кишки. Також частиною травної системи є велика печінка (вище і праворуч від шлунка), жовчний міхур (невеликий мішок під печінкою), підшлункова залоза (будова внизу і ззаду шлунка) і селезінка (будова внизу і зліва від шлунка). — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Травна система, або шлунково-кишковий тракт, включає в себе всі органи, пов'язані з перетравленням їжі.

Анатомія і нормальна мікробіота порожнини рота

Їжа потрапляє в травний тракт через рот, де починається механічне травлення (шляхом жування) і хімічне перетравлення (ферментами в слині). У роті знаходяться язик, зуби та слинні залози, включаючи привушні, під'язикові та підщелепні залози (рис.\(\PageIndex{2}\)). Слинні залози виробляють слину, яка змащує їжу і містить травні ферменти.

а) Структури голови та шиї: губи, щелепи, носова порожнина (великий простір за носом), ротова порожнина (простір у роті), язик, язичок (структура в задній частині рота), фарикс (трубка на задній частині рота), стравохід (фарикс - верхня частина цієї трубки, яка зараз називається стравоходом у горло), і гортані (це теж безперервно з глоткою, але веде до дихальної системи). Б) Компоненти області рота: зуби, під'язикова залоза (нижче мови), підщелепна залоза (ззаду і внизу рота), і привушної залози (велика залоза в самій задній частині рота). — Малюнок\(\PageIndex{2}\): (а) Коли їжа потрапляє в рот, починається травлення. (б) Слинні залози є допоміжними органами травлення. (кредит: модифікація роботи Національного інституту раку)

Будова зуба (рис.\(\PageIndex{3}\)) починається з видимої зовнішньої поверхні, званої коронкою, якій доводиться вкрай важко витримувати силу кусання і жування. Коронка покрита емаллю, яка є найтвердішим матеріалом в корпусі. Під коронкою шар відносно твердого дентину простягається в корінь зуба навколо самої внутрішньої порожнини пульпи, яка включає камеру пульпи у верхній частині зуба і канал пульпи, або кореневий канал, розташований в корені. М'якоть, яка заповнює порожнину пульпи, багата кровоносними судинами, лімфатичними судинами, сполучною тканиною, нервами. Корінь зуба і частина коронки покриті цементом, який працює з пародонтальної зв'язкою, щоб закріпити зуб на місці в щелепної кістки. М'які тканини, що оточують зуби і кістки, називаються яснами, або яснами. Ясенний простір або ясенна щілина розташовується між яснами і зубами.

Будова зуба. Частина над яснами (ясна) називається коронкою, частина нижче ясна - корінь. Сама верхівка коронки - товста емаль, це дуже товста в області над яснами і набагато тонше в корені. Наступним шаром є дентин, і він однаково товстий як у кроні, так і в корені. У самому центрі знаходиться пульпа, яка містить пульповий канал (кореневий канал) і нерви і кровоносні судини. Корінь сидить переважно в кістковій області. Існує невеликий простір, де зуб простягається повз ясна, це називається ясенної щілиною. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Зуб має видиму коронку з зовнішнім шаром емалі, шаром дентину і внутрішньою пульпою. Корінь, прихований яснами, містить пульповий канал (кореневий канал). (кредит: модифікація роботи Брюса Блауса)

Мікроби, такі як бактерії та архея, рясні в роті і покривають всі поверхні ротової порожнини. Однак різні структури, такі як зуби або щоки, містять унікальні спільноти як аеробних, так і анаеробних мікробів. Деякі фактори, здається, працюють проти того, щоб зробити рот гостинним для певних мікробів. Наприклад, жування дозволяє мікробам краще змішуватися зі слиною, щоб їх можна було проковтнути або легше виплюнути. Слина також містить ферменти, в тому числі лізоцим, які можуть пошкодити мікробні клітини. Нагадаємо, що лізоцим є частиною першої лінії захисту у вродженій імунній системі і розщеплює β- (1,4) глікозидні зв'язки між N-ацетилглюкозаміном (NAG) і N-ацетилмурамовой кислотою (НАМ) в бактеріальному пептидоглікані (див. Хімічні засоби захисту). Додатково в ясенних просторах виробляються рідини, що містять імуноглобуліни і фагоцитарні клітини. Незважаючи на всі ці хімічні та механічні дії, рот підтримує велику мікробну спільноту.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Які фактори роблять рот непривітним для тих чи інших мікробів?

Анатомія і нормальна мікробіота шлунково-кишкового тракту

Оскільки їжа виходить з ротової порожнини, вона подорожує через глотку, або задню частину горла, і переміщається в стравохід, який переносить їжу з глотки в шлунок без додавання додаткових травних ферментів. Шлунок виробляє слиз для захисту своєї оболонки, а також травні ферменти і кислоту для розщеплення їжі. Частково перетравлена їжа потім виходить зі шлунка через пілоричний сфінктер, досягаючи першої частини тонкої кишки, званої дванадцятипалої кишкою. Панкреатичний сік, до складу якого входять ферменти та іони бікарбонату, виділяється в тонку кишку для нейтралізації кислого матеріалу зі шлунка та сприяння травленню. Жовч, що виробляється печінкою, але зберігається в жовчному міхурі, також виділяється в тонкий кишечник для емульгування жирів, щоб вони могли подорожувати у водянистому середовищі тонкої кишки. Травлення триває в тонкому кишечнику, де всмоктується більшість поживних речовин, що містяться в їжі. Прості стовпчасті епітеліальні клітини, звані ентероцитами, вистилають просвіт поверхні тонких кишкових складок, званих ворсинками. Кожен ентероцит має менші мікроворсинки (розширення цитоплазматичної мембрани) на клітинній верхівковій поверхні, які збільшують площу поверхні, щоб забезпечити більше поглинання поживних речовин (рис.\(\PageIndex{4}\)).

Тонкий кишечник при наростаючому збільшенні. А) - діаграма і б), в) і г) - мікрофотографії кожного збільшення. Мікрофотографія великого збільшення показує рожеву область внизу з глибоко хвилястою темнішою рожевою областю на поверхні; верхня частина зображення чітка. У нижньому шарі є деякі темніші плями, позначені патчами Пейєра. На схемі сіють трубку, вистелену трьома шарами м'язів; кровоносні судини з'єднані із зовнішньою стороною трубки. Вирізом трубки зображені кругові складки по діаметру трубки. Ці складки містять глибоко лопатеві ворсинки. Порожній простір в трубці маркується просвітом. Наступний шар збільшення - один з вілі. Мікрофотографія заповнена рожевими шарами, що складаються вперед-назад. На схемі зображені дві складки. Поверхня складки покрита абсорбційними клітинами і деякими келихоподібними клітинами. Між складками додатково робиться відступ, позначений кишковою криптою. Усередині складок знаходяться капіляри, артерії, лімфатичні бульбашки. У самому низу будови (нижче кровоносних і лімфатичних судин, знаходяться кілька дванадцятипалої кишки) залоз. Заключний крупний план показує форми пальців в ряд на поверхні клітини. Це позначені мікроворсинки (межа пензля) на схемі. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): (а) Будова стінки тонкої кишки дозволяє більшу частину всмоктування поживних речовин в організмі. (б) Ворсинки - це складки на поверхні тонкої кишки. Мікроворсинки - це цитоплазматичні розширення на окремих клітині, які збільшують площу поверхні для абсорбції. (в) Світла мікрофотографія показує форму ворсинок. (г) Електронна мікрофотографія показує форму мікроворсинок. (Кредит b, c, d: Модифікація мікрофотографій, наданих регентами Медичної школи Університету Мічигану © 2012)

Переварена їжа виходить з тонкого кишечника і переміщається в товсту кишку, або товсту кишку, де є більш різноманітна мікробіота. Біля цього з'єднання в товстій кишці є невеликий мішечок, який називається сліпою кишкою, який прикріплюється до апендикса. Подальше травлення відбувається по всій товстій кишці і вода реабсорбується, потім відходи виводяться через пряму кишку, останній відділ товстої кишки, і з організму через задній прохід (рис.\(\PageIndex{1}\)).

Середовище більшої частини шлунково-кишкового тракту сувора, що служить двом цілям: травленню і імунітету. Шлунок - надзвичайно кисле середовище (рН 1,5-3,5) завдяки шлунковим сокам, які розщеплюють їжу і вбивають багато потрапляють в організм мікробів; це допомагає запобігти зараженню хвороботворними мікроорганізмами. Навколишнє середовище в тонкому кишечнику менш суворе і здатне підтримувати мікробні спільноти. Мікроорганізми, присутні в тонкому кишечнику, можуть включати лактобактерії, диптеріоїди і грибок Candida. З іншого боку, товста кишка (товста кишка) містить різноманітну і рясну мікробіоту, яка важлива для нормальної роботи. До таких мікробів відносяться Бактеріодети (особливо пологи Bacteroides і Prevotella) і Firmicutes (особливо представники роду Clostridium). Метаногенна архея та деякі гриби також присутні, серед багатьох інших видів бактерій. Ці мікроби допомагають травленню і сприяють виробленню калу, відходів, що виділяються з травного тракту, і плойки, газу, що утворюється в результаті мікробного бродіння неперетравленої їжі. Вони також можуть виробляти цінні поживні речовини. Наприклад, молочнокислі бактерії, такі як біфідобактерії, можуть синтезувати вітаміни, такі як вітамін В12, фолат та рибофлавін, які люди не можуть синтезувати самі. Кишкова паличка, що міститься в кишечнику, також може розщеплювати їжу і допомагати організму виробляти вітамін К, який важливий для згортання крові.

Шлунково-кишковий тракт має кілька інших методів зниження ризику зараження хвороботворними мікроорганізмами. Дрібні агрегати підлеглої лімфоїдної тканини в клубовій кишці, звані пластирами Пейєра (рис.\(\PageIndex{4}\)), виявляють патогени в кишечнику за допомогою мікрофолд (М) клітин, які переносять антигени з просвіту кишечника до лімфоцитів на пластирі Пейєра, щоб викликати імунну відповідь. Потім пластирі Пейєра виділяють IgA та інші патогенно-специфічні антитіла в просвіт кишечника, щоб допомогти підтримувати кишкові мікроби на безпечному рівні. Келихоподібні клітини, які є видозміненими простими стовпчастими епітеліальними клітинами, також вистилають шлунково-кишковий тракт (рис.\(\PageIndex{5}\)). Келихоподібні клітини виділяють гелеобразующий муцин, який є основним компонентом слизу. Вироблення захисного шару слизу сприяє зниженню ризику потрапляння хвороботворних мікроорганізмів в більш глибокі тканини.

Постійний рух матеріалів по шлунково-кишковому тракту також сприяє виведенню транзиторних збудників з організму. Насправді кал складається приблизно з 25% мікробів, 25% зсудливих епітеліальних клітин, 25% слизу та 25% перетравленої або неперетравленої їжі. Нарешті, нормальна мікробіота забезпечує додатковий бар'єр для зараження за допомогою різноманітних механізмів. Наприклад, ці організми перевершують потенційних патогенів за простір і поживні речовини всередині кишечника. Це відоме як конкурентне виключення. Члени мікробіоти також можуть виділяти білкові токсини, відомі як бактеріоцини, які здатні зв'язуватися зі специфічними рецепторами на поверхні чутливих бактерій.

Мікрофотографія ворсинок кишечника, які представляють собою 2 рожеві області, розділені прозорим простором. Поверхня кожної рожевої смуги темно-рожева, ніж центр, а поверхня містить більш світлі рожеві овальні клітини, позначені келихоподібними клітинами. — Малюнок\(\PageIndex{5}\): Збільшене зображення ворсинок кишечника в шлунково-кишковому тракті показує келихоподібні клітини. Ці клітини мають важливе значення для вироблення захисного шару слизу.

Вправа\(\PageIndex{3}\)

Порівняйте і порівняйте мікробіоту тонкого і товстого кишечника.

Загальні ознаки та симптоми захворювань порожнини рота та шлунково-кишкового тракту

Незважаючи на численні захисні механізми, що захищають від інфекції, всі відділи травного тракту можуть стати місцями зараження або інтоксикації. Термін харчове отруєння іноді використовується як загальноприйнятий для інфекцій шлунково-кишкового тракту та інтоксикацій, але не всі форми захворювань шлунково-кишкового тракту походять з харчовими збудниками або токсинами.

У роті ферментація анаеробними мікробами виробляє кислоти, що пошкоджують зуби і ясна. Це може призвести до карієсу, порожнин та пародонтозу, стану, що характеризується хронічним запаленням та ерозією ясен. Крім того, деякі збудники можуть викликати інфекції слизової оболонки, залоз та інших структур у роті, що призводить до запалення, виразки, раку та інших уражень. Відкрита біль у роті або шлунково-кишковому тракті зазвичай називається виразкою.

Інфекції та інтоксикації нижніх відділів шлунково-кишкового тракту часто викликають такі симптоми, як нудота, блювота, діарея, болі та лихоманка. У деяких випадках блювота та діарея можуть спричинити сильне зневоднення та інші ускладнення, які можуть стати серйозними або смертельними. Для опису шлунково-кишкових симптомів використовуються різні клінічні терміни. Наприклад, гастрит - це запалення слизової оболонки шлунка, що призводить до набряку, а ентерит відноситься до запалення слизової оболонки кишечника. Коли запалення включає як слизову оболонку шлунка, так і слизову оболонку кишечника, стан називається гастроентеритом. Запалення печінки називається гепатитом. Запалення товстої кишки, зване колітом, зазвичай виникає у випадках харчової інтоксикації. Оскільки запалена товста кишка не реабсорбує воду так ефективно, як зазвичай, стілець стає водянистим, викликаючи діарею. Пошкодження епітеліальних клітин товстої кишки також може спричинити кровотечу та надлишок слизу у водянистих стільцях, стан, який називається дизентерією.

Вправа\(\PageIndex{4}\)

Перерахуйте можливі причини і ознаки і симптоми харчового отруєння.

Ключові поняття та резюме

Травний тракт, що складається з порожнини рота, глотки, стравоходу, шлунка, тонкої кишки і товстої кишки, має нормальну мікробіоту, важливу для здоров'я.
Постійний рух матеріалів через шлунково-кишковий канал, захисний шар слизу, нормальна мікробіота та суворе хімічне середовище в шлунку та тонкому кишечнику допомагають запобігти колонізації патогенами.
Інфекції або мікробні токсини в ротовій порожнині можуть викликати карієс, пародонтоз і різні види виразок.
Інфекції та інтоксикації шлунково-кишкового тракту можуть викликати загальні симптоми, такі як нудота, блювота, діарея та лихоманка. Локалізоване запалення шлунково-кишкового тракту може призвести до гастриту, ентериту, гастроентериту, гепатиту або коліту, а пошкодження епітеліальних клітин товстої кишки може призвести до дизентерії.
Харчова хвороба відноситься до інфекцій або інтоксикацій, які виникають із збудників або токсинів, що потрапляють у забруднену їжу або воду.