第二章　消化、吸收和菌群失衡

人的消化系统是由消化道和消化腺组成，消化道包括口腔、咽、食管、胃、小肠（十二指肠、空肠、回肠）和大肠（盲肠、升结肠、横结肠、降结肠），消化腺由唾液腺、肝、胆囊、胰腺及散在分布于消化道壁内的腺体构成。

消化过程从口腔开始，咀嚼是切断、研磨食物并将食团与唾液混合的过程。咀嚼动作能反射性地引起胃肠、胰、肝和胆囊等消化器官的活动，为食物的进一步消化做准备。唾液中有机物主要是黏蛋白、黏多糖、唾液淀粉酶、溶菌酶、免疫球蛋白（IgA\IgG\IgM）、血型物质、尿素、尿酸和游离氨基酸等，具有较弱的化学性消化作用。其已被发现且非常重要的功能就是抗菌功能。在睡眠、疲劳、失水、恐惧等情况下，延髓唾液分泌中枢的活动受到抑制会使唾液分泌减少。

唾液sIgA是黏膜免疫系统主要的免疫球蛋白，愉悦的情绪可提高其分泌水平。研究发现，强度适中的锻炼可以提高老年人的sIgA水平，改善由于年老造成的对上呼吸道感染低抵抗力的状态；运动员过度训练会降低sIgA水平，造成上呼吸道感染，这种情况可通过针灸疗法缓解。黏膜免疫功能可以通过检测唾液sIgA的水平来评估。

连接口和胃的是食管，在正常情况下，胃内的食糜或其他内容物不会向食管逆流。形态学观察表明，在食管下端和胃连接处并不存在明显的括约肌，但在这一区域有一宽约1～3cm的高压区，其内压比胃内压高5～10mmHg，成为阻止胃内容物进入食管的一道屏障，起到生理学括约肌的作用，故称为食管下括约肌。

食管动力障碍很常见，但其根本原因还不清楚，但有些证据显示可能与肠神经系统（ENS）自身免疫有关，然而还是存在很多争议。

胃是消化道中最膨大的部分，具有暂时储存食物和消化食物的功能。成年人胃的容量是1～2L。胃的消化功能包括胃液的化学性消化和胃运动的机械性作用，使进入胃内的半固体食团被胃液水解和胃运动所研磨，形成食糜，此后，逐次少量地通过幽门被排入十二指肠。

胃黏膜内含有三种管状外分泌腺和多种内分泌细胞，所以胃黏膜与胃的化学性消化功能的关系最为密切。胃的三种管状外分泌腺是：①贲门腺：分布于胃与食管连接处的环状区内，主要由黏液细胞组成，分泌稀薄的碱性黏液；②泌酸腺：分布于胃底和胃体部，其数量最多，由壁细胞、主细胞和黏液颈细胞组成，壁细胞分泌盐酸和内因子，主细胞分泌胃蛋白酶原，黏液颈细胞分泌黏液；③幽门腺：分布于幽门部，分泌碱性黏液。胃黏膜内含有多种内分泌细胞，主要有：（a）G细胞：分布于胃底部，分泌胃泌素和ACTH样物质；（b）D细胞：分布于胃底、胃体和胃窦部，分泌生长抑素，生长抑素对于胃泌素和胃酸的分泌起调节作用；（c）肠嗜铬样细胞，分布于胃泌酸区黏膜内，能合成和释放组胺。

纯净的胃液是无色的酸性液体，pH值为0.9～1.5。胃液中除含大量水外，主要成分包括盐酸、HCO ₃ ^-、Na ⁺、K ⁺等无机物和消化酶、黏蛋白、内因子等有机物。

盐酸也称胃酸，由泌酸腺中的壁细胞所分泌。盐酸的最大排出量主要取决于胃黏膜壁细胞的数量及其功能状态，男性的酸分泌率大于女性，50岁以后分泌速率有所降低。胃的这种酸性环境可使无活性的蛋白质酶原转化为有活性的胃蛋白酶，并为其发挥分解蛋白质的作用提供合适的酸性环境；可促使食物中的蛋白质变形，使之易于被消化；能够杀灭随食物进入胃内的细菌；可与Ca ²⁺和Fe ²⁺结合，形成可溶性盐，从而促进它们在小肠内的吸收；进入十二指肠后，可促进促胰液素、缩胆囊素的释放，进而促进胰液、胆汁和小肠液的分泌。

空腹时胃酸分泌很少，进食后，在神经和体液因素的调节下，胃酸大量分泌，进食是胃酸分泌的自然刺激。刺激胃酸分泌的其他因素还有Ca ²⁺、低血糖、咖啡因和酒精等。

胃蛋白酶原主要是由泌酸腺的主细胞合成和分泌的，以无活性的酶原形式储存在细胞内。迷走神经兴奋、进餐以及其他刺激可引起其释放增多。胃蛋白酶为内切酶，只在较强的酸性环境中才能发挥作用，其最适pH值为2.5～3.5，当pH值>5.0时便失去活性。胃蛋白酶的功能是水解蛋白质。当由于胃酸分泌不足而导致消化不良时，可补充稀盐酸和胃蛋白酶。

胃的黏液是由胃黏膜表面的上皮细胞、黏液颈细胞、贲门腺和幽门腺共同分泌的，其主要成分是糖蛋白，具有较高的黏滞性和形成凝胶的特性。研究表明，由黏液和碳酸氢盐共同构成的黏液凝胶保护层，厚约0.5～1.0mm，称为黏液-碳酸氢盐屏障，在一定程度上能有效保护胃黏膜免受H ⁺的直接侵蚀，同时也使在上皮细胞侧的胃蛋白酶原不能被激活，因而可防止胃蛋白酶对胃黏膜的消化作用，是机体胃黏膜抗损伤的第一道屏障。除黏液-碳酸氢盐屏障外，胃上皮细胞的顶端膜和相邻细胞之间存在的紧密连接构成了胃黏膜屏障，它们对H ⁺相对不通透，可防止胃腔内的H ⁺向黏膜内扩散。

两者构成抵抗各种有害刺激的天然屏障，它们可有效地抵抗高浓度的盐酸和胃蛋白酶对胃黏膜细胞的直接接触，能有力地抵御胃腔内的H ⁺进入黏膜层内和血液中Na ⁺向胃腔内扩散。当致胃黏膜损伤的因素超过其抵抗因素时，将导致胃黏膜损伤。许多因素如酒精、胆盐、阿司匹林类药物、肾上腺素以及幽门螺旋杆菌感染等，均可破坏或削弱胃黏膜的屏障作用，严重时可造成胃黏膜的损伤，引起胃炎或溃疡。

胃的运动过程受神经和激素双重支配。中枢神经系统中主要影响胃液分泌和活动性的是迷走神经。主要的激素影响是胃泌激素。胃泌激素是由胃窦的G细胞产生，其分泌由胃腔内的蛋白质刺激，pH值小于3抑制其分泌。胃泌激素促进胃动力、胃酸和胃蛋白酶原的分泌，还能促进胃黏膜细胞尤其是泌酸细胞的增殖。

小肠是食物消化和吸收最重要的部位，承担着营养物质的消化吸收功能。

a）管壁是环形皱襞，其上覆满绒毛，在组成绒毛的每个柱状上皮细胞顶端又有1700条左右的微绒毛，小肠微绒毛增大了小肠内壁的表面积，这样的结构可使小肠黏膜的总面积增加600倍，达到200～250m ²，几乎是一个成年人体表面积的130倍，如此巨大的表面积使营养物质能够在1～2小时内得以迅速吸收。当肠道出现问题，绒毛消失，就不能反馈刺激胰腺分泌消化酶，不能刺激胆汁的分泌。

b）绒毛内富含毛细血管、毛细淋巴管、平滑肌纤维和神经纤维网等结构。淋巴管贯穿绒毛中央，称作中央乳糜管。消化期内，小肠绒毛产生节律性的伸缩和摆动，可促进绒毛内毛细血管网和中央乳糜管内的血液和淋巴向小静脉和淋巴管流动，有利于吸收。

c）小肠黏膜每3～7天更新一次，是人体内增生、更新最活跃的组织。

d）肠腔并“不在身体内”。可以说它是上下都与外界相通的独立管道结构。它不仅有消化吸收的功能，还是负责帮助机体区分朋友和敌人，帮助我们区分吃进去的食物中哪些成分有益，哪些有害的第一道屏障。

e）小肠是始终处在运动状态的生理器官。

小肠是食物消化和吸收最重要的部位，小肠内的消化是整个消化过程中最重要的阶段。在小肠内，食物受到胰液、胆汁和小肠液的化学性消化和小肠运动的机械性消化。

a）胰液：胰液具有很强的消化能力，是最重要的消化液。胰液呈碱性，能够中和进入十二指肠的胃酸，保护肠黏膜免受强酸的侵蚀；此外，可为小肠内多种消化酶发挥作用提供最适宜的pH环境。胰液中的有机物主要是各种消化酶，包括消化淀粉、蛋白质和脂肪的水解酶。

胰淀粉酶不需要激活就具有活性，可将淀粉、糖原及大多数其他碳水化合物水解为糊精、麦芽糖和麦芽寡糖，但不能水解纤维素。在小肠内，淀粉与胰液接触约10分钟就能全部被水解，故胰淀粉酶的水解效率高、速度快。

胰液中重要的蛋白质水解酶是胰蛋白酶、糜蛋白酶和羧基肽酶，其中胰蛋白酶的含量最多。胰蛋白酶和糜蛋白酶作用相似，它们协同作用于蛋白质时，则可将蛋白质分解成小分子的多肽和氨基酸，多肽则可被羧基肽酶进一步分解成氨基酸。

正常情况下，胰液中的蛋白水解酶是在胰腺内以无活性的酶原形式分泌的，同时腺泡细胞还能分泌少量胰蛋白酶抑制物，防止胰腺自身被消化。当胰腺导管阻塞、痉挛或饮食不当引起胰液分泌急剧增加时，可因胰管内压力升高导致胰小管及胰腺腺泡破裂，胰蛋白酶原渗入胰腺间质而被组织液激活，出现胰腺组织的自身消化，从而发生急性胰腺炎。

脂类水解酶中胰脂肪酶是消化脂肪的主要酶类，但胰脂肪酶对脂肪的分解需要胰腺分泌的另一种酶——“辅脂酶”的参与。辅脂酶对胆盐微胶粒具有较高的亲和力，这一特性使胰脂肪酶、辅脂酶和胆盐形成复合物，有助于胰脂肪酶瞄定于脂滴表面发挥其分解脂肪的作用，防止胆盐将胰脂肪酶从脂肪表面清除出去。胰脂肪酶可将脂肪分解为甘油、甘油一酯及脂肪酸。

由于胰液中含有三大营养物质的消化酶，因而胰液是所有消化液中消化力最强、消化功能最全面的消化液。当胰液分泌缺乏时，即使其他消化腺的分泌功能正常，食物中的脂肪和蛋白质仍然不能完全被消化和吸收，常可引起脂肪泄；同时，也可使脂溶性维生素A、维生素D、维生素E、维生素K等吸收受到影响；但对糖的消化和吸收影响不大。

b）胆汁：成年人肝脏每天平均合成胆汁800～1000ml。肝细胞持续生产胆汁，胆汁生产后由肝管流出，经胆总管排入十二指肠，或转入胆囊管而储存于胆囊中，在消化期再由胆囊排至十二指肠。胆汁的有机成分有胆盐、胆色素、胆固醇、脂肪酸、卵磷脂和黏蛋白，胆汁中不含消化酶。

胆盐是由肝细胞分泌的胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸结合而形成的钠盐或钾盐，它是胆汁中参与脂肪消化和吸收的主要成分。在空肠末端有受体-介导的传输机制，确保在整个消化过程中胆汁酸的供应充足。胆盐随胆汁排至小肠后，约有95%在回肠末端被吸收入血，经门静脉进入肝脏再合成胆汁，而后又被排入肠内，这个过程称为胆盐的“肠-肝循环“。这个循环系统效率非常高，大约只有1%的胆汁损失掉最后进入粪便排出体外。如果肠道大量的胆汁进入粪便被排出体外，脂肪的消化将受到损害。

胆固醇是体内脂肪代谢的产物，占胆汁固体成分的4%，人体胆固醇的主要排泄途径是通过1%的非循环胆汁排泄实现的。用于降低胆固醇的胆汁酸螯合剂类药物，由于使过多的胆汁酸流失到粪便的原因，可能会导致脂肪消化能力变差、肝脏负担加重。而胆囊摘除的患者对于脂类的消化吸收功能会减弱。

正常情况下，胆汁中的胆盐、胆固醇和卵磷脂之间有适当的比例，这是维持胆固醇呈溶解状态的必要条件。当胆固醇分泌过多，或胆盐（更主要的是卵磷脂）减少时，胆固醇可析出而形成胆固醇结晶，这是形成胆结石的原因之一。

胆色素占胆汁固体成分的2%，是血红蛋白的分解产物。

胆汁主要作用如下：①乳化脂肪，促进脂肪消化分解；②促进脂肪的吸收；③促进脂溶性维生素的吸收；④胆汁还具有在十二指肠内中和胃酸；通过肝-肠循环而被重吸收的胆盐，可直接刺激肝细胞合成和分泌胆汁；微胶粒中的胆盐是胆固醇的有效溶剂，可防止胆固醇析出而形成胆固醇结晶结石。

高蛋白食物（如蛋黄、肉类）引起的胆汁排放量最多，高脂肪或混合性食物次之，糖类食物的作用最小。

c）小肠液：小肠中有两种腺体，即十二指肠腺和小肠腺。十二指肠腺位于十二指肠黏膜下层，分泌碱性液体，内含粘蛋白，其黏稠度很高，主要是防止十二指肠上皮受胃酸侵蚀；小肠腺又称李氏腺，分布于全部小肠的黏膜层，它是不分支的直管状腺，其分泌物构成了小肠液的主要成分。小肠液是这两种腺体分泌的混合液，是消化液中分泌量最大的，成人每日分泌量为1～3L。小肠液具有边分泌边吸收的特点，这种液体的交流为小肠内营养物质的吸收提供了媒介。小肠液中除水和电解质外，还含有黏液、免疫蛋白和两种酶，即能激活胰蛋白酶原的肠激酶和小肠淀粉酶。

d）小肠刷状缘酶：是由小肠上皮细胞刷状缘分泌的消化酶，它们是分解多肽为氨基酸的几种肽酶以及分解双糖为单糖的几种单糖酶，如麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等。有些人由于乳糖酶缺乏，在食用牛奶后发生乳糖消化吸收障碍，会出现腹胀、腹泻等症状。

吸收途径：

a）跨细胞途径：通过绒毛上皮细胞的腔面膜进入细胞，再经细胞的基膜和侧膜进入血液和淋巴，这是肠腔里的营养物质被吸收的主要途径。

b）旁细胞途径：通过上皮细胞间的紧密连接进入细胞间隙，再进入血液和淋巴，这是水吸收的正常方式，在这种方式下，电解质可与水一起通过“溶剂阻力”进入。上皮细胞有改变细胞间隙通透性的能力。

吸收机制：

a）第一种机制就是被动扩散，这是水分、短链脂肪酸和H ₂、CO ₂气体吸收的主要方式。被动扩散可以是双向的，可以从低浓度到高浓度扩散但要消耗能量。

b）第二种机制是载体转运，这种方式既可以主动也可以是被动，但都需要细胞膜的特定载体或转运蛋白来完成。最简单载体运输是易化扩散。载体蛋白可以调节，但运输方向是顺着浓度梯度进行的。主动的载体转运是消耗能量的一种运输方式，主要是葡萄糖的运转。

c）第三种吸收机制是胞饮作用。这是一个受体-介导过程，通常是吸收已被消化的蛋白质或其他大分子物质的方式。小的分子有可能和大分子一起混入复杂的液泡溶液当中，胞饮作用会受到单核苷酸多态性SNP和受体-介质过程的影响。

人类的大肠没有重要的消化功能，以前认为大肠的主要功能有三点：①吸收肠内容物中的水分和无机盐，参与机体对水、电解质平衡的调节；②吸收由结肠内的微生物合成的B族维生素和维生素K；③完成对食物残渣的加工，形成并暂时储存粪便，以及将粪便排出体外。现在认为大肠主要有两个功能：升结肠的发酵功能和降结肠的吸收功能。在升结肠，微生物能够使食糜中剩下的部分抗消化的糖类发酵，生成短链脂肪酸，作为肠上皮细胞活动的能量来源；微生物合成B族维生素和维生素K，并吸收。降结肠的主要功能是吸收水分和电解质，形成粪便。

大肠的分泌物富含黏液和碳酸氢盐，pH值为8.3～8.4，其主要作用在于其中的黏液蛋白，能够保护肠黏膜和润滑粪便。

大肠的运动少而缓慢，对刺激的反应也较迟缓，这些特点有利于粪便在大肠内暂时储存。排便反射受大脑皮层的意识控制，如果对便意经常予以制止，可使直肠对粪便压力刺激的敏感性逐渐降低，便意的刺激阈就会提高。粪便在大肠内滞留过久，水分吸收过多而干硬，引起排便困难和排便次数减少，称为便秘。另外，直肠黏膜由于炎症而敏感性提高，即使肠内只有少量粪便和黏液等，也可引起便意及排便反射，并在便后有排便未尽的感觉，临床上称“里急后重”，常见于痢疾或肠炎。

消化系统的主要作用是对食物进行消化和吸收，为机体的新陈代谢提供必不可少的营养物质、能量以及水和电解质，包括单糖、甘油一酯、脂肪酸、氨基酸、维生素、矿物质、水和植物营养素等可吸收的小分子物质的过程。食物中所含的营养物质，尤其是糖、蛋白质和脂肪，都以结构复杂的大分子形式存在，不能被人体直接利用，须在消化道内经消化而分解成结构简单的小分子物质，如氨基酸、甘油、脂肪酸和葡萄糖等，才能被机体吸收和利用。而维生素、无机盐和水不需分解就可直接被吸收利用。食物经消化后形成的小分子物质，以及维生素、无机盐和水通过消化道黏膜上皮细胞进入血液和淋巴的过程，称为吸收。消化和吸收是两个相辅相成、紧密联系的过程。

食物蛋白质的消化由胃开始，但主要是在小肠进行（图2-2），消化过程还可消除食物蛋白质的抗原性，避免引起过敏、毒性反应。食物蛋白质的消化、吸收是体内氨的主要来源。

食物蛋白质进入胃后经胃蛋白酶作用被水解生成多肽及少量氨基酸，食物在胃内停留的时间较短，因此对蛋白质的消化很不完全。在小肠中，不完全消化的蛋白质受胰液中的消化酶、肠黏膜上皮细胞刷状缘分泌的多种蛋白酶及肽酶的共同作用，进一步水解成寡肽和氨基酸。曾经认为，蛋白质只有水解为氨基酸后才能被吸收。现已证明，小肠内的寡肽（指由2～6个氨基酸残基组成的肽）也可被上皮细胞所摄取。氨基酸通过主动转运过程被吸收。

糖类化合物是由C、H、O三种元素组成，分子中H和O的比例为2∶1，与水分子的比例一样，故被称为碳水化合物。糖是人类食物的主要成分，约占食物总量的50%以上。糖类最主要的功能是提供能量；此外，糖还是机体重要的碳源，糖代谢的中间产物可转变成其他的含碳化合物，如氨基酸、脂肪酸、核苷等；糖也是组成机体组织结构的重要成分，例如蛋白聚糖和糖蛋白是构成结缔组织、软骨的基质，糖蛋白和糖脂是细胞膜的构成成分；糖与蛋白质、脂类的聚合物还在调节细胞间或细胞与其他生物物质的相互作用中发挥着重要的作用。

人类食物中的糖类主要包括植物淀粉、动物糖原、麦芽糖、蔗糖、乳糖和葡萄糖等，食物中的糖一般以淀粉为主。由于食物在口腔停留的时间很短，所以淀粉的消化主要在小肠内进行。在胰液的α-淀粉酶作用下，淀粉被水解为麦芽糖、麦芽三糖及含分支的异麦芽糖等。寡糖的进一步消化是在小肠黏膜刷状缘，由刷状缘酶水解进行（图2-3）。

糖被消化成单糖后才能在小肠被吸收，再经门静脉进入肝脏。各种单糖的吸收速率有很大差别，其中以半乳糖和葡萄糖的吸收为最快，果糖次之，甘露糖则最慢。葡萄糖的吸收是逆浓度梯度进行的主动转运过程，其能量来自钠泵的活动，属于继发性依赖于特定载体转运的、主动耗能的过程。果糖的吸收机制与葡萄糖不同，它是通过顶端膜上的非Na ⁺依赖性转运体转运，是一种不耗能的被动过程。

食物中含有的大量纤维素也是糖类的一种，纤维素需要β-糖苷酶的水解，而人体内没有β-糖苷酶，使得摄入的纤维素不能被消化吸收。但由于纤维素能起到平衡菌群、刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需的糖类，因而日益受到重视。

膳食中的脂类主要是脂肪，即甘油三酯，此外还含有少量磷脂、胆固醇等。甘油三酯的消化主要是在小肠，消化与吸收比较特殊。由于其不溶于水，而消化酶均为水溶性，因此甘油三酯必须先经胆汁酸盐的乳化才能进行消化，乳化过程发生在脂-水界面。在小肠内，脂类的消化产物脂肪酸、甘油一酯、胆固醇等很快与胆汁中的胆盐结合形成水溶性混合微胶粒，然后透过肠黏膜上皮细胞表面的静水层到达细胞的微绒毛。在这里，脂肪酸、甘油一酯、胆固醇等又逐渐地从混合微胶粒中释出，并通过微绒毛的细胞膜进入上皮细胞，而胆盐被留在肠腔内继续发挥作用。

胆汁酸盐是较强的乳化剂，能够降低脂-水界面的张力，使脂质乳化成非常细小的乳化微粒，增加消化酶对脂质的接触面积，有利于脂肪及类脂的消化和吸收。胰液及胆汁均分泌进入十二指肠，因此，小肠上段是脂类消化的主要场所（图2-4）。