Kwas żołądkowy - Gastric acid
Kwas żołądkowy , sok żołądkowy , albo kwasu żołądkowego , jest płynem pokarmowego uformowany w błony śluzowej żołądka . Kwas żołądkowy o pH od 1 do 3 odgrywa kluczową rolę w trawieniu białek poprzez aktywację enzymów trawiennych , które wspólnie rozkładają długie łańcuchy aminokwasów białek. Kwas żołądkowy jest regulowany w systemach sprzężenia zwrotnego, aby w razie potrzeby zwiększyć produkcję, na przykład po posiłku. Inne komórki w żołądku produkują wodorowęglan , bazę, która buforuje płyn, zapewniając uregulowane pH. Komórki te wytwarzają również śluz – lepką barierę zapobiegającą uszkodzeniu żołądka przez kwas żołądkowy. Trzustki ponadto wytwarza duże ilości wodorowęglanu i wydziela wodorowęglan przez przewód trzustkowy do dwunastnicy w celu zobojętnienia kwasu żołądkowego przechodzącym przez przewód pokarmowy .
Aktywnymi składnikami kwasu żołądkowego są protony i chlorki. Często w uproszczeniu określany jako kwas chlorowodorowy , gatunki te są wytwarzane przez komórki okładzinowe w gruczołach żołądkowych w żołądku. Wydzielanie jest procesem złożonym i stosunkowo kosztownym energetycznie. Komórki okładzinowe zawierają rozległą sieć wydzielniczą (zwaną kanalikami ), z której „kwas solny” jest wydzielany do światła żołądka. pH kwasu żołądkowego w świetle żołądka człowieka wynosi 1,5 do 3,5, poziom utrzymywany przez pompę protonową H + /K + ATPaza . W tym procesie komórka ciemieniowa uwalnia wodorowęglan do krwiobiegu, co powoduje chwilowy wzrost pH krwi, znany jako przypływ alkaliczny .
Silnie kwaśne środowisko w świetle żołądka powoduje degradację białek (np. żywności). Wiązania peptydowe , które zawierają białka, są labilizowane. Do żołądka komórek głównych enzymów w żołądku wydzielają do rozpadu białka (nieaktywne pepsynogenu i w niemowlęctwie renina ). Niskie pH aktywuje pepsynogen do enzymu pepsyny , który następnie wspomaga trawienie poprzez rozerwanie wiązań aminokwasowych w procesie zwanym proteolizą . Ponadto wiele drobnoustrojów ulega zahamowaniu lub zniszczeniu w środowisku kwaśnym, zapobiegając infekcji lub chorobom.
Wydzielanie
Typowy żołądek dorosłego człowieka wydziela około 1,5 litra kwasu żołądkowego dziennie. Wydzielanie kwasu żołądkowego odbywa się w kilku etapach. Jony chlorkowe i wodorowe są wydzielane oddzielnie z cytoplazmy komórek okładzinowych i mieszane w kanalikach. Kwas żołądkowy jest następnie wydzielany do światła gruczołu żołądkowego i stopniowo dociera do głównego światła żołądka. Dokładny sposób, w jaki wydzielany kwas dociera do światła żołądka jest kontrowersyjny, ponieważ kwas musi najpierw przejść przez warstwę śluzu żołądka o stosunkowo neutralnym pH.
Jony chlorkowe i sodowe są aktywnie wydzielane z cytoplazmy komórki okładzinowej do światła kanalika. Stwarza to ujemny potencjał między -40 a -70 mV w błonie komórkowej okładzinowej, co powoduje dyfuzję jonów potasu i niewielkiej liczby jonów sodu z cytoplazmy do kanalików komórek okładzinowych.
Enzym anhydraza węglanowa katalizuje reakcję między dwutlenkiem węgla a wodą w celu wytworzenia kwasu węglowego . Kwas ten natychmiast dysocjuje na jony wodorowe i wodorowęglanowe. Jony wodorowe opuszczają komórkę przez pompy antyporterowe H + /K + ATPazy .
Jednocześnie jony sodu są aktywnie wchłaniane. Oznacza to, że większość wydzielanych jonów K + i Na + powraca do cytoplazmy. W kanaliku wydzielane jony wodorowe i chlorkowe mieszają się i są wydzielane do światła gruczołu tlenowego.
Najwyższe stężenie, jakie kwas żołądkowy osiąga w żołądku to 160 mM w kanalikach. To około 3 miliony razy więcej niż w przypadku krwi tętniczej , ale prawie dokładnie izotoniczne z innymi płynami ustrojowymi. Najniższe pH wydzielanego kwasu wynosi 0,8, ale kwas jest rozcieńczany w świetle żołądka do pH między 1 a 3.
Pomiędzy posiłkami występuje niewielkie ciągłe podstawowe wydzielanie kwasu żołądkowego, zwykle poniżej 10 milirównoważników na godzinę.
Wydzielanie kwasu żołądkowego ma trzy fazy, które zwiększają tempo wydzielania w celu strawienia posiłku:
- Faza głowowa : Trzydzieści procent całkowitej ilości wydzieliny żołądkowej, która ma zostać wytworzona, jest stymulowane przez przewidywanie jedzenia oraz zapach lub smak jedzenia. Ta sygnalizacja zachodzi z wyższych ośrodków w mózgu poprzez nerw błędny (nerw czaszkowy X) . Aktywuje komórki okładzinowe do uwalniania kwasu i komórki ECL do uwalniania histaminy . Nerwu błędnego (CN X) również komunikaty uwalniającego gastrynę peptydu na komórkach G . Wreszcie, również hamuje somatostatyny uwalnianie z komórek D .
- Faza żołądkowa : w tej fazie wydziela się około sześćdziesiąt procent całkowitej ilości kwasu potrzebnego do posiłku. Wydzielanie kwasu jest stymulowane przez wzdęcie żołądka oraz aminokwasy obecne w pożywieniu.
- Faza jelitowa : Pozostałe 10% kwasu jest wydzielane, gdy treści pokarmowe wnika do jelita cienkiego i są stymulowane przez rozdęcie jelita cienkiego i aminokwasy . Komórki dwunastnicy uwalniają enterooksyntynę, która działa na komórki okładzinowe bez wpływu na gastrynę.
Regulacja wydzielania
Produkcja kwasu żołądkowego jest regulowana zarówno przez autonomiczny układ nerwowy, jak i kilka hormonów . Przywspółczulny układ nerwowy , przez nerw błędny , a hormon gastryna stymuluje komórkach okładzinowych do wytwarzania kwasu żołądkowego, zarówno bezpośrednio działając na komórkach okładzinowych i pośrednio przez stymulację wydzielania hormonu histaminy z enterochromaffine przypominających komórki (ECL) . Wazoaktywny peptyd jelitowy , cholecystokinina i sekretyna hamują produkcję.
Produkcja kwasu żołądkowego w żołądku jest ściśle regulowana przez regulatory dodatnie i mechanizmy ujemnego sprzężenia zwrotnego . Cztery typy komórek są zaangażowane w tym procesie: komórek okładzinowych komórek G , komórkach D oraz komórkach enterochromaffine podobne. Poza tym na wydzielanie znacząco wpływają zakończenia nerwu błędnego (CNX) i śródścienny splot nerwowy w przewodzie pokarmowym.
Zakończenia nerwowe w żołądku wydzielają dwa stymulujące neuroprzekaźniki : acetylocholinę i peptyd uwalniający gastrynę . Ich działanie jest zarówno bezpośrednie na komórkach okładzinowych, jak i pośredniczy poprzez wydzielanie gastryny z komórek G i histaminy z komórek enterochromafinowych. Gastrin działa również bezpośrednio i pośrednio na komórki okładzinowe, stymulując uwalnianie histaminy.
Uwalnianie histaminy jest najważniejszym pozytywnym mechanizmem regulacji wydzielania kwasu żołądkowego w żołądku. Jej uwalnianie jest stymulowane przez gastrynę i acetylocholinę oraz hamowane przez somatostatynę .
Neutralizacja
W dwunastnicy kwas żołądkowy jest neutralizowany przez wodorowęglany . Blokuje to również enzymy żołądkowe, które mają swoje optimum w kwasowym zakresie pH . Sekretyna pobudza wydzielanie wodorowęglanów z trzustki . Ten hormon polipeptydowy jest aktywowany i wydzielany z tak zwanych komórek S w błonie śluzowej dwunastnicy i jelita czczego, gdy pH w dwunastnicy spada poniżej 4,5 do 5,0. Neutralizację opisuje równanie:
- HCl + NaHCO 3 → NaCl + H 2 CO 3
Kwas karboksylowy szybko równoważy się z dwutlenku węgla i wody, za pomocą katalizy anhydrazy węglanowej enzymów związanych z jelitem nabłonka błony śluzowej, co prowadzi do sieci uwalniania dwutlenku węgla w układzie światło przewodu związanych z zobojętniania. W chłonnym jelicie górnym, takim jak dwunastnica, zarówno rozpuszczony dwutlenek węgla, jak i kwas węglowy mają tendencję do równoważenia się z krwią, co prowadzi do tego, że większość gazu wytwarzanego podczas neutralizacji jest wydychana przez płuca.
Rola w chorobie
W hipochlorhydrii i achlorhydrii w żołądku występuje niski poziom kwasu żołądkowego lub jego brak, co potencjalnie prowadzi do problemów, ponieważ właściwości dezynfekujące światła żołądka są zmniejszone. W takich warunkach istnieje większe ryzyko infekcji przewodu pokarmowego (np. infekcja bakteriami Vibrio lub Helicobacter ).
W zespole Zollingera-Ellisona i hiperkalcemii dochodzi do zwiększonego stężenia gastryny , co prowadzi do nadmiernego wytwarzania kwasu żołądkowego, co może powodować wrzody żołądka .
W chorobach charakteryzujących się nadmiernymi wymiotami u pacjentów rozwija się hipochloremiczna zasadowica metaboliczna (obniżona kwasowość krwi przez H + i niedobór chloru ).
Farmakologia
Enzym pompy protonowej jest celem inhibitorów pompy protonowej , stosowanych w celu zwiększenia pH żołądka (a tym samym zmniejszenia kwasowości żołądka) w chorobach, w których występuje nadmiar kwasu. H 2 antagoniści pośrednio zmniejszają wydzielanie kwasu żołądkowego. Środki zobojętniające kwas neutralizują istniejący kwas.
Historia
Rolę kwasu żołądkowego w trawieniu ustalił w latach 20. i 30. XIX wieku William Beaumont na Alexis St. Martin , który w wyniku wypadku miał przetokę (dziurę) w żołądku, co pozwoliło Beaumontowi obserwować proces trawienia i ekstrakcji kwasu żołądkowego, sprawdzając, czy kwas odgrywa kluczową rolę w trawieniu.