醫學生理學/胃腸生理學/分泌物
每天大約有 10 升液體透過胃腸道，其中只有 2 升是攝入的，其餘是系統本身的分泌物。大約一半（3.5 升）是由外分泌腺分泌的，包括唾液腺、胃和肝臟；另一半是由消化道本身的上皮細胞分泌的。幾乎所有這些液體都會被吸收，因此糞便顆粒中只有在腹瀉時才含有大量的液體。
為了便於理解，一個體重 70 公斤的男性大約有 42 升液體，因此這些分泌物大約佔身體體積的六分之一。迴圈系統大約有 3.5 升，因此這些分泌物是身體迴圈量的兩倍。腸道分泌物吸收失敗會導致迅速脫水和電解質失衡。
這些分泌物包括消化酶、粘液以及大量液體和離子。
| 每日分泌量 | pH | |
|---|---|---|
| 唾液 | 1000 | 6.0 - 7.0 |
| 胃 | 1500 | 1.0 - 3.0 |
| 布魯納氏腺（十二指腸） | 200 | 8.0 - 9.0 |
| 胰腺 | 1000-1500 | 8.0 - 8.3 |
| 膽汁 | 1000 | 7.8 |
| 小腸 | 1800 | 7.5 - 8.0 |
| 大腸 | 200 | 7.5 - 8.0 |
| 總計 | 6700-7200 |
胃腸道中有多種型別的腺體。
- 單細胞粘液腺和杯狀細胞。
- 凹陷腺。上皮向粘膜下層的內陷。在小腸中稱為利伯庫恩氏隱窩。
- 深管狀腺。這些腺體位於胃中，稱為胃腺，以及十二指腸的上部，稱為布魯納氏腺。
- 複雜腺體，包括唾液腺、胰腺和肝臟。唾液腺和胰腺是複合腺泡腺。
刺激是由於區域性效應、自主神經刺激和激素引起的。
食物的機械存在不僅會引起區域性刺激，還會引起相鄰區域的刺激。這可能是直接作用或透過腸神經系統引起的。
副交感神經的刺激總是會導致分泌增加。交感神經的刺激可能會增加某些分泌物，但通常會減少血流，這通常會減少整體分泌。
幾種不同的激素會影響分泌。這些激素將在分泌物的區域性回顧中進行研究。
消化酶是由腺體細胞分泌的，這些細胞會在分泌囊泡中儲存酶，直到它們準備釋放。這些細胞的特點是具有強大的粗糙內質網和大量的線粒體。從核糖體、內質網和高爾基體到分泌囊泡的物質傳遞大約需要 20 分鐘。
注意細胞基底側的神經纖維。
腺體分泌物還必須分泌水和電解質來配合有機物質。下圖顯示了最可能的機制。
- 在靜息狀態下，膜靜息電位約為 -30-40 mV
- 神經刺激會導致負氯離子的流入，使靜息電位降低 10-20 mV
- 鈉離子沿著電位梯度流動。細胞內容物變得高滲透壓。
- 水隨後進入。細胞內壓力增加。
- 壓力增加會開啟細胞頂端的孔，沖洗水和電解質。
微電極研究表明，整個過程大約持續一秒鐘！
下表總結了消化道消化酶
| 位置 | 酶名稱 | 作用 |
|---|---|---|
| 唾液腺 | 澱粉酶 舌脂肪酶 |
澱粉 甘油三酯（作用有限） |
| 胃 | 胃蛋白酶（胃蛋白酶原） 胃脂肪酶 |
蛋白質 |
| 胰腺 | 澱粉酶 脂肪酶和輔脂酶 |
澱粉 |
| 腸上皮 |
腸激酶 |
啟用胰蛋白酶 |
請注意，在胃和胰腺中，蛋白質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。這是為了防止自身消化。它們在腔內被啟用，在胰蛋白酶原和糜蛋白酶原的情況下，它們被小腸酶腸激酶啟用。
消化系統分泌了許多激素。以下是腸道分泌的最重要的激素的總結。
| 激素 | 分泌部位 | 靶器官 | 釋放刺激 | 作用 |
|---|---|---|---|---|
| 胃泌素 | 胃的G細胞 | 胃的組胺分泌細胞和壁細胞 | 腔內的肽 | 增加胃酸分泌和胃運動 |
| 膽囊收縮素（CCK） | 小腸的內分泌細胞 | 膽囊；胰腺；胃肌 | 十二指腸內的部分消化蛋白和脂肪酸 | 膽囊收縮；抑制胃排空；刺激胰腺酶分泌 |
| 促胰液素 | 小腸的內分泌細胞 | 胰腺；胃 | 十二指腸和小腸內的酸和部分消化蛋白和脂肪酸 | 刺激碳酸氫鹽分泌和胃蛋白酶釋放；抑制胃酸分泌、膽汁排洩 |
| 促胃動素 | 上小腸的內分泌細胞 | 幽門和十二指腸的平滑肌 | 禁食 | 刺激胃收縮（飢餓感） |
促胰液素在歷史上特別有趣，因為它是 1902 年發現的第一個激素
黏液是一種用於保護和潤滑的粘稠分泌物。它主要由糖蛋白組成。它由胃中的黏液細胞和小腸中的杯狀細胞產生。高達 25% 的腸上皮細胞是杯狀細胞。在口腔中，約 70% 的黏液由小唾液腺分泌。
黏液具有以下性質
- 粘附性，它很好地粘附在表面
- 足夠的體積以防止大多數食物顆粒與組織接觸
- 潤滑性好 - 對滑動的阻力很低
- 對消化酶有很強的抵抗力
- 中和特性。除了像緩衝液一樣的效果外，黏液還可以含有大量的碳酸氫鹽。
分泌的控制是由腸神經系統中的各種神經肽、副交感神經支配以及免疫系統中的細胞因子控制的。
顯示杯狀細胞的絨毛橫切面
7 升分泌物中很大一部分由水和離子組成。離子組成因區域而異。
- 唾液腺的腺泡分泌富含鈉和氯的物質，當它沿著腺體的管腔和導管向下流動時，這種物質會變成富含鉀和碳酸氫鹽的物質
- 胃的壁細胞分泌鹽酸
- 胃的黏液細胞分泌富含碳酸氫鹽的黏液
- 胰腺導管和小導管分泌富含碳酸氫鹽的溶液
- 小腸的利伯庫恩隱窩分泌的溶液幾乎與間質液沒有區別。
唾液腺包括腮腺、下頜下腺和舌下腺，以及許多分泌漿液性和黏液性分泌物的小型頰腺。腮腺分泌物主要為漿液性，頰腺分泌物為黏液性，舌下腺和下頜下腺分泌物為兩者混合物。腺泡分泌蛋白質和與間質液一致的液體，導管交換鈉以獲得鉀，並交換碳酸氫鹽以獲得氯，留下富含鉀和碳酸氫鹽離子的唾液。
這些腺體每天分泌 800-1500 毫升唾液。
鈉離子被主動重吸收，鉀離子被主動分泌到細胞腔側，鈉離子過量重吸收導致 -70 mV 梯度。這導致氯離子被動重吸收。碳酸氫鹽離子既是被動交換，又是主動交換以獲得氯。這在下圖中得到了說明。
唾液中含有酶唾液澱粉酶，一種用於分解碳水化合物的澱粉酶，以及脂肪酶。
口腔中含有許多細菌，唾液的一個重要功能是口腔衛生。唾液中含有硫氰酸鹽，一種強效抗菌劑。唾液中的脂肪酶也會分解細菌細胞壁，並促進硫氰酸鹽進入細菌。
事實上，脂肪酶對食物的消化並不重要，大多數脂肪消化發生在胰腺酶的作用下，但在其抗菌和口腔衛生作用中很重要。
唾液分泌受來自腦幹唾液核的副交感神經系統控制。誘導唾液分泌的因素包括
- 味覺刺激，尤其是酸味
- 高階中樞，特別是食慾預期、氣味和視覺線索
- 作為對胃和上消化道訊號的反應，特別是刺激性刺激。唾液分泌也可能作為嘔吐的前兆發生。
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舍格倫綜合徵是一種自身免疫性疾病，免疫細胞攻擊唾液腺和淚腺。這會導致口腔衛生問題，並導致大量齲齒。
食道分泌物完全是黏液性的，有助於食物透過，並保護食道下端免受胃反流。
成年人的胃每天分泌約1500毫升的胃液，其中包含**鹽酸**、**富含碳酸氫鹽的粘液**和消化激素前體**胃蛋白酶原**。胃蛋白酶原在胃酸的作用下被啟用為其活性形式**胃蛋白酶**。G細胞也分泌激素**胃泌素**。
胃的胃小凹開口於分支腺體：胃竇部的**幽門腺**；胃底和胃體的**胃腺**或**壁細胞**（酸形成）腺體。這裡顯示了壁細胞腺體的示意圖（另請參見解剖學）。
壁細胞或壁細胞分泌鹽酸；主細胞或主細胞分泌胃蛋白酶原；粘液細胞分泌富含碳酸氫鹽的粘液；G細胞（僅存在於幽門腺體中）分泌胃泌素激素。
壁細胞或壁細胞含有大量的細胞內**小管**，這裡顯示了示意圖。
分泌酸的pH約為0.8，氫離子濃度約為動脈血的300萬倍。要達到這種濃度水平需要大量的能量，大約每升分泌物需要1500卡路里。這裡以示意圖的方式說明了氫離子形成的機制。
- 在碳酸酐酶的酶作用下，二氧化碳和水進入細胞並結合形成碳酸。
- 碳酸氫鹽在細胞基底側被主動排洩，並與氯離子交換。
- 鉀離子在細胞頂端側與氫離子交換。
- 氯離子（圖中未顯示）也被主動分泌。
壁細胞或壁細胞也分泌**內因子**，這是一種對小腸吸收**維生素B12**至關重要的物質。在*慢性胃炎*中，它可能無法分泌，從而導致*惡性貧血*。
富含鹼性碳酸氫鹽的粘液分泌保護胃免受胃液中鹽酸的侵蝕。
碳酸氫鹽離子由下面所示的機制產生。
- 在碳酸酐酶的酶作用下，二氧化碳和水進入細胞並結合形成碳酸。
- 氫離子在細胞基底側被主動分泌，並與鈉離子交換。
- 碳酸氫鹽離子在細胞頂端側或腔面被主動分泌，並與氯離子交換。
胃蛋白酶原由腺體的**主細胞**或**主細胞**分泌。
首次分泌的胃蛋白酶原是無活性的，但與酸接觸會將其轉化為活性形式**胃蛋白酶**，方法是裂解胃蛋白酶原分子。胃蛋白酶在pH值為1.8到3.5之間時活性最高。
壁細胞與稱為**嗜鉻細胞樣細胞**（ECL）的產生組胺的細胞密切相關，後者分泌**組胺**。這些細胞直接與壁細胞腺體接觸釋放組胺，並促進HCl的分泌。這種複合物的啟用受激素（胃泌素）和神經控制。
- **胃泌素**由胃竇部的**G細胞**分泌，是組胺/酸複合物最有效的刺激劑，它對蛋白質的存在有反應。胃泌素不僅透過血流攜帶，而且也直接進入胃小凹腔，並具有直接刺激作用。
- 組胺/HCl複合物也被迷走神經釋放的**乙醯膽鹼**啟用。
- 其他物質也控制酸分泌，主要是透過它們對胃泌素產生的作用。
減緩胃排空（在考慮*運動*時已經討論過）的因素也會減少胃泌素的產生，從而減少酸分泌。
胃蛋白酶原的分泌響應兩個訊號發生。
- 迷走神經釋放乙醯膽鹼
- 胃酸對主細胞分泌的刺激，可能不是直接的，而是透過腸神經系統
小腸上段分泌激素**膽囊收縮素**和**促胰液素**、粘液、腸道消化液，以及可能還有酶。小腸每天以約1800毫升的速度分泌消化酶。小腸分泌物的pH平均值為7.5到8.0。
**膽囊收縮素（CCK）**對小腸上段，尤其是十二指腸中的脂肪和肽有反應而分泌。CCK的作用包括
- 胰腺酶的分泌
- 膽囊收縮
- 奧迪括約肌鬆弛
- 幽門括約肌張力增加，抑制胃排空
**促胰液素**對十二指腸中酸的存在有反應而釋放。促胰液素的作用包括
- 膽道和膽囊管分泌大量富含碳酸氫鹽的液體
- 布倫納腺體分泌富含鹼性的粘液
- 幽門括約肌張力增加，抑制胃排空
十二指腸的前幾釐米，在胃幽門和肝胰壺腹之間，含有許多稱為**布倫納腺體**的複合粘液腺體。這些腺體分泌富含鹼性的粘液 - pH值為8.0到8.9 -，以應對各種刺激。
- 區域性刺激和酸的存在
- 迷走神經刺激
- 胃腸道激素，尤其是**促胰液素**。
分泌富含鹼性的粘液的機制類似於之前討論過的胃的機制。
胃潰瘍和十二指腸潰瘍主要是由於保護性的鹼性粘液屏障的破壞造成的。
以下因素已被確定為病因。
- 非甾體抗炎藥（**NSAIDs**）。
- **細菌** *幽門螺旋桿菌*。
- 過量的酸分泌，會超過防禦能力。這尤其可能發生在*佐林格-埃裡森綜合徵*中，該綜合徵是由胃或十二指腸中可能產生的分泌胃泌素的良性**腫瘤**引起的。
有趣的是，交感神經刺激會*抑制*布倫納細胞的分泌，因此這可能是“亢奮”性格與他們易患十二指腸潰瘍之間的聯絡。分泌的粘液可能更少，使十二指腸更容易受到胃酸和胃蛋白酶的侵蝕。
這些位於小腸整個表面，靠近絨毛。它們分泌出大量與組織間液幾乎相同的溶液。分泌機制尚不清楚，但一種假設在這裡進行了說明，它與之前描述的假設只有細微的差別。
鈉離子和氯離子被泵入細胞；水透過滲透作用進入；氯離子被主動泵入腔；水和鈉從細胞本身進入，或者可能透過“滲漏”的緊密連線透過。
絨毛表面覆蓋著杯狀細胞。大約四分之一到二分之一的絨毛細胞產生粘液。
小腸分泌物中不含細胞碎片，幾乎不含酶！因此，酶要麼被隔離在細胞內，要麼可能附著在刷狀緣上。無論哪種情況，它們都不會被沖刷到腔內，而是保持在區域性。
分泌幾乎完全由區域性腸神經反射產生，以響應區域性刺激。
胰腺是一個大型的內分泌和外分泌腺，位於胃後方的腹膜後間隙。腺體的內分泌部分從胰島分泌胰島素和胰高血糖素（見組織學縮圖）。胰腺的這一功能將在其他地方進行討論。胰腺的顯微結構與唾液腺相似，腺泡分泌酶，而小導管和大導管分泌大量富含碳酸氫鹽的汁液。這些汁液沿胰管流向十二指腸的第二部分，在那裡透過被Oddi括約肌保護的Vater壺腹排出。
腺泡分泌的酶包括蛋白水解酶、澱粉酶和脂肪酶。為了防止自身消化，所有蛋白水解酶都以非活性形式分泌（見下文）。
下表總結了胰腺分泌的消化酶
| 組 | 酶 | 底物 |
|---|---|---|
| 碳水化合物和澱粉 | 澱粉酶 | 澱粉 |
| 脂肪 | 脂肪酶和輔脂酶 磷脂酶 |
甘油三酯 磷脂 |
| 蛋白質和肽 | 胰蛋白酶（胰蛋白酶原） 糜蛋白酶（糜蛋白酶原）羧肽酶 |
肽 |
- 澱粉酶將碳水化合物（除纖維素外）分解為二糖和一些三糖。
- 蛋白水解酶以非活性形式分泌，以防止自身消化，它們在小腸中轉化為活性形式。胰蛋白酶被腸道粘膜分泌的腸激酶啟用；
- 胰蛋白酶然後啟用糜蛋白酶原
- 脂肪酶將脂肪轉化為脂肪酸和甘油單酯
- 磷脂酶從磷脂中分離脂肪酸
- 膽固醇酯酶水解膽固醇酯
分泌蛋白水解酶的細胞也會分泌另一種物質，稱為胰蛋白酶抑制劑。這可以防止在細胞或導管中可能形成的任何胰蛋白酶變得活躍，或啟用其他酶。然而，如果胰腺受損或胰管阻塞，則胰蛋白酶抑制劑的作用可能會被克服，並可能發生非常嚴重的急性胰腺炎。如果腸道內容物透過Vater壺腹逆流，也會發生這種情況。關於急性胰腺炎的維基百科文章
作為對激素促胰液素的反應，胰腺的導管和小導管會分泌大量富含碳酸氫根離子的溶液。其機制類似於胃粘液細胞，不同之處在於還會產生大量液體。
- 在碳酸酐酶的酶作用下，二氧化碳和水進入細胞並結合形成碳酸。
- 氫離子在細胞基底側被主動分泌，並與鈉離子交換。
- 碳酸氫鹽離子在細胞頂端側或腔面被主動分泌，並與氯離子交換。
- 鈉離子和水離子的流動要麼透過“洩漏”的緊密連線被動地進行，要麼透過細胞以“水和電解質分泌”中描述的機制進行。
與胃分泌物一樣，胰分泌物也可以分為三個階段
- 腦期
- 胃期
- 腸期
腦期發生在我們思考或預期食物時。它由迷走神經介導。它會導致大約 20% 的酶分泌，但由於這種分泌沒有伴隨液體分泌，因此酶不會被沖刷出來，並且往往會留在導管中。
胃期發生在食物進入胃時，同樣由神經刺激介導。這佔另外 5-10%，並且在沒有漿液流的情況下，這些分泌物往往會留在導管中。
腸期發生在食物進入小腸時，由於激素促胰液素的作用，漿液性胰分泌變得豐富。
三種基本刺激控制胰分泌
- 來自迷走神經的副交感神經和腸神經系統的膽鹼能神經的乙醯膽鹼。
- 在十二指腸和上段小腸分泌的膽囊收縮素
- 促胰液素，也在十二指腸和上段空腸分泌。
下圖總結了控制胰分泌的因素。
乙醯膽鹼和膽囊收縮素會導致消化酶分泌，但這些酶往往會留在腺體中，因為沒有分泌物將它們沖刷出來。
促胰液素會導致大量富含碳酸氫鈉的液體分泌，這些液體將酶沖刷到小腸中，並中和胃中的鹽酸。
2HCl + Na2CO3 --> 2NaCl + H2CO3 --> H2O + CO2
碳酸（弱酸）立即解離成二氧化碳和水。二氧化碳被吸收到血流中。
胰酶在 pH 值為 7-8 之間工作得最好。碳酸氫鈉的 pH 值約為 8。
每天分泌約 1500 毫升膽汁。膽汁由肝臟的肝細胞持續分泌，如果消化不需要立即使用，則會儲存在膽囊中。在這裡，它們會濃縮至 15 倍。最初，膽汁液體的電解質濃度與間質液基本相同，但在濃縮過程中，會重新吸收大量電解質（但不是 Ca 離子）。
當十二指腸中存在脂肪時，會分泌膽囊收縮素，它會導致膽囊強烈收縮和Oddi括約肌鬆弛，將膽汁推進小腸。迷走神經刺激可以產生類似但次要的影響。
膽汁中含有膽汁酸，這是一種乳化劑，對脂肪的消化和吸收至關重要；還有膽紅素、膽固醇和脂肪酸
| 水 | 97% |
| 膽汁酸 | 0.7% |
| 膽汁色素 | 0.2% |
| 膽固醇 | 0.07% |
| 無機鹽 | 0.7% |
| 脂肪酸 | 0.15% |
| 脂肪 | 0.1% |
| 卵磷脂 | 0.1% |
下圖顯示了肝小葉的示意圖。血液透過肝門靜脈和肝動脈的分支輸送到小葉。然後，它流過竇狀隙，沐浴著肝細胞，流向小葉的中央靜脈，這是肝靜脈的一個分支，流入下腔靜脈。肝細胞將膽汁分泌到肝細胞之間的膽小管中，這些膽小管匯聚到膽管的分支中。
膽汁由肝細胞持續分泌。分泌的液體部分是富含鈉和碳酸氫根離子的水性物質，由膽汁系統的導管新增，這種分泌是由促胰液素刺激的。渥太華大學的組織學幻燈片
膽汁酸由胃腸系統迴圈利用。大約 95% 的膽汁酸從迴腸末端重新吸收，並透過門靜脈系統返回肝臟。此外，一些膽汁酸是由大腸中的細菌作用產生的，這些膽汁酸也返回肝臟。
肝臟每天製造約 0.2 克膽汁鹽，總的膽汁鹽庫約為 3.5 克，因此迴圈利用非常重要。迴圈利用每天發生 6-8 次，或每餐大約兩次。如果迴腸末端被切除，或受克羅恩病等疾病的影響，脂肪消化將嚴重受損，脂肪溶性維生素的吸收不良也會發生。
下圖總結了膽汁分泌的調節
大腸的主要功能是吸收液體並形成糞便。大約 1-2 升液體進入大腸，其中大部分被吸收，每天只有約 200 毫升被排出體外。大腸每天分泌約 200 毫升液體，主要是以粘液的形式。
大腸可以產生大量的水和電解質，以應對刺激，例如感染。這會導致脫水，但也有利於清除刺激物。