Продвижение пищи по кишечному тракту по времени

Путь, который пища проделывает от входа в организм до выхода, длинный и извилистый. Чтобы человек получал все необходимые питательные вещества, внутри него неустанно работает завод по переработке под названием «Желудочно-кишечный тракт». Помните расхожую фразу: «Незаменимых не бывает»? Так вот этот не про пищеварительную систему. Здесь важен каждый элемент, и ни одному нет альтернативы. В этой статье мы рассказываем, как трудятся органы ЖКТ, чтобы еда из вашей тарелки превращалась в «молекулы жизни».

Каким бывает пищеварение

Пищеварение – это процесс превращения больших молекул пищи в маленькие водорастворимые молекулы, способные попасть в кровь и транспортироваться с ней к различным органам. Так, углеводы становятся глюкозой, белки – аминокислотами, а жиры – жирными кислотами и глицерином.

Пищеварение делится на:

• механическое – когда пища физически разбивается на мелкие части (во время пережевывания);
• химическое – когда пища перерабатывается кислотами и ферментами.

По мере продвижения по желудочно-кишечному тракту еда «сталкивается» с полыми и плотными органами. Полые – это рот, пищевод, желудок, тонкая и толстая кишка, задний проход. Твёрдые органы – это поджелудочная железа, печень и желчный пузырь (они замешивают в пищевой комок различные вещества, работают как химическая лаборатория).

Долгая дорога по желудочно-кишечному тракту

Длина желудочно-кишечного тракта взрослого человека составляет около восьми метров. Каждый кусочек пищи, который вы съедаете, «от» и «до» проходит этот долгий путь. А начинается пищеварение ещё до того, как вы успели положить еду в свой рот.

Рот

Запах или даже мысль о еде включает слюнные железы. Как только пища оказывается во рту, она увлажняется слюной – это первый этап химического пищеварения. В свою очередь, зубы и язык запускают процесс механического пищеварения.

Человеческая слюна на 98,5% состоит из воды, а также содержит муцин (формирует и склеивает пищевой комок), лизоцим (бактерицидный агент), ферменты амилазу и мальтазу, расщепляющие углеводы.

Когда вы закончите пережёвывать еду, она станет маленьким круглым шариком – болюсом. Болюс при помощи перистальтики пройдёт через глотку, верхний пищеводный сфинктер, пищевод и окажется в желудке.

Перистальтика — волнообразное сокращение стенок полых трубчатых органов (пищевода, желудка, кишечника и др.), способствующее продвижению их содержимого к выходным отверстиям.

Желудок

В желудке болюс подвергнется обработке желудочным соком, который состоит из двух основных компонентов:

• соляной кислоты – она убивает патогены, попавшие в организм вместе с пищей, и готовит болюс к перевариванию в кишечнике;
• пепсина – фермента, расщепляющего белки.

И соляная кислота, и пепсин могут повредить слизистую оболочку, поэтому природа защитила её плотным слоем слизи.

Перистальтика работает и в желудке: она помогает смешивать пищу с желудочным соком. Совсем немного соединений из пищи попадает в кровь на этом этапе пищеварения. Исключения – вода, алкоголь и нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП). Если говорить о спиртном и НПВП, то исключение досадное, потому что они оказывают на желудок повреждающее воздействие.

В желудке пища проводит в среднем один-два часа. Можно сказать, что желудок дожёвывает еду. При переходе в кишечник она представляет собой густую пасту, которую называют химусом.

Тонкая кишка

Двенадцатиперстная кишка – это первый отдел тонкой кишки. Здесь химус смешивается с ферментами, желчью и кишечным соком:

• желчь – вырабатывается печенью, помогает расщеплять жиры и накапливается в желчном пузыре;
• панкреатический сок – содержит коктейль из ферментов, в том числе трипсиногена, эластазы и амилазы;
• кишечный сок – эта жидкость активирует некоторые ферменты в соке поджелудочной железы. Он также содержит другие ферменты, слизь и гормоны.

Продвигаясь по двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишке, химус постепенно разрушается и питательные вещества всасываются в кровь.

У людей основная часть питательных веществ всасывается в тонкой кишке.

Толстая кишка

В толстой кишке происходит всасывание остатков воды, солей и питательных веществ из химуса. В результате он обезвоживается и превращается в каловые массы. В толстой кишке, в отличие от стерильного желудка, существует огромное количество бактерий. Они утилизируют оставшиеся неусвоенными компоненты. В результате процессов микробного гниения выделяются органические кислоты, углекислый газ, метан, сероводород, токсичные вещества – за их обезвреживание отвечает печень.

Ещё одна ключевая функция толстой кишки – она проталкивает каловые массы в направлении анального отверстия. Причём для этого ей нужно сделать всего 3-4 сокращения в день.

Прямая кишка

Прямая кишка действительно почти прямая, в отличие от тонкой и толстой (хотя сама по сути является завершающим отделом толстой кишки). Это нужно для того, чтобы фекалии могли беспрепятственно покидать организм.

В прямой кишке пищеварительный процесс завершается: происходит окончательное формирование каловых масс и их подготовка к эвакуации из организма. Заканчивается прямая кишка анальным отверстием.

Несмотря на то, что весь кишечник активно всасывает воду их химуса, фекалии на 65-80% состоят из воды. Количество кала за сутки в среднем варьируется от 200 гр (если в питании преобладают животные белки) до 500 гр (если в рационе много овощей и фруктов).

Сухая часть кала наполовину состоит из бактерий, наполовину – из выделений толстой кишки, клеточных остатков из ЖКТ и небольшого количества непереваренной пищи (в основном это клетчатка).

Достаточно часто приходится слышать вопрос, о том как долго будет происходить усвоение пищи после ее проглатывания. Ответов на просторе интернета на этот вопрос великое множество, и далеко не все из них корректные или обоснованные. Но на самом деле и сам вопрос, не настолько прост, как может показаться изначально. И дело тут не столько в недостаточной квалификации тех или иных авторов, а скорее в достаточно скудном кол-ве информации в доступных научных источниках на эту тему.

И да, уточню, речь пойдет не о всасывании и эффективном использовании того или иного нутриента до его достижения там адипоцитов, мышц, мышечной клетки и не про биохимию усвоения нутриентов и прочее, а именно о транспортировке пищи от момента ее жевания до момента ее попадания в толстый кишечник. Описывать факт дефекации я все же не буду (хотя и он достаточно подробно рассматривается в учебниках по физиологии человека).

Основная сложность корректного определения времени нахождения того или иного блюда в желудочно-кишечном тракте, заключается в достаточно широком спектре взаимосвязанных факторов: тип нутриента, их комбинация, кол-во поступающей пищи, индивидуальные особенности работы ферментативной системы человека, тип диеты, состояние здоровья, стрессовые факторы, репродуктивный статус, возраст, пол, температура пищи, сложность корректной оценки самого процесса и мн.др. Т.е. да, факторов оказывающих влияние достаточно много. К тому же пища поступающая в организм продвигается через пищеварительную систему не равномерно, где то под влияние определенных факторов быстрее, где то медленнее.

В качестве примера, можно посмотреть на следующий график, где на добровольце ученые в 1989 году изучали прохождение через ЖКТ добровольца смешанной пищи.

Camilleri M, Colemont LJ, Phillips SF, Brown ML, Thomforde GM, Chapman N, Zinsmeister AR. Human gastric emptying and colonic filling of solids characterized by a new method. Am J Physiol. 1989 Aug;257(2 Pt 1):G284-90.

Но опять же это индивидуальный случай, который неверно будет экстраполировать на каждого.

Или вот на схеме можно посмотреть время опорожнения желудка жидкости, и жидкой пищи.

Скорость опорожнения желудка. Martin Culen, Anna Rezacova, Josef Jampilek and Jiri Dohnal. Designing a dynamic dissolution method: A review of instrumental options and corresponding physiology of stomach and small intestine.ИТАК, ЧТО ЖЕ ГОВОРЯТ СУЩЕСТВУЮЩИЕ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ?

В большинстве своем те материалы которые я смог найти говорят примерно следующее (речь про ТВЕРДУЮ ПИЩУ, жидкая пища, и особенно менее обогащенная жирами и прочими плотными частицами пищи, покидает желудок и в целом усваивается достаточно быстро, вот тут я делал большой обзор про воду и пищеварение):
1. На пережевывание пищи (механическая обработка; при этом в ротовой полости основными процессами переработки пищи являются измельчение, смачивание слюной и набухание, в результате этих процессов из пищи формируется пищевой комок) уходит порядка 5-30 секунд [5,6,7].
2. Транспортировка в желудок по пищеводу занимает около 10 секунд [5,6].

3. Время нахождения пищи в желудке (твердые компоненты пищи не проходят через привратник до тех пор, пока не будут измельчены до частиц размером не более 2- 3 мм, 90% частиц, покидающих желудок, имеют в диаметре не более 0.25 мм. [6]) от 2 часов до 10 часов [5,6] (в некоторых источниках есть информация и про 24 часа, например некоторые виды вяленого мяса или даже сырого [7]). При этом где то 50% содержимого желудка покидает его через 3-4 часа (в среднем) [3].
4. Время нахождения в тонком кишечнике еще порядка 3-4 часов. Точнее как минимум порядка 50% пищевой массы покидают тонкий кишечник за это время.
5. Время нахождения в толстом кишечнике от 18 до 72 часов (у сельских жителей Африки, потребляющих много волокнистых веществ, среднее время эвакуации из толстого кишечника составляет 36 ч, а масса кала 480 гр, тогда как у жителей европейских городов соответствующие величины составляют 72 ч и 110 гр. [5]). Но частички пищи, находящиеся в центре химуса, могут проходить через толстый кишечник и за более короткое время [5].

Под спойлером можно прочитать более детально, хотя и это изложение достаточно лаконичное, о происходящих процесса в ходе описанных выше этапов.

[тут, тот самый спойлер …]“…В ротовой полости основными процессами переработки пищи являются измельчение, смачивание слюной и набухание. В результате этих процессов из пищи формируется пищевой комок. Помимо указанных физических и физико-химических процессов, в ротовой полости под действием слюны начинаются химические процессы, связанные с деполимеризацией.

Из-за слишком короткого пребывания пищи во рту, полного расщепления крахмала до глюкозы здесь не происходит, образуется смесь, состоящая, главным образом, из олигосахаридов.

Пищевой комок с корня языка через глотку и пищевод попадает в желудок, который представляет собой полый орган объемом в норме около 2 л. со складчатой внутренней поверхностью, вырабатывающей слизь и поджелудочный сок. В желудке пищеварение продолжается в течение 3,5-10,0 ч. Здесь происходят дальнейшее смачивание и набухание пищевого комка, проникновение в него желудочного сока, свертывание белков, створаживание молока. Наряду с физико-химическими, начинаются химические процессы, в которых участвуют ферменты желудочного сока…”
Пищевая химия: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям: 552400 ‘Технология продуктов питания’/ А.П. Нечаев, Светлана Евгеньевна Траубенберг, А.А. Кочеткова; Нечаев, Алексей Петрович.- 2-е издание, переработанное и исправленное. – СПб.: ГИОРД, 2003.- 640 с. : ил.5-901065-38-0, 3000 экз.

” … Твердые компоненты пищи не проходят через привратник желудка до тех пор, пока не будут измельчены до частиц размером не более 2- 3 мм, 90% частиц, покидающих желудок, имеют в диаметре не более 0.25 мм. Когда перистальтические волны достигают дистального участка антрального отдела, привратник сокращается.

Пилорический отдел, образующий самую узкую часть желудка … в месте его соединения с двенадцатиперстной кишкой, закрывается еще до того, как антральный отдел полностью отгораживается от тела желудка. Пища под давлением перемещается обратно в желудок, при этом твердые частицы трутся одна о другую и еще больше измельчаются.
Опорожнение желудка регулируется вегетативной нервной системой, интрамуральными нервными сплетениями и гормонами. В отсутствие импульсов от блуждающего нерва (например, при его перерезке) перистальтика желудка значительно ослабевает и опорожнение желудка замедляется. Перистальтика желудка усиливается под действием таких гормонов, как холецистокинин и, особенно, гастрин, и подавляется секретином, глюкагоном, ВИП и соматостатином.

Благодаря свободному прохождению жидкости через привратник скорость ее эвакуации зависит главным образом от разности давления в желудке и в двенадцатиперстной кишке, причем основным регулятором служит давление в проксимальном отделе желудка. Эвакуация из желудка твердых частиц пищи зависит главным образом от резистентности привратника, а следовательно, от размеров частиц. В регуляции опорожнения желудка помимо его наполнения, размеров частиц и вязкости содержимого играют роль рецепторы тонкого кишечника.

Кислое содержимое эвакуируется из желудка медленнее, чем нейтральное, гиперосмолярное содержимое медленнее, чем гипоосмолярное, а липиды (особенно содержащие жирные кислоты с цепями из более чем 14 углеродных атомов) медленнее, чем продукты расщепления белков (кроме триптофана). В регуляции эвакуации участвуют как нервные, так и гормональные механизмы, причем в ее угнетении особенно важную роль играет секретин.
Крупные твердые частицы не могут выводиться из желудка во время фазы пищеварительного опорожнения. Такие неперевариваемые частицы с диаметром более 3 мм могут проходить через привратник, только в голодную фазу при участии специального механизма миоэлектрического комплекса.
Базальная секреция кислоты в желудке происходит со скоростью 2–3 ммоля Н+ (ионы водорода) в час (…, а при наличии опухоли, секретирующей гастрин, она повышается в 10 20 раз). Максимальная скорость секреции на 1 кг веса составляет 10–35 ммоль Н + в час. У женщин эта величина несколько меньше, чем у мужчин. У больных с язвой двенадцатиперстной кишки среднее значение выше, чем у здоровых людей, однако существуют большие индивидуальные различия…”

Учебник «ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА», под редакцией Р. Шмидта и Г. Тевса, в 3-х томах, 3-е издание, том 3. Перевод с английского канд. мед. наук Н. Н. Алипова, д-р мед. наук В. Л. Быкова, канд. биол. наук М. С. Морозова, канд. биол. наук Ж. П. Шуранова, под редакцией акад. П. Г. Коспока. стр. 780

“… Процессы денатурации белков в последующем облегчают действие протеаз.

В желудке работают три группы ферментов: а) ферменты слюны – амилазы, которые действуют первые 30-40 с – до появления кислой среды; б) ферменты желудочного сока – протеазы (пепсин, гастриксин, желатиназа), расщепляющие белки до полипептидов и желатина; в) липазы, расщепляющие жиры.

Расщеплению в желудке подвергается примерно 10% пептидных связей в белках, вследствие чего образуются продукты, растворимые в воде. Продолжительность и активность действия липаз невелики, поскольку они обычно действуют только на эмульгированные жиры в слабощелочной среде. Продуктами деполимеризации являются неполные глицериды.

Из желудка пищевая масса, имеющая жидкую или полужидкую консистенцию, поступает в тонкий кишечник (общая длина 5-6 м), верхняя часть которого называется двенадцатиперстной кишкой (в ней процессы ферментативного гидролиза наиболее интенсивны).

В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию трех видов пищеварительных соков, которыми являются сок поджелудочной железы (поджелудочный или панкреатический сок), сок, вырабатываемый клетками печени (желчь) и сок, вырабатываемый слизистой оболочкой самой кишки (кишечный сок).
Секреция поджелудочного сока начинается через 2-3 мин после приема пищи и продолжается 6-14 ч, т.е. в течение всего периода пребывания пищи в двенадцатиперстной кишке.

Помимо поджелудочного сока, в двенадцатиперстную кишку из желчного пузыря поступает желчь, которую вырабатывают клетки печени. Она имеет слабощелочное значение рН и поступает в двенадцатиперстную кишку через 5-10 мин после приема пищи. Суточное выделение желчи у взрослого человека составляет 500-700 мл.

В полости двенадцатиперстной кишки под действием ферментов, секретируемых поджелудочной железой, происходит гидролитическое расщепление большинства крупных молекул – белков (и продуктов их неполного гидролиза), углеводов и жиров. [Znatоk Ne: кстати, вот тут можно почитать мой длинный опус о метаболизме жиров от момента их попадания в ротовую полость до их усвоения в адипоцитах] Из двенадцатиперстной кишки пища переходит в конец тонкого кишечника.

В тонком кишечнике завершается разрушение основных компонентов пищи. Кроме полостного пищеварения, в тонком кишечнике происходит мембранное пищеварение, в котором участвуют те же группы ферментов, расположенные на внутренней поверхности тонкой кишки. В тонком кишечнике происходит заключительный этап пищеварения – всасывание питательных веществ (продуктов расщепления макронутриентов, микронутриентов и воды). Подсчитано, что за час в тонком кишечнике может всасываться до 2-3 л жидкости, содержащей растворенные питательные вещества.

Подобно пищеварительным, транспортные процессы в тонком кишечнике распределены неравномерно. Всасывание минеральных веществ, моносахаридов и частично жирорастворимых витаминов происходит уже в верхнем отделе тонкого кишечника. В среднем отделе всасываются водо- и жирорастворимые витамины, мономеры белков и жиров, в нижнем – происходит всасывание витамина В12 и солей желчных кислот.

В толстом кишечнике, длина которого составляет 1,5-4,0 м, пищеварение практически отсутствует. Здесь всасываются вода (до 95%), соли, глюкоза, некоторые витамины и аминокислоты, продуцируемые кишечной микрофлорой (всасывание составляет всего 0,4-0,5 л в сутки). Толстый кишечник является местом обитания и интенсивного размножения различных микроорганизмов, потребляющих неперевариваемые остатки пищи, в результате чего образуются органические кислоты (молочная, пропионовая, масляная и др.), газы (диоксид углерода, метан, сероводород), а также некоторые ядовитые вещества (фенол, индол и др.), обезвреживающиеся в печени…”

Пищевая химия: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям: 552400 ‘Технология продуктов питания’/ А.П. Нечаев, Светлана Евгеньевна Траубенберг, А.А. Кочеткова; Нечаев, Алексей Петрович.- 2-е издание, переработанное и исправленное. – СПб.: ГИОРД, 2003.- 640 с. : ил.5-901065-38-0, 3000 экз.

“…При обычной для жителей развитых стран диете с низким содержанием в пище грубоволокнистых веществ время продвижения химуса от илеоцекальной заслонки до прямой кишки составляет 2-3 сут. Частички пищи, находящиеся в центре химуса, могут проходить через толстый кишечник за более короткое время. Время прохождения, равное 2 -3 сут, было установлено экспериментальным путем. Обследуемому давали вместе с пищей мелкие частицы контрольного вещества (маркера) и фиксировали время, необходимое для того, чтобы 80% маркера вышло с калом. При увеличении содержания в пище грубоволокнистых компонентов время эвакуации может сокращаться при одновременном увеличении массы кала. У сельских жителей Африки, потребляющих много волокнистых веществ, среднее время эвакуации из толстого кишечника составляет 36 ч, а масса кала 480 г, тогда как у жителей европейских городов соответствующие величины составляют 72 ч и 110 г. Большая продолжительность эвакуации из толстого кишечника свидетельствует о том, что его моторика является в основном непропульсивной. Сокращения циркулярных мышц не имеют упорядоченного поступательного характера; они могут наблюдаться одновременно в нескольких местах и служат скорее для перемешивания содержимого кишечника, чем для его продвижения. При последовательном сокращении циркулярных мышц двух соседних гаустр содержимое кишечника продвигается приблизительно на 10 см, но при этом движение может происходить как в проксимальном, так и в дистальном направлениях. В таком сокращении могут иногда участвовать более двух сегментов. На простые гаустральные сокращения приходится более 90% всей моторики толстого кишечника…”
Учебник «ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА», под редакцией Р. Шмидта и Г. Тевса, в 3-х томах, 3-е издание, том 3. Перевод с английского канд. мед. наук Н. Н. Алипова, д-р мед. наук В. Л. Быкова, канд. биол. наук М. С. Морозова, канд. биол. наук Ж. П. Шуранова, под редакцией акад. П. Г. Коспока. стр. 780

Значительным факторов осложняющим корректное определение времени усвоения пищи и ее нахождения в жкт, из описанных в самом начале заметки, является сам характер нутриента (я про белки, жиры и углеводы, конечно) и их комбинации. Установить какие то однозначные временные значения на людях, на самом деле достаточно сложно. Соответственно среди прочих способов определения времени усвоения тех или иных продуктов используются как опыты in vivo (т.е. в естественных условиях), так и in vitro (т.е. в искусственно созданной среде, приближенной к естественным условиям, это могут быть опыты “в пробирке”, в специализированных имитационных работу той или иной среды/ органа аппаратах).

Существует достаточно объемное исследование [4] (по кол-ву тестируемых нутриентов и их сочетаниям), в котором “in vitro” было изучено ориентировочное время усвоения тех или нутриентов и их сочетаний. Оно конечно же ориентировочное, и эти данные нельзя использовать как единственно верные, но сама по себе информация достаточно интересная. Правда она на английском языке, а переводить весь этот массив мне если честно было лень, ну да ладно, многие слова должны быть понятны и так, а если что не понятно, то любой он-лайн переводчик вам в помощь.

И да, если у вас будут появляться (или уже имеются) релевантные источники информации (я имею ввиду научная литература с точным указанием источника) о скорости усвоения тех или иных продуктов/ нутриентов/ их сочетаний, то буду раз получить эти данные и добавить в статью.

Sun Jin Hura, Beong Ou Limb, Eric A. Deckerc, D. Julian McClementsc. In vitro human digestion models for food applications. Food Chemistry. Volume 125, Issue 1, 1 March 2011, Pages 1–12

ССЫЛКИ:
1. НАГЛЯДНАЯ ФИЗИ0Л0ГИЯ | С. Зильбернагль, А. Деспопулос | Перевод с английского А. С. Беляковой, А. А. Синюшина | Москва | БИНОМ. Лаборатория знаний.
2. Camilleri M, Colemont LJ, Phillips SF, Brown ML, Thomforde GM, Chapman N, Zinsmeister AR. Human gastric emptying and colonic filling of solids characterized by a new method. Am J Physiol. 1989 Aug;257(2 Pt 1):G284-90.
3. “Gastrointestinal Transit: How Long Does It Take?” by R. Bowen.
4. Martin Culen, Anna Rezacova, Josef Jampilek and Jiri Dohnal. Designing a dynamic dissolution method: A review of instrumental options and corresponding physiology of stomach and small intestine.
5. Учебник «ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА», под редакцией Р. Шмидта и Г. Тевса, в 3-х томах, 3-е издание, том 3. Перевод с английского канд. мед. наук Н. Н. Алипова, д-р мед. наук В. Л. Быкова, канд. биол. наук М. С. Морозова, канд. биол. наук Ж. П. Шуранова, под редакцией акад. П. Г. Коспока.
6. Пищевая химия: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям: 552400 ‘Технология продуктов питания’/ А.П. Нечаев, Светлана Евгеньевна Траубенберг, А.А. Кочеткова; Нечаев, Алексей Петрович.- 2-е издание, переработанное и исправленное. – СПб.: ГИОРД, 2003.- 640 с. : ил.5-901065-38-0, 3000 экз.
7. “Food Structures, Digestion and Health” Edited by Mike Boland, Matt Golding and Harjinder Singh.