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第四节 营养素的吸收和废物排泄
食物经消化后形成的小分子物质通过消化道进入血液或淋巴,被机体细胞所利用的过程,称为吸收(absorption),未被吸收的食物残渣以粪便的形式被排出体外。机体摄取食物进行消化分解,吸收各种营养素及其他有益的食物成分,在体内进行代谢。在此过程中为各个组织器官提供必需的营养素和能量,满足机体生长、发育、繁殖、修复、运动等各种生命活动的需要。同时,产生CO 2、水以及各种代谢废物,通过呼吸、排尿等不同途径排出体外。
一、营养素的吸收
消化道不同部位的吸收能力和吸收速度不同,主要取决于各部分消化道的组织结构,以及食物在各部位被消化的程度和停留的时间。食物在口腔和食管内一般不被吸收,胃仅能吸收乙醇和少量水。小肠是吸收的主要部位,蛋白质、脂肪和碳水化合物的消化产物大部分在十二指肠和空肠被吸收,回肠可主动吸收胆盐和维生素B 12。食物中大部分营养物质在到达回肠时已被吸收,因此回肠是吸收功能的储备部分。小肠内容物在进入大肠后可被吸收的物质已非常少。大肠可吸收其内容物中80%的水分、90%的Na +和Cl -以及其他矿物质。
(一)小肠的吸收
食物在小肠内停留的时间较长(3~8小时),且已被消化为适于吸收的小分子物质,这些都是小肠在吸收中发挥作用的有利条件。
1.吸收途径
营养物质和水可通过两条途径进入血液或淋巴:一是跨细胞途径,通过绒毛柱状上皮细胞的腔面膜进入细胞,再通过细胞基底侧膜进入血液或淋巴;二是细胞旁途径,通过相邻上皮细胞之间的紧密连接进入细胞间隙,然后转入血液或淋巴。
在小肠中被吸收的物质不仅包括经口摄入的食物成分和水,还包括各种消化腺分泌入消化道内的水、矿物质和某些有机成分。正常情况下,小肠每日可吸收数百克小分子碳水化合物、100g以上脂肪酸、50~100g氨基酸和50~100g离子等。实际上,小肠吸收的能力远超这些,因而具有巨大的储备能力。
2.吸收形式
小肠细胞膜的吸收作用主要依靠被动转运与主动转运来完成(图1-1-15)。
图1-1-15 营养素的吸收形式
引自:Whitney E,Rolfes SR. Understanding Nutrition. 13th Edition. Belmont:Wadsworth Cengage Learning,2012.
(1)被动转运过程:
主要包括被动扩散、易化扩散、滤过、渗透等作用。
1)被动扩散:
不借助载体,不消耗能量,物质从浓度高的一侧向浓度低的一侧透过称被动扩散。由于细胞膜的基质是类脂双分子层,脂溶性物质更易进入细胞。物质进入细胞的速度决定于它在脂质中的溶解度和分子大小,溶解度越大,透过越快;如果在脂质中的溶解度相等,则较小的分子透过较快。
2)易化扩散:
指非脂溶性物质或亲水物质如Na +、K +、葡萄糖和氨基酸等,不能透过细胞膜的脂质双分子层,需在细胞膜蛋白质的帮助下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散或转运的过程。与易化扩散有关的膜内转运系统和转运的物质之间,具有高度的结构特异性,即每一种蛋白质只能转运具有某种特定化学结构的物质。易化扩散的另一个特点是所谓的饱和现象,即扩散通量一般与浓度梯度的大小成正比,当浓度梯度增加到一定限度时,扩散通量就不再增加。
3)滤过作用:
胃肠细胞膜的上皮细胞可以看做是滤过器,如果胃肠腔内的压力超过毛细血管时,水分和其他物质就可以滤入血液。
4)渗透:
可看做是特殊情况下的扩散。当膜两侧产生不相等的渗透压时,渗透压较高的一侧将从另一侧吸引一部分水过来,以求达到渗透压的平衡。
(2)主动转运:
在许多情况下,某种营养成分必须要逆浓度梯度的方向穿过细胞膜,这个过程称主动转运。营养物质的主动转运需要有细胞上载体的协助。所谓载体,是一种运输营养物质进出细胞膜的脂蛋白。营养物质转运时,先在细胞膜同载体结合成复合物,复合物通过细胞膜转运入上皮细胞时,营养物质与载体分离而释放入细胞中,而载体又转回到细胞膜的外表面。主动转运的特点是:①载体在转运营养物质时,需有酶的催化和提供能量,能量来自三磷酸腺苷的分解;②转运系统可以饱和,且最大转运量可被抑制;③载体系统有特异性,即细胞膜上存在着几种不同的载体系统,每一系统只运载某些特定的营养物质。
(二)肾的重吸收
肾小球过滤液进入肾小管后部分成分被重吸收,然后转运返回血液。约99%的水被肾小管和集合管重吸收,葡萄糖和氨基酸全部被吸收,Na +、Ca 2+和尿素等不同程度地被重吸收,而肌酐、H +等可被分泌到肾小管过滤液中排出体外(图1-1-16)。
图1-1-16 肾的重吸收
(三)大肠的吸收
每日从小肠进入大肠的内容物有1~1.5L,大肠黏膜对水和电解质有很强的吸收能力,因而大肠中的水和电解质大部分被吸收,仅约150ml的水和少量Na +、Cl -随粪便排出。如粪便在大肠内停留时间过长,大肠内的水被进一步吸收,可使粪便变得干硬而引起便秘。当进入大肠的液体过多或大肠的吸收能力下降时,则可能引起腹泻。大肠能吸收肠内细菌合成的B族维生素和维生素K,也能吸收由细菌分解食物残渣而产生的短链脂肪酸(如乙酸、丙酸和丁酸等)。
二、代谢产物的排泄
排泄(excretion)是机体清理新陈代谢过程中产生的废物,由某些器官排出体外的生理过程。人体摄入的食物首先被分解成小分子物质再被机体吸收利用;未被吸收利用的物质或一些代谢产物经大肠、肝、肾及肺等器官代谢,以粪便、胆汁、尿及呼气等形式被排出体外。
碳水化合物和脂肪在代谢过程中完全氧化成CO 2和水;氨基酸在代谢过程中脱去氨基后剩余碳链也氧化成CO 2和水,氨基可转化为氨、尿素或尿酸。CO 2和部分水通过呼吸器官(肺)排出体外。皮肤以出汗的方式排出水及部分无机盐。大肠可排出没有被肠道吸收的废物。多余的水和含氮化合物通过血液循环到达肾,经肾的滤过、重吸收和分泌而形成尿液,再由输尿管送入膀胱储存,排尿时即通过尿道排出体外。机体通过肾调节体液容量的主要途径见图1-1-17。
图1-1-17 人体内体液分布和交换示意图
(着色部分表示机体通过肾调节体液容量的主要途径)
引自:王庭槐.生理学.第9版.北京:人民卫生出版社,2018.
(赵艳)