فیزیولوژی پزشکی گانونگ؛ هضم و جذب مواد مغذی

INTRODUCTION

The gastrointestinal system is the portal through which nutritive substances, vitamins, minerals, and fluids enter the body. Proteins, fats, and complex carbohydrates are broken down into absorbable units (digested), principally, although not exclusively, in the small intestine. The products of digestion and the vitamins, minerals, and water cross the mucosa and enter the lymph or the blood (absorption). The digestive and absorptive processes are the subject of this chapter.

مقدمه

دستگاه گوارش دریچه ای است که از طریق آن مواد مغذی، ویتامین ها، مواد معدنی و مایعات وارد بدن می شود. پروتئین‌ها، چربی‌ها و کربوهیدرات‌های پیچیده به واحدهای قابل جذب (هضم شده)، عمدتاً، هرچند نه منحصراً، در روده کوچک تجزیه می‌شوند. محصولات هضم و ویتامین ها، مواد معدنی و آب از مخاط عبور کرده و وارد لنف یا خون می شوند (جذب). فرآیندهای گوارشی و جذبی موضوع این فصل است.

Digestion of the major foodstuffs is an orderly process involving the action of a large number of digestive enzymes discussed in the previous chapter. Enzymes from the salivary glands attack carbohydrates (and fats in some species); enzymes from the stomach attack proteins and fats; and enzymes from the exocrine portion of the pancreas attack carbohydrates, proteins, lipids, DNA, and RNA. Other enzymes that complete the digestive process are found in the luminal membranes and the cytoplasm of the cells that line the small intestine. The action of the enzymes is aided by the hydrochloric acid secreted by the stomach and the bile secreted by the liver.

هضم مواد غذایی اصلی یک فرآیند منظم است که شامل عملکرد تعداد زیادی آنزیم گوارشی است که در فصل قبل مورد بحث قرار گرفت. آنزیم های غدد بزاقی به کربوهیدرات ها (و چربی ها در برخی گونه ها) حمله می کنند. آنزیم های معده به پروتئین ها و چربی ها حمله می کنند. و آنزیم های قسمت برون ریز پانکراس به کربوهیدرات ها، پروتئین ها، لیپیدها، DNA و RNA حمله می کنند. آنزیم های دیگری که فرآیند هضم را کامل می کنند در غشاهای مجرا و سیتوپلاسم سلول هایی که روده کوچک را می پوشانند یافت می شوند. عمل آنزیم ها توسط اسید هیدروکلریک ترشح شده از معده و صفرا ترشح شده از کبد کمک می کند.

Most substances pass from the intestinal lumen into the enterocytes and then out of the enterocytes to the interstitial fluid. The processes responsible for movement across the luminal cell membrane are often quite different from those responsible for movement across the basal and lateral cell membranes to the interstitial fluid.

بیشتر مواد از مجرای روده به داخل انتروسیت ها و سپس از آنتروسیت ها به مایع بینابینی منتقل می شوند. فرآیندهای مسئول حرکت در غشای سلولی مجرا اغلب کاملاً متفاوت از فرآیندهای مسئول حرکت در غشای سلولی پایه و جانبی به سمت مایع بینابینی هستند.

NUTRITIONAL PRINCIPLES

Certain substances are essential constituents of any human diet. An optimal diet includes, in addition to sufficient water (see Chapter 37), adequate calories, protein, fat, minerals, and vitamins.

اصول تغذیه

برخی از مواد از اجزای ضروری هر رژیم غذایی انسان هستند. یک رژیم غذایی مطلوب، علاوه بر آب کافی (به فصل ۳۷ مراجعه کنید)، کالری کافی، پروتئین، چربی، مواد معدنی و ویتامین ها را شامل می شود.

CALORIC INTAKE & DISTRIBUTION

The caloric value of the dietary intake must be approximately equal to the energy expended if body weight is to be maintained. In addition to the 2000 kcal/d necessary to meet basal needs, 500-2500 kcal/d (or more) are required to meet the energy demands of daily activities.

دریافت و توزیع کالری

ارزش کالری دریافتی از رژیم غذایی باید تقریباً برابر با انرژی مصرف شده باشد تا وزن بدن حفظ شود. علاوه بر ۲۰۰۰ کیلوکالری در روز لازم برای رفع نیازهای پایه، ۵۰۰-۲۵۰۰ کیلوکالری در روز (یا بیشتر) برای تامین انرژی مورد نیاز فعالیت های روزانه مورد نیاز است.

The distribution of the calories among carbohydrate, protein, and fat is determined partly by physiologic factors and partly by taste and economic considerations. A daily protein intake of 1 g/kg body weight to supply the eight nutritionally essential amino acids (Table 26-1) and other amino acids is desirable. The essential amino acids are those that cannot be synthesized by the human body, and thus must be obtained from dietary protein. The source of the protein is also important. Grade I proteins, the animal proteins of meat, fish, dairy products, and eggs, contain all amino acids, including the essential amino acids, in approximately the proportions required for protein synthesis and other uses. On the other hand, most plant proteins are grade II because they supply different proportions of amino acids and some lack one or more of the essential amino acids. The protein needs of vegetarians can be met by ingesting strategic mixtures of grade II proteins, but the intake must often be large because of amino acid wastage.

توزیع کالری بین کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی ها تا حدی توسط عوامل فیزیولوژیکی و تا حدودی بر اساس سلیقه و ملاحظات اقتصادی تعیین می شود. مصرف روزانه پروتئین ۱ گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن برای تامین هشت اسید آمینه ضروری تغذیه ای (جدول ۲۶-۱) و سایر اسیدهای آمینه مطلوب است. آمینو اسیدهای ضروری آنهایی هستند که توسط بدن انسان نمی توانند سنتز شوند و بنابراین باید از پروتئین رژیم غذایی دریافت شوند. منبع پروتئین نیز مهم است. پروتئین های درجه یک، پروتئین های حیوانی گوشت، ماهی، محصولات لبنی و تخم مرغ، حاوی تمام اسیدهای آمینه، از جمله اسیدهای آمینه ضروری، تقریباً به نسبت های مورد نیاز برای سنتز پروتئین و سایر مصارف هستند. از طرف دیگر، بیشتر پروتئین های گیاهی درجه II هستند زیرا نسبت های متفاوتی از اسیدهای آمینه را تامین می کنند و برخی فاقد یک یا چند اسید آمینه ضروری هستند. نیازهای پروتئینی گیاهخواران را می توان با مصرف مخلوط استراتژیک پروتئین های درجه II برآورده کرد، اما به دلیل هدر رفتن اسیدهای آمینه، مصرف باید اغلب زیاد باشد.

TABLE 26-1 Amino acids that are essential for human nutrition.

جدول ۲۶-۱ آمینو اسیدهای ضروری برای تغذیه انسان.

Fat is the most compact form of food, since it supplies 9.3 kcal/g. However, often it is also the most expensive. Indeed, internationally there is a reasonably good positive correlation between fat intake and standard of living. Typically, Western diets have contained large amounts (100 g/d or more). In Central and South American Indian communities where corn (carbohydrate) is the dietary staple, adults live without ill effects for years on a very low fat intake. Therefore, provided that the needs for essential fatty acids (FA) are met, a low-fat intake does not seem to be harmful, and a diet low in saturated fats is desirable.

چربی فشرده ترین شکل غذا است، زیرا ۹.۳ کیلو کالری در گرم را تامین می کند. با این حال، اغلب آن نیز گران ترین است. در واقع، در سطح بین المللی همبستگی مثبت و معقول خوبی بین مصرف چربی و استاندارد زندگی وجود دارد. به طور معمول، رژیم غذایی غربی حاوی مقادیر زیادی (۱۰۰ گرم در روز یا بیشتر) است. در جوامع سرخپوستان آمریکای مرکزی و جنوبی که ذرت (کربوهیدرات) اصلی ترین رژیم غذایی است، بزرگسالان با مصرف بسیار کم چربی سال ها بدون عوارض زندگی می کنند. بنابراین، به شرطی که نیاز به اسیدهای چرب ضروری (FA) برآورده شود، مصرف کم چربی مضر به نظر نمی رسد و رژیم غذایی کم چربی اشباع شده مطلوب است.

Carbohydrate is the cheapest source of calories and provides 50% or more of the calories in most diets. In the average middle-class American diet, approximately 50% of the calories come from carbohydrate, 15% from protein, and 35% from fat. When calculating dietary needs, it is usual to meet the protein requirement first and then split the remaining calories between fat and carbohydrate, depending on taste, income, and other factors. For example, a 65- kg man who is moderately active needs about 2800 kcal/d to maintain his weight. He should eat at least 65 g of protein daily, supplying 267 (65 × ۴.۱) kcal. A reasonable figure for fat intake is 50-60 g. The rest of the caloric requirement can be met by supplying carbohydrate.

کربوهیدرات ارزان ترین منبع کالری است و ۵۰ درصد یا بیشتر کالری را در اکثر رژیم ها تامین می کند. در رژیم غذایی متوسط ​​طبقه متوسط ​​آمریکایی، تقریباً ۵۰٪ کالری از کربوهیدرات، ۱۵٪ از پروتئین و ۳۵٪ از چربی تامین می شود. هنگام محاسبه نیازهای غذایی، معمولاً ابتدا نیاز به پروتئین برآورده می شود و سپس کالری باقی مانده بسته به طعم، درآمد و سایر عوامل بین چربی و کربوهیدرات تقسیم می شود. به عنوان مثال، یک مرد ۶۵ کیلوگرمی که فعالیت متوسطی دارد به حدود ۲۸۰۰ کیلوکالری در روز برای حفظ وزن خود نیاز دارد. او باید روزانه حداقل ۶۵ گرم پروتئین بخورد که ۲۶۷ (۶۵ × ۴.۱) کیلو کالری را تامین می کند. یک رقم معقول برای مصرف چربی ۵۰-۶۰ گرم است. بقیه کالری مورد نیاز را می توان با تامین کربوهیدرات تامین کرد.

DIGESTION & ABSORPTION: CARBOHYDRATES

DIGESTION

The principal dietary carbohydrates are polysaccharides, disaccharides, and monosaccharides. Starches (glucose polymers) and their derivatives are the only polysaccharides that are digested to any degree in the human gastrointestinal tract by human enzymes. Amylopectin, which typically constitutes around 75% of dietary starch, is a branched molecule, whereas amylose is a straight chain with only a1:4 linkages (Figure 26-1). The disaccharides lactose (milk sugar) and sucrose (table sugar) are also ingested, along with the monosaccharides fructose and glucose.

هضم و جذب: کربوهیدرات ها

هضم

کربوهیدرات های اصلی رژیم غذایی پلی ساکاریدها، دی ساکاریدها و مونوساکاریدها هستند. نشاسته ها (پلیمرهای گلوکز) و مشتقات آنها تنها پلی ساکاریدهایی هستند که به هر درجه ای در دستگاه گوارش انسان توسط آنزیم های انسانی هضم می شوند. آمیلوپکتین، که معمولاً حدود ۷۵ درصد نشاسته غذایی را تشکیل می‌دهد، یک مولکول شاخه‌دار است، در حالی که آمیلوز یک زنجیره مستقیم با پیوندهای a1:4 است (شکل ۲۶-۱). دی ساکاریدهای لاکتوز (قند شیر) و ساکارز (قند سفره) نیز همراه با مونوساکاریدهای فروکتوز و گلوکز مصرف می شوند.

FIGURE 26–۱ Left: Structure of amylose and amylopectin, which are polymers of glucose (indicated by circles). These molecules are partially digested by the enzyme amylase, yielding the products shown at the bottom of the figure. Right: Brush border hydrolases responsible for the sequential digestion of the products of luminal starch digestion (1, linear oligomers; 2, a- limit dextrins).

شکل ۲۶-۱ سمت چپ: ساختار آمیلوز و آمیلوپکتین، که پلیمرهای گلوکز هستند (با دایره ها نشان داده شده اند). این مولکول ها تا حدی توسط آنزیم آمیلاز هضم می شوند و محصولات نشان داده شده در پایین شکل را به دست می آورند. سمت راست: برس هیدرولازهای مرزی که مسئول هضم متوالی محصولات هضم نشاسته مجرا هستند (۱، الیگومرهای خطی؛ ۲، a- دکسترین های محدود).

In the mouth, starch is attacked by salivary α-amylase. The optimal pH for this enzyme is 6.7. However, it remains partially active even once it moves into the stomach, despite the acidic gastric juice, because the active site is protected in the presence of substrate to some degree. In the small intestine, both the salivary and the pancreatic a-amylase also act on the ingested polysaccharides. Both enzymes hydrolyze internal a1:4 linkages but spare a1:6 linkages and terminal a1:4 linkages. Consequently, the end products of a-amylase digestion are oligosaccharides: the disaccharide maltose; the trisaccharide maltotriose; and a-limit dextrins, branched polymers of glucose containing an average of about eight glucose molecules with a1:6 linkages (Figure 26-1).

در دهان، نشاسته توسط α-آمیلاز بزاقی مورد حمله قرار می گیرد. pH بهینه برای این آنزیم ۶.۷ است. با این حال، حتی زمانی که به معده حرکت می کند، با وجود اسیدی بودن شیره معده، تا حدی فعال باقی می ماند، زیرا محل فعال در حضور سوبسترا تا حدی محافظت می شود. در روده کوچک، هم بزاق و هم آ-آمیلاز پانکراس روی پلی ساکاریدهای بلعیده شده اثر می‌گذارند. هر دو آنزیم پیوندهای داخلی a1:4 را هیدرولیز می کنند اما پیوندهای a1:6 و پیوندهای ترمینال a1:4 را حفظ می کنند. در نتیجه، محصولات نهایی هضم a-amylase الیگوساکاریدها هستند: دی ساکارید مالتوز. تری ساکارید مالتوتریوز؛ و دکسترین های a-limit، پلیمرهای شاخه دار گلوکز که به طور متوسط ​​حاوی حدود هشت مولکول گلوکز با پیوندهای a1:6 هستند (شکل ۲۶-۱).

The oligosaccharidases responsible for the further digestion of the starch derivatives are located in the brush border of small intestinal epithelial cells (Figure 26-1). Some of these enzymes have more than one substrate. Isomaltase is mainly responsible for hydrolysis of a1:6 linkages. Along with maltase and sucrase, it also breaks down maltotriose and maltose. Sucrase and isomaltase are initially synthesized as a single glycoprotein chain that is inserted into the brush border membrane. It is then hydrolyzed by pancreatic proteases into sucrase and isomaltase subunits.

الیگوساکاریدازهایی که مسئول هضم بیشتر مشتقات نشاسته هستند در مرز برس سلول های اپیتلیال روده کوچک قرار دارند (شکل ۲۶-۱). برخی از این آنزیم ها بیش از یک سوبسترا دارند. ایزومالتاز عمدتاً مسئول هیدرولیز پیوندهای a1:6 است. همراه با مالتاز و ساکاراز، مالتوتریوز و مالتوز را نیز تجزیه می کند. سوکراز و ایزومالتاز در ابتدا به عنوان یک زنجیره گلیکوپروتئین منفرد سنتز می شوند که در غشای مرزی قلم مو وارد می شوند. سپس توسط پروتئازهای پانکراس به زیر واحدهای ساکاراز و ایزومالتاز هیدرولیز می شود.

Sucrase hydrolyzes sucrose into a molecule of glucose and a molecule of fructose. In addition, lactase hydrolyzes lactose to glucose and galactose. Overall, brush border digestion of carbohydrates generates monosaccharides at high concentrations at precisely the location where they will be absorbed. This may serve to sequester them from bacteria and avoid bacterial overgrowth in the small intestine.

ساکاراز ساکارز را به یک مولکول گلوکز و یک مولکول فروکتوز هیدرولیز می کند. علاوه بر این، لاکتاز لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز هیدرولیز می کند. به طور کلی، هضم مرزی کربوهیدرات‌ها مونوساکاریدها را در غلظت‌های بالا دقیقاً در محلی که جذب می‌شوند تولید می‌کند. این ممکن است به جداسازی آنها از باکتری ها و جلوگیری از رشد بیش از حد باکتری ها در روده کوچک کمک کند.

Deficiency of one or more of the brush border oligosaccharidases may cause diarrhea, bloating, and flatulence after ingestion of sugar (Clinical Box 26-1). The diarrhea is due to the increased number of osmotically active oligosaccharide molecules that remain in the intestinal lumen, causing the volume of the intestinal contents to increase. In the colon, bacteria break down some of the oligosaccharides, further increasing the number of osmotically active particles. The bloating and flatulence are due to the production of gas (CO2 and H2) from disaccharide residues in the lower small intestine and colon.

کمبود یک یا چند الیگوساکاریداز مرزی ممکن است باعث اسهال، نفخ و باد شکم پس از مصرف قند شود (کادر بالینی ۲۶-۱). اسهال به دلیل افزایش تعداد مولکول های الیگوساکارید فعال اسمزی است که در مجرای روده باقی می مانند و باعث افزایش حجم محتویات روده می شود. در روده بزرگ، باکتری ها برخی از الیگوساکاریدها را تجزیه می کنند و تعداد ذرات فعال اسمزی را افزایش می دهند. نفخ و نفخ ناشی از تولید گاز (CO_۲ و H_۲) از باقی مانده های دی ساکارید در قسمت تحتانی روده کوچک و روده بزرگ است.

CLINICAL BOX 26- 1

Lactose Intolerance

In most mammals and in many races of humans, intestinal lactase activity is high at birth, then declines to low levels during childhood and adulthood. The low lactase levels are associated with intolerance to milk (lactose intolerance). Most Europeans and their American descendants retain sufficient intestinal lactase activity in adulthood; the incidence of lactase deficiency in northern and western Europeans is only about 15%. However, the incidence in blacks, American Indians, Asians, and Mediterranean populations is 70-100%. When such individuals ingest dairy products, they are unable to digest lactose sufficiently, and so symptoms such as bloating, pain, gas, and diarrhea are produced by the unabsorbed osmoles that are subsequently digested by colonic bacteria.

جعبه بالینی ۲۶- ۱

عدم تحمل لاکتوز

در اکثر پستانداران و در بسیاری از نژادهای انسان، فعالیت لاکتاز روده در بدو تولد زیاد است، سپس در دوران کودکی و بزرگسالی به سطوح پایین کاهش می یابد. سطوح پایین لاکتاز با عدم تحمل شیر (عدم تحمل لاکتوز) همراه است. بیشتر اروپایی ها و نوادگان آمریکایی آنها فعالیت لاکتاز روده ای کافی را در بزرگسالی حفظ می کنند. میزان بروز کمبود لاکتاز در اروپای شمالی و غربی تنها حدود ۱۵ درصد است. با این حال، بروز در سیاه پوستان، سرخپوستان آمریکایی، آسیایی ها و جمعیت های مدیترانه ای ۷۰-۱۰۰٪ است. هنگامی که چنین افرادی لبنیات را مصرف می کنند، قادر به هضم لاکتوز به اندازه کافی نیستند و بنابراین علائمی مانند نفخ، درد، گاز و اسهال توسط اسمول های جذب نشده ایجاد می شود که متعاقباً توسط باکتری های روده بزرگ هضم می شوند.

THERAPEUTIQ HIGHLIGHTS

The simplest treatment for lactose intolerance is to avoid dairy products in the diet, but this can sometimes be challenging (or undesirable for the individual who loves ice cream). Symptoms can be ameliorated by administration of commercial lactase preparations, but this is expensive.

نکات برجسته درمانی

ساده ترین درمان برای عدم تحمل لاکتوز، پرهیز از محصولات لبنی در رژیم غذایی است، اما گاهی اوقات این امر می تواند چالش برانگیز باشد (یا برای فردی که بستنی دوست دارد نامطلوب باشد). علائم را می توان با تجویز داروهای لاکتاز تجاری بهبود بخشید، اما این گران است.

ABSORPTION

Hexoses are rapidly absorbed across the wall of the small intestine (Table 26-2). Essentially all the hexoses are removed before the remains of a meal reach the terminal part of the ileum. The sugar molecules pass from the mucosal cells to the blood in the capillaries draining into the portal vein.

جذب

هگزوزها به سرعت در سراسر دیواره روده کوچک جذب می شوند (جدول ۲۶-۲). اساساً تمام هگزوزها قبل از اینکه بقایای یک وعده غذایی به قسمت انتهایی ایلئوم برسد برداشته می شود. مولکول های قند از سلول های مخاطی به خون در مویرگ ها منتقل می شوند و به داخل سیاهرگ باب تخلیه می شوند.

TABLE 26-2 Normal transport of substances by the intestine and location of maximum absorption or secretion.^a

جدول ۲۶-۲ انتقال طبیعی مواد توسط روده و محل حداکثر جذب یا ترشح.^a

^aAmount of absorption is graded + to +++. Sec, secreted when luminal K⁺ is low.
Upper small intestine refers primarily to jejunum, although the duodenum is similar in most cases studied (with the notable exception that the duodenum secretes HCO3 and shows little net absorption or secretion of NaCl).

^aمیزان جذب از + تا +++ درجه بندی می شود. ثانیه، زمانی ترشح می شود که ⁺K مجرا کم باشد.
روده کوچک فوقانی عمدتاً به ژژنوم اشاره دارد، اگرچه دوازدهه در بیشتر موارد مورد مطالعه مشابه است (به استثنای قابل توجه این که اثنی عشر HCO_۳ ترشح می کند و جذب خالص یا ترشح NaCl کمی را نشان می دهد).

The transport of glucose and galactose depends on Na* in the intestinal lumen; a high concentration of Na* on the mucosal surface of the cells facilitates sugar influx into the epithelial cells while a low concentration inhibits sugar influx into the epithelial cells. This is because these sugars and Na* share the same cotransporter, or symport, the sodium-dependent glucose transporter (SGLT, Na* glucose cotransporter) (Figure 26-2). There are two members of this family of transporters, SGLT-1 and SGLT-2. SGLT-1 is responsible for uptake of dietary glucose from the gut, whereas SGLT-2 is responsible for glucose transport out of the renal tubules (see Chapter 37).

انتقال گلوکز و گالاکتوز به ⁺Na در لومن روده بستگی دارد. غلظت بالای ⁺Na در سطح مخاطی سلول‌ها، ورود قند به سلول‌های اپیتلیال را تسهیل می‌کند در حالی که غلظت کم، هجوم قند به سلول‌های اپیتلیال را مهار می‌کند. این به این دلیل است که این قندها و ⁺Na از یک هم انتقال دهنده یا سمبل انتقال دهنده گلوکز وابسته به سدیم (SGLT، Na⁺ glucose cotransporter) مشترک هستند (شکل ۲۶-۲). دو عضو از این خانواده حمل و نقل وجود دارد، SGLT-1 و SGLT-2. SGLT-1 مسئول جذب گلوکز غذایی از روده است، در حالی که SGLT-2 مسئول انتقال گلوکز به خارج از لوله های کلیوی است (به فصل ۳۷ مراجعه کنید).

FIGURE 26-2 Brush border digestion and assimilation of the disaccharides sucrose (panel 1) and lactose (panel 2). Uptake of glucose and galactose is driven secondarily by the low intracellular sodium concentration established by the basolateral Na+, K+ ATPase (not shown). SGLT-1, sodium-glucose cotransporter-1.

شکل ۲۶-۲ هضم مرزی و جذب دی ساکاریدهای ساکارز (پانل ۱) و لاکتوز (پانل ۲) با قلم مو. جذب گلوکز و گالاکتوز به طور ثانویه توسط غلظت کم سدیم درون سلولی ایجاد شده توسط Na⁺، K⁺ ATPase قاعده‌ای هدایت می‌شود (نمایش داده نشده است). SGLT-1، هم انتقال دهنده سدیم-گلوکز-۱.

Because the intracellular Na+ concentration is low in intestinal epithelial cells (as it is in other cells), Na* moves into the cell along its concentration gradient.

از آنجایی که غلظت ⁺Na داخل سلولی در سلول های اپیتلیال روده کم است (همانطور که در سایر سلول ها وجود دارد)، ⁺Na در طول گرادیان غلظت به داخل سلول حرکت می کند.

Glucose moves with the Na* and is released in the cell (Figure 26-2). The Na+ is then exported basolaterally by the Na+, K+ ATPase, and any glucose that is not needed for cellular requirements leaves the cell by facilitated diffusion via GLUT2 into the interstitium and thence to the capillaries. Thus, glucose transport is an example of secondary active transport (see Chapter 2); the energy for glucose transport is provided indirectly by the active transport of Na+ out of the cell. This maintains the concentration gradient across the luminal border of the cell, so that more Nat and consequently more glucose enter. When the Nat/glucose cotransporter is congenitally defective, the resulting glucose/galactose malabsorption causes severe diarrhea that is often fatal if glucose and galactose are not promptly removed from the diet. Glucose and its polymers can also be used to retain Na* in diarrheal disease, as was discussed in Chapter 25.

گلوکز با ⁺Na حرکت می کند و در سلول آزاد می شود (شکل ۲۶-۲). سپس ⁺Na توسط Na⁺، K⁺ ATPase به صورت پایه‌ای صادر می‌شود و هر گلوکزی که برای نیازهای سلولی مورد نیاز نیست، با انتشار آسان از طریق GLUT2 به داخل بینابینی و از آنجا به مویرگ‌ها، سلول را ترک می‌کند. بنابراین، انتقال گلوکز نمونه ای از انتقال فعال ثانویه است (به فصل ۲ مراجعه کنید). انرژی انتقال گلوکز به طور غیرمستقیم توسط انتقال فعال ⁺Na به خارج از سلول تامین می شود. این باعث حفظ گرادیان غلظت در سراسر مرز مجرای سلول می شود، به طوری که ⁺Na بیشتر و در نتیجه گلوکز بیشتری وارد می شود. هنگامی که انتقال دهنده ⁺Na/گلوکز به طور مادرزادی معیوب باشد، سوء جذب گلوکز/گالاکتوز در نتیجه باعث اسهال شدید می شود که اگر گلوکز و گالاکتوز به سرعت از رژیم غذایی حذف نشود اغلب کشنده است. همانطور که در فصل ۲۵ مورد بحث قرار گرفت، می توان از گلوکز و پلیمرهای آن برای حفظ ⁺Na در بیماری های اسهالی نیز استفاده کرد.

As indicated, SGLT-1 also transports galactose, but fructose utilizes a different mechanism. Its absorption is independent of Na* or the transport of glucose and galactose; it is transported instead by facilitated diffusion from the intestinal lumen into the enterocytes by GLUT5 and out of the enterocytes into the interstitium by GLUT2. Some fructose is also converted to glucose in mucosal cells.

همانطور که نشان داده شد، SGLT-1 همچنین گالاکتوز را منتقل می کند، اما فروکتوز از مکانیسم متفاوتی استفاده می کند. جذب آن مستقل از ⁺Na یا انتقال گلوکز و گالاکتوز است. در عوض با انتشار تسهیل شده از مجرای روده به داخل انتروسیت ها توسط GLUT5 و از انتروسیت ها به داخل بینابینی توسط GLUT2 منتقل می شود. مقداری فروکتوز نیز در سلول های مخاطی به گلوکز تبدیل می شود.

Insulin has little effect on intestinal transport of sugars. In this respect, intestinal absorption resembles glucose reabsorption in the proximal convoluted tubules of the kidneys (see Chapter 37); neither process requires phosphorylation, and both are essentially normal in diabetes but are depressed by the drug phlorizin. The maximal rate of glucose absorption from the intestine is about 120 g/h.

انسولین تأثیر کمی بر حمل و نقل روده ای قندها دارد. از این نظر، جذب روده ای شبیه جذب مجدد گلوکز در لوله های پیچیده پروگزیمال کلیه ها است (به فصل ۳۷ مراجعه کنید). هیچ یک از فرآیندها نیاز به فسفوریلاسیون ندارند و هر دو اساساً در دیابت طبیعی هستند اما توسط داروی فلوریزین افسرده می شوند. حداکثر سرعت جذب گلوکز از روده حدود ۱۲۰ گرم در ساعت است.

PROTEINS & NUCLEIC ACIDS

PROTEIN DIGESTION

Protein digestion begins in the stomach, where pepsin cleaves some of the peptide linkages. Like many of the other enzymes concerned with protein digestion, pepsin is secreted in the form of an inactive precursor (proenzyme) and activated in the gastrointestinal tract. The pepsin precursor is called pepsinogen and is activated by gastric acid.

پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک

هضم پروتئین

هضم پروتئین در معده آغاز می شود، جایی که پپسین برخی از پیوندهای پپتیدی را قطع می کند. مانند بسیاری از آنزیم های دیگری که با هضم پروتئین مرتبط هستند، پپسین به شکل یک پیش ساز غیر فعال (پرونزیم) ترشح می شود و در دستگاه گوارش فعال می شود. پیش ساز پپسین پپسینوژن نامیده می شود و توسط اسید معده فعال می شود.

Pepsin hydrolyzes the bonds between aromatic amino acids such as phenylalanine or tyrosine and a second amino acid, so the products of peptic digestion are polypeptides of very diverse sizes. Because pepsin has a pH optimum of 1.6-3.2, its action is terminated when the gastric contents are mixed with the alkaline pancreatic juice in the duodenum and jejunum. The pH of the intestinal contents in the duodenal bulb is 3.0-4.0, but rapidly rises; in the rest of the duodenum it is about 6.5.

پپسین پیوندهای بین اسیدهای آمینه معطر مانند فنیل آلانین یا تیروزین و اسید آمینه دوم را هیدرولیز می کند، بنابراین محصولات هضم پپتیک پلی پپتیدهایی با اندازه های بسیار متنوع هستند. از آنجایی که پپسین دارای pH بهینه ۱.۶-۳.۲ است، اثر آن با مخلوط شدن محتویات معده با آب قلیایی پانکراس در دوازدهه و ژژنوم خاتمه می یابد. pH محتویات روده در لامپ اثنی عشر ۳.۰-۴.۰ است، اما به سرعت افزایش می یابد. در بقیه دئودنوم حدود ۶.۵ است.

In the small intestine, the polypeptides formed by digestion in the stomach are further digested by the powerful proteolytic enzymes of the pancreas and intestinal mucosa. Trypsin, chymotrypsin, and elastase act at interior peptide bonds in the peptide molecules and are called endopeptidases. These powerful protein-splitting enzymes of the pancreatic juice are secreted as inactive proenzymes. The formation of the active endopeptidases occurs only when they have reached their site of action, secondary to the action of the brush border hydrolase, enterokinase (Figure 26-3). Thus, trypsinogen is converted to the active enzyme trypsin by enterokinase when the pancreatic juice enters the duodenum. Enterokinase contains 41% polysaccharide, and this high polysaccharide content apparently prevents it from being digested itself before it can exert its effect. Trypsin converts chymotrypsinogen into chymotrypsin and other proenzymes into active enzymes (Figure 26–۳). Trypsin can also activate trypsinogen; therefore, once some trypsin is formed, there is an auto-catalytic chain reaction. Enterokinase deficiency occurs as a congenital abnormality and leads to protein malnutrition.

در روده کوچک، پلی پپتیدهای تشکیل شده در اثر هضم در معده بیشتر توسط آنزیم های پروتئولیتیک قدرتمند پانکراس و مخاط روده هضم می شوند. تریپسین، کیموتریپسین و الاستاز در پیوندهای پپتیدی داخلی مولکول های پپتید عمل می کنند و اندوپپتیداز نامیده می شوند. این آنزیم‌های قدرتمند شکافتن پروتئین شیره لوزالمعده به صورت پروآنزیم‌های غیرفعال ترشح می‌شوند. تشکیل اندوپپتیدازهای فعال تنها زمانی رخ می دهد که به محل اثر خود رسیده باشند، ثانویه به اثر هیدرولاز مرزی برس، انتروکیناز (شکل ۲۶-۳). بنابراین، تریپسینوژن توسط انتروکیناز به آنزیم فعال تریپسین تبدیل می شود که آب پانکراس وارد دوازدهه شود. انتروکیناز حاوی ۴۱ درصد پلی ساکارید است و این محتوای پلی ساکارید بالا ظاهراً از هضم شدن آن قبل از اعمال اثر خود جلوگیری می کند. تریپسین کیموتریپسینوژن را به کیموتریپسین و سایر پروآنزیم ها را به آنزیم های فعال تبدیل می کند (شکل ۲۶-۳). تریپسین همچنین می تواند تریپسینوژن را فعال کند. بنابراین، هنگامی که مقداری تریپسین تشکیل می شود، یک واکنش زنجیره ای خودکار کاتالیزوری وجود دارد. کمبود انتروکیناز به عنوان یک ناهنجاری مادرزادی رخ می دهد و منجر به سوء تغذیه پروتئین می شود.

FIGURE 26-3 Mechanism to avoid activation of pancreatic proteases until they are in the duodenal lumen. Pancreatic juice contains proteolytic enzymes in their inactive, precursor forms. When the juice enters the duodenal lumen, trypsinogen contacts enterokinase expressed on the apical surface of enterocytes. Trypsinogen is thereby cleaved to trypsin, which in turn can activate additional trypsin molecules as well as the remaining proteolytic enzymes.

شکل ۲۶-۳ مکانیسمی برای جلوگیری از فعال شدن پروتئازهای پانکراس تا زمانی که در لومن اثنی عشر قرار گیرند. آب پانکراس حاوی آنزیم های پروتئولیتیک به شکل غیرفعال و پیش ساز آنها است. هنگامی که آب میوه وارد لومن اثنی عشر می شود، تریپسینوژن با انتروکیناز بیان شده در سطح آپیکال انتروسیت ها تماس می گیرد. در نتیجه تریپسینوژن به تریپسین تبدیل می شود که به نوبه خود می تواند مولکول های تریپسین اضافی و همچنین آنزیم های پروتئولیتیک باقی مانده را فعال کند.

The carboxypeptidases of the pancreas are exopeptidases that hydrolyze the amino acids at the carboxyl ends of the polypeptides (Figure 26-4). Some free amino acids are liberated in the intestinal lumen by this mechanism, but others are liberated at the cell surface by aminopeptidases, carboxypeptidases, endopeptidases, and dipeptidases present in the brush border of the mucosal cells. Some dipeptides and tripeptides are actively transported into the intestinal cells and hydrolyzed by intracellular peptidases, with the amino acids entering the bloodstream. Thus, the final digestion to amino acids occurs in three locations: the intestinal lumen, the brush border, and the cytoplasm of the mucosal cells.

کربوکسی پپتیدازهای پانکراس اگزوپپتیدازهایی هستند که اسیدهای آمینه را در انتهای کربوکسیل پلی پپتیدها هیدرولیز می کنند (شکل ۲۶-۴). برخی از اسیدهای آمینه آزاد با این مکانیسم در مجرای روده آزاد می شوند، اما برخی دیگر در سطح سلول توسط آمینوپپتیدازها، کربوکسی پپتیدازها، اندوپپتیدازها و دی پپتیدازهای موجود در مرز برس سلول های مخاطی آزاد می شوند. برخی از دی پپتیدها و تری پپتیدها به طور فعال به داخل سلول های روده منتقل می شوند و توسط پپتیدازهای داخل سلولی هیدرولیز می شوند و اسیدهای آمینه وارد جریان خون می شوند. بنابراین، هضم نهایی به آمینو اسیدها در سه مکان انجام می شود: لومن روده، مرز قلم مو و سیتوپلاسم سلول های مخاطی.

FIGURE 26-4 Luminal digestion of peptides by pancreatic endopeptidases and exopeptidases. Individual amino acids (AAs) are shown as squares.

شکل ۲۶-۴ هضم لومینال پپتیدها توسط اندوپپتیدازها و اگزوپپتیدازهای پانکراس. اسیدهای آمینه منفرد (AA) به صورت مربع نشان داده می شوند.

ABSORPTION

At least seven different transport systems transport amino acids into enterocytes. Five of these require Na* and cotransport amino acids and Na* in a fashion similar to the cotransport of Na+ and glucose (Figure 26-2). Two of these five also require Cl. In two systems, transport is independent of Na*.

جذب

حداقل هفت سیستم انتقال مختلف آمینو اسیدها را به داخل انتروسیت ها منتقل می کنند. پنج مورد از اینها به ⁺Na و آمینو اسیدها و ⁺Na به روشی مشابه انتقال همزمان ⁺Na و گلوکز نیاز دارند (شکل ۲۶-۲). دو مورد از این پنج مورد نیز نیاز به Cl. در دو سیستم، انتقال مستقل از ⁺Na است.

Dipeptides and tripeptides are transported into enterocytes by a system known as PepT1 (or peptide transporter 1) that requires H+ instead of Na+ (Figure 26- 5). There is very little absorption of larger food-derived peptides after the neonatal period. In the enterocytes, amino acids released from the peptides by intracellular hydrolysis plus the amino acids absorbed from the intestinal lumen and brush border are transported out of the enterocytes along their basolateral borders by at least five transport systems. From there, they enter the hepatic portal blood.

دی پپتیدها و تری پپتیدها توسط سیستمی به نام PepT1 (یا ناقل پپتید ۱) به داخل انتروسیت ها منتقل می شوند که به جای ⁺Na به ⁺H نیاز دارد (شکل ۲۶-۵). پس از دوره نوزادی، پپتیدهای بزرگتر مشتق شده از غذا جذب بسیار کمی دارند. در انتروسیت ها، اسیدهای آمینه آزاد شده از پپتیدها توسط هیدرولیز درون سلولی به اضافه اسیدهای آمینه جذب شده از مجرای روده و مرز قلم مو، توسط حداقل پنج سیستم انتقال از انتروسیت ها در امتداد مرزهای قاعده جانبی آنها به خارج منتقل می شوند. از آنجا وارد خون پورتال کبدی می شوند.

FIGURE 26-5 Disposition of short peptides in intestinal epithelial cells. Peptides are absorbed together with a proton supplied by an apical sodium/hydrogen exchanger (NHE) by the peptide transporter 1 (PepT1). Absorbed peptides are digested by cytosolic proteases, and any amino acids that are surplus to the needs of the epithelial cell are transported into the bloodstream by a series of basolateral transport proteins.

شکل ۲۶-۵ قرارگیری پپتیدهای کوتاه در سلول های اپیتلیال روده. پپتیدها همراه با یک پروتون که توسط یک مبدل سدیم/هیدروژن آپیکال (NHE) توسط ناقل پپتید ۱ (PepT1) تامین می شود جذب می شوند. پپتیدهای جذب شده توسط پروتئازهای سیتوزولی هضم می شوند و هر اسید آمینه ای که مازاد بر نیاز سلول های اپیتلیال باشد توسط یک سری پروتئین های انتقالی قاعده ای به داخل جریان خون منتقل می شود.

Absorption of amino acids is rapid in the duodenum and jejunum. There is a little absorption in the ileum in health, because the majority of the free amino acids have already been assimilated at that point. Approximately 50% of the digested protein comes from ingested food, 25% from proteins in digestive juices, and 25% from desquamated mucosal cells. Only 2-5% of the protein in the small intestine escapes digestion and absorption. Some of this is eventually digested by bacterial action in the colon. Almost all of the protein in the stools is not of dietary origin but comes from bacteria and cellular debris. Evidence suggests that the peptidase activities of the brush border and the mucosal cell cytoplasm are increased by resection of part of the ileum and that they are independently altered in starvation. Thus, these enzymes appear to be subject to homeostatic regulation. In humans, a congenital defect in the mechanism that transports neutral amino acids in the intestine and renal tubules causes Hartnup disease. A congenital defect in the transport of basic amino acids causes cystinuria. However, most patients do not experience nutritional deficiencies of these amino acids because peptide transport compensates.

جذب آمینو اسیدها در دوازدهه و ژژنوم سریع است. جذب کمی در ایلئوم در سلامت وجود دارد، زیرا اکثر اسیدهای آمینه آزاد قبلاً در آن نقطه جذب شده اند. تقریباً ۵۰ درصد پروتئین هضم شده از غذای بلعیده شده، ۲۵ درصد از پروتئین های موجود در شیره های گوارشی و ۲۵ درصد از سلول های مخاطی پوسته پوسته شده به دست می آید. فقط ۵-۲ درصد از پروتئین موجود در روده کوچک از هضم و جذب فرار می کند. بخشی از این در نهایت با فعالیت باکتری در روده بزرگ هضم می شود. تقریباً تمام پروتئین موجود در مدفوع منشا رژیم غذایی نیست، بلکه از باکتری ها و باقی مانده های سلولی می آید. شواهد نشان می‌دهد که فعالیت‌های پپتیداز مرز قلم مو و سیتوپلاسم سلول مخاطی با برداشتن بخشی از ایلئوم افزایش می‌یابد و به طور مستقل در گرسنگی تغییر می‌کنند. بنابراین، به نظر می رسد که این آنزیم ها در معرض تنظیم هموستاتیک هستند. در انسان، نقص مادرزادی در مکانیسم انتقال اسیدهای آمینه خنثی در روده و لوله های کلیوی باعث بیماری هارتناپ می شود. نقص مادرزادی در انتقال اسیدهای آمینه اساسی باعث سیستینوری می شود. با این حال، اکثر بیماران کمبودهای تغذیه ای این اسیدهای آمینه را تجربه نمی کنند زیرا انتقال پپتید جبران می کند.

In infants, moderate amounts of undigested proteins are also absorbed. The protein antibodies in maternal colostrum are largely secretory immunoglobulins (IgAs), the production of which is increased in the breast in late pregnancy. They cross the mammary epithelium by transcytosis and enter the circulation of the infant from the intestine, providing passive immunity against infections. Absorption is by endocytosis and subsequent exocytosis.

در نوزادان، مقادیر متوسطی از پروتئین های هضم نشده نیز جذب می شود. آنتی بادی های پروتئینی موجود در آغوز مادری عمدتاً ایمونوگلوبولین های ترشحی (IgAs) هستند که تولید آنها در اواخر بارداری در پستان افزایش می یابد. آنها از طریق ترانس سیتوز از اپیتلیوم پستان عبور می کنند و از روده وارد گردش خون نوزاد می شوند و ایمنی غیرفعال در برابر عفونت ها ایجاد می کنند. جذب توسط اندوسیتوز و اگزوسیتوز بعدی انجام می شود.

Absorption of intact proteins declines sharply after weaning, but adults still absorb small quantities. Foreign proteins that enter the circulation provoke the formation of antibodies, and the antigen-antibody reaction occurring on subsequent entry of more of the same protein may cause allergic symptoms. Thus, absorption of proteins from the intestine may explain the occurrence of allergic symptoms after eating certain foods. The incidence of food allergy in children is said to be as high as 8%. However, in most individuals food allergies do not occur, and there is an evidence for a genetic component in susceptibility.

جذب پروتئین های دست نخورده پس از از شیر گرفتن به شدت کاهش می یابد، اما بزرگسالان همچنان مقادیر کمی را جذب می کنند. پروتئین‌های خارجی که وارد گردش خون می‌شوند، تشکیل آنتی‌بادی‌ها را تحریک می‌کنند و واکنش آنتی‌ژن-آنتی‌بادی که پس از ورود بیشتر پروتئین مشابه رخ می‌دهد، ممکن است باعث علائم آلرژیک شود. بنابراین، جذب پروتئین از روده ممکن است بروز علائم آلرژیک را پس از خوردن غذاهای خاص توضیح دهد. گفته می شود میزان بروز آلرژی غذایی در کودکان تا ۸ درصد است. با این حال، در اکثر افراد آلرژی غذایی رخ نمی دهد، و شواهدی برای یک جزء ژنتیکی در حساسیت وجود دارد.

NUCLEIC ACIDS

Nucleic acids are split into nucleotides in the intestine by the pancreatic nucleases, and the nucleotides are split into the nucleosides and phosphoric acid by enzymes that appear to be located on the luminal surfaces of the mucosal cells. The nucleosides are then split into their constituent sugars and purine and pyrimidine bases. The bases are absorbed by active transport. Families of equilibrative (ie, passive) and concentrative (ie, secondary active) nucleoside transporters have recently been identified and are expressed on the apical membrane of enterocytes.

اسیدهای نوکلئیک

اسیدهای نوکلئیک در روده توسط نوکلئازهای پانکراس به نوکلئوتیدها تقسیم می شوند و نوکلئوتیدها توسط آنزیم هایی که به نظر می رسد در سطوح مجرای سلول های مخاطی قرار دارند به نوکلئوزیدها و اسید فسفریک تقسیم می شوند. سپس نوکلئوزیدها به قندهای تشکیل دهنده خود و بازهای پورین و پیریمیدین تقسیم می شوند. پایه ها با حمل و نقل فعال جذب می شوند. خانواده‌های ناقل نوکلئوزیدی متعادل (یعنی غیرفعال) و متمرکز (یعنی فعال ثانویه) اخیراً شناسایی شده‌اند و بر روی غشای آپیکال انتروسیت‌ها بیان می‌شوند.

LIPIDS

FAT DIGESTION

A lingual lipase is secreted by Ebner glands on the dorsal surface of the tongue in some species, and the stomach also secretes a lipase (Table 26-1). They are of little quantitative significance for lipid digestion other than in the setting of pancreatic insufficiency, but they may generate free fatty acids (FFA) that signal to more distal parts of the gastrointestinal tract (eg, causing the release of CCK; see Chapter 25).

لیپیدها

هضم چربی

یک لیپاز زبانی توسط غدد ابنر در سطح پشتی زبان در برخی گونه ها ترشح می شود و معده نیز لیپاز ترشح می کند (جدول ۲۶-۱). آنها از نظر کمی برای هضم لیپیدها به جز در شرایط نارسایی لوزالمعده اهمیت کمی دارند، اما ممکن است اسیدهای چرب آزاد (FFA) تولید کنند که به قسمت های دورتر دستگاه گوارش سیگنال می دهد (به عنوان مثال، باعث آزاد شدن CCK می شود؛ فصل ۲۵ را ببینید).

Most fat digestion therefore begins in the duodenum, with pancreatic lipase being one of the most important enzymes involved. This enzyme hydrolyzes the 1- and 3-bonds of the triglycerides (triacylglycerols) with relative ease but acts on the 2-bonds at a very low rate, so the principal products of its action are FFA and 2-monoglycerides (2 monoacylglycerols). It acts on fats that have been emulsified (see below). Colipase, an accessory factor, is also secreted in the pancreatic juice, and helps to stabilize pancreatic lipase in an active conformation. Colipase is secreted in an inactive proform (Table 26-1) and is activated in the intestinal lumen by trypsin. Colipase is also critical for the action of lipase because it allows lipase to remain associated with droplets of dietary lipid even in the presence of bile acids.

بنابراین بیشتر هضم چربی در دوازدهه شروع می شود و لیپاز پانکراس یکی از مهم ترین آنزیم های درگیر است. این آنزیم پیوندهای ۱ و ۳ تری گلیسیریدها (تری گلیسریدها) را با سهولت نسبی هیدرولیز می کند اما روی پیوندهای ۲ با سرعت بسیار پایینی عمل می کند، بنابراین محصولات اصلی اثر آن FFA و ۲-مونوگلیسرید (۲ مونوآسیل گلیسرول) هستند. روی چربی هایی که امولسیون شده اند عمل می کند (به زیر مراجعه کنید). کولیپاز، یک فاکتور کمکی، نیز در آب پانکراس ترشح می شود و به تثبیت لیپاز پانکراس در یک ترکیب فعال کمک می کند. کولیپاز در یک پروفرم غیر فعال ترشح می شود (جدول ۲۶-۱) و در مجرای روده توسط تریپسین فعال می شود. کولیپاز برای عملکرد لیپاز نیز حیاتی است زیرا به لیپاز اجازه می دهد حتی در حضور اسیدهای صفراوی با قطرات چربی رژیم غذایی همراه باقی بماند.

Another pancreatic lipase that is activated by bile acids has been characterized. This cholesterol esterase represents about 4% of the total protein in pancreatic juice. In adults, pancreatic lipase is 10-60 times more active, but unlike pancreatic lipase, cholesterol esterase catalyzes the hydrolysis of cholesterol esters, esters of fat-soluble vitamins, and phospholipids, as well as triglycerides. A very similar enzyme is found in human milk.

یکی دیگر از لیپازهای پانکراس که توسط اسیدهای صفراوی فعال می شود مشخص شده است. این کلسترول استراز حدود ۴ درصد از کل پروتئین موجود در آب پانکراس را تشکیل می دهد. در بزرگسالان، لیپاز پانکراس ۱۰ تا ۶۰ برابر فعال تر است، اما بر خلاف لیپاز پانکراس، کلسترول استراز هیدرولیز استرهای کلسترول، استرهای ویتامین های محلول در چربی و فسفولیپیدها و همچنین تری گلیسیریدها را کاتالیز می کند. آنزیم بسیار مشابهی در شیر انسان یافت می شود.

Fats are relatively insoluble, which limits their ability to cross the unstirred layer and reach the surface of the mucosal cells. However, they are finely emulsified in the small intestine by the detergent action of bile acids, phosphatidylcholine, and monoglycerides. When the concentration of bile acids in the intestine is high after ingestion of a meal and contraction of the gallbladder, lipids and bile acids interact spontaneously to form micelles (Figure 26-6). These cylindrical aggregates take up lipids, and although their lipid concentration varies, they generally contain FA, monoglycerides, and cholesterol in their hydrophobic centers. Micellar formation further solubilizes the lipids and provides a mechanism for their transport to the enterocytes. Thus, the micelles move down their concentration gradient through the unstirred layer to the brush border of the mucosal cells. The lipids diffuse out of the micelles, and a saturated aqueous solution of the lipids is maintained in contact with the brush border of the mucosal cells (Figure 26-6).

چربی ها نسبتاً نامحلول هستند که توانایی آنها را برای عبور از لایه همزده نشده و رسیدن به سطح سلول های مخاطی محدود می کند. با این حال، آنها در روده کوچک با اثر شوینده اسیدهای صفراوی، فسفاتیدیل کولین و مونوگلیسریدها به خوبی امولسیون می شوند. هنگامی که غلظت اسیدهای صفراوی در روده پس از خوردن غذا و انقباض کیسه صفرا زیاد باشد، لیپیدها و اسیدهای صفراوی به طور خود به خود با هم تعامل می کنند و میسل ها را تشکیل می دهند (شکل ۲۶-۶). این سنگدانه‌های استوانه‌ای لیپیدها را جذب می‌کنند و اگرچه غلظت لیپید آنها متفاوت است، اما عموماً حاوی FA، مونوگلیسرید و کلسترول در مراکز آبگریز خود هستند. تشکیل مایسل لیپیدها را بیشتر حل می کند و مکانیسمی برای انتقال آنها به انتروسیت ها فراهم می کند. بنابراین، میسل ها از شیب غلظت خود از طریق لایه به هم نخورده به سمت مرز برس سلول های مخاطی حرکت می کنند. لیپیدها از میسل ها پخش می شوند و یک محلول آبی اشباع شده از لیپیدها در تماس با مرز برس سلول های مخاطی قرار می گیرد (شکل ۲۶-۶).

FIGURE 26–۶ Lipid digestion and passage to intestinal mucosa. Fatty acids (FA) are liberated by the action of pancreatic lipase on dietary triglycerides and, in the presence of bile acids (BA), form micelles (the circular structures), which diffuse through the unstirred layer to the mucosal surface. Not shown, colipase binds to bile acids on the surface of the triglyceride droplet to anchor lipase to the surface and allow for its lipolytic activity. (Modified with permission from Westergaard H, Dietschy JM: Normal mechanisms of fat absorption and derangements induced by various gastrointestinal diseases. Med Clin North Am Nov; 58(6):1413-1427.)

شکل ۲۶-۶ هضم لیپید و عبور آن به مخاط روده. اسیدهای چرب (FA) با اثر لیپاز پانکراس بر روی تری گلیسیریدهای رژیم غذایی آزاد می شوند و در حضور اسیدهای صفراوی (BA)، میسل ها (ساختارهای دایره ای) را تشکیل می دهند که از طریق لایه به هم نخورده به سطح مخاط منتشر می شوند. نشان داده نشده، کولیپاز به اسیدهای صفراوی روی سطح قطره تری گلیسیرید متصل می شود تا لیپاز را به سطح متصل کند و فعالیت لیپولیتیک آن را امکان پذیر کند. (اصلاح شده با مجوز Westergaard H، Dietschy JM: مکانیسم های عادی جذب چربی و اختلالات ناشی از بیماری های مختلف گوارشی. Med Clin North Am Nov; 58(6):1413-1427.)

STEATORRHEA

Pancreatectomized animals and patients with diseases that destroy the exocrine portion of the pancreas have fatty, bulky, clay-colored stools (steatorrhea) because of the impaired digestion and absorption of fat. This form of steatorrhea is mostly due to lipase deficiency. However, acid inhibits the lipase, and the lack of alkaline secretion from the pancreas also contributes by lowering the pH of the intestine contents. In some cases, hypersecretion of gastric acid can cause steatorrhea. Another cause of steatorrhea is defective reabsorption of bile acids in the distal ileum (see Chapter 28).

استئاتوره

حیوانات پانکراتکتومی شده و بیماران مبتلا به بیماری هایی که قسمت برون ریز پانکراس را از بین می برند، به دلیل اختلال در هضم و جذب چربی، مدفوع چرب، حجیم و خاک رس (steatorrhea) دارند. این شکل از استئاتوره بیشتر به دلیل کمبود لیپاز است. با این حال، اسید لیپاز را مهار می کند و فقدان ترشح قلیایی از پانکراس نیز با کاهش pH محتویات روده کمک می کند. در برخی موارد، ترشح بیش از حد اسید معده می تواند باعث استئاتوره شود. علت دیگر استئاتوره، بازجذب معیوب اسیدهای صفراوی در ایلئوم دیستال است (به فصل ۲۸ مراجعه کنید).

When bile is completely excluded from the intestine, up to 50% of ingested fat may appear in the feces. A severe malabsorption of fat-soluble vitamins also results. When bile acid reabsorption is prevented by resection of the terminal ileum or by disease in this portion of the small intestine, the amount of fat in the stools may also be increased because when the enterohepatic circulation is interrupted, the liver may not be able to increase the rate of bile acid production to a sufficient degree to compensate for the loss. Nevertheless, in some individuals, steatorrhea may not result even in the absence of micelles because the gut has a considerable reserve of absorptive surface area across which lipids may be absorbed in their molecular form, albeit more slowly than in the case of lipids in micellar form. This is referred to as the anatomic reserve, and applies also to the assimilation of the digested products of protein and carbohydrate. In individuals who have lost a significant proportion of their bowel and/or absorptive surface area to disease or surgery, however, malabsorption of one or more classes of nutrients may result (Clinical Box 26-2).

هنگامی که صفرا به طور کامل از روده خارج شود، ممکن است تا ۵۰ درصد چربی بلعیده شده در مدفوع ظاهر شود. سوء جذب شدید ویتامین های محلول در چربی نیز منجر می شود. هنگامی که از بازجذب اسید صفراوی با برداشتن ایلئوم انتهایی یا بیماری در این قسمت از روده کوچک جلوگیری می‌شود، ممکن است میزان چربی در مدفوع نیز افزایش یابد، زیرا هنگامی که گردش خون روده کبدی قطع می‌شود، کبد ممکن است نتواند میزان تولید اسید صفراوی را به میزان کافی برای جبران از دست دادن افزایش دهد. با این وجود، در برخی افراد، استئاتوره ممکن است حتی در غیاب میسل‌ها نیز منتج نشود، زیرا روده دارای سطح قابل توجهی از سطح جذبی است که در آن لیپیدها ممکن است به شکل مولکولی جذب شوند، البته کندتر از لیپیدها به شکل میسلی. این به عنوان ذخیره آناتومیک نامیده می شود و همچنین در مورد جذب محصولات هضم شده پروتئین و کربوهیدرات نیز صدق می کند. با این حال، در افرادی که بخش قابل توجهی از روده و/یا سطح جذبی خود را به دلیل بیماری یا جراحی از دست داده اند، سوء جذب یک یا چند دسته از مواد مغذی ممکن است منجر شود (کادر بالینی ۲۶-۲).

CLINICAL BOX 26- 2

The Malabsorption Syndrome

The digestive and absorptive functions of the small intestine are essential for life. However, the digestive and absorptive capacity of the intestine is larger than needed for normal function (the anatomic reserve). Removal of short segments of the jejunum or ileum generally does not cause severe symptoms, and compensatory hypertrophy and hyperplasia of the remaining mucosa occur. However, when more than 50% of the small intestine is resected or bypassed (short gut syndrome), the absorption of nutrients and vitamins is so compromised that it is very difficult to prevent malnutrition and wasting (malabsorption). Resection of the terminal ileum also prevents the absorption of bile acids, and this leads in turn to deficient fat absorption. It also causes diarrhea because the unabsorbed bile acids enter the colon, where they activate chloride secretion (see Chapter 25). Other complications of intestinal resection or bypass include hypocalcemia, arthritis, and possibly fatty infiltration of the liver, followed by cirrhosis. Various disease processes can also impair absorption without a loss of intestinal length. The pattern of deficiencies that results is sometimes called the malabsorption syndrome. This pattern varies somewhat with the cause, but it can include deficient absorption of amino acids, with marked body wasting and, eventually, hypoproteinemia and edema. Carbohydrate and fat absorption are also depressed. Because of defective fat absorption, the fat-soluble vitamins (vitamins A, D, E, and K) are not absorbed in adequate amounts. One of the most interesting conditions causing the malabsorption syndrome is the autoimmune disease celiac disease. This disease occurs in genetically predisposed individuals in whom gluten and closely related proteins cause intestinal T cells to mount an inappropriate immune response that damages the intestinal epithelial cells and results in a loss of villi and a flattening of the mucosa. The proteins are found in wheat, rye, barley, and to a lesser extent in oats-but not in rice or corn. When grains containing gluten are omitted from the diet, bowel function is generally restored to normal.

جعبه بالینی ۲۶-۲

سندرم سوء جذب

عملکردهای گوارشی و جذبی روده کوچک برای زندگی ضروری است. با این حال، ظرفیت گوارشی و جذب روده بزرگتر از نیاز برای عملکرد طبیعی است (ذخیره آناتومیک). برداشتن بخش های کوتاه ژژونوم یا ایلئوم به طور کلی علائم شدیدی ایجاد نمی کند و هیپرتروفی جبرانی و هیپرپلازی مخاط باقی مانده رخ می دهد. با این حال، زمانی که بیش از ۵۰ درصد از روده کوچک برداشته یا بای پس می شود (سندرم روده کوتاه)، جذب مواد مغذی و ویتامین ها به قدری به خطر می افتد که جلوگیری از سوء تغذیه و هدر رفتن (سوء جذب) بسیار دشوار است. برداشتن ایلئوم انتهایی نیز از جذب اسیدهای صفراوی جلوگیری می کند و این به نوبه خود منجر به کمبود جذب چربی می شود. همچنین باعث اسهال می شود زیرا اسیدهای صفراوی جذب نشده وارد روده بزرگ می شوند و در آنجا ترشح کلرید را فعال می کنند (به فصل ۲۵ مراجعه کنید). سایر عوارض برداشتن روده یا بای پس شامل هیپوکلسمی، آرتریت و احتمالاً نفوذ چربی به کبد و به دنبال آن سیروز است. فرآیندهای مختلف بیماری نیز می توانند جذب را بدون از دست دادن طول روده مختل کنند. الگوی کمبودهایی که به وجود می آید گاهی سندرم سوء جذب نامیده می شود. این الگو تا حدودی بسته به علت آن متفاوت است، اما می تواند شامل کمبود جذب اسیدهای آمینه، هدر رفتن شدید بدن و در نهایت هیپوپروتئینمی و ادم باشد. جذب کربوهیدرات و چربی نیز کاهش می یابد. به دلیل جذب ناقص چربی، ویتامین‌های محلول در چربی (ویتامین‌های A، D، E و K) به مقدار کافی جذب نمی‌شوند. یکی از جالب ترین شرایطی که باعث ایجاد سندرم سوء جذب می شود، بیماری خودایمنی سلیاک است. این بیماری در افراد مستعد ژنتیکی رخ می‌دهد که در آن‌ها گلوتن و پروتئین‌های نزدیک به آن‌ها باعث می‌شود سلول‌های T روده یک پاسخ ایمنی نامناسب ایجاد کنند که به سلول‌های اپیتلیال روده آسیب می‌زند و منجر به از بین رفتن پرزها و صاف شدن مخاط می‌شود. این پروتئین ها در گندم، چاودار، جو و به میزان کمتری در جو یافت می شود، اما در برنج یا ذرت وجود ندارد. هنگامی که غلات حاوی گلوتن از رژیم غذایی حذف می شوند، عملکرد روده به طور کلی به حالت عادی باز می گردد.

THERAPEUTIQ HIGHLIGHTS

Treatment of malabsorption depends on the underlying cause. In celiac disease, the mucosa returns to normal if foods containing gluten are strictly excluded from the diet, although this may be difficult to achieve. The diarrhea that accompanies bile acid malabsorption can be treated with a resin (cholestyramine) that binds the bile acids in the lumen and prevents their secretory action on colonocytes. Patients who become deficient in fat-soluble vitamins may be given these compounds as water-soluble derivatives. For serious cases of short bowel syndrome, it may be necessary to supply nutrients parenterally. There is hope that small bowel transplantation may eventually become routine, but of course transplantation carries its own long-term disadvantages and also requires a reliable supply of donor tissues.

نکات برجسته درمانی

درمان سوء جذب بستگی به علت زمینه ای دارد. در بیماری سلیاک، اگر غذاهای حاوی گلوتن به شدت از رژیم غذایی حذف شوند، مخاط به حالت عادی باز می گردد، اگرچه ممکن است دستیابی به این امر دشوار باشد. اسهال همراه با سوء جذب اسیدهای صفراوی را می توان با یک رزین (کلستیرامین) درمان کرد که اسیدهای صفراوی موجود در مجرا را متصل می کند و از عملکرد ترشحی آنها بر روی کلونوسیت ها جلوگیری می کند. به بیمارانی که دچار کمبود ویتامین های محلول در چربی می شوند، ممکن است این ترکیبات به عنوان مشتقات محلول در آب داده شود. برای موارد جدی سندرم روده کوتاه، ممکن است نیاز به تامین مواد مغذی به صورت تزریقی باشد. این امید وجود دارد که پیوند روده باریک در نهایت به یک امر عادی تبدیل شود، اما البته پیوند معایب طولانی مدت خود را دارد و همچنین نیاز به تامین قابل اعتماد بافت های اهدایی دارد.

FAT ABSORPTION

Traditionally, lipids were thought to enter the enterocytes by passive diffusion, but some evidence now suggests that carriers are involved. Inside the cells, the lipids are rapidly esterified, maintaining a favorable concentration gradient from the lumen into the cells (Figure 26-7). There are also carriers that export certain lipids back into the lumen, thereby limiting their oral availability. This is the case for plant sterols as well as cholesterol.

جذب چربی

به طور سنتی تصور می‌شد که لیپیدها از طریق انتشار غیرفعال وارد انتروسیت‌ها می‌شوند، اما برخی شواهد اکنون نشان می‌دهند که حاملان درگیر هستند. در داخل سلول ها، لیپیدها به سرعت استری می شوند و یک گرادیان غلظت مطلوب را از لومن به داخل سلول ها حفظ می کنند (شکل ۲۶-۷). همچنین حامل هایی وجود دارند که لیپیدهای خاصی را به لومن بازگردانده و در نتیجه دسترسی خوراکی آنها را محدود می کنند. این مورد برای استرول های گیاهی و همچنین کلسترول است.

FIGURE 26-7 Intracellular handling of the products of lipid digestion. Absorbed fatty acids (FA) and monoglycerides (MG) are reesterified to form triglyceride (TG) in the smooth endoplasmic reticulum (ER). Apoproteins synthesized in the rough ER are coated around lipid cores, and the resulting chylomicrons are secreted from the basolateral pole of epithelial cells by exocytosis.

شکل ۲۶-۷ حمل و نقل درون سلولی محصولات هضم چربی. اسیدهای چرب جذب شده (FA) و مونوگلیسریدها (MG) برای تشکیل تری گلیسیرید (TG) در شبکه آندوپلاسمی صاف (ER) مجدد استریفیه می شوند. آپوپروتئین های سنتز شده در ER خشن در اطراف هسته های لیپیدی پوشانده می شوند و شیلومیکرون های حاصل از قطب قاعده جانبی سلول های اپیتلیال توسط اگزوسیتوز ترشح می شوند.

The fate of the FA in enterocytes depends on their size. FA containing less than 10–۱۲ carbon atoms are sufficiently water-soluble that they pass through the enterocyte unmodified and are actively transported into the portal blood. They then circulate as free (unesterified) FA. FA containing more than 10-12 carbon atoms are too insoluble for this. They are therefore reesterified to triglycerides in the enterocytes. In addition, some of the absorbed cholesterol is esterified. The triglycerides and cholesterol esters are then coated with a layer of protein, cholesterol, and phospholipid to form chylomicrons. These leave the cell by exocytosis and enter the lymphatics, because they are too large to pass through the junctions between capillary endothelial cells (Figure 26-7).

سرنوشت FA در انتروسیت ها به اندازه آنها بستگی دارد. FA حاوی کمتر از ۱۰-۱۲ اتم کربن به اندازه کافی محلول در آب است که بدون تغییر از انتروسیت عبور می کند و به طور فعال به خون پورتال منتقل می شود. سپس آنها به عنوان FA آزاد (غیر استری شده) در گردش هستند. FA حاوی بیش از ۱۰-۱۲ اتم کربن برای این امر بسیار نامحلول است. بنابراین آنها مجدداً به تری گلیسیرید موجود در انتروسیت ها تبدیل می شوند. علاوه بر این، مقداری از کلسترول جذب شده استری شده است. سپس تری گلیسیریدها و استرهای کلسترول را با لایه ای از پروتئین، کلسترول و فسفولیپید می پوشانند تا شیلومیکرون ها را تشکیل دهند. اینها با اگزوسیتوز سلول را ترک می کنند و وارد لنفاوی می شوند، زیرا برای عبور از اتصالات بین سلول های اندوتلیال مویرگی بسیار بزرگ هستند (شکل ۲۶-۷).

Absorption of long-chain FA is greatest in the upper parts of the small intestine, but appreciable amounts are also absorbed in the ileum. On a moderate fat intake, 95% or more of the ingested fat is absorbed. The processes involved in fat absorption are not fully mature at birth, and infants fail to absorb 10-15% of ingested fat. Thus, they are more susceptible to the ill effects of disease processes that reduce fat absorption.

جذب FA با زنجیره بلند در قسمت های فوقانی روده کوچک بیشتر است، اما مقادیر قابل توجهی نیز در ایلئوم جذب می شود. با مصرف متوسط ​​چربی، ۹۵ درصد یا بیشتر از چربی مصرف شده جذب می شود. فرآیندهای دخیل در جذب چربی در بدو تولد کاملا بالغ نیستند و نوزادان قادر به جذب ۱۰ تا ۱۵ درصد چربی مصرف شده نیستند. بنابراین، آنها بیشتر مستعد اثرات نامطلوب فرآیندهای بیماری هستند که جذب چربی را کاهش می دهد.

SHORT-CHAIN FATTY ACIDS IN THE COLON

Short-chain fatty acids (SCFAs) are produced in the colon and absorbed from it. SCFAs are 2-5-carbon weak acids that have an average normal concentration of about 80 mmol/L in the lumen. About 60% of this total is acetate, 25% propionate, and 15% butyrate. They are formed by the action of colonic bacteria (fermentation) on complex carbohydrates, resistant starches, and other components of the dietary fiber, that is, the material that escapes digestion in the upper gastrointestinal tract and enters the colon.

اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه در روده بزرگ

اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه (SCFA) در روده بزرگ تولید شده و از آن جذب می شوند. SCFAها اسیدهای ضعیف ۲-۵ کربنی هستند که دارای میانگین غلظت نرمال حدود ۸۰ میلی مول در لیتر در لومن هستند. حدود ۶۰ درصد از این کل استات، ۲۵ درصد پروپیونات و ۱۵ درصد بوتیرات است. آنها در اثر عمل باکتری های روده بزرگ (تخمیر) روی کربوهیدرات های پیچیده، نشاسته های مقاوم و سایر اجزای فیبر غذایی، یعنی موادی که از هضم در قسمت فوقانی دستگاه گوارش فرار کرده و وارد روده بزرگ می شوند، تشکیل می شوند.

Absorbed SCFAs are metabolized and make a significant contribution to the total caloric intake. In addition, they exert a trophic effect on the colonic epithelial cells; combat inflammation; and are absorbed in part by exchange for H*, helping maintain acid-base equilibrium. SCFAs are absorbed by specific transporters present in colonic epithelial cells. SCFAs also promote the absorption of Na*.

SCFA های جذب شده متابولیزه می شوند و سهم قابل توجهی در کل کالری دریافتی دارند. علاوه بر این، آنها یک اثر تغذیه ای بر روی سلول های اپیتلیال کولون اعمال می کنند. مبارزه با التهاب؛ و تا حدی با تبادل ⁺H جذب می شوند و به حفظ تعادل اسید و باز کمک می کنند. SCFA ها توسط ناقل های خاص موجود در سلول های اپیتلیال کولون جذب می شوند. SCFA ها همچنین جذب ⁺Na را تقویت می کنند.

ABSORPTION OF MINERALS & VITAMINS

MINERALS

A number of minerals must be ingested daily for the maintenance of health. Besides those for which recommended daily dietary allowances have been set, a variety of different trace elements should be included. Trace elements are defined as elements found in tissues in minute amounts. In many cases, the mechanisms that provide for their uptake from the diet are poorly understood. Those believed to be essential for life, at least in experimental animals, are listed in Table 26-3. In humans, iron deficiency causes anemia. Cobalt is part of the vitamin B12 molecule, and vitamin B12 deficiency leads to megaloblastic anemia (see Chapter 31). Iodine deficiency causes thyroid disorders (see Chapter 19). Zinc deficiency causes skin ulcers, depressed immune responses, and hypogonadal dwarfism. Copper deficiency causes anemia and changes in ossification. Chromium deficiency causes insulin resistance. Fluorine deficiency increases the incidence of dental caries. Sodium and potassium are also essential minerals, but listing them is academic, because it is very difficult to prepare a sodium-free or potassium-free diet. A low-salt diet is, however, well tolerated for prolonged periods because of the compensatory mechanisms that conserve Na⁺. The mechanisms for sodium and potassium transport from the gut were discussed in Chapter 25.

جذب مواد معدنی و ویتامین ها

مواد معدنی

برای حفظ سلامتی باید روزانه تعدادی مواد معدنی مصرف شود. علاوه بر مواردی که برای آنها مقدار توصیه شده رژیم غذایی تعیین شده است، انواع عناصر کمیاب مختلف باید گنجانده شود. عناصر کمیاب به عنوان عناصری که در بافت ها به مقدار کم یافت می شوند تعریف می شوند. در بسیاری از موارد، مکانیسم هایی که جذب آنها از رژیم غذایی را فراهم می کند، به خوبی شناخته نشده است. مواردی که تصور می شود برای زندگی ضروری هستند، حداقل در حیوانات آزمایشی، در جدول ۲۶-۳ فهرست شده اند. در انسان کمبود آهن باعث کم خونی می شود. کبالت بخشی از مولکول ویتامین B12 است و کمبود ویتامین B12 منجر به کم خونی مگالوبلاستیک می شود (به فصل ۳۱ مراجعه کنید). کمبود ید باعث اختلالات تیروئید می شود (به فصل ۱۹ مراجعه کنید). کمبود روی باعث ایجاد زخم های پوستی، کاهش پاسخ های ایمنی و کوتولگی هیپوگنادال می شود. کمبود مس باعث کم خونی و تغییر در استخوان سازی می شود. کمبود کروم باعث مقاومت به انسولین می شود. کمبود فلوئور باعث افزایش بروز پوسیدگی دندان می شود. سدیم و پتاسیم نیز از مواد معدنی ضروری هستند، اما فهرست کردن آنها آکادمیک است، زیرا تهیه یک رژیم غذایی بدون سدیم یا بدون پتاسیم بسیار دشوار است. با این حال، رژیم غذایی کم نمک به دلیل مکانیسم های جبرانی که ⁺Na را حفظ می کند، برای دوره های طولانی به خوبی تحمل می شود. مکانیسم های انتقال سدیم و پتاسیم از روده در فصل ۲۵ مورد بحث قرار گرفت.

TABLE 26-3 Trace elements believed essential for life.

جدول ۲۶-۳ عناصر کمیاب که برای زندگی ضروری هستند.

Conversely, some minerals can be toxic when present in the body in excess. For example, severe iron overload with toxic effects is seen in hemochromatosis (see below). Similarly, copper excess causes brain damage (Wilson disease).

برعکس، برخی از مواد معدنی در صورت وجود بیش از حد در بدن می توانند سمی باشند. به عنوان مثال، اضافه بار شدید آهن با اثرات سمی در هموکروماتوز دیده می شود (به زیر مراجعه کنید). به طور مشابه، مس اضافی باعث آسیب مغزی (بیماری ویلسون) می شود.

The remainder of this section addresses the intestinal transport mechanisms for two important minerals, calcium and iron.

بقیه این بخش به مکانیسم های انتقال روده برای دو ماده معدنی مهم، کلسیم و آهن می پردازد.

CALCIUM

A total of 30-80% of ingested calcium is absorbed. The absorptive process and its relation to 1,25-dihydroxycholecalciferol are discussed in Chapter 21. Through this vitamin D derivative, Ca2+ absorption is adjusted to body needs; absorption is increased in the presence of Ca2+ deficiency and decreased in the presence of Ca2+ excess. Ca2+ absorption is also facilitated by protein. It is inhibited by phosphates and oxalates because these anions form insoluble salts with Ca2+ in the intestine.

کلسیم

در مجموع ۳۰ تا ۸۰ درصد کلسیم مصرفی جذب می شود. فرآیند جذب و ارتباط آن با ۱،۲۵-دی هیدروکسی کوله کلسیفرول در فصل ۲۱ مورد بحث قرار گرفته است. از طریق این مشتق ویتامین D، جذب ⁺Ca^۲ با نیازهای بدن تنظیم می شود. جذب در حضور کمبود ⁺Ca^۲ افزایش و در حضور ⁺Ca^۲ اضافی کاهش می یابد. جذب ⁺Ca^۲ نیز توسط پروتئین تسهیل می شود. فسفات ها و اگزالات ها از آن جلوگیری می کنند زیرا این آنیون ها نمک های نامحلول را با ⁺Ca^۲ در روده تشکیل می دهند.

IRON

In adults, the amount of iron lost from the body is relatively small. The losses are generally unregulated, and total body stores of iron are regulated by changes in the rate at which it is absorbed from the intestine. Men lose about 0.6 mg/d, largely in the stools. Premenopausal women have a variable, larger loss averaging about twice this value because of the additional iron lost during menstruation. The average daily iron intake in the United States and Europe is about 20 mg, but the amount absorbed is equal only to the losses. Thus, the amount of iron absorbed is normally about 3-6% of the amount ingested. Various dietary factors affect the availability of iron for absorption; for example, the phytic acid found in cereals reacts with iron to form insoluble compounds in the intestine, as do phosphates and oxalates.

آهن

در بزرگسالان میزان آهن از دست رفته از بدن نسبتاً کم است. تلفات به طور کلی تنظیم نشده است و کل ذخایر آهن بدن با تغییر در سرعت جذب آهن از روده تنظیم می شود. مردان حدود ۰.۶ میلی گرم در روز، عمدتاً در مدفوع از دست می دهند. زنان پیش از یائسگی به دلیل آهن اضافی از دست رفته در طول قاعدگی، افت متغیر و بزرگتری دارند که به طور میانگین حدود دو برابر این مقدار است. متوسط ​​آهن دریافتی روزانه در ایالات متحده و اروپا حدود ۲۰ میلی گرم است، اما مقدار جذب شده تنها با تلفات برابر است. بنابراین، مقدار آهن جذب شده به طور معمول حدود ۳-۶٪ از مقدار مصرف شده است. عوامل مختلف رژیم غذایی بر دسترسی آهن برای جذب تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، اسید فیتیک موجود در غلات با آهن واکنش می دهد و ترکیبات نامحلول در روده ایجاد می کند، مانند فسفات ها و اگزالات ها.

Most of the iron in the diet is in the ferric (Fe3+) form, whereas it is the ferrous (Fe2+) form that is absorbed. Fe3+ reductase activity is associated with the iron transporter in the brush borders of the enterocytes (Figure 26-8). Gastric secretions dissolve the iron and permit it to form soluble complexes with ascorbic acid and other substances that aid its reduction to the Fe2+ form. The importance of this function in humans is indicated by the fact that iron deficiency anemia is a troublesome and relatively frequent complication of partial gastrectomy.

بیشتر آهن موجود در رژیم غذایی به فرم آهن (+Fe3) است، در حالی که آهن (+Fe2) جذب می شود. فعالیت ردوکتاز +Fe3 با ناقل آهن در مرزهای برس انتروسیت ها مرتبط است (شکل ۲۶-۸). ترشحات معده آهن را حل کرده و به آن اجازه می دهد تا کمپلکس های محلول با اسید اسکوربیک و سایر مواد تشکیل دهد که به کاهش آن به فرم +Fe2 کمک می کند. اهمیت این عملکرد در انسان با این واقعیت نشان می دهد که کم خونی فقر آهن یک عارضه دردسرساز و نسبتاً مکرر گاسترکتومی نسبی است.

FIGURE 26-8 Intestinal absorption of iron. Fe3+ is converted to Fe2+ by the ferric reductase DCYTB, and Fe2+ is transported into the enterocyte by the apical membrane iron transporter DMT1. Heme is transported into the enterocyte by a separate heme transporter (most likely heme carrier protein 1, HCP1), and heme oxygenase-2 (HO2) releases Fe2+ from the heme. Some of the intracellular Fe2+ is converted to Fe3+ and bound to ferritin. The rest binds to the basolateral Fe2+ transporter ferroportin-1 (FPN1) and is transported to the interstitial fluid. The transport is aided by hephaestin (Heph) which converts Fe2+ to Fe3+. In plasma, Fe3+ is transported bound to the iron transport protein transferrin (TF).

شکل ۲۶-۸ جذب روده ای آهن. +Fe3 توسط ردوکتاز فریک DCYTB به +Fe2 تبدیل می‌شود و +Fe2 توسط ناقل آهن غشای آپیکال DMT1 به داخل انتروسیت منتقل می‌شود. هِم توسط یک ناقل همِ مجزا به داخل انتروسیت منتقل می‌شود (به احتمال زیاد پروتئین حامل هم ۱، HCP1)، و هم اکسیژناز-۲ (HO2) +Fe2 را از هم آزاد می‌کند. مقداری از +Fe2 داخل سلولی به +Fe3 تبدیل شده و به فریتین متصل می شود. بقیه به فروپورتین-۱ ناقل قاعده ای Fe2+ (FPN1) متصل می شود و به مایع بینابینی منتقل می شود. انتقال توسط هفاستین (Heph) که +Fe2 را به +Fe3 تبدیل می‌کند، کمک می‌کند. در پلاسما، +Fe3 به ترانسفرین پروتئین انتقال آهن (TF) متصل می شود.

Almost all iron absorption occurs in the duodenum. Transport of Fe2+ into the enterocytes occurs via divalent metal transporter 1 (DMT1) (Figure 26-8). Some is stored in ferritin, and the remainder is transported out of the enterocytes by a basolateral transporter named ferroportin 1. A protein called hephaestin (Hp) is associated with ferroportin 1. It is not a transporter itself, but it facilitates basolateral transport. In the plasma, Fe2+ is converted to Fe3+ and bound to the iron transport protein transferrin. This protein has two iron-binding sites. Normally, transferrin is about 35% saturated with iron, and the normal plasma iron level is about 130 μg/dL (23 μmol/L) in men and 110 μg/dL (19 μmol/L) in women.

تقریباً تمام جذب آهن در دوازدهه اتفاق می افتد. انتقال +Fe2 به داخل انتروسیت ها از طریق انتقال دهنده فلزی دو ظرفیتی ۱ (DMT1) انجام می شود (شکل ۲۶-۸). مقداری در فریتین ذخیره می شود و بقیه توسط یک ناقل قاعده ای جانبی به نام فروپورتین ۱ به خارج از انتروسیت ها منتقل می شود. پروتئینی به نام هفاستین (Hp) با فروپورتین ۱ مرتبط است. این خود ناقل نیست، اما حمل و نقل قاعده ای جانبی را تسهیل می کند. در پلاسما، +Fe2 به +Fe3 تبدیل می شود و به ترانسفرین پروتئین انتقال آهن متصل می شود. این پروتئین دارای دو محل اتصال به آهن است. به طور معمول، ترانسفرین حدود ۳۵ درصد از آهن اشباع شده است و سطح طبیعی آهن پلاسما در مردان حدود ۱۳۰ میکروگرم در دسی لیتر (۲۳ میکرومول در لیتر) و در زنان ۱۱۰ میکروگرم در دسی لیتر (۱۹ میکرومول در لیتر) است.

Heme (see Chapter 31) binds to an apical transport protein in enterocytes and is carried into the cytoplasm. In the cytoplasm, HO-2, a subtype of heme oxygenase, removes Fe2+ from the porphyrin and adds it to the intracellular Fe2+ pool.

هم (به فصل ۳۱ مراجعه کنید) به یک پروتئین انتقال آپیکال در انتروسیت ها متصل می شود و به داخل سیتوپلاسم منتقل می شود. در سیتوپلاسم، HO-2، یک زیرگروه از هم اکسیژناز، +Fe2 را از پورفیرین حذف کرده و به مخزن +Fe2 داخل سلولی اضافه می کند.

Seventy percent of the iron in the body is in hemoglobin, 3% in myoglobin, and the rest in ferritin, which is present not only in enterocytes, but also in many other cells. Apoferritin is a globular protein made up of 24 subunits. Ferritin molecules in lysosomal membranes may aggregate in deposits that contain as much as 50% iron. These deposits are called hemosiderin.

هفتاد درصد آهن بدن در هموگلوبین، ۳ درصد در میوگلوبین و بقیه در فریتین است که نه تنها در انتروسیت ها، بلکه در بسیاری از سلول های دیگر نیز وجود دارد. آپوفریتین یک پروتئین کروی است که از ۲۴ زیر واحد تشکیل شده است. مولکول های فریتین در غشاهای لیزوزومی ممکن است در رسوباتی که حاوی ۵۰ درصد آهن هستند تجمع کنند. به این رسوبات هموسیدرین می گویند.

Intestinal absorption of iron is regulated by three factors: recent dietary intake of iron, the state of the iron stores in the body, and the state of erythropoiesis in the bone marrow. The normal operation of the factors that maintain iron balance is essential for health (Clinical Box 26-3).

جذب روده ای آهن توسط سه عامل تنظیم می شود: مصرف اخیر آهن در رژیم غذایی، وضعیت ذخایر آهن در بدن و وضعیت اریتروپوئیزیس در مغز استخوان. عملکرد طبیعی عواملی که تعادل آهن را حفظ می کنند برای سلامتی ضروری است (کادر بالینی ۲۶-۳).

CLINICAL BOX 26-3

Disorders of Iron Uptake

Iron deficiency causes anemia. Conversely, iron overload causes hemosiderin to accumulate in the tissues, producing hemosiderosis. Large amounts of hemosiderin can damage tissues, such as is seen in the common genetic disorder of hemochromatosis. This syndrome is characterized by pigmentation of the skin, pancreatic damage with diabetes (“bronze diabetes”), cirrhosis of the liver, a high incidence of hepatic carcinoma, and gonadal atrophy. Hemochromatosis may be hereditary or acquired. The most common cause of the hereditary forms is a mutated HFE gene that is common in the white population. It is located on the short arm of chromosome 6 and is closely linked to the HLA-A locus. It is still unknown precisely how mutations in HFE cause hemochromatosis, but individuals who are homogenous for HFE mutations absorb excess amounts of iron because HFE normally inhibits expression of the duodenal transporters that participate in iron uptake. Acquired hemochromatosis occurs when the iron-regulating system is overwhelmed by excess iron loads due to chronic destruction of red blood cells, liver disease, or repeated transfusions in diseases such as intractable anemia.

جعبه بالینی ۲۶-۳

اختلالات جذب آهن

کمبود آهن باعث کم خونی می شود. برعکس، اضافه بار آهن باعث تجمع هموسیدرین در بافت ها می شود و باعث هموسیدروزیس می شود. مقادیر زیاد هموسیدرین می تواند به بافت ها آسیب برساند، مانند اختلال ژنتیکی رایج هموکروماتوز. این سندرم با رنگدانه شدن پوست، آسیب پانکراس همراه با دیابت (“دیابت برنزی”)، سیروز کبدی، بروز بالای کارسینوم کبدی و آتروفی غدد جنسی مشخص می شود. هموکروماتوز ممکن است ارثی یا اکتسابی باشد. شایع ترین علت اشکال ارثی یک ژن HFE جهش یافته است که در جمعیت سفید پوست شایع است. روی بازوی کوتاه کروموزوم ۶ قرار دارد و ارتباط نزدیکی با جایگاه HLA-A دارد. هنوز دقیقاً ناشناخته است که چگونه جهش در HFE باعث هموکروماتوز می شود، اما افرادی که برای جهش HFE همگن هستند، مقادیر اضافی آهن را جذب می کنند زیرا HFE به طور معمول بیان ناقل های اثنی عشر را که در جذب آهن شرکت می کنند، مهار می کند. هموکروماتوز اکتسابی زمانی اتفاق می‌افتد که سیستم تنظیم‌کننده آهن به دلیل تخریب مزمن گلبول‌های قرمز، بیماری‌های کبدی یا تزریق مکرر در بیماری‌هایی مانند کم‌خونی صعب‌العلاج تحت تأثیر بار آهن اضافی قرار می‌گیرد.

THERAPEUTIC HIGHLIGHTS

If hereditary hemochromatosis is diagnosed before excessive amounts of iron accumulate in the tissues, life expectancy can be prolonged substantially by repeated withdrawal of blood.

نکات برجسته درمانی

اگر هموکروماتوز ارثی قبل از انباشته شدن مقادیر بیش از حد آهن در بافت ها تشخیص داده شود، امید به زندگی را می توان با برداشت مکرر خون به میزان قابل توجهی افزایش داد.

VITAMINS

Vitamins were discovered when it was observed that certain diets otherwise adequate in calories, essential amino acids, fats, and minerals failed to maintain health (for example, in sailors engaged in long voyages without access to fresh fruits and vegetables). The term vitamin has now come to refer to any organic dietary constituent necessary for life, health, and growth that does not function by supplying energy, and which cannot be synthesized endogenously (at least in adequate amounts).

ویتامین ها

ویتامین‌ها زمانی کشف شدند که مشاهده شد رژیم‌های غذایی خاص از نظر کالری، اسیدهای آمینه ضروری، چربی‌ها و مواد معدنی کافی نبودند (به عنوان مثال، در ملوانانی که در سفرهای طولانی بدون دسترسی به میوه‌ها و سبزیجات تازه مشغول بودند). واژه ویتامین اکنون به هر ماده غذایی ارگانیک ضروری برای زندگی، سلامتی و رشد اشاره دارد که با تامین انرژی عمل نمی کند و نمی تواند به صورت درون زا (حداقل در مقادیر کافی) سنتز شود.

Most vitamins are absorbed in the upper small intestine, but vitamin B12 is absorbed in the ileum. This vitamin binds to intrinsic factor, a protein secreted by the parietal cells of the stomach, and the complex is the form that is absorbed across the ileal mucosa.

بیشتر ویتامین ها در قسمت فوقانی روده کوچک جذب می شوند، اما ویتامین B12 در ایلئوم جذب می شود. این ویتامین به فاکتور ذاتی، پروتئینی که توسط سلول‌های جداری معده ترشح می‌شود، متصل می‌شود و کمپلکس آن شکلی است که از طریق مخاط روده جذب می‌شود.

Vitamin B12 absorption and folate absorption are Na*-independent, but all seven of the remaining water-soluble vitamins—thiamin, riboflavin, niacin, pyridoxine, pantothenate, biotin, and ascorbic acid-are absorbed by carriers that are Na* cotransporters.

جذب ویتامین B12 و جذب فولات مستقل از Na* هستند، اما تمام هفت ویتامین محلول در آب باقیمانده – تیامین، ریبوفلاوین، نیاسین، پیریدوکسین، پانتوتنات، بیوتین و اسید اسکوربیک- توسط ناقلانی جذب می‌شوند که ناقل Na* هستند.

The water-soluble vitamins are easily absorbed, but the fat-soluble vitamins (vitamins A, D, E, and K) are poorly absorbed in the absence of bile and/or pancreatic juice because their absorption depends almost entirely on micellar solubilization. Some dietary fat intake is also necessary for their absorption, and in obstructive jaundice or disease of the exocrine pancreas, deficiencies of the fat-soluble vitamins can develop even if their intake is adequate. Vitamin A and vitamin D are bound to transfer proteins in the circulation. The a-tocopherol form of vitamin E is normally bound to chylomicrons. In the liver, it is transferred to very low-density lipoprotein (VLDL) and distributed to tissues by an a-tocopherol transfer protein. When this protein is abnormal due to mutation of its gene in humans, there is cellular deficiency of vitamin E and the development of a condition resembling Friedreich ataxia.

ویتامین‌های محلول در آب به راحتی جذب می‌شوند، اما ویتامین‌های محلول در چربی (ویتامین‌های A، D، E و K) در غیاب صفرا و/یا شیره لوزالمعده ضعیف جذب می‌شوند، زیرا جذب آنها تقریباً به طور کامل به حل شدن مایسل بستگی دارد. مصرف مقداری چربی در رژیم غذایی نیز برای جذب آنها ضروری است و در یرقان انسدادی یا بیماری لوزالمعده برون ریز، کمبود ویتامین های محلول در چربی ممکن است ایجاد شود، حتی اگر دریافت آنها کافی باشد. ویتامین A و ویتامین D به انتقال پروتئین در گردش خون متصل هستند. فرم a-توکوفرول ویتامین E به طور معمول به شیلومیکرون ها متصل می شود. در کبد، به لیپوپروتئین با چگالی بسیار کم (VLDL) منتقل می شود و توسط یک پروتئین انتقال دهنده a-توکوفرول به بافت ها توزیع می شود. هنگامی که این پروتئین به دلیل جهش ژن آن در انسان غیرطبیعی باشد، کمبود سلولی ویتامین E و ایجاد وضعیتی شبیه آتاکسی فریدریش وجود دارد.

Because there are minor differences in metabolism between mammalian species, some substances are vitamins in one species and not in another. The sources and functions of the major vitamins in humans are listed in Table 26-4. Most vitamins have important functions in intermediary metabolism or the special metabolism of the various organ systems. The diseases caused by deficiency of each of the vitamins are also listed in Table 26-4.

از آنجا که تفاوت های جزئی در متابولیسم بین گونه های پستانداران وجود دارد، برخی از مواد در یک گونه ویتامین هستند و در گونه دیگر ویتامین نیستند. منابع و عملکرد ویتامین های اصلی در انسان در جدول ۲۶-۴ فهرست شده است. اکثر ویتامین ها عملکردهای مهمی در متابولیسم واسطه یا متابولیسم خاص سیستم های مختلف اندام دارند. بیماری های ناشی از کمبود هر یک از ویتامین ها نیز در جدول ۲۶-۴ آمده است.

TABLE 26-4 Vitamins essential or probably essential to human nutrition. “Choline is synthesized in the body in small amounts, but it has recently been added to the list of essential nutrients.

جدول ۲۶-۴ ویتامین های ضروری یا احتمالاً ضروری برای تغذیه انسان. کولین به مقدار کمی در بدن سنتز می شود، اما اخیراً به لیست مواد مغذی ضروری اضافه شده است.

It is worth remembering, however, that very large doses of the fat-soluble vitamins are definitely toxic. Hypervitaminosis A is characterized by anorexia, headache, hepatosplenomegaly, irritability, scaly dermatitis, patchy loss of hair, bone pain, and hyperostosis. Acute vitamin A intoxication was first described by Arctic explorers, who developed headache, diarrhea, and dizziness after eating polar bear liver, which is particularly rich in vitamin A. Hypervitaminosis D is associated with weight loss, calcification of many soft tissues, and acute kidney injury. Hypervitaminosis K is characterized by gastrointestinal disturbances and anemia. Large doses of water-soluble vitamins have been thought to be less likely to cause problems because they can be rapidly cleared from the body. However, it has been demonstrated that ingestion of megadoses of pyridoxine (vitamin B6) can produce peripheral neuropathy.

البته لازم به یادآوری است که دوزهای بسیار زیاد ویتامین های محلول در چربی قطعا سمی هستند. هیپرویتامینوز A با بی اشتهایی، سردرد، هپاتواسپلنومگالی، تحریک پذیری، درماتیت پوسته پوسته، ریزش تکه ای مو، درد استخوان و هیپراستوز مشخص می شود. مسمومیت حاد با ویتامین A اولین بار توسط کاوشگران قطب شمال توصیف شد که پس از خوردن جگر خرس قطبی که به ویژه غنی از ویتامین A است دچار سردرد، اسهال و سرگیجه شدند. هیپرویتامینوز D با کاهش وزن، کلسیفیکاسیون بسیاری از بافت های نرم و آسیب حاد کلیه مرتبط است. هیپرویتامینوز K با اختلالات گوارشی و کم خونی مشخص می شود. تصور می شود که دوزهای زیاد ویتامین های محلول در آب کمتر باعث ایجاد مشکل می شوند زیرا می توانند به سرعت از بدن پاک شوند. با این حال، نشان داده شده است که مصرف مگادوزهای پیریدوکسین (ویتامین B6) می تواند نوروپاتی محیطی ایجاد کند.

CONTROL OF FOOD INTAKE

The intake of nutrients is under complex control involving signals from both the periphery and the central nervous system. Complicating the picture, higher functions also modulate the response to both central and peripheral cues that either trigger or inhibit food intake. Thus, food preferences, emotions, environment, lifestyle, and circadian rhythms may all have profound effects on whether food is sought, and the type of food that is ingested.

کنترل مصرف غذا

دریافت مواد مغذی تحت کنترل پیچیده ای است که شامل سیگنال هایی از محیط و سیستم عصبی مرکزی است. که تصویر را پیچیده می‌کند، عملکردهای بالاتر نیز پاسخ به نشانه‌های مرکزی و محیطی را تعدیل می‌کنند که باعث تحریک یا مهار مصرف غذا می‌شوند. بنابراین، ترجیحات غذایی، احساسات، محیط، سبک زندگی و ریتم‌های شبانه‌روزی همگی ممکن است تأثیرات عمیقی بر جستجوی غذا و نوع غذایی که مصرف می‌شود داشته باشند.

Many of the hormones and other factors that are released coincident with a meal, and may play other important roles in digestion and absorption (see Chapter 25) are also involved in the regulation of feeding behavior (Figure 26- 9). For example, CCK either produced by I cells in the intestine, or released by nerve endings in the brain, inhibits further food intake and thus is defined as a satiety factor or anorexin. CCK and other similar factors have attracted great interest from the pharmaceutical industry in the hopes that derivatives might be useful as aids to dieting, an objective that is lent greater urgency given the current epidemic of obesity in Western countries (Clinical Box 26-4).

بسیاری از هورمون ها و سایر عواملی که همزمان با یک وعده غذایی ترشح می شوند و ممکن است نقش های مهم دیگری در هضم و جذب داشته باشند (به فصل ۲۵ مراجعه کنید) نیز در تنظیم رفتار تغذیه نقش دارند (شکل ۲۶-۹). برای مثال، CCK یا توسط سلول‌های I در روده تولید می‌شود، یا توسط پایانه‌های عصبی در مغز آزاد می‌شود، مصرف بیشتر غذا را مهار می‌کند و بنابراین به عنوان یک عامل سیری یا آنورکسین تعریف می‌شود. CCK و سایر عوامل مشابه توجه زیادی را از سوی صنعت داروسازی به این امید جلب کرده اند که مشتقات ممکن است به عنوان کمکی برای رژیم غذایی مفید باشند، هدفی که با توجه به اپیدمی فعلی چاقی در کشورهای غربی فوریت بیشتری دارد (کادر بالینی ۲۶-۴).

FIGURE 26-9 Summary of mechanisms controlling food intake. Peripheral stimuli and inhibitors, release in anticipation of or in response to food intake, cross the blood-brain barrier (indicated by the broken red line) and activate the release and/or synthesis of central factors in the hypothalamus that either increase or decrease subsequent food intake. Food intake can also be modulated by signals from higher centers, as shown. Not shown, peripheral orexins can reduce production of central inhibitors, and vice versa. AA, amino acid; CART, cocaine- and amphetamine-regulated transcript; CCK, cholecystokinin; CRH, corticotropin-releasing hormone; FFA, free fatty acids; NE, norepinephrine; NPY, neuropeptide Y; POMC, pro-opiomelanocortin; PYY, Peptide YY. (Used with permission of Dr Samuel Klein, Washington University.)

شکل ۲۶-۹ خلاصه مکانیسم های کنترل کننده مصرف غذا. محرک‌ها و مهارکننده‌های محیطی، در انتظار یا در پاسخ به دریافت غذا آزاد می‌شوند، از سد خونی مغزی عبور می‌کنند (که با خط قرمز شکسته مشخص می‌شود) و آزادسازی و/یا سنتز عوامل مرکزی در هیپوتالاموس را فعال می‌کنند که دریافت غذای بعدی را افزایش یا کاهش می‌دهند. همانطور که نشان داده شده است، می توان دریافت غذا را نیز با سیگنال های مراکز بالاتر تعدیل کرد. نشان داده نشده، اورکسین های محیطی می توانند تولید مهارکننده های مرکزی را کاهش دهند و بالعکس. AA، اسید آمینه؛ سبد خرید، رونوشت تنظیم شده با کوکائین و آمفتامین؛ CCK، کوله سیستوکینین؛ CRH، هورمون آزاد کننده کورتیکوتروپین؛ FFA، اسیدهای چرب آزاد؛ NE، نوراپی نفرین؛ NPY، نوروپپتید Y; POMC، pro-opiomelanocortin; PYY، پپتید YY. (با اجازه دکتر ساموئل کلاین، دانشگاه واشنگتن استفاده می شود.)

CLINICAL BOX 26-4

Obesity

Obesity is the most common and most expensive nutritional problem in the United States. A convenient and reliable indicator of body fat is the body mass index (BMI), which is body weight (in kilograms) divided by the square of height (in meters). Values above 25 are abnormal. Individuals with values of 25-30 are considered overweight, and those with values >30 are obese. In the United States, 34% of the population is overweight and 34% is obese. The incidence of obesity is also increasing in other countries. Indeed, the Worldwatch Institute has estimated that although starvation continues to be a problem in many parts of the world, the number of overweight people in the world is now as great as the number of underfed. Obesity is a problem because of its complications. It is associated with accelerated atherosclerosis and an increased incidence of gallbladder and other diseases. Its association with type 2 diabetes is especially striking. As weight increases, insulin resistance increases and frank diabetes appears. At least in some cases, glucose tolerance is restored when weight is lost. In addition, the mortality rates from many kinds of cancer are increased in obese individuals. The causes of the high incidence of obesity in the general population are probably multiple. Studies of twins raised apart show a definite genetic component. It has been pointed out that through much of human evolution, famines were common, and mechanisms that permitted increased energy storage as fat had survival value. Now, however, food is plentiful in many countries, and the ability to gain and retain fat has become a liability. As noted above, the fundamental cause of obesity is still an excess of energy intake in food over energy expenditure. If human volunteers are fed a fixed high-calorie diet, some gain weight more rapidly than others, but those with slower weight gain can be shown to exhibit increased energy expenditure in the form of small, fidgety movements (nonexercise activity thermogenesis; NEAT). Body weight generally increases at a slow but steady rate throughout adult life. Decreased physical activity is undoubtedly a factor in this increase, but decreased sensitivity to leptin may also play a role.

جعبه بالینی ۲۶-۴

چاقی

چاقی رایج ترین و گران ترین مشکل تغذیه ای در ایالات متحده است. شاخص مناسب و قابل اعتماد چربی بدن، شاخص توده بدنی (BMI) است که وزن بدن (به کیلوگرم) تقسیم بر مجذور قد (بر حسب متر) است. مقادیر بالای ۲۵ غیر طبیعی هستند. افراد با مقادیر ۲۵-۳۰ دارای اضافه وزن و افرادی با مقادیر بیش از ۳۰ چاق هستند. در ایالات متحده ۳۴ درصد از جمعیت دارای اضافه وزن و ۳۴ درصد چاق هستند. بروز چاقی در کشورهای دیگر نیز رو به افزایش است. در واقع، موسسه Worldwatch تخمین زده است که اگرچه گرسنگی همچنان یک مشکل در بسیاری از نقاط جهان است، اما تعداد افراد دارای اضافه وزن در جهان اکنون به اندازه تعداد افراد کم تغذیه است. چاقی به دلیل عوارضی که دارد یک مشکل است. با تسریع تصلب شرایین و افزایش بروز کیسه صفرا و سایر بیماری ها همراه است. ارتباط آن با دیابت نوع ۲ به ویژه قابل توجه است. با افزایش وزن، مقاومت به انسولین افزایش می یابد و دیابت آشکار ظاهر می شود. حداقل در برخی موارد، با کاهش وزن، تحمل گلوکز بازیابی می شود. علاوه بر این، میزان مرگ و میر ناشی از بسیاری از انواع سرطان در افراد چاق افزایش می یابد. علل بروز بالای چاقی در جمعیت عمومی احتمالاً چندگانه است. مطالعات روی دوقلوهایی که جدا از هم بزرگ شده اند، یک جزء ژنتیکی مشخص را نشان می دهد. اشاره شده است که در طول بسیاری از تکامل انسان، قحطی رایج بود، و مکانیسم هایی که اجازه می داد ذخیره انرژی افزایش یابد زیرا چربی ارزش بقا دارد. با این حال، اکنون غذا در بسیاری از کشورها به وفور یافت می شود و توانایی به دست آوردن و حفظ چربی به یک وظیفه تبدیل شده است. همانطور که در بالا ذکر شد، علت اصلی چاقی هنوز هم مازاد انرژی دریافتی در غذا نسبت به مصرف انرژی است. اگر داوطلبان انسانی با یک رژیم غذایی ثابت و پرکالری تغذیه شوند، برخی سریعتر از دیگران وزن اضافه می کنند، اما آنهایی که افزایش وزن آهسته تری دارند، می توان نشان داد که مصرف انرژی بیشتری را به شکل حرکات کوچک و بی قرار نشان می دهند (ترموژنز فعالیت بدون ورزش، NEAT). وزن بدن به طور کلی با سرعت آهسته اما ثابت در طول زندگی بزرگسالی افزایش می یابد. کاهش فعالیت بدنی بدون شک عاملی در این افزایش است، اما کاهش حساسیت به لپتین نیز ممکن است نقش داشته باشد.

THERAPEUTIQ HIGHLIGHTS

Obesity is such a vexing medical and public health problem because its effective treatment depends so dramatically on lifestyle changes. Long-term weight loss can only be achieved with decreased food intake, increased energy expenditure, or, ideally, some combination of both. Exercise alone is rarely sufficient because it typically induces the patient to ingest more calories. For those who are seriously obese and who have developed serious health complications as a result, a variety of surgical approaches have been developed that reduce the size of the stomach reservoir and/or bypass it altogether. These surgical maneuvers are intended to reduce the size of meals that can be tolerated, but also have dramatic metabolic effects even before significant weight loss occurs, perhaps as a result of reduced production of peripheral orexins, such as ghrelin, by the gut. Pharmaceutical companies are also actively exploring the science of orexins and anorexins to develop drugs that might act centrally to modify food intake (Figure 26-9).

نکات برجسته درمانی

چاقی یک مشکل آزاردهنده پزشکی و بهداشت عمومی است زیرا درمان موثر آن به طور چشمگیری به تغییرات سبک زندگی بستگی دارد. کاهش وزن طولانی مدت تنها با کاهش مصرف غذا، افزایش مصرف انرژی، یا در حالت ایده آل، ترکیبی از هر دو حاصل می شود. ورزش به تنهایی به ندرت کافی است زیرا معمولاً بیمار را وادار به دریافت کالری بیشتری می کند. برای کسانی که به طور جدی چاق هستند و در نتیجه دچار عوارض جدی سلامتی شده‌اند، روش‌های جراحی مختلفی ایجاد شده است که اندازه مخزن معده را کاهش می‌دهد و/یا آن را به کلی دور می‌زند. هدف از این مانورهای جراحی کاهش حجم وعده‌های غذایی قابل تحمل است، اما همچنین اثرات متابولیکی چشمگیری حتی قبل از کاهش وزن قابل توجه دارد، شاید در نتیجه کاهش تولید اورکسین‌های محیطی، مانند گرلین، توسط روده. شرکت های داروسازی نیز به طور فعال در حال بررسی علم اورکسین ها و آنورکسین ها برای تولید داروهایی هستند که ممکن است به طور مرکزی برای اصلاح مصرف غذا عمل کنند (شکل ۲۶-۹).

Leptin and ghrelin are peripheral factors that act reciprocally on food intake, and have emerged as critical regulators in this regard. Both activate their receptors in the hypothalamus that initate signaling cascades leading to changes in food intake. Leptin is produced by adipose tissue, and signals the status of the fat stores therein. As adipocytes increase in size, they release greater quantities of leptin and this tends to decrease food intake, in part by increasing the expression of other anorexigenic factors in the hypothalamus such as pro- opiomelanocortin (POMC), cocaine- and amphetamine-regulated transcript (CART), neurotensin, and corticotropin-releasing hormone (CRH). Leptin also stimulates the metabolic rate. Animal studies have shown that it is possible to become resistant to the effects of leptin, however, and in this setting, food intake persists despite adequate (or even growing) adipose stores-obesity therefore results.

لپتین و گرلین عوامل محیطی هستند که به طور متقابل بر مصرف غذا عمل می کنند و به عنوان تنظیم کننده های حیاتی در این زمینه ظاهر شده اند. هر دو گیرنده های خود را در هیپوتالاموس فعال می کنند که باعث ایجاد آبشارهای سیگنالینگ می شود که منجر به تغییر در مصرف غذا می شود. لپتین توسط بافت چربی تولید می شود و وضعیت ذخایر چربی موجود در آن را نشان می دهد. با افزایش اندازه سلول‌های چربی، مقادیر بیشتری لپتین آزاد می‌شود و این منجر به کاهش مصرف غذا می‌شود، تا حدی با افزایش بیان سایر عوامل بی‌اشتهایی در هیپوتالاموس مانند پروپیوملانوکورتین (POMC)، رونوشت تنظیم‌شده با کوکائین و آمفتامین (CART)، نوروتانسین و هورمون‌های کورتیکوتروپین کورتیکوتروپین. لپتین همچنین سرعت متابولیسم را تحریک می کند. مطالعات حیوانی نشان داده‌اند که می‌توان به اثرات لپتین مقاوم شد، با این حال، و در این شرایط، مصرف غذا علی‌رغم وجود ذخایر چربی کافی (یا حتی در حال رشد) ادامه می‌یابد – بنابراین چاقی نتیجه می‌شود.

Ghrelin, on the other hand, is a predominantly fast-acting orexin that stimulates food intake. It is produced mainly by the stomach, as well as other tissues such as the pancreas and adrenal glands in responses to changes in nutritional status circulating ghrelin levels increase preprandially, then decrease after a meal. It is believed to be involved primarily in meal initiation, unlike the longer-term effects of leptin. Like leptin, however, the effects of ghrelin are produced mostly via actions in the hypothalamus. It increases synthesis and/or release of central orexins, including neuropeptide Y and cannabinoids, and suppresses the ability of leptin to stimulate the anorexigenic factors discussed above. Loss of the activity of ghrelin may account in part for the effectiveness of gastric bypass procedures for obesity. Its secretion may also be inhibited by leptin, underscoring the reciprocity of these hormones. There is some evidence to suggest, however, that the ability of leptin to reduce ghrelin secretion is lost in the setting of obesity.

از طرف دیگر، گرلین یک اورکسین با اثر سریع است که مصرف غذا را تحریک می کند. این ماده عمدتاً توسط معده و همچنین سایر بافت‌ها مانند لوزالمعده و غدد فوق کلیوی در پاسخ به تغییرات در وضعیت تغذیه تولید می‌شود که سطح گرلین در گردش قبل از غذا افزایش می‌یابد، سپس بعد از غذا کاهش می‌یابد. اعتقاد بر این است که برخلاف اثرات طولانی مدت لپتین، عمدتاً در شروع وعده غذایی نقش دارد. با این حال، مانند لپتین، اثرات گرلین بیشتر از طریق اعمال در هیپوتالاموس تولید می شود. سنتز و/یا آزادسازی اورکسین‌های مرکزی از جمله نوروپپتید Y و کانابینوئیدها را افزایش می‌دهد و توانایی لپتین را برای تحریک عوامل بی‌اشتهایی که در بالا توضیح داده شد سرکوب می‌کند. از دست دادن فعالیت گرلین ممکن است تا حدی دلیل اثربخشی روش های بای پس معده برای چاقی باشد. ترشح آن نیز ممکن است توسط لپتین مهار شود، که بر ارتباط متقابل این هورمون ها تأکید می کند. با این حال، شواهدی وجود دارد که نشان می دهد توانایی لپتین برای کاهش ترشح گرلین در شرایط چاقی از بین می رود.

CHAPTER SUMMARY

خلاصه فصل

• A balanced diet is important for health, and certain substances obtained from the diet are essential to life. The caloric value of dietary intake must be approximately equal to energy expenditure for homeostasis.

• یک رژیم غذایی متعادل برای سلامتی مهم است و برخی مواد به دست آمده از رژیم غذایی برای زندگی ضروری هستند. ارزش کالری دریافتی از رژیم غذایی باید تقریباً برابر با مصرف انرژی برای هموستاز باشد.

• A typical mixed meal consists of carbohydrates, proteins, and lipids (the latter largely in the form of triglycerides). Each must be digested to allow its uptake into the body. Specific transporters carry the products of digestion into the body.

• یک وعده غذایی مخلوط معمولی از کربوهیدرات ها، پروتئین ها و لیپیدها (که دومی عمدتاً به شکل تری گلیسیرید هستند) تشکیل شده است. هر کدام باید هضم شوند تا بتوانند به بدن جذب شوند. انتقال دهنده های خاص محصولات هضم را به بدن حمل می کنند.

• In the process of carbohydrate assimilation, the epithelium can only transport monomers, whereas for proteins, short peptides can be absorbed in addition to amino acids.

• در فرآیند جذب کربوهیدرات، اپیتلیوم فقط می تواند مونومرها را منتقل کند، در حالی که برای پروتئین ها، علاوه بر اسیدهای آمینه، پپتیدهای کوتاه نیز می توانند جذب شوند.

• The protein assimilation machinery, which rests heavily on the proteases in pancreatic juice, is arranged such that these enzymes are not activated until they reach their substrates in the small intestinal lumen. This is accomplished by the restricted localization of an activating enzyme, enterokinase.

• دستگاه جذب پروتئین که به شدت بر روی پروتئازهای موجود در آب پانکراس قرار دارد، طوری چیده شده است که این آنزیم ها تا زمانی که به زیرلایه های خود در مجرای روده کوچک نرسند فعال نمی شوند. این امر با محلی سازی محدود یک آنزیم فعال کننده، انتروکیناز، انجام می شود.

• Lipids face special challenges to assimilation given their hydrophobicity. Bile acids solubilize the products of lipolysis in micelles and accelerate their ability to diffuse to the epithelial surface. The assimilation of triglycerides is enhanced by this mechanism, whereas that of cholesterol and fat-soluble vitamins absolutely requires it.

• لیپیدها با توجه به آبگریز بودن آنها برای جذب با چالش های خاصی روبرو هستند. اسیدهای صفراوی محصولات لیپولیز را در میسل ها حل می کنند و توانایی آنها را برای انتشار به سطح اپیتلیال تسریع می کنند. جذب تری گلیسیرید با این مکانیسم افزایش می یابد، در حالی که جذب کلسترول و ویتامین های محلول در چربی کاملاً به آن نیاز دارد.

• Food intake is regulated by a complex network of signals both from the periphery and in the central nervous system. Ghrelin released by the stomach is a critical peripheral orexin that stimulates centers in the hypothalamus to trigger food intake. Leptin is released by adipocytes and signals the status of fat stores. Unless leptin resistance has developed, it stimulates the release of anorexins in the hypothalamus to terminate feeding behavior.

• دریافت غذا توسط شبکه پیچیده ای از سیگنال ها هم از محیط و هم در سیستم عصبی مرکزی تنظیم می شود. گرلین آزاد شده توسط معده یک اورکسین محیطی حیاتی است که مراکز موجود در هیپوتالاموس را برای تحریک دریافت غذا تحریک می کند. لپتین توسط سلول های چربی آزاد می شود و وضعیت ذخایر چربی را نشان می دهد. مگر اینکه مقاومت لپتین ایجاد شده باشد، آزادسازی آنورکسین ها را در هیپوتالاموس تحریک می کند تا رفتار تغذیه را خاتمه دهد.

• When energy intake exceeds expenditures, the increasingly prevalent modern disease of obesity results.

• وقتی انرژی دریافتی از هزینه ها بیشتر شود، بیماری مدرن چاقی که به طور فزاینده ای شایع می شود، منتج می شود.

MULTIPLE-CHOICE QUESTIONS

For all questions, select the single best answer unless otherwise directed.

سوالات چند گزینه ای

برای همه سؤالات، بهترین پاسخ را انتخاب کنید، مگر اینکه دستور دیگری داده شود.

۱. A newborn baby is brought to the pediatrician suffering from severe diarrhea that worsens with meals. The symptoms diminish when nutrients are delivered intravenously. The child most likely has a mutation in which of the following intestinal transporters?

A. Na+, K+ ATPase
B. NHE3
C. SGLT-1
D. H+, K+ ATPase
E. NKCC1

۱. نوزاد تازه متولد شده ای را نزد پزشک اطفال می آورند که از اسهال شدید رنج می برد که با غذا بدتر می شود. هنگامی که مواد مغذی به صورت داخل وریدی تحویل داده می شوند، علائم کاهش می یابد. کودک به احتمال زیاد دارای جهش در کدام یک از ناقلان روده زیر است؟

الف. Na⁺، K⁺ ATPase
ب. NHE3
ج. SGLT-1
د. H⁺، K⁺ ATPase
ی. NKCC1

۲. An infant that was previously healthy but is displaying symptoms of acute diarrhea and dehydration after a presumed enteric infection is given Pedialyte, a solution of glucose and electrolytes. What membrane protein accounts for the ability of this solution to provide more rapid hydration than plain water?
A. Sucrase-isomaltase
B. SGLT-1
C. CFTR
D. Chloride-bicarbonate exchanger
E. Lactose-phlorizin hydrolase

۲. به نوزادی که قبلاً سالم بود اما علائم اسهال حاد و کم آبی بدن را پس از عفونت روده ای احتمالی نشان می دهد، Pedialyte، محلولی از گلوکز و الکترولیت ها تجویز می شود. کدام پروتئین غشایی توانایی این محلول را در ارائه هیدراتاسیون سریعتر نسبت به آب ساده دارد؟

الف. سوکراز-ایزومالتاز
ب. SGLT-1
ج. CFTR
د. مبدل کلرید-بی کربنات
ی. لاکتوز فلوریزین هیدرولاز

۳. In the situation described in question 2, the child’s mother does not have any Pedialyte available, so gives the infant some boiled water in which she has dissolved some salt and table sugar. Activity of which enzyme will be needed to make this solution effective?

A. Salivary amylase
B. Pancreatic amylase
C. Glucoamylase
D. Lactose-phlorizin hydrolase
E. Sucrase-isomaltase

۳. در شرایطی که در سوال ۲ توضیح داده شد، مادر کودک هیچ ماده پدیالیت در دسترس ندارد، بنابراین مقداری آب جوشیده که در آن مقداری نمک و شکر حل کرده است به نوزاد می دهد. فعالیت کدام آنزیم برای اثربخشی این محلول مورد نیاز است؟

الف. آمیلاز بزاقی
ب. آمیلاز پانکراس
ج. گلوکومیلاز
د. لاکتوز فلوریزین هیدرولاز
ی. سوکراز-ایزومالتاز

۴. A decrease in which of the following would be expected in a child exhibiting a congenital absence of enterokinase?

A. Incidence of pancreatitis
B. Glucose absorption
C. Bile acid reabsorption
D. Gastric pH
E. Protein assimilation

۴. کاهش کدام یک از موارد زیر در کودکی که فقدان مادرزادی انتروکیناز را نشان می دهد انتظار می رود؟

الف. بروز پانکراتیت
ب. جذب گلوکز
ج. بازجذب اسید صفراوی
د. pH معده
ی. جذب پروتئین

۵. In Hartnup disease (a defect in the transport of neutral amino acids), patients do not become deficient in these amino acids due to the activity of

A. PepT1.
B. brush border peptidases.
C. Na+, K+ ATPase.
D. cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR).
E. trypsin.

۵. در بیماری هارتناپ (نقص در انتقال اسیدهای آمینه خنثی)، بیماران به دلیل فعالیت اسیدهای آمینه دچار کمبود این آمینو اسیدها نمی شوند.

الف. PepT1.
ب. پپتیدازهای مرزی برس.
ج. Na⁺، K⁺ ATPase.
د. فیبروز کیستیک تنظیم کننده هدایت گذرنده (CFTR).
ی. تریپسین.

۶. A patient with hypercholesterolemia is treated with cholestyramine, a resin that binds bile acids in the intestinal lumen. Overall levels of absorption of which of the following is likely to be abnormal in this patient?

A. Long-chain triglyceride
B. Medium-chain triglyceride
C. Starch
D. Vitamin D
E. Vitamin B6

۶. بیمار مبتلا به هیپرکلسترولمی با کلستیرامین، رزینی که اسیدهای صفراوی را در مجرای روده متصل می کند، درمان می شود. سطوح جذب کلی کدام یک از موارد زیر در این بیمار غیر طبیعی است؟

الف. تری گلیسیرید با زنجیره بلند
ب. تری گلیسیرید با زنجیره متوسط
ج. نشاسته
د. ویتامین D
ی. ویتامین B6

۷. Maximum absorption of short-chain fatty acids produced by bacteria occurs in the

A. stomach.
B. duodenum.
C. jejunum.
D. ileum.
E. colon.

۷. حداکثر جذب اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه تولید شده توسط باکتری ها در

الف. معده.
ب. دوازدهه.
ج. jejunum.
د. ایلئوم.
ی. روده بزرگ.

۸. A premenopausal woman who is physically active seeks advice from her primary care clinician regarding measures she can take to ensure adequate availability of dietary calcium to ensure bone health later in life. Which of the following dietary components should enhance calcium uptake?

A. Protein
B. Oxalates
C. Iron
D. Vitamin D
E. Sodium

۸. یک زن پیش از یائسگی که از نظر بدنی فعال است، از پزشک مراقبت های اولیه خود در مورد اقداماتی که می تواند برای اطمینان از دسترسی کافی به کلسیم رژیم غذایی برای اطمینان از سلامت استخوان در آینده در زندگی انجام دهد، مشاوره می گیرد. کدام یک از اجزای غذایی زیر باید جذب کلسیم را افزایش دهد؟

الف. پروتئین
ب. اگزالات ها
ج. آهن
د. ویتامین D
ی. سدیم

۹. A patient with obstructive jaundice who is scheduled for gallbladder surgery is found to have an elevated prothrombin time. This laboratory finding is most likely due to malabsorption of which of the following vitamins

A. A
B. C
C. B12
D. K
E. E

۹. در بیمار مبتلا به زردی انسدادی که برای جراحی کیسه صفرا برنامه ریزی شده است، زمان پروترومبین افزایش یافته است. این یافته آزمایشگاهی به احتمال زیاد به دلیل سوء جذب کدام یک از ویتامین های زیر است؟

الف. A
ب. سی
ج. B12
د. K
ی. E

۱۰. A 40-year-old man undergoes bariatric surgery for the treatment of morbid obesity. Levels of which of the following substances would be expected to be reduced in his brain following recovery?

A. Glucose
B. Ghrelin
C. Leptin
D. Pro-opiomelanocortin
E. Neurotensin

۱۰. مردی ۴۰ ساله برای درمان چاقی مرضی تحت عمل جراحی چاقی قرار می گیرد. انتظار می رود سطح کدام یک از مواد زیر در مغز او پس از بهبودی کاهش یابد؟

الف. گلوکز
ب. گرلین
ج. لپتین
د. Pro-opiomelanocortin
ی. نوروتانسین