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24.1: 消化系统的解剖结构和正常微生物群

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    200596

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    学习目标

    • 描述人体消化系统的主要解剖学特征
    • 描述人体消化系统中各个区域的正常微生物群
    • 解释微生物如何克服消化道的防御能力，导致感染或中毒
    • 描述与消化系统感染相关的一般体征和症状

    临床重点：第 1 部分

    在外面玩了一个早晨之后，四岁的卡利跑进去吃午饭。 咬了一口煎蛋后，她把它推开然后抱怨说：“太粘糊了，妈妈。 我不想要了。” 但是她的母亲没心情玩游戏，简短地回答说，如果她想回外面，最好吃完午饭。 卡莉很不情愿地顺从了，在她窒息流鼻涕的鸡蛋时努力不堵嘴。

    那天晚上，Carli 醒来时感到恶心。 她为父母哭了然后开始呕吐。 她的父母试图安慰她，但她整晚都在呕吐，开始出现腹泻和发烧。 到了早上，她的父母非常担心。 他们把她送到急诊室。

    练习\(\PageIndex{1}\)

    是什么原因导致了 Carli 的体征和症状？

    人体消化系统或胃肠道（GI）从口腔开始，以肛门结束。 口腔的各个部分包括牙齿、牙龈、舌头、口腔前庭（牙龈、嘴唇和牙齿之间的空间）和口腔本身（牙齿和牙龈后面的空间）。 胃肠道的其他部分是咽部、食道、胃、小肠、大肠、直肠和肛门（图\(\PageIndex{1}\)）。 辅助消化器官包括唾液腺、肝脏、胆囊、脾脏和胰腺。

    消化系统含有正常的微生物群，包括古细菌、细菌、真菌、原生生物甚至病毒。 由于这种微生物群对消化系统的正常功能很重要，因此抗生素或饮食改变微生物群可能有害。 此外，将病原体引入胃肠道会导致感染和疾病。 在本节中，我们将回顾在健康消化道中发现的微生物群以及与口腔和胃肠道感染相关的一般体征和症状。

    消化系统图。 系统从嘴巴和舌头开始。 这个区域有唾液腺：舌下腺在舌下，颌下腺位于下巴，腮腺位于口腔后部。 口腔通向咽部（一根管子），通向食道，通向胃，通向小肠。 小肠分为三个区域：首先是十二指肠，其次是空肠，最后是回肠。 这导致大肠分为几个区域：首先是盲肠，然后是上升结肠，然后是横结肠，然后是下降结肠，然后是乙状结肠，最后是直肠、肛管和肛门。 阑尾是盲肠上的一个小突出物。 消化系统的一部分还有大肝脏（胃的上方和右侧）、胆囊（肝脏下方的一个小囊）、胰腺（胃下和胃后的结构）和脾脏（胃下方和左侧的结构）。
    图\(\PageIndex{1}\)：消化系统或胃肠道包括与食物消化相关的所有器官。

    口腔的解剖结构和正常微生物群

    食物通过口腔进入消化道，机械消化（通过咀嚼）和化学消化（通过唾液中的酶）开始。 口腔内有舌腺、牙齿和唾液腺，包括腮腺、舌下腺和颌下腺（图\(\PageIndex{2}\)）。 唾液腺产生唾液，唾液润滑食物并含有消化酶。

    a) 头部和颈部的结构：嘴唇、下巴、鼻腔（鼻子后面有很大的空间）、口腔（口腔中的空间）、舌头、悬垂（口后结构）、pharyx（口后的管子）、食道（pharyx 是这根管子的顶部，现在被称为食道喉部）和喉部（这在咽部也是连续的，但会通向呼吸系统）。 B) 口腔区域的组成部分：牙齿、舌下腺（舌下腺）、颌下腺（位于口腔后部和口底）和腮腺（口腔最后部的大腺体）。
    图\(\PageIndex{2}\)：（a）当食物进入口腔时，消化开始。 (b) 唾液腺是辅助消化器官。 （来源：美国国家癌症研究所对工作的修改）

    牙齿的结构（图\(\PageIndex{3}\)）始于可见的外表面，称为牙冠，它必须非常坚硬才能承受咬和咀嚼的力量。 表冠上覆盖着珐琅质，这是人体中最坚硬的材料。 在牙冠下方，一层相对较硬的牙本质延伸到最内层的牙髓腔周围的牙根部，牙髓腔包括位于牙齿顶部的牙髓室和位于根部的牙髓管或根管。 填充牙髓腔的牙髓富含血管、淋巴管、结缔组织和神经。 牙根和部分牙冠被骨质覆盖，骨质与牙周韧带配合使用，将牙齿固定在颌骨中。 牙齿和骨骼周围的软组织被称为牙龈或牙龈。 牙龈间隙或牙龈缝隙位于牙龈和牙齿之间。

    牙齿的结构。 牙龈上方的部分（牙龈）被称为冠，牙龈下方的部分是根。 牙冠的最顶部是厚厚的牙釉质，在牙龈上方的区域非常厚，根部要薄得多。 下一层是牙本质，牙冠和牙根的厚度都相同。 正中心是包含牙髓管（根管）以及神经和血管的牙髓。 根部主要位于骨骼区域。 有一个很小的空间，牙齿会延伸到牙龈上，这被称为牙龈缝隙。
    图\(\PageIndex{3}\)：牙齿有一个可见的牙冠，外层是牙釉质，一层牙本质和一根内牙。 被牙龈隐藏的根部包含牙髓管（根管）。 （来源：布鲁斯·布劳斯对作品的修改）

    细菌和古细菌等微生物在口腔中很丰富，覆盖口腔的所有表面。 但是，不同的结构，例如牙齿或脸颊，拥有独特的有氧和厌氧微生物群落。 有些因素似乎不利于使口腔对某些微生物热情好客。 例如，咀嚼可以让微生物更好地与唾液混合，这样它们就可以更容易地被吞下或吐出来。 唾液还含有酶，包括溶菌酶，可破坏微生物细胞。 回想一下，溶菌酶是先天免疫系统第一道防线的一部分，它分解了细菌肽聚糖中N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）和N-乙酰氨酸（NAM）之间的 β-（1,4）糖苷联系（参见化学防御）。 此外，含有免疫球蛋白和吞噬细胞的液体会在牙龈空间中产生。 尽管有所有这些化学和机械活性，但口腔支持着庞大的微生物群落。

    练习\(\PageIndex{2}\)

    哪些因素使口腔不适合某些微生物？

    胃肠道的解剖结构和正常微生物群

    当食物离开口腔时，它会穿过咽部或喉咙后部，然后进入食道，食道在不添加任何额外的消化酶的情况下将食物从咽部输送到胃。 胃产生粘液以保护其内膜，并产生消化酶和酸来分解食物。 然后，部分消化的食物通过幽门括约肌离开胃，到达小肠的第一部分，称为十二指肠。 胰液包括酶和碳酸氢根离子，被释放到小肠中，以中和胃中的酸性物质并帮助消化。 胆汁由肝脏产生，但储存在胆囊中，它也会被释放到小肠中以乳化脂肪，这样它们就可以在小肠的水环境中传播。 消化在小肠中继续，食物中所含的大部分营养素都被小肠吸收。 称为肠细胞的简单柱状上皮细胞排列在称为绒毛的小肠褶皱的管腔表面。 每个肠细胞的细胞顶端表面都有较小的微绒毛（细胞质膜延伸），这会增加表面积，从而使更多的营养物质吸收（图\(\PageIndex{4}\)）。

    小肠的放大倍率越来越大。 A) 是示意图，b)、c) 和 d) 是每次放大倍数的显微照片。 最大放大倍率的显微照片显示底部有一个粉红色区域，表面有一个深波浪状的深粉色区域；图像的顶部很清晰。 底层有一些标有 Peyer 补丁的较暗斑块。 该图显示了一根管子，内衬三层肌肉；血管与管子外侧相连。 管子的切口显示了沿管直径的圆形褶皱。 这些褶皱含有深裂的绒毛。 管道中的空白处被标记为管腔。 下一层放大倍率是其中一层。 显微照片上充斥着来回折叠的粉色图层。 该图显示了两个折叠。 褶皱的表面覆盖着吸收性细胞和一些高脚杯细胞。 褶皱之间还有进一步缩进标记的肠隐室。 褶皱内有毛细血管、动脉和淋巴囊泡。 在结构的最底层（血液和淋巴管下方）有几个十二指肠腺。 最后一张特写镜头显示了细胞表面连续的手指形状。 它们在图中被标记为 microvilli（画笔边框）。
    图\(\PageIndex{4}\)：（a）小肠壁的结构允许体内吸收大部分营养。 (b) 绒毛是小肠表面的褶皱。 微绒毛是单个细胞的细胞质延伸，可增加吸收的表面积。 (c) 光学显微照片显示绒毛的形状。 (d) 电子显微照片显示了微绒毛的形状。 （来源 b、c、d：修改密歇根大学医学院摄政官提供的显微照片 © 2012）

    消化的食物离开小肠，进入大肠或结肠，那里的微生物群更加多样化。 在这个交界处附近，大肠里有一个叫做盲肠的小袋子，它附着在阑尾上。 整个结肠会进一步消化，水分被重新吸收，然后废物通过直肠（结肠的最后一部分）排出体外，然后通过肛门排出体外（图\(\PageIndex{1}\)）。

    大部分胃肠道的环境都很恶劣，有两个用途：消化和免疫。 胃是一种极度酸性的环境（pH 1.5—3.5），因为胃液会分解食物并杀死许多摄入的微生物；这有助于防止病原体感染。 小肠中的环境不那么恶劣，能够支持微生物群落。 存在于小肠中的微生物可以包括乳酸杆菌、白喉和真菌念珠菌。 另一方面，大肠（结肠）含有多样而丰富的微生物群，对正常功能很重要。 这些微生物包括 B acteriodetes（尤其是 Bactero ides 和 Prevotella 属）和 Firmicutes（尤其是梭状芽孢杆菌属的成员）。 还存在产甲烷的古细菌和一些真菌以及许多其他种类的细菌。 这些微生物都有助于消化，并有助于产生粪便、从消化道排出的废物和 flatus（微生物发酵未消化食物产生的气体）。 它们还可以产生宝贵的营养。 例如，双歧杆菌等乳酸菌可以合成人类无法合成的维生素，例如维生素B12、叶酸和核黄素。 肠道中发现的大肠杆菌还可以分解食物并帮助人体产生维生素K，而维生素K对血液凝固很重要。

    胃肠道还有其他几种降低病原体感染风险的方法。 回肠内的一小部分下层淋巴组织聚集体，称为 Peyer's patch（图\(\PageIndex{4}\)），通过微折细胞（M）检测肠道中的病原体，微折细胞（M）将抗原从肠腔转移到 Peyer 斑块上的淋巴细胞，从而诱发免疫反应。 然后，Peyer 的贴剂将 IgA 和其他病原特异性抗体分泌到肠腔中，以帮助将肠道微生物保持在安全水平。 高脚杯细胞是经过修饰的简单柱状上皮细胞，也排列在胃肠道中（图\(\PageIndex{5}\)）。 杯状细胞分泌一种形成凝胶的粘蛋白，这是粘液的主要成分。 粘液保护层的产生有助于降低病原体进入更深组织的风险。

    物质在胃肠道中的持续运动也有助于将短暂的病原体转移出体外。 实际上，粪便由大约25％的微生物，25％的脱落的上皮细胞，25％的粘液和25％的消化或未消化的食物组成。 最后，正常的微生物群通过各种机制为感染提供了额外的屏障。 例如，这些生物在肠道内的空间和营养方面胜过潜在的病原体。 这就是所谓的竞争排斥。 微生物群的成员还可能分泌被称为细菌素的蛋白质毒素，这些毒素能够与易感细菌表面的特定受体结合。

    肠绒毛的显微照片，这些区域是两个由透明空间隔开的粉红色区域。 每条粉色带的表面都比中心深粉红色，表面包含标有高脚杯细胞的浅粉色椭圆形细胞。
    图\(\PageIndex{5}\)：胃肠道中肠绒毛的放大图像显示了杯状细胞。 这些细胞在产生粘液保护层方面很重要。

    练习\(\PageIndex{3}\)

    比较和对比小肠和大肠的微生物群。

    口腔和胃肠道疾病的一般体征和症状

    尽管有许多防御机制可以防止感染，但消化道的所有部分都可能成为感染或中毒的部位。 食物中毒一词有时被用作胃肠道感染和中毒的万能药，但并非所有形式的胃肠道疾病都源自食源性病原体或毒素。

    在口腔中，厌氧微生物发酵会产生损伤牙齿和牙龈的酸。 这可能导致蛀牙、蛀牙和牙周病，这种疾病的特征是慢性炎症和牙龈侵蚀。 此外，一些病原体可能导致口腔粘膜、腺体和其他结构感染，从而导致炎症、溃疡、溃疡和其他病变。 口腔或胃肠道的开放性溃疡通常称为溃疡。

    下消化道感染和中毒通常会产生恶心、呕吐、腹泻、疼痛和发烧等症状。 在某些情况下，呕吐和腹泻可能导致严重的脱水和其他可能变得严重或致命的并发症。 各种临床术语用于描述胃肠道症状。 例如，胃炎是导致肿胀的胃壁发炎，肠炎是指肠粘膜发炎。 当炎症同时涉及胃壁和肠壁时，这种情况称为胃肠炎。 肝脏发炎被称为肝炎。 结肠发炎，称为结肠炎，通常发生在食物中毒的情况下。 由于发炎的结肠不能像往常那样有效地重新吸收水分，因此大便会变成水样的，导致腹泻。 结肠上皮细胞受损也可能导致出血和水样粪便中出现过多的粘液，这种情况称为痢疾。

    练习\(\PageIndex{4}\)

    列出食物中毒的可能原因、体征和症状。

    关键概念和摘要

    • 消化道由口腔、咽部、食道、胃、小肠和大肠组成，其微生物群正常，对健康很重要。
    • 物质通过胃肠道、粘液保护层、正常微生物群以及胃和小肠中的恶劣化学环境的持续移动有助于防止病原体定植。
    • 口腔中的感染或微生物毒素会导致蛀牙、牙周病和各种类型的溃疡。
    • 胃肠道感染和中毒可引起一般症状，例如恶心、呕吐、腹泻和发热。 胃肠道局部炎症可导致胃炎、肠炎、胃肠炎、肝炎或结肠炎，结肠上皮细胞受损可导致痢疾。
    • 食源性疾病是指因摄入受污染食物或水中的病原体或毒素而引起的感染或中毒。