Желудочно-кишечный тракт человека

Пищеварение — это процесс расщепления сложных органических веществ на простые растворимые соединения, которые могут всасываться и усваиваться организмом. Пищеварение может происходить только при участии ферментов. Пищеварительная система состоит из нескольких отделов и целого ряда желез. Ее отделами являются ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник, заканчивающийся анальным отверстием. Процессы, которые происходят на каждом участке, требуют определенных условий. Эти условия обеспечиваются веществами, производимыми пищеварительными железами.

Ротовая полость ограничена челюстями и выстлана многослойным эпителием. Она начинается с ротового отверстия, через которое пища попадает в организм. Также в состав ротовой полости входят зубы, язык (перемешивает пищу, содержит вкусовые рецепторы), три пары слюнных и щечные железы. Пищевод представляет собой мышечную трубку, по которой пища попадает из ротовой полости в желудок.

Желудок — это расширенный участок пищеварительного тракта, где пища накапливается и переваривается. Он покрыт простым цилиндрическим эпителием, а в его стенке содержатся желудочные железы, выделяющие слизь, ферменты и гормоны, регулирующие процесс пищеварения. Стенка желудка состоит из трех слоев гладких мышц. Входное и выходное отверстия этого отдела замыкают кольцевые мышцы — сфинктеры. Эпителиальные клетки желудка производят много слизи, которая уберегает его стенки от действия пищеварительных ферментов и не позволяют желудку переваривать самого себя.

Кишечник является самым длинным участком пищеварительной системы. Его делят на два больших отдела — тонкий и толстый кишечник. Тонкий кишечник, в свою очередь, состоит из трех отделов — двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок. В двенадцатиперстную кишку открываются протоки печени и поджелудочной железы. Слизистая оболочка тонкого кишечника образует множество пальцевидных выростов (ворсинок), которые содержат большое количество лимфатических сосудов и кровеносных капилляров. Клетки, образующие выросты, покрыты микроворсинками. Такое строение слизистой оболочки позволяет значительно увеличить площадь поверхности стенки кишечника, благодаря чему увеличивается эффективность всасывания продуктов пищеварения. Толстый кишечник, как видно из названия, толще и короче, чем тонкий. В нем отсутствуют ворсинки, но имеется большое количество микроорганизмов, образующих кишечную микрофлору. Конечным участком толстого кишечника является прямая кишка. В ней накапливаются остатки пищи и продукты процессов пищеварения, которые выводятся из организма через анальное отверстие.

Железы. В стенках пищеварительного тракта содержится очень много мелких желез. Они выделяют слизь, ферменты и другие вещества. Крупнейшими железами пищеварительной системы являются печень и поджелудочная железа. Печень вырабатывает желчь, которая облегчает переваривание жиров. Кроме того, она обезвреживает опасные вещества, попадающие в организм. Поджелудочная железа вырабатывает большое количество ферментов, которые обеспечивают процесс пищеварения в тонком кишечнике.

При заболеваниях желудочно-кишечного тракта нужно обследовать пациента, взять ткань, провести исследование уровня кислотности в желудке, выявить дефекты или новообразования на слизистой, определить сужения или завороты, взять биоматериал для анализа на Helicobacter pylori. Для этого используют гастроскопию.

Гастроскопия (от др.-греч. γαστήρ — «желудок» и σκοπέω — «наблюдаю, смотрю»); полное название исследования — фиброгастродуоденоскопия (ФГДС), также эзофагогастродуоденоскопия (ЭГДС) и видеоэзофагодуоденоскопия (ВЭГДС) — разновидность эндоскопического обследования, позволяющая провести визуальный осмотр слизистой оболочки пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки при помощи специального инструмента — эндоскопа, вводимого в желудок через рот и пищевод.

Гастроскопия позволяет получить подробную информацию о состоянии слизистой оболочки пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки, выявить очаги воспаления, обнаружить язвы, злокачественные образования и другие поражения. Гастроскоп представляет собой гибкую трубку, внутри которой находится волоконно-оптическая система.

Важнейшей конструктивной частью эндоскопа является световод.

Рассмотрим физическое явление, на основании которого и сконструированы световоды.

Свет есть видимая невооружённым глазом электромагнитная волна с длиной 400-700нм. Свет распространяется прямолинейно и с различной скоростью в различных средах: в вакууме со скоростью c = 299 729 458м/с, а в других средах медленнее. Отношение скорости света u к скорости света в вакууме c называется абсолютным показателем преломления n (n = c / u). Показатель преломления (жёлтого света) для воздуха n = 1.004, для воды 1.33, 1.5-1.8 для стекла. (Для электромагнитной волны с различной длиной показатель преломления обратно пропорционален длине, поэтому за абсолютный показатель преломления берётся показатель жёлтого света.)

Когда луч света проходит через границу сред с различными показателями преломления, часть света отражается, а часть – преломляется.

Впервые эффект оптоволокна был замечен при прохождении света через струю воды и применен для создания оптоволокна, получившего применение в первых гибких эндоскопах.

Эндоскопы и сейчас применяются для осмотра труднодоступных мест. Медицинские эндоскопы используются для осмотра желудочно-кишечного тракта и других органов, в которых есть полости.

Для исследования различных органов желудочно-кишечного тракта применяют разные эндоскопы:

•                 гастроскоп – исследование пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки;

•                 энтероскоп – обследование тонкого кишечника;

•                 колоноскоп – обследование толстого кишечника.

Эндоскоп представляет собой гибкий шланг с управляемым кончиком, в котором проведены световоды для передачи света и изображения и, возможно, некоторые инструменты, а другой стороной этот шланг прикреплён к рукояти с двумя колёсиками, управляющими кончиком шланга, к которому подсоединяются источник света, приёмник изображения и т.п.

Медицинский эндоскоп ещё оснащён трубочками для подачи и откачки воздуха/воды/препаратов и насадки для инструментов, также может быть ещё один световод – для лазера, при помощи которого можно проводить хирургические вмешательства. С помощью эндоскопов, кроме визуального осмотра, можно проделывать следующие действия:

•                 остановку кровотечения;

•                 промывку полостей;

•                 нанесение препаратов;

•                 извлечение инородных тел;

•                 сбор анализов;

•                 выполнение хирургических действий.

При проведении гастроскопии врач видит состояние исследуемого органа в текущем времени,  поэтому может сразу подтвердить или опровергнуть свои предположения о состоянии здоровья. Также при проведении этого обследования врач  может на месте взять пробы  желудочного сока, сока двенадцатиперстной кишки, слизистой оболочки, удалить полипы и инородные тела, нанести лекарство на рану и т.п.

Таким образом, применение в медицинской технике явления полного отражения света служит здоровью людей.

В настоящее время, благодаря современным методам и технологиям, диагностика заболеваний ЖКТ стала более доступной и эффективной.

Распространенный метод диагностики - ультразвуковое исследование (УЗИ) кишечника и колоноскопия - играет важную роль в выявлении заболеваний и оценке состояния желудочно-кишечного тракта.

УЗИ  использует звуковые волны для создания изображений внутренних органов ЖКТ. Этот метод является неинвазивным и позволяет визуализировать структуры органов, выявить опухоли, воспаления или другие патологии.

Простота и доступность УЗИ-обследования — одно из значимых достижений медицины 20 века. Путь к этому был долгим: между первыми исследованиями ультразвука и ультразвуковым аппаратом в том виде, в котором мы его знаем, прошло больше века. 

Первый письменный документ, касающийся использования волн для пространственной ориентации, датируется 1794 годом, когда итальянский физик Ласаро Спалланцани проанализировал механизмы навигации летучих мышей в темноте. Он сделал ключевой вывод: эти животные использовали звук, а не свет, чтобы ориентироваться в пространстве. Способ, при которой местоположение определяется с помощью звуковых волн, отражающихся от объектов в окружающей среде, теперь известен как эхолокация. На этих же принципах работает ултьразвуковая диагностика.

Следующая веха — 1880 год. В этом году английский физик Франк Гальтон создал аппарат, способный производить звуковые волны частотой 40 герц (свисток Гальтона). В том же году ученые-физики Жак и Пьер Кюри заметили, что электричество может создаваться в кристалле кварца при механических колебаниях. Это явление было названо пьезоэлектрическим эффектом. Братья Кюри также открыли обратный пьезоэлектрический эффект: способность жидкого кристалла производить электричество под действием колебаний, производимых ультразвуковой волной.

Во время Первой мировой войны французское правительство поручило физику Полю Ланжевину и его коллегам исследовать звуковые волны высокой частоты для поиска немецких подводных лодок. Хотя их усилия, в конечном итоге, не увенчались успехом, ВМС США смогли разработать SONAR (звуковую навигацию и определение дальности) на основе исследований Ланжевена.

Более пристальное использование ультразвука в медицине началось во время и вскоре после Второй мировой войны. 

Работа австрийского доктора Карла Теодора Дуссика в 1942 году по ультразвуковому исследованию головного мозга на просвет представляет собой первую опубликованную работу по медицинскому ультразвуку. В 1944 году Флойд Файрстоун, работавший в США, получил патент на рефлектоскоп, первую систему, в которой один и тот же преобразователь генерировал ультразвуковые волны, а также регистрировал отраженные волны в промежутках между передаваемыми волновыми импульсами.

В 1940-х годах были предприняты попытки использовать методы отражения, которые требовали, чтобы приемник находился на той же стороне материала, что и передатчик. Дональд Спроул, исследователь, работавший в Англии в 1941 году, создал систему, в которой приемник представлял собой отдельное устройство, собирающее волны, отразившиеся от материала.

История ультразвукового аппарата в том виде, в котором мы его знаем сейчас, берет начало в 1949 году. Американец Дуглас Хоури вместе со своей командой создал УЗИ-аппарат, который стал пионером ультразвукового оборудования B-режима. Устройство представляло собой резервуар с жидкостью, где пациент сидел долго и неподвижно, пока вокруг него двигался сканер брюшной полости.

Тем не менее, будет неверным сказать, что Хоури придумал УЗИ-аппарат в одиночку, так как для проектирования оборудования он использовал наработки своих предшественников.

 Уже в 1986 году появился УЗИ-аппарат, основанный на технологии 3D-ультразвука и дающий трехмерные изображения.

 Сейчас УЗИ аппарат есть практически в каждой медицинской клинике. Разработки новых устройств продолжаются, и, возможно, через пару десятков лет на рынок выйдут принципиально новые аппараты, которые выведут диагностику на новый уровень.

Рентген пищевода и ЖКТ с барием — наиболее информативная диагностика заболеваний пищеварительной системы

Пищевод, желудок, кишка практически неотличимы от других мягких тканей организма. Для того чтобы они стали видны, в них вводят контрастное вещество – например, водную взвесь сульфата бария (сульфат бария нерастворим в воде и пищеварительных соках и поэтому безвреден для организма).

Чаще всего при диагностике используется именно сульфат бария.

Чистый сульфат бария — кристаллическое вещество (рис. 4) с ионной кристаллической решеткой, чаще всего выглядит как белый порошок (рис. 3). 

В медицинских целях это вещество растворяют в воде, получая бариевую взвесь, и пациенты принимают её ложками.

Такие вещества создают контраст, чтобы проекция на снимке в результате была более четкой и явной, позволяя рассмотреть внутренние ограны. То есть, в результате обследования сульфат бария выглядит на снимке белым, окрашивая органы (рис. 5).

Этот метод используется для диагностики любых заболеваний пищеварительной системы и назначается, если у пациента наблюдаются боли или нарушения в работе ЖКТ.

Сульфат бария имеет такой эффект, потому что  он почти не реагирует ни с водой, ни с соляной кислотой, которая содержится в желудке, и имеет достаточно высокую плотность. Но главная причина, по которой это соединение широко применяется для диагностики — это его взаимодействие с рентгеновскими лучами.

Медицинское применение рентгеновских лучей.

Рентгеновское излучение — это вид электромагнитных волн с небольшой длиной волны, который, как и обычный видимый свет, может использоваться для получения изображений с помощью специальной чувствительной плёнки (рис. 6, рис. 7), но картинка, конечно, получается гораздо менее явной, чем привычная нам фотография (рис. 7).

Эти лучи могут частично поглотиться тканями организма и другими телами и предметами.

  Сульфат бария  и подобные ему вещества (также используются препараты, содержащие йод) очень хорошо поглощают рентгеновское излучение, в отличие, например, от мышечных тканей, которые пропускают его и на снимке выглядят совершенно чёрными (рис. 8). Кости отчётливо видны на рентгеновском снимке, так как содержат большое количество кальция, который тоже хорошо поглощает рентгеновские лучи. 

Элементы, имеющие большее зарядовое число Z (число положительно заряженных протонов в ядре атома данного элемента), являются более контрастными, то есть лучше поглощают рентгеновское излучение. К примеру, зарядовое число атома кальция равно 20, и именно поэтому кости так четко видны на рентгеновских снимках, в отличие от других телесных тканей.