Γαστρικό οξύ

Το γαστρικό οξύ ή οξύ του στομάχου, είναι πεπτικό υγρό που εκκρίνεται στο στομάχι. Με pH μεταξύ 1 και 3, το γαστρικό οξύ παίζει βασικό ρόλο στην πέψη των πρωτεϊνών ενεργοποιώντας τα πεπτικά ένζυμα, τα οποία μαζί διασπούν τις μακριές αλυσίδες των αμινοξέων των πρωτεϊνών. Το γαστρικό οξύ ρυθμίζεται με συστήματα ανάδρασης για να αυξηθεί η παραγωγή όταν χρειάζεται, όπως μετά από ένα γεύμα. Άλλα κύτταρα στο στομάχι παράγουν διττανθρακικά, μια βάση, για να εξουδετερώσουν το υγρό, εξασφαλίζοντας ρύθμιση του pΗ. Αυτά τα κύτταρα παράγουν επίσης βλέννα – ένα παχύρρευστο φράγμα που εμποδίζει το γαστρικό οξύ να βλάψει το στομάχι. Το πάγκρεας παράγει περαιτέρω μεγάλες ποσότητες διττανθρακικών και εκκρίνει διττανθρακικά μέσω του παγκρεατικού πόρου προς τον δωδεκαδάκτυλο για να εξουδετερώσει το γαστρικό οξύ που περνά στην πεπτική οδό.

Τα ενεργά συστατικά του γαστρικού οξέος είναι πρωτόνια και ιόντα χλωρίου. Συχνά περιγράφεται απλοϊκά ως υδροχλωρικό οξύ, αυτά τα είδη παράγονται από τοιχωματικά κύτταρα στους γαστρικούς αδένες στο στομάχι. Η έκκριση είναι μια πολύπλοκη και σχετικά ενεργειακά δαπανηρή διαδικασία. Τα τοιχωματικά κύτταρα περιέχουν ένα εκτεταμένο εκκριτικό δίκτυο από το οποίο εκκρίνεται το «υδροχλωρικό οξύ» στον αυλό του στομάχου. Το pH του γαστρικού οξέος είναι 1,5 έως 3,5 στον αυλό του ανθρώπινου στομάχου, ένα επίπεδο που διατηρείται από την αντλία πρωτονίων H⁺/K⁺ ATPάση.^[1] Το τοιχωματικό κύτταρο απελευθερώνει διττανθρακικά άλατα στην κυκλοφορία του αίματος στη διαδικασία, η οποία προκαλεί μια προσωρινή αύξηση του pH στο αίμα, γνωστή ως αλκαλική παλίρροια.

Το εξαιρετικά όξινο περιβάλλον στον αυλό του στομάχου υποβαθμίζει τις πρωτεΐνες (π.χ. τρόφιμα). Οι πεπτιδικοί δεσμοί, οι οποίοι αποτελούν τις πρωτεΐνες, είναι σταθεροποιημένοι. Τα γαστρικά κύρια κύτταρα του στομάχου εκκρίνουν ένζυμα για τη διάσπαση των πρωτεϊνών (ανενεργό πεψινογόνο και στη βρεφική ηλικία ρενίνη). Το χαμηλό pH ενεργοποιεί το πεψινογόνο στο ένζυμο πεψίνη, το οποίο στη συνέχεια βοηθά την πέψη σπάζοντας τους δεσμούς αμινοξέων, μια διαδικασία που ονομάζεται πρωτεόλυση. Επιπλέον, πολλοί μικροοργανισμοί αναστέλλονται ή καταστρέφονται σε όξινο περιβάλλον, αποτρέποντας τη μόλυνση ή την ασθένεια.

Έκκριση

Ένα τυπικό ενήλικο ανθρώπινο στομάχι εκκρίνει περίπου 1,5 λίτρα γαστρικού οξέος καθημερινά.^[2] Η έκκριση γαστρικού οξέος παράγεται σε διάφορα στάδια. Τα ιόντα χλωρίου και υδρογόνου εκκρίνονται χωριστά από το κυτταρόπλασμα των βρεγματικών κυττάρων και αναμιγνύονται στο δίκτυο. Στη συνέχεια, το γαστρικό οξύ εκκρίνεται στον αυλό του γαστρικού αδένα και σταδιακά φτάνει στον κύριο αυλό του στομάχου.^[2] Ο ακριβής τρόπος με τον οποίο το εκκρινόμενο οξύ φτάνει στον αυλό του στομάχου είναι αμφιλεγόμενος, καθώς το οξύ πρέπει πρώτα να διασχίσει το σχετικά ουδέτερο pH στρώμα γαστρικής βλέννας.

Ιόντα χλωρίου και νατρίου εκκρίνονται ενεργά από το κυτταρόπλασμα του τοιχωματικού κυττάρου στον αυλό του σωληνίσκου. Αυτό δημιουργεί ένα αρνητικό δυναμικό μεταξύ − 40 και − 70 mV κατά μήκος της μεμβράνης του τοιχωματικού κυττάρου που προκαλεί τη διάχυση ιόντων καλίου και ενός μικρού αριθμού ιόντων νατρίου από το κυτταρόπλασμα στο δίκτυο των τοιχωματικών κυττάρων.

Το ένζυμο καρβονική ανυδράση καταλύει την αντίδραση μεταξύ διοξειδίου του άνθρακα και νερού για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ. Αυτό το οξύ διασπάται αμέσως σε υδρογόνο και διττανθρακικά ιόντα. Τα ιόντα υδρογόνου φεύγουν από το κύτταρο μέσω αντιμεταφορικών αντλιών H⁺/K⁺ ATPase.

Ταυτόχρονα, τα ιόντα νατρίου επαναρροφούνται ενεργά. Αυτό σημαίνει ότι η πλειονότητα των εκκρινόμενων ιόντων Κ⁺ και Na⁺ επιστρέφει στο κυτταρόπλασμα. Στο κανάλι, τα εκκρινόμενα ιόντα υδρογόνου και χλωρίου αναμειγνύονται και εκκρίνονται στον αυλό του οξυντικού αδένα.

Η υψηλότερη συγκέντρωση που φτάνει το γαστρικό οξύ στο στομάχι είναι 160 mM στα κανάλια. Αυτό είναι περίπου 3 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερο από αυτό του αρτηριακού αίματος, αλλά σχεδόν ακριβώς ισοτονικό με άλλα σωματικά υγρά. Το χαμηλότερο pH του εκκρινόμενου οξέος είναι 0,8,^[3] αλλά το οξύ αραιώνεται στον αυλό του στομάχου σε pH μεταξύ 1 και 3.

Υπάρχει μια μικρή συνεχής βασική έκκριση γαστρικού οξέος μεταξύ των γευμάτων συνήθως λιγότερο από 10 mEq/ώρα.^[4]

Υπάρχουν τρεις φάσεις στην έκκριση γαστρικού οξέος που αυξάνουν τον ρυθμό έκκρισης για την πέψη ενός γεύματος:^[2]

1. Η κεφαλική φάση : Το 30 τοις εκατό των συνολικών εκκρίσεων γαστρικού οξέος που παράγονται διεγείρεται από την αναμονή του φαγητού και τη μυρωδιά ή τη γεύση του φαγητού. Αυτή η σηματοδότηση εμφανίζεται από υψηλότερα κέντρα στον εγκέφαλο μέσω του πνευμονογαστρικού νεύρου (Κρανιακό Νεύρο Χ). Ενεργοποιεί τα τοιχωματικά κύτταρα για την απελευθέρωση οξέος και τα κύτταρα ECL για την απελευθέρωση ισταμίνης. Το πνευμονογαστρικό νεύρο (CN X) απελευθερώνει επίσης πεπτίδιο απελευθέρωσης γαστρίνης στα κύτταρα G. Τέλος, αναστέλλει επίσης την απελευθέρωση σωματοστατίνης από τα κύτταρα D.^[5]
2. Η γαστρική φάση: Περίπου το εξήντα τοις εκατό του συνολικού οξέος για ένα γεύμα εκκρίνεται σε αυτή τη φάση. Η έκκριση οξέος διεγείρεται από τη διάταση του στομάχου και από τα αμινοξέα που υπάρχουν στο φαγητό.
3. Η εντερική φάση : Το υπόλοιπο 10% του οξέος εκκρίνεται όταν ο χυμός εισέρχεται στο λεπτό έντερο και διεγείρεται από τη διάταση του λεπτού εντέρου και από τα αμινοξέα. Τα κύτταρα του δωδεκαδακτύλου απελευθερώνουν εντεροοξυντίνη η οποία δρα στα τοιχωματικά κύτταρα χωρίς να επηρεάζει τη γαστρίνη.^[5]

Ρύθμιση της έκκρισης

Διάγραμμα που απεικονίζει τους κύριους καθοριστικούς παράγοντες της έκκρισης γαστρικού οξέος, με συμπερίληψη στόχων φαρμάκων για τη νόσο του πεπτικού έλκους και τη γαστροοισοφαγική παλινδρόμηση (ΓΟΠΝ).

Η παραγωγή γαστρικού οξέος ρυθμίζεται τόσο από το αυτόνομο νευρικό σύστημα όσο και από αρκετές ορμόνες. Το παρασυμπαθητικό νευρικό σύστημα, μέσω του πνευμονογαστρικού νεύρου, και η ορμόνη γαστρίνη διεγείρουν το τοιχωματικό κύτταρο να παράγει γαστρικό οξύ, τόσο άμεσα ενεργώντας στα τοιχωματικά κύτταρα όσο και έμμεσα, μέσω της διέγερσης της έκκρισης της ορμόνης ισταμίνης από κύτταρα που μοιάζουν με εντεροχρωμαφίνη (ECL). Το αγγειοδραστικό πεπτίδιο του εντέρου, η χολοκυστοκινίνη και η εκκριτίνη αναστέλλουν την παραγωγή.

Η παραγωγή γαστρικού οξέος στο στομάχι ρυθμίζεται στενά από θετικούς ρυθμιστές και μηχανισμούς αρνητικής ανάδρασης. Τέσσερις τύποι κυττάρων εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία: τοιχωματικά κύτταρα, κύτταρα G, κύτταρα D και κύτταρα που μοιάζουν με εντεροχρωμαφίνη. Εκτός από αυτό, οι απολήξεις του πνευμονογαστρικού νεύρου (X) και το ενδοτοιχωματικό νευρικό πλέγμα στην πεπτική οδό επηρεάζουν σημαντικά την έκκριση.

Οι νευρικές απολήξεις στο στομάχι εκκρίνουν δύο διεγερτικούς νευροδιαβιβαστές: την ακετυλοχολίνη και το πεπτίδιο που απελευθερώνει γαστρίνη. Η δράση τους είναι τόσο άμεση στα βρεγματικά κύτταρα όσο και μέσω της έκκρισης γαστρίνης από κύτταρα G και ισταμίνης από κύτταρα που μοιάζουν με εντεροχρωμαφίνη. Η γαστρίνη δρα και στα βρεγματικά κύτταρα άμεσα και έμμεσα, διεγείροντας την απελευθέρωση ισταμίνης.

Η απελευθέρωση ισταμίνης είναι ο πιο σημαντικός μηχανισμός θετικής ρύθμισης της έκκρισης γαστρικού οξέος στο στομάχι. Η απελευθέρωσή του διεγείρεται από τη γαστρίνη και την ακετυλοχολίνη και αναστέλλεται από τη σωματοστατίνη.

Εξουδετέρωση

Στο δωδεκαδάκτυλο, το γαστρικό οξύ εξουδετερώνεται από διττανθρακικά. Αυτό απενεργοποιεί επίσης τα γαστρικά ένζυμα που έχουν το βέλτιστο εύρος του όξινου pH. Η έκκριση διττανθρακικών από το πάγκρεας διεγείρεται από την εκκριτίνη. Αυτή η πολυπεπτιδική ορμόνη ενεργοποιείται και εκκρίνεται από τα λεγόμενα S κύτταρα στον βλεννογόνο του δωδεκαδακτύλου και της νήστιδας όταν το pH στο δωδεκαδάκτυλο πέσει κάτω από 4,5 έως 5,0. Η εξουδετέρωση περιγράφεται από την εξίσωση:

HCl + NaHC0 ₃ → NaCl + H ₂ CO ₃

Το ανθρακικό οξύ εξισορροπείται γρήγορα με διοξείδιο του άνθρακα και νερό μέσω της κατάλυσης από το ένζυμο ανθρακική ανυδράση που συνδέεται με την επιθηλιακή επένδυση του εντέρου^[6] οδηγώντας σε καθαρή απελευθέρωση αερίου διοξειδίου του άνθρακα εντός του αυλού που σχετίζεται με την εξουδετέρωση. Στο απορροφητικό άνω έντερο, όπως τον δωδεκαδάκτυλο, τόσο το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα όσο και το ανθρακικό οξύ τείνουν να εξισορροπούνται με το αίμα, με αποτέλεσμα το μεγαλύτερο μέρος του αερίου που παράγεται κατά την εξουδετέρωση να εκπνέεται μέσω των πνευμόνων.

Ρόλος στην ασθένεια

Στην υποχλωρυδρία και την αχλωρυδρία, υπάρχει χαμηλό ή καθόλου γαστρικό οξύ στο στομάχι, που δυνητικά οδηγεί σε προβλήματα καθώς μειώνονται οι απολυμαντικές ιδιότητες του γαστρικού αυλού. Σε τέτοιες καταστάσεις, υπάρχει μεγαλύτερος κίνδυνος λοιμώξεων του πεπτικού συστήματος (όπως μόλυνση με βακτήρια ΔονάκιονVibrio ή Ελικοβακτήρια).

Στο σύνδρομο Ζόλιγκερ-Έλισον και στην υπερασβεστιαιμία, υπάρχουν αυξημένα επίπεδα γαστρίνης, οδηγώντας σε υπερβολική παραγωγή γαστρικού οξέος, που μπορεί να προκαλέσει γαστρικά έλκη.

Σε ασθένειες που χαρακτηρίζονται από υπερβολικό έμετο, οι ασθενείς αναπτύσσουν υποχλωραιμική μεταβολική αλκάλωση (μειωμένη οξύτητα του αίματος κατά H ⁺ και μείωση χλωρίου ).

Φαρμακολογία

Το ένζυμο αντλίας πρωτονίων είναι ο στόχος των αναστολέων της αντλίας πρωτονίων, που χρησιμοποιούνται για την αύξηση του γαστρικού pH (και συνεπώς τη μείωση της οξύτητας του στομάχου) σε ασθένειες που παρουσιάζουν περίσσεια οξέος. Τα φάρμακα αυτά είναι γνωστά ως πραζόλες και γνωστές πραζόλες είναι η ομεπραζόλη και η παντοπραζόλη. Οι ανταγωνιστές Η₂ (όπως η ρανιτιδίνη και η σιμετιδίνη) μειώνουν έμμεσα την παραγωγή γαστρικού οξέος. Τα αντιόξινα (όπως το γάλα μαγνησίας) εξουδετερώνουν το υπάρχον οξύ.

Ιστορία

Ο ρόλος του γαστρικού οξέος στην πέψη καθιερώθηκε στις δεκαετίες 1820 και 1830 από τον Γουίλιαμ Μπόμοντ μελετώντας τον Αλέξις Στ. Μάρτιν, ο οποίος, ως αποτέλεσμα ενός ατυχήματος, είχε ένα συρίγγιο (τρύπα) στο στομάχι του, το οποίο επέτρεψε στον Μπόμοντ να παρατηρήσει τη διαδικασία της πέψης και να πάρει γαστρικό οξύ, επαληθεύοντας ότι το οξύ παίζει καθοριστικό ρόλο στην πέψη.^[7]

Δείτε επίσης

• Στομάχι
• Πέψη
• Γαστροοισοφαγική παλινδρόμηση

Παραπομπές

1. Marieb, Elaine N.· Hoehn, Katja (2018). Human Anatomy and Physiology (11th έκδοση). Pearson Education. σελ. 1264. ISBN 978-0-13-458099-9. 
2. Dworken, Harvey J (2016). Human digestive system: gastric secretion. Encyclopædia Britannica Inc. 
3. Guyton, Arthur C.· John E. Hall (2006). Textbook of Medical Physiology (11 έκδοση). Philadelphia: Elsevier Saunders. σελ. 797. ISBN 0-7216-0240-1. 
4. Page 192 in: Elizabeth D Agabegi· Agabegi, Steven S. (2008). Step-Up to Medicine (Step-Up Series). Hagerstwon, MD: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-0-7817-7153-5. 
5. Lecture, "Function of the Stomach and Small Intestine" Deakin University School of Medicine. October 15, 2012
6. Lönnerholm, G.; Knutson, L.; Wistrand, P. J.; Flemström, G. (1989). «Carbonic anhydrase in the normal rat stomach and duodenum and after treatment with omeprazole and ranitidine». Acta Physiologica Scandinavica 136 (2): 253–262. doi:10.1111/j.1748-1716.1989.tb08659.x. PMID 2506730. 
7. Harré, R. (1981). Great Scientific Experiments. Phaidon (Oxford). σελίδες 39–47. ISBN 0-7148-2096-2.