การหลั่งกรดในกระเพาะอาหาร

การหลั่งกรดในกระเพาะอาหารเป็นกระบวนการที่เซลล์ข้างเคียง (parietal cells) ของกระเพาะอาหารสูบฉีดไฮโดรเจนไอออนเข้าสู่ช่องว่าง (lumen) ทำให้เกิดน้ำย่อยในกระเพาะอาหารที่มีความเป็นกรดสูง โดยมีค่า pH ที่อาจลดลงถึงประมาณ 1-2 กรดนี้จะทำให้โปรตีนในอาหารเสียสภาพ (denature) กระตุ้นเปปซิโนเจน (pepsinogen) ให้กลายเป็นเอนไซม์เปปซิน (pepsin) ช่วยในการดูดซึมสารอาหารบางชนิด และเป็นเกราะป้องกันจุลินทรีย์ที่เข้าสู่ร่างกาย อัตราการหลั่งกรดนี้ได้รับการควบคุมอย่างละเอียดโดยสัญญาณจากระบบประสาท ฮอร์โมน และพาราครีน (paracrine) ในแต่ละช่วงของการรับประทานอาหาร

Definition

การหลั่งกรดในกระเพาะอาหารคือการขนส่งไฮโดรเจนไอออนเข้าสู่ช่องว่างของกระเพาะอาหารอย่างแข็งขันโดย H+/K+-ATPase ของเซลล์ข้างเคียง ซึ่งสร้างส่วนประกอบของกรดไฮโดรคลอริกในน้ำย่อยในกระเพาะอาหารภายใต้การควบคุมแบบบูรณาการของระบบประสาท ระบบต่อมไร้ท่อ และพาราครีน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกระดับเซลล์ของการผลิตกรด สารกระตุ้นและสารยับยั้งหลัก และการจัดระเบียบการหลั่งตามช่วงเวลาออกเป็นระยะศีรษะ (cephalic), ระยะกระเพาะอาหาร (gastric) และระยะลำไส้ (intestinal) โดยพิจารณาการหลั่งกรดเป็นกลไกทางสรีรวิทยา ไม่ได้กล่าวถึงการให้ยาทางเภสัชวิทยาหรือการจัดการทางคลินิกเฉพาะบุคคล

Core questions

• เซลล์ข้างเคียงสร้างและรักษาระดับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนที่แตกต่างกันถึงล้านเท่าได้อย่างไร?
• สัญญาณกระตุ้นและยับยั้งใดบ้างที่มาบรรจบกันที่เซลล์ข้างเคียง?
• ระยะศีรษะ ระยะกระเพาะอาหาร และระยะลำไส้ของการหลั่งถูกจัดระเบียบและสิ้นสุดลงอย่างไร?
• การหลั่งกรดถูกปรับให้เข้ากับการมีอยู่และองค์ประกอบของอาหารได้อย่างไร?

Key concepts

• H+/K+-ATPase (โปรตอนปั๊ม)
• ฮิสตามีน แกสตริน และอะเซทิลโคลีนในฐานะสารกระตุ้น
• โซมาโตสแตตินในฐานะตัวยับยั้งหลัก
• เซลล์คล้ายเอ็นเทอโรโครมาฟฟิน (ECL cells) และการหลั่งฮิสตามีน
• ระยะศีรษะ ระยะกระเพาะอาหาร และระยะลำไส้
• การยับยั้งแบบป้อนกลับโดยกรดในช่องว่าง
• คาร์บอนิกแอนไฮเดรสและภาวะด่างหลังอาหาร

Mechanisms

กรดถูกสร้างขึ้นโดย H+/K+-ATPase บนเยื่อหุ้มเซลล์ด้านยอด (apical หรือ canalicular membrane) ของเซลล์ข้างเคียง ซึ่งแลกเปลี่ยนโพแทสเซียมในช่องว่างกับไฮโดรเจนไอออนในไซโตซอล ไฮโดรเจนไอออนมาจากการแตกตัวของกรดคาร์บอนิกที่เกิดจากเอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮเดรส (carbonic anhydrase) ซึ่งเหลือไบคาร์บอเนตที่ออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ด้านฐาน (basolateral membrane) โดยแลกเปลี่ยนกับคลอไรด์ (จากนั้นคลอไรด์จะตามไฮโดรเจนเข้าสู่ช่องว่าง และไบคาร์บอเนตในหลอดเลือดดำจะทำให้เกิดภาวะด่างหลังอาหาร หรือ post-prandial alkaline tide) สัญญาณกระตุ้นสามอย่างที่มาบรรจบกันเพื่อกระตุ้นปั๊มนี้ ได้แก่ ฮิสตามีนที่หลั่งจากเซลล์คล้ายเอ็นเทอโรโครมาฟฟิน (enterochromaffin-like cells) (ออกฤทธิ์ที่ตัวรับ H2), แกสตรินจากเซลล์ G ในกระเพาะอาหารส่วนปลาย (antral G cells) (ออกฤทธิ์ทั้งโดยตรงและโดยการหลั่งฮิสตามีน) และอะเซทิลโคลีนจากเส้นประสาทเวกัสและเส้นประสาทในลำไส้ โซมาโตสแตตินจากเซลล์ D เป็นสัญญาณพาราครีนยับยั้งหลัก ซึ่งจะยับยั้งการหลั่งแกสตริน ฮิสตามีน และกรด ความเป็นกรดในช่องว่างที่เพิ่มขึ้นจะกระตุ้นโซมาโตสแตติน ซึ่งเป็นการปิดวงจรป้อนกลับเชิงลบ การหลั่งถูกจัดระเบียบตามช่วงเวลา: ระยะศีรษะ (cephalic phase) ที่ถูกกระตุ้นโดยการมองเห็น กลิ่น และรสชาติของอาหารผ่านเส้นประสาทเวกัส; ระยะกระเพาะอาหาร (gastric phase) ที่ถูกขับเคลื่อนโดยการขยายตัวของกระเพาะอาหารและผลิตภัณฑ์จากการย่อยโปรตีน; และระยะลำไส้ (intestinal phase) ที่ถูกปรับโดยสัญญาณจากลำไส้เล็ก

Clinical relevance

สรีรวิทยาของการหลั่งกรดเป็นพื้นฐานความเข้าใจเกี่ยวกับภาวะที่เกี่ยวข้องกับกรดและการบำบัดรักษา เนื่องจากโปรตอนปั๊ม ตัวรับ H2 และการส่งสัญญาณของแกสตรินเป็นเป้าหมายของยาหลักหลายชนิด ข้อมูลนี้อธิบายกลไกปกติเพื่อการอ้างอิงและการประเมิน และไม่ใช่แนวทางในการวินิจฉัย การเลือกยา หรือการให้ยา

Evidence & guidelines

ข้อมูลเกี่ยวกับการควบคุมการหลั่งกรดอ้างอิงจากวรรณกรรมทางสรีรวิทยาและบทความทบทวนที่สังเคราะห์ผลการศึกษาการหลั่งกรดมานานหลายทศวรรษ หัวข้อนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาอ้างอิงและไม่ได้จัดทำขึ้นตามแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

แนวคิดที่ว่ากระเพาะอาหารหลั่งกรดจริงได้รับการยืนยันในศตวรรษที่สิบเก้า และการทดลองของปาฟลอฟได้ชี้แจงการควบคุมการหลั่งโดยระบบประสาท (ระยะศีรษะ) ในศตวรรษที่ยี่สิบ H+/K+-ATPase ของเซลล์ข้างเคียงได้รับการระบุว่าเป็นตัวกระตุ้นสุดท้ายที่สำคัญ และการรับรู้บทบาทของฮิสตามีนที่อาศัย H2 และบทบาทการยับยั้งของโซมาโตสแตตินได้เติมเต็มภาพที่ทันสมัยของการควบคุมหลายสัญญาณที่สังเคราะห์ขึ้นในบทความทบทวนในภายหลัง

Key figures

• Mitchell Schubert
• John G. Forte
• George Sachs

Seminal works

• schubert-2008
• yao-forte-2003
• schubert-2016

Frequently asked questions

ทำไมกรดในกระเพาะอาหารจึงมีความเป็นกรดสูงมาก?

เซลล์ข้างเคียงใช้ H+/K+-ATPase ในการสูบฉีดไฮโดรเจนไอออนอย่างแข็งขันต้านทานความเข้มข้นที่แตกต่างกันอย่างมาก ทำให้ค่า pH ในช่องว่างลดลงเหลือประมาณ 1-2 ซึ่งจะทำให้โปรตีนเสียสภาพ กระตุ้นเปปซิน และจำกัดจุลินทรีย์ที่เข้าสู่ร่างกาย

อะไรเป็นตัวกระตุ้นและยับยั้งการหลั่งกรด?

ฮิสตามีน แกสตริน และอะเซทิลโคลีนกระตุ้นเซลล์ข้างเคียง ในขณะที่โซมาโตสแตตินเป็นตัวยับยั้งหลัก ความเป็นกรดในช่องว่างที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลป้อนกลับเพื่อเพิ่มโซมาโตสแตตินและลดการหลั่งเพิ่มเติม