กลไกการดูดซึมสารอาหารรองในลำไส้

สารอาหารรอง ได้แก่ วิตามินและแร่ธาตุ ถูกดูดซึมผ่านกลไกที่จำเพาะกับคุณสมบัติทางเคมีของสารนั้นๆ วิตามินที่ละลายในไขมันจะถูกดูดซึมตามการดูดซึมไขมัน วิตามินที่ละลายในน้ำจะใช้ตัวพาที่จำเพาะ และแร่ธาตุ เช่น เหล็ก สังกะสี และแคลเซียม จะอาศัยตัวขนส่งเฉพาะ ซึ่งการทำงานของตัวขนส่งเหล่านี้จะถูกควบคุมอย่างละเอียดตามปริมาณสำรองในร่างกายและรูปแบบอาหารที่ได้รับ

Definition

การดูดซึมสารอาหารรองในลำไส้ คือ การขนส่งวิตามินและแร่ธาตุผ่านเยื่อบุผิวลำไส้ โดยอาศัยกลไกการนำพาและการดูดซึมที่จำเพาะต่อสารอาหาร และมักจะถูกควบคุม

Scope

บทความนี้อธิบายถึงวิธีการที่วิตามินและแร่ธาตุถูกดูดซึมผ่านเยื่อบุผิวลำไส้ โดยเน้นที่ตัวขนส่งแร่ธาตุที่ถูกควบคุม และปัจจัยทางอาหารที่มีผลต่อประสิทธิภาพของการดูดซึม บทความนี้ถือว่าการดูดซึมสารอาหารรองเป็นหัวข้อทางชีวเคมีและสรีรวิทยา ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก และไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการให้ยาหรือการเสริมอาหาร

Core questions

• แร่ธาตุในอาหาร เช่น เหล็ก สังกะสี และแคลเซียม ถูกขนส่งผ่านลำไส้ได้อย่างไร?
• การดูดซึมสารอาหารรองถูกควบคุมตามความต้องการของร่างกายได้อย่างไร?
• วิตามินที่ละลายในไขมันและวิตามินที่ละลายในน้ำแตกต่างกันอย่างไรในการดูดซึม?
• ทำไมรูปแบบทางเคมีจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อการดูดซึมแร่ธาตุ?

Key concepts

• ตัวขนส่งโลหะไอออนคู่ (DMT1) สำหรับธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีม
• การดูดซึมธาตุเหล็กฮีมเทียบกับธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีม
• การควบคุมการดูดซึมโดยปริมาณสำรองในร่างกาย
• ตระกูลตัวขนส่งสังกะสีและการปรับเปลี่ยนโดยอาหาร
• การดูดซึมแคลเซียมที่ควบคุมโดยวิตามินดี (ข้ามเซลล์และผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์)
• การดูดซึมวิตามินที่ละลายในน้ำโดยอาศัยตัวพา
• การดูดซึมวิตามินที่ละลายในไขมันที่เชื่อมโยงกับไขมัน

Mechanisms

แร่ธาตุหลายชนิดถูกดูดซึมโดยตัวพาที่จำเพาะและถูกควบคุม ธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีม (non-heme iron) หลังจากถูกรีดิวซ์เป็นเฟอร์รัสไอออน (ferrous state) จะเข้าสู่เซลล์ลำไส้เล็ก (enterocyte) ผ่านตัวขนส่งโลหะไอออนคู่โปรตอน DMT1 ซึ่งเป็นสมาชิกตัวแรกของตระกูลนี้ที่ถูกโคลนและระบุลักษณะ (Gunshin et al., 1997); การดูดซึมธาตุเหล็กโดยรวมถูกควบคุมโดยปริมาณสำรองในร่างกายและถูกปรับเปลี่ยนอย่างมากโดยรูปแบบทางเคมีและลิแกนด์ในอาหาร (Hurrell & Egli, 2010) การดูดซึมสังกะสีดำเนินไปผ่านตัวขนส่งเฉพาะและถูกปรับเปลี่ยนโดยปัจจัยทางอาหารที่ส่งเสริมหรือขัดขวางการละลายของมัน (Lonnerdal, 2000) แคลเซียมถูกดูดซึมทั้งโดยเส้นทางข้ามเซลล์ (transcellular route) ที่อิ่มตัวได้และถูกควบคุมโดยวิตามินดี และโดยเส้นทางผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์ (paracellular route) แบบพาสซีฟ โดยองค์ประกอบที่ทำงานอยู่ถูกควบคุมโดยระบบต่อมไร้ท่อของวิตามินดี (Christakos et al., 2011) วิตามินจะแบ่งตามการละลาย: วิตามินที่ละลายในไขมันจะถูกดูดซึมพร้อมกับไขมันในอาหาร ในขณะที่วิตามินที่ละลายในน้ำจะใช้ตัวพาเมมเบรนที่จำเพาะ

Clinical relevance

กลไกที่ถูกควบคุมเหล่านี้อธิบายว่าทำไมสถานะของสารอาหารรองจึงสะท้อนไม่เพียงแค่ปริมาณที่ได้รับ แต่ยังรวมถึงรูปแบบทางเคมี ปริมาณสำรองในร่างกาย และปฏิกิริยากับส่วนประกอบอื่นๆ ในอาหาร และทำไมการขาดสารอาหารจึงเกิดขึ้นได้แม้จะได้รับในปริมาณที่เพียงพอ บทความนี้มีไว้สำหรับการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจเสริมอาหารรายบุคคล

Evidence & guidelines

เนื่องจากสัดส่วนของแร่ธาตุที่ถูกดูดซึม เช่น ธาตุเหล็ก แตกต่างกันอย่างมากตามอาหาร ค่าอ้างอิงทางโภชนาการบางครั้งจึงถูกกำหนดบนพื้นฐานของธาตุเหล็กที่ถูกดูดซึม แทนที่จะเป็นปริมาณที่ได้รับทั้งหมด (Hurrell & Egli, 2010)

History

ความเข้าใจระดับโมเลกุลเกี่ยวกับการดูดซึมแร่ธาตุก้าวหน้าอย่างมากด้วยการโคลนตัวขนส่งโลหะไอออนคู่โปรตอน (DMT1) ซึ่งให้ข้อมูลระบุตัวตนระดับโมเลกุลแรกสำหรับการดูดซึมธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีมที่ปลายยอด และเป็นแม่แบบสำหรับการทำความเข้าใจการขนส่งโลหะไอออนคู่โดยรวม (Gunshin et al., 1997) บทบาทสำคัญของวิตามินดีในการควบคุมการดูดซึมแคลเซียมในลำไส้ที่ทำงานอยู่ได้รับการยืนยันและปรับปรุงให้สมบูรณ์ตลอดหลายทศวรรษของการศึกษาทางต่อมไร้ท่อและระดับโมเลกุล (Christakos et al., 2011)

Key figures

• Matthias A. Hediger
• Bo Lonnerdal
• Sylvia Christakos

Seminal works

• gunshin-1997
• christakos-2011

Frequently asked questions

ทำไมธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีมจึงถูกดูดซึมได้น้อยกว่าธาตุเหล็กฮีม?

ธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีมต้องอยู่ในรูปที่ละลายได้และถูกรีดิวซ์เพื่อเข้าสู่เซลล์ผ่านตัวขนส่ง DMT1 และถูกจับได้ง่ายโดยลิแกนด์ในอาหาร เช่น ไฟเตต (phytate) และโพลีฟีนอล (polyphenols) ในขณะที่ธาตุเหล็กฮีมถูกดูดซึมโดยกลไกที่แยกต่างหากและไม่ค่อยไวต่ออาหาร

การดูดซึมแคลเซียมคงที่หรือไม่?

ไม่ การดูดซึมแคลเซียมเกิดขึ้นได้ทั้งจากเส้นทางผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์แบบพาสซีฟ และเส้นทางข้ามเซลล์ที่อิ่มตัวได้ ซึ่งจะถูกเพิ่มการทำงานโดยระบบต่อมไร้ท่อของวิตามินดีเมื่อมีความต้องการหรือสภาวะการได้รับสารอาหารกำหนด