消化管
| 消化管 | |
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| Details | |
| System | 消化器系 |
| Identifiers | |
| Latin | 消化管（口～肛門）、 消化管（食道～大腸）、 消化管（胃～大腸） |
| Anatomical terminology | |
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| 以下の主要部分 |
| 消化管 |
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ほとんどの動物は「貫通腸」または完全な消化管を持っている。例外はより原始的なものである： 海綿動物は消化のための小さな孔（オスチウム）を全身に持ち、排泄のための大きな背側の孔（排水孔）を持ち、有櫛動物は腹側の口と背側の肛門孔の両方を持ち、刺胞動物とアコヤガイは消化と排泄の両方のための単一の孔を持つ。
ヒトの消化管は食道、胃、腸からなり、上部消化管と下部消化管に分けられる。消化管は、口から肛門までのすべての構造を含み、各区分の胚学的起源を反映して、前腸、中腸、後腸に分けられることもある。ヒトの消化管全体の長さは剖検で約9メートル（30フィート）である。腸は平滑筋組織の管であり、中途半端に緊張した状態では一定の筋緊張を維持するが、局所的な膨張と蠕動を可能にするために部分的に弛緩することができるため、生体内ではかなり短い。
消化管には、腸内細菌叢が存在し、約1,000種類の異なる細菌株が含まれ、免疫健康状態と代謝の維持において様々な役割を果たしており、その他にも多くの微生物が存在する。 消化管の細胞はホルモンを放出し、消化プロセスの調節を助ける。これらの消化ホルモンは、ガストリン、セクレチン、コレシストキニン、グレリンを含み、イントラクリンまたはオートクリン機構を介して介在しており、これらのホルモンを放出する細胞は進化を通じて保存された構造であることを示している。
ヒトの消化管
構造
構造と機能は肉眼解剖学としても顕微鏡解剖学または組織学としても説明できる。消化管自体は上部管と下部管に分けられ、腸は小腸部分と大腸部分に分けられる。
上部消化管
上部消化管は口、咽頭、食道、胃、十二指腸からなる。 上下の管の正確な境界は十二指腸の懸垂筋である。これは前腸と中腸の胚の境界を区別するものであり、また臨床医が消化管出血を「上部」由来か「下部」由来かのどちらかであると表現するためによく用いる区分でもある。解剖すると、十二指腸は一体化した臓器のように見えるが、機能、位置、内部解剖学に基づいて4つのセグメントに分かれている。十二指腸の4つの区分は以下の通りである（胃から始まり空腸に向かう）： 球部、下行、水平、上行である。懸垂筋は上行十二指腸の上縁を横隔膜に付着している。
懸垂筋は、小腸の第一部分である十二指腸と第二部分である空腸の正式な区分けを示す解剖学的に重要な目印である。これは胚の中胚葉に由来する細い筋肉である。
下部消化管
下部消化管は小腸の大部分と大腸のすべてを含む。人体解剖学では、腸（bowel、またはgut、ギリシア語: éntera）は胃の幽門括約筋から肛門まで伸びる消化管の区分であり、他の哺乳類と同様に小腸と大腸の2つの区分からなる。ヒトの場合、小腸はさらに十二指腸、空腸、回腸に細分され、大腸は盲腸、上行結腸、横行結腸、下行結腸、S状結腸結腸、直腸、肛門管に細分される。
小腸
小腸は十二指腸から始まり、通常は長さ6～7mの管状構造をしている。成人の人間の粘膜面積はおよそ30 m2 (320 sq ft)である。円形のひだ、絨毛、微絨毛の組み合わせにより、粘膜の吸収面積は約600倍になり、小腸全体の総面積は約250 m2 (2,700 sq ft)となる。主な機能は消化産物（炭水化物、タンパク質、脂質、ビタミンなど）を血流に吸収することである。大きく3つに分けられる：
- 十二指腸： 胃から消化酵素を含む膵液と胆嚢からの胆汁とともにチャイムを受け取る短い構造（長さ約20～25 cm）。消化酵素はタンパク質を分解し、胆汁は脂肪を乳化してミセルにする。十二指腸にはブルンナー腺があり、重炭酸塩を含む粘液に富んだアルカリ性の分泌物を産生する。これらの分泌物は、膵臓からの重炭酸塩と組み合わさって、胃酸を中和する。
- 空腸： 小腸の中間部で、十二指腸と回腸をつなぐ。長さは約2.5 m (8.2 ft)で、表面積を増加させる円形ひだと毛を含む。消化産物（糖、アミノ酸、脂肪酸）はここで血流に吸収される。
- 回腸： 小腸の最後の部分。長さは約3mで、空腸と同様の毛を含む。主にビタミンB12と胆汁酸、その他残っている栄養素を吸収する。
大腸
大腸は結腸とも呼ばれ、盲腸から始まり直腸と肛門管で終わるアーチを形成している。盲腸に付着している虫垂も含まれる。その長さは約1.5mで、成人の人間の粘膜の面積は約2 m2 (22 sq ft)である。主な機能は水分と塩分の吸収である。結腸はさらに以下のように分けられる：
- 盲腸（結腸の最初の部分）と虫垂がある。
- 上行結腸（腹部の後壁で上行している
- 右結腸弯曲部（上行結腸と横行結腸の肝臓に明白な弯曲部
- 横行結腸（横隔膜の下を通る
- 左結腸弯曲部（横行結腸と下行結腸の脾臓に見える屈曲部
- 下行結腸（腹部の左側を下る
- S状結腸（直腸に最も近いループ状の結腸
- 直腸
- 肛門管
発達
腸はendoderm/ja内胚葉由来の構造である。ヒトの発生からおよそ16日目に、胚は2つの方向に腹側に折れ始める（胚の腹面が凹になる）：胚の側面は互いに折り込まれ、頭部と尾部は互いに向かって折れ曲がる。その結果、胚の腹側面に接している内胚葉に覆われた構造物である卵黄嚢の一部が、原始的な腸になるためにつまみ出され始める。卵黄嚢は硝子管を介して腸管とつながったままである。通常、この構造は発生過程で退縮するが、退縮しない場合はメッケル憩室として知られる。
胎児の間に、原始的な腸は徐々に3つのセグメントにパターン化される： 前腸、中腸、後腸である。これらの用語は原始腸のセグメントを指して使われることが多いが、定常的に定腸の領域を表すのにも使われる。
腸の各セグメントはさらに特定され、後の発生において特定の腸および腸に関連した構造を生み出す。胃や結腸を含む、本来の腸から派生した構成要素は、原始的な腸の細胞の膨張や拡張として発生する。これとは対照的に、腸に関連した派生物、つまり原始腸に由来するが、本来の腸の一部ではない構造は、一般に原始腸の外袋として発達する。これらの構造を供給する血管は、発生を通じて一定である。
| パート | 大人のパート | 生じさせる | 動脈供給 |
|---|---|---|---|
| 前腸 | 食道から十二指腸の最初の2セクションまで | 食道、胃、十二指腸（第1および第2部分）、肝臓、胆嚢、膵臓、膵臓上部 （脾臓はセリアック幹から供給されているが、背側腸間膜に由来するため前腸由来ではない） |
腹腔幹 |
| 中腸 | 十二指腸下部から横行結腸の最初の3分の2まで | 下部十二指腸、空腸、回腸、盲腸、虫垂、上行結腸、横行結腸の最初の3分の2。 | 上腸間膜動脈の枝である。 |
| 後腸 | 横行結腸の最後の3分の1から肛門管上部まで | 横行結腸の最後の3分の1、下行結腸、直腸、肛門管の上部。 | 下腸間膜動脈の枝である。 |
組織学
- 1: 粘膜: 上皮
- 2: 粘膜: 固有層
- 3: 粘膜: 粘膜筋
- 4: 内腔
- 5: リンパ組織
- 6: 管外腺管
- 7: 粘膜内の腺
- 8: 粘膜下層
- 9: 粘膜下層の腺
- 10: マイスナー粘膜下神経叢
- 11: 静脈
- 12: 筋肉質: 円形筋
- 13: 筋肉質: 縦筋
- 14: セローサ: 関節唇結合組織
- 15: セローサ: 上皮
- 16: アウエルバッハ腸神経叢
- 17: 神経
- 18: 動脈
- 19: 腸間膜
消化管は、機能解剖学的な特殊性を反映したいくつかの相違点を持つ、一般的な組織学的形態を持っている。消化管は以下の順序で4つの同心円状の層に分けられる：
粘膜
粘膜は消化管の最内層である。粘膜は内腔、すなわち管内の開放空間を取り囲んでいる。この層は消化された食物（消化液）と直接接触する。粘膜は以下のもので構成されている：
- 上皮 - 最も内側の層。ほとんどの消化、吸収、分泌プロセスを担う。
- 固有層 - ほとんどの結合組織と比較して異常に細胞性である。
- 粘膜筋 - 物質の通過を助け、撹拌と蠕動によって上皮層と内腔の内容物との相互作用を高める平滑筋の薄い層。
粘膜は消化管の各器官において、様々な状態に対応するために高度に専門化されている。最もバリエーションに富んでいるのは上皮である。
粘膜下層
粘膜下層は、太い血管、リンパ管、神経が粘膜と筋層に枝分かれした結合組織の密な不規則な層からなる。筋層の内面には腸神経叢である粘膜下神経叢がある。
筋肉層
筋層は内側の円形層と縦方向の外側の層からなる。円形層は食物が後方に進むのを防ぎ、縦方向層は管を短くする。層は真に縦長でも円形でもなく、むしろ筋肉の層は異なるピッチでらせん状になっている。内側の円形筋層はピッチが急ならせん状で、外側の縦筋層はピッチがかなり浅いらせん状である。外側の筋層は消化管全体を通して類似しているが、例外は胃で、食物の粉砕と混合を助けるために、さらに内側の斜めの筋層がある。胃の外層筋層は、内側斜筋層、中間円筋層、外側縦筋層からなる。
円筋層と縦筋層の間には腸管神経叢がある。これは蠕動運動を制御している。活動はペースメーカー細胞（腸間膜カハール間質細胞）によって開始される。腸は自己完結的な腸神経系により、本質的な蠕動活動（基底電気リズム）を持つ。この速度は残りの自律神経系によって調節することができる。
これらの層の協調的な収縮は蠕動と呼ばれ、食物を消化管内を推進する。消化管内の食物は、口から胃に至るまでボーラス（食物の球）と呼ばれる。胃の後では、食物は部分的に消化され半液体になり、チャイムと呼ばれる。大腸に残った半固形物は糞便と呼ばれる。
アドベンティシアと漿膜
消化管の最外層は数層の結合組織からなる。
消化管の腹腔内部分は漿膜で覆われている。これらには、胃の大部分、十二指腸の最初の部分、小腸のすべて、盲腸および虫垂、横行結腸、S状結腸および直腸が含まれる。これらの腸管部分では、腸管とその周囲の組織との間に明確な境界がある。これらの部分には腸間膜がある。
後腹膜部分は外膜で覆われている。それらは周囲の組織に溶け込み、位置が固定されている。例えば、十二指腸の後腹膜部は通常経幽門面を通過する。これには食道、胃の幽門、遠位十二指腸、上行結腸、下行結腸、肛門管が含まれる。また、口腔には不定腔がある。
遺伝子とタンパク質の発現
ヒトの細胞では約20,000のタンパク質コード遺伝子が発現しており、これらの遺伝子の75％は消化器系の異なる部位の少なくとも一つで発現している。これらの遺伝子のうち600以上が消化管の1つ以上の部分でより特異的に発現しており、対応するタンパク質は食物の消化と栄養素の取り込みに関連する機能を有している。このような機能を持つ特異的タンパク質の例としては、壁細胞で発現するペプシノーゲンPGCと|リパーゼLIPF、胃粘膜の壁側細胞で発現する胃ATPase ATP4Aと胃内在因子GIFが挙げられる。防御に関与する胃と十二指腸で発現する特異的なタンパク質には、ムチン6やインテレクチン-1などのムチンタンパク質がある。
通過時間
食物が消化管内を通過する時間は、年齢、民族、性別など複数の要因によって異なる。通過時間の測定には、バリウム標識食後のX線撮影、呼気水素分析、放射性標識食後のシンチグラフィ分析、コーンカーネルの単純摂取とスポッティングなど、いくつかの手法が用いられている。内容物の50％が胃から出るのに2.5～3時間かかる。消化の速度は消化される物質によっても異なり、同じ食事でも胃から出る速度は異なる。胃が完全に空っぽになるまでには約4～5時間かかり、結腸を通過するまでには30～50時間かかる。
免疫機能
消化管は免疫系の重要な部分を形成している。
免疫バリアー
消化管の表面積は約32平方メートル、バドミントンコートの約半分と推定される。このような大きな面積（皮膚の露出面の3倍以上）を持つ消化管では、病原体が血液やリンパ循環系に侵入するのを防ぐために、これらの免疫成分が機能している。この防御の基本的な構成要素は、腸粘膜バリアによって提供される。腸粘膜バリアは、腸粘膜によって精巧に作られた物理的、生化学的、免疫的要素で構成されている。微生物はまた、腸関連リンパ組織（GALT）からなる広範な免疫系によっても抑えられている。
病原体の侵入から身を守るための要因は他にもある。例えば、胃の低いpH（1から4の範囲）は、そこに侵入する多くの微生物にとって致命的である。同様に、粘液（IgAを含む抗体）は多くの病原性微生物を中和する。消化管で免疫機能に寄与するその他の因子には、唾液や胆汁に分泌される酵素がある。
免疫系のホメオスタシス
善玉菌はまた、消化管免疫系の恒常性維持にも寄与する。例えば、消化管内で最も優勢な細菌群の一つであるクロストリジウムは、腸管免疫系の動態に影響を与える重要な役割を担っている。高繊維食の摂取がT制御細胞（Treg）の誘導に関与している可能性があることが実証されている。これは、酪酸やプロピオン酸といった植物由来の栄養素が発酵する際に短鎖脂肪酸が産生されるためである。 基本的に、酪酸はヒストンH3を増強することによってTreg細胞の分化を誘導する。FOXP3遺伝子座のプロモーターおよび保存された非コード配列領域におけるアセチル化を増強することにより、T細胞を制御し、その結果、炎症反応やアレルギーを軽減する。
腸内細菌叢
大腸には複数の種類の細菌が存在し、人体が単独では処理できない分子を分解し、共生関係を示している。これらの細菌は宿主-病原体界面でのガス産生を担っており、それは鼓腸として放出される。しかし、大腸の主な機能は消化物からの水分吸収（視床下部によって調節される）とナトリウムと栄養素の再吸収である。
腸管の資源には限りがあるため、有益な腸内細菌は潜在的に有害な細菌と場所と「餌」を奪い合う。ホメオスタシスを維持するためには、80～85％の有益な細菌と15～20％の潜在的に有害な細菌の比率が提唱されている。不均衡な比率はディスバイオシスを引き起こす。
解毒と薬物代謝
CYP3A4などの酵素は、アンチポーター活性とともに、抗原や異種生物の解毒における腸の薬物代謝の役割にも役立っている。
その他の動物
魚類、両生類、鳥類、爬虫類、卵生哺乳類などのほとんどの脊椎動物では、消化管の末端は肛門ではなく回腸である。回腸では泌尿器系が生殖器肛門孔と融合している。テリア類（ヒトを含む卵を産まないすべての哺乳類）は肛門と泌尿生殖器の開口部を別々に持っている。胎生亜群の雌はさらに泌尿器と生殖器の開口部が別々である。
初期発達の間に、腸と内臓の非対称な位置関係が始まる（軸ねじれ理論も参照）。
反芻動物は、付加的な胃区画からなる、かたい植物を消化し発酵させるための多くの特殊化を示す。
多くの鳥類やその他の動物は、消化管に砂肝と呼ばれる特殊な胃を持ち、食物を粉砕するために使われる。
さまざまな動物に見られるもうひとつの特徴は素嚢である。鳥類では食道と並んで袋状になっている。
2020年、絶滅したクラウディン科のミミズ型生物の最古の消化管化石が発見された。約5億5,000万年前のエディアカラン時代後期に生息していた。
口と肛門の両方を持つ完全な消化管は、動物界左右相称動物のネフロゾア系群内で進化したと考えられている。彼らの祖先の腹側開口部(クラゲやアコエル類のように単一。扁形動物のようなネフロゾア系群で再進化した。)が前後方向に伸びた後、その中央部分が狭くなり完全に閉鎖し、前方の開口部(口)と後方の開口部(肛門と生殖孔)が残ったことによるものである。中央部分が閉鎖しない伸びた消化管は、二つ葉類の別の枝に属する絶滅した前節動物にも見られる。この仮説は、ある種のネフロゾア(例えば線虫類)で見られる両口式発生(胚において口と肛門が消化管の伸長部分から発生する)によっても支持されている。
臨床的意義
病気
感染症、炎症、がんなど、消化器系に影響を及ぼす疾患や病態は数多くある。
食中毒を引き起こす細菌などの様々な病原体は、胃や小腸の炎症に起因する胃腸炎を誘発することがある。このような細菌感染を治療するための抗生物質は、消化管のマイクロバイオームの多様性を減少させ、炎症メディエーターをさらに増加させる。胃腸炎は消化管の最も一般的な疾患である。
- 消化管がんは消化管のどの部位でも発生する可能性があり、口腔がん、舌がん、食道がん、胃がん、大腸がんが含まれる。
- 炎症性疾患。回腸炎は回腸の炎症であり、大腸炎は大腸の炎症である。
- 虫垂炎は盲腸にある虫垂の炎症である。虫垂炎のほとんどは外科的介入を必要とする。
憩室病は、先進国の高齢者に非常によく見られる疾患である。 通常は大腸を侵すが、小腸を侵すことも知られている。 憩室症は、腸壁に袋ができることで起こる。 袋が炎症を起こすと、憩室炎として知られる。
炎症性腸疾患は腸壁を侵す炎症性疾患で、クローン病と潰瘍性大腸炎のサブタイプがある。クローン病が消化管全体を侵すのに対し、潰瘍性大腸炎は大腸に限定される。クローン病は広く自己免疫疾患とみなされている。潰瘍性大腸炎はしばしば自己免疫疾患であるかのように扱われるが、実際にそうであるというコンセンサスは得られていない。
機能性消化管障害の最も一般的なものは過敏性腸症候群である。機能性便秘と慢性機能性腹痛は、生理学的な原因はあるが、構造的、化学的、または感染性の病態を特定できない腸の他の機能障害である。
症状
いくつかの症状は、以下のような消化管の問題を示すことがある：
治療
消化器外科手術はしばしば外来で行われる。 2012年の米国では、消化器系の手術は最も一般的な外来手術25のうち3つを占め、外来手術全体の9.1％を占めていた。
画像診断
消化管を画像化するさまざまな方法には、上部シリーズと下部シリーズがある：
- バリウム嚥下を行うために不透過性色素を飲み込むことがある。
- 管路の一部をカメラで可視化することがある。上部消化管を検査する場合は内視鏡検査、下部消化管を検査する場合は大腸内視鏡検査またはS状結腸鏡検査と呼ばれる。カプセル内視鏡検査はカメラの入ったカプセルを飲み込んで検査する。また、生検を行うこともある。
- 下部消化管の検査には腹部X線を用いることもある。
その他の関連疾患
- コレラ
- 腸重積嚢腫
- ジアルジア症
- 膵炎
- 消化性潰瘍症
- 黄熱病
- ヘリコバクター・ピロリはグラム陰性のらせん菌である。世界人口の半数以上が感染しており、主に小児期に感染する。胃腸系、主に胃に定着する。この細菌はヒトの胃の微小環境に特異的な生存条件を持っている：カプノフィルとミクロエアロフィルの両方である。ヘリコバクターはまた、胃の上皮ライニングとその周辺の胃粘膜層に対する向性を示す。この細菌が胃に定着すると、胃炎として知られる中等度から重度の炎症に至る強固な免疫反応が引き起こされる。感染の徴候や症状は、胃炎、灼熱性の腹痛、体重減少、食欲不振、腹部膨満感、げっぷ、吐き気、血の混じった嘔吐物、黒いタール状の便である。感染は様々な方法で発見することができる： 消化管X線検査、内視鏡検査、抗ヘリコバクター抗体の血液検査、便検査、ウレアーゼ呼気検査（細菌の副産物である）などがある。十分に早く発見できれば、3種類のプロトンポンプ阻害薬と2種類の抗生物質で治療でき、約1週間で治癒する。十分に早く発見できなかった場合は、手術が必要になることもある。
- 腸管偽閉塞は、消化器系の奇形によって引き起こされる症候群であり、腸を押し出し、同化する能力の重度の障害を特徴とする。症状には、日常的な腹痛および胃痛、吐き気、激しい膨満感、嘔吐、胸やけ、嚥下障害、下痢、便秘、脱水および栄養不良が含まれる。腸閉塞の治療法はない。イレウスや腸捻転のような生命を脅かす合併症、腸内細菌の過剰増殖につながる腸のうっ滞、腸の患部または死部の切除を管理するさまざまな種類の手術および治療が必要となる。多くの患者は非経口栄養を必要とする。
- イレウスは腸閉塞である。
- セリアック病は一般的な吸収不良の一種であり、北ヨーロッパ系の人々の最大1％が罹患している。グルテンタンパク質の消化によって、腸の細胞で自己免疫反応が引き起こされる。小麦、大麦、ライ麦に含まれるタンパク質を摂取すると、小腸の絨毛が萎縮する。グルテンフリー食でこれらの食品を生涯避けることが唯一の治療法である。
- エンテロウイルスは、その感染経路が腸を通過する（entericは腸を意味する）ことから命名されたが、その症状は主に腸と関連しているわけではない。
- 子宮内膜症は腸に影響を及ぼすことがあり、IBSと似た症状を示す。
- 腸捻転（あるいは同様に腸絞扼）は比較的まれな事象である（通常、腸の大手術の後に発症する）。しかし、正しく診断するのは難しく、放置すると腸梗塞を引き起こし死に至ることもある。（歌手のモーリス・ギブはこれが原因で死亡したとされている）。
- 結腸の血管異形成
- 便秘
- 下痢
- ヒルシュスプルング病（aganglionosis）。
- 腸重積症（Intussusception）*
- ポリープ（大腸ポリープも参照）
- 偽膜性大腸炎
- 毒性巨大結腸は通常潰瘍性大腸炎の合併症である
動物の腸の用途
人間以外の動物の腸はさまざまな方法で利用されている。 乳の供給源となる家畜の各種からは、乳を与えたcalves/jaの腸から対応するレンネットが得られる。 豚や子牛の腸は食用にされ、豚の腸はソーセージのケーシングとして使われる。子牛の腸は子牛腸アルカリホスファターゼ（CIP）を供給し、金平糖の皮を作るのに使われる。 その他の用途：
- 音楽家によるストリングスの使用はエジプト第3王朝まで遡ることができる。近年ではラムのガットで弦が作られていた。近代に入り、音楽家は絹やナイロン、スチールなどの合成素材の弦を使用する傾向にある。しかし、一部の楽器奏者は、古い音質を呼び起こすために、いまだにガット弦を使用している。このような弦は一般に「キャットガット」弦と呼ばれたが、猫がガット弦の材料として使われたことはない。
- シープガットはテニスなどのラケットに使われる天然ガットストリングの元祖である。 今日では合成弦の方がはるかに一般的だが、現在では最高のガット弦は牛ガットで作られている。
- ガット・コードはスネア・ドラムの特徴であるブンブンという音を出すスネア用の弦にも使われてきた。現代のスネアドラムはほとんどガット・コードではなく金属線を使用しているが、北アフリカのベンディルフレーム・ドラムは未だにこの目的のためにガットを使用している。
- "天然"ソーセージの外皮、またはケーシングは動物の腸、特に豚、牛、羊の腸で作られる。
- ココレッツィ、ガルドバキア、トルシーネロの包装は羊（またはヤギ）の腸でできている。
- ハギスは伝統的に羊の胃袋で茹でて食べる。
- 豚の腸をよく洗ったチリリングという食べ物がある。
- 動物の腸はロングケースクロックのコードラインやブラケットクロックのフュジームーブメントに使われていたが、金属線に取って代わられることもある。
- 西暦1640年の最古のコンドームは動物の腸から作られていた。
こちらも参照
- Gastrointestinal physiology/ja
- Gut-on-a-chip/ja
- All pages with titles beginning with Gastrointestinal/ja
- All pages with titles containing Gastrointestinal/ja
外部リンク
