Характеристика гормональных функций желудочно-кишечного тракта, полученная методом изолированного абдоминального препарата ex vivo

В течение последних лет были достигнуты значительные успехи в исследовании кишечной гормональной системы благодаря применению иммуногистохимических методов. Они позволили установить присутствие и точную локализацию в эндокринных клетках всех отделов желудочно-кишечного ” тракта большого числа регуляторных пептидов, а также регуляторных аминов. Кроме того, с помощью этих методов выявлено, что многие химические мессенджеры, которые ранее считались исключительно гипоталамо-гипофизарными факторами, продуцируются также и эндокринными клетками желудочно-кишечного тракта. Изучение точной локализации ряда гормонов в тканях позволило решить вопрос об их происхождении. Было показано, что многие гормоны являются продуктом секреторной деятельности клеток желудочно-кишечного тракта, тогда как другие входят в состав нейросекретов и служат нейромедиаторами.

Ряд так называемых пищеварительных гормонов имеет двоякое происхождение и двойную функцию, т.е. являются и гормонами, продуцируемыми эндокринными клетками пищеварительного аппарата, и в то же время нейротрансмиттерами (обзор: Dockray, 1987, и др.). В их число входят ВИП, холецистокинин, гастрин и многие другие. В некоторых случаях удалось обнаружить наличие изогормонов. Так, для секретов клеток желудочно-кишечного тракта характерны одни изогормоны, для медиации в нервных синапсах используются другие. Вместе с тем с помощью традиционных методов во многих случаях не удавалось дифференцировать собственно эндокринные, паракринные и медиаторные функции многих физиологически активных веществ. Это удалось сделать методом сосудистой перфузии комплекса изолированных органов брюшной полости - абдоминального комплекса. В начале 80-х годов нами совместно с В. Г. Смагиным, В. А. Виноградовым, С. А. Булгаковым, Г. М. Бобковым и Г. М. Рощиной был использован изолированный абдоминальный препарат крыс (рис. 6.3), что позволило более подробно охарактеризовать ряд гормональных функций пищеварительной системы. Детальная характеристика этого методического подхода дана в отдельных работах (Булгаков и др., 1981, 1982) и в нашей сводке (Уголев, 1985). Первоначально этот метод был разработан нами для исследо вания пищеварительной системы собак (Уголев и др., 1981), а затем адаптирован для крыс.

Абдоминальный комплекс состоял из следующих органов: нижней части пищевода, желудка, двенадцатиперстной кишки с впадающими в нее протоками и поджелудочной железой, тонкой кишки и части толстой кишки, получающей кровоснабжение от брюшной аорты.

Таблица 6.2. Концентрации гормонов в оттекающей жидкости при перфузии изолированного абдоминального комплекса крыс (по: Булгаков и др., 1981)

Гормон (пг/мл)

Время после начала перфузии (мин)

Инсулин (мкед/мл)

Гастрин

Соматостатин

3.6

3.2

4.9

Альдостерон

Тестостерон

Эстрадиол

3.6

3.5

4.0

5.5

Примечание. Приведены средние данные 3 опытов.

Для изучения эндокринных функций желудочно-кишечного тракта сочетались перфузия изолированного абдоминального комплекса с радиоиммунологическим определением гормонов в оттекающем перфузате. Результаты представлены в табл. 6.2.

В оттекающем перфузате обнаружен инсулин, концентрация которого приблизительно соответствовала его уровню в крови. Концентрация гастрина в среднем превышала уровень в крови в 2-3 раза. Содержание соматостатина было ниже уровня, определяемого в периферической крови. В незначительных количествах, приблизительно в 10 раз ниже уровня в крови, присутствовали в перфузате тестостерон и эстрадиол. Неожиданно высоким оказался уровень альдостерона, концентрация которого в перфузате была сопоставима с уровнем в крови. Косвенно в пользу секреции альдостерона свидетельствует характерная динамика его выделения, сходная с таковой инсулина, секреция которого абдоминальным препаратом вряд ли вызывает сомнения. Таким образом, можно предположить возможность желудочно-кишечного происхождения определяемого в оттекающем перфузате альдостерона. В то же время это предположение, имеющее далеко идущие выводы, нуждается в тщательной проверке.

Разработанный нами методический прием позволяет устранить многие неточности в интерпретации содержания в крови некоторых гормонов, обусловленные наличием клеток, продуцирующих одноименные гормоны не только в желудочно-кишечном тракте, но и в других органах, например в мозге. Такая множественная локализация эндокринных клеток продемонстрирована для гастрина, соматостатина, инсулина и многих других пептидных и непептидных гормонов. Столь же существенна возможность разделения с помощью предлагаемого метода эндокринной, паракринной и медиаторной функций физиологически активных веществ в желудочно-кишечном тракте.

Итак, развиваемый методический подход подтверждает истинную эндокринную роль гастрина и инсулина, которые в достаточных количествах секретируются в сосудистое русло. В то же время исследования «абдоминального» соматостатина не дают оснований для подобного заключения, так как уровень этого пептида в перфузате низок и непостоянен, что, возможно, здесь отражает его преимущественно паракринную функцию. Не исключено, что этот пептид в данном случае служит локальным регулятором.

Ранее было упомянуто, что двенадцатиперстная кишка по своим эндокринным функциям напоминает гипоталамо-гипофизарную систему и может вырабатывать факторы, сходные по физиологическим эффектам с тропными гормонами гипофиза. В частности, нами предполагалось, что она может быть источником АКТГ-подобного фактора. Через много лет наличие в желудочно-кишечном тракте АКТГ-подобных пептидов было показано с помощью иммунохимических методов (Larsson, 1979, 1981). Но эта техника не позволяла решить вопрос о секреции кишечного АКТГ в кровь и, следовательно, определить физиологическую значимость этого гормона.

В одном из циклов наших экспериментов предпринята попытка решить вопрос о том, секретируется ли АКТГ кишечного происхождения в кровь, т.е. является ли он истинным гормоном? Результаты опытов представлены в табл. 6.3. Важно отметить большое количество АКТГ-подобной иммунореактивности в оттекающей жидкости, полученной при перфузии абдоминального комплекса контрольных крыс. Уровень АКТГ превышал концентрацию этого гормона в крови в несколько раз. После адреналэктомии уровень АКТГ в перфузате резко возрастал, увеличиваясь по сравнению с контрольными опытами на 177-443%. Такое повышение концентрации АКТГ не может получить объяснения в свете неспецифических изменений состояния самого абдоминального комплекса, поскольку одновременно наблюдаются противоположные изменения концентрации инсулина (его уровень снижается) и остается неизменным содержание гастрина. У контрольных животных с интактными надпочечниками при перфузии изолированного абдоминального комплекса в перфузате обнаружены как гастрин, так и инсулин. Адреналэктомия не приводила к изменению уровня гастрина в перфузате. Концентрация инсулина в перфузате после адреналэктомии значительно снижалась. Выделение основных пептидных гормонов желудочно-кишечного тракта, использованных нами для характеристики эндокринной активности изолированного абдоминального комплекса, а именно гастрина и инсулина, подчиняется ранее известным закономерностям и соответствует данным литературы, полученным при использовании других экспериментальных моделей.

Таблица 6.3. Концентрация гормонов в оттекающей жидкости при перфузии изолированного абдоминального комплекса крыс (по: Булгаков и др., 1982) Гормон Группа животных Время после начала перфузии (мин) 30 60 90 120 Гастрин (пг/мл) Контроль

Адреналэктомия 14.8

17.5±7.0 13.7

11.7±6.9 13.8 13.4±7.1 10.2 18.6±9.0 Инсулин (мкед/мл) Контроль

Адреналэктомия 17.0

5.9±2.9 13.2

6.2±2.4 16.3

5.1±3.1 15.1

6.0±2.9 АКТГ (пг/мл) Контроль

Адреналэктомия 178

858±619 264

1435±612 349

1098±719 242

673±641

Примечание. В контрольном варианте приведены средние данные 5 опытов

По нашему мнению, использование перфузии изолированного абдоминального комплекса позволило во многом преодолеть недостатки иммунохимических методов, так как определение гормонов в перфузате проводилось в условиях, когда присутствие других тканевых белков минимально. Особенно интересным фактом является увеличение уровня АКТГ в перфузате после адреналэктомии. Повышение уровня АКТГ в крови после этой операции принято связывать с разрывом контура обратной связи гипофиз - надпочечники. Но наблюдавшиеся нами изменения могут быть расценены по-другому, а именно как компенсаторная реакция АКТГ-продуцирующих клеток кишечника на адреналэктомию. Иными словами, эндокринные клетки кишечного тракта могут вносить свой вклад в адаптивное увеличение уровня АКТГ в крови после адреналэктомии.

Таким образом, нами обнаружена секреция АКТГ-подобной иммунореактивности изолированным абдоминальным комплексом, что свидетельствует в пользу истинной эндокринной роли кишечного АКТГ. При этом опыты с адреналэктомией указывают на возможную общность механизмов, регулирующих секрецию АКТГ клетками гипофиза и желудочно-кишечного тракта.

В настоящее время еще трудно решить вопрос, как далеко простирается аналогия между желудочно-кишечным трактом и гипоталамо-гипофизарной системой. В ряде последних опытов с использованием техники, описанной выше, нами установлено, что в оттекающем перфузате присутствует иммунореактивность, сходная с Т3 (трииодтиронин) и Т4 (тироксин). Так, по данным 5 опытов концентрация Т3 составила (0.48±0.18), а Т4 - (8.2±4.1) мкг%. Кроме того, в перфузате обнаружена иммунореактивность, подобная лей-энкефалину. Уровень последнего широко варьирует, меняясь от 55 до 514 пг/мл. Однако в отличие от АКТГ для этих факторов еще не выявлены существенные адаптивные изменения секреции, которые служат важным признаком физиологической значимости процесса.

Таким образом, в настоящее время можно утверждать, что клетки желудочно-кишечного тракта продуцируют сходные или идентичные гипоталамо-гипофизарными гормонам АКТГ и тиреотропный гормон. Следовательно, гипоталамо-гипофизарные факторы оказались гормонами желудочно-кишечного тракта. С другой стороны, те гормоны, которые прежде казались по происхождению исключительно желудочно-кишечными, затем были обнаружены в нервных структурах и некоторых других тканях организма.

Заключительные замечания

Классическими методами удалось показать, что кишечная гормональная система - важная часть аппарата, контролирующего основные функции желудочно-кишечного тракта и осуществляющего координацию различных звеньев сложного процесса переработки и усвоения пищи.

В знаменитом английском журнале <Ланцет> Д. Уингейт (Wingate, 1976) развил концепцию кишечной гормональной системы как эупептической, т.е. обеспечивающей оптимальное пищеварение. Эта краткая формулировка включает в себя представление о многообразии влияний кишечной гормональной системы на процессы секреции различных ферментов и жидкостей, всасывание и моторику желудочно-кишечного тракта, трофическое действие гастрина и холецистокинина, поскольку оно ограничено преимущественно пищеварительными органами и практически не проявляется за пределами пищеварительного аппарата, и т.д. Мы же (Уголев, 1978) высказали предположение, что если нарушения трофики обозначить как дистрофию, а нормальную трофику - как эутрофию, то наиболее важная функция кишечной гормональной системы по отношению к организму - функция эутрофическая, в которую в виде сравнительно небольшой ее части входит и эупептическая. Хорошим примером эутрофической функции является гормональная система двенадцатиперстной кишки кошек и в меньшей мере собак.

Использование метода дуоденэктомии в сочетании с изоляцией двенадцатиперстной кишки неожиданно открыло еще одну столь же важную роль системы. Речь идет об общих влияниях кишечных гормонов, охватывающих, как указано выше, различные стороны метаболизма, многие эндокринные железы и гипоталамотропные эффекты.

Судя по эффектам, вызываемым дуоденэктомией, гормоны двенадцатиперстной кишки жизненно необходимы для функционирования организма в целом. Так, кроме пищеварительных эффектов с помощью этих гормонов контролируются важные стороны метаболизма, или во всяком случае без них невозможно его нормальное протекание. Введенное нами первоначальное обозначение двенадцатиперстной кишки как «гипофиза брюшной полости» вскоре перестало отражать истинную роль этого органа в жизнедеятельности организма. В настоящее время по богатству и разнообразию эффектов двенадцатиперстная кишка как нейроэндокринный орган по своему значению в ряде случаев напоминает гипоталамус и гипофиз и может быть более адекватно охарактеризована как «гипоталамо-гипофизарная система брюшной полости» (в связи с объемом и важностью нервных и нейросекреторных компонентов). Кроме того, предлагаемый термин передает важность энтероэндокринных осей, в том числе энтеронейрональной в частности энтерогипоталамической. При этом гипоталамотропные эффекты означают контроль над эмоциональной и мотивационной сторонами пищевого поведения.

Следует думать, что кишечные гормоны оказывают постоянное влияние на процессы, протекающие в организме, подобно тому как постоянно сказываются влияния кортикоидов, катехоламинов и др. В отношении кишечной гормональной системы, как, впрочем, и в отношении других гормональных систем, возникает вопрос об их специализации, т.е. о тех функциях, где их контроль играет особенно важную роль. Результаты наших исследований позволили прийти к выводу, что кишечные гормоны, и в особенности дуоденальные, контролируют основные этапы процессов ассимиляции, включая потребление пищи, ее переработку и всасывание, перераспределение и трансформацию, имеющие место после всасывания, собственную трофику тканей, аппетит, специфическое динамическое действие пищи, защитные процессы, в частности пищевой лейкоцитоз, и т.д.

В настоящее время еще трудно построить достаточно стройную схему взаимоотношений местных (локальных) и общих эффектов кишечной гормональной системы. Вероятнее всего, локальные эффекты могут сопровождаться некоторыми общими эффектами, проявляющимися в норме и при патологии. С другой стороны, первоначально непищеварительные эффекты кишечных гормонов могут вторично (например, через гипоталамус) отражаться на функциях желудочно-кишечного тракта (рис. 6.4).

Как отмечено ранее при краткой характеристике потоков, поступающих из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма, регулирующий поток состоит не только из типичных гормонов, продуцируемых пищеварительными органами, но и из экзогормонов (см. гл. 3). К экзогормонам относятся гормоноподобные факторы, поступающие из полости желудочно-кишечного тракта в циркуляторное русло. Экзогормоны имеют сложное происхождение. Они могут как таковые содержаться в пище и выполнять регуляторные функции. В частности, в некоторые периоды жизни животных различных видов важную роль могут играть стероидные гормоны растений (обзоры: Schmidt-Nielsen, 1982; Уголев, 1985, 1987а, и др.). Однако чаще экзогормоны являются метаболитами и образуются под влиянием кишечной бактериальной флоры или ферментных систем макроорганизма. К числу таких регуляторов следует отнести, по-видимому, экзорфины - короткие пептиды, обладающие морфиноподобной активностью, которые образуются при неполном гидролизе некоторых белков. По всей вероятности, наибольшее значение имеют экзорфины, образующиеся при гидролизе казеина и растительных белков. Некоторые авторы полагают, что существует множество соединений, обладающих опиатоподобным действием и образующихся при расщеплении белков не только в желудочно-кишечном тракте, но и в других органах и системах организма (обзоры: The endorphins, 1978; Смагин и др., 1983; Уголев, 1985; Dockray, 1987, и др.).

К числу экзогормонов относится также большая группа различных аминов. Наиболее известные из них - гистамин и серотонин (обзор: Wood, 1987). Эти амины образуются также в организме в качестве нейротрансмиттеров и гормонов. Их общий баланс определяется суммой эндогенных и экзогенных факторов. По всей вероятности, так называемый физиологический оптимум в действительности отражает хорошо сбалансированное соотношение таких эндо- и экзогенных факторов.

Следовательно, желудочно-кишечный тракт вносит существенный вклад в общий гормональный баланс организма с помощью нескольких механизмов: 1) путем продукции ряда гормонов жизненно важного значения; 2) путем образования некоторых экзогормонов, которые играют важную роль в деградации и трансформации веществ при их энтерогематической циркуляции. Гормональная функция желудочно-кишечного тракта является витальной, как и функция ассимиляции, которая отнюдь не сводится к поступлению нутриентов в организм. По-видимому, подобно видовым особенностям нутритивных потоков, существуют и видовые различия регуляторных потоков. Следует также отметить, что в деградации и трансформации гормонов принимают участие желудочно-кишечный тракт и главным образом его важнейший дериват - печень.

Наконец, в заключение в связи с проблемой кахексии (см. 6.3.1) следует сказать о недавно сделанном поразительном открытии. Речь идет о кахектине. Ранее традиционно принималось, что одним из основных факторов, провоцирующих развитие кахексии у онкологических больных, при тяжелых инфекциях, паразитарных и ряде других заболеваний, является, скорее всего, токсикоз. При этих болезнях наблюдаются снижение массы тела, изменение паттернов лейкоцитов и многие другие симптомы. Однако в настоящее время выяснилось, что феномен кахексии связан с продукцией особого фактора - кахектина. Этот фактор выделен из макрофагов и некоторых других клеток, очищен и идентифицирован как белок с молекулярной массой 17000. Аминокислотная последовательность его гомологична таковой некротического фактора опухоли человека. Установлена также его связь с интерлейкином-1. Введение высокоочищенного фактора достаточно для того, чтобы вызвать специфические для кахексии явления. (Подробно свойства кахектина и механизм его действия освещены в фундаментальном обзоре: Beutler, 1988.)