APUD система и нейната морфологична основа. Хормони на храносмилателната система, тяхната структура, свойства и физиологична роля. Хуморални механизми на регулиране на храносмилането
1. APUD-СИСТЕМА И НЕЙНИТЕ МОРФОЛОГИЧНИ ОСНОВИ
Предположението за наличието в лигавицата на стомашно-чревния тракт на клетки, изпълняващи ендокринна функция, е направено през 1914 г. от P. Masson. Произведенията на А. Пиърс (1968-1976) изиграха голяма роля в развитието на учението за тази функция на храносмилателния тракт. Според него има уникални клетки, характеризиращи се с ембриологична общност, определени морфологични и биохимични свойства, които съставляват уникална система APUD (Amine Precursor Uptake Decarboxylation).
Тези клетки се характеризират с високо съдържание на амини (Amine). способността за асимилиране на прекурсори на амини (прекурсорно поглъщане) и наличието на ензима декарбоксилаза (декарбоксилиране).
APUD клетките са локализирани в хипоталамуса, хипофизната жлеза, щитовидната жлеза, надбъбречната медула и храносмилателния тракт. Както отбелязват K. Welbourn et al. (1974)" храносмилателен тракте най-голямата ендокринна фабрика в тялото."
Клетките APUD включват 36 типа клетки, 28 от които са производни на ектодермата (A. Pearse et al., 1976), източникът на останалите 18 разновидности все още не е изяснен.
Брой клетки с неидентифицирани функции въз основа на данни от оцветяване и електронна микроскопия, свързани с APUD система, както и хормони с неизвестен произход, както отбелязват M. Grossman et al., (1974) и A. Pearse (1974), все още е доста значимо.
Цялата система от APUD клетки е разделена на 3 групи (A. Pearse, I. Polak. 1978): 1. Невроендокринни клетки, произлизащи от нервния гребен (има 7 типа, например С-клетки, които произвеждат калций).
2. Клетки, произхождащи от неутрална ектодерма (има 20 вида). Те са предимно локализирани в мозъчната тъкан, като произвеждат например лулиберин, тиреолиберин и др.
3. Клетки на гастроинтестинално-панкреасната система (GEP-celes). Те са с ектобластен произход. Това е най-голямата група клетки в системата APUD.
Хормони на стомашно-чревния тракт и местата на тяхното образуване
|
Име на хормона |
Място на производство на хормони |
Видове ендокринни клетки |
|
соматостатин |
Стомах, проксимални тънки черва, панкреас |
|
|
Вазоактивен интестинален пептид (VIP) |
Във всички части на стомашно-чревния тракт |
Ди-клетки |
|
Панкреатичен полипептид (PP) |
Панкреас |
|
|
Антрум на стомаха, панкреас, проксимална част на тънките черва |
||
|
Антрум на стомаха |
||
|
Булбогастрон |
Антрум на стомаха |
|
|
Дуокринин |
Антрум на стомаха |
|
|
Бомбезия |
Стомах и проксимални тънки черва |
|
|
секретин |
Тънко черво |
|
|
Холецистокинин-панкреозимин (CCK-PZ) |
Тънко черво |
|
|
Ентероглюкагон |
Тънко черво |
|
|
Проксимално тънко черво |
EC;-клетки |
|
|
Гастроинхибиторен пептид (GIP) |
Тънко черво |
|
|
невротензин |
Дистално тънко черво |
|
|
Енкефалини (ендорфини) |
Проксимално тънко черво и панкреас |
|
|
жлеза |
||
|
Вещество П |
Тънко черво |
ЕС 1 клетка |
|
Уиликинин |
дванадесетопръстника |
EC i-клетки |
|
Ентерогастрон |
дванадесетопръстника |
ЕС i-клетки |
|
Серотонин |
Стомашно-чревния тракт |
ЕС]. ЕКГ клетки |
|
Панкреас |
||
|
Глюкагон |
Панкреас |
Характеризират се ендокринните клетки на стомашно-чревния тракт следните функции, разграничавайки ги от чревните клетки (ентероцити):
1. Ниско ниво на гранулиран ендоплазмен ретикулум.
2. Високо съдържание на свободни рибозоми.
3. Високо нивогладък ретикулум под формата на везикули.
4. Електронно плътен и лабилен при фиксиране от митохондриите.
5. Свързани с мембрана секреторни везикули, съдържащи оксинофилен
уейим.
Според разработената унифицирана терминология, наречена Висбаден (1970 г.), с нови изменения, направени на среща на пет изследователски групи (включително участници в Споразумението от Висбаден и група японски учени) в Болоня (1973 г.), следните видове ендокринни клетки се класифицират в стомашно-чревния тракт:
В стомаха - EC, G, ECL, AL, D, D,.
В червата - EC, S, EG, G, I, D, D,.
В панкреаса - A, B, D, Di.
Ж- клетки.Използвайки имуноморфологичен и имунофлуоресцентен анализ, използвайки антигастринов серум, е доказана връзката на този тип клетки с производството на хормона гастрин. Тези клетки са локализирани в лигавицата на пилорната област на стомаха, сърдечната и антралната му част, в дванадесетопръстника, особено в луковицата му, и в йеюнума (в по-малки количества). Апикалната мембрана на G клетките съдържа микровили.
ЕК клетки.Клетки от този тип (аргентофинови, ентерохромафинови, клетки на Кулчицки) се намират по целия стомашно-чревен тракт, локализирани главно в основата на пилорните жлези на стомаха или в крипталната област на въси на тънките черва.Апикалната повърхност на тези клетките са снабдени с малки микровили. EC клетките са производители на 5-хидрокситриптамин. Въпреки това, резултатите от изследванията, получени през последните години, показват, че в допълнение към това вещество, EC клетките произвеждат полипептиден продукт, който е мотилин.
Във фундуса на стомаха се откриват ентерохромафиноподобни ECL клетки, които се различават от EC клетките в някои ултраструктурни детайли.
напр.- клетки(ентероглюкагон). Локализиран в лигавицата на тънките и дебелите черва. Клетките от този тип са производители на ентероглюкагон.
1-клетки.Открива се в лигавицата на дуоденума и йеюнума. Техните гранули са подобни на гранулите на EG и S клетките по електронна плътност, но заемат междинна позиция по размер (това определя името на клетките - междинни). I клетките са производители на холецистокинин-панкреозимин.
С- клетки.Разположени са в криптите на дуоденума и в проксималните части на йеюнума. При хората техният брой е относително малък. S клетките са производители на секретин.
д- клетки.Те се намират в лигавицата на фундалната и пилорната част на стомаха и йеюнума. Клетките от този тип синтезират соматостатин.
Адреналин и норепинефринпотискат чревната подвижност и стомашната подвижност, стесняват лумена кръвоносни съдовестените на храносмилателния канал.
Ацетилхолинстимулира всички видове секреция в стомаха, дванадесетопръстника, панкреаса, както и стомашната подвижност и чревната перисталтика.
Брадикининстимулира стомашната подвижност. Вазодилататор.
VIPстимулира моториката и секрецията в стомаха, перисталтиката и секрецията в червата. Мощен вазодилататор. Освобождава се в отговор на стимулация на блуждаещия нерв.
Вещество Ппредизвиква лека деполяризация на невроните в ганглиите на междумускулния плексус, свиване на SMC.
Гастринстимулира секрецията на слуз, бикарбонати, ензими, на солна киселинав стомаха, потиска изпразването на стомаха, стимулира чревната подвижност и секрецията на инсулин, стимулира клетъчната пролиферация в лигавицата.
Гастрин освобождаващ хормонстимулира секрецията на гастрин и хормони на панкреаса.
Хистаминстимулира секрецията в стомашните жлези и перисталтиката.
Глюкагонстимулира секрецията на слуз и бикарбонати, потиска чревната подвижност.
Стомашен инхибиторен пептидпотиска стомашната секреция и стомашната подвижност.
Мотилинстимулира стомашната подвижност.
Невропептид Yпотиска стомашната подвижност и чревната подвижност, засилва вазоконстрикторния ефект на норепинефрин в много съдове, включително целиакия.
Панкреатичен полипептидинхибира секрецията на панкреатичен сок.
Пептид, свързан с гена на калцитонина, потиска секрецията в стомаха, вазодилататор.
Простагландин Естимулира секрецията на слуз и бикарбонати в стомаха.
секретинпотиска чревната подвижност, активира изпразването на стомаха, стимулира секрецията на панкреатичен сок.
Серотонинстимулира перисталтиката.
соматостатинпотиска всички процеси в храносмилателния тракт.
Холецистокининстимулира чревната подвижност, но потиска стомашната подвижност; стимулира изтичането на жлъчката в червата и секрецията в панкреаса, засилва отделянето на инсулин. Холецистокининът е важен за процеса на бавна евакуация на стомашното съдържимо и релаксация на сфинктера на Оди.
Епидермален растежен фактор(EGF) стимулира регенерацията на епителните клетки в лигавицата на стомаха и червата.
+ Влиянието на хормоните върху основните процеси в стомашно-чревния тракт.
Секреция на слуз и бикарбонати в стомаха. Стимулиране на гастрин, гастрин-освобождаващ хормон, глюкагон, PgE, епидермален растежен фактор (EGF). Потиска соматостатина.
Секреция на пепсин и солна киселина в стомаха. Стимулират ацетилхолин, хистамин, гастрин. Потиска соматостатина и стомашния инхибиторен пептид.
Стомашен мотилитет. Стимулират ацетилхолин, мотилин, VIP. Потискат соматостатин, холецистокинин, адреналин, норепинефрин, стомашен инхибиторен пептид.
Перисталтика на червата. Стимулират ацетилхолин, хистамин, гастрин (потиска изпразването на стомаха), холецистокинин, серотонин, брадикинин, ВИП. Потискат соматостатин, секретин, адреналин, норепинефрин.
Секреция на панкреатичен сок. Стимулиране на ацетилхолин, холецистокинин, секретин. Потиска панкреатичния полипептид, соматостатин.
Секреция на инсулин. Стимулиране на ацетилхолин, гастрин-освобождаващ хормон, холецистокинин, VIP, повишаване на концентрацията на глюкоза. Потискат соматостатин, адреналин, норепинефрин.
Жлъчна секреция. Стимулиране на гастрин, холецистокинин.
В стените на стомаха и червата, както и в панкреаса, има специални секреторни клетки, които произвеждат нискомолекулни полипептиди и хормони. Хормоните на стомашно-чревния тракт имат изразен локален ефект, но това не означава, че физиологичният им ефект е ограничен само до локални ефекти: холецистокининът, подобно на секретин и гастрин, също влияе върху активността на мозъчните структури. По-специално е установена ролята на невроалбумина и секретина в регулирането на глада и ситостта. Тези хормони също са сигнали, които предават информация за степента на усвояване на храната.
Въпреки изразения локален ефект, хормоните на стомашно-чревния тракт се съхраняват в кръвната плазма за относително кратко време (гастрин - от 3 до 90 минути, холецистокинин - 5-7 минути), причинявайки през това време не само специфичен ефект (секретин - стимулиране на секрецията храносмилателни ензимипанкреас, гастрин - активиране на секрецията на солна киселина от стомашната лигавица и др.), но и неспецифични странични ефекти - гастринът например регулира хемопоезата, активността на медсъдържащите ензими и др.
Бомбезинът е полипептид, който стимулира секрецията на солна киселина от стомаха, свиването на жлъчния мехур, секрецията на панкреаса и освобождаването на гастрин. Той е локален освобождаващ фактор за чревни хормони.
Вазоактивен интерстинален пептид (VIP) на лигавицата тънко червопредизвиква отпускане на жлъчния мехур, повишени контракции на мускулите на тънките черва.
Виликининът е полипептид на чревната лигавица, който стимулира свиването на влакната на тънките черва. Този пептид се секретира от лигавицата на горната част на тънките черва. Той инхибира секрецията на стомашна киселина и стомашната подвижност. Стимулира чревната секреция и производството на инсулин.
Гастрин-освобождаващият пептид се произвежда от С-клетките на лигавицата на антрума и кардията на стомаха поради действието на механични и химични стимули върху пилора, тънките и дванадесетопръстника. Стимулира дейността на стомашните жлези, които отделят пепсиноген, солна киселина и слуз в други жлези, както и стомашно-чревния мотилитет. Освобождаването на гастрин се регулира блуждаещ нерв. Попадане на храна в устната кухина, рефлекторно води до освобождаване на гастрин, който от своя страна стимулира стомашните жлези чрез освобождаване на хистамин. Гастринът действа върху други стомашни жлези - стимулира производството на ензими в панкреаса, засилва секрецията панкреатичен сок, секреция на жлъчка, стимулира мотилитета на стомаха, тънките черва, инхибира абсорбцията на глюкоза, натрий, вода в тънките черва, увеличава освобождаването на калий. Локализацията на гастрина и неговата структура не са известни.
Секретинът е неутрален полипептид, секретиран от Apud клетките, стимулира секрецията на вода и бикарбонати от панкреаса, когато лигавицата е изложена на механични и главно химични (особено H+ йони), дразнители и секрецията на инсулин и пепсиноген. Той инхибира освобождаването на глюкагон, гастрин, подвижността на стомаха и йеюнума, както и евакуацията на стомашното съдържимо поради разширяването на артериолите на антралната лигавица.
Булбогастрон е полипептид, произведен от антрума на стомаха, съдържа около 52 аминокиселинни остатъка, инхибира секрецията и стомашния мотилитет.
Холецистокининът е полипептид, който се синтезира от клетките на дванадесетопръстника и горната част на йеюнума. Стимулира секрецията на ензими, инсулин и вода от панкреаса и свиването на гладката мускулатура на жлъчния мехур, червата и стомаха, забавя евакуацията на стомашното съдържимо, засилва секрецията на жлъчката, секреторните процеси на жлезите на Брунер. Холецистокининът инхибира свиването на сърдечния сфинктер и сфинктера на общия жлъчен канал, абсорбцията на вода, натрий, калий и хлор от кухината и илеума.
Ентерогастрин е вещество, което произвежда тънко червоТози хормон има стимулиращ ефект върху секреторната и двигателната активност на стомаха.
Мотилин е полипептид на С-клетките във фундуса на стомаха. Засилва мотилитета на фундуса на стомаха, без да променя киселинната секреция. Смята се, че основната функция на мотилин е да забави отделянето на храната от стомаха чрез дискоординация на мотилитета на стомаха и дванадесетопръстника.
Енкефалините са най-малките членове на група пептиди с опиатни ефекти, наречени ендорфини. Двата енкефалина са пептиди, състоящи се от 5 аминокиселини. Тези съединения се различават само по една аминокиселина в С-края - левцин в леенкефалин и метионин в мет-енкефалин. Енкефалините потискат секрецията на солна киселина и стомашно-чревния мотилитет. Доказано е, че енкефалините причиняват много централни ефекти, когато се прилагат системно. Освен това тези ефекти се проявяват при използване на малки дози. Смята се, че енкефалините влияят върху стомашната секреция индиректно чрез централната нервна система и блуждаещия нерв.
Глюкагон и хормони на стомашно-чревния тракт (ентерална система). Тези хормони са олигопептиди (17-43 аминокиселинни остатъци), образувани от ендокринни клетки на жлезите на стомашно-чревния тракт и по един или друг начин са свързани с хранителните процеси (Уголев, 1975, 1978). Хормоните от това семейство са обединени не само от тяхната олигопептидна природа и място на образуване, но също така имат някои сходни функции. Сред хормоните на стомашно-чревния тракт могат да се разграничат серии, в които хормоните имат значителни структурни сходства, общи биологични свойства и които очевидно произхождат от общ хормонален предшественик.
Една от сериите комбинира глюкагон (панкреатичен и стомашно-чревен), ентероглюкагони, секретин, VIP и GIP, в различни степенистимулиране на секрецията на глюкоза от черния дроб, липолизата в мастната тъкан, инсулиновата активност на панкреаса и съкращението на сърдечния мускул (Sed et al., 1971).
Глюкагонът е 29-членен олигопептид (фиг. 19) с M.m. -3500, се образува в а-клетките на островния апарат на панкреаса, както и в стомашно-чревния тракти играе важна роля предимно в регулирането на въглехидратите и метаболизма на мазнините. Химическата му структура е дешифрирана за първи път от Staub et al. (1955) и Bromer et al. (1956, 1957).
Фиг. 19. Първична структура на свински глюкагон и секретин: двойно засенчване показва аминокиселинни остатъци, които заемат една и съща позиция в двата хормона; Хомоложните остатъци са защриховани
Анализ функционална роляразлични фрагменти от молекулата на глюкагона показаха, че целостта на нейната 1-27 последователност от N-края е необходима както за нейното свързване от рецепторите на отговарящите клетки, така и за инициирането на ефектите. В този случай амино-терминалът His играе важна роля в проявата на ефектите на хормона, а фрагмент 2-27 играе важна роля в свързването с рецепторите. Gis обаче значително подобрява взаимодействието хормон-рецептор. Дипептид 28-29 очевидно е "спомагателен" фрагмент. Структурата на глюкагона е идентична или подобна при представители на почти всички класове гръбначни животни. Само рибният глюкагон се различава значително от другите класове хормони и е неефективен при бозайниците.
В червата, заедно с глюкагона, има редица глюкагоноподобни вещества - ентероглюкагони, които са подобни по структура и някои свойства на глюкагона.
Секретинът е хормон, произвеждан в горната част на тънките черва, както и в D-клетките на панкреаса и играе главно ролята на регулатор на секрецията на неговия сок (Bayliss and Starling, 1902). Секретинът, заедно с други олигопептиди, се намира в мозъка (Ashmarin, 1978). По своята химична структура той е 27-членен олигопептид, в който първите 16 аминокиселинни остатъка от N-края почти напълно повтарят 1-16 аминокиселинната последователност на молекулата на глюкагона, а в С-терминалната му част, както и в глюкагона, преобладават хидрофобните остатъци. Причинявайки редица ефекти, общи за глюкагона, секретинът се свързва със специални рецептори на реагиращите клетки, които не свързват глюкагона. Последният от своя страна взаимодейства със специални рецептори, които не свързват секретина.
VIP е хормон от същата серия (28-членен олигопептид), заедно с други функции, регулира съдовия тонус и има общи рецептори със секретин, а не с глюкагон.
GIP се състои от 43 аминокиселинни остатъка, 15 от които във фрагмент 1-26 от N-края са почти идентични на глюкагона, а 9 са идентични на секретина.
Друга серия от хормони включва гастрин и панкреозимин.
Гастринът се образува в стомаха и стимулира предимно киселинната стомашна секреция. Това е олигопептид, състоящ се от 17 аминокиселинни остатъка (фиг. 20).
Ориз. 20. Първична структура на свински гастрин (A) и панкреозимин (B): оцветяването показва psntapeptid, общ за A и B
Панкреозиминът е интензивен 33-членен пептид, който основно регулира панкреатичната секреция и жлъчната секреция. Неговият С-терминален октапептид има пълната активност на целия хормон, а неговият С-терминален пентапептид е идентичен на С-терминалните последователности на гастрина. Този пентапептид (пентагастрин) е способен, макар и с по-слаба сила, да възпроизвежда ефектите на гастрин. Тази група хормони включва и хормона на панкреаса на птиците - линеен пептид, състоящ се от 36 аминокиселинни остатъка.