Регуляция пищеварительных функций

Рассмотрим системные механизмы управления пищеварительной деятельностью. Натощак пищеварительный тракт находится в состоянии от­носительного покоя, для которого характерна периодическая функциональная активность. Прием пищи оказывает рефлекторное пусковое влияние на проксимальные отделы пищеварительного тракта: резко и кратковременно усили­ваются секреция слюнных, желудочных и поджелудочной желез, желчевыделение, расслабляется желудок и снижается моторная активность проксимального отдела тонкой кишки.

Пусковые влияния стимулируют выделение секретов с высо­кой ферментативной активностью, обеспечиваемой накопленными в железах в период их относительного покоя ферментами (по И. П. Павлову - «запальный сок»).

В дальнейшем секреция и моторика изменяют свой характер за счет корригирующих нервных, гуморальных и паракринных влияний по принципу обратной связи, формирующихся на основе рецепции содержимого, пищеварительного тракта его секреции и моторики. Следовательно, находящаяся в нём смесь пищевого содержимого с пищеварительными соками является объектом, в котором происходит пищеварительный процесс, одновременно па­раметры этой смеси служат средством регуляции пищеваритель­ного процесса путем изменения секреции, моторики и всасывания в пищеварительном тракте.

В полости рта осуществляется осознаваемая рецепция вкусов и запахов (благодаря проникновению пахучих веществ из полости рта к рецепторам носовых ходов), температуры, влажности, меха­нических и некоторых других свойств пищи. В пищеварительном тракте осуществляется подсознательная рецепция. Здесь контроли­руются объём и консистенция принятой пищи, степень наполне­ния органа и давление в нем, наличие недостаточно размельченных кусочков пищи, рН, осмотическое давление, температура, концент­рация питательных веществ и продуктов их гидролиза, активность некоторых пищеварительных ферментов и концентрация некото­рых их фрагментов.

Рецепция осуществляется нервными рецепторными окончания­ми, заложенными в стенке пищеварительного тракта (механо-, хемо-, осмо-, терморецепторы). Кроме того, афферентными сигна­лами служат всосавшиеся в кровь продукты гидролиза питательных веществ (глюкоза, некоторые аминокислоты), а также регуляторные пептиды, высвобождаемые различными клетками-проду­центами, находящимися в стенке желудка и кишечника. В этих клетках рецепторная функция совмещена с высвобождением регуляторных пептидов и аминов, которые затем с помощью раз­личных механизмов влияют на клетки-мишени, реализующие пи­щеварительные функции.

Афферентные сигналы формируются и в органах-эффекторах в зависимости от их секреторной, моторной и всасывательной ак­тивности. Афферентация в пищеварительном тракте по принципу отри­цательной и положительной обратной связи имеет ряд специфи­ческих особенностей и важна в регуляции и саморегуляции всех пищеварительных функций, их системной, адаптивной по значе­нию организации во времени и пространстве в зависимости от этапного и конечного результатов пищеварительного процесса.

Механизмы эфферентных влияний на органы пищеварения сложны и различны. Еще И. П. Разенков (1948) считал, что пище­варительный тракт имеет три основных механизма регуляции сек­реторной и моторной функций, в разной мере представ­ленных в его отделах: 1) центральные рефлекторные механизмы регулируют функции преимущественно начального отдела пище­варительного тракта, в дистальнее расположенных органах их роль снижается, при этом рефлекторная регуляция с экстеро- и интероцепторов осуществляется через рефлекторные дуги, замыкающие­ся в ЦНС, экстра- и интрамуральных ганглиях; 2) гуморальные - наиболее выражены в «средней» части пищеварительного тракта - в регуляции деятельности желудка и двенадцатиперстной кишки, еще более - поджелудочной железы, желчеобразования и желчевыделения (гастродуодено-панкреатогепатобилиарный комплекс), где большую роль играют регуляторные пептиды, высвобождаемые эндокринными клетками самого пищеварительного тракта и прино­симые кровотоком к гландулоцитам и миоцитам. Регуляторный пептид может поступать из продуцирующей его клетки в интерстициальную ткань, диффундировать в жидкости к расположенным рядом миоцитам, гландулоцитам и иннервирующим их нейронам; 3) локальные, т. е. местные, механизмы регуляции в наибольшей мере представлены в дистальных отделах - в деятельности тонкой и особенно толстой кишки.

Афферентная импульсная информация поступает от пищевари­тельного тракта в систему нейронов, расположенных в интра- и экстрамуральных ганглиях, спинном и головном мозге. Из них по эфферентным нервным путям импульсы следуют в органы пи­щеварительной системы. Нервная система пищеварительного трак­та имеет симпатическую, парасимпатическую и метасимпатическую части. Их сплетения имеют рецепторные, вставочные и эффе­рентные нейроны. В окончаниях нейронов выделяются различные медиаторы, которые модулируют активность этих нейронов и кле­ток-эффекторов: гландулоцитов, миоцитов, энтероцитов. Периферические рефлекторные дуги обеспечивают не столько пусковые, сколько корригирующие и адаптационно-трофические влияния. Они важны в организации согласованных и сложных сокращений желудка, кишечника и сфинктеров.

Среди вегетативных нейронов, иннервирующих пищеваритель­ный тракт, имеются не только холин- и адренергические, но и несколько типов пептидергических нейронов. В роли медиаторов в них выступают нейропептиды: например, симпатические преганглионарные нейроны выделяют ацетилхолин (АХ), энкефалин и нейротензин; постганглионарные - норадреналин,АХ, вазоактивный интестинальный пептид (ВИП); парасимпатические преганг-лионарные нейроны -АХ и энкефалин, а постганглионарные - АХ, энкефалин и ВИП. В роли нейротрансмиттеров в желудке и кишечнике выступают также соматостатин, гастрин, нейротензин, субстанция Р, ВИП, холецистокинин (ХЦК). Медиаторами сен­сорных нейронов также выступает ряд нейропептидов.

Каждому виду пищи соответствуют определенная моторика и секреция различных отделов пищеварительного тракта. Адаптация проявляется в соответствии объема, электролитного состава и спектра ферментов секретов пищеварительных желез принятой пище.

Различают видовые и индивидуальные адаптации; последние делят на медленные, постепенно формируемые и фиксируемые на значительное время адаптации к длительным рационам питания, и быстрые (срочные), состоящие в приспособлении секреции фер­ментов и электролитов, моторики к определенному виду принятой пищи.

Фазы секреции пищеварительных желез. Образцом системного анализа механизмов регуляции пищеварительных функций явилось учение И. П. Павлова о фазах секреции главных пищеварительных желез, которое в настоящее время существенно дополнено и про­должает развиваться. Секреция пищеварительных желез начинается с так называе­мой мозговой, или первой, фазы. Она осуществляется сложнорефлекторно через ЦНС с участием условных и безусловных рефлек­сов. Секрецию стимулируют условнорефлекторно вид, запах еще не принятой пищи и другие раздражители, связанные с ее приемом (обстановка, время, сервировка стола и др.); безусловнорефлекторно - путем раздражения пищей рецепторов полости рта и пи­щевода. Вторая фаза секреции желез, возникающая при раздра­жении рецепторного аппарата желудка и высвобождении его гу­моральных агентов, называется «желудочной». «Кишечной», или третьей, фазой называется секреция, опосредуемая интестинальными гормонами, раздражением рецепторов кишечника и всосав­шимися из него питательными веществами.

Деление секреции на фазы основано на несколь­ких принципах: по месту афферентации, механизму и характеру воздействия на пищеварительные железы. Учение о фазах секре­ции было сначала предложено для объяснения секреции желудочных желез, но оно справедливо и для поджелудочной железы. Каждая из фаз имеет не только стимулирующий, но и тормозной компонент, что обеспечивает корригирующую роль динамического регуляторного контроля за секрецией. Учение о фазах секреции в принципе может быть перенесено и на системный анализ моторной деятельности пищеварительного тракта. Моторика тонкой кишки усиливается в раздражаемом и более дистальном ее сегменте, но тормозится в проксимальном ее участке. Это характерно и для моторики всего пищеварительно­го тракта и его секреции. Так, недостаточный гидролиз пищи в желудке задерживает эвакуацию из него пищевого содержимого. Если в силу тех или иных причин желудочная секреция в первую («мозговую») фазу заторможена (а она легко тормозится по мно­гим причинам), то обычно удлиняется секреция в «желудочную» и «кишечную» фазы. В целом же недостаточность пищеваритель­ного процесса в данном отделе пищеварительного тракта усиливает деятельность его последующих отделов, компенсируя запрограм­мированный уровень переработки пищи путем усиления секреции и увеличения времени пребывания пищевого содержимого в желудке и замедления транзита химуса по тонкой кишке. Эта схема регуля­ции имеет много вариантов в норме и часто нарушается при па­тологии.

Роль регуляторных пептидов в деятельности пищеварительного тракта

В управлении пищеварительными функциями принимают учас­тие пептиды и амины, которые продуцируются эндокринными клетками самого пищеварительного тракта. Эти клетки рассеяны в слизистой оболочке и пищеварительных железах и в совокупности составляют диффузную эндокринную систему. Продукты их дея­тельности называют гастроинтестинальными гормонами, энтеринами, регуляторными пептидами пищеварительного тракта. Это не только пептиды, но и амины. Некоторые из них продуцируются и нервными клетками. В первом случае эти биологически активные вещества выступают в роли гормонов (доставляются к органам-мишеням общим и региональным кровотоком) и парагормонов (диффундируют через интерстициальную ткань к рядом или неда­леко расположенной клетке). Во втором случае эти вещества игра­ют роль нейротрансмиттеров.

Открыто более 30 регуляторных пептидов пищеварительного тракта, некоторые из них существуют в нескольких изоформах, отличаясь числом аминогрупп и физиологической активностью. Выявлены клетки, продуцирующие данные пептиды и амины (табл.3), а также клетки, в которых образуется не один, а не­сколько пептидов. Установлено, что один и тот же пептид может образовываться в различных клетках.

Гастроинтестинальные гормоны имеют широкий спектр физио­логической активности, влияя на пищеварительные функции и вы­зывая общие эффекты. В пищеварительном тракте пептиды и ами­ны стимулируют, тормозят, модулируют секрецию, моторику, всасы­вание, оказывают трофические влияния, в том числе воздействуя на пролиферативные процессы, например, изменяют количество гландулоцитов в слизистой оболочке желудка и поджелудочной железе, уменьшая или увеличивая их массу. Каждый из регуляторных пептидов вызывает несколько эффектов, один из которых часто явля­ется основным (табл. 4). Ряд пептидов выступает в роли рилизинг-факторов для других пептидов, которые вызывают измене­ния пищеварительных функций в таком регуляторном каскаде. Эффекты регуляторных пептидов зависят от их дозы, механизмов, с помощью которых была стимулирована функция.

Сложны сочетанные влияния нескольких регуляторных пепти­дов, а также пептидов с влияниями автономной (вегетативной) нервной системы.

Регуляторные пептиды относятся к числу «короткоживущих» веществ (период полураспада несколько минут), вызываемые ими эффекты, как правило, значительно длительнее.

Концентрация пептидов в крови натощак колеблется в небольших пределах, при­ем пищи вызывает повышение концентрации ряда пептидов на разное время. Относительное постоянство содержания пептидов крови обеспечивается балансом поступления пептидов в кровоток с их ферментативной деградацией, небольшое количество их вы­водится из крови в составе секретов и экскретов, связывается бел­ками крови. Деградация полипептидов ведет к образованию более простых олигопептидов, которые обладают большей или меньшей, иногда качественно измененной активностью. Дальнейший гидро­лиз пептидов приводит к потере их активности. В основном дегра­дация пептидов происходит в почках и печени. Регуляторные пептиды пищеварительного тракта совместно с центральными и пери­ферическими механизмами обеспечивают адаптивный характер и интеграцию пищеварительных функций.

Кровоснабжение и функциональная активность пищеварительного тракта

Напряженная деятельность органов пищеварения возможна лишь при интенсивном их кровоснабжении. При относительном функциональном покое пищеварительного тракта натощак в него поступает 15-20 % общего кровотока. После приема пищи кро­воток в пищеварительном тракте может увеличиваться в несколь­ко раз.

Кровоток в желудке и тонкой кишке примерно одинаков (30 мл/мин/100 г ткани), в толстой кишке он ниже. В стенке пи­щеварительного тракта преобладающая часть кровотока в соответ­ствии с энергетическими затратами и функциональной актив­ностью направляется в слизистую оболочку. После приема пищи ее кровоснабжение увеличивается в большей мере, чем в подслизистой основе и мышечном слое. Фильтрационная проницаемость капилляров пищеварительного тракта, особенно кишечника, при­мерно в 10 раз больше, чем в скелетных мышцах; после приема пищи в условиях вазодилатации фильтрационный коэффициент резко нарастает, что способствует транскапиллярному транспорту веществ.

Таблица 4

Основные эффекты влияния гастроинтестинальных гормонов на пищеварительные функции

Для пищеварительных желез характерен еще более высокий уровень кровотока. В состоянии относительного покоя кровоток в слюнных железах составляет 30-50 мл/мин/100 г ткани, в под­желудочной железе-50-180 мл/мин/100 г, а при секреции и вазодилатации - 400 мл/мин/100 г. Соответственно в железах по­вышается и капиллярная проницаемость.

Реакция сердечно-сосудистой системы на прием пищи проис­ходит в две фазы. В первую, длительностью 5-30 минут, рефлекторно повышаются минутный объем крови и артериальное кровя­ное давление, перераспределяется кровоток: уменьшается в ске­летных мышцах и увеличивается в брыжеечной артерии. Вторая фаза в основном обусловлена местными и гуморальными механиз­мами, начинается через 30-90 минут после приема пищи и длится 3-7 часов. Во время второй фазы кровоток в скелетных мышцах сни­жен, а кровоснабжение органов пищеварения существенно уве­личено.

Сопряжение уровня функциональной активности с величиной кровоснабжения органов пищеварения осуществляется с помощью нескольких механизмов: стимуляторы секреции и моторики явля­ются и вазодилататорами (например, гистамин) или эти стимуля­торы высвобождают из ткани сосудорасширяющие факторы (на­пример, кинины); в результате стимуляции пищеварительных функций в органах образуются местнодействующие вазодилататоры, например калликреин; снижение парциального давления кислорода и увеличение парциального давления углекислого газа, всасывае­мые пищевые вещества также обладают вазодилататорным действи­ем (например, глюкоза в отношении сосудов кишечника и печени); освобождающиеся от секретов и уменьшающиеся в объеме железы снижают сопротивление в них кровотоку, и он нарастает.

В стенке пищеварительного тракта действует местный ауторегуляторный механизм обеспечения местного кровотока - способ­ность сосудистого ложа поддерживать относительно постоянный кровоток, независимо от изменения системного кровяного давле­ния, способность органа регулировать кровоснабжение в соответ­ствии с функциональной активностью. Однако значительное сни­жение общего и регионального кровотока существенно уменьшает ее. Сокращения желудка и кишечника приводят к фазовым изме­нениям кровотока в них.

Регуляторные механизмы обеспечения местного кровотока в железах в основном те же, что и регуляции секреции желез. Это относится к большинству вегетативных нервов, регуляторных пептидов и аминов. Существенную роль в обеспечении местного кро­вотока желез играют вазодилататоры, образование которых в уси­ленно функционирующих железах повышается.

Периодическая деятельность органов пищеварения

В пищеварительном тракте условно выделяют несколько рит­мов: базальные (секундные) ритмы с частотой 3-30 и более циклов в 1 минуту; ритмы частотой 7-14 и 1-14 и более циклов в сутки, приуроченные к темновому и световому периодам и свя­занные со временем приема пищи. В лаборатории И. П. Павлова в хронических опытах на фи­стульных собаках В. Н. Болдыревым (1902) были открыты ритмы, названные периодической моторной деятельностью желудка. У че­ловека через каждые 45-90 минут покоя - отсутствия сокращения желудка, наступает период его работы - сокращения, длящийся 20—50 мин. В моторной периодике принято различать 3 периода, или фазы: I - покоя; II - нерегулярных сокращений; III - регу­лярных сокращений (фронтальная активность).

В последние годы под термином «мигрирующий миоэлектрический (или моторный) комплекс» понимают перемещение миоэлектрической, или сократительной, активности от желудка и двенадцатиперстной кишки до терминальной части подвздошной киш­ки.

Периодическая деятельность органов пищеварения проявляется не только в моторной активности пищеварительного тракта, но и секреции слюнных, желудочных, поджелудочной и кишечных же­лез, усилении желчеотделения и желчевыделения.

Синхронно с периодической деятельностью пищеварительного тракта изменяются интенсивность обмена веществ организма, тем­пература тела, количество форменных элементов крови, концен­трация гормонов и ферментативная активность крови, электроэнцефалографические показатели. Это свидетельствует о вовлече­нии в данный ритм периодической деятельности пищеваритель­ного тракта всего организма.

Физиологическая роль периодической деятельности пищева­рительного тракта полностью не установлена. Согласно одной из ранних гипотез, фазы работы периодической деятельности - сокращения желудка - вызывают чувство голода, поэтому ее на­звали голодной периодикой. В классическом виде моторная пери­одика регистрируется только натощак. Прием пищи тормозит и существенно трансформирует ее, однако синхронность чувства голода и фазы работы периодики необязательна.

Допускают также, что физиологическим назначением периоди­ческой деятельности является транспорт из пищеварительных желез в кровь ферментов, изменяющих метаболизм организма. Еще одна гипотеза отводит периодической деятельности роль вы­ведения из крови в полость пищеварительного тракта продуктов метаболизма. Достаточно популярна гипотеза о том, что периоди­ческая деятельность своими перистальтическими волнами очищает пищеварительный тракт от остатков пищи и эндогенных веществ. Моторная периодика рассматривается как механизм предотвраще­ния распространения кишечной микрофлоры в оральном на­правлении.

Надо принять во внимание и то, что в ходе периодической сек­реции в пищеварительный тракт поступает значительное количест­во ферментов, которым затем предстоит осуществлять полостное и пристеночное пищеварение. Периодическая активность желез под­держивает их в состоянии некоторого оперативного покоя - го­товности ответить выраженной секреторной реакцией на стимулы приема пищи.

В пищеварительный тракт в составе секретов и слущивающихся эпителиоцитов поступает много веществ (в том числе белков), представляющих большую пластическую и энергетическую цен­ность для организма. В пищеварительном тракте эти вещества под­вергаются гидролизу, всасываются и утилизируются организмом. В связи с этим выдвинута гипотеза, согласно которой периодичес­кая деятельность направлена на обеспечение эндогенного питания организма в условиях физиологического голода.

Перечень основных возможных назначений периодической де­ятельности пищеварительного тракта свидетельствует, что она осуществляет пищеварительные и непищеварительные функции в период между приемами пищи, но в несколько измененном виде. Она является одним из проявлений цикличности деятельности всего организма и участвует в обеспечении его гомеостаза. В ос­нове периодической деятельности лежат периферические и цент­ральные, рефлекторные и гормональные механизмы.