Ако сте като повечето хора, хапвате няколко пъти на ден – закуска, обяд и вечеря, но рядко се замисляте за огромния брой задачи, които трябва да изпълнява храносмилателната система. Тя е натоварена не по-малко от другите системи и органи, за да разгради, усвои и асимилира тези хранителни вещества, както и да подготви за изхвърляне ненужните от гастроинтестиналния тракт.
Силни механизми за контрол са необходими за координиране на храносмилателните процеси при човека и животните. Те се осигуряват както от нервната, така и от ендокринната система. Ендокринният контрол върху храносмилателните функции се осигурява от така наречената ентерична ендокринна система.
А днес ще говорим за това какви хормони работят в храносмилателната система, как влияят върху обработката на храната и какви са функциите им в организма.
Хормони и стомашно-чревният тракт
Стомашно-чревните хормони са химически пратеници, които участват в много аспекти на физиологичните функции на стомашно-чревния тракт. В това число са регулирането на секрецията, абсорбцията и храносмилането и подвижността на червата. Стомашно-чревните хормони, за които ще говорим днес, са голямо семейство пептиди и се секретират от ендокринни клетки, които са широко разпространени в стомашно-чревната лигавица и панкреаса. Гастринът, секретинът и холецистокининът са първите открити чревни хормони, а към днешна дата има и множество биоактивни пептиди, които имат определени биологични дейности и подпомагат изграждането на определени протеини.
Първоначално тези хормони са описани единствено като ендокринни продукти, но последващи експерименти разкриват, че стомашно-чревните хормони функционират и като автокринни или паракринни за регулиране на стомашно-чревните функции.
Освен това се смята, че тези хормони служат като предаващи агенти на нервните импулси, изхвърлени в кръвоносните съдове след нервна стимулация по истински неврокринен начин.
Въпреки че се предполага, че е еволюирала преди милиони години, вътрешната секреция на жлезите са открити сравнително наскоро – около деветнадесети век. Сред откривателите са Клод Бернар (1813–1878), Ърнест Хенри Стърлинг (1866–1927), Уилям Мадок Бейлис (1860–1924), Константинович Кулчицки (1856–1925) и Пол Лангерханс (1847–1888). Концепцията за ендокринната регулация се потвърждава от пионерската работа на Клод Бернар през 1855 г., който наблюдава нова роля на черния дроб в регулирането на кръвната захар.
Класическите стомашно-чревни хормони се секретират от епителни клетки, покриващи лумена на стомаха и тънките черва. Тези секретиращи хормони клетки – ендокриноцити – са разпръснати сред много по-голям брой епителни клетки, които отделят своите продукти (киселина, слуз и други) в лумена или поемат хранителни вещества от него.
Стомашно-чревните хормони се секретират в кръвта и следователно циркулират системно, където засягат функцията на други части на храносмилателната тръба, черния дроб, панкреаса, мозъка и редица други.
Характеристики на хормоните
Гастрин
Гастринът е смес от няколко пептида, от които най-активният съдържа 14 аминокиселини. Той се секретира от клетки в стомаха и дванадесетопръстника. Гастринът стимулира екзокринните клетки на стомаха да отделят стомашен сок, смес от солна киселина и протеолитичния ензим пепсин.
Соматостатин
Тази смес от пептиди се секретира от клетките в стомашните жлези на стомаха и действа върху него (това е паракринен ефект), където инхибира отделянето на гастрин и солна киселина; върху дванадесетопръстника, където инхибира освобождаването на секретин и холецистокинин и панкреаса, където инхибира освобождаването на глюкагон.
Взети заедно, всички тези действия водят до намаляване на скоростта, с която хранителните вещества се абсорбират от съдържанието на червата. Соматостатинът също се секретира от хипоталамуса и панкреаса.
Секретин
Той е полипептид от 27 аминокиселини и се секретира от клетките в дванадесетопръстника, когато те са изложени на киселинното съдържание на изпразващия се стомах. Той стимулира екзокринната част на панкреаса да отделя бикарбонат в панкреатичната течност (като по този начин неутрализира киселинността на чревното съдържимо).
Холецистокинин
Смес от пептиди, от които най-активен е октапептидът (8 аминокиселини). Той се секретира от клетките на дванадесетопръстника и йеюнума, когато са изложени на храна. Той действа върху жлъчния мехур, стимулирайки го да се свива и да превърне съдържанието на жлъчка в червата и върху панкреаса, стимулирайки отделянето на панкреатични храносмилателни ензими в панкреатичната течност.
Холецистокининът действа и върху вагусните неврони, водещи обратно към продълговатия мозък, които дават сигнали за ситост (т.е. „това е достатъчно храна към този момент“).
Фактор на растежа на фибробластите 19 (FGF19)
Протеин от 216 аминокиселини, който се секретира от клетките в долната част на тънките черва (илеума). Пътува в чернодробната портална система до черния дроб, където стимулира синтеза на жлъчни киселини, усвояването на глюкозата и превръщането ѝ в гликоген. Той също така пътува до жлъчния мехур, където отпуска своята гладка мускулна стена, позволявайки пълнене (за разлика от CCK, който свива жлъчния мехур).
Инкретини
Това е категория биологично активни протеини, които също са част от произвежданите в гастроинтестиналния тракт.
Освобождаването на инсулин от панкреаса е много по-голямо, когато глюкозата се поглъща с храна, а не се инжектира интравенозно. Това се дължи на факта, че пристигането на храна в дванадесетопръстника стимулира отделянето на полипептиди, наречени инкретини.
Двата най-важни сред тях са:
- Глюкагоноподобен пептид-1 (GLP-1), чиято най-активна версия има 29 аминокиселини;
- Глюкозозависим инсулинотропен полипептид (GIP) от 42 аминокиселини.
Техните ефекти могат да бъдат:
- Повишаване способността на глюкозата да стимулира секрецията на инсулин от панкреаса;
- Стимулиране на способността на тъканите (напр. черен дроб и мускули) да поемат глюкоза от кръвта;
- Забавяне изпразването на стомаха;
- Потискане секрецията на глюкагон;
- Потискане на апетита, като по този начин се намалява приема на храна.
Всички действия предотвратяват рязко покачване на кръвната захар при консумация на богата на захар храна. В тази връзка – познати са два вида синтетични пептиди Екзенатид (Byetta®) и лираглутид (Victoza®), които имитират действието на GLP-1, но ефектите са по-дълготрайни. Те се използват за лечение на пациенти с диабет тип 2.
Грелин
Грелинът е липопептид, състоящ се от 28 аминокиселини с ковалентно свързана 8-въглеродна мастна киселина. Грелинът се секретира от ендокринните клетки в стомаха, особено когато човек е гладен и действа върху хипоталамуса, за да стимулира храненето.
Това действие противодейства на инхибирането (предотвратяването) на храненето породено от лептин и PYY3-36. Грелинът увеличава отлагането на мастна тъкан при мишки и плъхове и изглежда не повишава апетита им.
Невропептид Y (NPY)
Невропептидът Y съдържа 36 аминокиселини. Той е мощен стимулант за хранене и причинява по-голямо съхранение на погълнатата храна като мазнина. Невропептид Y също се секретира от неврони в хипоталамуса, където блокира предаването на сигнали за болка към мозъка и предизвиква успокояващ ефект при лабораторни животни, изложени на стресови ситуации.
Velneperit е лекарство, което блокира действието на невропептид Y върху неговите рецептори. Той е в клинични изпитвания за лечение на затлъстяване.
PYY3-36
Пептидът YY3-36 съдържа 34 аминокиселини, много от тях в същите позиции като тези в невропептида Y. Но действието на PYY3-36 е точно обратното на това на NPY, като мощен инхибитор на храненето. Той се освобождава от клетките в червата след хранене. Секретираното количество се увеличава с броя на поетите калории и особено когато те са получени от протеини, а не от въглехидрати или мазнини.
Това може да обясни ефикасността на богатата на протеини, бедна на въглехидрати диета на Аткинс.
PYY3-36 действа върху хипоталамуса за потискане на апетита, на панкреаса за повишаване на екзокринната му секреция на храносмилателни сокове и на жлъчния мехур за стимулиране отделянето на жлъчка.
Познати са повече от 50 чревни хормони и пептиди, синтезирани и освобождавани в стомашно-чревния тракт, от които само малки пропорции са задълбочено проучени за потенциалните им роли. Важно е да има повече изследвания в тази посока, за да се установи какво е влиянието на тези хормони върху функцията на чревната перисталтика, чревната мукоза и микробиома като цяло.
Тези хормони са свързани помежду си и в различно патологично състояние, тяхното производство може да се увеличи или намали, което води до нарушаване на храносмилателния процес и може да има връзка с развитието на стомашно-чревни проблеми.
Използвани ресурси
Rao JN, Wang JY. Regulation of Gastrointestinal Mucosal Growth. San Rafael (CA): Morgan & Claypool Life Sciences; 2010. Role of GI Hormones on Gut Mucosal Growth. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54093/
Enteroendocrine cell, From Wikipedia, the free encyclopedia; https://en.wikipedia.org/wiki/Enteroendocrine_cell
Endocrine system, From Wikipedia, the free encyclopedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Endocrine_system
Boggiano MM, Chandler PC, Oswald KD, Rodgers RJ, Blundell JE, Ishii Y, Beattie AH, Holch P, Allison DB, Schindler M, Arndt K, Rudolf K, Mark M, Schoelch C, Joost HG, Klaus S, Thöne-Reineke C, Benoit SC, Seeley RJ, Beck-Sickinger AG, Koglin N, Raun K, Madsen K, Wulff BS, Stidsen CE, Birringer M, Kreuzer OJ, Deng XY, Whitcomb DC, Halem H, Taylor J, Dong J, Datta R, Culler M, Ortmann S, Castañeda TR, Tschöp M. PYY3-36 as an anti-obesity drug target. Obes Rev. 2005 Nov;6(4):307-22. doi: 10.1111/j.1467-789X.2005.00218.x. PMID: 16246216.
Parkinson JR, Dhillo WS, Small CJ, Chaudhri OB, Bewick GA, Pritchard I, Moore S, Ghatei MA, Bloom SR. PYY3-36 injection in mice produces an acute anorexigenic effect followed by a delayed orexigenic effect not observed with other anorexigenic gut hormones. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2008 Apr;294(4):E698-708. doi: 10.1152/ajpendo.00405.2007. Epub 2008 Feb 19. PMID: 18285527.
Batterham RL, Cowley MA, Small CJ, Herzog H, Cohen MA, Dakin CL, Wren AM, Brynes AE, Low MJ, Ghatei MA, Cone RD, Bloom SR. Gut hormone PYY(3-36) physiologically inhibits food intake. Nature. 2002 Aug 8;418(6898):650-4. doi: 10.1038/nature00887. PMID: 12167864.
Groneberg DA, Folkerts G, Peiser C, Chung KF, Fischer A. Neuropeptide Y (NPY). Pulm Pharmacol Ther. 2004;17(4):173-80. doi: 10.1016/j.pupt.2004.04.003. PMID: 15219262.
Beck B. Neuropeptide Y in normal eating and in genetic and dietary-induced obesity. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2006;361(1471):1159-1185. doi:10.1098/rstb.2006.1855
Zhang L, Bijker MS, Herzog H. The neuropeptide Y system: pathophysiological and therapeutic implications in obesity and cancer. Pharmacol Ther. 2011 Jul;131(1):91-113. doi: 10.1016/j.pharmthera.2011.03.011. Epub 2011 Mar 23. PMID: 21439311.
Ibrahim Abdalla MM. Ghrelin – Physiological Functions and Regulation. Eur Endocrinol. 2015;11(2):90-95. doi:10.17925/EE.2015.11.02.90
Young ER, Jialal I. Biochemistry, Ghrelin. [Updated 2020 Aug 30]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2020 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK547692/
Gastrointestinal hormones and food intake; April D. Strader, Stephen C. Woods DOI:https://doi.org/10.1053/j.gastro.2004.10.043