фізіологія Плиска остання

з розвитком тетанії; гіперкальціємія — зменшенням збудливості і призводить до серцевих аритмій

Підшлункова залоза. Ця залоза виконує зовнішньосекреторну (екзогенні панкреатоцити — ацинарні клітини й клітини протоків виробляють панкреатичний сік) та внутрішньосекреторну (інкреторну) функції. Остання обумовлена синтезом і виділенням інкреторними клітинами: А (а)— глюкагону, В ((3)— інсуліну, Д (А)— соматостатину, Е- (непостійні гранули) — субстрат виділення невідомий і F (РР)-клітинами — холецистокініну (панкреатичний поліпептид).

Ці клітини утворюють так звані «міні-органи». їх розміщення в цих «міні-органах» таке: р-клітини (60%) — у центрі, сс-клітини (25%) — по периферії, 5 (А)-клітини (5 %) — по периферії (рис. 48).

А а А

ар ра АаА

Рис. 48. Схема розміщення інкреторних клітин у підшлунковій залозі

Між клітинами є щілинні й щільні контакти, і тому вони реагують як клітинний синцитій у вигляді хвилі деполяризації.

Інсулін має два ланцюги, які містять 51 амінокислотний залишок: ланцюг А — 21 і В — ЗО таких залишків, з'єднаних двома дисульфідними містками. Крім того, існує додатковий дисульфідний місток в ланцюгу А, що з'єднує два залишки цистеїну в 6-му і 11-му положеннях. Молекула має тримірну структуруйіснуєувиглядімоно-, диітримера. а-Спіральобумовлюєвто- ринну структуру. Третинна структура утворює центри (ділянки), які відповідаютьзабіологічнуактивністьіантигеннівластивості.

Інсулін синтезується з проінсуліну. Сам проінсулін утворюється з інсу- лін-С-пептиду (ланцюги А і В з'єднані С-пептидом, слабоактивний) і препроінсуліну. Напрямок реакції інсулін-С-пептид —> проінсулін визначається концентрацією реактантів. Інсулін-С-пептид синтезують рибосоми грубого ЕР, препроінсулін у мікросомах перетворюється на проінсулін, який транспортується в комплекс Гольджі, де він конвертується в інсулін

венергозалежній реакції за допомогою трипсиноподібного ферменту — карбоксипептидази В. Останній відщеплює С-термінальний фрагмент

зутворенням проміжної форми проінсуліну (інтермедіат І), де С-пептид відділений від термінальної групи А-ланцюга. Інша форма проінсуліну (інтермедіат II) — С-пептид, відділений від С-кінця В-ланцюга. У процесі біосинтезу інсуліну в р-клітинах утворюються програнули або конденсувальні вакуолі. В міру зізрівання щільність гранул збільшується, особливо

вцентрі, де з проінсуліну викристалізовується за допомогою цинку інсулін. Звільнений С-пептид залишається в просторі, що оточує кристалиінсуліну.

163

Секреція інсуліну у сусідні капіляри відбувається шляхом еміоцитозу або гранулолізису поблизу цитолеми: міграція гранулдо мембрани, злиття їх з клітинною мембраною, розчинення у місці контакту й еміоцитотична екструзія гранули — прорив вмісту гранули назовні. Транспорт гранул до клітинної мембрани здійснюється мікротубулярно — ворсинчастою системою. Мікротубули утворюються шляхом полімеризації білкових (тубулінових) субодиниць. Мікроворсинки (мікрофіламенти) розміщені по периферії клітини, щільно прилягаючи до плазматичної мембрани. При наближенні гранули з інсуліном до мембрани мікроворсинки ніби огортають її і підводятьдо мембрани клітини, сприяючи екструзії.

Це пов'язано із стимуляцією секреції гормонів шлункового тракту — гастрину, серотоніну, панкреозиміну тощо.

Зростання рівня глюкози, амінокислот (аргінін та лізин), стимулювання ПНС підвищують активність {3-клітин. Глюкоза, яка всмокталася в ШКТ, сильніше стимулює секрецію інсуліну, ніж введена внутрішньовенно. Інсулін викликає підвищення цАМФ, а той збільшує вхід Са2+. Останній взаємодіє з кальмодуліном. Утворений комплекс активує протеїназу і фосфопротеїнфосфатазу, активується мікротубулярно-мікроворсинчата система для переміщення гранул з інсуліном.

Рецептор до інсуліну — глікопротеїд, що складається за- і (3-субодиниць тирозинкінази. Його вуглеводна частина розміщена назовні мембрани. Процесинг прорецептора здійснюється в комплексі Гольджі, де «незахищені» окремі субодиниці глікозилюються. а-Субодиниця містить основний інсулін — зв'язувальний домен; р-субодиниця — трансмембранний білок зліпофільнихамінокислот, якізакріплюютьрецепторнийкомплекснамембрані. Взаємодія а-субодиниці з інсуліном стимулює кіназну активність Р-субодиниці (власне рецептора), і вона аутофосфорилюється та фосфорилює інші білки. Активація р-субодиниці зменшує спорідненість а-субоди- ниці до інсуліну. Надалі відбувається інтерналізація (занурення всередину клітини) утвореного комплексу або його частини. Подальше переміщення рецепторосоми в лізосомальний апарат спричиняє руйнування інсуліну та повернення рецептора на плазматичну мембрану. Інсулін стимулює рецептор (три або чотири субодиниці) з активацією транспорту через клітинну мембрану й утворення вторинних месенджерів — Са2+, К\ Mg2+, цГМФ. Між рецепторами є безпосередня взаємодія. Спорідненість рецепторів максимальна, коли вони вільні від гормонів, і потім знижується в міру зростання зв'язування з гормонами. Інсулін стимулює транспорт глюкози у клітини через підвищення проникності для неї мембрани клітин зі зниженням глюкоземії в м'язах, лімфоцитах, але не вмозку, нирках; сприяє утилізації глюкози в м'язах, печінці й жировій тканині шляхом гліколізу, пентозофосфатногошляху внаслідокактиваціїйсинтезу глікогену; гальмуєглюконеогенез, має ростостимулювальний ефект через стимуляцію надходження в клітини енергетичних тапластичних субстратівтаактивуєбіосинтезДНК.

164

Швидкість глікогенолізу лімітується фосфорилазою, яка буває високоактивною (а) і неактивною (в). Фосфорилаза — фосфорильований білок. Активована глікогенсинтетаза — це дефосфорильований, а неактивна — фосфорильований білки. цАМФ-протеїнкіназа у неактивній (закритій) формі — це тетрамерний білок, який складається з двох регуляторних (R) і двох каталітичних (С) субодиниць R2C2. Каталітичні субодиниці стають активними тільки при дисоціації комплексу, що відбувається в результаті зв'язування цАМФ регуляторними субодиницями. В низьких концентраціях цАМФ R і С дисоціюють у неактивний тетрамер. Протеїнкінази І і II типів мають однакові С-субодиниці й тому їхні дії на субстрати схожі. R-субодиниці відрізняються однавід одної, зокрема: а) молекулярною масою; б) причастковомупротеолізідаютьрізніпептиднікарти; в) R-субоди- ниці II типу піддаються аутофосфорилюванню своїми власними С-суб- одиницями, що певною мірою гальмує реасоціація в неактивний тетрамер; г) ділянки зв'язування цАМФ на R, і R,, різні. R-субодиниці звільняють С-субодиниці при алостеричному зв'язуванні й далі визначають внутрішньоклітинну локалізацію комплексу, з'єднуючись з певними органами. У результаті організується компартмент з високою концентрацією С-суб- одиниць із збільшенням статичної імовірності фосфорйлювання певних субстратів протеїнкінази. Мікроін'єкція високоочищених С-субодиниць у цАМФ залежні клітини відтворює біохімічний ефект підвищення синтезу цАМФ і його взаємодії з R-субодиницями.

Глюкоза та продукти її метаболізму, манноза і лейцин — сильні стимулятори синтезу проінсуліну й секреції інсуліну |3-клітинами. Тут вона окислюється так само, як і в печінці. Унікальна активація фосфатидилінозитолу-4,5-біфосфату обумовлена окисненням глюкози, а не змінами плазматичної мембрани через стимуляцію секреції інсуліну — ацетилхоліном. Вона одночасно викликає гальмування секреції глюкагону. Процеси синтезу й секреції спряжені. Однак секрецію можна викликати і при блокаді синтезу та навпаки. Інші стимулятори синтезу: гормони росту, глюкагон, адреналін і похідні сульфанілсечовини гальмують синтез проінсуліну й посилюють секрецію інсуліну. Безпосереднім ініціатором цієї секреції є Са2+ та кальмодулін. У самому процесі секреції беруть участь мікротрубочки. Для цього агрегується тубулін у мікротрубочки й скорочуються міофіламенти.

Глюкоза активує рецептор на поверхні цитолеми р-клітини з активацією Ац, яка гідролізує АТФ до 3',5'-АМФ (цАМФ). Останній фосфодіестеразою гідролізується до 5'-АМФ. цАМФ (внутрішньоклітинний посередник) активує окиснювальний гліколіз біосинтезу інсуліну. Інсулін через інсуліновий рецептор активує транспорт глюкози через цитолему клітин, стимулює фосфорйлювання й окиснення глюкози, покращує синтез глікогену в печінці і м'язах, пригнічує гліконеогенез з білків, посилює синтез білків з амінокислот

165

(підвищує анаболізм), посилює ліпосинтез і пригнічує ліполіз, підвищує співвідношення вуглеводів і жирів. Усе це здійснюється через поглинання жировою і м'язовою тканинами гексоз і амінокислот (у печінку вони потрапляють вільно); включення глюкози в глікоген через активацію глікогенсинтетази та її обміндо СО2 (активація гліколізу, фосфофруктокінази, піруваткінази, піруватдегідрогенази); посилює обмін амінокислот через активацію амінотрансфераз і триптофанпіролази з включенням їх у білки (активація аміноацид-тРНК- синтетаз, тРНК та її попередників — рибонуклеотидів і рибосом); посилює синтез жирних кислот, перетворення й включення глюкози (у жировій тканині); гальмує ліполіз та синтез жирних кислот і триацилгліцеридів. Усе це впливає на розвиток, диференціацію і трансформацію клітин та є можливим унаслідок активації системи переходу в клітину гексоз, амінокислот та іонів; активації при зміні конформації вільних і зв'язаних ферментів (наприклад, глікогенсинтетази); стимуляції синтезу білків (ферментів — тирозинамінотрансферазами) і РНК (процесів транскрипції і трансляції генетичної інформації); перерозподілу іонів клітини.

Отже, кількість інсулінорецепторів зростає при зменшенні концентрації інсуліну в крові й навпаки. Інсулінорецептори також можуть виконувати роль депо інсуліну. При зниженні активності рецепторів виникає резистентність (толерантність) до інсуліну. Можлива також пострецепторна резистентність. Також вважають, що інсулін у клітину не проникає, а діє через посередники. Це цГМФ, Са2+, фосфорилювальні ферменти.

Соматостатин (129 амінокислотних залишків), який діє переважно паракринно, виділяється D-клітинами острівців Лангерганса. Період його піврозпаду 4-5'. Він гальмує секрецію глюкагону й інсуліну, а також евакуацію шлункового вмісту, пригнічує звільнення мотиліну (стимулює моторику ШКТ та скорочення жовчного міхура, гальмуючидіюхолецистопанкреозиміну). Уситихтварин— гальмує звільнення гастрину і холецистопан-креозиміну.

Глюкагон (підшлункової залози) і ентероглюкагон викликають гіперглікемію, в печінці — глікогеноліз і кетогенез. Препрогормон синтезується в шершавому ЕР. Відщеплення препослідовності —» прогормон (гліцетин).

Глюкагон —> реципрокна активація Ац через Сс-білок -» підвищення цАМФ ~» активація протеїнкінази. Активує також розщеплення білків і триацилгліцеридів, гальмує синтез білків і стимулює активність лізосом, стимулює ліполіз через фосфорилювання і активацію триацилгліцероліпази та сильно гальмує ліпогенез. При пониженні окиснення глюкози -> кетогенез.

166

Глюкагон— тримерзвеликимвмістомвторинноїструктури. 1 ділянка відповідає за зв'язування з рецептором і активацію Ац. Проглюкагон під впливом протеази перетворюється на глюкагон, який секретується сс-клітинами в інтерстиціальний простір, а потім током крові через портальну вену по-трапляє в печінку. Можливо, транспортується з глобулінами. Його рецептори — глікопротеїди. Він взаємодіє з рецептором, активуючи Ац, яка з АТФ утворює цАМФ-залежну протеїнкіназу. Остання стимулює фосфорилази кінази з конвертацією неактивної глікогенфосфорилази в активну з прискоренням глікогенолізу й інактивуючи глікогенсинтетазу, що сповільнює синтез глікогену. Дія інсуліну протилежна. Він руйнується в печінці й нирках і виділяється з жовчю.

Розрізняють глюкагон панкреатичний і ШКТ. Глюкагон має також ліполітичну дію.

Гліцетин — очищений не має біологічної активності, бере участь у процесах біосинтезу глюкагону в а-клітинах кишечника, які мають глюкагоноподібну активність. Процес перетворення включає препрогормон-погор- мон (гліцентин)-глюкагон. Він гальмує секрецію глюкагону й інсуліну. Глюкагон і препарати сульфанілсечовини прискорюють секрецію інсуліну й соматостатину. Інсулін гальмує секрецію а-клітин, глюкагон стимулює секреціюР- і А-клітин, соматостатин гальмує секрецію а- і р-клітин.

Блукаючий нерв і ацетилхолін стимулюють секрецію інсуліну йглюкагону. КА гальмують секрецію інсуліну через а-рецептори й стимулюють виділення глюкагону. Підвищена секреція інсуліну зменшує секрецію його антагоністів і навпаки. Антагоністи призводять до катаболізму: гідроліз триацилгліцеринів, окиснення жирних кислот, кетогенез, протеоліз, глікогеноліз. гіперглікемія знижує синтез глюкагону

Секретин гальмує звільнення глюкагону, агастрин, нейротензин, речовина Р, бомбезин, холецистопанкреозимін, шлунковогальмувальний пептид, вазоінтестинальний пептид — посилюють. У період стресу і тривалого фізичного навантаження спостерігається підвищення секреції глюкагону ізменшеннязвільненняінсуліну.

Панкреатичний пептид синтезується в РР клітинах острівців Лангерганса. Він стимулює секрецію шлункового соку. Інші функції невідомі.

Окремимвидомгормональноїрегуляціїєрегуляціяростовихпроцесіворганізму. Необхіднозазначити, щовсіамінокислотистимулюють синтез внутрішньоклітинних білкових структур, можливості організму. Таким чином, посилюються як лінійні ростові процеси, так і процеси диференціювання. Виняток становлять естрогени, які, навпаки, пригнічуютьлінійний ріст(рис. 49).

167

Тироліберин Соматоліберин Соматостатин Стовбур ГМ

Рис. 49. Регуляціяростових процесів

IV. СИСТЕМА ТРАВЛЕННЯ. ТРАВЛЕННЯ В РОТОВІЙ ПОРОЖНИНІ. РОЛЬ СМАКОВОГО АНАЛІЗАТОРА В ПРОЦЕСАХ ТРАВЛЕННЯ----------------

Будь-яка система — це сукупність елементів або структур, які об'єднуються за одним або кількома загальними принципами. У фі-

зіології розрізняють анатомо-фізіологічні та функціональні системи.

Анатомо-фізіологічні — це такі, що об'єднуються за окремими анато- мо-гістологічнимиознакамизметоюзабезпеченняоднієїфункціїор- ганізму. Функціональні — це сукупність елементів, об'єднаних для досягнення кінцевопристосовного результату. До того ж об'єднання цеґрунтуєтьсянеобов'язковонаанатомо-гістологічній основі.

Важливу роль у життєдіяльності організму відіграє система травлення. її ураження за частотою стоять на другому місці після серцево-судинних захворювань, а за частотою виникнення (формування) у людини явищ дискомфорту, можливо, навіть на першому місці. Вона забезпечує надходження в організм поживних речовин з метою їх подальшого використання для забезпечення енергетичних затрат організму при виконанні механічної роботи, його пластичних і ростових процесів, підтримання градієнта концентрації іонів. Однакпоживніречовиниорганізмлюдиниможевикористовувати лише після попередньої механічної та хімічної обробки, в процесі якої вони деполімеризуються і втрачають свою видову специфічність. В нативному вигляді засвоюються тільки вода, розчинні мінеральні солі і вітаміни. Нерозчинні солі та вітаміни в процесі травлення перетворюються на розчинні форми.

За механізмом отримання з навколишнього середовища енергії та вуглецю організми поділяються на аутотрофи (мікроорганізми й рослини, які синтезують свої вуглецевмісні сполуки з атмосферного діоксиду вуглецю та води за допомогою енергії сонячного світла) і гетеротрофи (тваринні організми, які отримують вуглець у вигляді складних органічних молекул завдяки реакціям біологічного окиснення). Останні — це «хімічні машини», в яких усі види роботи здійснюються за сталої температури. Джерелом енергії для ендергічних процесів у них є хімічна енергія, звільнена в результаті реакцій окиснення біомолекул в основному в мітохондріях (саркосомах). У мембранах останніх також локалізовані складні ферментні й іонотранспортні системи, які реалізують накопичення енергії окиснювальних процесів у високоенергетичних (макроергічних) зв'язках АТФ.

169

Травлення — складний фізіологічний процес, завдяки якому їжа, що потрапила в травний канал, піддається фізичним і хімічним перетворенням. Залежно від локалізації процесу гідролізу воно буває внутрішньоклітинним й позаклітинним (порожнинним). Останнє ще може бути дистантне (внутрішньопорожнинне — в порожнинах кишкової трубки) або контактне (місцеве — мембранне або пристінкове). Внутрішньоклітинне спостерігається в одноклітинних організмів з утворенням великих ендоцитозних пухирців (фагосом). У людини воно збереглось у вигляді фагоцитарних реакцій (фагоцитоз — поглинання великих частин мікроорганізмів, залишків клітин). Злиття фагосоми з лізосомами утворює фаголізосоми. Фагоцитоз індукує сигнали, які діють на мембрани фагоцитів. При піноцитозі цього немає. Залежно від походження гідролітичних ферментів виділяють аутолітичне (за рахунок ферментів, які містяться в самій поживній речовині), симбіонтне (за рахунок ферментів бактерій і найпростіших) і власне (організм сам синтезує ферменти) травлення.

Система травлення — це функціональна система, яка забезпечує кінцевопристосовний результат (рис. 50). Досягається це за допомогою таких її основних функцій: а) рухової (моторно-евакуатор- на) — забезпечує механічну обробку їжі, її перемішування, перетирання й переміщення; регуляція здійснюється нервовими і гуморальними механізмами; б) секреторної — виділення секретів

Гідролізтаусмоктуванняпоживнихречовин •<-| Метасимпатичні]

Рис. 50. Основніелементисистемитравлення

170

і хімічна обробка їжі з метою гідролізу її компонентів до мономерів: білків — до амінокислот, жирів — до моногліцерйдів і жирних кислот, вуглеводів — до моносахарів; також регулюється нервовими

йгуморальними механізмами; в) усмоктування — перехід продуктів гідролізу в кров і лімфу; регулюється переважно гуморальними

ймісцевими нервовими механізмами. У цілому з віддаленням від ротовоїпорожнининервовімеханізми послаблюються, арольгуморальних зростає.

Для клітин травних залоз характерні конститутивні ферменти, кількісні відношення між якими можуть змінюватися залежно від складу їжі. При контакті клітини із специфічним субстратом можуть виникнути адаптативні (індуковані) ферменти спрямованої дії.

Окремо слід відзначити екскреторну (виділення пігментів, сечовини, солейважкихметалів) таінкреторну (синтезгормонів), захисну (бар'єрна — здійснюється завдяки бар'єрній функції ШКТ та допомозі рефлекторних механізмів), рецепторну, гемопоетичну (гемамін— продуктзалозклітинслизовоїшлунка— стимулюєвсмоктування ціанкобаламіну, необхідного Для дозрівання еритроцитів) функціїШКТ, участьйогоуводно-сольовомуобміні. Слизовашлунка також депонує феритин, який бере участь у синтезі НЬ. Для ШКТ характерна дифузна ендокринна система — ендокриноцити розсіяні по його слизовій. Це гастроінтестинальні гормони (ентерини). Сюди відносять не тільки пептиди, а й аміни. Частина з них продукується нервовими клітинами і відіграє роль нейротрансмітерів. Для ШКТ характерні захисні рефлекторні реакції — відрижка, нудота, блювота. У цих реакціях важливу рольвідіграють фізичні (тиск, розтягання, скорочення) та хімічні (ендогенні й екзогенні речовини — продукти метаболізму, іони, гуморальні речовини) фактори, які діють на інтерорецептори (вільні нервові закінчення, хемота механорецептори). Далі збудження проводиться аферентними волокнамитипу Аі С симпатичних нервів(великіймалічеревнінерви) іблукаючого нерва. Надмірні подразнення викликають больові відчуття. «Колючийбіль» проводятьволокнатипу А, «пекучий» — типу С.

Травлення відбувається послідовно в ротовій порожнині, шлунку, дванадцятипалій кишці, тонкій і товстій кишках.

До методів дослідження травної системи відносять: методи гострих дослідів, ізольованих органів, хронічних дослідів і дослідження на людині. У клінічній практиці вивчають вже згадувані функції — секреторну/рухову йусмоктувальну. Дляцьоговикористовують ендоскопію, зондування, радіопилюлі, ацидотести, біохімічні, гістологічні, копрологічні та рентгено-, електро- і радіоізотопні методи. І. П. Павлов уперше ввів новий методологічний підхід: дослідження на цілісному організмі.

171

172