Аппетит и кишечная гормональная система

В течение последних десятилетий получено много данных о важной роли кишечных гормонов в регуляции потребления пищи. Кроме того, в течение последней четверти века представления о регуляции аппетита изменились в связи с открытием специализированных гормональных влияний на потребление пищи. 8.4.1. Арэнтерин

В 1960 г. нами (Уголев, 1960б) было продемонстрировано, что экстракты двенадцатиперстной кишки, но не желудка, печени, мышц и селезенки, вызывают специфическое торможение аппетита (рис. 8.1). После введения экстракта двенадцатиперстной кишки поведение голодных крыс напоминало поведение сытых животных. Снижение потребления пищи наблюдалось после введения таких экстрактов как сытым, так и голодным животным. На основании этих данных можно допустить, что существует кишечный гормон или фактор, осуществляющий торможение аппетита, т.е. торможение той важнейшей реакции, которая характеризует изменение поведения человека и животных после удовлетворения пищевых потребностей. В 1962 г. (Уголев, 1962) были получены сведения, которые позволили предположить, что такой фактор, скорее всего, является пептидом. Наличие дуоденального фактора, вызывающего сытость, который был назван нами арэнтерином (аппетитрегулирующим энтерином, т.е. кишечным гормоном), так же как и его пептидная природа получили подтверждение во многих работах. Все же следует отметить, что до сих пор арэнтерин в чистом виде не получен.

 

Попытки охарактеризовать арэнтерин были предприняты группой чл.-корр. АН СССР А. С. Хохлова в Институте биоорганической химии им. М. М. Шемякина АН СССР и в нашей лаборатории. В середине 70-х годов обеими группами было продемонстрировано, что арэнтерин - это белок с молекулярной массой около 100000 (обзоры: Уголев, 1978, 1985). 8.4.2. Другие кишечные гормоны

В 70-х годах было обнаружено, что многие известные гормоны желудочно-кишечного тракта, в частности гастрин и секретин, не оказывают влияния на аппетит. В отличие от них холецистокинин вызывает сильное торможение пищевой активности. Первым, по-видимому, продемонстрировал специфическое влияние холецистокинина на потребление пищи X. Купманс с сотрудниками (Koopmans et al., 1972). В цикле исследований группы Дж. Смита (Smith et al., 1974) на крысах было показано, что холецистокинин может вызывать торможение аппетита. Авторы, однако, оценивали этот эффект, скорее, как фармакологический, чем физиологический. у обезьян также обнаружено торможение потребления пищи после введения холецистокинина. У человека потребление пищи зависит от дозы введенного холецистокинина и от способа его введения. Так, внутривенное введение гормона в дозе 0.5 ед/кг приводит к торможению аппетита, а постепенное внутривенное введение в дозе 1 ед/кг, напротив, вызывает его стимуляцию (Sturdevant, Goetze, 1976). Прямое действие холецистокинина на центры питания и другие нервные центры показано в электрофизиологическом исследовании Н. Дафни и Е. Джекобсона (Dafny, Jacobson, 1975). Наконец, продемонстрировано, что после введения глюкагона возрастает электрическая активность центра сытости. (Более подробно эти вопросы освещены в монографии: Уголев, 1978.).

В 80-е годы интенсивная работа в этом направлении продолжалась. На человеке и животных было вновь продемонстрировано, что в передаче сигнала насыщения большую роль играют кишечные гормоны. Суммируя полученные за эти годы данные, можно сказать, что экзогенный холецистокинин, в том числе его синтетический октапептид холецистокинин-8, вызывает снижение потребления пищи, которое зависит от дозы гормона и места его введения (периферического или центрального). При этом для развития эффекта насыщения необходим сульфатированный тирозин в 7-й позиции С-терминального конца цепи октапептида холецистокинина. Показана также физиологическая специфичность холецистокинина: он ингибирует потребление пищи, но не воды (Smith, 1983; Gibbs, Smith, 1986, и др.).

В последние годы дискутируется вопрос о периферическом и центральном механизмах действия холецистокинина на аппетит. (Физиологический и фармакологический эффекты гормона дифференцировать достаточно трудно.)

Так как систематические инъекции холецистокинина приводят к резкому изменению пищевого поведения, то предполагается, что гормон должен прямо или опосредованно вызывать изменения функционального состояния мозговых структур. Считается, что основным путем передачи информации после введения экзогенного холецистокинина служат афферентные волокна абдоминальной вагусной системы, с рецепторами которой связывается гормон. Кроме того, гормон может связываться и с рецепторами пилорического сфинктера желудка.

Для объяснения эффекта эндогенного холецистокинина привлекается гипотеза, согласно которой освобождение этого гормона, вызывая чувство насыщения, определяет окончание акта еды, следствием чего является соответствующее поведение. По-видимому, эндогенный холецистокинин может прямо влиять на функции мозга, вызывая торможение аппетита. Принято, что основную роль в этом эффекте играют вентромедиальная и латеральная области гипоталамуса.

В последние годы продемонстрировано, что такие кишечные пептиды, как глюкагон, соматостатин и бомбезин, также вызывают торможение потребления пищи, но в меньшей мере, чем холецистокинин. В отличие от этих гормонов секретин, гастрин и ГИП не обладают таким эффектом.

Подробно история развития проблемы и ее современное состояние освещены з ряде детальных сводок (Smith, 1982, 1983, 1984; Gibbs, Smith, 1986, 1988; Murphy et al., 1988; Кассиль, 1990, и др.).

Наконец, к кишечным пептидным гормонам, ингибирующим потребление пищи, относится также сатиетин (обзор: Замбржицкий, 1989).

Следует отметить, что влияние на аппетит холецистокинина, глюкагона, энтерогастрона и других гормонов, по-видимому, является важной, но скорее дополнительной (а не основной) функцией. По крайней мере в некоторых случаях можно думать об их фармакологическом, а не физиологическом действии. Эти же факты давали возможность предполагать, что среди кишечных гормонов, возможно, существуют такие, которые обладают преимущественно нейротропным действием, и их аппетиттормозящие эффекты будут выражены более отчетливо, чем у известных гормонов. Действительно, нами было продемонстрировано, что арэнтерин влияет на потребление пищевых веществ более эффективно, чем холецистокинин и секретин. В частности, при внутрибрюшинном введении препарата арэнтерина в дозе 0.1 мг на 100 г массы тела крысы наблюдается резкое торможение потребления раствора глюкозы (рис. 8.2). После введения заведомо большей дозы секретина (0.5 мг на 100 г массы тела) торможения аппетита не происходит. Введение холецистокинина также в дозе 0.5 мг на 100 г массы тела вызывает сравнительно слабый и кратковременный эффект (рис. 8.3) (Уголев, 1978).

Итак, эндокринные клетки тонкой кишки, по-видимому, продуцируют более чем один фактор, способный понижать пищевую возбудимость. В одних случаях некоторые из этих факторов - хорошо известные гормоны, проявляющие новые стороны физиологической (или фармакологической) активности, в других случаях - это «новые» гормоны. К числу последних относится арэнтерин. Заслуживает внимания, что арэнтерин обладает большей продолжительностью действия, чем холецистокинин. В этом смысле арэнтерин вообще отличается от большинства кишечных гормонов, эффект которых непродолжителен. Это означает, что кишечная гормональная система способна не только к кратковременным, но и более продолжительным регуляторным эффектам.

Рассмотрим более обобщенно влияние желудочно-кишечных гормонов на потребление пищи. Следует различать два типа эффектов: 1) прямые (гипоталамотропные) эффекты, в том числе арэнтерина и холецистокинина, на структуры гипоталамуса; 2) косвенные эффекты, которые, по-видимому, следует учитывать в комплексе реакций, связанных с нормальным насыщением. В частности, согласно дегидратационной теории регуляции аппетита, физиологическая дегидратация тканей, вызванная секрецией главных пищеварительных органов, служит одной из причин понижения аппетита и возникновения физиологической жажды. С этой точки зрения, можно думать, что в регуляции аппетита опосредованно участвуют: секретин, который стимулирует секрецию жидкой части поджелудочного сока, и гастрин, который вызывает значительную по объему секрецию желудочного сока. Кроме того, растяжение желудка, ацидификация желудка и верхних отделов двенадцатиперстной кишки являются также источником нервных сигналов, передаваемых главным образом по блуждающим нервам.

 

 

Особого рассмотрения заслуживает роль кишечной гормональной системы в потреблении пищи в связи с термостатической теорией регуляции аппетита. Ряд данных позволяет считать, что СДД пищи и изменение внутренней, в частности гипоталамической, температуры могут быть важным компонентом нормального насыщения. Так, показано, что повреждения ростральной области гипоталамуса, связанной с регуляцией как температуры, так и потребления пищи, приводят к нарушению обеих этих функций (обзор: Hamilton, 1967). Здесь необходимо напомнить о существовании обнаруженных нами компонентов СДД пищи (см. гл. 7), контролируемых кишечной гормональной системой и действием желудочного химуса при его прохождении через двенадцатиперстную кишку. Понижение пищевого возбуждения, связанное с интенсификацией обмена, и повышение внутренней температуры также в определенной мере обусловлены включением кишечного гормонального комплекса. В целом прохождение пищи через верхние отделы пищеварительного аппарата вызывает выделение ряда гормонов желудочно-кишечного тракта, прямо или косвенно влияющих на переход от голодного состояния к сытому и во многих случаях к появлению питьевых реакций. К гормонам, вызывающим физиологическую дегидратацию, которая благоприятствует понижению пищевого возбуждения и повышению питьевого, относятся гастрин и секретин. Дегидратация может влиять на пищевой центр как через периферические, так и через центральные осморецепторы.

В свете обсуждаемых данных обращает на себя внимание недавнее исследование, на основании которого высказано предположение, что мотилин играет важную роль в контроле моторной деятельности не только у собак и людей, но и у свиней (Bull, Sissons, 1988).

Совершенная регуляция потребления пищи включает в себя два типа регуляторов, различающихся по своим временным характеристикам: быстродействующие (кратковременные) и длительно действующие (долговременные). Как правило, регуляция первого типа обеспечивает срочные, но не вполне точные реакции, тогда как медленные регуляции обеспечивают точное соответствие между потребностью в калориях и их поглощением.

Таким образом, если существует несколько типов кишечных гормонов, влияющих на аппетит (а их должно быть несколько, в том числе арэнтерин и холецистокинин), то с их помощью реализуются как более быстрые, так и более медленные типы регуляции аппетита, или потребления пищи (рис. 8.4).

До сих пор мы рассматривали влияние кишечной гормональной системы на пищевой центр, сузив эту проблему до регуляции потребления пищевых веществ. В действительности речь идет о том, что кишечная гормональная система путем изменения мотиваций участвует в переключении целенаправленного поведения, характерного для голодного животного, на поведение, свойственное сытому животному. Поэтому можно думать, что чем дальше будет развиваться эта проблема, тем больше места в ней будет занимать область нейротропных и психотропных влияний кишечной гормональной системы.

Как отмечено выше, Н. Дафни Е. Джекобсон (Dafny, Jacobson, 1975) показали, что гормоны желудочно-кишечного тракта, продуцируемые при потреблении пищи, индуцируют насыщение посредством изменения электрической активности центральной нервной системы. По мнению авторов, центр аппетита взаимодействует с вышележащими центрами, которые могут влиять на тонус сосудов, моторику пищеварительного аппарата и секреторную активность. Предполагается, что холецистокинин может действовать как модулятор одного из известных химических мессенджеров. Вместе с тем эти данные подтверждают высказанную нами мысль, что эффекты гормонов желудочно-кишечного тракта должны охватывать в конце концов более значительную сферу реакций, чем только контроль над пищеварительными процессами.

В целом приведенные сведения свидетельствуют, что кишечная гормональная система может играть важную роль не только в контроле обмена веществ за пределами пищеварительного аппарата, но и в управлении поведенческими реакциями, прямо или косвенно связанными с регуляцией потребления пищи.

Заключительные замечания

(точность регуляции потребления пищи и две теории питания)

 

Концепция идеальной регуляции потребления пищи, по-видимому, соответствует концепции идеального питания. В действительности организмы не являются идеальными системами (см. подробно обзоры: Уголев, 1985, 1987а), и регуляция потребления пищи происходит с большой степенью приближенности. При некоторых режимах питания, например при потреблении высококалорийной пищи, может происходить переедание, а при переходе к низкокалорийной - в течение некоторого времени недоедание. За непродолжительные интервалы времени возникают нарушения баланса (деэквилибрация) ряда компонентов внутренней среды как у животных (в естественных условиях их существования), так и у человека (в значительной мере в искусственных условиях жизни). Однако после этого происходит восстановление нарушенного баланса (реэквилибрация) в результате интегрального эффекта изменения выбора пищи и вегетативной регуляции гомеостаза. В нашей лаборатории показано, что солевой баланс у крыс на оптимальном уровне поддерживается не в каждый данный момент, а как результат взаимодействия различных регуляторных систем на протяжении продолжительного времени.

Каким же образом, несмотря на неидеальное управление потреблением пищи, поддерживается высокий уровень жизнедеятельности? (Неидеальное управление питанием понимается в том смысле, что в каждый данный момент нет полного соответствия между потерей и поступлением пищевых веществ и, следовательно, нет сохранения молекулярного состава организма.) По всей вероятности, гомеостаз внутренних сред существует, при этом в случае избыточного поглощения пищи большую роль играет депонирование избытка веществ, а в случае недостаточного поглощения - мобилизация депо, точно так же как и изменение уровня функционирования ряда систем. Такие представления о регуляции потребления пищи больше соответствуют теории адекватного питания с ее многочисленными видовыми и экологическими вариациями, чем концепции идеального питания в свете теории сбалансированного питания.

Возникает вопрос, как происходит узнавание недостающих веществ, учитывая множество незаменимых элементов, при том, что каждый из них должен быть опознан? Можно выдвинуть гипотезу, согласно которой существуют опознающие рекогносцирующие клетки или органы (например, у высших организмов язык), которые в условиях деэквилибрации узнают недостающий во внутренней среде элемент, если он содержится в пище. Например, если для нормального функционирования системы необходимы элементы А, Б и В, то в отсутствие элемента В система работает в измененном режиме. Но при контакте с пищей, содержащей недостающий элемент В, работа системы нормализуется и, следовательно, система специфически опознает такой элемент.

Что касается физиологической роли различных рецепторных зон, то в настоящее время она не может быть полностью охарактеризована. Но уже сегодня можно говорить, что разные рецепторные зоны контролируют различные процессы. Например, нами было обнаружено, что при субдиафрагмальной ваготомии суточное потребление калорий не меняется, но меняется ритм потребления пищи; при выключении синокаротидной рефлексогенной зоны меняется уровень потребления пищи и воды.

Наконец, имеются серьезные основания полагать, что наряду с классическими гормонами желудочно-кишечного тракта существуют гипоталамотропные кишечные гормоны, среди которых, в частности, наиболее подробно изучен аппетитрегулирующий гормон - арэнтерин. Этот гормон, вызывая чувство сытости, тормозит потребление пищи в значительно большей мере, чем холецистокинин. Состояние сытости, вызываемое холецистокинином, реализуется главным образом через блуждающие нервы. Эффект холецистокинина может быть предупрежден субдиафрагмальной ваготомией. С другой стороны, насыщающий эффект арэнтерина не снижается после субдиафрагмальной ваготомии, что говорит о пряном центральном действии этого гормона. Таким образом, кишечная гормональная система играет существенную роль в регуляции аппетита. Большой интерес представляют данные о взаимодействии гормональных и рефлекторных сигналов.

Влияние различных диет на симпатическую нервную систему представлено в недавнем обзоре (Landsberg, Young, 1985).