Особенности нейрогуморальной регуляции желудка в процессе cтарения у кроликов и крыс Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЯ

experimental gastroenterology

ОСОБЕННОСТИ НЕЙРОГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ЖЕЛУДКА В ПРОЦЕССЕ СТАРЕНИЯ У КРОЛИКОВ И КРЫС

Лазебник Л. Б., Лычкова А. Э., Хомерики С. Г.

ГУ Центральный научно-исследовательский институт гастроэнтерологии ДЗ, Москва

Лычкова Алла Эдуардовна 111123, Москва, шоссе Энтузиастов, д. 86 Тел.: 8 (495) 304 3179 E-mail: [email protected]

РЕЗЮМЕ

Изучали нейрогуморальную регуляцию моторно-секреторной активности желудка кроликов и крыс в процессе дарения.

Цель работы — выявить характер взаимодействия серотонинергического с адренергическим и холи-нергическим отделами ВНС в регуляции моторной активности мелких грызунов — кроликов и крыс — старшего и старческого возраста.

Результаты. Показано, что старение сопровождается изменением баланса адренергического, холи-нергического и серотонинергического отделов вегетативной нервной системы (ВНС). ^ижен вклад адренергического, медленнее снижается роль холинергического при относительном возрастании вклада в регуляцию моторики желудка серотонинергического отдела ВНС. Серотонинергическая система усиливает вагусную стимуляцию моторной активности желудка, что может частично компенсировать возрастное снижение роли холинергической системы. Со своей стороны, стимуляция блуждающего нерва приводит к дегрануляции серотонинсодержащих ЕС-клеток желудка крыс и высвобождению серотонина. Раздражение блуждающего нерва приводит к уменьшению объема ЕС-клеток в позднестарческом возрасте.

Ключевые слова: желудок; старение; нейрогуморальная регуляция; серотонин.

SUMMARY

The neurohumoral regulation of the motor-secretory activity of the rabbit's and rat's stomach during aging was studied.

The aim — to reveal the nature of interaction between the serotoninergic, adrenergic and cholinergic divisions of vegetative nervous system (VNS) in the regulation of motor activity of the aged rodents — rabbits and rats.

Results. It is shown that aging is accompanied with a change in the balance between adrenergic, cholinergic and serotoninergic divisions of the VNS. Adrenergic division's contribution in the regulation of gastric motility was lowered, cholinergic's — was slowly reduced and serotoninergic's was relatively increased. Serotoninergic system enhances vagal stimulated uprise of gastric motor activity; serotoninergic system may partially compensate the age-dependent decline of the role of the cholinergic system in the regulation of gastric motility. The stimulation of the vagus nerve induced serotonin secretion by EC-cells of the rat stomach. The stimulation of the vagus nerve decreases the EC-cells volume in aged rots.

Keywords: stomach; aging; neurohumoral regulation; serotonin.

73

№12/2010 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И КЛИНИЧЕСКАЯ

Одной из проблем современной медицины является взаимоотношение между старением и болезнью. На самом деле старость — неизбежный этап развития организма, а болезнь — нарушение его жизнедеятельности, которое может возникнуть в любом возрастном периоде. Такая точка зрения на соотношение старения и болезни в настоящее время наиболее правомочна [1]. Изменения ней-рогуморальной регуляции висцеральных органов, протекающие на фоне усиления аутоиммунных процессов, перекисного окисления липидов, активации процессов апоптоза, ускоряют процессы старения.

Вегетативная нервная система представляет собой совокупность функциональных отделов, согласованная деятельность которых обеспечивает нервно-гуморальную регуляцию деятельности желудка адрен-, холин- и серотонинергической системами. Серотонинергическая регуляция выполняется нейротрансмиттером серотонином (5-НТ), возбуждающим собственные 5-НТ1, 2, 3, 4-рецепторы гладкомышечных и секреторных клеток органа и осуществляющим гуморальное влияние на гладкие миоциты желудка. Серотонинергическую систему в силу полиморфизма серотониновых структур, различной локализации их, разнообразия физиологических свойств и эффектов и закономерного изменения их с возрастом можно рассматривать как один из отделов вегетативной регуляции желудка в возрастном аспекте. Возрастные изменения вегетативной регуляции способны модифицировать амплитудно-частотные характеристики моторной активности желудка у пожилого организма по сравнению с молодым.

Цель работы — выявить характер взаимодействия серотонинергического с адренергическим и холинергическим отделами ВНС в регуляции моторной активности грызунов — кроликов и крыс — старшего и старческого возраста.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение взаимодействия серотонинергической системы с другими отделами ВНС в регуляции двигательной функции желудка в возрастном аспекте проводилось на кроликах породы шиншилла в возрасте от 1 до 2 лет и белых крысах-самцах. Острый эксперимент проводился в условиях хирургической стадии нембуталового наркоза. Активация серотонинергической системы у кроликов осуществлялась путем подключения раздражения серотонинергиче-ских волокон, проходящих в составе симпатического ствола, к стимуляции блуждающего нерва на уровне С5-С6. Биоптаты желудка у кроликов фиксировали в 10%-ном формалине, обезвоживали в спиртах возрастающей концентрации, заключали в парафин, изготавливали гистологические срезы, окрашенные гематоксилином и эозином. Для гистологических исследований у крыс материал фиксировали в 10%-ном нейтральном формалине по Лилли в течение 24

часов. Срезы толщиной до 5 мкм окрашивали: 1) гематоксилином и эозином; 2) пикрофуксином по Ван-Гизону; 3) аргирофильным методом Гримелиуса в модификации А. А. Никонова; 4) аргентаффинным методом Массон-Гамперла в модификации Singh.

Для электронной микроскопии материал фиксировали в 4%-ном параформальдегиде на буфере Хенкса (рН 7,4) в течение 24 часов при +4 °С, а затем в 1%-ной четырехокиси осмия на том же буфере в течение 3 часов при +4 °С. Обезвоживали и заливали в эпон-аралдит. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, после чего просматривали в электронных микроскопах JEM-7А и Н-300 Н^М. Для электронно-микроскопической цитохимии после параформальдегидной фиксации проводили импрегнацию серебром по методикам Гримелиуса и Масона — Гамперла в блоке.

Для всех изученных типов эндокринных клеток вычисляли удельный и абсолютный объемы ядра, цитоплазмы, ядрышка, гранул секрета, митохондрий, лизосом, вакуолей, комплекса Гольджи, эндо-плазматического ретикулума, площадь поверхности ядра и клетки, ядерно-цитоплазматический индекс.

Полученные результаты анализировали с помощью программы Statistica 6. Статистическую значимость данных, представленных в виде средних величин с определением их ошибки (M ± m), оценивали с помощью t-критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Раздражение периферического отрезка симпатического ствола (7-12 В, 10 Гц, 1,5-2 мс) при интактных а- и в-адренорецепторах оказывает или слабовы-раженное тормозное влияние, или не оказывает влияния на ЭМА желудка у кроликов старшей возрастной группы. То есть у животных старшей возрастной группы активность симпатической системы снижена.

Активация холинергической системы приводит к усилению медленноволновой ЭМА желудка (рис. 1). Частота медленных волн фундального отдела увеличивалась на 67,7%, амплитуда — с 0,11 ± 0,01 до 0,12 ± 0,03 мВ (10%, p > 0,05); частота ЭМА антрального отдела— на 68,7%, амплитуда — с 0,1 ± 0,02 до 0,11 ± 0,02 мВ (10%, p > 0,05); частота ЭМА пилорического отдела желудка — на 190%, амплитуда — с 0,18 ± 0,03 до 0,22 ± 0,04 мВ (22%; р > 0,05). Активация холинергической системы увеличивает амплитудночастотные характеристики ЭМА желудка.

Иммуногистохимически показано преобладание в мышечной оболочке антрального отдела желудка ацетилхолинсодержащих нейронов (56% всей совокупности нейронов), тогда как серотонинсодержащих — всего 3,9% мышечной оболочки антрального отдела [2]. По-видимому, в желудке преобладает холинергическое возбуждающее влияние на моторную активность.

Изолированная активация серотонинергической системы введением экзогенного серотонина также

Рис. 1. Электромоторная активность различных отделов желудка кроликов старшей возрастной группы (фундального — 1, антрального — 2, пилорического — 3):

А — при раздражении блуждающего нерва; Б — при подключении стимуляции симпатического ствола к раздражению блуждающего нерва. Шкала вертикальная — 0,2 мВ, горизонтальная — 5 с

Б >

а

5 О

I- 2

О і

Я--

Щ а

Н1Ё

2 ї н ч

и

га

і.

Б

га

х

<

га

I-

х

ш

2

а

ш

с

и

V

т

приводит к увеличению амплитудно-частотных характеристик ЭМА желудка.

При одновременной с холинергической активацией серотонинергической системы оба отдела ВНС оказывают синергичное (однонаправленное) сти-муляторное влияние на двигательную активность желудка. Выявлен убывающий краниокаудальный градиент серотонинергической регуляции пищевой моторики с максимумом в желудке (желудок — 50%, двенадцатиперстная кишка — 22%, тощая кишка — 15%). Возраст вносит значительные изменения в активность серотонинергической системы желудка. Подтверждением этого являются данные о ее активации у животных старшей возрастной группы (рис. 1), что приводит к усилению холинергической стимуляции медленных волн ЭМА желудка. Так, в фундальном отделе частота медленных волн увеличивалась до 17,6 ± 1,0 в мин (64%, р < 0,05); в антральном отделе желудка — до 13,3 ± 0,9 в мин (54%, р < 0,05); в пилорическом отделе желудка — до 38,3 ± 1,3 в мин (86%, р < 0,05). Причем серотонин-обусловленный дополнительный прирост частоты ЭМА оказался сопоставим по величине с холин-обусловленным, составив в фундальном, антральном и пилорическом отделах желудка соответственно 67,7 и 64%, 68,7 и 54%, 86 и 190%. С возрастом баланс активности трех рассмотренных отделов ВНС меняется в пользу серотонинергического и холинергиче-ского за счет снижения влияния адренергического отдела вегетативной нервной системы на моторную деятельность желудка. При этом серотонинергиче-ская система может частично компенсировать возрастную потерю влияния холинергического отдела на двигательную активность желудка.

Этот вывод подтверждается прямыми гистологическими данными о состоянии тканей желудка

интактных кроликов старшей возрастной группы и при активации серотонинергического отдела ВНС.

Слизистая оболочка фундального отдела желудка интактных кроликов старшей возрастной группы содержит трубчатые железы с главными, обкладочными и добавочными клетками. Сосуды подслизистого слоя кровенаполнены с большим количеством эозинофилов, расположенных диффузно или с образованием инфильтратов. В глубине подслизистого слоя, на границе с мышечным слоем, количество эозинофилов растет. Контакты этих клеток с макрофагами приводят к дегрануляции; при этом выделяются содержащиеся в гранулах биологически активные вещества (гистамин, серотонин, гепарин), которые могут оказывать неспецифическое стимулирующее влияние на процессы пролиферации и дифференцировки иммунокомпетентных клеток Т- и В-лимфоцитов. В продуктивной фазе иммунитета (выработка антител) эозинофилы выполняют дезинтоксикационную функцию, участвуя в фагоцитозе и разрушении комплекса антиген — антитело.

В фундальном и антральном отделах желудка кроликов старшей возрастной группы совместная активация серотонин- и холинергического отделов ВНС приводит к выраженной дилатации венозных (реже — артериальных) и лимфатических сосудов, отеку подслизистого слоя, кровоизлиянию в слизистую оболочку и, реже, в мышечный слой. Данные изменения не обнаруживаются в желудке интакт-ных животных.

Слизистая оболочка желудка кролика старческого возраста имеет неровную поверхность с большим количеством париетальных клеток, расположенных в ее верхней трети. Трубчатые железы имеют простую форму и расположены редко.

1-Л

Г^.

№12/2010 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И КЛИНИЧЕСКАЯ

Концевые отделы желез содержат секрет, промежутки между концевыми отделами желез заполнены рыхлой соединительной тканью с умеренным количеством стромальных фибробластов. В стенке желез располагаются преимущественно главные клетки, вырабатывающие пепсин. В промежутках между железами расположены сосуды капиллярного типа с эритроцитами. Подлежащая к эпителию соединительная ткань инфильтрирована большим количеством равномерно распределенных клеток.

Гладкомышечная стенка желудка у интактных кроликов старческого возраста выражена значительно. Гладкомышечные клетки продольного слоя близко прилегают друг к другу. На границе с внутренним мышечным слоем и в самом мышечном слое располагаются венозные сосуды. Стенки сосудов обнаруживают признаки старения. Отмечается значительное развитие соединительной ткани.

Сравнительно-морфологическое исследование животных разного возраста показало, что активация серотонинергической системы сопровождается кровоизлиянием в слизистую оболочку, дилата-цией сосудов, преимущественно лимфатических и венозных, отеком подслизистого и мышечного слоев стенки желудка. При старении обнаруживаются склеротические изменения стенки сосудов, отмечается выраженное развитие соединительной ткани в подслизистом и адвентициальном слое с относительно большим количеством фибробластов, выявляется атрофия желудочных желез. Этот вывод согласуется с литературными данными об инволюции адрен- и холинергической иннервации у пожилых людей, уменьшающей холинергическое влияние на пищеварительные железы желудка и сердечно-сосудистую систему при старении [3]. В частности, суточные изменения парасимпатической активности и интрагастрального рН (показателя кислотной продукции желудка) свидетельствуют о том, что у пожилых людей по сравнению с молодыми уменьшается роль холинергической системы в регуляции кислотообразующей функции органа [4].

Если активация серотонинергической системы усиливает стимуляторное действие холинергиче-ского отдела на моторику, то, со своей стороны, изолированное раздражение эфферентных волокон блуждающего нерва приводит к освобождению серотонина ЕС-клетками, что позволяет говорить о двустороннем взаимодействии этих отделов ВНС в регуляции моторной деятельности желудка.

Серотонинсодержащие энтерохромаффинные ЕС-клетки относятся к моноаминпродуцирующим эндокринным клеткам желудка, локализующимся преимущественно в антральном отделе желудка крыс. ЕС-клетки желудочно-кишечного тракта — основной источник серотонина организма (до 90% всего серотонина). Энтерохромаффинные клетки располагаются в слизистой оболочке на всем протяжении желудочно-кишечного тракта, преобладая в двенадцатиперстной кишке. Внутри клеток серотонин накапливается в многочисленных гранулах. Характерной чертой ультраструктуры ЕС-клеток является полиморфизм гранул. В ЕС-клетках условно выделяли 4 класса гранул: электронноплотные, гранулы с просветлением в центре, вакуолеподобные гранулы с эксцентрично расположенной электронноплотной сердцевиной и вакуолеподобные гранулы с сердцевиной, имеющей просветление в центре.

Число ЕС-клеток не меняется от пубертатного до зрелого возраста и достоверно снижается в позднестарческом. В то же время функциональносекреторная активность интактных ЕС-клеток значительно выше в позднестарческом возрасте, чем в зрелом и пубертатном [6]. На это указывает возрастная динамика изменений морфометрических параметров ЕС-клеток — увеличение при старении объема клеток (ядра и цитоплазмы) и органелл, а также преобладание в позднестарческом возрасте числа гранул с различной степенью снижения электронной плотности их содержимого (см. табл.).

Раздражение блуждающего нерва как в зрелом, так и в позднестарческом возрасте приводит к высвобождению серотонина из ЕС-клеток,

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕС-КЛЕТОК ЖЕЛУДКА КРЫС

Морфометрические параметры, мкм3 Зрелый возраст Позднестарческий возраст

Объем клетки 112,5 ± 5,51 254,1 ± 12,7*

Объем ядра 39,04 ± 1,8 107, 01 ± 5,0*

Объем цитоплазмы 73,44 ± 3,42 147, 12 ± 7,0*

Объем ядрышка 1,77 ± 0,08 3,65 ± 0,15*

Объем комплекса Гольджи 1,42 ± 0,05 4,44 ± 0,21*

Объем вакуолей 7,74 ± 0,31 5,94 ± 0,25*

Объем митохондрий 2,1 ± 0,09 5,18 ± 0,21*

Объем эндокринных гранул 8,15 ± 0,4 14,7 ± 0,6*

•О

Примечание: *— различия со зрелым возрастом статистически достоверны (р < 0,01).

Рис. 2. Снижение электронной плотности матрикса гранул ЕС-клетки желудка интактной крысы позднестарческого возраста. Электронограмма. Ув. 10 000

о чем свидетельствует уменьшение числа гранул и редукция в них электронноплотного матрикса, сопровождающиеся увеличением числа вакуолеподобных гранул (рис. 2, 3). В то же время если функциональная активность ЕС-клеток в зрелом возрасте после стимуляции повышается, то в позднестарческом, наоборот, угнетается (тормозится активность генетического аппарата — уменьшается объем ядрышка, ядра, площадь его поверхности, уменьшается объем цитоплазмы, митохондрий, эн-доплазматического ретикулума, комплекса Гольджи, лизосом).

Процесс старения сопровождается повышением функционально-секреторной активности серотонинпродуцирующих ЕС-клеток, но снижением ее в гистаминпродуцирующих летках. Секреторный ответ ЕС- и Е^ леток этой группы

Рис. 3. Снижение числа и объема гранул и резкая вакуолизация ЕС-клетки антрального отдела желудка крысы позднестарческого возраста через 30 минут после стимуляции парасимпатического нерва. Электронограмма. Ув. 10 000

на раздражение блуждающего нерва с возрастом подвергается менее выраженным изменениям, чем для пептидпродуцирующих клеток [5]. Это связано, вероятно, с более упрощенными механизмами секреции и более легкой мобилизацией секреторного продукта в клетках, накапливающих моноамины. Кроме того, серотонин, продуцируемый ЕС-клетками, подавляет секрецию гастрина G-клетками, способствует секреции пепсиногена главными клетками, усиливает пролиферативную активность эпителиальных клеток и удлиняет время их созревания.

В целом у животных старшего и старческого возраста на фоне общего снижения тонуса ВНС формируется относительное преобладание серо-тонинергической регуляции.

Б >

а

So L 2 <£ О £

я--

Щ а

HI

2 * h <L

и

л

L

Б

л

X

<

л

I-

X

ш

S

S

a

и

с

и

V

m

ЛИТЕРАТУРА

1. Лазебник Л. Б. Старение и полиморбидность // Consil med. — 2005. — № 12. — C. 993-995.

2. Van den Berghe P., Coulie B., Tack J. et al. Neurochemical coding of myenteric neurons in the guinea-pig antrum // Cell Tissue Res. — 1999. — Vol. 297, № 1. — P. 81-90.

3. Валенкевич Л.М. Гастроэнтерология в гериатрии. — Л.: Медицина, 1987. — 239 с.

4. Коркушко О. B., Шатило B. Б., Наскалова C. C. и др. Суточные ритмы вегетативной регуляции и интрагастрального рН у прак-

тически здоровых людей разного возраста // Пробл. стар. долго-лет. — 2008. — № 1. — С. 43-52.

5. Лазебник Л. Б., Хомерики С. Г., Лычкова А. Э. Функциональноморфологическая организация вегетативной иннервации желудка // Усп. физиол. наук. — 2008. — № 2. — С. 58-76.

6. Хомерики С. Г. Возрастные изменения количества эндокринных клеток желудка и их роль в старческой атрофии желудочных желез // Арх. анот., гистол., эмбрион. — 1986. — Т. 90. — №6. — С. 59 - 62.