Секреция, функции секреции. Биоэлектрические особенности секреторной клетки. Регуляция секреции

Секреция, функции секреции. Биоэлектрические особенности секреторной клетки. Регуляция секреции

Понятие секреции, способы секреции

СЕКРЕЦИЯ [secretion] (Лат.: secretio – отделение, разобщение; secretus – особый, отдельный,изолированный,1646).
Секреция – это функция клеток (групп клеток, органов), представляющая собой совокупность процессов синтеза, резервирования и выведения из клетки в её среду веществ, предназначенных для осуществления определенных функций. Продукт секреции называют секретом .Различают два вида секреции — внешнюю и внутреннюю. Секреция, при которой секрет выделяется на поверхность слизистой оболочки, кожи или в просвет пищеварительного тракта, называется внешней. Секреция, при которой секрет выделяется во внутренние жидкие среды организма — кровь, тканевую жидкость, лимфу, называется внутренней. Клетки, участвующие во внешней секреции, называются экзокринными; во внутренней — эндокринными. В условиях нормального функционирования целостного организма резкой границы между внутренней и внешней секрецией не существует.
Различают эндокринную секрецию и экзокринную секрецию.

Эндокринная секреция – это функция эндокринных желёз, или желез внутренней секреции. Экзокринная секреция – это функция экзокринных желёз, или желез внешней секреции.
Эндокринные железы – это органы, специализированные на выработке гормонов. Эндокринные железы не имеют выводных протоков. Они выделяют свои продукты секреции – гормоны непосредственно в кровь системы кровообращения. Кроме эндокринных желез гормоны могут вырабатываться в некоторых обособленных группах клеток в составе других органов.
Экзокринные железы – это железы, которые секретируют вещества через проток, открывающийся в одну из полостей тела, имеющую сообщение с внешней средой (например, полость рта, полость тонкой кишки, мочевыводящие пути и т.д.) или во внешнее пространство тела (например на поверхности кожи, глаза).

Известно четыре способа секреции:
1. Экзоцитоз. (Греч.: έξω – вне, по направлению вне + κΰτος – сосуд, клетка + лат.: -osis – оз – словообразовательная единица в значении (1,3): действие, образование, высвобождение, 1963).
Экзоцитоз – это управляемый процесс высвобождения клеткой макромолекул во внеклеточную среду путем образования в цитоплазме секреторных везикул, слияния мембран, окружающих секреторные везикулы, с клеточной мембраной, в результате которого содержимое везикул высвобождается за пределы клетки, в её среду. В большинстве случаев этот процесс регулируется путем изменения концентрации свободных ионов кальция Са²⁺ в цитоплазме клетки. Экзоцитоз, по-видимому, служит механизмом выведения секрета за пределы клетки во всех тех экзокринных и эндокринных клетках, в которых секретируемые вещества накапливаются в гранулах.
Рибосомы, расположенные в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме секреторных клеток, синтезируют окруженные мембраной пузырьки – секреторные гранулы. Их содержимое пополняется вновь секретированными веществами аппарата Гольджи. Секреторные гранулы, содержащие ферменты, известны как зимогенные (проферментные) гранулы.
Способ посредством которого гранулы поступают в среду клетки зависит от вида ткани.
Противоположный по направлению процесс – эндоцитоз.
2. Апокринная секреция. (1926, греч.: άπό – предлог от, из (о месте), κρίνω – отделять).
Апокринная секреция – это отторжение апикальной части ацинарных клеток, содержащих секретируемое вещество. После отторжения апикальной части целостность клетки восстанавливается.


Схема. Виды секреции.

Экзокринные железы, осуществляющие апокринную секрецию, называются апокринными железами. К апокринным железам относятся некоторые железы кожи (крупные потовые железы и молочные железы). Апокринные потовые железы сосредоточены преимущественно в области подмышечных впадин, а также в нижней части живота, на лобке и на половых органах. Апокринные потовые железы достигают полного развития ко времени полового созревания. Они секретируют всю жизнь и постепенно регрессируют в процессе старческого одряхления.
3. Мерокринная (эккринная) секреция. (Греч.: – μέρος – часть, доля + ρίνω – отделять).
Мерокринная секреция – это диффузия секретируемых веществ из апикальной части клеток в ацинус через цитоплазматическую мембрану.
Экзокринные железы, осуществляющие эккринную секрецию, называются эккринными железами. Эккриновые железы повсеместно распространены в коже.
4. Голокринная секреция. (Греч.: – όλος – весь, целый + ρίνω – отделять).
Голокринная секреция – это полное отторжение и лизис ацинарных клеток с высвобождением их содержимого.
После выведения первичных продуктов секреции в ацинус, в секреторном протоке они, как правило, подвергаются модификации. При этом какое-то количество воды и электролитов либо удаляется из первичного секрета, либо, наоборот, поступает в него.

Иногда все эти способы объединяют в две группы: морфостатическая секреция и морфокинетическая (морфонекротическая) секреция.
Морфостатическая секреция. (Греч.: – μορφή – вид, образ, наружность, форма + στάτικός – равновесие, статика, 1837).
Морфостатическая секреция – это совокупность процессов синтеза, резервирования и высвобождения из клетки внешнего секрета, без частичного или полного нарушения целостности железистой клетки.
Морфокинетическая секреция. (Греч.: – μορφή – вид, образ, наружность, форма + κϊνητός – подвижный). Морфокинетическая секреция – это совокупность процессов синтеза, резервирования и высвобождения из клетки внешнего секрета, которое сопровождается частичным или полным разрушением железистой клетки.

Функции секреции

образование и выделение пищеварительных соков, молока, слезной жидкости, пота;
образование и выделение гормонов эндокринными железами и клетками диффузной эндокринной системы пищеварительного тракта (гастроинтестинальные гормоны);
образование и выделение биологически высокоактивных веществ нервными клетками (нейросекреция).

Секреторная клетка может выделять самые различные по структуре и свойствам вещества: белки, гликозаминогликаны, липиды, ферменты, растворы оснований, кислот, солей, воду. В целом все эти вещества могут выступать в качестве: а) собственно секретов, б) экскретов, в) рекретов.

Секреты представляют собой продукты клеточного анаболизма; их синтез и выделение являются основной функцией секреторной клетки.

Экскреты являются конечными продуктами клеточного катаболизма и, как правило, подлежат выведению из организма.

Рекреты представлены обширным классом веществ, которые сначала поглощаются секреторной клеткой, а затем выделяются ею в неизмененном виде.

Способность секреторных клеток рекретировать и экскретировать вещества обеспечивает их циркуляцию в организме и обеспечение гомеостаза в целом. Секреторная клетка способна транспортировать и выделять из кровотока метаболиты, — продукты промежуточного обмена других клеток и тканей.

Процесс периодического изменения структурно-функционального состояния секреторной клетки, связанный с образованием, накоплением, выделением секрета и восстановлением участвующих в секреции структурных элементов клетки, называется секреторным циклом.

Различают непрерывную и прерывистую секрецию. В первом случае секрет выделяется клеткой по мере его синтеза и созревания. Одновременно с непрерывной секрецией происходит поглощение клеткой необходимых для его синтеза предшественников. Во втором случае секреторный цикл растянут во времени. Фазы цикла имеют определенную последовательность, а накопление новой порции начинается только после того, как выделится уже готовая или подействует внешний сигнал.

Биоэлектрические особенности секреторной клетки

Секреторные клетки отличаются от мышечных и нервных рядом характерных особенностей. В частности, возбуждение одних секреторных клеток связано с их деполяризацией (экзокринные клетки поджелудочной железы, протоки слюнных желез). Возбуждение других клеток возникает в результате гиперполяризации.

Возбуждение секреторной клетки сопровождается дискретными изменениями поляризованности мембраны — секреторными потенциалами. Возникновение их является обязательным условием «включения» секреторного процесса.

Фазы секреторного цикла. Секреторный цикл протекает в 5 фаз.

Первая фаза — поступление в клетку из крови предшественников будущего секрета: воды, неорганических низкомолекулярных органических веществ, аминокислот, простых Сахаров, жирных кислот. Транспорт исходных продуктов в клетку идет как путем диффузии (пассивный транспорт), так и активным и микровезикулярным (пиноцитоз). Поступившие в клетку вещества используются ею в трех направлениях: как исходные продукты для синтеза секрета и в качестве пластических и энергетических ресурсов.

Вторая фаза — синтез первичного секреторного продукта с участием эндоплазматической сети и рибосом. Функция митохондрий заключается в обеспечении процесса синтеза энергией.

Третья фаза — транспорт и созревание секрета. Молекулы секрета перемещаются из эндоплазматической сети и рибосом в пластинчатый комплекс, конденсируются там, «упаковываются» в гранулы и созревают. Важная роль в транспорте секрета принадлежит микротрубочкам.

Четвертая фаза — накопление и хранение секрета; присутствует только у клеток с прерывистым характером секреции. Основная роль в хранении секрета принадлежит пластинчатому комплексу.

Пятая фаза — выделение секрета.

Секреция желудочного сока

Кисло́тность желу́дочного со́ка — характеристика концентрации кислоты в желудочном соке. Измеряется в единицах рН.

Для оценки состояния органов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) рассматривают величину кислотности (рН) одновременно в разных отделах желудка и, более широко, одновременно в разных отделах пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки; изменение рН во времени; динамику изменения рН, как реакцию на стимуляторы и лекарственные препараты.

История изучения кислотности желудочного сока

Парацельс в начале XVI века предположил наличие в желудке кислоты, считая, что кислота появляется при питье кислой воды. Английский врач и биохимик Уильям Праут в 1824 году определил, что кислотой, входящей в состав желудочного сока, является соляная кислота. Он же ввёл понятия свободная, связанная соляная кислота и общая кислотность желудочного сока. В 1852 году физиолог Фридрих Биддер и химик Карл Шмидт опубликовали книгу «Пищеварительные соки и обмен веществ», которая положила начало титрационному методу определения кислотности желудочного сока и окончательно развеяла сомнения в отношении того, что желудком в норме секретируется именно соляная кислота. Ригель в 1886 и Шюле в 1895 году стали определять кислотность желудочного сока в целях диагностики и терапии гастроэнтерологических заболеваний.

Одним из первых, предложивших зондирование желудочного сока, был немецкий врач Адольф Куссмауль. Создание клинических методов и желудочных зондов для исследования секреции желудка аспирационными методами (в основном, силами первых гастроэнтерологов из Германии: Вильгельма фон Лейбе, Карла Эвальда и Исмара Боаса и американца, прошедшего обучение в Германии Макса Эйнхорна) фактически сформировало новую медицинскую дисциплину — гастроэнтерологию.

Датский биохимик Сёрен Сёренсен, предложил в 1909 году шкалу рН и разработал современные электрометрические методы измерения кислотности. Американский химик и физиолог Джесси МакКлендон в 1915 году впервые выполнил рН-метрию в желудке и двенадцатиперстной кишке человека с помощью устройства собственной конструкции.

Зоны кислотопродукции и кислотонейтрализации желудка

Желудочный этап переваривания пищи происходит с помощью ферментов, важнейшим из которых является пепсин, требующих обязательно кислой среды. Однако, кислота в химусе (кашице), состоящем из частично переваренной пищи и желудочных соков, перед эвакуацией из желудка должна быть нейтрализована.

Желудок условно можно разделить на кислотообразующую (верхнюю) и кислотонейтрализующую (нижнюю) зоны, разделённые интермедиарной зоной, т.е. зоной перехода от слабокислых рН (6,0-4,0) к резкокислым (рН менее 3,0) и располагающейся между телом желудка и его антральным отделом.

Кислотообразующая зона соответствует дну и телу желудка, кислотонейтрализующая — антральному отделу желудка. Так как при исследовании кислотности желудка диагностически важной является информация о процессах кислотопродукции и кислотонейтрализации, то измерение кислотности желудка должно происходить не менее, чем в двух зонах: теле желудка и антруме.

Нейтрализация кислоты в желудке производится, в основном, за счёт ионов гидрокарбонатов (HCO₃^–), секретируемых поверхностными клетками слизистой оболочки.

Продукция соляной кислоты в желудке

Фундальные же́лезы. Зоны железы́: 1 — желудочная ямка, 2 — перешеек, 3 — шейка, 4 — основание и тело. Клетки: 5 — поверхностные слизистые, 6 — париетальные (продуцирующие соляную кислоту), 7 — слизистые, 8 — главные.

Соляную кислоту продуцируют париетальные (синоним обкладочные) клетки фундальных желёз желудка при участии Н⁺/К⁺-АТФазы. Фундальные (синоним главные) железы составляют основную часть желёз области дна и тела желудка.

Концентрация продуцированной соляной кислоты одинакова и равна 160 ммоль/л, но кислотность выделяющегося желудочного сока варьируется за счет изменения числа функционирующих париетальных клеток и нейтрализации соляной кислоты щелочными компонентами желудочного сока. Чем быстрее секреция соляной кислоты, тем меньше она нейтрализуется и тем выше кислотность желудочного сока.

Соляная кислота присутствует в желудке и до начала процесса пищеварения. Несмотря на то, что на базальную секрецию (то есть секрецию натощак) влияют многие факторы, её величина в желудке у каждого человека практически постоянна и у здоровых людей не превышает 5-7 ммоль в час.

[Три фазы секреции соляной кислоты

Секреция соляной кислоты начинается еще до попадания пищи в желудок. Первую фазу секреции (т.н. цефалическую) запускают запах, вид и вкус пищи, воздействие которых передаётся от центральной нервной системы на клетки желудка через иннервирующие желудок нервные окончания.
Наиболее значительная фаза секреции — желудочная, начинается после попадания пищи в желудок. Растяжение желудка запускает выделение гастрина из G-клеток, расположенных в антральном отделе желудка. Гастрин, воздействуя на париетальные клетки напрямую или через активацию ECL-клеток с высвобождением гистамина, стимулирует продукцию соляной кислоты.
Заключительная фаза секреции — кишечная — запускается при попадании пищи в двенадцатиперстную кишку и её растяжении.

Повышение кислотности желудочного сока включает механизм регуляции секреции: в клетках антрального отдела желудка запускается выработка соматостатина — блокатора секреции соляной кислоты.

Функции соляной кислоты в желудке

Диаграмма управления секрецией соляной кислоты в желудке. Подчёркнуты взаимосвязи между антрумом и телом желудка.

Соляная кислота выполняет следующие функции:

способствует денатурации и набуханию белков в желудке, что облегчает их последующее расщепление пепсинами;
активирует пепсиногены и превращает их в пепсины;
создает кислую среду, необходимую для действия ферментов желудочного сока;
обеспечивает антибактериальное действие желудочного сока;
способствует нормальной эвакуации пищи из желудка: открытию пилорического сфинктера со стороны желудка и закрытию со стороны двенадцатиперстной кишки;
возбуждает панкреатическую секрецию.

Кислотозависимые заболевания желудочно-кишечного тракта

Причиной кислотозависимых заболеваний может стать разбалансировка функционирования механизмов кислотопродукции или кислотонейтрализации, недостаточная эффективность нижнего пищеводного или пилорического сфинктеров, являющаяся причиной патологических гастроэзофагеальных и дуоденогастральных рефлюксов, а также неправильные питание или образ жизни. Важнейшим диагностическим фактором являются величина кислотности в различных частях органов верхних отделов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), изменение этих величин во времени. При этом часто необходимо знание поведения кислотности одномоментно в нескольких точках ЖКТ.

В соответствии с нормативными документами Минздравсоцразвития России^[1] исследование кислотности должно выполняться при диагностике и лечении следующих заболеваний: гастроэзофагеальной рефлюксной болезни, пищевода Барретта, язвы желудка, язвы двенадцатиперстной кишки, хронического гастрита, дуоденита, диспепсии, при термических и химических ожогах пищевода.

Методы исследования кислотности желудка

Существуют четыре основных метода исследования кислотности желудочного сока.

Наиболее простой — при помощи ионообменных смол («Ацидотест», «Гастротест» и др.) по степени окрашивания мочи. Метод имеет небольшую точность и, поэтому, малоинформативен. В последнее время применяется редко.
Аспирационные методы. Наиболее распространён из них метод фракционного зондирования. Содержимое желудка отсасывается при помощи резиновой трубки, а затем исследуется в лаборатории. Этот метод имеет свои достоинства, но имеет и серьезные недостатки. В процессе отсасывания содержимое желудка, полученное из разных функциональных зон, перемешивается. К тому же сам процесс отсасывания нарушает нормальную работу желудка, искажая результаты исследования.
Метод окрашивания стенки желудка при помощи орошения ее специальным красителем через канал эндоскопа во время проведения гастроскопии. Этот метод также не может обеспечить требуемую точность, визуальное определение кислотности по изменению цвета красителя дает очень приблизительные результаты.

Исследование кислотности желудочного сока с помощью многоместного ацидогастрометра.

Электрометрический метод измерения кислотности непосредственно в желудочно-кишечном тракте — внутрижелудочная рН-метрия. Это наиболее информативный и физиологичный метод. Позволяет с помощью специальных приборов — ацидогастрометров, оснащённых рН-зондами с несколькими датчиками рН, измерять кислотность одновременно в разных зонах желудочно-кишечного тракта в течение длительного времени (до 24-х часов и более). Недостатком метода является невозможность измерения общего объёма кислотопродукции желудка.

pH в желудке и соседних отделах ЖКТ

Максимальная теоретически возможная кислотность в желудке: 0,86 рН (соответствует кислотопродукции 160 ммоль/л).
Минимальная теоретически возможная кислотность в желудке: 8,3 рН (соответствует рН насыщенного раствора ионов HCO₃^–).
Нормальная кислотность в просвете тела желудка натощак: 1,5 — 2,0 рН.
Кислотность на поверхности эпителиального слоя, обращённого в просвет желудка: 1,5 — 2,0 рН.
Кислотность в глубине эпителиального слоя желудка: около 7,0 рН.
Нормальная кислотность в антральном отделе желудка: 1,3 — 7,4 рН.
Нормальная кислотность в пищеводе: 6,0 — 7,0 рН.
Нормальная кислотность в луковице двенадцатиперстной кишки: 5,6 — 7,9 рН.
Кислотность сока тонкой кишки: 7,2 — 7,5 рН; при усилении секреции достигает 8,6 рН.^[2]
Кислотность сока толстой кишки: 8,5
— 9,0 рН.^[2]

Лабораторное определение кислотности желудочного сока

В лаборатории кислотность желудочного сока определяют титрованием его раствором едкого натра (NaOH) с участием различных химических индикаторов, меняющих свой цвет в зависимости от кислотности среды. Разделяют понятия общей кислотности желудочного сока, свободной и связанной кислотности.

Кислотность желудочного сока выражают или в титрационных единицах (количестве мл едкого натра, необходимого для нейтрализации кислоты в 100 мл желудочного сока) или в ммоль/л HCl на 1 л желудочного сока. Численно эти значения совпадают. Обычно при титровании используют 5 мл желудочного сока. Поэтому, после титрования, нейтрализованное количество NaOH умножают на 20.

Общая кислотность желудочного сока

Общая кислотность складывается из свободной и связанной кислотностей плюс кислотность, обусловленная органическим кислотами (молочной, уксусной, масляной и другими) в норме или при патологии.

Для определения общей кислотности к 5 мл желудочного сока добавляют одну каплю 1 % спиртового раствора фенолфталеина. Отметив уровень раствора в мерной пробирке, производят титрацию желудочного сока до появления красного окрашивания. Количество мл едкого натра, потраченного на титрование, умноженного на 20, будет равно общей кислотности в титрационных единицах или ммоль/л.

Свободная соляная кислота

Модель молекулы соляной кислоты

Свободной соляной кислотой называется соляная кислота, находящаяся в желудочном соке в виде отдельных ионов H⁺ и Cl^—.

Для определения свободной кислотности к 5 мл желудочного сока добавляют одну каплю диметиламидоазобензола. Отметив уровень раствора в мерной пробирке, производят титрацию желудочного сока до появления оранжево-жёлтого цвета. Количество мл едкого натра, потраченного на титрование, умноженного на 20, будет равно свободной кислотности.

Связанная соляная кислота

Связанной соляной кислотой называется соляная кислота, находящаяся в желудочном соке в химически связанном с белками и в недиссоциированном виде.

Для определения связанной соляной кислоты используют индикатор ализарин. Процедура титрования аналогична описанным выше и проводится до появления фиолетового окрашивания.

5. Регуляция желудочной секреции

Пищеварительная секреция регулируется посредством нейрогуморальных механизмов. В ней выделяют три фазы: сложнорефлекторную, желудочную и кишечную. Сложнорефлекторная делится на условно-рефлекторный и безусловнорефлекторный периоды. Условно-рефлекторный начинается с того момента, когда запах, вид пищи, звуки предшествующие кормлению вызывают возбуждение обонятельной, зрительной и слуховой сенсорных систем. В результате вырабатывается так называемый запальный желудочный сок. Он обладает высокой кислотностью и большой протеолитической активностью. После того, как пища попадает в ротовую полость, начинается безусловнорефлекторный период. Она раздражает тактильные, температурные и вкусовые рецепторы полости рта, глотки, пищевода. Нервные импульсы от них поступают в центр регуляции желудочной секреции продолговатого мозга. От него импульсы по эфферентным волокнам вагуса идут к желудочным железам, стимулируя их активность. Таким образом в первой фазе регуляцию секреции осуществляют бульбарный центр секреции, гипоталамус, лимбическая система и кора больших полушарий.

Желудочная фаза секреции начинается с момента поступления пищевого комка в желудок. В основном ее регуляция обеспечивается нейрогуморальными механизмами. Поступивший в желудок пищевой комок, а также выделившийся запальный сок, раздражают рецепторы слизистой желудка. Нервные импульсы от них идут в бульбарный центр желудочной секреции, а от него по вагусу к железистым клеткам, поддерживая секрецию. Одновременно импульсы поступают к G-клеткам слизистой, которые начинают вырабатывать гормон гастрин. В основном G-клетки сосредоточены в антральном отделе желудка. Гастрин наиболее сильный стимулятор секреции соляной кислоты. Секреторную активность главных клеток он стимулирует слабее. Кроме того, ацетилхолин, выделяющийся из окончаний вагуса, вызывает образование гистамина тучными клетками слизистой. Гистамин действует на Н2-рецепторы обкладочных клеток, усиливая выделение ими соляной кислоты. Гистамин играет главную роль в усилении выработки соляной кислоты. В определенной степени участвуют в регуляции секреции и интрамуральные ганглии желудка, также стимулирующие секрецию.

Заключительная кишечная фаза начинается при переходе кислого химуса в двенадцатиперстную кишку. Количество сока выделяющееся в течение нее небольшое. Роль нервных механизмов в регуляции желудочной секреции в этот момент незначительна. Первоначально, раздражение механо – и хеморецепторов кишки, выделение ее G-клетками гастрина, стимулирует секрецию сока желудочными железами. Особенно усиливают выделение гастрина продукты гидролиза белков. Однако затем клетки слизистой кишки начинают вырабатывать гормон секретин, который является антагонистом гастрина и тормозит желудочную секрецию. Кроме того, под влиянием жиров в кишке начинают вырабатываться такие гормоны, как желудочный ингибирующий пептид (GIP) и холецистокинин-панкреозимин (ХК-ПЗ). Они также угнетают ее.

На желудочную секрецию влияет состав пищи. Впервые это влияние было исследовано в лаборатории И.П. Павлова. Установлено, что наиболее сильными возбудителями секреции являются белки. Они вызывают выделение сока сильнокислой реакции и большой переваривающей силы. В них содержится много экстрактивных веществ (гистамин, аминокислоты и т.д.). Наиболее слабыми возбудителями секреции являются жиры. В них нет экстарктивных веществ и они стимулируют выработку в двенадцатиперстной кишке GIP и ХК-ПЗ. Эти эффекты пищевых веществ используются в диетотерапии.

Нарушения секреции проявляются гастритами. Различают гастриты с повышенной, сохраненной и пониженной секрецией. Они обусловлены нарушениями нейрогуморальных механизмов регуляции секреции или поражением железистых клеток желудка. При чрезмерной выработке гастрина G-клетками возникает болезнь Золлингера-Эллисона. Она проявляется гиперсекреторной активностью обкладочных клеток желудка, а также появлением язв слизистой.