Как осуществляется внеклеточный транспорт?

Ниже приведена схема клеток эпителия, которые являются всасывающей частью кишечника. Важно отметить, что клетки с внешней стороны кишечника (со стороны кровотока) сильно отличаются от клеток с внутренней стороны (откуда в результате процесса пищеварения поступают питательные вещества).

Представьте, что кишечник – это большой шланг. У него есть внутренняя и внешняя поверхность. Далее приведено его изображение в поперечном разрезе, как будто бы шланг разрезали ножом, а мы смотрим на его сечение сверху.

-----------------------------------------------------------------
Внешняя сторона "шланга"
Серозная сторона, или базолатеральная сторона, или сторона кровотока

Это щеточная кайма, или апикальная сторона, или «просвет кишечника», где находится пища
Внутренняя сторона "шланга"
------------------------------------------------------------------

Большие прямоугольники – это клетки кишечной стенки, при этом полезные вещества из пищи проходят от внутренней стороны (где находится пища) ко внешней стороне (стороне кровотока).

Символами ]]]] обозначена внутренняя сторона кишечника ХХХ с высокой способностью поглощения, которая соприкасается с пищей, проходящей через кишечник; на поверхности кишечника также есть переносчики, помогающие определенным веществам проникать через мембрану. Кроме того, мембрана препятствует проникновению определенных веществ в клетки. Эту сторону кишечника также называют "щеточной каймой" из-за характерных ворсинок. По ссылке приводится фотография щеточной мембраны.

Прерывистой линией на внешней стороне обозначена мембрана, которая помогает поглощенным веществам попасть в кровоток. Питательные вещества проходят через клетку к мембране, расположенной со стороны кровотока. Переносчики внутри данной мембраны пропускают в кровоток лишь определенные вещества.

Линией ====== обозначены плотные соединения, благодаря которым вещества попадают в кровоток, просто пройдя между клетками. Если соединение закрыто, питательные вещества ОБЯЗАТЕЛЬНО проходят через клетки, чтобы попасть в кровь, при этом данный процесс регулируется переносчиками с внешней и внутренней стороны клетки.

Ниже приводится ссылка на иллюстрацию этого процесса, но на этот раз мы смотрим с внутренней стороны «шланга». Данное изображение иллюстрирует, как глюкоза транспортируется в клетку, проходит через стенку кишечника, а затем преодолевает последнюю мембрану на пути к кровотоку.

Существует еще одна система регуляции, предназначенная для питательных веществ, которые проходят по другому маршруту. Вместо того, чтобы проходить через клетки, питательные вещества на этот раз идут в обход через просветы между клетками, которые обычно закрыты непроницаемыми перегородками.
Вещества, которые идут этим путем (внеклеточным, в отличие от внутриклеточного транспорта) могут быть пептидами из пищи (например, пептиды глютена или казеина или пептиды других пищевых продуктов) или небелковыми молекулами (например, оксалаты).

Оксалаты – это сложные высокореактивные соединения, обнаруживающиеся в основном в растениях и вступающие в реакцию с кальцием и другими молекулами.

Поэтому когда непроницаемые перегородки открываются, измененная структура клеток выглядит так:

------------------------------------------------------------------
Серозная сторона, или базолатеральная сторона, или сторона кровотока.

Щеточная кайма, или апикальная сторона, или "просвет кишечника", где находится пища
------------------------------------------------------------------

Когда отверстия открыты, многие молекулы проходят через одно из них, как например, собака могла бы пройти через дырку в заборе. Помните, что через эти открытые отверстия идет поток жидкости с растворенными веществами.

Вполне возможно, у вас сложится впечатление, что "синдром повышенной кишечной проницаемости" означает, что что-то не в порядке, но это не обязательно так. Размер отверстия может регулироваться, а за это отвечает иммунная система.

Некоторые из цитокинов открывают "отверстия", чтобы иммунные клетки из крови могли добраться до антигенов, находящихся в кишечнике.

Некоторые новые исследования доказывают, что открытие/закрытие данного отверстия тесно связано с кальцием, из чего следует, что данная система регулирования отверстий может иметь связь с оксалатами.

Что ученые узнали о системе регулирования отверстий?

В конце данной статьи размещены ссылки на исследования, авторы которых обнаружили, что процесс регулирования отверстия в определенной степени зависит от взаимодействия с кальцием.

Процесс зависит не от содержания кальция внутри клеток кишечной стенки, а от содержания кальция вне клеток. Удаление кальция с любой стороны от непроницаемого соединения могло бы действительно изменить ситуацию, но изменение содержания кальция внутри прямоугольника (обозначающего клетку) ни на что не влияло.

Рядом с отверстием с базолатеральной стороны (со стороны кровотока) находятся некоторые молекулы и "сенсор", захватывающий кальций, которые вместе с жидкостью перемещается в сторону кровотока. Эти "сенсоры" обозначены звездочкой.

Если "сенсор" получает достаточное количество кальция, отверстия закрываются как "на молнию".

По сути, кальций – это главный механизм закрытия отверстий. Если через отверстие проходит недостаточно кальция, отверстие остается открытым, чтобы кальций из пищи мог пройти через отверстие до получения необходимого количества для закрытия отверстия. Иногда происходят колебания размеров отверстия в зависимости от количества кальция.

Что происходит при низком содержании кальция?

Если после того, как отверстие откроется для поступления кальция, его содержание в пище окажется недостаточным для блокировки сенсора, это значит, что кальция недостаточно для закрытия отверстия.
Отверстие остается открытым до тех пор, пока не будет достаточного количества кальция для его закрытия и "дырявый кишечник" будет оставаться "дырявым".

Поэтому важно учесть все причины, которые могут привести к уменьшению поступления кальция из полости кишечника, и к тому, что кальция со стороны кровотока окажется недостаточно.

Какая связь между кальцием и нарушением пищеварения?

Ученые установили, что кальций, находящийся в полости кишечника, может связываться жирами, если есть нарушение усвоения жиров и нарушение их всасывания.

Непереваренные жиры в кишечнике вступают в реакцию с кальцием и образуют "мыльные" соединения, при этом ни жиры, ни кальций не усваиваются. Это также означает, что кальций не попадет через клетки в кровь через открытое отверстие, а также то, что кальций не вступит в реакцию с сенсорами, регулирующими раскрытие отверстий.

Ученые провели эксперимент, чтобы определить влияние жиров на усвоение оксалатов, и также установили, что при целиакии очень часто наблюдается такое же нарушение усвоения жиров. Это является одной из причин, почему больные целиакией имеют вполне предсказуемую проблему повышенной кишечной проницаемости и повышенное поступление оксалатов, характеризующееся оксалурией - высоким содержанием оксалатов в моче.

Какая связь между кальцием и щавелевой кислотой в кишечнике?

Непереваренные жиры – это не единственный механизм связывания так необходимого кальция. Кальций может связываться растворимыми оксалатами из продуктов с их высоким содержанием.

Пища – это не единственный источник оксалатов в кишечнике. Природа наделила организм механизмом удаления излишка оксалатов. Клетки кишечника оказываются буквально пропитаны щавелевой кислотой, когда данная кислота поступает в них из крови, а потом попадает непосредственно в кишечник. Почему это происходит? Это естественный механизм удаления высокореактивного вещества, способного повредить внутренние органы, особенно если эти органы уже страдают от какого-либо заболевания. Оксалаты ищут поврежденные ткани, поскольку они вступают в реакцию с молекулами, обычно спрятанными в здоровых тканях.

Выделение оксалатов в кишечник не зависит от источника этих оксалатов. Источниками оксалатов может быть пища, или же воздействие предшественников оксалатов (например, гликолиевой кислоты) в результате химического воздействия или воздействия окружающей среды, или же в результате излишней выработки оксалатов клетками самого организма в результате нехватки витаминов, генетических дефектов или других причин. Ученые установили, что организм может вырабатывать повышенное количество оксалатов при дефиците витамина В6, витамина, который широко изучался в связи с аутизмом. У некоторых людей повышенная выработка оксалатов может быть следствием избытка глицина. Также существуют генетические дефекты, которые приводят к повышенной выработке оксалатов. Даже если и есть ситуации, когда наш организм вырабатывает повышенное количество оксалатов с благой целью, они еще не установлены и не изучены, но мы будем продолжать искать их в рамках нашего проекта по оксалатам.

Одним из факторов, определяющих уровень секреции оксалатов в кишечник, является изменение их концентрации. Оксалаты перемещаются из мест с более высокой концентрацией в места с более низкой. Высокое содержание оксалатов в пище внутри кишечника может препятствовать поступлению в него оксалатов со стороны кровотока. Организм может использовать такие маркеры, как ангиотензин II, чтобы ускорить выведение оксалатов из клеток кишечника, но иногда, даже несмотря на более высокое содержание оксалатов в крови, их выделение в кишечник может быть заблокировано биохимическим сигналом. Например, в эксперименте это произошло, когда сигнал ангиотензина II был заблокирован, а это может быть вызвано ангиотензин-превращающим ферментом или, возможно, хелатором. Здесь необходимы дальнейшие исследования.

Вполне логично, что организм выводит излишек оксалатов в кишечник, поскольку именно в кишечнике кальций, содержащийся в пище, связывает оксалаты и таким образом препятствует их повторному всасыванию. Оксалаты могут содержаться в кале только в форме щавелевокислого кальция, поскольку только несвязанная форма оксалатов легко усваивается. Это подтверждено многими исследованиями.

Как микробы в кишечнике влияют на всасывание оксалатов?

Еще один способ снижения поступления оксалатов обеспечивает микрофлора кишечника, благодаря их поеданию и превращению во что-нибудь еще. К сожалению, эти же микробы легко убиваются антибиотиками. Довольно большое число исследований подтвердило связь между нехваткой таких специализированных бактерий и проблемами с оксалатами. В настоящее время одной из фармацевтических компаний предпринимается попытка решить эту проблему путем создания пробиотического/ферментного препарата для восполнения колоний бактерии oxalobacter formigenes , поглощающей самое большое количество оксалатов.

Состояние кишечника может улучшиться при сокращении секреции щавелевой кислоты, так как исследования подтвердили, что щавелевая кислота по своей природе обладает коррозионными свойствами и выжигает ткани. Даже при всем этом, как только кишечник утратит способность избавляться от «лишних» оксалатов (путем данной секреции с учетом реакций с кальцием или поглощения оксалатов специальными бактериями), тогда циркуляция оставшихся оксалатов может привести к повышению их содержания и проникновению в другие ткани.

Какова роль зонулина в регулировании отверстий?

Исследование, проведенное несколько лет назад, доказало, что протеины пшеницы и кукурузы могут приводить к повышенной кишечной проницаемости у крыс с дефицитом ниацина. В результате других исследований, проведенных с тех пор, установлено, что существует зависимость между поступлением протеина пшеницы глиадина и избыточной выработкой зонулина, который открывает отверстия.

Зонулин – это физиологическая молекула, открытая в 2000 г . До этого открытия ученые изучали подобие этой молекулы – токсин, выделяемый фагами против бактерий, которыми мог быть инфицирован пациент. Этот токсин назывался «Зот», а его способность открывать непроницаемые перегородки объяснялась его сходством с зонулином. В процессе изучения действия Зота ученые обнаружили новую группу взаимосвязей, которые регулировали внеклеточный транспорт в кишечнике.

Наличие зонулина (аналогичное отсутствию кальция) открывает просветы между клетками. Ученые обнаружили повышенное содержание зонулина одновременно в сыворотке крови и в просвете кишечника при целиакии. Они также установили путем наблюдения за пациентами с кожными реакциями на глютен (герпетиформным дерматитом), что данный феномен повышенной проницаемости/зонулина был частью патологического процесса, происходившего до уплощения ворсинок. Также было установлено, что нарушения, вызванное зонулином, могут запускаться простым присутствием глиадина.

Очевидно, зонулин способствует открытию отверстий. Я не думаю, что достоверно установлено, почему и как это происходит, но это может быть связано с тем, что фрагмент глютена под названием глиадин похож на часть молекулы калретикулин, которая переносит огромное количество кальция. Известно, что калретикулин участвует в оксалатном обмене растений, но такое влияние калретикулина на непроницаемые перегородки у животных не отмечалось. Кроме того, возможно, в данном месте в кишечной стенке есть еще одна молекула, подобная глютену.

К сожалению, нас поставило в тупик то, каким образом сделано это открытие, так как данная работа по зонулину и повышенной кишечной проницаемости совершенно новая. Антитела к калретикулину обнаруживаются при целиакии, а также при многих других аутоиммунных заболеваниях, сопровождающихся синдромом повышенной кишечной проницаемости, которые часто развиваются параллельно с целиакией. Отсюда возникает несколько вопросов:

Почему целиакия – это лучшая модель для понимания механизмов повышенной кишечной проницаемости?

Эти недавно обнаруженные механизмы доказывают, почему гипероксалурия – это хорошо известный компонент целиакии.

Кстати, при исследовании зонулина основной упор делается как раз на целиакию. Далее я привожу выдержки из трех исследований, посвященных связи зонулина и целиакии, но во всей медицинский литературе на сегодняшний день наберется всего тринадцать статей, посвященных зонулину.

Каким образом данная информация относится к диетам, которые в настоящее время используются при аутизме?

Конечно же, нужно учитывать, что одним из преимуществ БГБК диеты может быть улучшение барьерной функции кишечника, что не только сокращает всасывание опиоидных пептидов, но и ограничивает поступление оксалатов и других самых разных пищевых пептидов, провоцирующих аллергии.

Также нужно учитывать, что добавление в рацион некоторых продуктов с высоким содержанием оксалатов с целью замещения глютен и молочных продуктов может свести на нет весь эффект от удаления глютена.

Очевидно, что дисахаридазная недостаточность появляется до атрофии ворсинок, наблюдаемой при целиакии.

Такая последовательность может говорить о том, что какие-то изменения функции непроницаемых перегородок в результате воздействия глиадина, могут быть причиной того, что активность дисахаридазы падает в самом начале заболевания целиакией. Существует ли аналогичная последовательность событий при аутизме, которая объясняет, почему активность дисахаридазы снижается именно в определенный момент?

Нехватка дисахаридазы является причиной ограничения дисахаридов при специальной низкоуглеводной диете, и, кажется, именно такое ограничение позволяет снять воспаление кишечника у довольно большого количества людей.

Жаль, что SCD диета, в том виде, в котором она применяется при аутизме, ассоциируется с таким акцентом на продуктах с высоким содержанием оксалатов. Ограничение дисахаридов вовсе не значит, что НЕОБХОДИМО питаться продуктами с высоким содержанием оксалатов.

Вероятно, произошло следующее: родители ищут для детей продукты с более высоким содержанием калорий или хотели бы получить продукты, максимально приближенные к знакомым мучным изделиям, поскольку при SCD диете они не могут использовать сложные углеводы. Возможно, они обнаружили ухудшение у детей после приема продуктов с высоким содержанием оксалатов, как только ввели их. Организм действительно отчасти приспосабливается к высокооксалатным продуктам, но любовь детей к таким продуктам можно объяснить свойством оксалатов "вызывать привыкание", о котором писали некоторые родители на нашем сайте… Кажется, это привыкание снижается при снижении потребления оксалатов.

Поскольку продукты с высоким содержанием оксалатов очень часто включались в рацион при SCD диете в попытках увеличить питательную ценность и калорийность, сначала их включение в рацион казалось правильным.

Большая часть исследований, доказывающих пагубное воздействие оксалатов вне почек, были и остаются неизвестными для широких кругов. По этой причине создатели SCD диеты не могли ожидать таких последствий от оксалатов, когда из-за повышенной кишечной проницаемости оксалаты поступали в организм в количествах выше обычного.

Когда мы начали проект по оксалатам, мы также не ожидали, что ситуация повернется таким образом, но это отрицательное воздействие оксалатов было обнаружено тогда, когда дети стали прогрессировать с поразительной скоростью при исключении из рациона высокооксалатных продуктов. Исчезла проблема грибковой флоры. Казалось, что дисбиоз улучшился. Некоторые дети избавились от хронической диареи или запоров, а также от некоторых проблем с мочевыделительной системой, если те уже успели появиться. Эти изменения были просто удивительными, но что больше всего поразило нас, так это прогресс в речи, мелкой и общей моторике и даже в некоторых случаях возобновление роста тех детей, которые не росли.

Возможно ли, что оксалаты, попавшие в кровь, также проходили через гематоэнцефалический барьер – ткань с системой регуляции, подобной кишечнику?

Некоторые родители самостоятельно обнаружили проблемы с высокооксалатными продуктами, так как видели реакции детей, и исключили из рациона орехи и некоторые овощи задолго до того, как вообще зашла речь об оксалатах. Эти родители – настоящие ученые, настолько они наблюдательны! Наш проект по оксалатам помог им словами описать свои наблюдения, а также вывел их на других родителей, которые также обнаружили, что их дети реагируют на оксалаты.

Возможно ли устранение прежних непереносимостей у детей на низкооксалатной диете?

Мы обнаружили, что некоторые дети, у которых раньше наблюдались сильные реакции на рис, кукурузу и даже пшеницу и молочные продукты, стали переносить некоторое количество этих продуктов и других крахмалов, если придерживались низкооксалатной диеты. Переносимость этих продуктов повысилась, возможно, из-за того, что "непроницаемые перегородки" закрылись, что снизило общее действие этих антигенов на иммунную систему. Если дело действительно в этом, такие изменения могут снизить аллергические реакции на продукты и способствовать восстановлению активности дисахаридазы. Все это необходимо будет официально исследовать, поскольку на данный момент все эти улучшения подтверждены лишь отзывами родителей. Благодаря этому проекту мы подходим ближе к пониманию того, что нужно исследовать научно и какие показатели измерить.

В целом, я надеюсь, что все это приведет нас к пониманию важных механизмов, которые запускают или способствуют заболеваниям кишечника и вызывают боли в животе у детей с аутизмом. Возможно, вся проблема заключается в регуляции кальциевого обмена и открытии просветов кишечной стенки, но, возможно, есть и другие факторы и другие места нарушения, которые ученые еще не обнаружили.

Просто поразительно, сколько открытий сделано в процессе изучения целиакии. Возможно, стоит серьезно задуматься, когда гастроэнтерологи говорят, что остеопороз часто является первым симптомом целиакии, поскольку этот момент также связан с кальцием.

Будущая цель данного проекта выходит далеко за пределы изучения вопросов диеты или решения проблемы повышенной кишечной проницаемости. В настоящее время мы стараемся склонить ученых к отдельному изучению проблемы оксалатов при аутизме. Дальнейшей целью является определение последствий воздействия оксалатов у животных помимо формирования кристаллов, кальцификации или заболеваний почек. Очевидно, что мы в самом начале проекта.

Перевод: Мария Толстоухова

Автор: Сюзан Оуэнс,
Помощник исследователя, Исследовательский институт Гуссона,
Член группы DAN! Thinktank Института изучения аутизма
2006 г.