Działalność naukowa

Osiągnięcia naukowe Katedry Fizjologii obejmują ponad 900 prac doświadczalnych, w których można by wyróżnić następujące grupy prac:

1. Określenie roli i znaczenia czynników wzrostowych takich jak EGF, bFGF, TGFa, PDGF, hormon wzrostu (GH) w utrzymaniu fizjologicznej proliferacji komórek błony śluzowej żołądka i jelit oraz trzustki oraz zmiany tej regulacji w stanach zapalnych żołądka i trzustki. Te prace prowadzone wspólnie z noblistą S. Cohenem (USA) i H. Gregorym (Anglia) pozwoliły na bliższe poznanie roli i znaczenia czynników wzrostowych w utrzymaniu integralności błony śluzowej żołądka i trzustki oraz ich udział w gojeniu uszkodzeń trawiennych żołądka oraz regeneracji trzustki po jej zapaleniu. W sumie prac opublikowanych dotyczących czynników wzrostowych opublikowano 32, w tym 31 w języku angielskim i 1 w japońskim.

2. Wyjaśnienie roli i znaczenia fizjologicznego nowo odkrywanych i dostępnych w czystej chemicznie postaci enterohormonów jak gastryna, progastryna, cholecystokinina (CCK) i jej analogony jak caeruleina peptyd uwalniający gastrynę (GRP), sekretyna, motylina, grelina, leptyna, neurotenzyna, enkefalina, neuropeptyd Y (NPY), peptyd YY (PYY). W badaniach tych nie tylko określono farmakologię badanych enterohormonów, ale także ich rolę fizjologiczną w procesach wydzielniczych, krążeniowych i motorycznych układu trawiennego poprzez oznaczenie immunochemiczne tych hormonów w osoczu krwi przed i po podaniu tych hormonów oraz przed i po przyjęciu pokarmu. Hormony takie jak grelina, leptyna, NPY i PYY badano w aspekcie udziału przyjmowania pokarmu oraz zmian motorycznych i wydzielniczych żołądka towarzyszących temu przyjmowaniu. W sumie enterohormonom poświęcono łącznie 210 prac oryginalnych oraz przedstawiono je na licznych sympozjach krajowych i zagranicznych.

3. Po odkryciu przez A. Roberta gastroprotekcyjnego działania prostaglandyn (PG) serii E i ich trwałych analogów, zespół kierowany przez prof. S.J. Konturka, wszedł w bliski kontakt z firmą Upjohn, Kalamazoo, USA, zapoznając się w tym ośrodku z farmakologią i działaniem tych prostagladyn, aby po powrocie do kraju kontynuować te badania nad gastroprotekcją, której przypisywano możliwości udziału w zapobieganiu i gojeniu ostrych i przewlekłych uszkodzeń trawiennych i ich efektów ubocznych. Wspólnie z prof. T. Brzozowskim wykazano, że te PG mają działanie gastroprotekcyjne i że uczestniczą w gastroprotekcji i leczeniu uszkodzeń trawiennych poprzez inne środki np. sukralfat, karbenoksolon, leki alkalizujące (antacida) i niektóre hormony żołądkowo - jelitowe np. EGF, gastryna, CCK i inne. Wykazano ponadto wspólnie z prof. W. W. Pawlikiem, że naśluzówkowe stosowanie kwasu arachidonowego działa protekcyjnie na uszkodzenia błony śluzowej w wyniku konwersji tego kwasu do cytoprotekcyjnych prostagladyn. Udział endogennych PG w działaniu kwasu arachidonowego na śluzówkę żołądka i przepływ śluzówkowy krwi udowodniono oznaczając uwalnianie endogennych PG serii E i I oraz eliminując efekty protekcyjne tego kwasu przez zahamowanie konwersji tego kwasu do PG przy użyciu niesterydowych leków przeciwzapalnych (NLPZ). Wspólnie z T. Brzozowskim wykazano, że prostagladyny wpływają także cytoprotekcyjnie na izolowane in vitro gruczoły żołądkowe u zwierząt i u ludzi.

4. Ponieważ błona śluzowa żołądka jest ustawicznie narażona na działanie wielu różnych czynników drażniących pochodzenia pokarmowego i zanieczyszczających pokarm licznych bakterii i ich toksyn, alkoholu, różnych leków, jak np. aspiryna i inne NLPZ i endogennych substancji drażniących takich jak kwas solny i żółć lub stres, więc badano udział endogennych prostagladyn w tych uszkodzeniach żołądka i okazało się, ze pomimo działania tych czynników uszkadzających śluzówka żołądka zachowuje integralność za sprawą zwiększonej biosyntezy PG i tlenku azotu (NO). Zjawisko tej gastroprotekcji opisano w kilku pracach wykazujących zwiększoną biosyntezę PG i No dzięki wzmożonej ekspresji COX-1, COX-2 oraz cNOS i iNOS. Niezwykle pomocne w tych badaniach było zorganizowanie wspomnianej pracowni izotopowej pozwalającej na oznaczanie immunocytochemicznie endogennych prostagladyn oraz pracowni biologii molekularnej umożliwiającej badanie ekspresji genowej i białkowej COX-1 i COX-2, enzymów odpowiedzialnych za biosyntezę PG. Wykazano, że aspiryna wykazuje bardzo silnie hamujące działanie na biosyntezę PG po jednorazowej dawce wywołuje liczne owrzodzenia, ale to po jej wielokrotnym stosowaniu obserwuje się zjawisko adaptacji i zmniejszenia uszkodzeń trawiennych błony śluzowej w wyniku nie tyle wzrostu endogennych PG ale raczej zmian w aktywności enzymów uwalniających prostagladyn. W przypadku adaptacji do aspiryny, której mechanizm i występowanie opisano po raz pierwszy w piśmiennictwie, wykazało że chodzi o acetylację COX-2 przez aspirynę i generowanie w błonie śluzowej związków typu lipoksyn o działaniu przeciwzapalnym i ochronnym. Zgodnie z naszymi wynikami adaptacja do NLPZ, zwłaszcza do aspiryny, ulega upośledzeniu w żołądku zakażonym przez Helicobacter pylori i stanowi to jeden z mechanizmów działania uszkadzającego tej bakterii u ludzi leczonych NLPZ, co stanowi przedmiot 15 prac naukowych.

5. Poddając różne narządy np. żołądek, wątrobę lub trzustkę krótkotrwałej ischemii z następową reperfuzją opisano tak zwane zjawisko "hartowania", wyjaśniając, że jest to związanie ze wzrostem aktywności włókien czuciowych z uwalnianiem neuropeptydu CGRP (calcitonin gene related peptide) i uaktywnieniem osi jelitowo - mózgowej (Brain - Gut Axis). To hartowanie obejmuje wszystkie narządy unerwione do i odśrodkowo przez włókna składające się na oś jelitowo-mózgową, wzmagając ich odporność na działanie czynników uszkadzających i zapewniających homeostazę tych narządów.

6. Od początku lat 90 do chwili obecnej w Katedrze Fizjologii powstał jedyny w Polsce kompleksowy ośrodek wykonywania i badania skutków infekcji H. pylori. Rozwinięto własną metodę nieinwazyjnego wykrywania tej infekcji i przy użyciu znakowanego C13 mocznika (test oddechowy), szybkiego testu ureazowego z pobraniem endoskopowym śluzówki żołądka tzw. CLO testu oraz badania histochemicznego bioptatów żołądka. Przedmiotem naszych badań było zapalenie żołądka, wrzód trawienny żołądka i dwunastnicy, rak i chłoniak typu MALT. W ponad 200 pracach oryginalnych opartych na badaniach u ludzi oraz na modelu zwierzęcym u gerbili starano się wyjaśnić mechanizm zmian wydzielniczych i hormonalnych towarzyszących infekcji H. pylori, a szczególnie biologię molekularną zapalenia zanikowego żołądka, zwłaszcza rolę czynników wzrostowych, gastryny, COX-1, COX-2, iNOS, wolnych rodników białek apoptotycznych oraz uszkodzenia DNA komórek nabłonkowych w procesie nowotworzenia. Współpracując z noblistami z 2005, zwłaszcza z B. Marshallem i J. Warrenem wyjaśniono etapy biochemiczne tzw. kaskady Corre'a i prowadzącej od zdrowej śluzówki poprzez jej ostre, a potem przewlekłe zanikowe zapalenie wywołane H. pylori do rozwoju zmian dysplastycznych i nowotworowych połączonych ze wzmożone ekspresją gastyny i progastyny, niektórych czynników wzrostowych zwłaszcza TGFa, COX-2 i iNOS, wolnych rodników i białek apoptotycznych jak BCI2 i survivina. Stosując blokery COX-2, eliminację infekcji H. pylori i duże dawki leków antyoksydacyjnych np. witaminy C wykazano możliwość wstrzymania, a w pewnych warunkach nawet odwrócenia niekorzystnych zmian błony śluzowej żołądka w kierunku zmiany nowotworowej.

7. Zespół kierowany przez W. W. Pawlika od wielu lat zgłębia mechanizmy neurohormonalne krążenia trzewnego w obszarze żołądkowym, wątrobowym i trzustkowym, starając się dowieść istotnej roli osi jelitowo - mózgowej w kontroli tego krążenia w warunkach podstawowych i uszkodzenia tych narządów przez czynniki drażniące jak np. etanol, aspiryna oraz rozwój wrzodów trawiennych. Szczególne znaczenie przypisywano osi jelitowo - mózgowej w homeostazie krążenia trzewnego oraz nerwom czuciowym kapsaicyno-wrażliwym. Prof. A. Dembiński wraz z zespołem badał udział czynników wzrostowych oraz kanabinoidów w utrzymaniu integralności trzustki w stanach prawidłowych oraz po wywołaniu ostrego zapalenia trzustki z użyciem hiperstymulacji ceruleinowej lub ischemii z reperfuzją. Prof. J. Jaworek wraz z zespołem stanowiącym Zakład Fizjologii Medycznej na Wydziale Ochrony Zdrowia UJ, badała rolę i znaczenie melatoniny w mechanizmach wydzielniczych, reparacyjnych i prelekcyjnych trzustki. Wszystkie te zespoły kierowane od 1969 do 2001 przez prof. S. J. Konturka, a od 2001 przez prof. W. W. Pawlika, chociaż pracują oddzielnie, w oparciu o własne granty, promują i publikują prace głównie z zakresu doświadczalnej i klinicznej gastroenterologii. Wyrazem uznania dla ponad 900 oryginalnych prac opublikowanych przez te zespoły może być wysoki "impact factor" (ponad 2500) i najwyższa wśród pracowników nauki w kraju liczba cytowań prac.

8.W ostatnich latach w Katedrze Fizjologii oprócz zadań wykonywanych w ramach działalności statutowej, były realizowane również projekty naukowe, które uzyskały finansowanie z Narodowego Centrum Nauki (NCN). Zalicza się tutaj m.in. prowadzone przez dr Marcina Magierowskiego badania nad gastroprotekcyjnym działaniem siarkowodoru (H2S) w kontekście uszkodzeń błony śluzowej żołądka indukowanych ekspozycją na ostry stres, ischemię z reperfuzją oraz aplikację 75% etanolu lub alendronianów (Etiuda: UMO-2015/16/T/NZ4/00176). Prace te były realizowane m.in. we współpracy z dr Johnem L Wallacem z McMaster University oraz The University of Calgary w Kanadzie.

W ramach tych badań udowodniono, że H2S uwalniany ze związku NaHS oraz produkowany endogennie z aminokwasu L-cysteiny, hamował rozwój uszkodzeń błony śluzowej żołądka indukowanych czynnikami wrzodotwórczymi, w tym ekspozycją na stres (WRS), I/R, dożołądkową aplikacją 75% etanolu lub po podawaniu alendronianu, czemu towarzyszył wzrost żołądkowego przepływu krwi (GBF). Protekcji wynikającej z aplikacji NaHS towarzyszył wzrost produkcji endogennego H2S poprzez aktywność głównych enzymów biorących udział w jego biosyntezie, g-liazy cystationiny CSE oraz b-syntazy cystationiny (CBS). W tych warunkach zaobserwowano również wzrost ekspresji białka dla cyklooksygenazy (COX)-1, COX-2 skutkujący zwiększeniem poziomu PGE2 w błonie śluzowej żołądka poddanej ekspozycji na WRS. NaHS zredukował powierzchnię uszkodzeń w ischemiczno-reperfuzyjnych oraz ich progresję do chronicznych wrzodów żołądka, czemu towarzyszył wzrost produkcji endogennego H2S, głównie na drodze aktywności CSE/CBS w błonie śluzowej żołądka. Blokada receptora waniloidowego typu 1 (TRPV1) oraz denerwacja kapsaicynowa hamowały ochronne działanie NaHS w modelu stresowym oraz ischemiczno-reperfuzyjnym i efekty te były połączone ze spadkiem mikrokrążenia żołądkowego.

Istotnym aspektem dalszych badań dr Magierowskiego były poszukiwania interakcji H2S z innym gazowym mediatorem jakim jest tlenek węgla (CO) w kontekście patofizjologii uszkodzeń błony śluzowej żołądka indukowanych aplikacją aspiryny (pozyskane środki z NCN w ramach konkursu Preludium: UMO-2014/15/N/NZ4/04564). Wykazano m. in., że gastroochronne działanie H2S jest zależne od biosyntezy endogennego CO, natomiast gastroprotekcja wynikająca z podawania donora CO jest niezależna od endogennego H2S. Z tych pionierskich badań wynika, że zarówno CO, jak i H2S działają ochronnie w obrębie błony śluzowej żołądka poprzez mechanizm zależny od rozpuszczalnej cyklazy guanylowej (GC) oraz trzeciego gazowego mediatora, jakim jest tlenek azotu (NO).

            Obecnie, w trakcie realizacji pod kierownictwem pracowników Katedry Fizjologii jest kilka projektów finansowanych przez NCN i NCBiR w tym:

  1. OPUS (2015/19/B/NZ4/03130), Rola egzogennej i endogennej fosfatazy alkalicznej w przebiegu eksperymentalnego zapalenia okrężnicy u myszy karmionych dietą wysokotłuszczową;

kierownik projektu: prof. Tomasz Brzozowski

  1. OPUS (2013/09/B/NZ4/01566), Rola tkanki tłuszczowej krezki oraz osi mięśnie- tkanka tłuszczowa w przebiegu eksperymentalnego zapalenia okrężnicy u myszy z normalną wagą i otyłością indukowaną dietą wysokotłuszczową;

kierownik projektu: prof. Tomasz Brzozowski

  1. SONATA (2016/21/D/NZ6/02123), Patofizjologia ziarniniakowatości z zapaleniem naczyń (GPA) - rola pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w transporcie RNA;

kierownik projektu: dr Marcin Surmiak

(projekt realizowany w II Katedrze Chorób Wewnętrznych UJ CM)

  1. SONATA (2016/23/D/NZ4/01913), Siarkowodór jako endogenna molekuła ochronna w patofizjologii rozwoju przełyku Barrett’a;

kierownik projektu: dr Marcin Magierowski,

(projekt realizowany we współpracy z Laboratory of Gastroenterology and Hepatology, Erasmus Medical Center w Rotterdamie (Niderlandy))

http://rzeczo.pl/siarkowodor-jako-molekula-ochronna-blony-sluzowej-przewodu-pokarmowego/

  1. PRELUDIUM (2016/23/N/NZ4/03252): Wpływ zabiegów bariatrycznych, oraz wagotomii na zmianę wydzielania hormonów przewodu pokarmowego związanych z otyłością i stopień redukcji masy ciała - badanie eksperymentalne w oparciu o model zwierzęcy;

kierownik projektu: lek. Mateusz Wierdak

  1. PRELUDIUM (2016/23/N/NZ4/01890): Znaczenie tlenku węgla (CO) w gastroprotekcji względem doświadczalnych ischemiczno-reperfuzyjnych uszkodzeń błony śluzowej górnego odcinka przewodu pokarmowego;

kierownik projektu: dr Katarzyna Magierowska

  1. LIDER (LIDER/9/0055/L-8/16/ NCBR/2017), „Nowe pochodne niesteroidowych leków przeciwzapalnych uwalniające siarkowodór w leczeniu oraz prewencji schorzeń błony śluzowej przełyku" 

kierownik projektu: dr Marcin Magierowski