Механизм действия гормонов поджелудочной железы

Поджелудочная железа относится к смешанным железам. В ней одновременно с образованием пищеварительного сока секретируются гормоны, поступающие в кровь. Эндокринная часть железы представлена группами панкреатических островков Лангерганса диаметром 100-300 мкм, которые сформированы яйцевидными клеточными скоплениями, богатыми капиллярами и разбросанными по телу поджелудочной железы. Они составляют около 2% объема железы, тогда как вся эндокринная часть — 80%, остальное приходится на протоки и кровеносные сосуды.

Общее количество островков колеблется в пределах 1-2 млн. Каждый из них имеет хорошее кровоснабжение, кровь из них поступает в воротнню вены печени. Клетки в островках разделяют на типы по их морфологическим свойствам. У человека различают четыре различных типа клеток: 1) А, 2) В, 3) D и 4) F. Эти клетки называют также 1) альфа, 2) бета, 3) дельта, 4) ПП или PP. Клетки А (альфа) секретируют глюкагон (10-30% от общего количества клеток островков), клетки В (бета) — инсулин (60-80%), клетки D (дельта) — соматостатин (около 10%) и F (ПП, PP) — панкреатический полипептид (3-5%).

Клетки типа В расположены в центре каждого островка, окружены клетками A, D и F. Островки на теле, хвосте, передней и верхней части головки поджелудочной железы человека имеют много А-клеток и лишь несколько F- клеток во внешней части, тогда как в задней — сравнительно много F-клеток и мало типа А.

Доказано также наличие в островковом аппарате эпсилон-клеток (менее 1% всего пула клеток островковков), которые секретируют «гормон голода» грелин, возбуждающий аппетит.

В островках поджелудочной железы образуются три основных гормона: инсулин, глюкагон и соматостатин. Все они являются белками.

Инсулин.

Синтезируется в В (бета) клетках; полипептид, состоящий из двух пептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками. Синтезированный сначала в виде проинсулина, гормон, проходя через аппарат Гольджи, накапливается в гранулах уже в виде активного инсулина. Эти процессы проходят с участием цАМФ. Основным стимулятором синтеза проинсулина является глюкоза, в меньшей степени — манноза и лейцин.

На образование инсулина влияют и гормоны — СТГ, глюкагон, адреналин. Но, например, глюкагон стимулирует синтез инсулина только при наличии глюкозы, то есть, в данном случае он является агонистом глюкозы. Образование гормона возрастает при условии потребления пищи с высоким содержанием углеводов, в случае ожирения, беременности, а также в условиях хронического избытка гормона роста. Образование гормона тормозится на фоне повышения в крови уровня адреналина, низкого содержания в пище углеводов и высокого — жиров, во время голодания.

Непосредственным катализатором секреции готового гормона инсулина служат ионы кальция. Поэтому процессы, приводящие к увеличению внутри В (бета) — клеток этих ионов, обеспечивают рост концентрации гормона в крови. Наиболее мощными стимуляторами синтеза является сама глюкоза или её метаболиты.

Поступление инсулина в кровь приводит к снижению в ней уровня глюкозы. Механизм действия инсулина определяется его взаимодействием с рецепторами клеточных мембран. Плотность рецепторов, как и их сродство с гормоном, непостоянны. Так, чувствительность к инсулину повышается при голодании, а в случае увеличения концентрации гормона в крови, наоборот, прогрессивно снижается.

Физиологические эффекты инсулина долгосрочные и сложные, их можно разделить на быстрые, промежуточные и медленные.

Главным эффектом гормона является увеличение трансмембранного транспорта глюкозы, что обеспечивает усвоение её клетками, и, соответственно, снижение концентрации глюкозы в крови. Особенно это характерно для клеток печени и скелетных мышц. В печени инсулин обеспечивает усиление синтеза гликогена из глюкозы, а в высокой концентрации может даже ингибировать ферменты, расщепляющие гликоген, и тем самым блокировать его использование.

Влияние на печень ярко проявляется после еды, благодаря чему глюкоза из крови быстро поступает в депо. В случае избытка гликогена в клетках печени под влиянием инсулина из глюкозы синтезируется жир. В скелетных мышцах поступившая глюкоза может использоваться для синтеза гликогена (если мышца не сокращается) или для образования АТФ при выполнении физической работы.

При недостаточной выработке инсулина развивается сахарный диабет. В этом случае ткани не могут в полной мере потреблять глюкозу из крови, поскольку нарушается её транспорт в клетки, что приводит к накоплению глюкозы в крови (гипергликемии) и появлению сахара в моче. Поскольку глюкоза является основным энергетическим веществом организма, в клетках происходит интенсивное окисление жиров и накопление продуктов их распада — ацетона, ацетоуксусной и p-гидроксимасляной кислот (кетоновых тел). Эти вещества, накапливаясь в крови, оказывают токсическое воздействие на ЦНС, вызывая развитие тяжелого состояния — диабетической комы.

Инсулин оказывает также и стимулирующее влияние на рост. Это митогенное влияние гормона, вероятно, обусловлен его участием в синтезе печеночного соматомедина. Возможно, это обусловлено участием инсулина в белковом обмене: под влиянием гормона активируется трансмембранный транспорт многих, хотя и не всех, аминокислот, также инсулин повышает скорость транскрипции ДНК в ядре клеток.

Инсулин влияет также на обмен жиров. Избыток глюкозы, поступившей в печень под влиянием инсулина, превращается не в гликоген, а в жир, а образующиеся жирные кислоты транспортируются кровью в жировую ткань. Аналогично влияние инсулина на образование жиров и в клетках жировой ткани.

Таким образом, хотя инсулин и является одним из основных регуляторов углеводного обмена, он участвует в регуляции обмена и других органических соединений. Поэтому в случае его недостатка (при диабете) наступают значительные патологические изменения в организме.

Глюкагон.

Пептид, как и инсулин, образуется путем протеолиза из прогормона. Кристаллы активного гормона образуют А (альфа)-клетки островков поджелудочной железы и клетки верхнего отдела пищеварительного тракта. Секреция глюкагона подавляется вследствие повышения внутри клетки концентрации свободного кальция, что происходит, например, под влиянием глюкозы.

Глюкагон является одним из основных физиологических антагонистов инсулина, что особенно проявляется на фоне дефицита последнего. Глюкагон влияет прежде всего на печень, где стимулирует расщепление гликогена (гликогенолиз), обеспечивая таким образом быстрый рост концентрации глюкозы в крови. Биологические эффекты гормона обусловлены взаимодействием с соответствующим рецептором и последующей стимуляцией образования цАМФ. Под влиянием гормона также стимулируется расщепление белков, липидов, а синтез белков и жиров подавляется.

Соматостатин.

Синтезированый в D (дельта)-клетках островков полипептид соматостатин имеет короткий период полураспада (около 5 мин). Конечно, стимуляторы секреции инсулина повышают образование и соматостатина, который преимущественно ингибирует секрецию инсулина, глюкагона, а также гормона роста.

Таким образом, между отдельными клетками островков Лангерганса проявляется тесная взаимосвязь: инсулин ингибирует секреторную активность А (альфа) клеток, глюкагон — стимулирует секрецию В (бета) клеток, а соматостатин ингибирует активность А (альфа) и В (бета) — клеток.

Источник

Местоположение, размер и структура поджелудочной железы.

Поджелудочная железа является органом и внешней и внутренней секреции. Эндокринная часть железы представлена отдельными клеточными группами, образующими небольшие островки в массе всей остальной ее ткани.

Эти группы клеток называют островками Лангерганса. Число островков наибольшее в хвостовой части железы. Размер одного островка составляет 0,1-0,3 мм, число их от 200 тыс до 1,8 млн. Некоторые островки отделены от окружающих их тканей тонкой соединительнотканной оболочкой. В островках Лангерганса различают четыре группы клеток: альфа, бета, игрек и гамма. Они неодинаково окрашиваются и выполняют разные функции. Больше всего встречается бета-клеток (70%), примерно 20% от числа всех клеток приходится на альфа-клетки и примерно по 5% составляют игрек и гамма-клетки.

Гормоны поджелудочной железы.

В островках Лангерганса образуются три гормона: инсулин, глюкагон и липокаин.

Значение инсулина было выявлено еще в 1889 году, когда исследователи Меринг и Минковский, удалив у собаки поджелудочную железу, обнаружили в ее моче сахар. Отсюда ими был сделан вывод, что поджелудочная железа регулирует количество сахара в организме. Русский ученый Л.В.Соболев в 1902 году показал, что поджелудочная железа наряду с экзокринной выполняет и эндокринную функцию. Он перевязал выводной проток поджелудочной железы, после чего отмечал гибель клеток, в которых образуется секрет, выделяющийся в двенадцатиперстную кишку, в то время как островковая ткань не подвергалась изменению и нарушения обмена углеводов не отмечалось. В 1921 году ученые Бантиг и Бест выделили из островков гормон, названный ими инсулином (insula — островок).

В настоящее время полностью изучена структура инсулина и он искусственно синтезирован. Молекула инсулина состоит из двух цепей: А и В. Цепь А включает 21 аминокислотный остаток, а цепь В — 13-30. Установлено, что инсулин образуется в бета-клетках. Для его связывания с белком гранул и последующего освобождения необходим цинк. Инсулин стимулирует синтез гликогена в печени, мышцах, тормозит его превращение в сахар и способствует окислению сахара в мышцах. Поэтому после выключения функции островков Лангерганса (есть лекарственные препараты, которые избирательно их повреждают), в крови резко увеличивается содержание сахара, что называется гипергликемией, и он начинает появляться в моче. Наличие сахара в моче называют глюкозурией. При введении инсулина резко уменьшается количество сахара в крови с 80-120 до 30-45 мг%. Уменьшение количества сахара в крови называют гипогликемией.

Глюкагон образуется в альфа-клетках, состоит из 29 аминокислотных остатков и действует противоположно инсулину. Он вызывает гипергликемию и уменьшает содержание гликогена в печени.

Липокаин способствует выходу жиров из печени, окислению их в ней и тормозит превращение углеводов в жиры. Секреция гормонов островками Лангерганса регулируется содержанием сахара в крови. Альфа- и бета-клетки воспринимают изменения концентрации сахара в крови, и по принципу отрицательной обратной связи меняется активность этих клеток. Гипергликемия активирует бета-клетки и тормозит альфа-клетки, а гипогликемия активирует альфа-клетки и тормозит бета-клетки.

Механизм действия гормонов поджелудочной железы.

Считают, что имеется несколько путей воздействия гормонов поджелудочной железы на углеводный обмен. Инсулин способствует проникновению глюкозы через мембрану клетки и ее внутриклеточному накоплению. Кроме того, инсулин индуцирует синтез ферментов, способствующих синтезу гликогена и окислению глюкозы. Глюкагон увеличивает содержание фермента, вызывающего расщепление гликогена.

Гипер- и гипофункция поджелудочной железы.

Гиперфункция поджелудочной железы — очень редкое заболевание. Оно проявляется в гипогликемии и в связанном с этим нарушении деятельности центральной нервной системы, которая чрезвычайно чувствительна к недостатку глюкозы. Возникают слабость, судороги, потеря сознания. Введение глюкозы снимает все эти явления.

При гипофункции поджелудочной железы возникает сахарный диабет. Она характеризуется целым рядом симптомов, возникновение которых связано с увеличением содержания сахара в крови. Количество его может повышаться до 200-500 мг%. При этом в кровь переходит жидкость из тканей, что приводит к их обезвоживанию. Больной постоянно испытывает жажду. Он выпивает около 10 л воды, большая часть которой поступает в кровь и выделяется почками. За сутки у таких больных выделяется от 3 до 12, а в редких случаях до 25 л. Ослабление процессов окисления глюкозы приводит к нарушению обмена жиров. Образуются продукты неполного окисления жиров — кетоновые тела, что приводит к сдвигу реакции крови в кислую сторону — к ацидозу.

Инсулин — эффективное средство лечения диабет. Он дает возможность в течение десятилетий сохранять трудоспособность больных.

Источник

II. Гормоны поджелудочной железы и механизм их действия

Инсулин является гормоном и образуется в ?-клетках поджелудочной железы из его предшественника – проинсулина, который синтезируется на рибосомах грубой эндоплазматической сети. Относительная молекулярная масса инсулина 6000, он является сложным полипептидом. Молекула инсулина состоит из двух цепей, А и В, соединенных дисульфидными мостиками. Цепь А содержит 21, а цепь В – 30 аминокислотных остатков.

Проинсулин – это полипептид, состоящий из 86 аминокислотных остатков. Его молекулярная масса около 10 000. Молекула проинсулина представляет собой молекулу инсулина, замкнутую пептидом, который был назван соединяющим, или С-пептидом. Он делает молекулу инсулина биологически неактивной.

Протеолитические ферменты воздействуют на проинсулин, в ?-клетках образуется инсулин и С-пептид, которые затем поступают в кровь в эквимолярных количествах. Содержание проинсулина в поджелудочной железе составляет 1–2 % от содержания инсулина.

Биосинтез и секрецию инсулина в основном стимулирует глюкоза. Показана двухфазность секреции инсулина в ответ на увеличение содержания сахара в крови. Первоначальный подъем его уровня связывают с секрецией накопленного ранее ?-клетками инсулина, а вторичный – с выделением вновь образованного.

В крови инсулин находится в свободной и связанной с белками плазмы формах. Свободный инсулин стимулирует поглощение глюкозы нервной и мышечной тканью, реагирует с антителами к кристаллическому инсулину.

Связанная форма инсулина проявляет свою активность только на жировой ткани и иммунологически не активна.

Инсулин является анаболическим гормоном, усиливающим синтез углеводов, белков, нуклеиновых кислот и жира. Его влияние на углеводный обмен выражается в увеличении транспорта глюкозы в клетки инсулинзависимых тканей, стимуляции синтеза гликогена в печени, а также понижении уровня сахара в крови. Влияние инсулина на белковый обмен выражается в стимуляции транспорта аминокислот через цитоплазматическую мембрану клеток, синтеза белка и торможения его распада. Его участие в жировом обмене характеризуется включением жирных кислот в триглицериды жировой ткани, стимуляцией синтеза липидов и подавлением липолиза.

Уровень инсулина в крови можно определить с помощью биологической и радиоиммунологической методик.

Радиоиммунологические методы основаны на антигенных свойствах инсулина. Нормальная базальная концентрация иммунореактивного инсулина в плазме крови– 10–20 мкЕД/мл, С-пептида – 0,9–3,5 нг/мл. Секрецию инсулина повышает стимуляция парасимпатической нервной системы и уменьшает стимуляция симпатической нервной системы.

Глюкагон так же, как и инсулин, является полипептидом и состоит из 29 аминокислотных остатков. В отличие от инсулина он невидоспецифичен. Его молекулярная масса 3485 дальтон. Глюкагон образуется из своего предшественника проглюкагона, который лишен гликогенолитической активности.

Секрецию глюкагона регулируют глюкоза, аминокислоты, гастроинтестинальные гормоны и симпатическая нервная система. Ее усиливают гипогликемия (снижение сахара в крови), аргинин, гастроинтестинальные гормоны, особенно панкреозимин, факторы, стимулирующие симпатическую нервную систему (физическая нагрузка и др.), уменьшение содержания в крови свободных жирных кислот. Угнетают продукцию глюкагона соматостатин, гипергликемия (повышение уровня сахара в крови), повышенный уровень свободных жирных кислот в крови. Содержание глюкагона в крови повышается при декомпенсированном сахарном диабете, опухоли поджелудочной железы – глюкагономе. Период полураспада глюкагона составляет 10 мин.

Основной механизм действия глюкагона характеризуется увеличением продукции глюкозы печенью путем стимуляции его распада. При введении фармакологических доз гормона снижаются уровни калия и кальция в сыворотке крови, уменьшается секреция хлористоводородной кислоты и ферментов поджелудочной железы.

Распад глюкагона в отличие от инсулина происходит не в печени, а в почках. Нормальная базальная концентрация иммунореактивного глюкагона в сыворотке крови составляет 75-150 пг/мл.

Соматостатин представляет собой тетрадекапептид, состоящий из 13 аминокислотных остатков и является веществом, которое подавляет выработку не только гормона роста, но и инсулина, глюкагона, ряда гормонов желудочно-кишечного тракта.

Противоречивость данных не позволяет объяснить влияние соматостатина на секрецию островковых клеток поджелудочной железы.

Биологическая роль соматостатина заключается в подавлении секреции соматотропного гормона, адренокортикотропного гормона, тиреотропного гормона, гастрина, глюкагона, инсулина, мотиллина, ренина, секретина, вазоактивного желудочного пептида, желудочного сока, панкреатических ферментов и электролитов. Он понижает сократимость желчного пузыря, кровоток внутренних органов (на 30–40 %), перистальтику кишечника, а также уменьшает электровозбудимость нервов.

Период полураспада парентерально введенного соматостатина составляет 1–2 мин. Содержание соматостатина в плазме крови здоровых лиц составляет 10–25 пг/л и повышается у больных сахарным диабетом 1-го типа, акромегалией и при соматостатиноме – опухоли поджелудочной железы.

В энергетическом балансе организма основную роль играют инсулин и глюкагон, которые поддерживают его на определенном уровне при различных состояниях организма. Во время голодания уровень инсулина в крови понижается, а глюкагона – повышается, особенно на 3-5-й день голодания (примерно в 3–5 раз). Увеличение секреции глюкагона вызывает повышенный распад белка в мышцах и способствует пополнению запасов гликогена в печени. В течение суток мозговая ткань поглощает от 100 до 150 г глюкозы. Повышенная продукция глюкагона повышает в крови уровень свободных жирных кислот, которые используются сердечной и другими мышцами, печенью, почками в качестве энергетического материала. При длительном голодании источником энергии становятся и кетокислоты, образующиеся в печени. При естественном голодании (в течение ночи) или при длительных перерывах в приеме пищи (6-12 ч) энергетические потребности инсулинзависимых тканей организма поддерживаются за счет жирных кислот.

После приема пищи (углеводистой) наблюдается быстрое повышение уровня инсулина и уменьшение содержания глюкагона в крови. Первый вызывает ускорение синтеза гликогена и утилизацию глюкозы инсулинозависимыми тканями. Белковая пища (например, 200 г мяса) стимулирует резкий подъем концентрации в крови глюкагона (на 50-100 %) и незначительный – инсулина, что способствует увеличению продукции глюкозы печенью.

Следующая глава >

Содержание >