Метаболизм в поджелудочной железе

Все процессы  в нашем организме регулируются посредством нервной системы и множества гормонов, вырабатываемых эндокринными органами. Отлаженный нейро-гуморальный механизм позволяет здоровому человеку быстро реагировать на любые изменения внутренней и внешней среды и приспосабливаться к меняющимся условиям. Одним из регуляторов углеводного, белкового и жирового обмена является поджелудочная железа. Синтезируемые ею гормоны отвечают за стабильный уровень сахара в крови.

Значение поджелудочной железы для жизнедеятельности

Поджелудочная железа (Pancreas) — уникальный внутренний орган, образованный двумя анатомически независимыми частями — верхней и нижней. Внутри железа имеет дольчатое строение, а внешне напоминает крупную гроздь. Как и следует из названия, Pancreas расположена в левой эпигастральной области, книзу от желудка (когда тело человека лежит горизонтально). Поджелудочная железа является частью пищеварительной и эндокринной системы, потому что одновременно выполняет экзокринную (внешнесекреторную) и эндокринную (внутрисекреторную) функции.  

Внешняя (экскреторная) функция реализуется в экзокринной части органа, занимающей 98% его массы. Вырабатывающийся здесь поджелудочный сок содержит пищеварительные ферменты. Выделяясь в просвет двенадцатиперстной кишки, панкреатический секрет участвует в переваривании пищи, расщепляя белки, жиры и углеводы.

Как состав, так и количество поджелудочного сока полностью определяется характером съеденных нами блюд. К примеру, потребление хлеба вызывает максимальный выброс секрета в кишечник, мясные продукты стимулируют умеренную секрецию, а молоко — минимальную. При голодании же объем и концентрация ферментов в панкреатическом соке ничтожно малы.

Эндокринную часть органа представляют островки Лангерганса — скопления специализированных клеток между дольками, распределенные по всему телу железы, но больше — в хвостовой части. Здесь вырабатываются биологически активные сигнальные вещества, которые выделяются непосредственно в кровь и доставляются к органам — мишеням. Гормоны поджелудочной железы имеют исключительное значение в метаболизме углеводов.

Основные гормоны поджелудочной железы

Главный гормон поджелудочной железы называется инсулином. Это полипептид, состоящий из 51 аминокислоты, за синтез которого отвечают бета-клетки панкреатических островков (insulae pancreaticae). В них при участии ферментов-протеаз гормон образуется из своего предшественника — проинсулина, активность которого составляет 5% от активности самого инсулина.

Инсулин имеет молекулярную массу порядка 6000 Да и состоит из пары полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками. Физиологическая норма инсулина в крови человека колеблется от 3 до 25 мкЕд/мл, у беременных его уровень достигает 5-27 мкЕд/мл, а у детей равен 3-20 мкЕд/мл.

Кроме инсулина, эндокринная часть поджелудочной железы продуцирует:

• глюкагон;
• c -пептид;
• панкреатический полипептид;
• гастрин;
• амилин

Функции гормонов поджелудочной железы в организме

Роль инсулина

Основное значение инсулина заключается в снижении уровня сахара крови посредством активации процессов утилизации (усвоения )глюкозы и поглощения ее мышцами и жировыми тканями. Происходит это следующим образом.

Расщепленные амилазой слюны сложные углеводы пищи уже в ротовой полости распадаются на простые сахара — мальтозу и глюкозу, после чего последняя легко поступает в кровь. Там, с помощью инсулина, глюкоза преобразуется в гликоген — полисахарид, излишки которого депонируются в печени и мышцах.  Таким образом, под влиянием инсулина происходит поглощение сахара тканями.

Механизм действия инсулина реализуется сразу по нескольким направлениям. Во-первых, гормон тормозит освобождение глюкозы из клеток печени и одновременно повышает скорость усвоения сахара клетками нашего тела, способствуя повышению проницаемости клеточных мембран. Параллельно с этим, инсулин приостанавливает распад глюкагона — гормона поджелудочной железы, обладающего противоположным инсулину действием.

Роль глюкагона

Этот полипептид из одной цепи синтезируется альфа-клетками панкреатических островков Лангерганса и имеет молекулярную массу порядка 3500 Да. Разновидность глюкагона — энтероглюкагон, вырабатываемый слизистой оболочкой кишечника, немного отличается от панкреатического по своему действию.

Глюкагон повышает сахар крови за счет стимуляции ее синтеза печенью. Он также способствует расщеплению липидов жировой ткани. Таким образом, инсулин и глюкагон выполняют противоположные функции, в итоге приводя к нормальному содержанию глюкозы в крови.  Кроме этих веществ, в поддержании нормального уровня сахара участвуют гормоны гипофиза, щитовидной, паращитовидной желез и надпочечников —  адреналин, кортизол и соматостатин (гормон роста).

Панкреатический полипептид и его функции

С-пептид нельзя назвать полноценным гормоном поджелудочной железы, так как он представляет собой фрагмент молекулы проинсулина, который после отделения от нее свободно циркулирует в кровяном русле, являясь своеобразным количественным эквивалентом инсулина. Это позволяет использовать его в диагностике сахарного диабета и других заболеваний поджелудочной железы и печени.

Повышение уровня С-пептида регистрируется при инсулиномах. Кроме того, этот показатель позволяет корректировать лечение при сахарном диабете, уточняя содержание инсулина в организме. Также определение уровня С-пептида помогает оценивать состояние плода у женщин, страдающих сахарным диабетом.

 Как работают гормоны поджелудочной железы?

Содержание гормонов поджелудочной железы и их концентрация в плазме крови зависят от поступления в организм глюкозы из пищи, а также от скорости ее окисления и от содержания других гормонов, участвующих в ее метаболизме. Поэтому при увеличении количества сахара в крови поджелудочная железа начинает выделять больше инсулина, а при уменьшении сахара – меньше.

Известно, что инсулин начинает вырабатываться при пороговой концентрации сахара крови 5,5 ммоль/л, а по достижении гликемии 3,3 ммоль/л его продукция приостанавливается. В случае повышения содержания глюкозы в крови возрастает секреция инсулина, а при ее снижении —  напротив, происходит выделение большого количества глюкагона.

Видео: какие гормоны выделяет поджелудочная железа

Гормонами называются вещества, синтезируемые крупными эндокринными железами и особыми железистыми клетками во внутренних органах. Их роль для организма заключается в контроле и регулировании метаболических биохимических процессов.

Гормоны поджелудочной железы вырабатываются в органе пищеварительной системы, связаны с перевариванием пищи и усвоением ее полезных составляющих. Через общую систему гипоталамо-гипофизарного управления подчиняются влиянию необходимости изменений обмена веществ. Чтобы понять особенности деятельности поджелудочной железы, необходим небольшой урок анатомии и физиологии.

Строение и функции

Поджелудочная железа является самой крупной среди эндокринных. Расположена забрюшинно. В строении различают: округлую головку, более широкое тело и удлиненный хвост. Головка — наиболее широкая часть, окружена тканями двенадцатиперстной кишки. Ширина доходит в норме до пяти см, толщина составляет 1,5–3 см.

Тело — имеет переднюю, заднюю и нижнюю грани. Спереди прилегает к задней поверхности желудка. Нижним краем доходит до второго поясничного позвонка. Длина составляет 1,75–2,5 см. Хвостовая часть — направлена кзади и влево. Контактирует с селезенкой, надпочечником и левой почкой. Общая длина железы составляет 16–23 см, а толщина уменьшается от трех см в зоне головки до 1,5 см в хвосте.

Вдоль железы идет центральный (Вирсунгиев) проток. По нему пищеварительный секрет непосредственно попадает в двенадцатиперстную кишку. Структура паренхимы складывается из двух основных частей: экзокринной и эндокринной. Они отличаются по функциональному значению и строению.

Экзокринная — занимает до 96% массы, состоит из альвеол и сложной системы выводных протоков, которые «отвечают» за выработку и выделение в пищеварительный сок ферментов для обеспечения переваривания пищи в кишечнике. Их недостаток тяжело отражается на процессах усвоения белков, жиров и углеводов. Эндокринная часть — образована скоплением клеток в особые островки Лангерганса. Именно здесь происходит секреция важных для организма гормональных веществ.

Участие в синтезе разных гормонов со стороны поджелудочной железы неодинаково

Какие гормоны вырабатывает поджелудочная железа?

Возможности науки с каждым годом расширяют сведения о роли гормонов поджелудочной железы, позволяют выявлять новые формы, их влияние и взаимодействие. Поджелудочная железа выделяет гормоны, участвующие в обмене веществ в организме:

• инсулин;
• глюкагон;
• соматостатин;
• панкреатический полипептид;
• гастрин.

До некоторого времени к гормонам поджелудочной железы относилось вещество С-пептид. Затем было доказано, что оно представляет собой частичку молекулы инсулина, оторванную при синтезе. Определение этого вещества сохраняет свою важность при анализе обнаружения количества инсулина в крови, поскольку его объем пропорционален основному гормону. Это используется в клинической диагностике.

В экстракте ткани железы обнаружены еще гормональные вещества ваготонин и центропнеин.

В эндокринной части железы клетки делят на четыре главных типа:

• альфа-клетки — составляют до 20% общей массы, в них синтезируется глюкагон;
• бета-клетки — основная разновидность, на них приходится 65–80%, продуцируют необходимый инсулин, для этих клеток свойственно постепенное разрушение с возрастом человека, их количество к старости уменьшается;
• дельта-клетки — занимают примерно 1/10 часть от общего числа, они вырабатывают соматостатин;
• РР-клетки — обнаруживаются в небольшом количестве, отличаются способностью к синтезу панкреатического полипептида;
• G-клетки — вырабатывают гастрин (совместно со слизистой оболочкой желудка).

Гистологическое строение паренхимы позволяет выделить разные виды клеток

Характеристика гормонов поджелудочной железы

Мы рассмотрим основные функции гормонов по их строению, действию на органы и ткани организма человека.

Инсулин

Представляет по строению полипептид. Структура состоит из двух цепочек аминокислот, соединенных «мостиками». Природа образовала наиболее похожий по строению с человеческим инсулин у свиней и кроликов. Эти животные оказались наиболее пригодными для получения препаратов из гормонов поджелудочной железы. Гормон вырабатывается бета-клетками из проинсулина с помощью отделения с-пептида. Выявлена структура, где происходит этот процесс — аппарат Гольджи.

Главная задача инсулина — регулировать концентрацию глюкозы в крови с помощью ее проникновения в жировые и мышечные ткани организма. Инсулин способствует усиленному поглощению глюкозы (повышает проницаемость клеточных оболочек), накоплению ее в виде гликогена в мышцах и печени. Запасы используются организмом при резком росте потребности в энергии (повышении физической нагрузки, заболевании).

Однако инсулин препятствует этому процессу. Он также не дает расщепляться жирам и образовывать кетоновые тела. Стимулирует синтез жирных кислот из продуктов обмена углеводов. Снижает уровень холестерина, предупреждает атеросклероз. Важна роль гормона в белковом обмене: он активизирует расход нуклеотидов и аминокислот с целью синтеза ДНК, РНК, нуклеиновых кислот, задерживает распад белковых молекул.

Эти процессы важны для формирования иммунитета. Инсулин способствует проникновению в клетки аминокислот, магния, калия, фосфатов. Регуляция количества необходимого инсулина зависит от уровня глюкозы в крови. Если образуется гипергликемия, то выработка гормона увеличивается, и наоборот.

В продолговатом мозге существует зона, именуемая гипоталамусом. В ней находятся ядра, куда поступает информация об избытке глюкозы. Обратный сигнал идет по нервным волокнам к бета-клеткам поджелудочной железы, тогда образование инсулина усиливается.

Гипоталамус — руководящая выработкой инсулина высшая «инстанция»

При снижении уровня глюкозы в крови (гипогликемии) ядра гипоталамуса тормозят свою активность, соответственно снижается секреция инсулина. Таким образом, высшие нервные и эндокринные центры регулируют обмен углеводов. Со стороны вегетативной нервной системы на регуляцию выработки инсулина влияют блуждающий нерв (стимулирует), симпатический (блокирует).

Доказано, что глюкоза способна непосредственно действовать на бета-клетки островков Лангерганса и высвобождать инсулин. Большое значение имеет активность разрушающего инсулин фермента (инсулиназы). Она максимально сосредоточена в паренхиме печени и в мышечной ткани. При прохождении крови сквозь печень разрушается половина инсулина.

Глюкагон

Гормон, как и инсулин является полипептидом, но в структуре молекулы присутствует только одна цепочка аминокислот. По своим функциям считается антагонистом инсулина. Образуется в альфа-клетках. Основное значение — расщепление липидов жировой ткани, увеличение концентрации глюкозы в крови.

Совместно с другим гормоном, который также выделяет поджелудочная железа, соматотропином и гормонами надпочечников (кортизолом и адреналином) он защищает организм от резкого падения энергетического материала (глюкозы). Кроме того, важна роль:

• в усилении почечного кровотока;
• нормализации уровня холестерина;
• активации способности печеночной ткани к регенерации;
• в выведении натрия из организма (снимает отеки).

Механизм действия связан во взаимодействии с рецепторами клеточной мембраны. В результате увеличивается активность и концентрация в крови фермента аденилатциклазы, что стимулирует процесс распада гликогена до глюкозы (гликогенолиз). Регуляция секреции осуществляется уровнем глюкозы в крови. При повышении тормозится выработка глюкагона, понижение активизирует продуцирование. Центральное воздействие оказывает передняя доля гипофиза.

Соматостатин

По биохимическому строению относится к полипептидам. Способен тормозить вплоть до полного прекращения синтез таких гормонов, как инсулин, тиреотропных, соматотропина, глюкагона. Именно этот гормон может подавлять секретирование пищеварительных ферментов и желчи.

Нарушение выработки способствует патологиям, связанным с пищеварительной системой. Тормозит секрецию глюкагона путем блокирования поступления в альфа-клетки ионов кальция. На действие влияет гормон роста соматотропин передней доли гипофиза через повышение активности альфа-клеток.

Один из гормонов, который вырабатывается железой

Полипептид

Гормон синтезируют PP-клетки. Он считается антагонистом холецистокинина. Подавляет секреторные функции и активизирует продуцирование желудочного сока. Действие еще недостаточно изучено. Известно, что он участвует в торможении бурного поступления в кровь билирубина, трипсина, желчи, расслаблении мышечной стенки желчного пузыря, подавляет выработку некоторых пищеварительных ферментов.

Пока ученые сходятся во мнении, что основной задачей этого гормона является — экономия ферментов, желчи.

Гастрин

Продуцируется двумя органами — желудком и поджелудочной железой (в меньшем объеме). Контролирует деятельность всех гормонов, участвующих в пищеварении. По числу аминокислотного состава известны 3 вида: микрогастрин — в структуре молекулы 14 аминокислот, малый — в составе 17 разновидностей, большой — формула содержит 34 аминокислоты. Нарушение синтеза вызывает сбой в работе желудка и кишечника. В клинической практике важен анализ на гастрин.

Другие активные вещества

Выявлены и другие, но не менее значимые гормоны, синтезируемые в поджелудочной железе:

• Липокаин — стимулирует образование липидов и окисление жирных кислот, защищает печень от жировой дистрофии.
• Ваготонин — повышает тонус блуждающего нерва, усиливает его воздействие на внутренние органы.
• Центропнеин — возбуждает дыхательный центр продолговатого мозга, помогает в расслаблении мускулатуры бронхов. Усиливает возможность гемоглобина связываться с кислородом и этим улучшает его транспорт в ткани.
• Тиролиберин (другие названия «тиреотропин-рилизинг-фактор», «тиреорелин») — основное место синтеза — гипоталамус, но в малом количестве образуется в островках Лангерганса, желудочно-кишечном тракте, в других нервных ядрах мозга, в эпифизе. Способствует усилению продуцирования в передней доле гипофиза тиреотропного гормона и пролактина, обеспечивающего лактацию у женщин после родов.

Вещество отвечает за процессы, протекающие в печени

Какие применяются лекарственные препараты гормонов поджелудочной железы?

Наиболее известны препараты из инсулина, выпускаемые разными фармацевтическими компаниями. Их отличия заключаются в трех признаках:

• в происхождении;
• скорости наступления и продолжительности действия;
• способе очистки, а также степени чистоты.

В зависимости от происхождения выделяют:

• природные (естественные) средства, изготовленные из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота (Актрапид, Инсулин ленте GPP, Ультраленте МС, Монотард МС);
• синтетические — получают тонкими методами генной инженерии, составления комбинаций ДНК (Актрапид НМ, Изофан НМ, Хомофан, Хумулин и другие).

По времени начала эффекта и продолжительности действия различают препараты:

• быстрого и одновременно короткого действия (Инсуман рапид, Актрапид, Актрапид НМ,), они начинают действовать уже спустя 15–30 минут после поступления, длительность составляет до 8 часов;
• средней продолжительности — (Хумулин Н, Инсулонг СПП, Хумулин ленте, Монотард МС), начало через 1–2 часа, длительность до 24 часов);
• средней продолжительности + инсулины короткого действия (Актрафан НМ, Инсуман комб., Хумулин М-1) — большая группа, в которой для каждого препарата определены свои параметры, но начинается действие всех спустя 30 минут.

Подробную классификацию препаратов учитывают врачи эндокринологи при выборе для лечения конкретного пациента после его обследования.

Глюкагон показан при любых гипогликемических состояниях

Синтетический препарат Глюкагон вводят внутривенно в качестве помощи от передозировки инсулина. Соматостатин близких животных используется для создания лекарственных средств в терапии заболеваний, связанных с гиперфункцией гормона роста. Очень важен при акромегалии. Болезнь возникает во взрослом возрасте, проявляется усиленным ростом костей черепа, стоп, увеличением некоторых частей тела.

Биологическая роль гормонов поджелудочной железы незаменима для здорового организма. Практически они обеспечивают перевод пищевых продуктов в необходимую энергию. В клетках, которых идет выработка гормонов, нет специальных протоков или выводных путей. Они свой секрет выделяют непосредственно в кровоток и быстро разносят по организму. Нарушенные функции, сбой продуцирования угрожают человеку опасными заболеваниями.