Роль гормонов поджелудочной железы в регуляции функций организма

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.

Все органы и подсистемы человеческого организма взаимосвязаны, а их работа во многом зависит от уровня гормонов.

Часть таких активных веществ синтезируется в поджелудочной железе и оказывает влияние на многие важные процессы.

Благодаря достаточному количеству вырабатываемых органом гормонов осуществляются эндокринные и экзокринные функции.

Клетки поджелудочной железы и продуцируемые ими вещества

Поджелудочная железа состоит из двух частей:

• внешнесекреторная или экзокринная;
• эндокринная.

Основные направления функционирования органа:

• эндокринная регуляция организма, которая происходит благодаря синтезу большого числа секретов;
• переваривание пищи за счет работы ферментов.

Старение организма способствует развитию в органе физиологических изменений, приводящих к модификации установленной взаимосвязи между его составляющими.

Внешнесекреторная часть включает в себя небольшие по размеру дольки, сформированные из панкреатических ацинусов. Они являются главными морфофункциональными единицами органа.

Структура ацинусов представлена мелкими вставочными протоками, а также активными зонами, вырабатывающими большое количество пищеварительных ферментов:

• трипсин;
• химотрипсин;
• липазу;
• амилазу и другие.

Эндокринная часть сформирована из панкреатических островков, находящихся между ацинусами. Второе их название – островки Лангерганса.

Каждые из таких клеток отвечают за выработку определенных активных веществ:

1. Глюкагон – его производят альфа-клетки. Влияет на повышение показателя гликемии.
2. Инсулин. За синтез такого важного гормона ответственны бета-клетки. Инсулин способствует утилизации излишков глюкозы и удерживает нормальный уровень этого показателя в крови.
3. Соматостатин. Он производится D-клетками. В его функцию входит координация внешней и внутренней секреторной функции железы.
4. Вазоактивный интестинальный пептид – вырабатывается за счет функционирования D1-клеток.
5. Полипептид панкреатический. Производство его входит в зону ответственности PP-клеток. Он контролирует процесс желчеотделения и содействует обмену белковых элементов.
6. Гастрин и соматолиберин, входящие в состав некоторых клеток железы. Они влияют на качество сока желудка, пепсина и соляной кислоты.
7. Липокаин. Такой секрет производится клетками протоков органа.

Механизм гормонального действия и функции

Потребность организма в нормальном количестве выработки гормонов равнозначна необходимости в обеспечении кислородом и питанием.

Основные их функции:

1. Регенерация и рост клеток.
2. Каждое из таких активных веществ влияет на обмен и получение из поступившей пищи энергии.
3. Регулировка уровня кальция, глюкозы и других немаловажных микроэлементов, содержащихся в организме.

Вещество гормона C-пептид является частицей молекулы инсулина, во время синтеза которой она проникает в кровеносную систему, отрываясь от родной клетки. На основе концентрации вещества в крови диагностируется тип сахарного диабета, наличие новообразований и патологий печени.

Излишнее количество или же, наоборот, недостаток гормонов приводит к развитию различных заболеваний. Именно поэтому важно контролировать синтез таких биологически активных веществ.

Глюкагон

Этот секрет занимает второе по степени важности среди гормонов железы место. Глюкагон относится к полипептидам с низкой молекулярной массой. В нем содержится 29 аминокислот.

Уровень глюкагона растет на фоне стрессов, диабета, инфекций, хронических поражений почек, а понижается вследствие фиброза, панкреатита или резекции тканей поджелудочной железы.

Предшественником этого вещства считается проглюкагон, активность которого начинается под влиянием протеолитических ферментов.

Органы, на которые воздействует глюкагон:

• печень;
• сердце;
• поперечнополосатые мышцы;
• жировая ткань.

Функции глюкагона:

1. Приводит к ускорению распада гликогена в клетках, составляющих скелетные мышцы, и гепатоцитах.
2. Способствует росту показателя сахара в сыворотке.
3. Выполняет ингибирование биосинтеза гликогена, создавая резервное депо для молекул АТФ и углеводов.
4. Расщепляет имеющийся нейтральный жир до жирных кислот, способных выступать в роли источника энергии, а также трансформироваться в некоторые кетоновые тела. Такая функция является наиболее важной при диабете, поскольку недостаток инсулина почти всегда связан с повышением концентрации глюкагона.

Перечисленные эффекты полипептида способствуют стремительному подъему в крови значений сахара.

Инсулин

Этот гормон считается основным активным веществом, производимым в железе. Выработка происходит постоянно, вне зависимости от приема пищи. На биосинтез инсулина влияет концентрация глюкозы. Молекулы ее способны свободно проникать в бета-клетки, подвергаясь в дальнейшем последующему окислению и приводя к образованию небольшого количества АТФ.

В результате такого процесса клетки заряжаются положительными ионами благодаря выделившейся энергии, поэтому начинают выбрасывать инсулин.

Образованию гормона способствуют следующие факторы:

1. Рост уровня глюкозы в крови.
2. Потребление пищи, которая содержит в своем составе не только углеводы.
3. Влияние некоторых химикатов.
4. Аминокислоты.
5. Повышенное содержание кальция, калия, а также рост показателей жирных кислот.

Снижение количества гормона происходит на фоне:

• излишка соматостатина;
• активизации альфа-адренергических рецепторов.

Функции:

• регулирует обменные механизмы;
• активизирует гликолиз (распад глюкозы);
• образует запасы углеводов;
• подавляет синтез глюкозы;
• активизирует формирование липопротеинов, высших кислот;
• подавляет рост кетонов, выступающих в роли токсинов для организма;
• принимает участие в процессе биопродукции белков;
• предотвращает проникновение в кровь жирных кислот, снижая тем самым риск возникновения атеросклероза.

Видеоматериал о функциях инсулина в организме:

Соматостатин

Вещества являются гормонами гипоталамо-гипофизарной системы, а по особенностям своего строения относятся к полипептидам.

Основные их задачи:

1. Угнетение биопродукции рилизинг-гормонов гипоталамуса, что вызывает понижение синтеза тиреотропина. Такой процесс улучшает функционирование щитовидной и репродуктивной железы, нормализует обмен веществ.
2. Понижает влияние на ферменты.
3. Замедляет производство ряда химических веществ, включая инсулин, глюкагон, серотонин, гастрин и некоторые другие.
4. Подавляет циркуляцию крови в пространстве за брюшиной.
5. Снижает содержание глюкагона.

Полипепдид

Секрет состоит из 36 аминокислот. Секреция гормона производится клетками, занимающими в поджелудочной железе место в районе головки, а также на эндокринных участках.

Функции:

1. Замедляет внешнесекреторную функцию благодаря понижению концентрации трипсина, а также некоторых ферментов, содержащихся в двенадцатиперстной кишке.
2. Влияет на уровень и структурные характеристики гликогена, производимого в клетках печени.
3. Расслабляет мускулатуру желчного пузыря.

Повышение уровня гормона происходит под влиянием таких факторов, как:

• продолжительное голодание;
• потребление продуктов, обогащенных белками;
• физические нагрузки;
• гипогликемия;
• гормоны системы пищеварения.

Понижение уровня происходит из-за введения глюкозы или на фоне соматостатина.

Гастрин

Это вещество относится не только к поджелудочной железе, но и к желудку. Под его контролем находятся все активные вещества, принимающие участие в пищеварении. Отклонения в его производстве от нормы усугубляют неправильную работу желудочно-кишечного тракта.

Разновидности:

1. Большой гастрин – имеет в распоряжении 4 аминокислоты.
2. Микро – состоит из 14 аминокислот.
3. Малый – в его наборе присутствует 17 аминокислот.

Виды анализов на гормоны

Для определения уровня гормонов проводятся различные анализы:

1. Диагностические пары. Исследование крови выполняют не только с целью выявления активных веществ, вырабатываемых в органах, но и для уточнения показателей гормонов гипофиза.
2. Стимуляционные пробы, подразумевающие введение веществ, приводящих к активизации работы пораженных тканей. Отсутствие роста гормона означает развитие поражения самого органа.
3. Супрессивные пробы, заключающиеся во введении в кровь блокаторов деятельности желез. На изменение уровня гормона будут указывать отклонения в работе железы на фоне проведенной манипуляции.
4. Биохимия, позволяющая определить уровни многих показателей, включая кальций, калий, железо.
5. Анализ крови на ферменты.

Кроме вышеперечисленных анализов, пациенту могут быть назначены дополнительные обследования, позволяющие поставить верный диагноз (УЗИ, лапаротомия и другие).