Гормоны поджелудочной железы
3.1 Инсулин
Бета-клетка (в-Клетка, В-клетка) -- одна из разновидностей клеток эндокринной части поджелудочной железы. Бета-клетки продуцируют гормон инсулин, понижающий уровень глюкозы крови.
Инсулин (от лат. insula -- остров) -- гормон пептидной природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен практически во всех тканях. Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови. Выделение инсулина было произведено Бантингом и Бестом [26].
Строение. Молекула инсулина образована двумя полипептидными цепями, содержащими 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь расположена в A-цепи. Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека -- треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками [25].
Образование и секреция. Синтез и выделение инсулина представляют собой сложный процесс, включающий несколько этапов. Первоначально образуется неактивный предшественник гормона, который после ряда химических превращений в процессе созревания превращается в активную форму. Инсулин вырабатывается в течение всего дня, а не только в ночные часы.
Главным стимулятором освобождения инсулина является повышение уровня глюкозы в крови. Дополнительно образование инсулина и его выделение стимулируется во время приёма пищи, причём не только глюкозы или углеводов. Секрецию инсулина усиливают аминокислоты, особенно лейцин и аргинин, некоторые гормоны гастроэнтеропанкреатической системы: холецистокинин, ГИП, ГПП-1, а также такие гормоны, как соматостатин, АКТГ, СТГ, эстрогены и др., препараты сульфонилмочевины. Также секрецию инсулина усиливает повышение уровня калия или кальция, свободных жирных кислот в плазме крови.
Понижается секреция инсулина под влиянием глюкагона.
Бета-клетки также находятся под влиянием автономной нервной системы:
· Парасимпатическая часть (холинергические окончания блуждающего нерва) стимулирует выделение инсулина;
· Симпатическая часть (активация б2-адренорецепторов) подавляет выделение инсулина [28].
Причём синтез инсулина заново стимулируется глюкозой и холинергическими нервными сигналами.
Действие инсулина. Так или иначе инсулин затрагивает все виды обмена веществ во всём организме. Однако в первую очередь действие инсулина касается именно обмена углеводов. Основное влияние инсулина на углеводный обмен связано с усилением транспорта глюкозы через клеточные мембраны. Активация инсулинового рецептора запускает внутриклеточный механизм, который напрямую влияет на поступление глюкозы в клетку путём регуляции количества и работы мембранных белков, переносящих глюкозу в клетку. В наибольшей степени от инсулина зависит транспорт глюкозы в двух типах тканей: мышечная ткань (миоциты) и жировая ткань (адипоциты) -- это т.н. инсулинозависимые ткани. Составляя вместе почти 2/3 всей клеточной массы человеческого тела, они выполняют в организме такие важные функции как движение, дыхание, кровообращение и т.п., осуществляют запасание выделенной из пищи энергии.
Физиологические эффекты инсулина. Инсулин оказывает на обмен веществ и энергии сложное и многогранное действие. Многие из эффектов инсулина реализуются через его способность действовать на активность ряда ферментов.
Инсулин -- основной гормон, снижающий содержание глюкозы в крови (уровень глюкозы так же снижается и андрогенами, которые выделяются сетчатой зоной коры надпочечников), это реализуется через:
· усиление поглощения клетками глюкозы и других веществ;
· активацию ключевых ферментов гликолиза;
· увеличение интенсивности синтеза гликогена -- инсулин форсирует запасание глюкозы клетками печени и мышц путём полимеризации её в гликоген;
· уменьшение интенсивности глюконеогенеза -- снижается образование в печени глюкозы из различных веществ.
Анаболические эффекты инсулина:
· усиливает поглощение клетками аминокислот (особенно лейцина и валина);
· усиливает транспорт в клетку ионов калия, а также магния и фосфата;
· усиливает репликацию ДНК и биосинтез белка;
· усиливает синтез жирных кислот и последующую их этерификацию -- в жировой ткани и в печени инсулин способствует превращению глюкозы в триглицериды; при недостатке инсулина происходит обратное -- мобилизация жиров.
Антикатаболические эффекты инсулина:
· подавляет гидролиз белков -- уменьшает деградацию белков;
· уменьшает липолиз -- снижает поступление жирных кислот в кровь [30].
Элиминация инсулина из кровотока осуществляется преимущественно печенью и почками.
Регуляция инсулином уровня глюкозы в крови. Две группы гормонов противоположно влияют на концентрацию глюкозы в крови:
· единственный гипогликемический гормон -- инсулин;
· гипергликемические гормоны (такие как глюкагон, гормон роста и гормоны надпочечников) - повышают содержание глюкозы в крови.
Рис. 3.1. Пути использования энергоносителей и влияние гормонов на метаболизм [26]
Когда уровень глюкозы снижается ниже нормального физиологического значения, секреция инсулина бета-клетками снижается, но в норме никогда не прекращается. Если же уровень глюкозы падает до опасного уровня, высвобождаются так называемые контринсулиновые (гипергликемические) гормоны (наиболее известны глюкокортикоиды и глюкагон -- продукт секреции альфа-клеток панкреатических островков), которые вызывают высвобождение глюкозы в кровь. Адреналин и другие гормоны стресса сильно подавляют выделение инсулина в кровь.
Точность и эффективность работы этого сложного механизма является непременным условием нормальной работы всего организма, здоровья (рис. 3.1.). Длительное повышенное содержание глюкозы в крови (гипергликемия) является главным симптомом и патогенетической сущностью сахарного диабета. Гипогликемия -- понижение содержания глюкозы в крови -- часто имеет ещё более серьёзные последствия. Так, экстремальное падение уровня глюкозы может быть чревато развитием гипогликемической комы и смертью.
Нарушение секреции инсулина вследствие деструкции бета-клеток -- абсолютная недостаточность инсулина -- является ключевым звеном патогенеза сахарного диабета 1-го типа. Нарушение действия инсулина на ткани -- относительная инсулиновая недостаточность -- имеет важное место в развитии сахарного диабета 2-го типа [27].
3.2 Глюкагон
Глюкагон -- гормон альфа-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. б-Клетки -- один из видов клеток, образующих эндокринную часть поджелудочной железы. Таким образом, эти клетки являются одним из типов клеток, входящих в состав панкреатических островков. Альфа-клетки продуцируют гормон глюкагон, одним из эффектов которого является повышение уровня глюкозы в крови. Кроме этого, альфа-клетки панкреатических островков сходны по ряду биохимических и физиологических характеристик с нервными клетками: например, они содержат ацетилхолин [26].
По химическому строению глюкагон является пептидным гормоном. Молекула глюкагона состоит из 29 аминокислот и имеет молекулярный вес 3485 дальтон. Глюкагон был открыт в 1923 году Кимбеллом и Мерлином.
Первичная структура молекулы глюкагона следующая: NH2-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe- Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser- Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu- Met-Asn-Thr-COOH [26].
Физиологическая роль. Механизм действия глюкагона обусловлен его связыванием со специфическими глюкагоновыми рецепторами клеток печени. Это приводит к повышению опосредованной G-белком активности аденилатциклазы и увеличению образования цАМФ. Результатом является усиление катаболизма депонированного в печени гликогена (гликогенолиза). Глюкагон для гепатоцитов служит внешним сигналом о необходимости выделения в кровь глюкозы за счёт распада гликогена (гликогенолиза) или синтеза глюкозы из других веществ - глюконеогенеза. Гормон связывается с рецептором на плазматической мембране и активирует при посредничестве G-белка аденилатциклазу, которая катализирует образование цАМФ из АТФ. Далее следует каскад реакций, приводящий в печени к активации гликогенфосфорилазы и ингибированию гликогенсинтазы. Этот механизм приводит к высвобождению из гликогена глюкозо-1-фосфата, который превращается в глюкозо-6-фосфат. Затем под влиянием глюкозо-6-фосфатазы образуется свободная глюкоза, способная выйти из клетки в кровь. Таким образом, глюкагон в печени, стимулируя распад гликогена, способствует поддержанию глюкозы в крови на постоянном уровне. Глюкагон также активирует глюконеогенез, липолиз и кетогенез в печени.
Глюкагон практически не оказывает действия на гликоген скелетных мышц, по-видимому, из-за практически полного отсутствия в них глюкагоновых рецепторов. Глюкагон вызывает уменьшение секреции инсулина из здоровых в-клеток поджелудочной железы и торможение активности инсулиназы. Это является, по-видимому, одним из физиологических механизмов противодействия вызываемой глюкагоном гипергликемии.
Глюкагон оказывает сильное инотропное и хронотропное действие на миокард вследствие увеличения образования цАМФ (то есть оказывает действие, подобное действию агонистов в-адренорецепторов, но без вовлечения в-адренергических систем в реализацию этого эффекта). Результатом является повышение артериального давления, увеличение частоты и силы сердечных сокращений.
В высоких концентрациях глюкагон вызывает сильное спазмолитическое действие, расслабление гладкой мускулатуры внутренних органов, в особенности кишечника, не опосредованное аденилатциклазой.
Глюкагон участвует в реализации реакций типа «бей или беги», повышая доступность энергетических субстратов (в частности, глюкозы, свободных жирных кислот, кетокислот) для скелетных мышц и усиливая кровоснабжение скелетных мышц за счёт усиления работы сердца. Кроме того, глюкагон повышает секрецию катехоламинов мозговым веществом надпочечников и повышает чувствительность тканей к катехоламинам, что также благоприятствует реализации реакций типа «бей или беги» [32].
3.3 Соматостатин
д-Клетки (или D-клетки) -- клетки, вырабатывающие гормон соматостатин; они обнаруживаются в желудке, кишечнике, а также в островках Лангерганса поджелудочной железы.
Соматостатин -- гормон дельта-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, а также один из гормонов гипоталамуса. По химическому строению является пептидным гормоном [34].
Структура. Соматостатин существует в двух биологически активных формах, происходящих от одного предшественника и различающихся длиной N-конца: SST-14 (14 аминокислот: AGCKNFFWKTFTSC, между остатками цистеина дисульфидная связь) и SST-28 (28 аминокислот). Помимо соматостатинов, близкородственные пептиды кортистатин (PCKNFFWKTFSSCK), триттен (13 N-конечных аминокислот SST-28) и уротензин II (ETPDCFWKYCV) также принимают участие в регуляции соматостатинэргической системы.
Функция. Соматостатин подавляет секрецию гипоталамусом соматотропин-рилизинг-гормона и секрецию передней долей гипофиза соматотропного гормона и тиреотропного гормона.
Кроме того, он подавляет также секрецию различных гормонально активных пептидов и серотонина, продуцируемых в желудке, кишечнике, печени и поджелудочной железе. В частности, он понижает секрецию инсулина, глюкагона, гастрина, холецистокинина, вазоактивного интестинального пептида, инсулиноподобного фактора роста-1.
Функцию соматостатина опосредуют по меньшей мере 6 различных подтипов рецепторов (sst1, sst2A, sst2B, sst3, sst4, sst5), относящихся к семейству G-белок-сопряжённых рецепторов с 7 трансмембранными доменами. Эти рецепторы, за исключением sst2, кодируются разными генами, в то время как sst2A и sst2B являются сплайсинг-вариантами одного и того же гена. Соматостатиновые рецепторы подразделяются на две группы -- SRIF1 (sst2, sst3, sst5) и SRIF2 (sst1, sst4) -- на основании связывания с классическими октапептидными и гексапептидными аналогами соматостатина (октреотид, лантреотид, сеглитид, вапреотид): с ними легко связываются SRIF1-, но не SRIF2-рецепторы. Гормонпродуцирующая опухоль из дельта-клеток называется соматостатинома [32].
3.4 Вазоактивный интестинальный пептид (ВИП)
Кроме D-клеток в островках присутствуют в небольшом количестве D1-клетки, выделяющие вазоактивный интестинальный полипептид; их гранулы имеют малые размеры, обладают значительной плотностью, содержат узкий светлый ободок и проявляют аргирофильные свойства.
Вазоактивный интестинальный пептид (называемый также вазоактивный интестинальный полипептид; общепринятые аббревиатуры ВИП и VIP) -- нейропептидный гормон, обнаруживаемый во многих органах, включая кишечник, головной и спинной мозг, поджелудочную железу [37].
Структура. Состоит из 28 аминокислотных остатков, расположенных в следующей последовательности: H-His-Ser-Asp-Ala-Val-Phe-Thr-A"p-A"ii-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-GIn-Met-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Lcu-Asn-Scr-lle-Leu-Asn-NH2.
По структуре гомологичен секретину и ещё ряду пептидных гормонов (гипофизарный-активирующий пептид (PACAP), глюкозозависимый инсулинотропный полипептид (ГИП), глюкагон, глюкагоноподобный пептид-1, кальцитонин, кальцитонин ген-связанный пептид, парат-гормон, корикотропин-рилизинг фактор, рилизинг-фактор гормона роста и другим). Поэтому ВИП, вместе с перечисленными гормонами, часто относят к семейству секретина [31].
Функции. Вазоактивный интестинальный пептид, в отличие от других пептидных гормонов из семейства секретина, является исключительно нейромедиатором. Уровень ВИП в плазме крови очень мал и не изменяется после приёма пищи. Период полураспада ВИП в кровотоке 1 минута.
ВИП обладает сильным стимулирующим действием на кровоток в стенке кишки, а также на гладкую мускулатуру кишечника. Является ингибитором, угнетающим секрецию соляной кислоты париетальными клетками слизистой оболочки желудка. ВИП также является стимулятором продукции пепсиногена главными клетками желудка.
В результате гиперплазии клеток, вырабатывающих вазоактивный интестинальный пептид, в поджелудочной железе может развивается опухоль, называемая випомой (синдром Вернера-Моррисона). Частота заболеваемости випомой очень мала (1 случай в год на 10 млн. человек) или 2 % от всех эндокринных опухолей желудочно-кишечного тракта. В половине случаев опухоль злокачественная. Прогноз чаще неблагоприятный.
3.5 Панкреатический полипептид (ПП)
Панкреатический полипептид -- полипептид, секретируемый PP-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Состоит из 36 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу 4200 Да.
PP-клетки (ПП-клетки) -- клетки островков поджелудочной железы, продуцирующие панкреатический полипептид. Локализуются по перифирии островков, однако нередко встречаются и вне островков -- преимущественно в области головки железы. Клетки имеют полигональную форму и содержат мелкие (не более 140 нм) гранулы [25].
Панкреатический полипептид по своему действию является антагонистом холецистокинина. Подавляет секрецию поджелудочной железы и стимулирует секрецию желудочного сока.В сыворотке крови практически здоровых людей натощак содержание панкреатического полипептида составляют около 80 пг/мл [32].
Таким образом, эндокринная часть поджелудочной железы представлена островками Лангерганса, которые в свою очередь состоят из А-, В- и D-клеток. А-клетки составляют 25% клеточного состава островков и являются местом образования глюкагона; В-клетки, которые служат местом синтеза и депонирования инсулина, - 60%; D-клетки синтезируют соматостатин. Обнаружен еще ряд клеток островков, которые предположительно могут продуцировать вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), гастроинтестинальный полипептид (ГИП) и панкреатический полипептид (ПП).
