Funkcja hormonalna trzustki

Trzustka położona jest na tylnej ścianie jamy brzusznej, za żołądkiem, na poziomie L1-L2 i rozciąga się od dwunastnicy do wnęki śledziony. Jej długość wynosi około 15 cm, waga około 100 g. Trzustka ma głowę położoną w łuku dwunastnicy, trzon i ogon sięgający wnęki śledziony i leżący zaotrzewnowo. Ukrwienie trzustki odbywa się przez tętnicę śledzionową i tętnicę krezkową górną. Krew żylna wpływa do żyły śledzionowej i żyły krezkowej górnej. Trzustka unerwiona jest przez nerwy współczulne i przywspółczulne, których włókna końcowe stykają się z błoną komórkową komórek wysepek.

Trzustka pełni funkcje zewnątrz- i wewnątrzwydzielnicze. Tę ostatnią wykonują wysepki Langerhansa, które stanowią około 1-3% masy gruczołu (od 1 do 1,5 miliona). Średnica każdej z nich wynosi około 150 µm. Jedna wysepka zawiera od 80 do 200 komórek. Istnieje kilka ich typów, w zależności od ich zdolności do wydzielania hormonów polipeptydowych. Komórki A wytwarzają glukagon, komórki B wytwarzają insulinę, a komórki D wytwarzają somatostatynę. Odkryto również szereg komórek wysepek, które rzekomo wytwarzają wazoaktywny polipeptyd śródmiąższowy (VIP), peptyd żołądkowo-jelitowy (GIP) i polipeptyd trzustkowy. Komórki B są zlokalizowane w centrum wysepki, a reszta znajduje się na jej obwodzie. Większość masy - 60% komórek - stanowią komórki B, 25% - komórki A, 10% - komórki D, a reszta - 5% masy.

Insulina powstaje w komórkach B z jej prekursora, proinsuliny, która jest syntetyzowana na rybosomach szorstkiego retikulum endoplazmatycznego. Proinsulina składa się z 3 łańcuchów peptydowych (A, B i C). Łańcuchy A i B są połączone mostkami disiarczkowymi, a peptyd C łączy łańcuchy A i B. Masa cząsteczkowa proinsuliny wynosi 9000 daltonów. Syntetyzowana proinsulina trafia do aparatu Golgiego, gdzie jest rozkładana przez enzymy proteolityczne na cząsteczkę peptydu C o masie cząsteczkowej 3000 daltonów i cząsteczkę insuliny o masie cząsteczkowej 6000 daltonów. Łańcuch A insuliny składa się z 21 reszt aminokwasowych, łańcuch B z 30, a peptyd C z 27-33. Prekursorem proinsuliny w procesie jej biosyntezy jest preproinsulina, która różni się od pierwszej obecnością innego łańcucha peptydowego składającego się z 23 aminokwasów i przyłączonego do wolnego końca łańcucha B. Masa cząsteczkowa preproinsuliny wynosi 11 500 daltonów. Na polisomach szybko przekształca się w proinsulinę. Z aparatu Golgiego (kompleks lamelarny) insulina, peptyd C i częściowo proinsulina trafiają do pęcherzyków, gdzie ta pierwsza wiąże się z cynkiem i jest odkładana w stanie krystalicznym. Pod wpływem różnych bodźców pęcherzyki przemieszczają się do błony cytoplazmatycznej i uwalniają insulinę w postaci rozpuszczonej do przestrzeni przedwłośniczkowej poprzez emyocytozę.

Najsilniejszym stymulatorem jej wydzielania jest glukoza, która oddziałuje z receptorami błony cytoplazmatycznej. Odpowiedź insuliny na jej działanie jest dwufazowa: pierwsza faza - szybka - odpowiada uwalnianiu rezerw syntetyzowanej insuliny (1. pula), druga - wolna - charakteryzuje szybkość jej syntezy (2. pula). Sygnał z enzymu cytoplazmatycznego - cyklazy adenylowej - przekazywany jest do układu cAMP, mobilizującego wapń z mitochondriów, który uczestniczy w uwalnianiu insuliny. Oprócz glukozy, aminokwasy (arginina, leucyna), glukagon, gastryna, sekretyna, pankreozymina, polipeptyd hamujący żołądek, neurotensyna, bombesyna, leki sulfanilamidowe, stymulanty beta-adrenergiczne, glikokortykoidy, STH, ACTH wywierają stymulujący wpływ na uwalnianie i wydzielanie insuliny. Hipoglikemia, somatostatyna, kwas nikotynowy, diazoksyd, stymulacja alfa-adrenergiczna, fenytoina i fenotiazyny hamują wydzielanie i uwalnianie insuliny.

Insulina we krwi jest wolna (insulina immunoreaktywna, IRI) i związana z białkami osocza. Degradacja insuliny zachodzi w wątrobie (do 80%), nerkach i tkance tłuszczowej pod wpływem transferazy glutationowej i reduktazy glutationowej (w wątrobie), insulinazy (w nerkach), enzymów proteolitycznych (w tkance tłuszczowej). Proinsulina i peptyd C również ulegają degradacji w wątrobie, ale znacznie wolniej.

Insulina ma wielorakie działanie na tkanki zależne od insuliny (wątroba, mięśnie, tkanka tłuszczowa). Nie ma bezpośredniego wpływu na tkankę nerkową i nerwową, soczewkę i erytrocyty. Insulina jest hormonem anabolicznym, który zwiększa syntezę węglowodanów, białek, kwasów nukleinowych i tłuszczu. Jej wpływ na metabolizm węglowodanów wyraża się w zwiększonym transporcie glukozy do komórek tkanek zależnych od insuliny, stymulacji syntezy glikogenu w wątrobie i zahamowaniu glukoneogenezy i glikogenolizy, co powoduje obniżenie poziomu cukru we krwi. Wpływ insuliny na metabolizm białek wyraża się w stymulacji transportu aminokwasów przez błonę cytoplazmatyczną komórek, syntezie białek i hamowaniu ich rozpadu. Jej udział w metabolizmie tłuszczów charakteryzuje się włączeniem kwasów tłuszczowych do trójglicerydów tkanki tłuszczowej, stymulacją syntezy lipidów i zahamowaniem lipolizy.

Działanie biologiczne insuliny wynika z jej zdolności wiązania się ze specyficznymi receptorami błony cytoplazmatycznej komórki. Po związaniu się z nimi sygnał jest przekazywany poprzez wbudowany w błonę komórkową enzym - cyklazę adenylową - do układu cAMP, który przy udziale wapnia i magnezu reguluje syntezę białek i wykorzystanie glukozy.

Podstawowe stężenie insuliny, oznaczane radioimmunologicznie, wynosi u zdrowych osób 15-20 μU/ml. Po doustnym obciążeniu glukozą (100 g) jej poziom wzrasta 5-10-krotnie w porównaniu do poziomu początkowego po 1 godzinie. Szybkość wydzielania insuliny na czczo wynosi 0,5-1 U/h, a po posiłku wzrasta do 2,5-5 U/h. Wydzielanie insuliny zwiększa się pod wpływem stymulacji przywspółczulnej, a zmniejsza pod wpływem stymulacji współczulnej.

Glukagon jest jednołańcuchowym polipeptydem o masie cząsteczkowej 3485 daltonów. Składa się z 29 reszt aminokwasowych. Jest rozkładany w organizmie przez enzymy proteolityczne. Wydzielanie glukagonu jest regulowane przez glukozę, aminokwasy, hormony żołądkowo-jelitowe i układ współczulny. Jest wzmacniane przez hipoglikemię, argininę, hormony żołądkowo-jelitowe, szczególnie pankreozyminę, czynniki stymulujące układ współczulny (aktywność fizyczna itp.) i spadek poziomu wolnych kwasów tłuszczowych we krwi.

Produkcja glukagonu jest hamowana przez somatostatynę, hiperglikemię i podwyższone poziomy wolnych kwasów tłuszczowych we krwi. Zawartość glukagonu we krwi wzrasta w przypadku zdekompensowanej cukrzycy i glukagonomii. Okres półtrwania glukagonu wynosi 10 minut. Jest on inaktywowany przede wszystkim w wątrobie i nerkach przez podział na nieaktywne fragmenty pod wpływem enzymów karboksypeptydazy, trypsyny, chymotrypsyny itp.

Główny mechanizm działania glukagonu charakteryzuje się zwiększeniem produkcji glukozy przez wątrobę poprzez stymulację jej rozkładu i aktywację glukoneogenezy. Glukagon wiąże się z receptorami błonowymi hepatocytów i aktywuje enzym cyklazę adenylową, która stymuluje powstawanie cAMP. Prowadzi to do gromadzenia się aktywnej formy fosforylazy, która uczestniczy w procesie glukoneogenezy. Ponadto hamuje się powstawanie kluczowych enzymów glikolitycznych i stymuluje uwalnianie enzymów biorących udział w procesie glukoneogenezy. Inną tkanką zależną od glukagonu jest tkanka tłuszczowa. Poprzez wiązanie się z receptorami adipocytów glukagon promuje hydrolizę trójglicerydów z tworzeniem glicerolu i wolnych kwasów tłuszczowych. Efekt ten uzyskuje się poprzez stymulację cAMP i aktywację lipazy wrażliwej na hormony. Zwiększonej lipolizie towarzyszy wzrost wolnych kwasów tłuszczowych we krwi, ich włączenie do wątroby i tworzenie kwasów ketonowych. Glukagon stymuluje glikogenolizę w mięśniu sercowym, co zwiększa wydajność serca, rozszerza tętniczki i zmniejsza całkowity opór obwodowy, zmniejsza agregację płytek krwi, wydzielanie gastryny, pankreozyminy i enzymów trzustkowych. Pod wpływem glukagonu zwiększa się wytwarzanie insuliny, hormonu somatotropowego, kalcytoniny, katecholamin oraz wydalanie płynów i elektrolitów z moczem. Jego podstawowy poziom w osoczu krwi wynosi 50-70 pg/ml. Po spożyciu pokarmów białkowych, podczas postu, w przewlekłej chorobie wątroby, przewlekłej niewydolności nerek i glukagonomie, zawartość glukagonu wzrasta.

Somatostatyna jest tetradekapeptydem o masie cząsteczkowej 1600 daltonów, składającym się z 13 reszt aminokwasowych z jednym mostkiem disiarczkowym. Somatostatyna została po raz pierwszy odkryta w przednim podwzgórzu, a następnie w zakończeniach nerwowych, pęcherzykach synaptycznych, trzustce, przewodzie pokarmowym, tarczycy i siatkówce. Największa ilość hormonu powstaje w przednim podwzgórzu i komórkach D trzustki. Biologiczną rolą somatostatyny jest hamowanie wydzielania hormonu somatotropowego, ACTH, TSH, gastryny, glukagonu, insuliny, reniny, sekretyny, wazoaktywnego peptydu żołądkowego (VGP), soku żołądkowego, enzymów trzustkowych i elektrolitów. Zmniejsza wchłanianie ksylozy, kurczliwość pęcherzyka żółciowego, przepływ krwi w narządach wewnętrznych (o 30-40%), perystaltykę jelit, a także zmniejsza uwalnianie acetylocholiny z zakończeń nerwowych i pobudliwość elektryczną nerwów. Okres półtrwania pozajelitowo podawanej somatostatyny wynosi 1-2 minuty, co pozwala nam uważać ją za hormon i neuroprzekaźnik. Wiele efektów somatostatyny jest pośredniczonych przez jej wpływ na wyżej wymienione narządy i tkanki. Mechanizm jej działania na poziomie komórkowym jest nadal niejasny. Zawartość somatostatyny w osoczu krwi zdrowych osób wynosi 10-25 pg/l i wzrasta u pacjentów z cukrzycą typu I, akromegalią i guzem trzustki z komórek D (somatostatinoma).

Rola insuliny, glukagonu i somatostatyny w homeostazie. Insulina i glukagon odgrywają główną rolę w bilansie energetycznym organizmu, utrzymując go na określonym poziomie w różnych stanach organizmu. Podczas postu poziom insuliny we krwi spada, a glukagon wzrasta, szczególnie w 3-5 dniu postu (około 3-5 razy). Zwiększone wydzielanie glukagonu powoduje zwiększony rozpad białek w mięśniach i nasila proces glukoneogenezy, co pomaga uzupełniać rezerwy glikogenu w wątrobie. W ten sposób stały poziom glukozy we krwi, niezbędny do funkcjonowania mózgu, erytrocytów i rdzenia nerkowego, jest utrzymywany poprzez nasilenie glukoneogenezy, glikogenolizy, hamowanie wykorzystania glukozy przez inne tkanki pod wpływem zwiększonego wydzielania glukagonu i zmniejszanie zużycia glukozy przez tkanki insulinozależne w wyniku zmniejszonej produkcji insuliny. W ciągu dnia tkanka mózgowa wchłania od 100 do 150 g glukozy. Nadmierna produkcja glukagonu stymuluje lipolizę, co zwiększa poziom wolnych kwasów tłuszczowych we krwi, które są wykorzystywane przez serce i inne mięśnie, wątrobę i nerki jako materiał energetyczny. Podczas długotrwałego postu, ketokwasy powstające w wątrobie stają się również źródłem energii. Podczas naturalnego postu (nocnego) lub podczas długich przerw w przyjmowaniu pokarmów (6-12 godzin), zapotrzebowanie energetyczne tkanek zależnych od insuliny organizmu jest utrzymywane przez kwasy tłuszczowe powstające podczas lipolizy.

Po spożyciu (węglowodanów) obserwuje się szybki wzrost poziomu insuliny i spadek poziomu glukagonu we krwi. Pierwszy z nich powoduje przyspieszenie syntezy glikogenu i wykorzystanie glukozy przez tkanki insulinozależne. Pokarmy białkowe (np. 200 g mięsa) stymulują gwałtowny wzrost stężenia glukagonu we krwi (o 50-100%) i nieznaczny wzrost insuliny, co przyczynia się do zwiększonej glukoneogenezy i wzrostu produkcji glukozy przez wątrobę.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]