Эффекты инсулина

2. Паракринный эффект – это действие инсулина, секретируемого В-клетками во внеклеточную жидкость, непосредственно в островках, на рядом лежащие клетки. Первыми конечными клетками, достигаемыми инсулином, являются А-клетки (α), которые синтезируют глюкагон. Этим путем инсулин тормозит секрецию глюкагона А-клетками.

Первым органом, которого достигает инсулин, после его секреции в кровь, является печень. В печени инсулин стимулирует синтез гликогена, путем активации энзима гликоген-синтетазы, синтез триглицеридов, липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП) и холестерина (ХС), синтез пентоз и альбумина; тормозит глюконеогенез, гликогенолиз и кетогенез.

В жировой ткани инсулин стимулирует синтез и запасание жира, в жировых клетках – образование липопротеинлипазы и транспортировку ее на плазменную поверхность эндотелия капилляров, прилегающих к жировой клетке. Под влиянием инсулина липопротеинлипаза активирует гидролиз триглицеридов в ЛПОНП, поступление жирных кислот и глицерола в жировые клетки и делает доступным α-глицерофосфат, необходимый для синтеза триглицеридов (нейтрального жира). Этим путем инсулин стимулирует липогенез. Инсулин тормозит в жировых клетках липолиз путем торможения гормонозависимой липазы.

В мышечной ткани инсулин стимулирует синтез белка путем увеличения транспорта аминокислот в мышечную клетку, синтез рибосомального белка, увеличивает активность гликогенсинтетазы и синтез мышечного гликогена, тормозит протеолиз.

В канальцах почек инсулин увеличивает реабсорбцию натрия и тормозит глюконеогенез (табл. 6.2).

Таким образом, основная функция инсулина – регуляция уровня глюкозы в крови нормальное ее содержание в крови 3,9-6,7 ммоль\л (0,7-1,2 г\л). При инсулиновой недостаточности – гипергликемия. При ее концентрации в крови выше 8,9 ммоль\л (1,6г\л) развивается глюкозурия, т.к. почки не способны полностью реадсорбировать глюкозу, проходящую в первичную мочу. Это влечет за собой полиурию.

Глюкагон

Глюкагон синтезируется в А-клетках (α) островков Лангерганса поджелудочной железы. Глюкагон – полипептид, состоящий из 29 аминокислот в виде одной цепи. Молекулярный вес глюкагона 3455. У человека ген глюкагона локализуется во второй хромосоме. Предшественником глюкагона является проглюкагон, молекула которого в 5-6 раз больше глюкагона и состоит из 160 аминокислот. В состав проглюкагона кроме глюкагона входят глицентинсвязанный пептид, глюкагоноподобный пептид 1 и глюкагоноподобный пептид 2. Глюкагон и глицентинсвязанный пептид представляют гормон глицентин. Однако глицентин секретируется лишь в тонкой кишке, а не А-клетками островков.

У здоровых людей концентрация иммунореактивного глюкагона в плазме кро­ви натощак около 75 пг/мл (25 пмоль/л). Период полураспада глюкагона – 3-6 мин. Секреция глюкагона в кровь резко увеличивается при стрессе в ответ на гипогликемии. Его секрецию также стимулируют некоторые аминокислоты, в частности аланин, катехоламины, глюкокортикоиды, холецистокинин, гастрин, симпатическая нервная системы. Секрецию глюкагона тормозит глюкоза, либо прямо, либо через инсулин и соматостатин, так как оба эти гормона тормозят секрецию глюкагона. Секрецию глюкагона тормозит повышение уровня свободных жирных кислот в крови. Физиологические эффекты глюкогона во многом индентичны эффектам адреналина.

Основная функция глюкагона состоит в обеспечении энергетических потребностей организма в перерывах между едой и поддержании нормального уровня глюкозы в крови, чтобы обеспечить мозг глюкозой.

В отличие от инсулина, который запасает энергетические и пластические вещества в организме, глюкагон является катаболическим гормоном. Глюкагон обеспечивает ткани энергией в промежутках между едой, когда пища не поступает. Он стимулирует гликогенолиз (распад гликогена), глюконеогенез в печени (образование глюкозы из аминокислот), кетогенез (синтез кетоновых тел из жирных кислот), в жировой ткани стимулирует липолиз путем активации гормонозависимой липазы.

Печень – главный конечный орган для эффектов глюкагона. Уровень его в портальной вене может достигать очень высоких цифр – 300-500 пг/мл (100-166 пмоль/л). Глюкагон связывается с рецепторами на мембранах печеночных клеток и активирует аденилатциклазу с образованием цАМФ, которая обеспечивает гликогенолиз и глюконеогенез.

Соматостатин

Соматостатин синтезируется в D-клетках островков Лангерганса. Ген соматостатина у человека находится в 3-й хромосоме. Предшественником соматостатина является препросоматостатин. Под влиянием протеолитических энзимов из препросоматостатина образуется гормон соматостатин, состоящий из 14 аминокислот в виде одной цепи с молекулярным весом 1640.

Соматостатин впервые был обнаружен в гипоталамусе и получил свое название из-за его ингибиторного действия на секрецию гормона роста из соматотрофов гипофиза. Позже соматостатин был идентифицирован во многих тканях, включая многие области мозга, желудочно-кишечный тракт и D-клетки островков Лангерганса. Соматостатин оказывает влияние на В-клетки паракринным путем, подавляя секрецию инсулина.

Короткий период полураспада (около пяти минут) и отсутствие надёжных методов определения концентрации соматостатина в плазме крови ограничивают исследования на интактных людях и животных. Большинство данных секреции соматостатина получено в экспериментах на изолированных островках или перфузируемой поджелудочной железе.

Как правило, стимуляторы секреции инсулина, включая глюкагон и препараты сульфонилмочевины, повышают и секрецию соматостатина. Соматостатин ингибирует секрецию не только инсулина и глюкагона, но и многих других гормонов (помимо гормона роста, с регуляцией секреции которого его связывали вначале). Для объяснения ингибирующего эффекта соматостатина на секреторные процессы предложено только два механизма: 1) блокада действия цАМФ (по-видимому, соматостатин не влияет на этап образования цАМФ при стимуляции) и 2) торможение транспорта ионов Са²⁺.

Поскольку соматостатин ингибирует секрецию и инсулина и глюкагона, то он стал широко использоваться для изучения метаболических процессов. Полагают, что введение либо инсулина, либо глюкагона человеку или животному на фоне соматостатиновой блокады позволяет оценить относительный вклад каждого из этих гормонов в определение состояния, существовавшего до блокады.

Все стимуляторы секреции инсулина также стимулируют секрецию панкреатического соматостатина. Эти стимулы включают глюкозу, аргинин, желудочно-кишечные гормоны, толбутамид.

В норме концентрация соматостатина в плазме крови не превышает 80 пг/мл (49 пмоль/л).

Соматостатин тормозит двигательную активность желудочно-кишечного тракта и уменьшает кровоток в органах брюшной полости.

Этот пептид обладает и выраженным влиянием на ЦНС, вызывая поведенческие сдвиги, изменяя электрическую активность мозга и нарушая координацию движений. Введение соматостатина человеку оказывает седативный эффект, а микроионофоретическое введение его в мозг экспериментальных животных снижает активность нейронов.

Использование специфических антител для иммуноцитохимического анализа локализации соматостатина в клетках преподнесло еще один сюрприз. Высокие концентрации пептида обнаруживаются не только в нервных окончаниях срединного возвышения, но и в коре, среднем мозге, стволе мозга, спинном мозге и сенсорных ганглиях. Более того, продуцирующие соматостатин клетки были найдены в островках Лангерганса, эпителии желудка и кишечника, а также среди парафолликулярных клеток щитовидной железы. Поскольку это вещество трудно обнаружить в крови, полагают, что оно действует паракринным путем, т.е., выделяясь специфическими клетками, влияет на соседние клетки посредством локальной диффузии. Только в гипоталамусе оно все же переносится кровью на небольшое расстояние от срединного возвышения. Тот факт, что соматостатин оказывает тоническое действие на секрецию гипофизарных гормонов, был установлен Унгером и др., которые продемонстрировали повышение секреции гипофизарных и кишечных гормонов после введения антител к соматостатину. В этих же опытах увеличение секреции гормонов поджелудочной железы отсутствовало.

Клеточные механизмы многочисленных биологических эффектов соматостатина интенсивно изучаются, но пока нельзя предложить полностью удовлетворяющую фактам теорию. Единственной общей чертой перечисленных выше эффектов, включая торможение секреторных процессов, снижение активности гладкой мускулатуры и нейронов, является участие в них кальция. Считают, что соматостатин каким-то образом влияет на транспорт кальция, что в свою очередь изменяет активность различных клеток.

Панкреатический полипептид

Панкреатический полипептид (РР) синтезируется в F-клетках островков и представлен цепочкой из 39 аминокислот. У здоровых лиц концентрация РР е плазме крови натощак – около 24 пмоль/л. Содержание РР в плазме крови повышается с возрастом, при диарее, хронической почечной недостаточности, гипогликемии. Концентрация РР в плазме крови, превышающая 300 пмоль/л, свидетельствует о наличии опухоли, такой как глюкагонома, панкреатическая холера или гастринома. Физиологическая роль РР не известна.

Гомеостаз глюкозы в норме

Поддержание нормального уровня глюкозы в плазме крови, главным образом базального, необходимо для нормальной функции мозга, который является абсолютно глюкозозависимым и может обходиться без глюкозы не более 5—10 мин.

Так как процесс еды происходит периодически, в организме имеются механизмы запасания энергии и глюкозы (гликоген в печени и мышцах, нейтральный жир в жировой ткани) и механизмы, способствующие их расходованию, когда пища не поступает. Поддержание нормального уровня глюкозы в крови в период, когда пища не поступает, осуществляется за счет образования в печени и в почках глюкозы из аминокислот (глюконеогенез) для обеспечения питания мозга.

Окисление глюкозы является основным источником энергии для многих тканей, но особенно для функционирования мозга. Так как клеточные мембраны непроницаемы для гидрофильных молекул, таких как глюкоза, все клетки имеют транспортные белки, которые находятся в мембранах клеток, и переносят глюкозу через липидные мембраны в цитоплазму клеток. Только кишечник и почки имеют энергетически зависимый Na⁺ транспорт глюкозы. Во всех других клетках тела перенос глюкозы энергетически независимый, пассивный, путём диффузии глюкозы от высокой концентрации к низкой через клеточные мембраны в цитоплазму клеток. Выделяют пять глюкозотранспортных белков (ГТБ): ГТБ-1, -2, -3, -4, -5. Они подразделяются в зависимости от их чувствительности к глюкозе (табл. 6.3.). Глюкозотранспортные белки 1 и 3 переносят глюкозу в мозг. Остальные ткани в этот период используют в основном жирные кислоты, которые освобождаются из жировых клеток.

Таблица 6.3.