Гормоны островков поджелудочной железы. Регуляция обмена веществ

Островки Лангерганса поджелудочной железы состоят из:

Эти гормоны, помимо системного действия, паракринно модулируют секрецию друг друга, работая как мини-орган: инсулин подавляет продукцию глюкагона, глюкагон стимулирует продукцию инсулина и соматостатина, а соматостатин подавляет продукцию и инсулина, и глюкагона.

Инсулин

Регуляция секреции

Основным стимулятором секреции инсулина является глюкоза, поступающая в кровь из желудочно-кишечного тракта при приеме пищи.  Глюкоза стимулирует секрецию инсулина, действуя прямо на β-клетки (Поступая в клетки через GLUT2, превращается в АТФ. ↑[АТФ] вызывает закрытие К⁺-АТФ-чувствительных каналов и деполяризацию мембраны. Деполяризация приводит к открытию Ca²⁺-потенциал-зависимых каналов, связыванию Ca²⁺ с белками SNARE-комплекса и высвобождению содержимого (инсулина) везикул). Кроме того, секреция инсулина опосредованно стимулируется глюкозой в результате увеличения секреции гормонов ЖКТ, стимулирующих продукцию инсулина (глюкагона, GLP-1 (Glucagon-like peptide 1 – Глюкагоноподобный пептид 1), ГИП (ГастроИнгибирующий Пептид), гастрина, секретина, холецистокинина и др.). Помимо этого, продукцию инсулина повышают СТГ, плацентарный лактоген, эстрогены и прогестины. Во время беременности продукция инсулина также растет.

Секреция инсулина снижается на фоне голодания, физической нагрузки, стресса – ситуаций, сопровождаемых увеличенной потребностью в углеводах и жирах. При этом растет продукция глюкагона α-клетками и глюкагоноподобных пептидов кишечником. Гормон жировой ткани лептин и инсулин объединены реципрокными связями: лептин снижает продукцию инсулина, а инсулин, наоборот, повышает продукцию лептина жировой тканью. К веществам, подавляющим секрецию инсулина, также относятся соматостатин и катехоламины.

Структура и механизм действия

Инсулин и несколько родственных ему сигнальных соединений объединяют в «семейство инсулина». К нему относятся:

Рецептор

Рецептор инсулина относится к семейству гетеротетрамерных рецепторных тирозинкиназ. Он состоит из двух внеклеточных α-субъединиц и двух трансмембранных β-субъединиц (обладают тирозинкиназной активностью), соединенных дисульфидными связями.

Связывание инсулина вызывает аутофосфорилирование рецептора по остаткам тирозина и фосфорилирование тирозиловых остатков других белков, включая белок-субстрат рецептора инсулина (IRS).

Функции

Инсулин – основной стимулятор утилизации и запасания углеводов:

Глюкагон

Глюкагон – контринсулярный гормон, вырабатываемый α-клетками островков Лангерганса и энтероцитами (наряду с глюкагоноподобными пептидами). Активирует процессы липолиза и гликогенолиза, повышая концентрацию глюкозы и жирных кислот в крови.

Регуляция секреции

Продукция глюкагона возрастает при голодании и снижении уровня глюкозы в крови, а также при снижении уровня свободных жирных кислот. Продукцию глюкагона (как и инсулина) также стимулируют гормоны ЖКТ (гастрин, секретин, холецистокинин). Инсулин и соматостатин снижают продукцию глюкагона.

Структура и механизм действия

Глюкагон входит в большое семейство одноцепочечных пептидных гормонов ЖКТ, обладающих гомологичной структурой. Помимо глюкагона семейство включает глюкагоноподобные пептиды, соматолиберин, секретин, вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), гастроингибирующий пептид и др.

Рецепторы всех гормонов этого семейства, в т. ч. глюкагона, сопряжены с Gs-белками. Передача сигнала происходит преимущественно по аденилатциклазному пути.

Функции

Глюкагон – гипергликемический гормон. Органами-мишенями для глюкагона являются печень, почки, кишечник, миокард и др. Этот гормон обеспечивает:

При диабете I типа, сопровождающимся снижением продукции инсулина, продукция глюкагона существенно усиливается, увеличивая образование кетоновых тел и в тяжёлых случаях вызывая кетоацидоз.

Помимо этого, глюкагон повышает секрецию катехоламинов мозговым веществом надпочечников и чувствительность тканей к ним, стимулирует продукцию соматостатина и инсулина, снижает секрецию грелина желудком.

Соматостатин

Соматостатин δ-клеток – специфический ингибитор продукции инсулина и глюкагона. Этот гормон также образуется в гипоталамусе (см. главу Соматотропная ось), где подавляет продукцию СТГ (обладает гипергликимическими и липолитическими свойствами), и в кишечнике, где тормозит всасывание глюкозы, уменьшая ответную реакцию β-клеток. Кроме гормонов островкого аппарата поджелудочной железы в регуляции углеводного и липидного обмена принимает участие еще ряд гормонов.

Гормоны жировой ткани

Лептин – полипептидный гормон, продуцируемый главным образом адипоцитами.  Его продукция растет пропорционально массе жировой ткани, а его интегральной функцией является мобилизация энергетических ресурсов для поддержания нормального объёма жировой ткани.  Уровень лептина снижается при голодании и растет после приема пищи. Его избыточная продукция подавляет секрецию инсулина и вызывает резистентность ткани к его действию. Также этот гормон проявляет анорексигенные свойства, стимулируя центр насыщения, и угнетая секрецию орексигенного (орексигенный — стимулирующий аппетит;  орексигенный — подавляющий аппетит) NPY (нейропептид Y) и центр аппетита (см. рис 65). В рамках целого организма это тормозит пищевое поведение и активирует центр теплопродукции.

Рисунок 65. Регуляция аппетита и термогенеза лептином

Адипонектин снижает уровни глюкозы и свободных ЖК в крови. Это происходит благодаря увеличению захвата глюкозы периферическими тканями, окисления жирных кислот в мышцах, а также усилению опосредованного инсулином торможения глюконеогенеза в печени.

Резистин способствует развитию резистентности ткани к действию инсулина и стимулирует продукцию глюкозы печенью.

Другие гормоны

Грелин – гормон желудка, стимулирующий аппетит, пищевое поведение положительный энергетический баланс и продукцию орексигенного NPY. Секреция растет при голодании.

Адреналин, действуя через β-адренорецепторы, оказывает гипергликемическое и гиперлипоацидемическое действие.