6.5. Поджелудочная железа и ее гормоны

Поджелудочная железа состоит из экзокринной и эндокринной частей, которые развиваются из одного источника - энтодермы первичной кишки. В экзокринной части, составляющей у человека 98% всей массы железы, вырабатывается пищеварительный сок, который поступает в двенадцатиперстную кишку (см. разд. 11.2.3) и содержит ферменты, необходимые для расщепления белков, жиров и углеводов. В эндокринной части - панкреатических островках (Лангерганса) - синтезируются гормоны, регулирующие метаболические процессы, в особенности углеводный обмен.

В процессе эволюции эндокринная часть возникла раньше экзокринной, так что вначале поджелудочная железа не имела компактного строения. У ланцетника в эпителии слизистой оболочки кишки есть клетки, гомологичные экзокринной и эндокринной частям поджелудочной железы. Эти клетки разобщены. У круглоротых (миноги) образуются островки железистой ткани, отделяющиеся от эпителия кишечника. У костистых рыб эндокринная ткань представлена островками (тельца Брокмана), обособленными от экзокринной ткани поджелудочной железы. У других позвоночных животных эндокринная ткань в виде мелких включений расположена среди экзокринной ткани поджелудочной железы и составляет только 1-3% от ее массы.

Гормоны, вырабатываемые эндокринной частью. В панкреатических островках большинства позвоночных выявляют два основных типа железистых клеток, вырабатывающих разные гормоны: инсулин и глюкагон. Клетки, синтезирующие инсулин, называют (?- (или В-) клетками; клетки, вырабатывающие глюкагон, - ?- (или А-) клетками. Кроме них определен третий тип клеток - ?-клетки, в которых синтезируется соматостатин (рис. 6.28).

Р-клетки, синтезирующие инсулин, обнаружены у всех позвоночных. У низших позвоночных (круглоротые, хрящевые рыбы) ?-клетки и глюкагон не выявлены. У всех остальных позвоночных в панкреатических островках синтезируются инсулин и глюкагон, основная функция которых состоит в регуляции метаболических процессов; от этих гормонов в значительной степени зависит уровень глюкозы в крови, необходимый для нормальной жизнедеятельности организма.

Инсулин представляет собою полипептид с молекулярной массой около 6 кДа. Он состоит из двух цепей, соединенных двумя дисульфидными мостиками. Инсулин образуется из предшественника - проинсулина - под влиянием протеаз. Активность проинсулина невелика (5% активности инсулина). Превращение проинсулина в инсулин происходит в ?-клетках. Инсулин был первым полипептидным гормоном, синтезированным искусственно.

В настоящее время инсулин (или инсулиноподобный гормон) обнаружен у многих беспозвоночных животных, что свидетельствует, по-видимому, не только о его древности, но и важной роли в регуляции метаболических процессов.

Глюкагон - полипептид, построенный из одной цепи с молекулярной массой около 3,5 кДа. Кроме ?-клеток панкреатических островков глюкагон вырабатывается также в слизистой оболочке кишечника (энтероглюкагон). Функция энтероглюкагона несколько отличается от роли панкреатического глюкагона.

Инсулин является анаболическим гормоном с широким спектром действия. Его роль состоит в повышении синтеза углеводов, жиров и белков. Он стимулирует метаболизм глюкозы. Под влиянием инсулина увеличивается проницаемость для глюкозы клеток миокарда, скелетных мышц, что усиливает ток глюкозы внутрь клеток и ее обмен. Он необходим для прохода аминокислот сквозь ГЭБ (см. разд. 3.27). Инсулин стимулирует синтез гликогена в печени, снижает глюконеогенез (образование глюкозы из аминокислот), влияет на обмен липидов, усиливая способность жировой ткани и печени к накоплению их резервов в форме триглицеридов (рис. 6.29). Инсулин активно взаимодействует с другими гормонами, как, например, гормоном роста.

Действие глюкагона на метаболические процессы осуществляется в печени и реализуется через аденилатциклазу и цАМФ. Последний, в свою очередь, активизирует ферменты, контролирующие скорость гликогенолиза, глюконеогенеза и липолиза. Основной эффект гормона состоит в усилении гликогенолиза в печени, в чем глюкагон является синергистом адреналина. По воздействию на уровень глюкозы в плазме крови глюкагон является антагонистом инсулина.

Концентрация гормонов поджелудочной железы в плазме крови зависит от поступления глюкозы с пищей, скорости ее окисления и от уровня других гормонов, участвующих в регуляции содержания глюкозы. При повышении содержания глюкозы в крови усиливается секреция инсулина, при ее снижении

Рис. 6.28 Взаимоотношения между инсулином и глюкагоном в регуляции обмена глюкозы

Рис. 6.29 Действие инсулина и гормона роста СТГ - соматотропный гормон.

выделяется больше глюкагона. Регуляция уровня гормона в крови осуществляется по механизму обратной связи (рис. 6.30)

Рис. 6.30 Регуляция уровня гормона в крови по механизму обратной связи

Регуляция секреции гормонов осуществляется симпатической и парасимпатической нервной системой. Помимо того, уровень глюкозы, очевидно, изменяется и в самой поджелудочной железе, что используется для регуляции секреторной активности клеток. Регуляция секреции инсулина происходит и под влиянием ряда регуляторных пептидов, вырабатываемых в желудочно-кишечном тракте. Присутствие в нем глюкозы вызывает выброс энтероглюкагона. Этот гормон поступает с кровью к клеткам поджелудочной железы и стимулирует секрецию инсулина. Инсулотропным действием обладают АКТГ, вазопрессин и гормон роста.

Регуляция секреции глюкагона осуществляется посредством рецепторов глюкозы в переднем гипоталамусе, которые выявляют снижение глюкозы в крови. Возможно, в эту цепь взаимодействий включается гормон роста гипофиза. Соматостатин, вырабатываемый ?-клетками, оказывает ингибирующее влияние на выделение глюкагона. Энтероглюкагон также может подавлять секрецию панкреатического глюкагона. Симпатическая стимуляция усиливает секрецию глюкагона. Таким образом, система регуляции секреции инсулина и глюкагона и связанного с функцией этих гормонов уровня глюкозы в крови весьма сложна.                               

У млекопитающих главным источником энергии являются углеводы, и инсулин играет весьма значительную роль в процессах регуляции их метаболизма. У птиц в 10-20 раз более высоким является содержание глюкагона - липолитического агента, так как основным источником энергии у этой группы позвоночных являются липиды. При отклонениях уровня глюкозы в крови от нормы наблюдаются явления гипо- или гипергликемии.

В норме концентрация глюкозы в крови человека относительно постоянна и составляет около 80-120 мг% (44,4-66,6 ммоль/л).

Патофизиология. При гипогликемии, т. е. резком снижении уровня глюкозы, наблюдаются тахикардия, голод, возбуждение. В результате гипогликемической комы может наступить смерть. Предотвращение этих явлений возможно при вливаниях глюкозы и введении глюкагона. При уровне глюкозы выше 180 мг% (99,9 ммоль/л) она выводится с мочой, что происходит при ослабленной функции инсулина и является одним из проявлений сахарного диабета. Это заболевание возникает в результате недостаточной выработки инсулина ?-клетками поджелудочной железы. Те же явления могут наблюдаться в результате нарушения реакции (снижение числа рецепторов к инсулину, снижение их аффинности (от лат. affinis - родственный, сродный) периферических тканей на инсулин. В отсутствие гормона глюкоза медленно проникает в клетки мышц и печени, т. к. не работают высокоэффективные инсулинзависимые транспортеры глюкозы, запасы гликогена при этом быстро истощаются.