12.6. Поджелудочная железа. Внутренняя секреция

Поджелудочная железа осуществляет внешнюю (экзокринную) и внутреннюю (эндокринную) секрецию. Клетки, собранные в со­ставе ацинусов и протоков, секретируют пищеварительные фер­менты и выделяют их в просвет кишки. Однако в паренхиме орга­на располагается особая ткань, морфологически оформленная в виде островков и выполняющая эндокринную функцию. Пан­креатические островки, занимающие от 2 до 10 % общей массы органа, не имеют выводных протоков, а выделяют продукты се­креции в кровь. Островки, названные по имени описавшего их ав­тора островками Лангерганса, имеют округлую или овальную фор­му и сравнительно небольшие размеры (50...500мкм). Среди кле­ток островков Лангерганса выделяют несколько типов, различаю­щихся по величине, форме и окраске.

Ацидофильные клетки (А-клетки, а-клетки) рас­полагаются обычно по периферии островка, имеют округлую, реже полигональную форму. Характерной особенностью А-клеток явля­ется наличие в их цитоплазме многочисленных секреторных гра­нул, представляющих собой округлые тельца высокой электронной плотности, окруженные электронопрозрачным ободком и четко различимой гладкой мембраной. Секреторные гранулы могут рас­полагаться по всей цитоплазме, но чаще концентрируются на по­люсе клетки, обращенном к кровеносным сосудам. Секретпродуци-

520

521

рующие структурные компоненты А-клеток представлены незначи­тельно шероховатым эндоплазматическим ретикулумом: немного­численные каналы, свободных рибосом в гиалоплазме немного, и они собраны в небольшие полисомные группы. Комплекс Гольджи обнаруживается не во всех А-клетках, а при наличии этой структу­ры внутри уплощенных пузырьков (в расширенных концевых от­делах) находятся локальные сгущения материала, идентичного содержимому секреторных гранул. По данным иммуногистохимии, А-клетки имеют непосредственное отношение к продукции одного из гормонов поджелудочной железы — глюкагона.

Базофильные клетки (В-клетки, (3-клетки) состав­ляют клеточную основу, имеют полигональную или призматичес­кую форму и занимают центральную часть островка. Цитоплазма В-клеток содержит многочисленные секреторные гранулы, отли­чающиеся от соответствующих гранул А-клеток своими размера­ми; они несколько крупнее (диаметр около 350 нм) и имеют мень­шую электронную плотность. Секреторные гранулы располагают­ся в секреторных везикулах эксцентрично и окружены более ши­роким электронопрозрачным ободком, причем мембрана везику­лы обычно имеет извилистые контуры. Морфологической особен­ностью секреторных гранул В-клеток у кошек и собак является характерный вид кристаллоида — прямоугольные палочки. Сек-ретпродуцирующие структурные компоненты клеток — эндоплаз-матический ретикулум и комплекс Гольджи — представлены в В-клетках более совершенно, чем в А-клетках, они занимают большую площадь клетки, да и сами клетки значительно превы­шают А-клетки по своим размерам. Исследования В-клеток у раз­личных видов животных с помощью методов меченых атомов и иммуногистохимии выявили, что они обеспечивают продукцию основного гормона поджелудочной железы — инсулина.

Дефинитивные клетки (Д-клетки, 8-клетки) в ост­ровках встречаются довольно редко, располагаются поодиночке или небольшими группами, имеют длинные цитоплазматичес-кие отростки, придающие им звездчатую форму. Характерной особенностью Д-клеток является наличие в их цитоплазме специ­фических секреторных гранул, отличающихся по своей ультра­структуре от А и В-гранул: размеры гранул значительно варьируют (200...400нм), распределены они довольно равномерно, иногда концентрируются в отростках клеток, обращенных к кровеносным сосудам. Д-клетки содержат немногочисленные и слаборазвитые клеточные органеллы, эндоплазматический ретикулум представ­лен небольшим количеством канальцев, комплекс Гольджи развит незначительно. Функции Д-клеток окончательно не выяснены, но данные иммуногистологического исследования позволяют пред­полагать возможность в них синтеза гастрина, однако не исключа­ется и образование в них соматостатина, аналог которого проду­цируют нейросекреторные образования гипоталамуса.

Рис. 12.10. Схема секреторного процесса в инсулиноците

У млекопитающих поджелудоч­ная железа вырабатывает гормон ин­сулин — полипептид с молекулярной массой 6000. Для образования инсули­на особенно необходим цистеин, на который в молекуле инсулина при­ходится 12 % всего аминокислотного состава. Образовавшийся в В-клет­ках инсулин либо сразу поступает в кровоток, либо депонируется в сек­реторных гранулах с участием цинка (рис. 12.10). В крови инсулин спосо­бен связываться с а-, р- и у*^гл°бу-линами и достигать тканей, которые способны связывать гормон и спе­цифически реагировать на его при­сутствие. Вследствие довольно бы­строго исчезновения инсулина из кро

веносного русла 20 % его выделяется в неизмененном виде с мочой, остальные 80 % разрушаются инсулиназой печени, почек и мышц — поджелудочная железа должна постоянно продуцировать этот гор­мон для поддержания определенного уровня углеводного обмена.

Инсулин действует на углеводный, жировой, белковый и мине­ральный обмены, а также на процессы окислительного фосфорили-рования. В основном его действие проявляется в повышении по­требления глюкозы тканями, в результате чего значительно по­нижается содержание сахара в крови. Развитие гипогликемии при введении инсулина связано с тем, что усиливается утилизация глюкозы: две трети ее количества связывается в печени, а треть в других органах и тканях, где глюкоза либо сгорает с образованием АТФ, либо используется для синтеза гликогена или липидов. Ин­сулин является единственным гормоном, который понижает со­держание глюкозы в крови, тогда как повышение уровня глюкозы может быть вызвано несколькими гормонами, образующимися в различных эндокринных органах. При воздействии инсулина уси­ливается проникновение глюкозы в скелетные мышцы через кле­точную мембрану, при этом активируется деятельность специфи­ческих переносчиков. Инсулин способен принимать участие в ре­гуляции обмена белков: стимулирует транспорт аминокислот че­рез клеточные мембраны и включение их в полипептидные цепи, а также повышает биосинтез белка, усиливая нуклеиновый обмен (за счет интенсификации процессов образования информацион­ной РНК и ускорения считывания информации с иРНК в момент образования полисом). Под влиянием инсулина в жировой ткани возрастает количество триглицеридов, обмен глюкозы в ней ха­рактеризуется преобладанием пентозофосфатного шунта — источ­ника НАДФ Н₂, который необходим для синтеза жирных кислот.

522

523

Под влиянием инсулина в крови снижается содержание летучих жирных кислот (ЛЖК), которые используются для образования жира в печени и в других тканях, причем в молочной железе зна­чительно увеличивается содержание молочного жира и белков в образующемся молоке.

При недостатке или отсутствии инсулина в организме возника­ют серьезные изменения, вызванные прежде всего тем, что клетки печени, мышечной ткани перестают извлекать глюкозу из крови за счет нарушения мембранной транспортной системы. Содержа­ние глюкозы в крови значительно повышается, и поскольку ги­пергликемия обусловливает повышение содержания глюкозы в первичной моче, то почки не справляются с процессом реабсорб-ции и часть Сахаров выделяется с мочой — развивается глюкозо-урия («сахарное мочеизнурение»). Вследствие повышения осмоти­ческого давления мочи ее объем увеличивается, что приводит к полиурии. В результате развивается дегидратация организма, уменьшается объем циркулирующей крови, снижается артериаль­ное давление и нарушается микроциркуляция. Несмотря на повы­шенное содержание глюкозы в крови ткани за счет невозможнос­ти ее использовать, испытывают недостаток в источниках энергии («голод среди изобилия»).

В ходе глнжонеогенеза в тканях начинается распад белков, аминокислоты ис­пользуются для построения глюкозы, уровень которой в крови еще более повы­шается. Наряду с этим происходит мобилизация депонированного жира и, как след­ствие, увеличение содержания в крови жирных кислот, которые в печени превра­щаются в кетоновые тела — ацетон, ацетоуксусную и бета-оксимасляную кислоты. Обычно эти соединения могут использоваться клетками, за исключением клеток головного мозга, но при интенсивном образовании кетоновых тел организм не способен окислить или метаболизировать их и кетоновые тела меняют рН крови, приводя к ацидозу и исчерпанию щелочных резервов бикарбонатов плазмы. Даже при усиленном дыхании и гипервентиляции легких в крови накапливается угле­кислота; если рН крови падает ниже 7,0, то развивается коматозное состояние, ведущее к смерти. Кроме того, ацидоз подавляет поступление глюкозы в клетки головного мозга, снижается почти в два раза и потребление ими кислорода, в ре­зультате нарушается синтез АТФ, уменьшается содержание кальция и фосфора, происходит потеря сознания, снижение артериального давления и ослабление сер­дечной деятельности.

Другой гормон поджелудочной железы — глюкагон, природный антагонист инсулина, имеет полипептидную структуру, состоя­щую из 29 аминокислотных остатков. Глюкагон (молекулярная масса 3485) участвует в регуляции углеводного обмена за счет ин­тенсификации распада гликогена печени до глюкозы, одновремен­но подавляет синтез гликогена и значительно повышает содержа­ние глюкозы в крови в противоположность инсулину.

Вместе с этим гипергликемический эффект усиливается за счет глюконеогенеза — превращения дезаминированных аминокислот в глюкозу. Влияние глюкагона на липидный обмен проявляется в активации липаз, расщепляющих триглицериды с образованием свободных жирных кислот. Участвуя в минеральном обмене, глю-

кагон усиливает выведение натрия, калия, кальция и хлора с мо­чой и снижает количество неорганического фосфата в плазме кро­ви. На примере внутриклеточных эффектов глюкагона впервые была выяснена роль аденилатциклазы и циклических нуклеотидов (цАМФ) в реализации действия пептидных гормонов. При акти­вации аденилатциклазы и увеличении содержания внутрикле­точной цАМФ происходит усиление активности фосфорилазы печеночных клеток, что приводит к увеличению содержания глю-козо-1 -фосфата и глюкозо-6-фосфата.

Хотя островки Лангерганса секретируют два гормона противо­положного действия, последствия поражения островковой ткани в результате вирусной инфекции или после удаления поджелудоч­ной железы оказываются фатальными за счет прекращения физио­логического действия инсулина, так как глюкагон может помимо поджелудочной железы синтезироваться в желудочно-кишечном тракте. Кроме того, аналогичным глюкагону действием обладают гормон роста, кортизол, адреналин и тироксин.

Нарушение транспорта глюкозы через клеточные мембраны мо­жет происходить и при неизменной продукции инсулина: из-за на­рушения рецепторного связывания инсулина клетки гормонзависи-мых тканей нечувствительны к «команде», исходящей из бета-кле­ток инкреторного отдела поджелудочной железы.

Гормоны поджелудочной железы выделяются в кровь непрерывно, однако ин­тенсивность их поступления может существенно изменяться в соответствии с фи­зиологическим состоянием организма. Островковая ткань находится под контро­лем вегетативной нервной системы, и парасимпатические нервные влияния, вос­производимые раздражением блуждающих нервов, приводят к выбросу инсулина и развитию гипогликемии. Однако денервация железы либо ее пересадка не при­водят к прекращению продукции инсулина, что свидетельствует о наличии и дру­гого регуляторного механизма. Основным фактором, определяющим уровень секре­ции инсулина, является концентрация глюкозы в притекающей к поджелудочной железе крови. При повышении содержания глюкозы в крови увеличивается выде­ление инсулина и снижается секреция глюкагона, причем выделение глюкагона определяется концентрацией Сахаров в крови по принципу обратной связи. Выде­ление инсулина в кровь может начинаться в результате срабатывания опережаю­щей связи: когда глюкоза еще находится в тонком кишечнике, местная эндокрин­ная система желудочно-кишечного тракта до повышения концентрации Сахаров в крови за счет влияния секретина и панкреозимина способна активизировать про­дукцию инсулина.

Концентрация глюкозы в крови существенно меняется в за­висимости от типа пищи. При поступлении в организм углево­дистых кормов повышение содержания инсулина способствует от­ложению питательных веществ в виде гликогена в печени и мыш­цах, жира — в жировых депо. Торможение секреции глюкагона и высокая концентрация глюкозы в крови предотвращают глюко-неогенез, и большая часть аминокислот участвует в белковом син­тезе. При преобладании в рационе белков и дефиците углеводов возникает угроза гипогликемии, что особо опасно для тканей моз­га, использующих в качестве энергетического метаболита глюкозу.

524

525

Благодаря секреции глюкагона в этой ситуации повышается уро­вень глюкозы в крови.

При приеме пищи, богатой жирами, также необходима интенси­фикация секреции глюкагона. Активируя липазу, за счет расщепле­ния триглицеридов повышается в крови уровень свободных жир­ных кислот, которые в печени превращаются в ацетилКоА и уча­ствуют в синтезе глюкозы. В условиях голодания образование ин­сулина подавляется, а увеличивается влияние глюкагона. Жировая ткань подвергается липолизу, свободные жирные кислоты либо ис­пользуются непосредственно в тканях, либо преобразуются в пече­ни в кетоновые тела, также участвующие в энергетическом метабо­лизме. Расщепление гликогена до глюкозы обеспечивает большую часть потребностей тканей мозга, и в последующем при продолже­нии голодания для обеспечения питательными веществами жиз­ненно важных органов при совместном действии глюкагона, адре­налина, АКТГ и кортикостероидов начинается расщепление белков тканей и образование глюкозы из аминокислот.

Таким образом, инсулин и глюкагон вместе осуществляют гор­мональный контроль обмена веществ. За счет изменения соотно­шения этих гормонов предотвращается расточительная трата пи­тательных веществ после приема пищи: излишняя глюкоза не вы­водится с мочой, а запасается в виде гликогена и жиров. Между приемами пищи соотношение инсулин — глюкагон устанавлива­ется таким образом, чтобы обеспечивались потребности жизненно важных органов. Интенсивные мышечные нагрузки вызывают вы­деление в кровь глюкагона, необходимого для срочного обеспече­ния мышечной ткани повышенным количеством глюкозы. Таким образом, при всей противоположности влияния этих гормонов на уровень глюкозы синергизм инсулина и глюкагона обеспечивает наиболее полное усвоение и окисление углеводов.

Совместная локализация инсулин- и глюкагон-продуцирующих клеток в пре­делах островка Лангерганса предопределяет наличие функциональной связи, ко­торая проявляется в том, что глюкагон способен стимулировать секрецию инсу­лина, а выделяющийся из Д-клеток соматостатин тормозит секрецию и инсули­на, и глюкагона. Наряду с соматостатином выделение инсулина тормозят физиоло­гически активные вещества симпатического отдела вегетативной нервной систе­мы и мозгового вещества надпочечников — адреналин и норадреналин. В то же вре­мя катехоламины оказывают стимулирующие воздействия на альфа-клетки под­желудочной железы, продуцирующие глюкагон.