Для полноценного функционирования человеческого организма необходима слаженная работа всех его органов. Очень многое в этом зависит от выработки гормонов и их достаточного содержания.
Один из органов, отвечающих за синтез гормонов – поджелудочная железа. Она вырабатывает несколько разновидностей гормонов, в число которых входит глюкагон. Каковы же его функции в организме человека?
При нарушениях в работе человеческого организма необходимо учитывать различные факторы. Они могут быть внешними и внутренними. Среди внутренних факторов, которые могут спровоцировать развитие патологических изменений, можно назвать избыток либо дефицит гормонов определенного типа.
Для устранения проблемы нужно знать, какая железа вырабатывает тот или иной вид соединения, чтобы принять необходимые меры.
Поджелудочной железой вырабатывается несколько видов гормонов. Основным является инсулин. Он представляет собой полипептид, в составе которого находится 51 аминокислота. При недостаточном либо избыточном образовании этого гормона в организме человека возникают отклонения. Нормальные его показатели колеблются в пределах от 3 до 25 мкЕд/мл. У детей его уровень немного снижен, у беременных женщин может повышаться.
Инсулин необходим для снижения количества сахара. Он активирует усвоение глюкозы мышечной и жировой тканью, обеспечивая ее преобразование в гликоген.
Кроме инсулина, поджелудочная железа отвечает за синтез таких гормонов, как:
Помимо этих гормонов, поджелудочная железа вырабатывает и другие. От того, насколько их количество соответствует норме, зависит деятельность организма и риск развития патологий.
Чтобы лучше понять роль глюкагона для человеческого организма, необходимо рассмотреть его функции.
Этот гормон влияет на работу ЦНС, которая зависит от постоянства концентрации в крови глюкозы. Глюкоза вырабатывается печенью, и в этом процессе участвует глюкагон. Также он занимается регуляцией ее количества в крови. Благодаря его действию происходит распад липидов, что способствует снижению количества холестерина. Но это не единственные функции данного гормона.
Помимо них, он выполняет следующие действия:
Его влияние на организм считается противоположным тому, что оказывает инсулин.
Биохимия этого соединения тоже очень важна для полного понимания его значимости. Он возникает в результате деятельности альфа-клеток островков Лангенганса. Также его синтезируют другие участки ЖКТ.
Глюкагон представляет собой полипептид одноцепочечного типа. В его состав входит 29 аминокислот. Строение его имеет сходство с инсулином, но в нем есть некоторые аминокислоты, которые в инсулине отсутствуют (триптофан, метионин). А вот цистина, изолейцина и пролина, которые имеются в составе инсулина, в глюкагоне нет.
Формируется этот гормон из пре-глюкагона. Процесс его выработки зависит от количества глюкозы, которая поступает в организм во время еды. Стимуляция его выработки принадлежит аргинину и аланину – при увеличении их количества в организме глюкагон образуется интенсивнее.
При чрезмерной физической активности его количество тоже может резко увеличиваться. Также на содержание его в крови влияет инсулин.
Основным объектом воздействия этого соединения является печень. Под его влиянием в этом органе осуществляется сначала гликогенолиз, а немного позднее – кетогенез и глюконеогенез.
Этот гормон не может сам проникать в клетки печени. Для этого ему приходится взаимодействовать с рецепторами. При взаимодействии глюкагона с рецептором происходит активация аденилатциклазы, что способствует выработке цАМФ.
В результате начинается процесс расщепления гликогена. Это указывает на потребность организма в глюкозе, поэтому она в ходе гликогенолиза активно поступает в кровь. Другой вариант – синтезирование ее из других веществ. Это называется глюконеогенезом.
Также он является ингибитором синтеза белка. Его воздействие часто сопровождается ослаблением процесса окисления глюкозы. Результатом становится кетогенез.
Это соединение не влияет на гликоген, содержащийся в скелетных мышцах, что объясняется отсутствием в них рецепторов.
Его физиологическим антагонистом является инсулин. Поэтому его действие наиболее интенсивно проявляется при нехватке инсулина. Этот гормон начинает активно вырабатываться при повышенном содержании в организме глюкагона, чтобы предупредить развитие гипергликемии.
Увеличение числа цАМФ, вызванное глюкагоном, приводит к инотропному и хронотропному действию на миокард. В результате у человека повышается давление, усиливаются и учащаются сердечные сокращения. Это обеспечивает активацию кровообращения и подпитку тканей питательными элементами.
Большое количество этого соединения вызывает спазмолитический эффект. У человека расслабляются гладкие мышцы внутренних органов. Наиболее сильно это проявляется в отношении кишечника.
Глюкоза, кетокислоты и жирные кислоты являются энергетическими субстратами. Под влиянием глюкагона происходит их высвобождение, за счет чего они делаются доступными для мышц скелета. Благодаря активному кровотоку эти вещества лучше распространяются по телу.
Самый основной эффект гормона – увеличение числа глюкозы и жирных кислот. Хорошо это или плохо, зависит от того, много ли глюкагона синтезируется.
При наличии отклонений он начинает продуцироваться в больших количествах – таких, что это опасно развитием осложнений. Но и слишком малое его содержание, вызванное сбоями в работе организма, приводит к неблагоприятным последствиям.
Чрезмерная выработка этого соединения ведет к перенасыщению организма жирными кислотами и сахаром. Иначе это явление называют гипергликемией. Единичный случай ее возникновения не опасен, но систематическая гипергликемия ведет к развитию нарушений. Она может сопровождаться тахикардией и постоянным ростом артериального давления, что ведет к гипертонии и сердечным патологиям.
Слишком активное передвижение крови по сосудам может вызвать их преждевременное изнашивание, отчего возникают болезни сосудов.
Но наиболее опасной является вероятность развития раковых клеток. Избыток глюкагона может спровоцировать данное явление. Особенно уязвимой в этом случае бывает поджелудочная железа.
При аномально малом количестве этого гормона организм человека испытывает нехватку глюкозы, что приводит к гипогликемии. Это состояние тоже относится к числу опасных и патологических, поскольку может вызвать массу неприятных симптомов.
К ним относятся:
В особенно тяжелых случаях может наступить смерть больного.
Видео-материал о влиянии глюкагона на вес человека:
Исходя из этого, можно сказать, что, несмотря на множество полезных особенностей, содержание глюкагона в организме не должно выходить за пределы нормы.
«Гормон голода» глюкагон малоизвестен в сравнении с инсулином, хотя эти два вещества работают в теснейшей связке и выполняют одинаково важную роль в нашем организме. Глюкагон – один из основных гормонов поджелудочной железы, который вместе с инсулином отвечает за регуляцию уровня глюкозы в крови. Гормональные препараты на его основе активно используются в медицине для восстановления при сахарном диабете и подготовке к диагностике ЖКТ.
Глюкагон называют по-разному, но чаще всего обозначают его как гормон – антагонист инсулина. Ученые Х. Кимбалл и Дж. Мурлин обнаружили новое вещество поджелудочной железы в 1923 г., через 2 года после исторического открытия инсулина. Но о незаменимой роли глюкагона в организме тогда мало кто догадывался.
Сегодня в медицине используются 2 основные функции «гормона голода» – гипергликемическая и диагностическая, хотя на самом деле вещество выполняет в организме сразу несколько важных задач.
Глюкагон – белок, точнее, пептидный гормон по своему химическому строению. По структуре это одноцепочечный полипептид, состоящий из 29 аминокислот. Образуется он из препроглюкагона – еще более мощного полипептида, включающего 180 аминокислот.
При всей важности глюкагона в организме аминокислотное строение его достаточно простое, а если говорить научным языком, «высококонсервативное». Так, у человека, коровы, свиньи и крысы строение этого гормона абсолютно одинаково. Поэтому препараты глюкагона обычно получают из поджелудочной железы быка или свиньи.
Секреция глюкагона происходит в эндокринной части поджелудочной железы под интригующим названием «островки Лангерганса». Пятую часть этих островков составляют особые альфа-клетки, которые и продуцируют гормон.
На выработку глюкагона влияют 3 фактора:
Попадая в кровь, «гормон голода» устремляется к рецепторам клеток печени, связывается с ними и стимулирует выброс глюкозы в кровь, поддерживая ее на стабильном, постоянном, уровне. Также гормон глюкагон поджелудочной железы выполняет следующие задачи в организме:
Также глюкагон – незаменимый соратник адреналина в обеспечении реакции организма «бей или беги». При выбрасывании в кровь адреналина глюкагон повышает объем глюкозы практически мгновенно, чтобы подпитать скелетные мышцы, и усиливает снабжение мышц кислородом.
Норма глюкагона в крови различается для детей и взрослых. У детей 4-14 лет уровень «гормона голода» способен варьироваться в пределах 0-148 пг/мл, для взрослых допускается разбег в 20-100 пг/мл. Но если показатель глюкагона опускается или поднимается ниже нормативных значений, это может сигнализировать о самых разных проблемах в организме .
Снижение глюкагонового уровня в крови нередко говорит о муковисцидозе, хроническом панкреатите, диагностируется после панкреатэктомии (удаление поджелудочной).
Повышение уровня гормона – это возможный признак следующих патологий:
Синтетический глюкагон в медицине применяют в двух случаях. Первое предназначение – это коррекция тяжелых форм гипогликемии, когда по каким-либо причинам невозможна инфузия (капельница) глюкозы. Второе значение глюкагона – подготовка исследования верхнего и нижнего отделов ЖКТ, особенно при лучевой диагностике.
Для лечения сахарного диабета 2-го типа также может использоваться глюкагоноподобный пептид. Это вещество имеет сходное с глюкагоном строение, но является инкретином – синтезируется в кишечнике после приема пищи. Препарат призван скорректировать уровень глюкозы, в отдельных случаях – даже без дополнительного введения инсулина.
Перечень показаний к приему гормональных препаратов глюкагона включает:
Существует 3 основных варианта инъекции глюкагона – внутривенно, внутримышечно и подкожно. Если требуется экстренная помощь (например, при гипогликемической коме), используются исключительно первые два варианта.
Стандартная доза гормонального препарата для лечебных целей – 1 мг. Улучшение наступает обычно уже через 10 минут. Для подготовки к диагностике необходимо 0,25-2 мг, дозировку определяет лечащий врач.
Существуют особые рекомендации по применению препарата для детей и беременных женщин. Поскольку глюкагон не проникает через плацентарный барьер, использовать его во время вынашивания ребенка можно . Но – только в экстренных случаях и по решению врача. Применение глюкагоновых препаратов для детей весом меньше 20-25 кг не рекомендуется. При крайней необходимости вводят дозу 500 мкг и в течение 15 минут тщательно следят за состоянием юного пациента. При необходимости можно увеличить дозу на 20-30 мкг.
При терапии глюкагоновыми препаратами очень важен и восстановительный период. После улучшения пациенту необходима белковая пища, сладкий чай и полный покой 2-3 часа. Если гормональное лекарство не помогло, требуется внутривенный прием глюкозы.
Внутриклеточные события, обеспечивающие секрецию глюкагона из α-клеток, происходят по тем же механизмам, что и секреция инсулина из β-клеток, но те же внеклеточные сигналы, запускающие секрецию глюкагона, зачастую (но не всегда!) приводят к противоположным результатам.
Стимулируют секрецию глюкагона АК (в особенности аргинин и аланин), гипогликемия, инсулин, гастрин, ХЦК, кортизол, физическая нагрузка, голодание, β-адренергические стимуляторы, прием пищи (особенно богатой белком).
Подавляют секрецию глюкагона глюкоза, инсулин, соматостатин, секретин, свободные жирные кислоты, кетоновые тела, α-адренергические стимуляторы. Время полужизни глюкагона в крови – около 5 минут.
Основная мишень глюкагона – печень (гепатоциты), в меньшей степени – адипоциты и поперечно-полосатая мышечная ткань (в том числе кардиомиоциты). Рецептор глюкагона расположен в плазмолемме клеток-мишеней, связывает только глюкагон и посредством G-белка активирует аденилатциклазу. Мутации гена глюкагонового рецептора приводят к развитию инсулин-независимого сахарного диабета. Глюкагон расценивают как антагонист инсулина; этот гормон стимулирует гликогенолиз и липолиз, что ведет к быстрой мобилизации источников энергии (глюкоза и жирные кислоты). В то же время глюкагон обладает кетогенным эффектом, т.е. стимулирует образование кетоновых тел.
Глюкагон увеличивает содержание глюкозы (способствует гипергликемии) в плазме крови. Этот эффект реализуется несколькими путями.
◊ Стимуляция гликогенолиза . Глюкагон, активируя гликоген фосфорилазу и ингибируя гликоген синтазу в гепатоцитах, приводит к быстрому и выраженному распаду гликогена и освобождению глюкозы в кровь.
◊ Подавление гликолиза. Глюкагон ингибирует ключевые ферменты гликолиза (фосфофруктокиназа, пируваткиназа) в печени, что приводит к содержания глюкозо-6-фосфата в гепатоцитах, его дефосфорилированию и освобождению глюкозы в кровь.
◊ Стимуляция глюконеогенеза. Глюкагон усиливает транспорт АК из крови в гепатоциты и одновременно активирует ключевые ферменты глюконеогенеза (пируваткарбоксилаза. Фруктозо01,6-дифосфатаза), что приводи к содержания глюкозы в цитоплазме клеток и её поступлению в кровь.
Глюкагон способствует образованию кетоновых тел путем стимуляции окисления жирных кислот: ингибирование активности ацетил-КоА-карбоксилазы приводит к ↓ содержания ингибитора карнитин ацилтрансферазы – малонил-КоА, что приводит к усиленному поступлению жирных кислот из цитоплазмы в митохондрии для их β-окисления и превращения в кетокислоты. Другими словами, в отличие от инсулина, глюкагон оказывает кетогенный эффект.
ЯИЧКИ
В яичках синтезируются стероидные андрогены и ‑ингибин. Их физиологическое значение рассмотрено в главе 19, здесь приведены краткие характеристики гормонов.
Стероидные андрогены вырабатываются интерстициальными клетками Ляйдига (тестостерон и дигидротестостерон) и клетками сетчатой зоны коры надпочечников (дегидроэпиандростерон и андростендион, обладающие слабой андрогенной активностью.
Тестостерон - основной циркулирующий андроген (см. рис. 19–7). В эмбриогенезе андрогены контролируют развитие плода по мужскому типу. В период полового созревания они стимулируют становление признаков мужского пола. С наступлением половой зрелости тестостерон необходим для поддержания сперматогенеза, вторичных половых признаков, секреторной активности предстательной железы и семенных пузырьков.
Дигидротестостерон . 5‑Редуктаза катализирует превращение тестостерона в дигидротестостерон в клетках Ляйдига , простате, семенных пузырьках.
Организм человека это отлаженный, ежесекундно работающий механизм. В обеспечении непрерывной его работы важную роль выполняют гормоны.
Центральная нервная система отдает электроимпульсы ко всем системам и органам. В свою очередь, эндокринная система выделяет инсулин, глюкагон и другие необходимые гормоны для непрерывной деятельности человеческого организма.
Экзокринная и эндокринная системы являются составляющими первичной кишки. Для того, чтобы еда, поступающая в организм, расщеплялась на белки, жиры и углеводы, важно, чтобы экзокринная система полноценно работала.
Именно эта система вырабатывает не менее 98% пищеварительного сока, где имеются ферменты, расщепляющие продукты. Кроме этого, гормоны регулируют все метаболические процессы организма.
Основными гормонами поджелудочной железы являются:
Все гормоны поджелудочной железы, включая глюкагон и инсулин, тесно связаны между собой. Инсулину отведена роль обеспечения стабильности глюкозы, кроме этого, он поддерживает уровень аминокислот для работы организма.
Глюкагон выступает своеобразным стимулятором. Этот гормон связывает между собой все нужные вещества, отправляя их в кровь.
Гормон инсулин может вырабатываться только при условии высокого уровня глюкозы в крови. Функция инсулина заключается в связывании рецепторов на клеточных мембранах, он также доставляет их в клетку. Потом глюкоза трансформируется в гликоген.
Однако не все органы испытывают нужду в инсулине, как в хранителе глюкозы. Глюкозу поглощают вне зависимости от инсулина в клетках:
Если наоборот гормона инсулина вырабатывается много в поджелудочной железе, то глюкоза очень быстро утилизируется и ее концентрация в крови резко падает, приводя к гипогликемии. Это состояние так же приводит к довольно серьезным последствиям вплоть до гипогликемической комы.
Гормон глюкагон участвует в образовании глюкозы в печени и регулирует ее оптимальное содержание в крови. Для нормальной работы центральной нервной системы, важно поддерживать концентрацию глюкозы в крови на постоянном уровне. Это примерно 4 грамма в 1 час для ЦНС.
Влияние глюкагона на выработку глюкозы в печени определяется его функциями. У глюкагона есть и другие функции, он стимулирует распад липидов в жировой ткани, что серьезно снижает уровень холестерина в крови. Кроме этого гормон глюкагон:
Переизбыток глюкагона в крови ведет к появлению злокачественных опухолей в поджелудочной железе. Однако, - редкость, он появляется у 30 человек из тысячи.
Выполняемые функции у инсулина и глюкагона – диаметрально противоположны. Поэтому, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови требуются другие важные гормоны:
Повышение объемов потребления белковой пищи ведет к увеличению концентрации аминокислот: аргинина и аланина.
Данные аминокислоты стимулируют выработку глюкагона в крови, поэтому крайне важно обеспечивать стабильное поступление аминокислот в организм, придерживаясь полноценного рациона питания.
Гормон глюкагон это катализатор, который превращает аминокислоту в глюкозу, это его основные функции. Таким образом, повышается концентрация глюкозы в крови, а значит, клетки и ткани организма снабжаются всеми необходимыми гормонами.
Кроме аминокислот, секрецию глюкагона, стимулируют и активные физические занятия. Интересно, что они должны проводиться на пределе возможностей человека. Именно тогда, концентрация глюкагона повышается в пять раз.
Глюкагон действует следующим образом:
Препарат глюкагон назначается врачами в случае:
Чтобы использовать гормон в лечебных целях, его получают из поджелудочных желез таких животных, как бык или свинья. Интересно, что последовательность соединения аминокислот в цепочке у этих животных и человека абсолютно идентичны.
При гипогликемии назначают 1 миллиграмм глюкагона внутривенно или внутримышечно. Если необходимо оказать экстренную помощь, то используют именно эти способы введения препарата.
Соблюдение точной инструкции по применению гормона глюкагона показывает, что улучшение у пациента с пониженным уровнем сахара в крови наступает через 10 минут. Это уменьшит риски поражения центральной нервной системы.
Обратите внимание на то, что запрещено вводить глюкагон детям, имеющим массу тела до 25 килограмм. Малышам нужно вводить дозу до 500 мг и 15 минут наблюдать за состоянием организма.
Если все нормально, нужно увеличить дозу на 30 мкг. В случае истощения запасов глюкагона в печени, требуется увеличить дозу препарата на несколько раз. Запрещено самостоятельно принимать решение об употреблении препарата.
Как только у больного наступает улучшение состояния, то рекомендуется съесть белковую пищу, выпить сладкий теплый чай и принять горизонтальное положение в течение 2 часов во избежание рецидива.
Если применение глюкагона не даст результатов, то рекомендуется внутривенно вводить глюкозу. Побочные эффекты после применения глюкагона – это позывы к рвотному рефлексу и тошнота.
Поджелудочная железа — вторая по величине железа , ее масса 60-100 г, длина 15-22 см.
Эндокринная активность поджелудочной железы осуществляется островками Лангерганса, которые состоят из разного типа клеток. Примерно 60% островкового аппарата поджелудочной железы составляют β-клетки. Они продуцируют гормон инсулин , который влияет на все виды обмена веществ, но прежде всего снижает уровень глюкозы в .
Таблица. Гормоны поджелудочной железы
Инсулин (полипептид) — это первый белок, полученный синтетически вне организма в 1921 г. Бейлисом и Банти.
Инсулин резко повышает проницаемость мембраны мышечных и жировых клеток для глюкозы. Вследствие этого скорость перехода глюкозы внутрь этих клеток увеличивается примерно в 20 раз по сравнению с переходом глюкозы в клетки в отсутствие инсулина. В мышечных клетках инсулин способствует синтезу гликогена из глюкозы, а в жировых клетках — жира. Под влиянием инсулина возрастает проницаемость и для аминокислот, из которых в клетках синтезируются белки.
Рис. Основные гормоны, влияющие на уровень глюкозы крови
Второй гормон поджелудочной железы глюкагон — выделяется а-клетками островков (примерно 20%). Глюкагон по химической природе полипептид, а по физиологическому воздействию антагонист инсулина. Глюкагон усиливает распад гликогена в печени и повышает уровень глюкозы в плазме крови. Глюкагон способствует мобилизации жира из жировых депо. Подобно глюкагону действует ряд гормонов: СТГ, глюкокортиконды, адреналин, тироксин.
Таблица. Основные эффекты инсулина и глюкагона
|
Вид обмена |
Инсулин |
Глюкагон |
|
Углеводный |
Повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы и ее утилизацию (гликолиз) Стимулирует синтез гликогена Угнетает глюконеогенез Снижает уровень глюкозы крови |
Стимулирует гликогенолиз и глюконеогенез Оказывает контринсулярное действие Повышает уровень глюкозы крови |
|
Белковый |
Стимулирует анаболизм |
Стимулирует катаболизм |
|
Угнетает липолиз Уменьшается количество кетоновых тел в крови |
Стимулирует липолиз Повышается количество кетоновых тел в крови |
Третий гормон поджелудочной железы - соматостатин выделяется 5-клетками (примерно 1-2%). Соматостатин подавляет освобождение глюкагона и всасывание глюкозы в кишечнике.
При гипофункции поджелудочной железы возникает сахарный диабет. Он характеризуется целым рядом симптомов, возникновение которых связано с увеличением сахара в крови - гипергликемией. Повышенное содержание глюкозы в крови, а следовательно, и в клубочковом фильтрате приводит к тому, что эпителий почечных канальцев не реабсорбирует глюкозу полностью, поэтому она выделяется с мочой (глюкозурия). Возникает потеря сахара с мочой — сахарное мочеиспускание.
Количество мочи увеличено (полиурия) от 3 до 12, а в редких случаях до 25 л. Это связано с тем, что нереабсорбированная глюкоза повышает осмотическое давление мочи, которое удерживает в ней воду. Вода недостаточно всасывается канальцами, и количество выделяемой почками мочи оказывается увеличенным. Обезвоживание организма вызывает у больных диабетом сильную жажду, что приводит к обильному приему воды (около 10 л). В связи с выведением глюкозы с мочой резко увеличивается расходование белков и жиров в качестве веществ, обеспечивающих энергетический обмен организма.
Ослабление окисления глюкозы приводит к нарушению обмена жиров. Образуются продукты неполного окисления жиров — кетоновые тела, что приводит к сдвигу крови в кислую сторону — ацидозу. Накопление кетоновых тел и ацидоз могут вызвать тяжелое, угрожающее смертью состояние - диабетическую кому , которая протекает с потерей сознания, нарушением дыхания и кровообращения.
Гиперфункция поджелудочной железы — очень редкое заболевание. Избыточное содержание инсулина в крови вызывает резкое снижение сахара в ней - гипогликемию , что может привести к потере сознания - гипогликемическая кома. Это объясняется тем, что ЦНС очень чувствительна к недостатку глюкозы. Введение глюкозы снимает все эти явления.
Регуляция функции поджелудочной железы. Выработка инсулина регулируется механизмом отрицательной обратной связи в зависимости от концентрации глюкозы в плазме крови. Повышенное содержание глюкозы в крови способствует увеличению выработки инсулина; в условиях гипогликемии образование инсулина, наоборот, тормозится. Продукция инсулина может возрастать при стимуляции блуждающего нерва.
Поджелудочная железа (масса у взрослого человека 70- 80 г) имеет смешанную функцию. Ацинозная ткань железы вырабатывает пищеварительный сок, который выводится в просвет двенадцатиперстной кишки. Эндокринную функцию в поджелудочной железе выполняют скопления (от 0,5 до 2 млн) клеток эпителиального происхождения, получившие название островков Лангерганса (Пирогова — Лангерганса) и составляющие 1-2% от ее массы.
Паракринная регуляция клеток островков Лангерганса
В островках имеются несколько видов эндокринных клеток:
У детей младшего возраста имеются G-клетки, вырабатывающие гастрины. Основными гормонами поджелудочной железы, регулирующими обменные процессы, являются инсулин и глюкагон.
Инсулин — полипептид, состоящий из 2 цепей (А-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка и В-цепь — из 30 аминокислотных остатков), связанных между собой дисульфидными мостиками. Инсулин транспортируется кровью преимущественно в свободном состоянии и его содержание составляет 16-160 мкЕД/мл (0,25-2,5 нг/мл). За сутки (3-клетки взрослого здорового человека продуцируют 35-50 Ед инсулина (примерно 0,6-1,2 Ед/кг массы тела).
Таблица. Механизмы транспорта глюкозы в клетку
|
Тип ткани |
Механизм |
|
Инсулинзависимые |
Для транспорта глюкозы в мембране клетки необходим белок-переносчик ГЛЮТ-4 Под влиянием инсулина данный белок перемещается из цитоплазмы в плазматическую мембрану и глюкоза поступает в клетку путем облегченной диффузии Стимуляция инсулином приводит к увеличению скорости поступления глюкозы внутрь клетки в 20 40 раз наибольшей степени от инсулина зависит транспорт глюкозы в мышечной и жировой тканях |
|
Инсулинонезависимые |
В мембране клетки расположены различные белки- переносчики глюкозы (ГЛЮТ-1, 2, 3, 5, 7), которые встраиваются в мембрану независимо от инсулина С помощью этих белков путем облегченной диффузии глюкоза транспортируется в клетку по градиенту концентрации К инсулинонезависимым тканям относятся: мозг, эпителий ЖКТ, эндотелии, эритроциты, хрусталик, р-клетки островков Лангерганса, мозговое вещество почек, семенные везикулы |
Секреция инсулина подразделяется на базальную, имеющую выраженный , и стимулированную пищей.
Базальная секреция обеспечивает оптимальный уровень глюкозы в крови и анаболических процессов в организме во время сна и в интервалах между приемом пищи. Она составляет около 1 ЕД/ч и на нее приходится 30-50% суточной секреции инсулина. Базальная секреция существенно снижается при длительной физической нагрузке или голодании.
Секреция, стимулированная пищей, — это усиление базальной секреции инсулина, вызванное приемом пищи. Ее объем составляет 50-70% от суточной. Эта секреция обеспечивает поддержание уровня глюкозы в крови в условиях се дополнительного поступления из кишечника, дает возможность се эффективного поглощения и утилизации клетками. Выраженность секреции зависит от времени суток, имеет двухфазный характер. Количество секретируемого в кровь инсулина примерно соответствует количеству принятых углеводов и составляет на каждые 10-12 г углеводов 1-2,5 Ед инсулина (утром 2-2,5 Ед, в обед — 1-1,5 Ед, вечером — около 1 Ед). Одной из причин такой зависимости секреции инсулина от времени суток является высокий уровень в крови контринсулярных гормонов (прежде всего кортизола) утром и его снижение к вечеру.
Рис. Механизм секреции инсулина
Первая (острая) фаза стимулированной секреции инсулина длится недолго и связана с экзоцитозом β-клетками гормона, уже накопленного в период между приемами пищи. Она обусловлена стимулирующим влиянием на β-клетки не столько глюкозы, сколько гормонов желудочно-кишечного тракта — гастрина, энтероглюкагона, глицентина, глюкагонподобного пептида 1, секретируемых в кровь во время приема пищи и пищеварения. Вторая фаза секреции инсулина обусловлена стимулирующим секрецию инсулина действием на р-клетки уже самой глюкозой, уровень которой в крови повышается в результате ее всасывания. Это действие и повышенная секреция инсулина продолжаются до тех пор, пока уровень глюкозы не достигнет нормального для данного человека, т.е. 3,33- 5,55 ммоль/л в венозной крови и 4,44 — 6,67 ммоль/л в капиллярной крови.
Инсулин действует на клетки-мишени, стимулируя 1-TMS-мембранные рецепторы, обладающие тирозинкиназной активностью. Основными клетками-мишенями инсулина являются гепатоциты печени, миоциты скелетной мускулатуры, адипоциты жировой ткани. Один из его важнейших эффектов — снижение уровня глюкозы в крови, инсулин реализует через усиление поглощения глюкозы из крови клетками-мишенями. Это достигается за счет активации работы в них трансмебранных переносчиков глюкозы (GLUT4), встраиваемых в плазматическую мембрану клеток-мишеней, и повышения скорости переноса глюкозы из крови в клетки.
Метаболизируется инсулин на 80% в печени, остальная часть в почках и в незначительном количестве в мышечных и жировых клетках. Период его полувыведения из крови — около 4 мин.
Инсулин является анаболическим гормоном и оказывает ряд эффектов на клетки-мишени различных тканей. Уже упоминалось, что один из основных его эффектов — понижение в крови уровня глюкозы реализуется за счет усиления ее поглощения клетками-мишенями, ускорения в них процессов гликолиза и окисления углеводов. Понижению уровня глюкозы способствует стимулирование инсулином синтеза гликогена в печени и в мышцах, подавление глюконеогенеза и гликогенолиза в печени. Инсулин стимулирует поглощение клетками-мишенями аминокислот, уменьшает катаболизм и стимулирует синтез белка в клетках. Он стимулирует также превращение в жиры глюкозы, накопление в адипоцитах жировой ткани триацилглицеролов и подавляет в них липолиз. Таким образом, инсулин оказывает общее анаболическое действие, усиливая в клетках-мишенях синтез углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот.
Инсулин оказывает на клетки и ряд других эффектов, которые в зависимости от скорости проявления делят на три группы. Быстрые эффекты реализуются через секунды после связывания гормона с рецептором, например поглощение глюкозы, аминокислот, калия клетками. Медленные эффекты развертываются через минуты от начала действия гормона — ингибирование активности ферментов катаболизма белков, активация синтеза белков. Отсроченные эффекты инсулина начинаются через часы после его связывания с рецепторами — транскрипция ДНК, трансляция мРНК, ускорение роста и размножения клеток.
Рис. Механизм действия инсулина
Основным регулятором базальной секреции инсулина является глюкоза. Повышение ее содержания в крови до уровня выше 4,5 ммоль/л сопровождается увеличением секреции инсулина по следующему механизму.
Глюкоза → облегченная диффузия с участием белка-транспортера GLUT2 в β-клетку → гликолиз и накопление АТФ → закрытие чувствительных к АТФ калиевых каналов → задержка выхода, накопление ионов К+ в клетке и деполяризация ее мембраны → открытие потенциалзависимых кальциевых каналов и поступление ионов Са 2+ в клетку → накопление ионов Са2+ в цитоплазме → усиление экзоцитоза инсулина. Секрецию инсулина стимулируют тем же способом при повышении уровней в крови галактозы, маннозы, β-кетокислоты, аргинина, лейцина, аланина и лизина.
Рис. Регуляция секреции инсулина
Гиперкалиемия, производные сульфонилмочевины (лекарственные средства для лечения сахарного диабета типа 2), блокируя калиевые каналы плазматической мембраны β-клеток, повышают их секреторную активность. Повышают секрецию инсулина: гастрин, секретин, энтероглюкагон, глицентин, глюкагонподобный пептид 1, кортизол, гормон роста, АКТГ. Увеличение секреции инсулина ацетилхолином наблюдается при активации парасимпатического отдела АНС.
Торможение секреции инсулина наблюдается при гипогликемии, под действием соматостатина, глюкагона. Тормозным действием обладают катехоламины, высвобождаемые при повышении активности СНС.
Глюкагон - пептид (29 аминокислотных остатков), образуемый а-клетками островкового аппарата поджелудочной железы. Транспортируется кровью в свободном состоянии, где его содержание составляет 40-150 пг/мл. Оказывает свои эффекты на клетки-мишени, стимулируя 7-ТМS-рецепторы и повышая в них уровень цАМФ. Период полураспада гормона — 5-10 мин.
Контринсулярное действие глюкогона:
Схема функциональной системы, поддерживающей оптимальный для метаболизма уровень глюкозы крови
Глюкагон является катаболическим гормоном и антагонистом инсулина. В противоположность инсулину он повышает содержание глюкозы в крови за счет усиления гликогенолиза, подавления гликолиза и стимуляции глюконеогенеза в гепатоцитах печени. Глюкагон активирует липолиз, вызывает усиленное поступление жирных кислот из цитоплазмы в митохондрии для их β-окисления и образования кетоновых тел. Глюкагон стимулирует катаболизм белков в тканях и увеличивает синтез мочевины.
Секреция глюкагона усиливается при гипогликемии, снижении уровня аминокислот, гастрином, холецистокинином, кортизолом, гормоном роста. Усиление секреции наблюдается при повышении активности и стимуляции катехоламинами β-АР. Это имеет место при физической нагрузке, голодании.
Секреция глюкагона угнетается при гипергликемии, избытке жирных кислот и кетоновых тел в крови, а также под действием инсулина, соматостатина и секретина.
Нарушения эндокринной функции поджелудочной железы могут проявляться в виде недостаточной или избыточной секреции гормонов и приводить к резким нарушениям гомеостаза глюкозы — развитию гипер- или гипогликемии.
Гипергликемия - это повышение содержания глюкозы в крови. Она может быть острой и хронической.
Острая гипергликемия чаще всего является физиологической, так как обусловлена обычно поступлением глюкозы в кровь после еды. Ее продолжительность обычно не превышает 1-2 ч вследствие того, что гипергликемия подавляет выделение глюкагона и стимулирует секрецию инсулина. При увеличении содержания глюкозы в крови выше 10 ммоль/л, она начинает выводиться с мочой. Глюкоза является осмотически активным веществом, и ее избыток сопровождается повышением осмотического давления крови, что может привести к обезвоживанию клеток, развитию осмотического диуреза и потере электролитов.
Хроническая гипергликемия, при которой повышенный уровень глюкозы в крови сохраняется часы, сутки, недели и более, может вызывать повреждение многих тканей (в особенности кровеносных сосудов) и поэтому рассматривается как предпатологическое и (или) патологическое состояние. Она является характерным признаком целой группы заболеваний обмена веществ и нарушения функций эндокринных желез.
Одним из наиболее распространенных и тяжелых среди них является сахарный диабет (СД), которым страдают 5-6% населения. В экономически развитых странах число больных СД каждые 10-15 лет удваивается. Если СД развивается вследствие нарушения секреции инсулина β-клетками, то его называют сахарным диабетом 1-го типа — СД-1. Заболевание может развиться также и при понижении эффективности действия инсулина на клетки-мишени у людей старшего возраста, и его называют сахарный диабет 2-го типа- СД-2. При этом снижается чувствительность клеток-мишеней к действию инсулина, которая может сочетаться с нарушением секреторной функции р-клеток (выпадение 1-й фазы пищевой секреции).
Общим признаком СД-1 и СД-2 являются гипергликемия (повышение уровня глюкозы в венозной крови натощак выше 5,55 ммоль/л). Когда уровень глюкозы в крови повышается до 10 ммоль/л и более, глюкоза появляется в моче. Она повышает осмотическое давление и объем конечной мочи и это сопровождается полиурией (увеличением частоты и объема выделяемой мочи до 4-6 л/сут). У больного развивается жажда и повышенное потребление жидкостей (полидипсия) вследствие повышения осмотического давления крови и мочи. Гипергликемия (особенно при СД-1) часто сопровождается накоплением продуктов неполного окисления жирных кислот — оксимасляной и ацетоуксусной кислот (кетоновых тел), что проявляется появлением характерного запаха выдыхаемого воздуха и (или) мочи, развитием ацидоза. В тяжелых случаях это может стать причиной нарушения функции ЦНС — развития диабетической комы, сопровождаемой потерей сознания и гибелью организма.
Избыточное содержание инсулина (например, при заместительной инсулинотерапии или стимуляции его секреции препаратами сульфанилмочевины) ведет к гипогликемии. Ее опасность состоит в том, что глюкоза служит основным энергетическим субстратом для клеток мозга и при понижении ее концентрации или отсутствии нарушается работа мозга из-за нарушения функции, повреждения и (или) гибели нейронов. Если пониженный уровень глюкозы сохраняется достаточно долго, то может наступить смерть. Поэтому гипогликемия при снижении содержания глюкозы в крови менее 2,2-2,8 ммоль/л) рассматривается как состояние, при котором врач любой специальности должен оказать больному первую медицинскую помощь.
Гипогликемию принято делить на реактивную, возникающую после еды и натощак. Причиной реактивной гипогликемии является повышенная секреция инсулина после приема пищи при наследственном нарушении толерантности к сахарам (фруктозе или галактозе) или изменении чувствительности к аминокислоте лейцин, а также у больных с инсулиномой (опухолью β-клеток). Причинами гипогликемии натощак могут быть — недостаточность процессов гликогенолиза и (или) глюконеогенеза в печени и почках (например, при дефиците контринсулярных гормонов: глюкагона, катехоламинов, кортизола), избыточная утилизация глюкозы тканями, передозировка инсулина и др.
Гипогликемия проявляется двумя группами признаков. Состояние гипогликемии является для организма стрессом, в ответ на развитие которого повышается активность симпатоадреналовой системы, в крови возрастает уровень катехоламинов, которые вызывают тахикардию, мидриаз, дрожь, холодный пот, тошноту, ощущение сильного голода. Физиологическая значимость активации гипогликемией симпатоадреналовой системы заключается во включении в действие нейроэндокринных механизмов катехоламинов для быстрой мобилизации глюкозы в кровь и нормализации ее уровня. Вторая группа признаков гипогликемии связана с нарушением функции ЦНС. Они проявляются у человека снижением внимания, развитием головной боли, чувства страха, дезориентацией, нарушением сознания, судорогами, преходящими параличами, комой. Их развитие обусловлено резким недостатком энергетических субстратов в нейронах, которые не могут получать в достаточном количестве АТФ при недостатке глюкозы. Нейроны не располагают механизмами депонирования глюкозы в виде гликогена, подобно гепатоцитам или миоцитам.
Врач (в том числе стоматолог) должен быть готов к таким ситуациям и уметь оказать первую медицинскую помощь больным СД в случае гипогликемии. Прежде чем приступить к лечению зубов, необходимо выяснить, какими заболеваниями страдает пациент. При наличии у него СД надо расспросить пациента об его диете, используемых дозах инсулина и обычной физической нагрузке. Следует помнить, что стресс, испытываемый во время лечебной процедуры, является дополнительным риском развития гипогликемии у больного. Таким образом, врач-стоматолог должен иметь наготове сахар в любом виде — пакетики сахара, конфеты, сладкий сок или чай. При появлении у больного признаков гипогликемии, нужно немедленно прекратить лечебную процедуру и если больной в сознании, то дать ему сахар в любой форме через рот. Если состояние пациента ухудшается, следует незамедлительно принять меры для оказания эффективной врачебной помощи.
