17.9: ендокринна підшлункова залоза
- Page ID
- 1267
Цілі навчання
- Опишіть розташування та структуру підшлункової залози, а також морфологію та функцію острівців підшлункової залози
- Порівняйте та порівняйте функції інсуліну та глюкагону
Підшлункова залоза - це довгий стрункий орган, велика частина якого розташована ззаду до нижньої половини шлунка (рис.\(\PageIndex{1}\)). Хоча це перш за все екзокринна залоза, що виділяє різноманітні травні ферменти, підшлункова залоза має ендокринну функцію. Її панкреатичні острівці - скупчення клітин, раніше відомі як острівці Лангерганса - секретують гормони глюкагон, інсулін, соматостатин та поліпептид підшлункової залози (PP).
Клітини та виділення панкреатичних острівців
Острівці підшлункової залози містять чотири різновиди клітин:
- Альфа-клітина виробляє гормон глюкагон і становить приблизно 20 відсотків кожного острівця. Глюкагон відіграє важливу роль у регуляції глюкози в крові; низький рівень глюкози в крові стимулює її вивільнення.
- Бета-клітина виробляє гормон інсулін і становить приблизно 75 відсотків кожного острівця. Підвищений рівень глюкози в крові стимулює викид інсуліну.
- Дельта-клітина становить чотири відсотки острівцевих клітин і виділяє пептидний гормон соматостатин. Нагадаємо, що соматостатин також виділяється гіпоталамусом (як GHIH), а шлунок і кишечник також виділяють його. Інгібуючий гормон, панкреатичний соматостатин пригнічує вивільнення як глюкагону, так і інсуліну.
- РР клітина становить близько одного відсотка острівцевих клітин і виділяє поліпептидний гормон підшлункової залози. Вважається, що він відіграє певну роль у апетиті, а також у регуляції екзокринних та ендокринних виділень підшлункової залози. Поліпептид підшлункової залози, що виділяється після їжі, може зменшити подальше споживання їжі; однак він також виділяється у відповідь на голодування.
Регуляція рівня глюкози в крові інсуліном і глюкагоном
Глюкоза необхідна для клітинного дихання і є кращим паливом для всіх клітин організму. Організм отримує глюкозу від розщеплення вуглеводсодержащих продуктів і напоїв, які ми споживаємо. Глюкоза, яка не відразу засвоюється клітинами для палива, може зберігатися печінкою і м'язами у вигляді глікогену, або перетворюватися в тригліцериди і зберігатися в жировій тканині. Гормони регулюють як зберігання, так і утилізацію глюкози в міру необхідності. Рецептори, розташовані в підшлунковій залозі, відчувають рівень глюкози в крові, а згодом клітини підшлункової залози виділяють глюкагон або інсулін для підтримки нормального рівня.
глюкагон
Рецептори в підшлунковій залозі можуть відчувати зниження рівня глюкози в крові, наприклад, в періоди голодування або під час тривалих пологів або фізичних вправ (рис.\(\PageIndex{2}\)). In response, the alpha cells of the pancreas secrete the hormone glucagon, which has several effects:
- It stimulates the liver to convert its stores of glycogen back into glucose. This response is known as glycogenolysis. The glucose is then released into the circulation for use by body cells.
- It stimulates the liver to take up amino acids from the blood and convert them into glucose. This response is known as gluconeogenesis.
- It stimulates lipolysis, the breakdown of stored triglycerides into free fatty acids and glycerol. Some of the free glycerol released into the bloodstream travels to the liver, which converts it into glucose. This is also a form of gluconeogenesis.
Taken together, these actions increase blood glucose levels. The activity of glucagon is regulated through a negative feedback mechanism; rising blood glucose levels inhibit further glucagon production and secretion.
Insulin
The primary function of insulin is to facilitate the uptake of glucose into body cells. Red blood cells, as well as cells of the brain, liver, kidneys, and the lining of the small intestine, do not have insulin receptors on their cell membranes and do not require insulin for glucose uptake. Although all other body cells do require insulin if they are to take glucose from the bloodstream, skeletal muscle cells and adipose cells are the primary targets of insulin.
The presence of food in the intestine triggers the release of gastrointestinal tract hormones such as glucose-dependent insulinotropic peptide (previously known as gastric inhibitory peptide). This is in turn the initial trigger for insulin production and secretion by the beta cells of the pancreas. Once nutrient absorption occurs, the resulting surge in blood glucose levels further stimulates insulin secretion.
Precisely how insulin facilitates glucose uptake is not entirely clear. However, insulin appears to activate a tyrosine kinase receptor, triggering the phosphorylation of many substrates within the cell. These multiple biochemical reactions converge to support the movement of intracellular vesicles containing facilitative glucose transporters to the cell membrane. In the absence of insulin, these transport proteins are normally recycled slowly between the cell membrane and cell interior. Insulin triggers the rapid movement of a pool of glucose transporter vesicles to the cell membrane, where they fuse and expose the glucose transporters to the extracellular fluid. The transporters then move glucose by facilitated diffusion into the cell interior.
Перейдіть за цим посиланням, щоб переглянути анімацію, що описує розташування та функції підшлункової залози. Що не так у функції інсуліну при діабеті 2 типу?
Інсулін також знижує рівень глюкози в крові, стимулюючи гліколіз, метаболізм глюкози для генерації АТФ. Більш того, він стимулює печінку перетворювати надлишок глюкози в глікоген для зберігання, і він пригнічує ферменти, що беруть участь в глікогенолізі і глюконеогенезі. Нарешті, інсулін сприяє синтезу тригліцеридів і білка. Секреція інсуліну регулюється за допомогою механізму негативного зворотного зв'язку. У міру зниження рівня глюкози в крові подальше вивільнення інсуліну гальмується. Гормони підшлункової залози зведені в табл.
| супутні гормони | Хімічний клас | Ефект |
|---|---|---|
| Інсулін (бета-клітини) | Протеїн | Знижує рівень глюкози в крові |
| Глюкагон (альфа-клітини) | Протеїн | Підвищує рівень глюкози в крові |
| Соматостатин (дельта-клітини) | Протеїн | Пригнічує вивільнення інсуліну та глюкагону |
| Поліпептид підшлункової залози (РР клітини) | Протеїн | Роль в апетиті |
РОЗЛАДИ... Ендокринна система: цукровий діабет
Дисфункція вироблення та секреції інсуліну, а також реакція цільових клітин на інсулін можуть призвести до стану, званого цукровим діабетом. Все частіше зустрічається захворювання, цукровий діабет діагностується у понад 18 мільйонів дорослих у США та понад 200 000 дітей. Підраховано, що до 7 мільйонів більше дорослих мають стан, але не були діагностовані. Крім того, приблизно 79 мільйонів людей у США, за оцінками, мають переддіабет - стан, при якому рівень глюкози в крові аномально високий, але ще не достатньо високий, щоб його можна було класифікувати як діабет.
Розрізняють дві основні форми цукрового діабету. Цукровий діабет 1 типу - аутоімунне захворювання, що вражає бета-клітини підшлункової залози. Визнано, що певні гени підвищують сприйнятливість. Бета-клітини людей з діабетом 1 типу не виробляють інсулін; таким чином, синтетичний інсулін необхідно вводити шляхом ін'єкцій або інфузій. На цю форму діабету припадає менше п'яти відсотків усіх випадків діабету.
Цукровий діабет 2 типу становить приблизно 95 відсотків усіх випадків. Він придбаний, і такі фактори способу життя, як неправильне харчування, бездіяльність та наявність переддіабету, значно збільшують ризик людини. Близько 80-90 відсотків людей з діабетом 2 типу мають зайву вагу або ожиріння. При діабеті 2 типу клітини стають стійкими до впливу інсуліну. У відповідь підшлункова залоза збільшує свою секрецію інсуліну, але з часом бета-клітини виснажуються. У багатьох випадках діабет 2 типу можна змінити помірною втратою ваги, регулярними фізичними навантаженнями та споживанням здорової дієти; однак, якщо рівень глюкози в крові неможливо контролювати, діабетик врешті-решт потребує інсуліну.
Два ранніх прояви діабету - надмірне сечовипускання і надмірна спрага. Вони демонструють, як поза контролем рівень глюкози в крові впливає на роботу нирок. Нирки відповідають за фільтрацію глюкози з крові. Надмірна глюкоза крові втягує воду в сечу, і в результаті людина усуває аномально велику кількість солодкої сечі. Вживання води в організмі для розведення сечі залишає організм зневодненим, і тому людина незвично і постійно спрагне. Людина також може відчувати постійний голод, оскільки клітини організму не в змозі отримати доступ до глюкози в крові.
Згодом стійко високий рівень глюкози в крові травмує тканини по всьому організму, особливо кровоносних судин і нервів. Запалення і травмування слизової оболонки артерій призводять до атеросклерозу і підвищеного ризику інфаркту та інсульту. Пошкодження мікроскопічних кровоносних судин нирки погіршує роботу нирок і може призвести до ниркової недостатності. Пошкодження судин, які обслуговують очі, може привести до сліпоти. Пошкодження кровоносних судин також зменшує кровообіг кінцівок, тоді як пошкодження нервів призводить до втрати чутливості, яка називається нейропатією, особливо в руках і ногах. Разом ці зміни збільшують ризик травм, інфекції та загибелі тканин (некрозу), сприяючи високій частоті ампутацій пальця ноги, стопи та гомілки у людей з діабетом. Неконтрольований діабет також може призвести до небезпечної форми метаболічного ацидозу під назвою кетоацидоз. Позбавлені глюкози, клітини все частіше покладаються на жирові запаси для палива. Однак у стані дефіциту глюкози печінка змушена використовувати альтернативний шлях обміну ліпідів, що призводить до збільшення вироблення кетонових тіл (або кетонів), які є кислими. Нарощування кетонів у крові викликає кетоацидоз, який, якщо його не лікувати, може призвести до небезпечної для життя «діабетичної коми». Разом ці ускладнення роблять діабет сьомою провідною причиною смерті в Сполучених Штатах.
Діабет діагностується, коли лабораторні тести виявляють, що рівень глюкози в крові вище норми, стан називається гіперглікемією. Лікування цукрового діабету залежить від типу, тяжкості стану, здатності пацієнта вносити зміни в спосіб життя. Як зазначалося раніше, помірна втрата ваги, регулярні фізичні навантаження, вживання цілющої дієти здатні знизити рівень глюкози в крові. Деякі пацієнти з діабетом 2 типу можуть не в змозі контролювати своє захворювання за допомогою цих змін способу життя, і їм буде потрібно медикаментозне лікування. Історично склалося, що першою лінією лікування діабету 2 типу був інсулін. Досягнення досліджень призвели до альтернативних варіантів, включаючи ліки, що підсилюють функцію підшлункової залози.
Перейдіть за цим посиланням, щоб переглянути анімацію, що описує роль інсуліну та підшлункової залози при діабеті.
Огляд глави
Підшлункова залоза має і екзокринну, і ендокринну функції. Типи клітин підшлункової залози включають альфа-клітини, які виробляють глюкагон; бета-клітини, які виробляють інсулін; дельта-клітини, які виробляють соматостатин; і РР-клітини, які виробляють поліпептид підшлункової залози. Інсулін і глюкагон беруть участь в регуляції метаболізму глюкози. Інсулін виробляється бета-клітинами у відповідь на високий рівень глюкози в крові. Він підсилює поглинання глюкози і утилізацію клітинами-мішенями, а також зберігання надлишку глюкози для подальшого використання. Дисфункція вироблення інсуліну або резистентності клітин-мішеней до впливу інсуліну викликає цукровий діабет, розлад, що характеризується високим рівнем глюкози в крові. Гормон глюкагон виробляється і секретується альфа-клітинами підшлункової залози у відповідь на низький рівень глюкози в крові. Глюкагон стимулює механізми, що підвищують рівень глюкози в крові, такі як катаболізм глікогену в глюкозу.
Інтерактивні запитання щодо посилань
Перейдіть за цим посиланням, щоб переглянути анімацію, що описує розташування та функції підшлункової залози. Що не так у функції інсуліну при діабеті 2 типу?
Відповідь: Інсулін перепродукується.
Переглянути питання
Питання: Якщо аутоімунний розлад націлений на альфа-клітини, виробництво якого гормону буде безпосередньо впливати?
А. соматостатин
B. поліпептид підшлункової залози
С. інсулін
D. глюкагон
Відповідь: D
Питання: Яке з наведених нижче тверджень про інсулін вірно?
А. інсулін діє як транспортний білок, переносячи глюкозу через клітинну мембрану.
Б. інсулін полегшує рух внутрішньоклітинних переносників глюкози до клітинної мембрани.
С. інсулін стимулює розпад накопиченого глікогену на глюкозу.
D. інсулін стимулює нирки до реабсорбції глюкози в кров.
Відповідь: B
Питання критичного мислення
Питання: Яким буде фізіологічний наслідок захворювання, яке знищило бета-клітини підшлункової залози?
А. бета-клітини виробляють гормон інсулін, який важливий в регуляції рівня глюкози в крові. Всі інсулінозалежні клітини організму вимагають інсуліну для того, щоб забрати глюкозу з кровотоку. Руйнування бета-клітин призведе до нездатності виробляти та виділяти інсулін, що призводить до аномально високого рівня глюкози в крові та захворювання, яке називається цукровим діабетом 1 типу.
Питання: Чому догляд за ногами надзвичайно важливий для людей з цукровим діабетом?
А. надмірний рівень глюкози в крові пошкоджує кровоносні судини і нерви кінцівок тіла, збільшуючи ризик травм, інфекції та загибелі тканин. Втрата чутливості до ніг означає, що хворий на цукровий діабет не зможе відчути травму стопи, наприклад, від погано підібраного взуття. Навіть незначні травми зазвичай призводять до інфекції, яка, може прогресувати до загибелі тканин без належного догляду, вимагаючи ампутації.
Глосарій
- альфа-клітина
- тип клітин підшлункової залози, який виробляє гормон глюкагон
- бета-клітина
- тип клітин підшлункової залози, який виробляє гормон інсулін
- дельта-клітина
- незначний тип клітин в підшлунковій залозі, що виділяє гормон соматостатин
- цукровий діабет
- стан, викликаний руйнуванням або дисфункцією бета-клітин підшлункової залози або клітинної резистентності до інсуліну, що призводить до аномально високого рівня глюкози в крові
- глюкагон
- гормон підшлункової залози, який стимулює катаболізм глікогену до глюкози, тим самим підвищуючи рівень глюкози в крові
- гіперглікемія
- аномально високий рівень глюкози в крові
- інсулін
- гормон підшлункової залози, який підсилює клітинне поглинання і утилізацію глюкози, тим самим знижуючи рівень глюкози в крові
- підшлункова залоза
- орган з як екзокринними, так і ендокринними функціями, розташованими ззаду шлунка, що важливо для травлення і регуляції глюкози в крові
- острівці підшлункової залози
- спеціалізовані скупчення клітин підшлункової залози, які мають ендокринні функції; також називаються острівцями Лангерганса
- PP осередок
- незначний тип клітин в підшлунковій залозі, що виділяє гормон панкреатичний поліпептид