Pankreas je jednou z najviac fylogenetických starodávnych žliaz organizmov stavovcov. Základy pankreasu sa prvýkrát objavujú v cyklostómoch, ktoré zahŕňajú lamprey a mixin. U rýb sa oddelene umiestnené laloky žľazy nachádzajú v mezentérii tenkého čreva, u obojživelníkov je jasná diferenciácia tenkého čreva, multilobulárna pankreas sa nachádza v proximálnej slučke tenkého čreva a žlčový kanál prechádza žľazou, do ktorej prechádza viac vylučovacích kanálov pankreasu. U vtákov a plazov je pankreas reprezentovaný jedným orgánom, má vlastný hlavný kanál, ktorý prúdi do dvanástnika. U cicavcov nie je pankreas len jasne izolovaný, vrstvy strómy sú rozdelené na segmenty, pozostávajúce z exokrinného a endokrinného parenchýmu, má vlastný bisung kanál.
Ľudská pankreas, nepárový orgán umiestnený v ľavej epigastrickej oblasti retroperitoneálne, má tri hlavné časti: hlavu, telo a chvost. Pankreatický parenchým sa vyvíja z dvoch výrastkov dvanástnikového endodermu: dorzálneho a ventrálneho. Dorzálny výrastok sa objavuje v 3. týždni vnútromaternicového vývinu osoby v dorzálnej stene dvanástnika. Ventrálny výrastok je tvorený asi štvrtým týždňom embryogenézy v rohu tvorenom črevnou stenou a pečeňovým klíčkom. Základy sa približujú a spájajú so sebou o 6-7 týždňov, pričom tvoria jeden orgán. Dorzálny púč dáva základ tela a chvosta a ventrálny púč tvorí hlavu žľazy. Existujú dva pohľady na zdroje vývoja buniek ostrovčekov: prvý z nich hovorí, že pochádzajú z kambiových buniek (nediferencované bunky duálneho epitelu) a majú endodermálny pôvod. Druhá teória naznačuje, že zariadenie ostrovčekov sa vyvíja z migrujúcich buniek nervového hrebeňa, podobne ako iné prvky difúzneho endokrinného systému, a teda majú ektodermálnu genézu.
Endokrinný, alebo intrasekrečný, časť pankreasu je Langerhansových ostrovčekov, ktoré sú zhluky buniek dosahujúce až 0,36 mm, celkový objem beta buniek je až 1,5% objemu celej žľazy.
Zloženie Langerhansových ostrovčekov zahŕňa štyri typy buniek, z ktorých každá má vysokú diferenciáciu a syntetizuje jednu zo zlúčenín.
Alfa bunky tvoria 20% buniek ostrovčekov a produkujú glukagón. Najpočetnejšie sú beta bunky, ktoré tvoria 60-80% všetkých buniek ostrovčekov a sú zodpovedné za syntézu inzulínu. V kompozícii ß-buniek sú 2 podtypy. Prvý podtyp beta buniek je charakterizovaný elektronicky hustým, kryštalizovaným jadrom, ktoré obsahuje ióny zinku a hlavne obsahuje inzulín. Podtyp druhej bunky má amorfný obsah a obsahuje väčšinou proinzulín. Delta bunky majú zastúpenie od 5 do 10% počtu všetkých pankreatocytov a syntetizujú somatostatín. PP bunky tvoria 2 až 5% všetkých izolocytov a vylučujú dva peptidy: pankreatický polypeptid (PP) a vazoaktívny intestinálny peptid (VIP).
Morfológia pankreasu
Pankreas sa nachádza takmer vodorovne na úrovni bedrových stavcov I - II. Leží za peritoneum a je pred ním pokrytý. Vpravo, tesne vedľa slučky dvanástnika, je najmasívnejšia časť žľazy - hlava, potom telo a ľavá časť je chvost, dosahujú slezinu. Dĺžka žľazy je zvyčajne 16 - 22 cm, jej hmotnosť je 70 - 90 g. V hrúbke žľazového tkaniva pozdĺž nej prechádza hlavný vylučovací kanál, ktorý prúdi do dvanástnika spolu so spoločným žlčovodom.
Pankreas dostáva arteriálnu krv z pankreatickej duodenálnej artérie a vetiev slezinnej artérie. Žily žľazy sa buď otvárajú priamo do portálnej žily, alebo do nej vstupujú cez slezinu alebo nadradenú mesenterickú žilu.
Prívod krvi do ostrovčekov je bohatší ako acinárne tkanivo. Inervácia žľazy sa vykonáva vetvami vagusu a sympatického nervu a okolo ostrovčekov sú nervové plexusy a z týchto plexov sú nervové vlákna, ktoré končia na povrchu buniek ostrovčekov.
Väčšinu žľazy predstavuje zymogénne tkanivo, ktoré produkuje rôzne zložky pankreatickej šťavy a približne iba 1% hmotnosti žľazy je endokrinné tkanivo - Langerhansove ostrovčeky. Majú okrúhly, oválny alebo nepravidelný tvar s priemerom 100-200 mikrónov, ale niekedy výrazne väčší. Žľaza obsahuje 500 000 - 1 500 000 ostrovčekov a v zadnej časti žľazy je viac žliaz ako v hlave.
Každý ostrovček pozostáva z cylindrických epiteliálnych buniek. U ľudí existujú tri typy buniek. Jeden druh, negranulované tzv. Delta bunky, môže byť prekurzorom iných buniek ostrovčekov. Ďalšie dva typy buniek obsahujú granule v cytoplazme. Bližšie k okraju ostrova sú alfa bunky. Sú väčšie, ich granularita je nerozpustná v alkohole a zafarbená kyslými farbami. Existujú dva typy týchto buniek, argyrofilné a nonargyrofilné, a iba druhý druh je miestom tvorby glukagónu. Bližšie k stredu ostrova sú početnejšie beta bunky. Sú o niečo väčšie ako alfa bunky, ich zrno je rozpustné v alkohole a farbené základnými farbami. Inzulín sa produkuje v beta bunkách. Lipokaín, ktorý môže byť tretím hormónom pankreasu, sa netvorí v ostrovčekoch, ale v epiteli malých vylučovacích kanálikov.
Pomocou elektrónovej mikroskopie sa zistilo, že alfa granule sú u všetkých zvierat rovnako okrúhle a homogénne a beta granule sú rôzne: u potkanov okrúhle a nehomogénne, u psov pravouhlých, u morčiat nepravidelného tvaru; u ľudí sú niektoré granule okrúhle a uzavreté (jeden alebo viac) v membránovom vaku, iné granule v profile sú pravouhlé. Rôzne formy beta-granúl u rôznych živočíšnych druhov môžu závisieť nielen od rozdielov v chemickom zložení inzulínu, ale aj od stupňa jeho polymerizácie, rozdielov v priestorovej štruktúre jeho molekúl alebo v štruktúre proteínu, s ktorým sa inzulín kombinuje v granule.
Beta bunka je veľmi komplexná štruktúra ohraničená kontinuálnou plazmatickou membránou. Medzi bunkami je priestor veľmi malý a na miestach je prerušený tmeliacim činidlom. Jadrá buniek sú obklopené dvojitou membránou, v ktorej sú póry viditeľné na miestach. Samotné granule beta sú uzavreté v membránových vreckách a medzi obsahom granule (inzulínom) a stenami vrecka je zvyčajne malý priestor. Mitochondrie sú rozptýlené v cytoplazme. Golgiho prístroj, uzavretý v jemných membránových vreckách, sa nachádza v blízkosti jadra. Zvyšok cytoplazmy je bohatý na ergastoplazmu, ktorá sa skladá z dvoch platní vo forme membrán s granulami ribonukleoproteínu na vonkajších povrchoch. Medzi membránou beta-buniek a kapilárnym endotelom zostáva priestor, v ktorom sú často pozorované fibroblasty a nervové vlákna. Endotélia ostrovčekových ciev sa podobá endotelu iných endokrinných žliaz v tom, že je na miestach veľmi riedka a na týchto miestach cytoplazma endotelových buniek takmer úplne mizne, takže bunkové membrány sú takmer vedľa seba. Endotel je všade kontinuálny a nemá póry.
Beta granule obsahujú inzulín, ktorý musí prechádzať z granulátu do krvného obehu, musí prechádzať cez membránový vak obklopujúci granulu, plazmatickú membránu beta bunky a dve hlavné membrány endotelu.
Mechanizmus tvorby inzulínu bol sledovaný u potkanov elektronovou mikroskopiou. Najprv sa v beta-bunke stane, že doštičkovitý ergastoplazmus sa stane vezikulárnym alebo vytvorí vaky s ribonukleoproteínovými granulami na vonkajšom povrchu. V rámci týchto štruktúr sa akumuluje amorfný materiál (prekurzor inzulínu), ktorý postupne tvorí odlišné, husté beta granule. Potom už nie sú určené granuly ribonukleoproteínov na vonkajšom povrchu vriec a granule beta ležia vo vnútri týchto vrecúšok. Keď sa inzulín uvoľňuje z beta buniek, granule sa spolu s vrecami presúvajú na povrch bunky a uvoľňujú sa tam. V extracelulárnom priestore sa granule rozpúšťajú a inzulín prechádza endotelom do krvi. Zostávajúce časti vriec sú uložené ako malé zárezy na povrchu buniek.
CUKROVÉ DIABETY
MORFOLÓGIA A FYZIOLÓGIA ENDOKRÍNNEJ FUNKCIE Rieka GLAND
Pankreas je nepárový orgán umiestnený retroperitoneálne a vylučuje tráviace enzýmy (exokrinná časť) a rôzne hormóny (endokrinná časť). Endokrinnú časť pankreasu predstavujú ostrovčeky, ktoré opísal v roku 1869 P. Langerhans. Pankreatické ostrovčeky (Langerhansove ostrovčeky) sú difúzne distribuované v exokrinnom parenchýme pankreasu, predstavujú 1-1,5% celkového objemu a majú priemer od 50 do 400 mikrónov (väčšina ostrovov má priemer 200 mikrónov). V pankrease dospelého je 240 až 360 tisíc až 2 milióny ostrovov.
Pri embryogenéze sa pankreas vyvíja z dvoch výčnelkov dvanástnika: z jednej vytvára hlavu a z druhej - telo a chvost pankreasu. Tvorba ostrovčekov v pankrease potkana nastáva v 10. deň a na 11. deň sa tu stanovuje inzulín, ktorého hladina zostáva relatívne stabilná v období od 12. do 14. dňa tehotenstva a potom (14-20 dní). deň) sa množstvo inzulínu dramaticky zvyšuje. V 11. deň vývoja sa tiež zistí glukagón a jeho hladina je niekoľko desiatokkrát vyššia ako inzulín.
Z embryonálneho pankreatického epitelu sa vyvíjajú endokrinné a exokrinné pankreatické tkanivá. Mechanizmy, ktoré odlišujú toto tkanivo na akné a ostrovné, nie sú úplne pochopené. Faktor bol izolovaný z mezenchymálneho tkaniva, ktoré stimuluje syntézu DNA, RNA a proteínov v pankreatickom epiteli embrya a zjavne kontroluje proliferáciu a diferenciáciu epitelu pankreasu na akné tkanivo a B-bunky.
Predpokladá sa, že endokrinné bunky sa vyvíjajú z pankreatických kanálikov, ktoré sú endodermálneho pôvodu. Niektorí vedci sa však domnievajú, že ostrovčeky pankreasu a chromafínové bunky gastrointestinálneho traktu sú odvodené z nervového hrebeňa, ktorý sa v skorých štádiách vývoja sťahoval do predného segmentu črevnej trubice.
Ostrovčeky pankreasu sú hojne zásobované krvou kapilárami, ktoré tvoria sínusovú sieť. Z nervových vlákien zistených v ostrovčekoch boli identifikované cholinergné aj adrenergné nervové elementy. Stimulácia sympatického nervového systému inhibuje sekréciu inzulínu a parasympatikum zvyšuje sekréciu inzulínu.
Bunky ostrovčekov obsahujú sekrečné granule, ktoré sú obklopené membránami. Mitochondrie buniek ostrovčekov v porovnaní s mitochondriami acinárnych buniek sú relatívne malé. Golgiho komplex sa nachádza v blízkosti jadra, hrubé endoplazmatické retikulum a polysómy sú rozptýlené v celej cytoplazme, je tu relatívne málo lyzozómov a jasne je detegovaný tubulárny mikrovilárny systém, čo je dôležité v procese uvoľňovania hormónu z bunky.
Langerhansove ostrovčeky sú reprezentované nasledujúcimi typmi buniek: a, b, d, g, f alebo PP. A-bunky tvoria 20 až 25% bunkového zloženia ostrovčekov a sú miestom tvorby glukagónu. U ľudí a morčiat sa nachádzajú takmer rovnomerne na celom území ostrova.
Hlavným číslom (75-80%) buniek ostrovčekov sú B-bunky, ktoré slúžia ako miesto na syntézu a ukladanie inzulínu. Tieto bunky obsahujú obdĺžnikové granuly, ktoré majú kryštalickú matricu obklopenú amorfným materiálom.
d-bunky sú miestom tvorby somatostatínu. S elektrónovou mikroskopiou ľudských pankreasu sú v nich viditeľné veľké okrúhle sekrečné granule, ktoré sa líšia od granulí a- a b-buniek.
Elektrónová mikroskopia ukazuje typ d-buniek, ktoré obsahujú menšie granule a nazývajú sa G-bunky. Predpokladá sa, že slúžia ako miesto tvorby gastrínu a neobsahujú sekrečné granule, ich cytoplazma obsahuje endoplazmatické retikulum a mitochondrie.
Okrem toho sa v pankreatických ostrovčekoch detegujú takzvané E-bunky, ktoré obsahujú relatívne veľké nestále granuly, ktoré sa jasne odlišujú od sekrečných granúl a-, b- a d-buniek v štúdiách elektrónovej mikroskopie.
V ostrovčekoch pankreasu psov sa detegujú F-bunky, ktorých sekrečné granule majú odlišný tvar - od okrúhleho do tvaru obličiek - a líšia sa od sekrečných granúl buniek opísaných vyššie.
Použitím elektrónovo-mikroskopických a imunocytochemických techník sa ukázalo, že F bunky sú miestom vylučovania pankreatického polypeptidu, antagonistu cholecystokinínu. F-bunky alebo PP-bunky ľudských pankreatických ostrovčekov obsahujú granuly menšie ako granule a-, b- a d-buniek. Tieto bunky sú lokalizované na periférii Langerhansových ostrovčekov a tiež detegované medzi exokrinnými a epiteliálnymi bunkami pankreatických kanálikov.
Okrem hlavných 4 typov - a, b, d a PP buniek v ostrovčekoch pankreasu sa detegujú bunky obsahujúce gastrín, vazoaktívny intestinálny peptid (VIP), tyreoliberín, somatoliberín. Počet týchto buniek v ostrovčekoch je nevýznamný, avšak za určitých podmienok môžu slúžiť ako zdroj tvorby adenómov vylučujúcich tieto hormóny v nadbytku. To vedie k rozvoju zodpovedajúcej charakteristickej patológie (Zollingerov-Ellisonov syndróm, syndróm pankreatickej cholery alebo Wernerov-Morrisonov syndróm, akromegália).
Inzulín. Dlho sa verilo, že objav inzulínu patrí kanadským vedcom F. Bantingovi a C. Bestovi, ktorí získali extrakt z pankreasu psov, ktorý eliminoval hyperglykémiu a glukozúriu. Výsledky oznámili 30. decembra 1921 na stretnutí Americkej spoločnosti fyziológov a získaného extraktu pankreasu, ktorý bol zavedený 1. januára 1922 14-ročnému chlapcovi Leonardovi Thompsonovi, ktorý trpel cukrovkou a bol v centrálnej nemocnici v Toronte. Účinok takejto liečby však nebol. Následne bol pripravený extrakt z pankreasu J. Collipom s použitím novej technológie a 23. januára 1922 bol aplikovaný rovnaký pacient, ktorý bol sprevádzaný znížením hladiny cukru v krvi. Výsledky týchto štúdií boli publikované v júli 1922. O rok neskôr boli pripravené komerčné inzulínové prípravky na liečbu pacientov s diabetom. Takmer pol roka (august 1921) predtým, ako kanadskí vedci informovali o objavení inzulínu, francúzsky časopis uverejnil prácu rumunského vedca N. Paulescu, ktorý získal extrakt z pankreasu, ktorý ho nazýval pancrein a prvýkrát ukázal, že keď sa injekcia extraktu pankreasu vstrekla do krvi zvierat. zníženej hladiny cukru v krvi v moči. F. Sanger a kol. (1953) dešifrovala chemickú štruktúru inzulínu.
Inzulín je dvojreťazcový polypeptid obsahujúci 51 aminokyselinových zvyškov. reťazec obsahuje 21 aminokyselinových zvyškov, b-reťazec - 30. Oba reťazce sú spojené dvomi disulfidovými mostíkmi cez cysteínové zvyšky v polohách B7 a A7, B19 a A20 (schéma 27).
Schéma 27. Štruktúra ľudského inzulínu.
Okrem toho, a-reťazec má ďalší disulfidový mostík spájajúci cysteínové zvyšky v polohách A6-11.
Doteraz sa sled aminokyselinových zvyškov v inzulínovej molekule študoval na viac ako 25 druhoch zvierat. Ľudský inzulín a ošípané majú najbližšiu štruktúru a líšia sa len jednou aminokyselinou v polohe B30. V ľudskom inzulíne v tejto polohe je treonín a v prasačom inzulíne - alaníne.
Rôzne typy inzulínu sa líšia nielen v zložení aminokyselín, ale aj a-helikálne, čo určuje sekundárnu štruktúru hormónu. Ťažšia je terciárna štruktúra, ktorá tvorí oblasti (centrá) zodpovedné za biologickú aktivitu a antigénne vlastnosti hormónu. Vnútorná štruktúra inzulínovej molekuly je dôležitá pre interakciu s jej receptorom a prejavom biologického účinku. Rôntgenové štúdie ukázali, že hexamérna jednotka kryštalického zinkového inzulínu pozostáva z troch dimérov. Inzulínové diméry sú spojené do kryštálov vodíkovými mostíkmi medzi peptidovými skupinami B24 a B26.
V roztoku sa molekuly inzulínu ľahko stávajú agregovanými, čo závisí od teploty, pH a obsahu zinku. Kryštalický inzulín zvyčajne obsahuje 0,3-0,6% zinku. Molekulová hmotnosť inzulínu je asi 6 kDA s alkalickou hodnotou pH a asi 12 kDa - s kyslou hodnotou. Keď sa pridá zinok, agregované formy mol.m. od 50 do 300 kDa.
Inzulín je syntetizovaný pankreatickými b-bunkami. Gén kontrolujúci tento proces je lokalizovaný na krátkom ramene 11. chromozómu. Práca D. Steiner et al. (1967-1969) sa ukázalo, že v procese biosyntézy sa najprv vytvorí proinzulínová molekula, z ktorej sa následne inzulínová molekula a C-peptid štiepia (schéma 28).
Schéma 28. Schéma konverzie proinzulínu na inzulín.
Syntéza proinzulínu sa vyskytuje v ribozómoch hrubého endoplazmatického retikula. Je dokázané, že v procese biosyntézy sa najprv vytvára preproinzulín.
Pre-inzulín v mikrozómoch sa veľmi rýchlo mení na proinzulín, ktorý sa transportuje z nádrží do Golgiho komplexu. Obdobie od začiatku až po príchod do komplexu Golgi je asi 20 minút. V Golgiho komplexe dochádza ku konverzii na inzulín. Toto je prchavá reakcia, ktorá vyžaduje 30-60 minút na dokončenie.
Konverzia proinzulínu na inzulín sa uskutočňuje za účasti dvoch typov proteolytických enzýmov (špecifických peptidáz): enzýmu podobného trypsínu a karboxypeptidázy B, ktorý je nevyhnutný na štiepenie C-koncového fragmentu, čo vedie k vytvoreniu intermediárnej formy proinzulínu - medziproduktu-1, v ktorom je C-peptid oddelený od terminálnu skupinu a-reťazca. Existuje iná forma proinzulínu (medziprodukt-II), kde C-peptid je oddelený od C-konca b-reťazca. K tvorbe medziproduktu-I dochádza, keď sa z a-reťazca odštiepia dve aminokyseliny (arginín a lyzín) a medziprodukt II sa vyskytuje, keď sa z b-reťazca štiepia dve aminokyseliny (arginín a arginín). U ľudí dochádza k tvorbe inzulínu z proinzulínu hlavne tvorbou medziproduktu-I. Tieto časti proinzulínovej molekuly (arginín-lyzín a arginín-arginín) majú zvýšenú citlivosť na pôsobenie proteáz, v dôsledku čoho dochádza k premene proinzulínu na inzulín, pričom inzulín a C-peptid sú v ekvimolárnych pomeroch.
Sekrečné granule obsahujú proinzulín, medziproduktové formy I a II, ióny inzulínu, C-peptidu a zinku a pri zrení zrna sa množstvo proinzulínu znižuje a množstvo inzulínu sa zvyšuje pri interakcii s kryštálmi iónov zinku. Tieto sú lokalizované v strede granuly a určujú zvýšenú hustotu elektrónov počas morfologických štúdií pankreasu. C-peptid sa nachádza na okraji granúl. Zistilo sa, že väčšina zinku obsiahnutého v ostrovčekoch pankreasu je v granulách a uvoľňuje sa v procese vylučovania inzulínu. Okrem inzulínu a C-peptidu (94%) existujú proinzulín a medziprodukty I a II (približne 6%), ako aj ióny zinku v obsahu „zrelej“ sekrečnej granule. Väčšina zinku obsiahnutého v ostrovčekoch pankreasu je v granulách a ako je uvedené vyššie, uvoľňuje sa počas sekrécie inzulínu.
Sekrécia inzulínu sa uskutočňuje emiocytózou: migráciou granúl na membránu b-buniek, zlúčením granúl s bunkovou membránou, rozpustením membrány v mieste kontaktu a nakoniec emocytotickou extrúziou granuly - rozbitím obsahu granúl. Tento proces transportu granulí do bunkovej membrány sa uskutočňuje systémom mikrotubuly-vilous. Mikrotubuly sú tvorené polymerizáciou proteínových (tubulínových) podjednotiek a v mnohých typoch buniek sú polymerizačné tubuly v dynamickej rovnováhe so zásobou ich podjednotiek. cAMP a ióny vápnika, ovplyvňujúce sekréciu inzulínu, menia rovnováhu medzi podjednotkami a mikrotubulami (mikrotubuly) v smere polymerizácie mikrotubúl. Je možné, že tento účinok cAMP na mikrotubulový systém je sprostredkovaný fosforyláciou proteínov mikrotubulov. Mikrotubuly sú schopné kontrakcie a relaxácie, pohyb granulí smerom k plazmatickej membráne.
Mikrovrstvy (mikrovlákna), ktoré sú súčasťou mikrotubulárneho vilózneho systému, sa nachádzajú na okraji bunky, tesne priľahlej k plazmatickej membráne. Keď sa granule obsahujúce inzulín približujú k membráne mikrovili, obalia ju a privádzajú ju na bunkovú membránu, vykonávajú procesy ich zlúčenia a rozpúšťania membrány v mieste kontaktu, čím sa uľahčuje proces vytláčania - vyprázdňovanie granulí a vyprázdňovanie jeho obsahu smerom von. V dôsledku zmeny fyzikálnych vlastností média sa zinok odstráni a kryštalický inzulín sa stane rozpustným. Mechanizmus sekrécie inzulínu je znázornený na obrázku 29.
Schéma 29. Schéma biosyntézy inzulínu a sekrečného mechanizmu beta buniek.
Nachádza sa v sekrečnom granulovanom proteíne 3 (inzulín, C-peptid a proinzulín) sa líšia biologickou aktivitou a trvaním existencie. Polčas inzulínu je teda 3 až 10 minút, C-peptid - približne 30 minút, proinzulín - približne 20 až 23 minút. Ak je biologická aktivita braná ako 100%, potom proinzulín má 10% aktivitu, medziprodukt-I - približne 25% a C-peptid nemá taký účinok. Spôsoby, ktoré máme k dispozícii na vyhodnotenie biologickej aktivity vyššie uvedených biologických látok, skutočne ukazujú, že C-peptid je biologicky inaktívna časť molekuly proinzulínu. V posledných rokoch sa však ukázalo, že použitie C-peptidu spolu s inzulínom na liečbu pacientov trpiacich na inzulín závislý diabetes vedie k stabilizácii vaskulárnych komplikácií diabetu a vzniku nových prejavov angiopatie. V prípade porušenia konverzie proinzulínu na inzulín (nedostatočnosť zodpovedajúcich proteáz) bude do krvného obehu prúdiť veľké množstvo proinzulínu, ktoré môže byť sprevádzané porušením metabolizmu sacharidov rôznej závažnosti, až po diabetes.
Mechanizmus účinku inzulínu. V prakticky všetkých tkanivách tela inzulín ovplyvňuje metabolizmus sacharidov, tukov, proteínov a elektrolytov, čím zvyšuje transport glukózy, bielkovín a ďalších látok cez bunkovú membránu. Inzulín vykonáva svoj biologický účinok na bunkovej úrovni prostredníctvom vhodného receptora.
Inzulínový receptor je tetramérna proteínová štruktúra, ktorá je integrálnou súčasťou bunkovej membrány. Početné štúdie ukázali, že receptor obsahuje dve podjednotky, z ktorých každá tiež pozostáva z dvoch častí. Polypeptidový reťazec a-podjednotky sa skladá zo 719 aminokyselinových zvyškov a jeho molekulová hmotnosť (mol.m.) je 135 000 D. b-podjednotka obsahuje 620 aminokyselinových zvyškov a má mol.m. 95000D.
Receptor vykonáva tri hlavné funkcie: 1) s vysokou špecificitou, rozpoznáva miesto väzby inzulínu v molekule a vykonáva integráciu s molekulou inzulínu; 2) sprostredkuje prenos zodpovedajúceho signálu, zameraného na aktiváciu intracelulárnych metabolických procesov; 3) endocytóza (ponorenie do bunky) komplexu hormónového receptora, čo vedie k lyzozomálnej proteolýze inzulínu so súčasným návratom podjednotky do bunkovej membrány.
Interakcia hormonoreceptora sa uskutočňuje a-podjednotkou receptora, ktorá obsahuje väzbové miesta; B-podjednotka má aktivitu tyrozínkinázy, ktorá stúpa pod vplyvom inzulínu po jeho naviazaní na a-podjednotku.
Gén zodpovedný za syntézu inzulínového receptora je lokalizovaný na krátkom ramene 19. chromozómu. Polčas (existencia) mRNA receptora pre inzulín je 2 hodiny.
Štúdie elektrónového mikroskopu ukázali, že po naviazaní inzulínu na bunkový receptor sa celý komplex ponorí do cytoplazmy, dosiahne lyzozómy, kde sa zničí. Polčas samotného receptora je 7 až 12 hodín, ale v prítomnosti inzulínu klesá na 2 až 3 hodiny, v lyzozómoch sa komplex inzulín-receptor rozpadá pod vplyvom proteolytických enzýmov a receptor sa vracia do bunkovej membrány (funkcia kyvadlovej dopravy). Pred tým, ako sa receptor podrobí degradácii, má čas prejsť niekoľkokrát z membrány na lyzozómy a späť (recyklácia receptora).
Transmembránová signálna transdukcia a mechanizmus účinku inzulínu nie je úplne objasnený. Ak je cAMP sekundárny posol pre mnoho polypeptidových hormónov, transmisný mechanizmus pôsobenia inzulínu je oveľa komplikovanejší a v tomto procese hrá dôležitú úlohu proteínkináza inzulínového receptora, ktorá katalyzuje prenos fosfátových skupín z ATP na zvyšky hydroxylových aminokyselín v proteínkinázach.
Interakcia inzulínu s receptorom vedie k zvýšeniu aktivity proteínkinázy C, fosforylácie receptorových tyrozínových zvyškov a stimulácii následnej samofosforylácie receptora. Okrem toho interakcia inzulínu s receptorom vedie k stimulácii špecifickej fosfolipázy C, k hydrolýze glykozylfosfatidylinozitolu a k tvorbe dvoch druhých poslov: inositoltrifosfátu a diacylglycerolu. Inositol trifosfát uvoľňuje vápnik z endoplazmatického retikula. Diacylglycerol pôsobí na kalmodulín a proteínkinázu C, ktorá fosforyluje rôzne substráty, čo vedie k zmenám aktivity bunkových systémov.
Hlavným účinkom inzulínu je zvýšenie transportu glukózy cez bunkovú membránu. Stimulácia inzulínu vedie k zvýšeniu rýchlosti glukózy v bunke 20-40 krát. Glukóza sa transportuje cez bunkovú membránu proteínovými transportérmi. Pri stimulácii inzulínom sa pozoruje 5- až 10-násobné zvýšenie obsahu proteínov transportujúcich glukózu v plazmatických membránach, zatiaľ čo ich obsah v intracelulárnom prostredí sa znižuje o 50-60%. Množstvo energie potrebné vo forme ATP je nevyhnutné hlavne na aktiváciu inzulínového receptora a nie na fosforyláciu proteínového transportéra. Stimulácia transportu glukózy zvyšuje spotrebu energie faktorom 20-30, zatiaľ čo na prenos transportérov glukózy je potrebné len malé množstvo.
Translokácia transportérov glukózy na bunkovú membránu nastáva v priebehu niekoľkých minút po interakcii inzulínu s receptorom a na urýchlenie alebo udržanie recyklácie transportných proteínov je potrebný ďalší stimulačný účinok inzulínu.
Boli identifikované dve triedy transportérov glukózy: Na + -glukózový kotransportér a päť izoforiem našich vlastných transportérov glukózy (G. Bell a kol., 1990). Podľa údajov týchto autorov je Na + -glukózový kotransportér alebo symporter, exprimovaný špeciálnymi epitelovými riasinkami tenkého čreva a proximálneho tubulu obličiek. Tento proteín aktívne transportuje glukózu z črevného lúmenu alebo nefrónu proti jeho koncentračnému gradientu väzbou glukózy na tie sodíkové ióny, ktoré sú transportované pod koncentračným gradientom. Gradient koncentrácie Na + je udržiavaný aktívnym proteínom transportéra sodíka cez povrch hranične narezaných buniek cez membránu viazanú AT + na Na +, K +. Molekula tohto proteínu - transportér sa skladá zo 664 aminokyselinových zvyškov, jeho syntéza je kódovaná génom umiestneným na 22. chromozóme.
Druhú triedu nosičov glukózy predstavujú jej vlastné transportéry glukózy. Ide o membránové proteíny, ktoré sa nachádzajú na povrchu všetkých buniek a transportujú glukózu pod jej koncentračný gradient vhodnou difúziou, t.j. pasívnym transportom, pri ktorom sa translokácia glukózy cez membránu bilipidu bunky urýchľuje transportným proteínom viazaným na membránu. Transportéry glukózy primárne transportujú glukózu nielen do bunky, ale aj z bunky. Transportéry triedy II sa tiež podieľajú na intracelulárnom pohybe glukózy. Glukóza sa absorbuje na povrchu epiteliálnych buniek čelia lúmenu čreva alebo nefrónu pomocou Na + -glukózového kotransportéra.
Faktory regulujúce expresiu transportérov glukózy sú inzulín, rastové faktory, perorálne lieky, ktoré znižujú hladinu cukru, vanádu, glukokortikoidov, cAMP, hladovanie, diferenciáciu buniek a proteín kinázu C.
GLUT-1 (typ erytrocytov) je prvým transportérom klonovaných proteínov. Gén kódujúci tento proteín sa nachádza na chromozóme I. GLUT-1 je exprimovaný v mnohých tkanivách a bunkách: červených krvinkách, placente, obličkách, hrubom čreve. Podľa K. Kaestnera a kol. (1991), syntéza GLUT-1 a GLUT-4 v adipocytoch je transkripčne regulovaná cAMP recipročným spôsobom. Spolu s tým je expresia GLUT-1 vo svaloch stimulovaná inhibíciou N-viazanej glykozylácie (F. Maher, L. Harrison, 1991).
GLUT-2 (typ pečene) sa syntetizuje iba v pečeni, obličkách, tenkom čreve (bazolaterálna membrána) a b-bunkách pankreasu. Molekula GLUT-2 obsahuje 524 aminokyselinových zvyškov. Gén kódujúci tento proteín je lokalizovaný na 3. chromozóme. Zmeny množstva alebo štruktúrnej formy GLUT-2 spôsobujú zníženie citlivosti b-buniek na glukózu. To sa vyskytuje pri diabetes mellitus typu II, keď sa pozoruje indukcia expresie GLUT-2 v proximálnych tubuloch obličiek, pričom množstvo mRNA GLUT-2 rastie 6,5-krát a množstvo mRNA GLUT-1 klesá na 72% normy (JH Dominguez et al., 1991).
GLUT-3 (mozgový typ) je exprimovaný v mnohých tkanivách: mozgu, placente, obličkách, kostrových svaloch plodu (hladina tohto proteínu v kostrových svaloch dospelých je nízka). Molekula GLUT-3 obsahuje 496 aminokyselinových zvyškov. Gén kódujúci tento proteín sa nachádza na 12. chromozóme.
GLUT-4 (svalový adipózny typ) sa nachádza v tkanivách, kde sa transport glukózy po expozícii inzulínom rýchlo a významne zvyšuje: kostrové biele a červené svaly, biele a hnedé tukové tkanivo, srdcový sval. Molekula proteínu sa skladá z 509 aminokyselinových zvyškov. Gén kódujúci GLUT-4 sa nachádza na 17. chromozóme. Hlavnou príčinou bunkovej inzulínovej rezistencie pri obezite a diabetes mellitus nezávislom od inzulínu (NIDD) podľa W. Garveyho a kol. (1991) je predtranslačná supresia syntézy GLUT-4, ale jej obsah vo svalových vláknach typu I a II u pacientov s INDI s obezitou a poruchou glukózovej tolerancie je rovnaký. Odolnosť týchto pacientov na inzulínový sval pravdepodobne nie je spojená so znížením počtu GLUT-4, ale so zmenou ich funkčnej aktivity alebo poruchy translokácie.
GLUT-5 (intestinálny typ) sa nachádza v tenkom čreve, obličkách, kostrovom svale a tukovom tkanive. Molekula tohto proteínu sa skladá z 501 aminokyselinových zvyškov. Gén kódujúci syntézu proteínov sa nachádza na chromozóme 1.
Po interakcii inzulínu s receptorom sa do bunky zavádza komplex hormónového receptora. Tento proces zahŕňa invagináciu membránového miesta, kde sa komplex inzulín-receptora zoskupuje, a vytváranie pinocytotického vezikula, ktoré sa oddeľuje od membrány a vstupuje do bunky. Proces je prchavý a množstvo absorbovaného hormónového receptorového komplexu je úmerné množstvu inzulínu viazaného na plazmatickú membránu. To naznačuje, že integrácia je rozhodujúcim a kontrolným bodom tohto procesu. Zvyčajne sa endocytová vezikula kombinuje s lyzozómami nachádzajúcimi sa v Golgiho komplexe, kde sa degraduje komplex hormónového receptora a štiepi sa receptor, ktorý sa vracia do bunkovej membrány. Proces recyklácie inzulínových receptorov, translokácia a cirkulácia proteínov nosiča glukózy majú mnoho spoločných znakov. Konkrétne je potrebné určité množstvo energie na pohyb týchto substrátov v oboch smeroch, úplný cyklus recyklácie trvá 5 až 10 minút a intenzita týchto procesov sa znižuje s klesajúcou teplotou inkubačného média.
Degradácia receptorového hormónu a pokles koncentrácie receptora indukovaný inzulínom (tzv. Regulovaný pokles fenoménu alebo down-regulácia) sú vzájomne prepojené procesy. Existuje stav dynamickej rovnováhy medzi rýchlosťou zavádzania komplexov inzulín-receptor, ich degradáciou a recykláciou, opätovným začlenením do štruktúry membrány, ako aj rýchlosťou ich syntézy. Potvrdzuje to skutočnosť, že koncentrácia inzulínu, ktorá je potrebná na zníženie koncentrácie receptorov, je nepriamo úmerná veľkosti a rýchlosti zavádzania hormónov do bunky; za podmienok, ktoré spôsobujú zníženie počtu receptorov, sa zvyšuje rýchlosť pinocytózy v bunke.
Pôsobenie inzulínu začína procesom jeho kombinácie s a-podjednotkou receptora. Tvorba komplexu inzulín-receptor je hlavným bodom ďalšieho prejavu mnohých biologických účinkov inzulínu. Väzba inzulínu na receptor vedie k jeho samofosforylácii za účasti receptorovej proteínkinázy, ku ktorej dochádza pred alebo počas absorpcie komplexu inzulín-receptor. Takto aktivovaný receptor zahŕňajúci fosfolipázu C prispieva k hydrolýze membránových fosfolipidov (glykozylfosfatidylinozitol), spolu s tvorbou inozitotrifosfátu a diacylglycerolu. Aktivovaný receptor spúšťa reťazec sekvenčnej fosforylácie iných proteínov, vrátane aktivity serínkinázy. Môže tiež interagovať s proteínmi viažucimi GTP alebo cAMP, čo vedie k aktivácii fosforylácie / defosforylácie, stimuluje fosfodiesterázu, znižuje aktivitu proteínkinázy, čo vedie k zmene funkcie bunkovej membrány.
Súčasne proces zavádzania komplexu inzulín-receptor do bunky ovplyvňuje endoplazmatické retikulum, aktivuje recirkuláciu proteínov transportujúcich glukózu do bunky. Ten istý komplex interaguje s mikrozómami, lyzozómami a jadrovými štruktúrami. Po disociácii sa receptor vracia do bunkovej membrány a inzulín aktivuje procesy defosforylácie jadrových proteínov, mení metabolizmus mRNA, čo vedie k zvýšeniu syntézy proteínov a ďalších „neskorých“ účinkov biologického účinku inzulínu.
Väčšina inzulínu sa metabolizuje v pečeni a v jednom priechode sa v ňom zachová 40-60% hormónu zo systému portálnej žily.
Približne 40% inzulínu (podľa niektorých autorov, 15 - 20%) je inaktivovaných obličkami. Je potrebné poznamenať, že pri renálnej insuficiencii sa absorpcia a degradácia inzulínu obličkami znižuje na 9-10%, preto u pacientov s diabetes mellitus pri renálnej insuficiencii klesá potreba inzulínu. Úloha obličiek pri inaktivácii exogénneho inzulínu je veľká, pretože inzulín vstrebáva z miesta vpichu injekcie, vstúpi do veľkého kruhu krvného zásobenia a obličiek a endogénny inzulín sa najprv dostane do pečene a až potom sa jeho menšia časť dostane do veľkého obehu a obličiek. V obličkách je inzulín filtrovaný v glomeruloch av proximálnych tubuloch je takmer kompletne reabsorbovaný a zničený proteolytickými enzýmami, pričom endosomálna-lyzozomálna inaktivácia inzulínu v renálnych tubuloch prakticky chýba.
Stav metabolizmu sacharidov je určený počtom receptorov a ich schopnosťou viazať sa na inzulín. V adipocytoch teda spadá až 50 000 receptorov na bunku, v hepatocytoch až do 250 000, v monocytoch a erytrocytoch, rádovo menej.
Funkciou b-buniek je udržiavať energetickú homeostázu v tele a energetické receptory týchto buniek vnímajú minimálne odchýlky v zmenách obsahu krvi v kalorických molekulách, ktoré zahŕňajú glukózu, aminokyseliny, ketónové telieska a mastné kyseliny. Fyziologické koncentrácie D-glukózy, L-aminokyselín, ketónových teliesok a mastných kyselín stimulujú sekréciu inzulínu, zatiaľ čo metabolity (laktát, pyruvát, glycerín) ho neovplyvňujú. Treba zdôrazniť, že stimulačný účinok ketónových teliesok, mastných kyselín a aminokyselín sa vyskytuje na určitej (substimulačnej) hladine glukózy a v tejto súvislosti by bolo vhodnejšie nazývať tieto látky glukózovo závislé inzulínové sekretagogy inzulínu.
Obsah glukózy v krvnom sére je odrazom stavu dvoch neustále sa meniacich procesov, ktoré sú pod neustálym riadením využitia inzulínu: glukózy tkanivami a glukózou vstupujúcou do krvného obehu.
Glukóza vstupujúca do krvi z gastrointestinálneho traktu prispieva k významnejšiemu uvoľňovaniu inzulínu z b-buniek pankreasu a prirodzene k vyššej hladine inzulínu v krvnom sére v porovnaní s rovnakým množstvom glukózy, ale podávaným intravenózne. Tento rozdiel v uvoľňovaní inzulínu v reakcii na rovnaké množstvo glukózy je spôsobený tým, že glukóza vstúpila do gastrointestinálneho traktu stimuluje sekréciu inzulínu nielen zvýšením jeho hladiny v krvi, ale aj aktiváciou mechanizmu, ktorý zahŕňa vylučovanie množstva hormónov gastrointestinálneho traktu: gastrín, sekretín, pankreozymin, glukagón, polypeptid inhibujúci žalúdok, inzulínotropný peptid závislý od glukózy.
Proteíny a aminokyseliny tiež stimulujú uvoľňovanie inzulínu. Z aminokyselín majú arginín a lyzín najvýraznejší účinok na sekréciu inzulínu.
Pri kontrole sekrécie inzulínu je dôležité miesto pre iné faktory - vplyv sympatického a parasympatického nervového systému, hormónu rastového hormónu, hormónov nadobličiek, placentárneho laktogénu, estrogénu atď.
Sekrécia inzulínu v reakcii na stimuláciu glukózy je dvojfázová reakcia pozostávajúca zo štádia rýchleho skorého uvoľňovania inzulínu, nazývaného prvá fáza sekrécie (jeho trvanie je 1-3 minúty) a druhá fáza (trvanie je 25-30 minút).
Mechanizmus uvoľňovania inzulínu je viaczložkový systém, v ktorom hrajú hlavnú úlohu cAMP a ióny vápnika. Aktivácia procesov uvoľňovania inzulínu je sprevádzaná zvýšením koncentrácie intracelulárneho vápnika. Pod vplyvom glukózy sa zvyšuje pohyb vápnika z extracelulárnej tekutiny do bunky. Miera jeho väzby na kalmodulín a disociácia komplexu kalcium-kalmodulín sa mení.
Glukagón. Čoskoro po prijatí komerčných inzulínových prípravkov sa zistilo, že extrakty pankreasu obsahujú faktor, ktorý spôsobuje hypoglykémiu, glukagón. Glukagón je polypeptid s nasledujúcou sekvenciou 29 aminokyselinových zvyškov: NH2-His-Ser-Gly-Gly-Tre-Fen-Tre-Ser-Asp-Tyr-Ser-Liz-Tyr-Ley-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala- Gly-Asp-Phe-Val-Gln-Leu-tri-Met-Asn-Thr-CO 2H.
Treba zdôrazniť, že ľudský, prasací a hovädzí glukagón majú rovnakú aminokyselinovú sekvenciu. Molm glukagón 3485 D. V kryštalickej forme je glukagón trimér s vysokým obsahom sekundárnej štruktúry.
V procese biosyntézy glukagónu sa najprv tvorí s proglukagónom s molm. 18000 D a polčas približne 1 h. Metabolizmus a degradácia glukagónu sa vyskytujú v pečeni a obličkách.
Glukagón, vylučovaný a-bunkami Langerhansových ostrovčekov, najprv vstupuje do medzibunkového priestoru a intersticiálnej tekutiny a potom krvou cez portálnu žilu do pečene, kde zvyšuje glykogenolýzu, znižuje využitie glukózy a syntézu glykogénu, zvyšuje glukoneogenézu a tvorbu teliesok ketónov. Kumulatívny účinok týchto účinkov je zvýšenie tvorby a uvoľňovania glukózy z pečene. V periférnych tkanivách má glukagón lipolytický účinok, zvyšuje lipolýzu, znižuje lipogenézu a syntézu proteínov. Lipolýza je aktivovaná hormónovou senzitívnou lipázou.
Je možné, že v tele je glukagón transportovaný v stave spojenom s globulínmi. To vysvetľuje najmä údaje, ktoré ukazujú, že polčas vymiznutia plazmatického glukagónu je 3 až 16 minút. Voľné formy glukagónu sa rýchlo metabolizujú a odstraňujú z krvi, zatiaľ čo glukagón viazaný na plazmatické proteíny sa metabolizuje pomalšie. Koncentrácia glukagónu v portálnej žile sa pohybuje od 300 do 4500 pg / ml, zatiaľ čo v periférnej krvi dosahuje hodnotu 90 pg / ml a ako odpoveď na podávanie arginínu alebo pankreozyminu sa zvyšuje na 1200 pg / ml.
Receptory glukagónu izolované z plazmatických membrán potkanej pečene patria ku glykolipoproteínom (molekulová hmotnosť približne 190 000 D) a pozostávajú z niekoľkých podjednotiek (približne 25 000 D). Schopnosť receptorov glukagónu interagovať so zodpovedajúcim hormónom je variabilná a závisí od niekoľkých faktorov. Väzba glukagónu na receptory sa znižuje hyperglukémiou spôsobenou dlhodobým hladovaním, nedostatkom inzulínu alebo exogénnym podávaním glukagónu. Napriek tejto reverznej regulácii sa však proces aktivácie adenylátcyklázy pod vplyvom glukagónu nemení. Tento stav sa dosahuje tým, že zvyšné receptory získajú zvýšenú schopnosť komplexovať sa s hormónom.
Hlavný glykogenolytický účinok glukagónu je v pečeni, kde sa viaže na hepatocytové receptory a aktivuje adenylát cyklázu, ktorá premieňa ATP na cAMP. Ďalej sa aktivuje cAMP-dependentná proteínkináza, ktorá stimuluje kinázovú fosforylázu. Ten konvertuje inaktívnu fosforylázu na svoju aktívnu formu (fosforylázu A), pod vplyvom ktorej sa urýchľuje glykogenolýza. Okrem toho, proteínkináza inaktivuje glykogénsyntázu, výsledkom čoho je spomalenie syntézy glykogénu.
Deštrukcia glukagónu sa vyskytuje v pečeni a obličkách. Enzýmový systém, ktorý ničí glukagón, sa podľa jedného údaju líši od glutatión-inzulín-transhydrogenázy; v iných sa protéza špecifická pre inzulín podieľa na deštrukcii inzulínu aj glukagónu. Približne 0,5 mg / deň glukagónu vylučovaného bunkami sa vylučuje žlčou.
Dlho sa predpokladalo, že okrem ostrovčekov pankreasu je glukagón tvorený endokrinnými bunkami gastrointestinálneho traktu a bol identifikovaný ako imunoreaktivita podobná glukagónu, ktorá má rôznu molekulovú hmotnosť a vlastnosti. Imunoreaktivita podobná glukagónu má niektoré lipolytické a glykogenolytické vlastnosti, stimuluje uvoľňovanie inzulínu, viaže receptory inzulínu. Peptid identifikovaný z tohto extraktu sa nazýval proglukagón alebo glygentín. Len v posledných rokoch bolo jasne dokázané, že proglukagón v pankreatických a-bunkách a proglukagóne v črevných endokrinných L-bunkách pochádza z jediného génu a identická mRNA sa prekladá v oboch tkanivách. Avšak posttranslačné spracovanie v týchto tkanivách je odlišné, čo vedie k glukagónu v bunkách a glukagónu podobnému peptidu-1 (GLP-1) v endokrinných bunkách čreva, ktorý má úplne opačné vlastnosti. Je to anabolický hormón a stimuluje vylučovanie inzulínu, čo podporuje absorpciu glukózy po jedle. Glukagón, ako je uvedené vyššie, je katabolický hormón a je dôležitý počas obdobia hladovania, pričom sa vykonáva rozklad glykogénu v pečeni, uvoľňovanie glukózy do krvného obehu a udržiavanie jeho hladiny v normálnom rozsahu. Peptid-1 podobný glukagónu je teda inkretín a v spojení s gastrickým inhibičným peptidom (GIP) stimuluje sekréciu inzulínu po jedle. Peptid-1 podobný glukagónu, keď sa podáva pacientom s diabetes mellitus 2. typu, obnovuje ich prvé a následné vrcholy sekrécie inzulínu, čo vedie k normalizácii metabolizmu sacharidov.
Ako bolo uvedené, glukagón má glykogenolytické a glukoneogénne vlastnosti. V tomto ohľade je jeho hlavnou úlohou v tele regulovať tvorbu a uvoľňovanie glukózy z pečene, aby sa udržala glukóza a krvná homeostáza, aby sa adekvátne zásobovali tkanivá centrálneho nervového systému, ktoré ho používajú ako energetický materiál rýchlosťou 4 g / h. A-bunky, rovnako ako b-bunky, sú citlivé na minimálne zmeny v hladine glukózy v krvi a v extracelulárnom priestore, v závislosti na tom, ako rýchlo sa mení rýchlosť vylučovania inzulínu alebo glukagónu. Tieto vzťahy sú uvedené v diagrame 30.
Schéma 30. Účasť inzulínu a glukagónu na homeostáze glukózy.
Hladina glukózy v krvi je teda podporovaná hlavne vylučovaním inzulínu a glukagónu. Počas obdobia hladovania alebo obmedzenia príjmu sacharidov, po 40-48 hodinách, sa obsah glukagónu v krvi zvyšuje o 50-100% v porovnaní s jeho koncentráciou nalačno. Tieto zmeny v sekrécii glukagónu sú sprevádzané poklesom koncentrácie inzulínu v krvi, a preto sa pomer hladín inzulínu a glukagónu znižuje na 0,4 (za normálnych podmienok 3,0). Zvýšenie tvorby glukagónu vedie k zvýšeniu glykogenolýzy a glukoneogenézy a poklesu zásob glykogénu. Znížená sekrécia inzulínu stimuluje lipolýzu a zvýšená sekrécia glukagónu je potrebná na premenu voľných mastných buniek na telá ketónov. V normálnom stave, s adekvátnou funkciou a- a b-buniek, sa hypoglykémia nevyvíja ani pri dlhšom pôste.
Hyperglykémia znižuje vylučovanie glukagónu, ale mechanizmus tohto účinku ešte nebol stanovený. Existujú návrhy, že a-bunky obsahujú špecifické gluoreceptory, ktoré sú citlivé na zmeny hladín glukózy v krvi, a keď sa zvyšujú, znižujú tvorbu a vylučovanie glukagónu. Je možné, že tento pokles sekrécie glukagónu so zvýšením hladiny glukózy je sprostredkovaný zvýšenou produkciou a uvoľňovaním inzulínu v reakcii na zvýšenú hladinu glukózy v krvi.
Prijatie alebo infúzia aminokyselín tiež stimuluje uvoľňovanie glukagónu, zatiaľ čo zvýšenie koncentrácie voľných mastných kyselín v krvi znižuje hladinu glukagónu v plazme.
Gastrointestinálne hormóny majú veľký vplyv na vylučovanie glukagónu. Takže gastrín, neurotenzín a substancia P, bombenzín, pankreoimin-cholecystokinín, žalúdočný inhibičný polypeptid, vazoaktívny intestinálny polypeptid zvyšujú produkciu glukagónu a sekretín inhibuje jeho uvoľňovanie.
Počas stresu a dlhodobého cvičenia sa zvyšuje sekrécia glukagónu a znižuje sa uvoľňovanie inzulínu.
Zavedenie L-DOPA zvyšuje hladinu glukózy, inzulínu a glukagónu u zdravých jedincov, pravdepodobne stimuláciou dopaminergných receptorov v hypotalame alebo a- a b-bunkách pankreatických ostrovčekov, zatiaľ čo serotonín inhibuje sekrečnú aktivitu buniek.
Somatostatín. Prvýkrát bol somatostatín izolovaný z gopothalamus oviec R. Guillemin et al. Tento hormón hypofýzy inhibuje spontánne uvoľňovanie rastového hormónu zo somatotropov prednej hypofýzy. Vyššie bola prezentovaná charakteristika hypotalamického hormónu somatostatín a opísaný mechanizmus jeho účinku. Somatostatín sa okrem hypotalamu vyrába aj v d-bunkách Langerhansových ostrovčekov. Tieto bunky sú medzi bunkami nachádzajúcimi sa na okraji ostrova a b-bunkami, ktoré sú koncentrované v centrálnej časti ostrova. D-bunky vykonávajú jedinečnú (takzvanú parakrinnú) funkciu: vykonávajú lokálnu akciu prenesením (transportu) hormónov priamo z bunky do bunky. Štúdie elektrónového mikroskopu odhalili tieto spojovacie mostíky medzi bunkami, ktoré umožňujú, aby sa hormóny s molekulovou hustotou menšou ako 800 D pohybovali z jednej bunky do druhej, možno bez uvoľnenia hormónu do extracelulárneho priestoru.
Somastotín inhibuje vylučovanie inzulínu a glukagónu u ľudí a zvierat. Uvoľňovanie somatostatínu je stimulované zavedením leucínu, arginínu, glukózy, pancreoimin-cholecystokinínu, gastrínu, polypeptidu inhibujúceho žalúdok, sekretínu a cAMP. Norepinefrin a diazoxid inhibujú uvoľňovanie somatostatínu. Ako bolo uvedené vyššie, somatostatín, pôsobiaci na gastrointestinálny trakt, inhibuje uvoľňovanie gastrínu a gastrínom stimulovanú sekréciu kyseliny chlorovodíkovej, uvoľňovanie pankreozymin-cholecystokinínu, kontrakciu žlčníka, intestinálnu absorpciu a rýchlosť prúdenia krvi v cievach gastrointestinálneho traktu.
Stimulácia somatostatínu gastrointestinálnymi hormónmi a naopak, inhibícia somatostatínu ich „spätnoväzbovým“ typom umožňuje reguláciu rýchlosti absorpcie živín z gastrointestinálneho traktu s prihliadnutím na ich kvalitatívne zloženie.
Príjem potravy v gastrointestinálnom trakte spôsobuje vylučovanie gastrointestinálnych hormónov (najmä somatostatínu), ktoré ovplyvňujú aktivitu a- a b-buniek zariadenia ostrovčekov pankreasu, ktorých funkčná aktivita je zameraná na udržanie hladiny glukózy v krvi v normálnom rozsahu.
Zmena v sekrécii somatostatínu je zaznamenaná v niektorých patológiách. U myší s obezitou a hyperglykémiou sa teda zistí ako zníženie obsahu somatostatínu, tak zníženie počtu b-buniek v Langerhansových ostrovčekoch a naopak u pacientov trpiacich na inzulín závislý diabetes mellitus a u potkanov s deštrukciou b-buniek streptozotocínom d-buniek. zvýšený objem, čo naznačuje ich zvýšenú funkčnú aktivitu.
Popísané nádory ostrovného aparátu pankreasu, pozostávajúce z d-buniek (somatostatinóm). Hladiny inzulínu a glukagónu v sére pacientov s takýmito nádormi sú výrazne znížené: je zistený mierny diabetes mellitus bez významnej hyperglykémie a ketózy.
Pankreatický polypeptid. Vylučované v PP-bunkách Langerhansových ostrovčekov, nachádzajúcich sa hlavne na okraji ostrova, je polypeptid pozostávajúci z 36 aminokyselinových zvyškov a mólov mol. 4200 D. Hyperplázia buniek vylučujúcich pankreatický polypeptid bola detegovaná v pankrease osôb trpiacich inzulínom závislým diabetes mellitus. Menej často sa taká hyperplázia nachádza v pankrease u diabetes mellitus nezávislého od inzulínu.
Pankreatický polypeptid stimuluje vylučovanie žalúdočnej šťavy, ale inhibuje jej sekréciu, stimulovanú pentagastrínom, antagonizuje cholecystokinín a inhibuje sekréciu pankreasu, stimulovanú cholecystokinínom. Obsah pankreatického polypeptidu v sére zdravých jedincov na prázdny žalúdok je približne 80 pg / ml. V reakcii na príjem zmiešaných potravín je zaznamenaná charakteristická dvojfázová krivka vylučovania pankreatického polypeptidu a jeho hladina v krvnom sére sa zvyšuje o 8-10-násobok v porovnaní s pôvodným. Prijatie glukózy, tuku je tiež sprevádzané zvýšením koncentrácie pankreatického polypeptidu v krvi, zatiaľ čo intravenózne podávanie týchto látok nemení vylučovanie hormónu. Zavedenie atropínu alebo vagotómie blokuje vylučovanie pankreatického polypeptidu v reakcii na príjem potravy a naopak, stimulácia nervu vagus, ako aj zavedenie gastrínu, sekretínu alebo cholecystokinínu sú sprevádzané zvýšením hladín tohto hormónu v sére. Tieto údaje naznačujú, že gastrointestinálne hormóny sú spolu s parasympatickým nervovým systémom zahrnuté do regulácie sekrécie pankreatického polypeptidu. Metabolické a funkčné aspekty účinku pankreatického polypeptidu ešte nie sú celkom jasné. Zvýšenie jeho sekrécie je pozorované u hormonálne aktívnych nádorov pankreasu (inzulín, glukagón) s Werner-Morrisonovým syndrómom a gastrinómom.