Научная библиотека - рефераты - гормональная регуляция обмена углеводов при мышечной деятельности. Гормон поджелудочной железы регулирующий обмен углеводов Гормоны поджелудочной железы

Поджелудочная железа является одним из основных органов пищеварительной системы организма. Состоит она из эндокринной и экзокринной частей, которые образуются из энтодермы первичной кишки, участвуя как во внешней, так и во внутренней секреции.

Сбой в работе поджелудочной железы приводит к таким заболеваниям, как острый или хронический панкреатит, жировой некроз, атрофия, опухоли различной этиологии, склероз.

Основные функции экзокринной и эндокринной части поджелудочной железы

Любая железа, в том числе и поджелудочная, производит гормоны, которые представляют собой биологически активные соединения, имеющие строго избирательное и специфическое направление, воздействующее на повышение, либо понижение уровня функционирования организма.

Регулирование ведения гормона в кровь происходит по принципу отрицательной обратной реакции, т.е. увеличенный уровень гормонов в крови приводит к приостановке их воспроизводства.

Почти 98% всего тела железы приходится на экзокринную часть, в которой выделяется панкреатический сок, содержащий ферменты, участвующие в растворении жиров, углеводов и белков. Попадая в двенадцатиперстную кишку, такой пищеварительный сок, помогает полноценной работе пищеварения.

В эндокринной части железы образуются гормоны, которые, помимо регулирования метаболического процесса, активно участвуют в обмене углеводов.

Эти гормоны обладают многими общими характеристиками, так как, по своей природе они оба белки, оба развиваются в поджелудочной железе, оба воздействуют на обменный процесс глюкозы, белков и жиров.

Гормоны поджелудочной железы

Исполняя разнородные задачи, поджелудочная железа производит два гормона – гормон инсулин и гормон глюкагон, которые, обладая общими признаками, противоположны по своей направленности на обмен углеводов.

Инсулин, синтезирующийся бета — клетками, уменьшает насыщенность уровня глюкозы в крови, чем содействует преобразованию глюкозы в гликоген для тканей печени и мышц. Замедляя разложение белков, преобразовывая их в глюкозу, инсулин. Таким образом, контролирует жировой обмен методом преобразования жирных кислот из продуктов обмена углеводов.

Глюкагон, синтезирующийся альфа — клетками, будучи антагонистом инсулина по регулированию обмена углеводов, наоборот обладает эффектом повышения количества глюкозы в крови, чем усиливает продукцию инсулина.

Процесс распада жировых и белковых соединений, при котором происходит образование глюкозы в клетках крови, называется гликонеогенезом.

Деятельность инсулина направлена на торможение гликонеогенеза, способствуя при этом повышению количества жиров и белков в организме.

Для чего важен обмен углеводов

В организм углеводы попадают, как правило, с растительной пищей, в значительно меньшем количестве с пищей животного происхождения.

Помимо этого, углеводы образуются в организме в результате распада жиров и аминокислот. Несмотря на их важность для организма, их количество составляет около 2 %, что намного меньше, чем количество белков, жиров.

В случае, если поступающей с пищей энергии больше, чем требуется для энергетического расхода организму, частично эта энергия откладывается в жировой запас ткани, из-за чего человек и толстеет. И наоборот, если энергии поступает меньше, чем необходимо, организм берет недополученную энергию из запасов, затрачивая на это углеводы, а когда их объем достигает возможного минимума, начинается внеплановое расщепление жиров, т.е. чем меньше человек принимает пищи, тем меньше он затрачивает энергии, и худеет.

Обмен углеводов – это процесс, при котором различные виды сахаридов и производные от них образуются в энергию, обеспечивая организм человека, и регулируют его жизнедеятельность.

Основная часть такой энергии, требуемая для интеллектуальной и физической деятельности, образуется именно из поступающих сахаров. Кроме того, без углеводов невозможно и построение клеточных структур, питания клеток и поддержания их тонуса.

Нарушения в работе обмена углеводов, из-за избытка или недостатка сахара в крови, приводят к проблемам со здоровьем.

При нарушении обмена углеводов возникают такие заболевания, как:

1. сахарный диабет, т.е. недостаток инсулина. При этом органы и системы организма недополучают для своей деятельности необходимую энергию, и, следовательно, не могут полноценно выполнять свои функции. Для данного заболевания характерно резкое похудение, постоянная усталость, голод, постоянное чувство жажды, частые походы в туалет. Кроме того, у человека резко ухудшается зрение, происходит медленное заживление ран, постоянно чувствуется онемение конечностей.
2. гипогликемия, т.е. резкое понижение уровня глюкозы в крови. Для данного случая характерно наличие постоянного головокружения, ухудшение зрения, возникает повышенное чувство голода, повышается потливость, появляется бледность кожных покровов, происходит нарушение нервной системы, что в свою очередь проявляется спутанностью сознания, повышенной нервозностью, частой мигренью и ознобом, рассеянными вниманием, нарушением концентрации. При значительном понижении уровня глюкозы в крови возможно даже наступление комы.
3. гипергликемия, т.е. резкое повышение уровня глюкозы в крови.

Инсулин, как гормон, регулирующий углеводный обмен

Гормон поджелудочной железы инсулин, вырабатывается в организме человека, максимально до 25 лет, и после его поступления в организм возникает гипергликемия.

Более всего от инсулина зависит обеспечение глюкозой мышечной и жировой тканей, поэтому они считаются инсулинозависимыми. На эти ткани возложены важнейшие функции в организме, как обеспечение кровообращения двигательной системы, органов дыхания и ряд других, а достигается это, благодаря запасу энергии, полученной из пищи. Именно по этой причине важно полноценное и правильное регулирование углеводного обмена.

Сложно недооценить значение инсулина для углеводного обмена. Этот гормон играет одну из главных ролей и участвует более чем двадцати реакциях организма, поскольку без углеводного обмена глюкоза, являясь главным источником энергии организма, не сможет проникнуть в клетку, в результате чего, у клетки возникает энергетический голод. При этом излишек глюкозы, скапливаясь в крови, отрицательно воздействует на все органы и ткани организма.

Отсутствие достаточного поступления инсулина, приводит к понижению возможности клеток усваивать углеводы, из-за чего возникает сахарный диабет.

У страдающих сахарным диабетом, из-за сбоя в организме, нарушаются уже все виды обмена. Поэтому их основной задачей является поддержание необходимого уровня сахара крови.

Естественным осложнением диабета, является поражение как мелких, так и крупных сосудов, что в свою очередь служит предпосылкой развития атеросклероза и других сосудистых заболеваний, тем самым диабет увеличивает больных с сердечно-сосудистыми болезнями.

На сегодняшний день учеными полностью изучена структура гормона инсулина, что помогло синтезировать его искусственным способом, благодаря чему он стал эффективным средством для лечения диабета, и позволяет больным вести относительно комфортный образ жизни.

Гормон инсулин стал первым белковым гормоном, который был синтезирован искусственным способом.

10852 0

Основные энергетические ресурсы живого организма — углеводы и жиры обладают высоким запасом потенциальной энергии, легко извлекаемой из них в клетках с помощью ферментных катаболических превращений. Энергия, высвобождаемая в процессе биологического окисления продуктов углеводного и жирового обменов, а также гликолиза, превращается в значительной степени в химическую энергию фосфатных связей синтезируемого АТФ.

Аккумулированная же в АТФ химическая энергия макроэргических связей, в свою очередь, расходуется на разного вида клеточную работу — создание и поддержание электрохимических градиентов, сокращение мышц, секреторные и некоторые транспортные процессы, биосинтез белка, жирных кислот и т.д. Помимо «топливной» функции углеводы и жиры наряду с белками выполняют роль важных поставщиков строительных, пластических материалов, входящих в основные структуры клетки, — нуклеиновых кислот, простых белков, гликопротеинов, ряда липидов и т.д.

Синтезируемая благодаря распаду углеводов и жиров АТФ не только обеспечивает клетки необходимой для работы энергией, но и является источником образования цАМФ, а также участвует в регуляции активности многих ферментов, состояния структурных белков, обеспечивая их фосфорилирование.

Углеводными и липидными субстратами, непосредственно утилизируемыми клетками, являются моносахариды (прежде всего глюкоза) и неэстерифицированные жирные кислоты (НЭЖК), а также в некоторых тканях кетоновые тела. Их источниками служат пищевые продукты, всасываемые из кишечника, депонированные в органах в форме гликогена углеводов и в форме нейтральных жиров липиды, а также неуглеводные предшественники, в основном аминокислоты и глицерин, образующие углеводы (глюконеогенез).

К депонирующим органам у позвоночных относятся печень и жировая (адипозная) ткань, к органам глюконеогенеза — печень и почки. У насекомых депонирующим органом является жировое тело. Кроме этого, источниками глюкозы и НЭЖК могут быть и некоторые запасные или другие продукты, хранящиеся или образующиеся в работающей клетке. Разные пути и стадии углеводного и жирового обменов взаимосвязаны многочисленными взаимовлияниями. Направление и интенсивность течения этих обменных процессов находятся в зависимости от ряда внешних и внутренних факторов. К ним относятся, в частности, количество и качество потребляемой пищи и ритмы ее поступления в организм, уровень мышечной и нервной деятельности и т.д.

Животный организм адаптируется к характеру пищевого режима, к нервной или мышечной нагрузке с помощью сложного комплекса координирующих механизмов. Так, контроль течения различных реакций углеводного и липидного обменов осуществляется на уровне клетки концентрациями соответствующих субстратов и ферментов, а также степенью накопления продуктов той или иной реакции. Эти контролирующие механизмы относятся к механизмам саморегуляции и реализуются как в одноклеточных, так и в многоклеточных организмах.

У последних регуляция утилизации углеводов и жиров может происходить на уровне межклеточных взаимодействий. В частности, оба вида обмена реципрокно взаимоконтролируются: НЭЖК в мышцах тормозят распад глюкозы, продукты же распада глюкозы в жировой ткани тормозят образование НЭЖК. У наиболее высокоорганизованных животных появляется особый межклеточный механизм регуляции межуточного обмена, определяемый возникновением в процессе эволюции эндокринной системы, имеющей первостепенное значение в контроле метаболических процессов целого организма.

Среди гормонов, участвующих в регуляции жирового и углеводного обменов у позвоночных, центральное место занимают следующие: гормоны желудочно-кишечного тракта, контролирующие переваривание пищи и всасывание продуктов пищеварения в кровь; инсулин и глюкагон — специфические регуляторы межуточного обмена углеводов и липидов; СТГ и функционально связанные с ним «соматомедины» и СИФ, глкжокортикоиды, АКТГ и адреналин — факторы неспецифической адаптации. Следует отметить, что многие названные гормоны принимают также непосредственное участие и в регуляции белкового обмена (см. гл. 9). Скорость секреции упомянутых гормонов и реализация их эффектов на ткани взаимосвязаны.

Мы не можем специально останавливаться на функционировании гормональных факторов желудочно-кишечного тракта, секретируемых в нервно-гуморальную фазу сокоотделения. Их главные эффекты хорошо известны из курса общей физилогии человека и животных и, кроме того, о них уже достаточно полно упоминалось в гл. 3. Более подробно остановимся на эндокринной регуляции межуточного метаболизма углеводов и жиров.

Гормоны и регуляция межуточного углеводного обмена. Интегральным показателем баланса обмена углеводов в организме позвоночных является концентрация глюкозы в крови. Этот показатель стабилен и составляет у млекопитающих примерно 100 мг% (5 ммоль/л). Его отклонения в норме обычно не превышают ±30%. Уровень глюкозы в крови зависит, с одной стороны, от притока моносахарида в кровь преимущественно из кишечника, печени и почек и, с другой — от его оттока в работающие и депонирующие ткани (рис. 95).

Рис. 95. Пути поддержания динамического баланса глюкозы в крови
Мембраны мышечных и адилозных клеток имеют «барьер» для транспорта глюкозы; Гл-6-ф — глюкозо-6-фосфат

Приток глюкозы из печени и почек определяется соотношением активностей гликогенфосфорилазной и гликогенсинтетазной реакции в печени, соотношением интенсивности распада глюкозы и интенсивности глюконеогенеза в печени и отчасти в почке. Поступление глюкозы в кровь прямо коррелирует с уровнями фосфорилазной реакции и процессов глюконеогенеза.

Отток глюкозы из крови в ткани находится в прямой зависимости от скорости ее транспорта в мышечные, адипозные и лимфоидные клетки, мембраны которых создают барьер для проникновения в них глюкозы (напомним, что мембраны клеток печени, мозга и почек легко проницаемы для моносахарида); метаболической утилизации глюкозы, в свою очередь зависимой от проницаемости к ней мембран и от активности ключевых ферментов ее распада; превращения глюкозы в гликоген в печеночных клетках (Левин и др., 1955; Ньюсхолм, Рэндл, 1964; Фоа, 1972).

Все эти процессы, сопряженные с транспортом и метаболизмом глюкозы, непосредственно контролируются комплексом гормональных факторов.

Гормональные регуляторы углеводного обмена по действию на общее направление обмена и уровень гликемии могут быть условно разделены на два типа. Первый тип гормонов стимулирует утилизацию глюкозы тканями и ее депонирование в форме гликогена, но тормозит глюконеогенез, и, следовательно, вызывает снижение концентрации глюкозы в крови.

Гормоном такого типа действия является инсулин. Второй тип гормонов стимулирует распад гликогена и глюконеогенез, а следовательно, вызывает повышение содержания глюкозы в крови. К гормонам этого типа относятся глюкагон (а также секретин и ВИП) и адреналин. Гормоны третьего типа стимулируют глюконеогенез в печени, тормозят утилизацию глюкозы различными клетками и, хотя усиливают образование гликогена гепатоцитами, в результате преобладания первых двух эффектов, как правило, также повышают уровень глюкозы в крови. К гормонам данного типа можно отнести глюкокортикоиды и СТГ — «соматомедины». Вместе с тем, обладая однонаправленным действием на процессы глюконеогенеза, синтеза гликогена и гликолиза, глюкокортикоиды и СТГ — «соматомедины» по-разному влияют на проницаемость мембран клеток мышечной и адипозной ткани к глюкозе.

По направленности действия на концентрацию глюкозы в крови инсулин является гипогликемическим гормоном (гормон «покоя и насыщения»), гормоны же второго и третьего типов — гипергликемическими (гормоны «стресса и и голодания») (рис. 96).

Рис 96. Гормональная регуляция углеводного гомеостаза:
сплошными стрелками обозначена стимуляция эффекта, пунктирными — торможение

Инсулин можно назвать гормоном усвоения и депонирования углеводов. Одной из причин усиления утилизации глюкозы в тканях является стимуляция гликолиза. Она осуществляется, возможно, на уровне активации ключевых ферментов гликолиза гексокиназы, особенно одной из четырех известных ее изоформ — гексокиназы II, и глюкокиназы (Вебер, 1966; Ильин, 1966, 1968). По-видимому, определенную роль в стимуляции катаболизма глюкозы инсулином играет и ускорение пентозофосфатного пути на стадии глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции (Лейтес, Лаптева, 1967). Считается, что в стимуляции захвата глюкозы печенью при пищевой гипергликемии под влиянием инсулина важнейшую роль играет гормональная индукция специфического печеночного фермента глюкокиназы, избирательно фосфорилирующего глюкозу при высоких ее концентрациях.

Главная причина стимуляции утилизации глюкозы мышечными и жировыми клетками — прежде всего избирательное повышение проницаемости клеточных мембран к моносахариду (Лунсгаард, 1939; Левин, 1950). Таким путем достигается повышение концентрации субстратов для гексокиназной реакции и пентозофосфатного пути.

Усиление гликолиза под влиянием инсулина в скелетных мышцах и миокарде играет существенную роль в накоплении АТФ и обеспечении работоспособности мышечных клеток. В печени усиление гликолиза, по-видимому, важно не столько для повышения включения пирувата в систему тканевого дыхания, сколько для накопления ацетил-КоА и малонил-КоА как предшественников образования многоатомных жирных кислот, а следовательно, и триглицеридов (Ньюсхолм, Старт, 1973).

Образующийся в процессе гликолиза глицерофосфат также включается в синтез нейтрального жира. Кроме того, и в печени, и особенно в адипозной ткани для повышения уровня липогенеза из глюкозы существенную роль играет стимуляция гормоном глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции, приводящей к образованию НАДФН — восстанавливающего кофактора, необходимого для биосинтеза жирных кислот и глицерофосфата. При этом у млекопитающих только 3-5% всасываемой глюкозы превращается в печеночной гликоген, а более 30% накапливается в виде жира, откладываемого в депонирующих органах.

Таким образом, основное направление действия инсулина на гликолиз и пентозофоофатный путь в печени и особенно в жировой клетчатке сводится к обеспечению образования триглицеридов. У млекопитающих и птиц в адипоцитах, а у низших позвоночных в гепатоцитах глюкоза — один из главных источников депонируемых триглицеридов. В данных случаях физиологический смысл гормональной стимуляции утилизации углеводов сводится в значительной мере к стимуляции депонирования липидов. Одновременно с этим инсулин непосредственно влияет на синтез гликогена — депонируемой формы углеводов — не только в печени, но и в мышцах, почке, и, возможно, жировой ткани.

Гормон оказывает стимулирующий эффект на гликогенообразование, повышая активность гликогенсинтетазы (переход неактивной D-формы в активную I-форму) и ингибируя гликогенфосфорилазу (переход малоактивной 6-формы в л-форму) и тем самым тормозя гликогенолиз в клетках (рис. 97). Оба эффекта инсулина на эти ферменты в печени опосредуются, по-видимому, активацией мембранной протеиназы, накоплением гликопептидов, активацией фосфодиэстеразы цАМФ.

Рис 97. Основные этапы гликолиза, глюконеогенеза и синтеза гликогена (по Ильину, 1965 с изменениями)

Еще одним важным направлением действия инсулина на углеводной обмен является торможение процессов глюконеогенеза в печени (Кребс, 1964; Ильин, 1965; Икстон и др., 1971). Торможение глюконеогенеза гормоном осуществляется на уровне снижения синтеза ключевых ферментов фосфоенолпируваткарбоксикиназы и фруктозо- 16-дифосфатазы. Эти эффекты опосредуются также повышением скорости образования гликопептидов — медиаторов гормона (рис. 98).

Глюкоза при любых физиологических состояниях — главный источник питания нервных клеток. При увеличении секреции инсулина происходит некоторое повышение потребления глюкозы нервной тканью, по-видимому, благодаря стимуляции в ней гликолиза. Однако при высоких концентрациях гормона в крови, вызывающих гипогликемию, возникает углеводное голодание мозга и торможение его функций.

После введения очень больших доз инсулина глубокое торможение мозговых центров может приводить сначала к развитию судорог, затем к потере сознания и падению кровяного давления. Такое состояние, возникающее при концентрации глюкозы в крови ниже 45-50 мг%, называют инсулиновым (гипогликемическим) шоком. Судорожную и шоковую реакцию на инсулин используют для биологической стандартизации препаратов инсулина (Смит, 1950; Стюарт, 1960).

24691 0

Если интегральным показателем уровня углеводного обмена в животном организме является концентрация глюкозы в крови, то аналогичным показателем интенсивности жирового обмена служит концентрация НЭЖК. В состоянии покоя она составляет в среднем 500-600 мкмоль/100 мл плазмы. Этот параметр зависит от соотношения скоростей липолиза и липосинтеза в жировой ткани и печени, с одной стороны, и потребления свободных жирных кислот в качестве источника энергии в мышцах и других тканях — с другой.

Углеводы утилизируются и мобилизуются в организме легче и равномернее, чем триглицериды. Поэтому уровень глюкозы в крови более стабилен, чем концентрация НЭЖК. Если концентрация глюкозы в крови колеблется ± 30%, то концентрация свободных жирных кислот в некоторых ситуациях (голодание, интенсивная мышечная нагрузка, сильный стресс) может возрастать до 500% (Ньюсхолм, Старт, 1973).

Столь значительное повышение уровня НЭЖК в крови объясняется тем, что скорости реакций липолиза резко превышают скорости реакций утилизации НЭЖК. И хотя НЭЖК утилизируются в некоторых тканях медленнее, чем глюкоза или другие моносахариды, они вполне доступны для окисления в фукционирующих тканях и являются поэтому в ряде физиологических ситуаций важнейшими и даже первостепенными энергетическими источниками для многих типов клеток, в частности скелетных мышц, при нехватке глюкозы.

В миокарде же НЭЖК — главные топливные продукты при любых условиях. В отличие от моносахаридов скорость потребления жирных кислот во всех тканях зависит от их концентрации в крови и не зависит от проницаемости к ним клеточных мембран (Итон, Стейнберг, 1961).

Регуляторами липолиза и липосинтеза служат в основном те же гормоны, которые принимают участие и в регуляции углеводного обмена. При этом гормоны, стимулирующие гипергликемию, являются и гиперлипацидемическими, в то время как инсулин, обладающий гипогликемическим действием, предотвращает развитие гиперлипацидемии. Кроме того, в регуляции жирового обмена у позвоночных некоторое участие принимают АКТГ, липотропин и МСГ, оказывающие гиперлипацидемическое действие (рис. 99).

Рис. 99. Мультигормональная регуляция липолиза и липосинтеза:

Инсулин — единственный гормональный стимулятор липогенеза и ингибитор липолиза. Стимуляция липосинтеза гормоном в жировой ткани, а также в печени происходит за счет усиления поглощения и утилизации глюкозы (см. выше). Торможение же липолиза происходит, пo-видимому, в результате активации инсулином фосфодиэстеразы цАМФ, снижения концентрации циклического нуклеотида, снижения скорости фосфорилирования малоактивной липазы и уменьшения концентрации активной формы фермента — липазы а (Корбин и др., 1970). Помимо этого, ингибирование липолиза в жировой ткани под действием инсулина осуществляется вследствие торможения гидролиза триглицеридов продуктами усиленного гормоном гликолиза.

Глюкагон, адреналин, СТГ (у плодов также ХСМ), глюкокортикоиды, АКТГ и родственные ему гормоны — стимуляторы липолиза в жировой ткани и печени. Глюкагон и адреналин реализуют свои гиперлипацидемические эффекты посредством активации аденилатциклазы и усиления образования цАМФ, который повышает с помощью цАМФ-зависимой ПК, превращение липазы в активированную липазу а (Роюизон и др., 1971). Видимо, аналогичным образом действуют на липолиз АКТГ, липотропин и МСГ, СТГ (или его липолитический фрагмент) и глюкокортикоиды, и также ХСМ усиливают липолиз, вероятно, стимулируя синтез белков-ферментов на уровне транскритщии и трансляции (Фэйн, Синерстейн, 1970).

Латентный период повышения уровня НЭЖК в крови под влиянием глюкагона и адреналина составляет 10-20 мин, под влиянием же СТГ и кортикостероидов — 1ч или более. Следует напомнить, что АКТГ оказывает сложный эффект на липидный обмен. Он действует на жировую ткань непосредственно и через стимуляцию продукции глюкокортикоидов корой надпочечников, являясь, кроме того, прогормоном а-МСГ и срактора, стимулирующего секрецию инсулина (Белофф-Чэйн и др., 1976). Липолитическим эфсректом обладают также Тз и Т4.

Гормональная стимуляция липолиза в адипозной ткани и печени в условиях голодания или стресса и последующая гиперлипацидемия приводят не только к повышению оксиления НЭЖК, но и к торможению утилизации углеводов в мышцах и, возможно, других тканях. Тем самым глюкоза «сохраняется» для мозга, который предпочтительно утилизирует углеводы, а не жирные кислоты. Кроме того, значительная стимуляция липолиза в жировой ткани гормонами повышает образование кетоновых тел из жирных кислот в печени. Последние же и прежде всего ацетоуксусная и оксимасляная кислоты могут служить субстратами дыхания в мозге (Хокинс и др., 1971).

Другим интегральным показателем липидного обмена являются липопротеиды (ЛП) различной плотности, транспортирующие холестерин и другие липиды от печени к другим тканям и наоборот (Браун, Голдстейн, 1977-1985). ЛП низкой плотности — атерогенные (вызывающие атеросклероз), ЛП высокой плотности — антиатерогенные. Биосинтез холестерина в печени и метаболизм различных ЛП регулируются Тз, глюкокортикоидами и половыми гормонами. При этом Т3 и эстрогены предотвращают развитие атеросклероза сосудов.

Адаптивная роль гормонов, регулирующих межуточный метаболизм, и краткие сведения о его эндокринной патологии.

Уровень секреции комплекса гормонов, регулирующих углеводный и жировой метаболизм, находится в зависимости от потребностей организма в энергетических ресурсах. При голодании, мышечной и нервной нагрузке, а также других формах стресса, когда возрастает потребность в использовании углеводов и жиров, в здоровом организме происходит повышение скорости секреции тех гормонов, которые повышают мобилизацию и перераспределение запасных форм питательных веществ и обусловливают гипергликемию и гиперлипацидемию (рис. 100).

Одновременно при этом тормозится секреция инсулина (Хуссэй, 1963; Фоа, 1964, 1972). И, наоборот, прием пиши стимулирует преимущественно секрецию инсулина, который способствует синтезу гликогена в печени и мышцах, триглицеридов в адипозной ткани и печени, а также белка в разных тканях.

Рис 100. Участие гормонов в регуляция и саморегуляции межуточного углеводного и липидного обмена:
сплошными стрелками обозначена стимуляция, прерывистыми — торможение

Сигналами, стимулирующими секрецию инсулина, являются увеличение концентраций всасываемых в кровь глюкозы, жирных кислот и аминокислот, а также усиление секреции гормонов желудочно-кишечного тракта — секретина и панкреозимина. При этом секреция гормонов «мобилизации» тормозится. Однако СТГ, присутствуя даже в небольших концентрациях в крови на стадиях приема пищи, способствует поступлению глюкозы и аминокислот в мышечную и жировую ткани, а адреналин — в мышечную ткань. В то же время невысокие концентрации инсулина при голодании и стрессе, стимулируя вхождение глюкозы в мышцы, облегчают тем самым эффекты гипергликемических гормонов на мышечную ткань.

Одним из главных сигналов, модулирующих секрецию инсулина, глюкагона, адреналина и других гормонов, участвующих в адаптивной саморегуляции межуточного обмена углеводов, является, как уже отмечалось, уровень глюкозы в крови.

Повышение концентрации глюкозы в крови стимулирует по механизму обратной связи секрецию инсулина и тормозит секрецию глюкагона и других гипергликемических гормонов (Фоа, 1964, 1972; Рэндл, Хэйлс, 1972). Показано, что эффекты глюкозы на секреторную активность а- и /5 -леток поджелудочной железы, а также хромаффинных клеток являются в значительной степени результатом прямого взаимодействия гексозы со специфическими рецепторами мембран железистых клеток.

Вместе с тем эффекты глюкозы на секрецию других гормонов реализуются на уровне гипоталамуса или/и вышележащих отделов головного мозга. Аналогично глюкозе на поджелудочную железу и мозговой слой надпочечников, но не на головной мозг, по-видимому, могут действовать и жирные кислоты, обеспечивая саморегуляцию жирового обмена. Наряду с факторами саморегуляции секреции вышеуказанных гормонов на последнюю могут оказывать влияние многие внутренние н внешние стрессорные агенты.

С глубокими нарушениями углеводного и жирового обмена у человека связана тяжелейшая эндокринная болезнь — сахарный диабет. Одним из закономерных осложнений диабета является поражение мелких и крупных сосудов, что создает предпосылки у больных к развитию атеросклероза и других сосудистых нарушений. Таким образом, диабет способствует пополнению числа лиц, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Предполагали, что развитие сахарного диабета первично сопряжено с абсолютной инсулиновой недостаточностью. В настоящее время считают, что в основе патогенеза диабета лежит сочетанное нарушение регулирующего действия инсулина и, возможно, ряда других гормонов на ткани, в результате чего в организме возникает абсолютная или относительная недостаточность инсулина, сочетающаяся с абсолютным или относительным избытком глюкагона или других «диабетогенных» гормонов (Унтер, 1975).

Дисбаланс действия гормонов приводит соответственно к развитию устойчивой гипергликемии (концентрация сахара в крови выше 130 мг%), глюкозурии и полиурии. Последние два симптома и дали название заболеванию — сахарное мочеизнурение, или сахарный диабет. В условиях углеводной нагрузки (тест толерантности к глюкозе) гликемическая кривая у больных изменена: после приема 50 г глюкозы внутрь гипергликемия у больных по сравнению с нормой растянута во времени и достигает больших величин.

Наряду с нарушением утилизации и депонирования углеводов при диабете возникают соответствующие расстройства жирового обмена: усиление липолиза, торможение липогенеза, увеличение содержания НЭЖК в крови, повышение окисления их в печени, накопление кетоновых тел. Повышенное образование кетоновых тел (кетоз) приводит к снижению рН крови — ацидозу, который играет существенную роль в развитии заболевания (Ренолд и др., 1961).

Кетоацидозу принадлежит, вероятно, видное место в развитии поражений сосудов (микро- и макроангиопатий). Кроме того, кетоацидоз лежит в основе одного из наиболее тяжелых осложнений диабета — диабетической комы. При очень высоком содержании сахара в крови (800-1200 мг%) может развиться другого рода коматозное состояние. Оно возникает вследствие значительной потери с мочой воды и повышения осмотического давления крови при сохранении нормального ее рН (гиперосмолярная кома).

В результате длительных н разнообразных нарушений углеводного, жирового и белкового обменов, сопровождающихся нарушениями водно-солевого баланса, у больных развиваются разнообразные микро- и макроангиопатий, вызывающие заболевания сетчатки (ретинопатия) , почек (нефропатия), нервной системы (нейропатия), трофические язвы на коже, общий атеросклероз, психические расстройства.

Установлено, что сахарный диабет — полипатогенетическое заболевание. Оно исходно может быть обусловлено: первичной недостаточностью секреции инсулина и гиперсекрецией диабетогенных гормонов (инсулинчувствительные, или ювенильные, формы диабета); резко сниженной чувствительностью тканей-мишеней к инсулину (инсулинрезистентные формы, или «диабет пожилых, тучных»). В патогенезе первой формы болезни, составляющей 15-20% больных диабетом, определенную роль могут играть наследственный фактор и образование аутоантител к белкам островкового аппарата. В развитии второй формы заболевания (более 80% лиц, страдающих диабетом) существенное значение имеет избыточной прием углеводной пищи, ожирение, неподвижный образ жизни.

Для компенсации сахарного диабета применяют в качестве заместительной терапии различные препараты инсулина; малоуглеводную (иногда маложировую) диету и сахароснижающие синтетические препараты — сульфанилмочевинные и бигуанидные. Соответственно инсулин эффективен лишь при инсулинчувствительных формах заболевания. Кроме того, ведутся попытки создания «искусственной поджелудочной железы» — компактного электронно-механического аппарата, заряженного инсулином и глюкагоном, который при соединении с кровеносным руслом может вводить гормоны в зависимости от концентрации глюкозы к крови.

Симптомы сахарного диабета могут возникать и при ряде других заболеваний, первично не связанных с эндокринными функциями поджелудочной железы или действием инсулина и глюкагона (разные формы гиперкортицизма, акромегалия).

В.Б. Розен

Дайте определение понятию стресс, перечислите фазы стресса.

Объясните, почему стресс называется «общим адаптационным синдромом»

Назовите стресс-реализующие гормональные системы.

Перечислите важнейшие гормоны, участвующие в развитии общего адаптационного синдрома.

Перечислите основные эффекты гормонов, обеспечивающие кратковременную адаптацию, объясните механизм.

Объясните понятие «системный структурный след адаптации», какова его физиологическая роль?.

Эффекты какого гормона обеспечивают долговременную адаптацию, каковы механизмы действия этого гормона?

Перечислите гормоны коры надпочечников.

Укажите, в чем заключается влияние глюкокортикоидов

на белковый обмен

на жировой обмен

на углеводный обмен

Гормоны в регуляции основных параметров гомеостаза Гормональная регуляция обмена веществ

Когда мы говорим о регуляции всех видов обмена, мы немного лукавим. Дело в том, что избыток жиров приведет к нарушению их обмена и образованию, например, атеросклеротических бляшек, а недостаток к нарушению синтеза гормонов лишь через длительное время. Это же касается и нарушений белкового обмена. Лишь уровень глюкозы в крови является тем гомеостатическим параметром, снижение уровня которого приведет к гипогликемической коме через несколько минут. Это произойдет в первую очередь потому, что нейроны не получат глюкозы. Поэтому, говоря об обмене веществ, в первую очередь обратим внимание на гормональную регуляцию уровня глюкозы в крови, а параллельно остановимся на роли этих же гормонов в регуляции жирового и белкового обмена.

Регуляция углеводного обмена

Глюкоза наряду с жирами и белками является источником энергии в организме. Запасы энергии в организме в виде гликогена (углеводы) невелики по сравнению с запасом энергии, представленной в виде жиров. Так, количество гликогена в организме человека весом 70 кг составляет 480 г (400 г – гликоген мышц и 80 г – гликоген печени), что эквивалентно 1920 ккал (320 ккал-гликоген печени и 1600 – гликоген мышц). Количество циркулирующей глюкозы в крови составляет всего 20 г (80 ккал). Содержащаяся в этих двух депо глюкоза является основным и почти единственным источником питания инсулиннезависимых тканей. Так, головной мозг массой 1400 г при интенсивности кровоснабжения 60 мл/100 г в минуту потребляет 80 мг/мин глюкозы, т.е. около 115 г за 24 часа. Печень способна генерировать глюкозу со скоростью 130 мг/мин. Таким образом, более 60% глюкозы, образующейся в печени, идет на обеспечение нормальной активности центральной нервной системы, причем это количество остается неизменным не только при гипергликемии, но даже при диабетической коме. Потребление глюкозы ЦНС уменьшается лишь после того, как ее уровень в крови становится ниже 1,65 ммоль/л (30 мг%). В синтезе одной молекулы гликогена участвуют от 2000 до 20 000 молекул глюкозы. Образование гликогена из глюкозы начинается с процесса фосфорилирования ее с помощью ферментов глюкокиназы (в печени) и гексокиназы (в других тканях) с образованием глюкозо-6-фосфата (Г-6-Ф). Количество глюкозы в крови, оттекающей от печени, зависит в основном от двух взаимосвязанных процессов: гликолиза и глюконеогенеза, которые в свою очередь регулируются ключевыми ферментами фосфофруктокиназой и фруктозо-1, 6-бисфосфатазой соответственно. Активность этих ферментов регулируется гормонами.

Регуляция концентрации глюкозы в крови происходит двумя путями: 1) регуляция по принципу отклонения параметра от нормальных значений. Нормальная концентрация глюкозы в крови составляет 3.6 – 6.9 ммоль/л. Регуляция концентрации глюкозы в крови в зависимости от ее концентрации осуществляется двумя гормонами с противоположными эффектами – инсулином и глюкагоном; 2) регуляция по принципу возмущения – эта регуляция не зависит от концентрации глюкозы в крови, а осуществляется в соответствии с необходимостью увеличения уровня глюкозы в крови в различных, как правило, стрессирующих ситуациях. Гормоны, увеличивающие уровень глюкозы в крови, поэтому называются контринсулярными. К ним относятся: глюкагон, адреналин, норадреналин, кортизол, тиреоидные гормоны, соматотропин, потому, что единственный гормон, снижающий уровень глюкозы в крови – инсулин (рисунок 18).

Основное место в гормональной регуляции гомеостаза глюкозы в организме отводится инсулину. Под влиянием инсулина активируются ферменты фосфорилирования глюкозы, катализирующие образование Г-6-Ф. Инсулин также повышает проницаемость клеточной мембраны для глюкозы, что усиливает ее утилизацию. При увеличении концентрации Г-6-Ф в клетках повышается активность процессов, для которых он является исходным продуктом (гексозомонофосфатный цикл и анаэробный гликолиз). Инсулин увеличивает долю участия глюкозы в процессах образования энергии при неизменном общем уровне энергопродукции. Активация инсулином гликогенсинтетазы и гликогенветвящего фермента способствует увеличению синтеза гликогена. Наряду с этим инсулин оказывает ингибирующее влияние на глюкозо-6-фосфатазу печени и тормозит, таким образом, выход свободной глюкозы в кровь. Кроме того, инсулин угнетает активность ферментов, обеспечивающих глюконеогенез, за счет чего тормозится образование глюкозы из аминокислот Конечным результатом действия инсулина (при его избытке) является гипогликемия, стимулирующая секрецию контринсулярных гормонов-антагонистов инсулина.

ИНСУЛИН - гормон синтезируется  клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Основной стимул для секреции - повышение уровня глюкозы в крови. Гипергликемия способствует увеличению выработки инсулина, гипогликемия уменьшает образование и поступление гормона в кровь Кроме того, секреция инсулина усиливается под влиянием. ацетилхолина (парасимпатическая стимуляция), норадреналина через -адренорецепторы, а через -адренорецепторы норадреналин тормозит секрецию инсулина. Некоторые гормоны желудочно-кишечного тракта, такие как желудочный ингибирующий пептид, холецистокинин, секретин, увеличивают выход инсулина. Основной эффект гормона – снижение уровня глюкозы в крови.

Под воздействием инсулина происходит уменьшение концентрации глюкозы в плазме крови (гипогликемия). Это связано с тем, что инсулин способствует превращению глюкозы в гликоген в печени и мышцах (гликогенез). Он активирует ферменты, участвующие в превращении глюкозы в гликоген печени, и ингибирует ферменты, расщепляющие гликоген.

Энергетический гомеостаз обеспечивает энергетические потребности тканей с использованием различных субстратов. Т.к. углеводы являются основным источником энергии для многих тканей и единственным для анаэробных, регуляция углеводного обмена является важной составляющей энергетического гомеостаза организма.

Регуляция углеводного обмена осуществляется на 3 уровнях:

центральный.

межорганный.

клеточный (метаболический).

1. Центральный уровень регуляции углеводного обмена

Центральный уровень регуляции осуществляется с участием нейроэндокринной системы и регулирует гомеостаз глюкозы в крови и интенсивность метаболизма углеводов в тканях. К основным гормонам, поддерживающим нормальный уровень глюкозы в крови 3,3-5,5 мМоль/л, относят инсулин и глюкагон. На уровень глюкозы влияют также гормоны адаптации – адреналин, глюкокортикоиды и другие гормоны: тиреоидные, СДГ, АКТГ и т.д.

2. Межорганный уровень регуляции углеводного обмена

Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори) Глюкозо-аланиновый цикл

Глюкозо-лактатный цикл не требует наличие кислорода, функционирует всегда, обеспечивает: 1) утилизацию лактата, образующегося в анаэробных условиях (скелетные мышцы, эритроциты), что предотвращает лактоацидоз; 2) синтез глюкозы (печень).

Глюкозо-аланиновый цикл функционирует в мышцах при голодании. При дефиците глюкозы, АТФ синтезируется за счет распад белков и катаболизма аминокислот в аэробных условиях, при этом глюкозо-аланиновый цикл обеспечивает: 1) удаление азота из мышц в нетоксичной форме; 2) синтез глюкозы (печень).

3. Клеточный (метаболический) уровень регуляции углеводного обмена

Метаболический уровень регуляции углеводного обмена осуществляется с участием метаболитов и поддерживает гомеостаз углеводов внутри клетки. Избыток субстратов стимулирует их использование, а продукты ингибируют свое образование. Например, избыток глюкозы стимулирует гликогенез, липогенез и синтез аминокислот, дефицит глюкозы - глюконеогенез. Дефицит АТФ стимулирует катаболизм глюкозы, а избыток – наоборот ингибирует.

IV . Педфак . Возрастные особенности ПФШ и ГНГ, значение.

Лекция № 10 Тема: Структура и обмен инсулина, его рецепторов, транспорт глюкозы. Механизм действия и метаболические эффекты инсулина.

Гормоны поджелудочной железы

Поджелудочная железа выполняет в орга­низме две важнейшие функции: экзокринную и эндокринную. Экзокринную функцию выполняет ацинарная часть поджелудочной железы, она синтезирует и секретирует панкреатический сок. Эндокринную функцию выполняют клетки островкового аппарата поджелудочной железы, которые секретируют пептидные гормоны, уча­ствующие в регуляции многих процессов в организме.1-2 млн. островков Лангерганса составляют 1-2% массы поджелудочной железы.

В островковой части поджелудочной железы выделяют 4 типа клеток, секретирующих разные гормоны: А- (или α-) клетки (25%) секретируют глюкагон, В- (или β-) клетки (70%) - инсулин, D- (или δ-) клетки (<5%) - соматостатин, F-клетки (следовые количества) секретируют панкреатический полипептид. Глюкагон и инсулин в основном влияют на углеводный обмен, соматостатин локально регулирует секрецию инсулина и глюкагона, панкреатический полипептид влияет на секрецию пищеварительных соков. Гормоны поджелудочной железы выделяются в панкреатическую вену, которая впадает в воротную. Это имеет большое значение т.к. печень является главной мишенью глюкагона и инсулина.

Строение инсулина

Инсулин - полипептид, состоящий из двух цепей. Цепь А содержит 21 ами­нокислотный остаток, цепь В - 30 аминокислотных остатков. В инсулине 3 дисульфидных мостика, 2 соединяют цепь А и В, 1 соединяет 6 и 11 остатки в А цепи.

Инсулин может существовать в форме: мономера, димера и гексамера. Гексамерная структура инсулина стабилизиру­ется ионами цинка, который связывается остатками Гис в положении 10 В-цепи всех 6 субъединиц.

Инсулины некоторых животных имеют значительное сходство по первичной структуре с инсулином человека. Бычий инсулин отличается от инсулина че­ловека на 3 аминокислоты, а инсулин свиньи отличается только на 1 ами­нокислоту (ала вместо тре на С конце В-цепи).

Во многих положениях А и В цепи встре­чаются замены, не оказывающие влияния на биологическую активность гормона. В положениях дисульфидных связей, остатков гидрофобных аминокислот в С-концевых участках В-цепи и С- и N-концевых остатков А-цепи замены встречаются очень редко, т.к. эти участки обеспечивают формирование активного центра инсулина.

Биосинтез инсулина включает образование двух неактивных предшественников, препроинсулина и проинсулина, которые в результате последова­тельного протеолиза превращаются в активный гормон.

1. На рибосомах ЭПР синтезируется препроинсулин (L-В-С-А, 110 аминокислот), биосинтез его начинается с образования гидрофобного сигнального пептида L (24 аминокислот), который направляет растущую цепь в просвет ЭПР.

2. В просвет ЭПР препроинсулин превращается в проинсулин при отщеплении эндопептидазой I сиг­нального пептида. Цистеины в проинсулине окисляются с образованием 3 дисульфидных мостиков, проинсулин становиться «сложным», имеет 5% активности от инсулина.

3. «Сложный» проинсулин (В-С-А, 86 аминокислот) поступает в аппарат Гольджи, где под действи­ем эндопептидазы II расщепляется с образованием инсулина (В-А, 51 аминокислот) и С-пептида (31 аминокислота).

4. Инсулин и С-пептид включаются в секреторные гранулы, где инсулин соединяется с цинком, обра­зуя димеры и гексамеры. В секреторной грануле содержание инсулина и С-пептида составляет 94%, проинсулина, интермедиатов и цинка - 6%.

5. Зрелые гранулы сли­ваются с плазматической мембраной, а инсу­лин и С-пептид попадают во внеклеточную жидкость и далее в кровь. В крови олигомеры инсулина распадают­ся. За сутки в кровь секретируется 40-50 ед. инсулина, это составляет 20% от его общего запаса в поджелудочной железе. Секреция инсулина энергозависимый процесс, происходит с участием микротубулярно-ворсинчатой системы.

Схема биосинтеза инсулина в β-клетках островков Лангерганса

ЭПР - эндоплазматический ретикулум. 1 - образование сигнального пептида; 2 - синтез препроинсулина; 3 - отщепление сигнального пептида; 4 - транспорт проинсу­лина в аппарат Гольджи; 5 - превращение проинсулина в инсулин и С-пептид и включение инсулина и С-пептида в секреторные гранулы; 6 - секреция инсулина и С-пептида.

Ген инсулина находиться в 11 хромосоме. Выявлены 3 мутации этого гена, у носителей низкая активность инсулина, отмечается гиперинсулинемия, нет инсулинорезистентности.

Регуляция синтеза и секреции инсулина

Синтез инсулина индуцируют глюкоза и секреция инсулина. Репрессирует секрецию жирные кислоты.

Секрецию инсулина стимулируют: 1. глюкоза (главный регулятор), аминокислоты (особенно лей и арг); 2. гормоны ЖКТ(β-адренергические агонисты, через цАМФ):ГИП , секретин, холецистокинин, гастрин, энтероглюкагон; 3. длительно высокие концентрации СТГ, кортизола, эстрогенов, прогестинов, плацентарного лактогена, ТТГ, АКТГ; 4. глюкагон; 5. повышение К + или Са 2+ в крови; 6. лекарства, производные сульфонилмочевины (глибенкламид).

Под влиянием соматостатина секреция инсулина понижается. β-клетки также находятся под влиянием автономной нервной системы. Парасимпатическая часть (холинергические окончания блуждающего нерва) стимулирует выделение инсулина. Симпатическая часть (адреналин через α 2 -адренорецепторы) подавляет выделение инсулина.

Секреция инсулина осуществляется с участием нескольких систем, в которых основная роль принадлежит Са 2+ и цАМФ.

Поступление Са 2+ в цитоплазму контролируется несколькими механизмами:

1). При повышении концентрации глюкозы в крови выше 6-9 ммоль/л, она при участии ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-2 поступает в β-клетки и фосфорилируется глюкокиназой. При этом концентрация глюкозо-6ф в клетке прямо пропорциональна концентрации глюкозы в крови. Глюкозо-6ф окисляется с образованием АТФ. АТФ образуется также при окислении аминокислот и жирных кислот. Чем больше в β-клетке глюкозы, аминокислот, жирных кислот тем больше из них образуется АТФ. АТФ ингибирует на мембране АТФ-зависимые калиевые каналы, калий накапливается в цитоплазме и вызывает деполяризацию клеточной мембраны, что стимулирует открытие потенциалзависимых Са 2+ -каналов и поступление Са 2+ в цитоплазму.

2). Гормоны, активирующие инозитолтрифосфатную систему (ТТГ), выпускают Са 2+ из митохондрий и ЭПР.

цАМФ образуется из АТФ с участием АЦ, которая активируется гормонами ЖКТ, ТТГ, АКТГ, глюкагоном и Са 2+ -кальмодулиновым комплексом.

цАМФ и Са 2+ стимулируют полимеризацию субъединиц в микротубулы (микроканальцы). Влияние цАМФ на микроканальцевую систему опосредуется через фосфорилирование ПК А микроканальцевых белков. Микроканальцы способны сокращаться и расслабляться, перемещая гранулы по направлению к плазматической мембране обеспечивая экзоцитоз.

Секреция инсулина в ответ на стимуляцию глюкозой представляет собой двухфазную реакцию, состоящую из стадии быстрого, раннего высвобождения инсулина, называемую первой фазой секреции (начинается через 1 мин, продолжается 5-10 мин), и второй фазы (продолжительность ее до 25-30 мин).

Транспорт инсулина. Инсулин водорастворим и не имеет белка-переносчика в плазме. Т 1/2 инсулина в плазме крови составляет 3-10 мин, С-пептида - около 30 мин, проинсулина 20-23 мин.

Разрушение инсулина происходит под дей­ствием инсулинзависимой протеиназы и глутатион-инсулин-трансгидрогеназы в тканях мишенях: в основном в пе­чени (за 1 проход через печень разрушается около 50% инсулина), в меньшей степени в почках и плаценте.