Поджелудочная железа — непарный орган, расположенный ретроперитоне- ально и секретирующий пищеварительные ферменты (экзокринная часть) и различные гормоны (эндокринная часть). Эндокринная часть поджелудочной железы представлена островками Лангерганса, диффузно распределенными в экзокринной паренхиме поджелудочной железы. На их долю приходится 1 — 1,5 % общего объема ткани железы. Диаметр островков колеблется от 50 до 400 мкм (большая часть островков диаметром 200 мкм). В поджелудочной железе взрослого человека насчитывается от 170 тыс. до

2. млн островков.

Эндокринная и экзокринная ткани поджелудочной железы развиваются из эмбрионального панкреатического эпителия. Механизмы дифференци- ровки этой ткани на ацинозную и островковую полностью не изучены. Из мезенхимной ткани был выделен фактор, стимулирующий синтез ДНК, РНК и белка в панкреатическом эпителии эмбриона, который, по-видимо- му, осуществляет контроль за пролиферацией и дифференцировкой панкреатического эпителия в ацинозную ткань и В((3)-клетки.
Считается, что эндокринные клетки развиваются из протоков поджелудочной железы, имеющих эндодермальное происхождение. Однако некоторые исследователи полагают, что островки поджелудочной железы и хро- маффинные клетки ЖКТ являются производными нервного гребешка, которые на ранних стадиях развития мигрировали в передний отрезок кишечной трубки.
j. Островки поджелудочной железы обильно снабжены капиллярами, образующими сеть. Среди нервных волокон, выявляемых в островках, идентифицированы как холинергические, так и адренергические. Стимуляция симпатической нервной системы угнетает секрецию инсулина, а парасимпатической — усиливает ее.
Островки Лангерганса представлены следующими типами клеток: А(а), В((3), D(5), G(y), F или PP. А(а)-клетки составляют 20—25 % клеточного состава островков и являются местом образования глюкагона. Основное количество (75—80 %) клеток островка составляют В(р)-клетки, которые служат местом синтеза и депонирования инсулина. 0(5)-клетки являются местом образования СС. При электронной микроскопии поджелудочной железы человека в них видны большие круглые секреторные гранулы, которые отличаются от гранул А- и В-клеток. При электронной микроскопии выявляется разновидность D-клеток, которые содержат гранулы меньшего размера и получили название С(у)-клеток. Считается, что они служат местом образования гастрина и не содержат секреторных гранул. Кроме того, в островках поджелудочной железы выявляются так называемые Е-клетки, содержащие относительно крупные гранулы, отличающиеся от секреторных гранул А-, В- и D-клеток. В островках поджелудочной железы собак содержатся F-клетки, секреторные гранулы которых имеют свои отличительные особенности. Они являются источником панкреатического полипептида (ПП) — антагониста холецистокинина. F-клетки, или РР-клетки, располагаются по периферии островков Лангерганса, а также среди экзокринных и эпителиальных клеток протоков поджелудочной железы.
Помимо основных типов клеток, в островках поджелудочной железы имеются клетки, содержащие ВИП, тиролиберин, СТГ-РГ. Число этих клеток в островке незначительно, однако при определенных состояниях они могут служить источником образования аденом, секретирующих избыточные количества перечисленных гормонов. Это приводит к развитию соответствующей характерной патологии (синдром Золлингера — Эллисона, синдром панкреатической холеры, или синдром Вернера — Моррисона, акромегалия).
ИНСУЛИН. В 1921 г. Бантинг и Бест получили из поджелудочной железы собак экстракт, устранявший гипергликемию и глюкозурию, и уже через год были приготовлены препараты инсулина, применявшиеся для лечения больных диабетом. Химическая структура инсулина была расшифрована в 1953 г. Сэнджером.
Инсулин является полипептидом, состоящим из двух цепей. А-цепь содержит 21 аминокислотный остаток, В-цепь — 30. Цепи связаны двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина в положениях В7 и А7, В19 и А^о- Кроме того, в А-цепи имеется еще один дисульфидный мостик, соединяющий остатки цистеина в положениях Аб_ц.
Наиболее близок по структуре инсулину человека инсулин свиньи. Эти гормоны отличаются друг от друга только одной аминокислотой в положении В30 В инсулине человека в этом положении содержится треонин, а в инсулине свиньи — аланин.
В растворе молекулы инсулина легко переходят в агрегированное состояние, которое зависит от температуры среды, pH и уровня цинка. Кристаллический инсулин обычно содержит 0,3—0,6 % цинка. Мол. масса инсулина около 6000 при щелочном pH и около 12 000 — при кислом pH. При добавлении цинка возникают агрегированные формы с мол.массой от 50 000 до 300 000.
Инсулин синтезируется В(р)-клетками поджелудочной железы. Ген инсулина расположен на коротком плече 11-й хромосомы. Вначале образуется молекула препроинсулина, затем проинсулина, которая в дальнейшем расщепляется на молекулы инсулина и С-пептида.
Конверсия проинсулина в инсулин происходит при участии двух про- теолитических ферментов — трипсиноподобного фермента и карбоксипеп- тидазы В. При этом инсулин и С-пептид находятся в эквимолярных соотношениях.
В секреторных гранулах содержатся проинсулин, его интермедиаты, инсулин, С-пептид и ионы цинка; по мере созревания гранул в них уменьшается количество проинсулина и увеличивается количество инсулина, образующего кристаллы с ионами цинка. Большая часть содержащегося в островках цинка высвобождается в процессе секреции инсулина, которая осуществляется путем эмиоцитоза: гранулы мигрируют к клеточной мембране, сливаются с ней; мембрана в месте контакта растворяется и происходит выброс содержимого гранулы наружу. В процессе транспорта гранул к клеточной мембране участвует система микротрубочек, которые образуются путем полимеризации субъединиц белка тубулина под действием цАМФ и ионов кальция. Микротрубочки способны сокращаться и расслабляться, перемещая гранулы по направлению к плазматической мембране. При приближении гранул к мембране они обволакиваются микрофиламентами, которые способствуют тем самым экструзии (опорожнению гранул). Вследствие изменения физических свойств среды цинк отщепляется и кристаллический инсулин становится растворимым.
Находящиеся в секреторной грануле три белка (инсулин, С-пептид и проинсулин) различаются биологической активностью и длительностью существования. Так, период полужизни инсулина составляет 3—10 мин, С- пептида — около 30 мин, проинсулина — около 20—23 мин. Если принять биологическую активность инсулина за 100 %, то проинсулин обладает 10 % его активности, а С-пептид таковой не обладает. Однако в последние годы показано, что введение С-пептида вместе с инсулином для лечения больных ИЗСД стабилизирует сосудистые осложнения диабета и замедляет развитие ангиопатии.
При нарушении конверсии проинсулина в инсулин в кровь поступает большое количество проинсулина, что может сопровождаться нарушением углеводного обмена вплоть до явного диабета.
Механизм действия инсулина. Инсулин влияет на обмен углеводов, жиров, белков и электролитов в тканях организма, увеличивая транспорт глюкозы, белка и других веществ через клеточную мембрану. Свое биологическое действие инсулин осуществляет через соответствующий рецептор.
Рецептор инсулина представляет собой белок, состоящий из двух субъединиц. Полипептидная цепь а-субъединицы включает 719 аминокислотных остатков (мол. масса 135 000), а (3-субъединицы — 620 аминокислотных остатков (мол. масса 95 000). Рецептор выполняет три основные функции: 1) с высокой специфичностью связывает инсулин; 2) передает соответствующий сигнал на внутриклеточные процессы; 3) осуществляет “интернализацию” инсулина, в результате которой гормон подвергается протеолизу в лизосомах, а рецептор возвращается в мембрану клетки. Гормон взаимодействует с а-субъединицей рецептора, (3-субъединица обладает тирозинки- назной активностью, которая возрастает после связывания инсулина с а*субъединицей. Ген рецептора инсулина расположен на коротком плече 19-й хромосомы. Прежде чем рецептор подвергнется деградации, он успевает несколько раз переместиться от мембраны к лизосомам и обратно (рециклизация рецептора).
Взаимодействие инсулина с рецептором приводит к повышению активности протеинкиназы С, фосфорилированию остатков тирозина рецептора и стимуляции последующего самофосфорилирования рецептора. Кроме того, активируется и специфическая фосфолипаза С, что приводит к образованию инозитолтрифосфата и диацилглицерина. Инозитолтрифосфат высвобождает кальций из эндоплазматического ретикулума. Диацилглицерин действует на кальмодулин и протеинкиназу С, которая фосфорилирует различные субстраты, изменяя активность клеточного метаболизма.
Основное действие инсулина заключается в усилении транспорта глюкозы через мембрану клетки. Скорость поступления глюкозы внутрь клетки возрастает в 20—40 раз. Это происходит за счет 5—10-кратного увеличения содержания белков-транспортеров глюкозы в мембране при одновременном уменьшении их содержания внутри клетки на 50—60 %.
Выделяют два класса транспортеров глюкозы: №+-глюкозный котранс- портер и 5 изоформ собственных транспортеров глюкозы. №+-глюкозный котранспортер (симпортер) экспрессируется в реснитчатых клетках тонкой кишки и проксимальных канальцев почек. Этот белок осуществляет активный транспорт глюкозы из просвета кишки или нефрона против градиента ее концентрации путем связывания глюкозы с теми ионами натрия, которые транспортируются по градиенту концентрации.
Второй класс переносчиков глюкозы представлен мембранными белками, находящимися на поверхности всех клеток и осуществляющие транспорт глюкозы по градиенту ее концентрации (облегченная диффузия). л
Экспрессию транспортеров глюкозы регулируют инсулин, факторы роста, перорально вводимые препараты, снижающие уровень сахара, ванадий, глю- кокортикоиды, цАМФ, голодание, дифференцировка клеток и протеинки- наза С.
Среди транспортеров глюкозы различают ГЛЮТ-1 (эритроцитарный тип), ГЛЮТ-2 (печеночный тип), ГЛЮТ-3 (мозговой тип), ГЛЮТ-4 (мышечно-жировой тип) и ГЛЮТ-5 (кишечный тип).
Деградация связанного с рецептором гормона и индуцированное инсулином снижение концентрации рецепторов (феномен “снижающей регуляции”) являются взаимосвязанными процессами. Действительно, концентрация инсулина, необходимая для снижения количества рецепторов, обратно пропорциональна величине и скорости поступления гормона в клетку.
Большая часть инсулина метаболизируется в печени, причем за один пассаж в ней задерживается 40—60 % гормона, поступающего из системы портальной вены. Около 40 % инсулина инактивируется почками. Следует отметить, что при почечной недостаточности поглощение и деградация инсулина почками уменьшаются до 9—10 %, поэтому у больных сахарным диабетом при почечной недостаточности потребность в инсулине уменьшается. Роль почек в инактивации экзогенного инсулина особенно велика, так как, всасываясь из места инъекции, инсулин попадает в большой круг кровообращения и почки, а эндогенный инсулин сначала поступает в печень и лишь меньшая его часть — в большой круг кровообращения и почки. В почках инсулин фильтруется в клубочках, а в проксимальных канальцах почти полностью реабсорбируется и разрушается протеолитическими ферментами.
Состояние углеводного обмена определяется количеством рецепторов и их способностью связываться с инсулином. Так, в адипоцитах на одну клетку приходится до 50 000 рецепторов, в гепатоцитах — до 250 000, в моноцитах и эритроцитах — на порядок меньше.
Функция (3-клеток заключается в поддержании энергетического гомеостаза в организме. Рецепторы этих клеток воспринимают минимальные отклонения в изменении содержания в крови калоригенных молекул, к которым относятся глюкоза, аминокислоты, кетоновые тела и жирные кислоты. Физиологические концентрации D-глюкозы, L-аминокислот, кетоновых тел и жирных кислот стимулируют секрецию инсулина. Необходимо подчеркнуть, что стимулирующее действие кетоновых тел, жирных кислот и аминокислот проявляется при определенном (субстимулирующем) уровне глюкозы. Поэтому такие вещества правильнее было бы называть глюкозозависимыми стимуляторами секреции инсулина.
Содержание глюкозы в сыворотке крови отражает состояние двух постоянно меняющихся процессов, находящихся под постоянным контролем инсулина: утилизации глюкозы тканями и поступления глюкозы в кровоток. Глюкоза, поступающая в кровь из ЖКТ, способствует более значительному высвобождению инсулина из (3-клеток поджелудочной железы, чем то же количество глюкозы, введенное внутривенно. Эта разница объясняется тем, что поступившая в ЖКТ глюкоза стимулирует секрецию инсулина не только через повышение ее уровня в крови, но и посредством стимуляции секреции ряда гормонов ЖКТ: гастрина, секретина, панкреозимина, глюкагона, желудочного ингибиторного полипептида (ЖИП). Из аминокислот наиболее выраженное влияние на секрецию инсулина оказывают аргинин и лизин. В регуляции секреции инсулина важное место занимают и другие факторы: симпатическая и парасимпатическая нервная система, СТГ, гормоны коры надпочечников, плацентарный лактоген, эстрогены и др.
Секреция инсулина в ответ на стимуляцию глюкозой включает быструю фазу (продолжительностью 1—2 мин) и вторую медленную фазу (продолжительностью до 25—30 мин).
В механизме высвобождения инсулина основная роль принадлежит цАМФ и ионам кальция. Под влиянием глюкозы увеличивается перемещение кальция из внеклеточной жидкости внутрь клетки. Изменяются скорость его связывания с калъмодулином и диссоциация комплекса кальций — кальмодулин.
ГЛЮКАГОН. В экстрактах поджелудочной железы содержится фактор, вызывающий гипогликемию — глюкагон. Глюкагон является полипептидом, состоящим из 29 аминокислотных остатков (мол. масса 3485 кДА). Глюка- гоны человека, свиньи и крупного рогатого скота имеют одинаковую последовательность аминокислотных остатков. В процессе биосинтеза глюкагона вначале образуется долее крупная молекула проглюкагона. Метаболизм и деградация глюкагона происходят в печени и почках.
Глюкагон, секретируемый А(а)-клетками островков Лангерганса, попадает с кровью портальной вены в печень, где усиливает гликогенолиз, снижает утилизацию глюкозы и синтез гликогена, повышает глюконеогенез и образование кетоновых тел. Суммарный эффект глюкагона сводится к увеличению продукции и выхода глюкозы из печени. В периферических тканях глюкагон оказывает липолитическое действие, снижает липогенез и синтез белка. Концентрация глюкагона в портальной вене составляет от 300 до 4500 пг/мл, тогда как в периферической крови — до 90 пг/мл; в ответ на введение аргинина или панкреозимина она увеличивается до 1200 пг/мл.
Рецепторы глюкагона, изолированные из плазматических мембран печени крысы, относятся к гликолипопротеидам и состоят из нескольких субъединиц. Их способность взаимодействовать с гормоном зависит от нескольких факторов. Связывание глюкагона с рецепторами уменьшается при гиперглюкагонемии, вызванной длительным голоданием, инсулиновой недостаточностью или экзогенным введением глюкагона. Однако, несмотря на такую “снижающую регуляцию”, процесс активирования аденилатциклазы под влиянием глюкагона не изменяется, поскольку оставшиеся рецепторы приобретают повышенную способность к комплексированию с гормоном.
Основное гликогенолитическое действие глюкагона осуществляется в печени, где он активирует аденилатциклазу, образование цАМФ и цАМФ- зависимую протеинкиназу. Последняя стимулирует фосфорилазокиназу, которая превращает неактивную фосфорилазу в активную форму (фосфорилазу А), вследствие чего и ускоряется гликогенолиз. Одновременно протеинки- наза инактивирует гликогенсинтазу, замедляя синтез гликогена. Разрушение глюкагона происходит в печени и почках. Около 0,5 мг/сут глюкагона выделяется с желчью.
В эндокринных клетках ЖКТ обнаружено соединение, обладающее сходной с глюкагоном иммунореактивностью. Это вещество, сохраняющее некоторые липолитические и гликогенолитические свойства, называют про- глюкагоном или глицентином. Глюкагон и глицентин кодируются одним и тем же геном. Однако посттрансляционный процессинг в а-клетках поджелудочной железы и L-клетках кишечника различен, результатом чего в а-клетках образуются глюкагон, а в эндокринных клетках кишечника глю- кагоноподобный пептид-1 (GLP-1). GLP-1 является анаболическим гормоном и стимулирует секрецию инсулина, способствуя поглощению глюкозы после приема пищи. Глюкагон же, как уже отмечалось, катаболическйи гормон, играющий важную роль в периоды голодания. GLP-1 является, таким образом, инкретином и совместно с ЖИП стимулирует секрецию инсулина после приема пиши. При введении во время еды больным сахарным диабетом II типа GLP-1 восстанавливает секрецию инсулина.
Уровень глюкозы в крови в основном поддерживается секрецией инсулина и глюкагона. В период голодания или ограничения приема углеводов уже через 40—48 ч содержание глюкагона в крови возрастает на 50—100 %. Эти изменения сопровождаются уменьшением концентрации в крови инсулина, в связи с чем соотношение инсулин/глкжагон снижается до 0,4 (в норме оно равно 3). При адекватной функции А- и В-клеток гипогликемия не развивается даже при длительном голодании.
Гипергликемия уменьшает секрецию глюкагона, однако механизм этого действия еще неясен. Прием или инфузия аминокислот также стимулирует высвобождение глюкагона, тогда как повышение концентрации свободных жирных кислот в крови снижает его уровень в плазме. Большое влияние на секрецию глюкагона оказывают желудочно-кишечные гормоны. Так, га- стрин, нейротензин и вещество Р, бомбезин, панкреозимин-холецистоки- нин, ЖИП, ВИП усиливают продукцию глюкагона, а секретин угнетает его секрецию. В период стресса и длительной физической нагрузки отмечаются повышение секреции глюкагона и снижение высвобождения инсулина. L-допа повышает уровень глюкозы, инсулина и глюкагона у практически здоровых лиц, вероятно, посредством стимуляции дофаминергических рецепторов в гипоталамусе или А- и В-клеток в панкреатических островках, тогда как серотонин угнетает секреторную активность А-клеток.
СОМАТОСТАТИН. Этот гормон был впервые выделен из гипоталамуса овец в 1973 г. Он вырабатывается также в 5-клетках островков Лангерганса. 5-Клетки выполняют паракринную функцию. Электронно-микроскопические исследования выявили соединительные мостики между клетками, позволяющие гормонам с небольшой мол. массой перемещаться из одной клетки в другую клетку, возможно, без выхода в межклеточное пространство.
Соматостатин угнетает секрецию инсулина и глюкагона. Высвобождение его стимулируется введением лейцина, аргинина, глюкозы, пакреози- мин-холецистокинина, гастрина, ЖИП, секретина и цАМФ. Норадреналин и диазоксид угнетают высвобождение соматостатина. При действии на ЖКТ соматостатин угнетает секрецию гастрина и соляной кислоты, высвобождение панкреозимин-холецистокинина, сокращение желчного пузыря, процессы всасывания в кишечнике и скорость кровотока в сосудах ЖКТ.
Стимуляция соматостатина желудочно-кишечными гормонами и, наоборот, угнетение им их высвобождения указывает на существование в этой системе обратной связи, которая позволяет регулировать скорость всасывания питательных веществ из ЖКТ с учетом их качественного состава.
Изменение секреции соматостатина отмечается при ряде патологических состояний. Так, у мышей с ожирением и гипергликемией выявляется не только уменьшение количества (3-клеток в островках Лангерганса, но и снижение уровня соматостатина. У больных с ИЗСД и у крыс при разрушении р-клеток стрептозотоцином 5-клетки увеличены в объеме, что указывает на их повышенную функциональную активность.
Описаны опухоли островкового аппарата поджелудочной железы, состоящие из 5-клеток (сомастотатиномы). Уровень инсулина и глюкагона в сыворотке крови больных с такими опухолями резко снижен: выявляется умеренный сахарный диабет без значительной гипергликемии и кетоза.
Панкреатический полипептид (ПП). ПП секретируется РР-клетками островков Лангерганса, расположенными преимущественно по периферии последних. Он состоит из 36 аминокислотных остатков (мол. масса 4200). Гиперплазия РР-клеток выявляется у больных сахарным диабетом.
ПП стимулирует базальную секрецию желудочного сока, но угнетает его секрецию, стимулированную пентагастрином, является антагонистом холецистокинина и подавляет секрецию поджелудочной железы, стимулированную холецистокинином. Содержание ПП в сыворотке практически здоровых лиц натощак составляет около 80 пг/мл. В ответ на прием смешанной пищи отмечается характерная двухфазная кривая секреции ПП и его уровень в сыворотке увеличивается в 8—10 раз. Прием глюкозы и жиров также сопровождается повышением концентрации ПП в крови, тогда как при внутривенном введении этих веществ секреция гормона не меняется. Атропин или ваготомия блокируют секрецию ПП в ответ на прием пищи, стимуляция блуждающего нерва, а также гастрин, секретин или холецисто- кинин повышают уровень этого гормона в сыворотке. Эти данные позволяют считать, что в регуляции секреции ПП наряду с парасимпатической нервной системой принимают участие и желудочно-кишечные гормоны. Метаболические и функциональные аспекты действия ПП не до конца выяснены. Повышение его секреции наблюдается при гормонально-активных опухолях поджелудочной железы (инсулинома, глюкагонома), синдроме Вернера — Моррисона и гастриноме.
V

3.