Поджелудочная железа. 
Внутренняя секреция

Поджелудочная железа осуществляет внешнюю (экзокринную) и внутреннюю (эндокринную) секрецию. Клетки, собранные в составе ацинусов и протоков, секретируют пищеварительные ферменты и выделяют их в просвет кишки. Однако в паренхиме органа располагается особая ткань, морфологически оформленная в виде островков и выполняющая эндокринную функцию. Панкреатические островки, занимающие от 2 до 10% общей массы органа, не имеют выводных протоков, а выделяют продукты секреции в кровь. Островки, названные по имени описавшего их автора островками Лангерганса, имеют округлую или овальную форму и сравнительно небольшие размеры (50…500 мкм). Среди клеток островков Лангерганса выделяют несколько типов, различающихся по величине, форме и окраске.

Ацидофильные клетки (А-клетки, а-клетки) располагаются обычно по периферии островка, имеют округлую, реже полигональную форму. Характерной особенностью А-клеток является наличие в их цитоплазме многочисленных секреторных гранул, представляющих собой округлые тельца высокой электронной плотности, окруженные электронопрозрачным ободком и четко различимой гладкой мембраной. Секреторные гранулы могут располагаться по всей цитоплазме, но чаще концентрируются на полюсе клетки, обращенном к кровеносным сосудам. Секретпродуцирующие структурные компоненты А-клеток представлены незначительно шероховатым эндоплазматическим ретикулумом: немногочисленные каналы, свободных рибосом в гиалоплазме немного, и они собраны в небольшие полисомные группы. Комплекс Гольджи обнаруживается не во всех А-клетках, а при наличии этой структуры внутри уплощенных пузырьков (в расширенных концевых отделах) находятся локальные сгущения материала, идентичного содержимому секреторных гранул. По данным иммуногистохимии, А-клетки имеют непосредственное отношение к продукции одного из гормонов поджелудочной железы — глюкагона.

Базофильные клетки (В-клетки, (3-клетки) составляют клеточную основу, имеют полигональную или призматическую форму и занимают центральную часть островка. Цитоплазма В-клеток содержит многочисленные секреторные гранулы, отличающиеся от соответствующих гранул А-клеток своими размерами; они несколько крупнее (диаметр около 350 нм) и имеют меньшую электронную плотность. Секреторные гранулы располагаются в секреторных везикулах эксцентрично и окружены более широким электронопрозрачным ободком, причем мембрана везикулы обычно имеет извилистые контуры. Морфологической особенностью секреторных гранул В-клеток у кошек и собак является характерный вид кристаллоида — прямоугольные палочки. Секретпродуцирующие структурные компоненты клеток — эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи — представлены в В-клетках более совершенно, чем в А-клетках, они занимают большую площадь клетки, да и сами клетки значительно превышают А-клетки по своим размерам. Исследования В-клеток у различных видов животных с помощью методов меченых атомов и иммуногистохимии выявили, что они обеспечивают продукцию основного гормона поджелудочной железы — инсулина.

Дефинитивные клетки (Д-клетки, 5-клетки) в островках встречаются довольно редко, располагаются поодиночке или небольшими группами, имеют длинные цитоплазматические отростки, придающие им звездчатую форму. Характерной особенностью Д-клеток является наличие в их цитоплазме специфических секреторных гранул, отличающихся по своей ультраструктуре от, А и В-гранул: размеры гранул значительно варьируют (200…400 нм), распределены они довольно равномерно, иногда концентрируются в отростках клеток, обращенных к кровеносным сосудам. Д-клетки содержат немногочисленные и слаборазвитые клеточные органеллы, эндоплазматический ретикулум представлен небольшим количеством канальцев, комплекс Гольджи развит незначительно. Функции Д-клеток окончательно не выяснены, но данные иммуногистологического исследования позволяют предполагать возможность в них синтеза гастрина, однако не исключается и образование в них соматостатина, аналог которого продуцируют нейросекреторные образования гипоталамуса.

У млекопитающих поджелудочная железа вырабатывает гормон инсулин — полипептид с молекулярной массой 6000. Для образования инсулина особенно необходим цистеин, на который в молекуле инсулина приходится 12 % всего аминокислотного состава. Образовавшийся в В-клетках инсулин либо сразу поступает в кровоток, либо депонируется в секреторных гранулах с участием цинка (рис. 12.10). В крови инсулин способен связываться с а-, (3- и углобулинами и достигать тканей, которые способны связывать гормон и специфически реагировать на его присутствие. Вследствие довольно быстрого исчезновения инсулина из кровеносного русла 20% его выделяется в неизмененном виде с мочой, остальные 80% разрушаются инсулиназой печени, почек и мышц — поджелудочная железа должна постоянно продуцировать этот гормон для поддержания определенного уровня углеводного обмена.

Рис. 12.10. Схема секреторного процесса в инсулиноците.

Инсулин действует на углеводный, жировой, белковый и минеральный обмены, а также на процессы окислительного фосфорилирования. В основном его действие проявляется в повышении потребления глюкозы тканями, в результате чего значительно понижается содержание сахара в крови. Развитие гипбгликемии при введении инсулина связано с тем, что усиливается >тилизация глюкозы: две трети ее количества связывается в печени, а треть в других органах и тканях, где глюкоза либо сгорает с образованием АТФ, либо используется для синтеза гликогена или липидов. Инсулин является единственным гормоном, который понижает содержание глюкозы в крови, тогда как повышение уровня глюкозы может быть вызвано несколькими гормонами, образующимися в различных эндокринных органах. При воздействии инсулина усиливается проникновение глюкозы в скелетные мышцы через клеточную мембрану, при этом активируется деятельность специфических переносчиков. Инсулин способен принимать участие в регуляции обмена белков: стимулирует транспорт аминокислот через клеточные мембраны и включение их в полипептидные цепи, а также повышает биосинтез белка, усиливая нуклеиновый обмен (за счет интенсификации процессов образования информационной РНК и ускорения считывания информации с и PH К в момент образования полисом). Под влиянием инсулина в жировой ткани возрастает количество триглицеридов, обмен глюкозы в ней характеризуется преобладанием пентозофосфатного шунта — источника НАДО Н₂, который необходим для синтеза жирных кислот.

Под влиянием инсулина в крови снижается содержание летучих жирных кислот (ЛЖК), которые используются для образования жира в печени и в других тканях, причем в молочной железе значительно увеличивается содержание молочного жира и белков в образующемся молоке.

При недостатке или отсутствии инсулина в организме возникают серьезные изменения, вызванные прежде всего тем, что клетки печени, мышечной ткани перестают извлекать глюкозу из крови за счет нарушения мембранной транспортной системы. Содержание глюкозы в крови значительно повышается, и поскольку гипергликемия обусловливает повышение содержания глюкозы в первичной моче, то почки не справляются с процессом реабсорбции и часть сахаров выделяется с мочой — развивается глюкозоурия («сахарное мочеизнурение»). Вследствие повышения осмотического давления мочи ее объем увеличивается, что приводит к полиурии. В результате развивается дегидратация организма, уменьшается объем циркулирующей крови, снижается артериальное давление и нарушается микроциркуляция. Несмотря на повышенное содержание глюкозы в крови ткани за счет невозможности ее использовать, испытывают недостаток в источниках энергии («голод среди изобилия»).

В ходе глюконеогенеза в тканях начинается распад белков, аминокислоты используются для построения глюкозы, уровень которой в крови сшс более повышается. Наряду с этим происходит мобилизация депонированного жира и, как следствие, увеличение содержания в крови жирных кислот, которые в печени превращаются в кетоновые тела — ацетон, ацстоуксусную и бета-оксимасляную кислоты. Обычно эти соединения могут использоваться клетками, за исключением клеток головного мозга, но при интенсивном образовании кетоновых тел организм не способен окислить или метаболизировать их и кетоновые тела меняют pH крови, приводя к ацидозу и исчерпанию щелочных резервов бикарбонатов плазмы. Даже при усиленном дыхании и гипервентиляции легких в крови накапливается углекислота; если pH крови падает ниже 7,0, то развивается коматозное состояние, ведущее к смерти. Кроме того, ацидоз подавляет поступление глюкозы в клетки головного мозга, снижается почти в два раза и потребление ими кислорода, в результате нарушается синтез АТФ, уменьшается содержание кальция и фосфора, происходит потеря сознания, снижение артериального давления и ослабление сердечной деятельности.

Другой гормон поджелудочной железы — глюкагон, природный антагонист инсулина, имеет полипептидную структуру, состоящую из 29 аминокислотных остатков. Глюкагон (молекулярная масса 3485) участвует в регуляции углеводного обмена за счет интенсификации распада гликогена печени до глюкозы, одновременно подавляет синтез гликогена и значительно повышает содержание глюкозы в крови в противоположность инсулину.

Вместе с этим гипергликемический эффект усиливается за счет глюконеогенеза — превращения дезаминированных аминокислот в глюкозу. Влияние глюкагона на липидный обмен проявляется в активации липаз, расщепляющих триглицериды с образованием свободных жирных кислот. Участвуя в минеральном обмене, глюкагон усиливает выведение натрия, калия, кальция и хлора с мочой и снижает количество неорганического фосфата в плазме крови. На примере внутриклеточных эффектов глюкагона впервые была выяснена роль аденилатциклазы и циклических нуклеотидов (цАМФ) в реализации действия пептидных гормонов. При активации аденилатциклазы и увеличении содержания внутриклеточной цАМФ происходит усиление активности фосфорилазы печеночных клеток, что приводит к увеличению содержания глюкозо-1-фосфата и глюкозо-6-фосфата.

Хотя островки Лангерганса секретируют два гормона противоположного действия, последствия поражения островковой ткани в результате вирусной инфекции или после удаления поджелудочной железы оказываются фатальными за счет прекращения физиологического действия инсулина, так как глюкагон может помимо поджелудочной железы синтезироваться в желудочно-кишечном тракте. Кроме того, аналогичным глюкагону действием обладают гормон роста, кортизол, адреналин и тироксин.

Нарушение транспорта глюкозы через клеточные мембраны может происходить и при неизменной продукции инсулина: из-за нарушения рецепторного связывания инсулина клетки гормонзависимых тканей нечувствительны к «команде», исходящей из бета-клеток инкреторного отдела поджелудочной железы.

Гормоны поджелудочной железы выделяются в кровь непрерывно, однако интенсивность их поступления может существенно изменяться в соответствии с физиологическим состоянием организма. Островковая ткань находится под контролем вегетативной нервной системы, и парасимпатические нервные влияния, воспроизводимые раздражением блуждающих нервов, приводят к выбросу инсулина и развитию гипогликемии. Однако денервация железы либо ее пересадка не приводят к прекращению продукции инсулина, что свидетельствует о наличии и другого регуляторного механизма. Основным фактором, определяющим уровень секреции инсулина, является концентрация глюкозы в притекающей к поджелудочной железе крови. При повышении содержания глюкозы в крови увеличивается выделение инсулина и снижается секреция глюкагона, причем выделение глюкагона определяется концентрацией сахаров в крови по принципу обратной связи. Выделение инсулина в кровь может начинаться в результате срабатывания опережающей связи: когда глюкоза еще находится в тонком кишечнике, местная эндокринная система желудочно-кишечного тракта до повышения концентрации сахаров в крови за счет влияния секретина и панкреозимина способна активизировать продукцию инсулина.

Концентрация глюкозы в крови существенно меняется в зависимости от типа пищи. При поступлении в организм углеводистых кормов повышение содержания инсулина способствует отложению питательных веществ в виде гликогена в печени и мышцах, жира —в жировых депо. Торможение секреции глюкагона и высокая концентрация глюкозы в крови предотвращают глюконеогенез, и большая часть аминокислот участвует в белковом синтезе. При преобладании в рационе белков и дефиците углеводов возникает угроза гипогликемии, что особо опасно для тканей мозга, использующих в качестве энергетического метаболита глюкозу.

Благодаря секреции глюкагона в этой ситуации повышается уровень глюкозы в крови.

При приеме пищи, богатой жирами, также необходима интенсификация секреции глюкагона. Активируя липазу, за счет расщепления триглицеридов повышается в крови уровень свободных жирных кислот, которые в печени превращаются в ацетилКоА и участвуют в синтезе глюкозы. В условиях голодания образование инсулина подавляется, а увеличивается влияние глюкагона. Жировая ткань подвергается липолизу, свободные жирные кислоты либо используются непосредственно в тканях, либо преобразуются в печени в кетоновые тела, также участвующие в энергетическом метаболизме. Расщепление гликогена до глюкозы обеспечивает большую часть потребностей тканей мозга, и в последующем при продолжении голодания для обеспечения питательными веществами жизненно важных органов при совместном действии глюкагона, адреналина, АКТГ и кортикостероидов начинается расщепление белков тканей и образование глюкозы из аминокислот.

Таким образом, инсулин и глюкагон вместе осуществляют гормональный контроль обмена веществ. За счет изменения соотношения этих гормонов предотвращается расточительная трата питательных веществ после приема пищи: излишняя глюкоза не выводится с мочой, а запасается в виде гликогена и жиров. Между приемами пищи соотношение инсулин — глюкагон устанавливается таким образом, чтобы обеспечивались потребности жизненно важных органов. Интенсивные мышечные нагрузки вызывают выделение в кровь глюкагона, необходимого для срочного обеспечения мышечной ткани повышенным количеством глюкозы. Таким образом, при всей противоположности влияния этих гормонов на уровень глюкозы синергизм инсулина и глюкагона обеспечивает наиболее полное усвоение и окисление углеводов.

Совместная локализация инсулини глюкагон-продуцирующих клеток в пределах островка Лангерганса предопределяет наличие функциональной связи, которая проявляется в том, что глюкагон способен стимулировать секрецию инсулина, а выделяющийся из Д-клеток соматостатин тормозит секрецию и инсулина, и глюкагона. Наряду с соматостатином выделение инсулина тормозят физиологически активные вещества симпатического отдела вегетативной нервной системы и мозгового вещества надпочечников — адреналин и норадреналин. В то же время катехоламины оказывают стимулирующие воздействия на альфа-клетки поджелудочной железы, продуцирующие глюкагон.