а) Регуляция секреции инсулина. Ранее предполагали, что секреция инсулина регулируется только концентрацией глюкозы в крови. Однако по мере изучения роли инсулина в метаболизме белков и жиров стало очевидно, что в такой регуляции важная роль отводится аминокислотам крови наряду с другими факторами (для облегчения понимания просим вас изучить таблицу ниже).
б) Увеличение глюкозы в крови стимулирует секрецию инсулина. Натощак, когда в норме уровень глюкозы колеблется от 80 до 90 мг/дл, скорость секреции инсулина минимальна — в пределах 25 нг/мин на 1 кг массы тела, что характеризует очень небольшую физиологическую активность. Если внезапно концентрация глюкозы в крови повышается в 2-3 раза относительно нормы и сохраняется на таком уровне в течение какого-то времени, секреция инсулина значительно повышается, причем как бы в два этапа, как это показано на рисунке ниже.
1. Концентрация инсулина в плазме увеличивается почти в 10 раз в течение 3-5 мин после быстрого подъема уровня глюкозы; это является результатом немедленного выброса уже заготовленного инсулина из бета-клеток островков Лангерганса. Однако высокий уровень высвобождения инсулина не сохраняется надолго, концентрация инсулина снижается, становясь равной почти половине нормальных значений через 5-10 мин.
2. Приблизительно через 15 мин начинается второй подъем инсулиновои секреции, формирующий плато к 2-3 ч; в это время скорость секреции обычно даже превышает предшествующий максимум. Наблюдаемый процесс является следствием как дополнительного высвобождения уже запасенного инсулина, так и активации ферментных систем, синтезирующих и высвобождающих новые порции инсулина из островков.
Увеличение концентрации инсулина в плазме крови после внезапного увеличения концентрации глюкозы в крови в 2-3 раза по сравнению с нормальным уровнем. Отметьте начальный быстрый подъем концентрации инсулина, затем отсроченный и более высокий и длительный подъем концентрации, начинающейся на 15-20 мин позже
в) Отношение по принципу обратной связи между концентрацией глюкозы в крови и уровнем секреции инсулина. Как только концентрация глюкозы в крови превысит 100 мг/дл крови, скорость секреции инсулина быстро нарастает и достигает пика, становясь в 10-25 раз выше уровня базальной секреции, когда концентрация глюкозы в крови достигает 400-600 мг/дл (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок ниже).
Приблизительная секреция инсулина при различных уровнях глюкозы в плазме
Итак, увеличение секреции инсулина, стимулируемое глюкозой, чрезвычайно высоко как по скорости, так и по достигаемому уровню.
Прекращение инсулиновой секреции происходит столь же быстро, как и ее повышение, практически через 3-5 мин после снижения концентрации глюкозы в крови до уровня, регистрируемого в норме натощак.
Характер секреции инсулина, связанный с подъемом концентрации глюкозы, обеспечивается чрезвычайно важным для поддержания концентрации глюкозы в крови механизмом обратной связи. В соответствии с ним любое повышение глюкозы в крови увеличивает секрецию инсулина. А инсулин, в свою очередь, увеличивает поступление глюкозы в клетки печени, мышцы и прочие ткани и понижает уровень глюкозы, возвращая его к нормальным значениям.
Видео физиология гормонов поджелудочной железы и регуляции уровня глюкозы — профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Гормон стимулирующий усвоение глюкозы тканями
Одним из интегральных показателей внутренней среды, отражающим обмен в организме углеводов, белков и жиров, является концентрация в крови глюкозы. Она является не только источником энергии для синтеза жиров и белков, но и субстратом для их синтеза. В печени происходит новообразование углеводов из жирных кислот и аминокислот.
Нормальное функционирование клеток нервной системы, поперечнополосатых и гладких мышц, для которых глюкоза является важнейшим энергосубстратом, возможно при условии, что приток к ним глюкозы обеспечит их энергетические потребности. Это достигается при содержании в литре крови у человека в среднем 1 г (0,8—1,2 г) глюкозы (рис. 12.2). Из схемы на этом рисунке следует, что при нормальном уровне содержания глюкозы в крови происходит образование гликогена в печени и мышцах, синтез жиров, ее потребление клетками мозга, мышцами и другими тканями. В условиях гипергликемии избыточное количество глюкозы удаляется из крови через почки, увеличивается синтез гликогена. При гипогликемии усиливается гликогенолиз под влиянием адреналина и глюкагона.
Читайте также: Роспись нитью по ткани
Сдвиги в концентрации глюкозы в крови от «заданного» (константного) значения воспринимаются глюкорецепторами гипоталамуса, который реализует свои регулирующие влияния на клетки через симпатический и парасимпатические отделы вегетативной нервной системы. Эти влияния обусловливают срочное повышение или снижение выработки инсулина, глюкагона и адреналина эндокринным аппаратом поджелудочной железы и надпочечников. Более медленный эффект гипоталамических влияний осуществляется через гормоны гипофиза. Для поддержания константного уровня концентрации глюкозы существует и более короткая петля обратной связи — влияние глюкозы, циркулирующей в крови, непосредственно на бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин.
При снижении содержания глюкозы в литре крови до уровня менее 0,5 г, вызванном голоданием, передозировкой инсулина, имеет место недостаточность снабжения энергией клеток мозга. Нарушение их функций проявляется учащением сердцебиения, слабостью и тремором мышц, головокружением, усилением потоотделения, ощущением голода. При дальнейшем снижении концентрации глюкозы в крови указанное состояние, именуемое гипогликемией, может перейти в гипогликемическую кому, характеризующуюся угнетением функций мозга вплоть до потери сознания. Введение в кровь глюкозы, прием сахарозы, инъекция глюкагона предупреждают или ослабляют эти проявления гипогликемии. Кратковременное повышение уровня глюкозы в крови (гипергликемия) не представляет угрозы для здоровья человека.
В крови организма человека обычно содержится около 5 г глюкозы. При среднесуточном потреблении с пищей взрослым человеком, занимающимся физическим трудом, 430 г углеводов в условиях относительного покоя, тканями ежеминутно потребляется около 0,3 г глюкозы. При этом запасов глюкозы в циркулирующей крови достаточно для питания тканей на 3—5 мин и без ее восполнения неминуема гипогликемия. Потребление глюкозы возрастает при физической и психоэмоциональной нагрузках. Так как периодический (несколько раз в день) прием углеводов с пищей не обеспечивает постоянного и равномерного притока глюкозы из кишечника в кровь, в организме существуют механизмы, восполняющие убыль глюкозы из крови в количествах, эквивалентных ее потреблению тканями. При достаточном уровне концентрации глюкозы в крови она частично превращается в запасаемую форму — гликоген. При уровне более 1,8 г в литре крови происходит выведение ее из организма с мочой.
Избыток глюкозы, поступившей из кишечника в кровь воротной вены, поглощается гепатоцитами. При повышении в них концентрации глюкозы активируются ферменты углеводного обмена печени, превращающие глюкозу в гликоген. В ответ на повышение уровня сахара в крови, протекающей через поджелудочную железу, возрастает секреторная активность бета-клеток островков Лангерганса. В кровь выделяется большее количество инсулина — единственного гормона, обладающего резким понижающим концентрацию сахара в крови действием. Под влиянием инсулина повышается проницаемость для глюкозы плазматических мембран клеток мышечной и жировой тканей. Инсулин активирует в печени и мышцах процессы превращения глюкозы в гликоген, улучшает ее поглощение и усвоение скелетными, гладкими и сердечной мышцами. Под влиянием инсулина в клетках жировой ткани из глюкозы синтезируются жиры. Одновременно выделяющийся в больших количествах инсулин тормозит распад гликогена печени и глюконеогенез.
Содержание глюкозы в крови оценивается глюкорецепторами переднего гипоталамуса, а также его полисенсорными нейронами. В ответ на повышение уровня глюкозы в крови выше «заданного значения» (>1,2 г/л) возрастает активность нейронов гипоталамуса, которые посредством влияния парасимпатической нервной системы на поджелудочную железу усиливают секрецию инсулина.
При понижении уровня глюкозы в крови уменьшается ее поглощение гепатоцитами. В поджелудочной железе снижается секреторная активность бета-клеток, уменьшается секреция инсулина. Тормозятся процессы превращения глюкозы в гликоген в печени и мышцах, уменьшается поглощение и усвоение глюкозы скелетными и гладкими мышцами, жировыми клетками. При участии этих механизмов замедляется или предотвращается дальнейшее понижение уровня глюкозы в крови, которое могло бы привести к развитию гипогликемии.
При уменьшении концентрации глюкозы в крови имеет место повышение тонуса симпатической нервной системы. Под ее влиянием усиливается секреция в мозговом веществе надпочечников адреналина и норадреналина. Адреналин, стимулируя распад гликогена в печени и мышцах, вызывает повышение концентрации сахара в крови. Норадреналин обладает слабовыраженной способностью повышать уровень глюкозы в крови.
Читайте также: Как вышивать узоры тканью
Под влиянием симпатической нервной системы стимулируется выработка альфа-клетками поджелудочной железы глюкагона, который активирует распад гликогена печени, стимулирует глюконеогенез и приводит к повышению уровня глюкозы в крови.
Понижение в крови концентрации глюкозы, являющейся для организма одним из наиболее важных энергетических субстратов, вызывает развитие стресса. В ответ на снижение уровня сахара крови глюкорецепторные нейроны гипоталамуса через рилизинг-гормоны стимулируют секрецию гипофизом в кровь гормона роста и адренокортикотропного гормона.
Под влиянием гормона роста уменьшается проницаемость клеточных мембран для глюкозы, усиливается глюконеогенез, активируется секреция глюкагона, в результате чего уровень сахара в крови увеличивается.
Секретируемые под действием адренокортикотропного гормона в коре надпочечников глюкокортикоиды активируют ферменты глюконеогенеза и этим способствуют увеличению содержания сахара в крови.
Регуляция обмена веществ и энергии в организме находится под контролем нервной системы и ее высших отделов. Об этом свидетельствуют факты условно-рефлекторного изменения интенсивности метаболизма у спортсменов в предстартовом состоянии, у рабочих перед началом выполнения тяжелой физической работы, у водолазов перед их погружением в воду. В этих случаях увеличивается скорость потребления организмом кислорода, возрастает минутный объем дыхания, минутный объем кровотока, усиливается энергообмен.
Развивающееся при снижении в крови содержания глюкозы, свободных жирных кислот, аминокислот чувство голода обусловливает поведенческую реакцию, направленную на поиск и прием пищи и восполнение в организме питательных веществ.
Гормоны в организме человека. За что они отвечают
Гормоны – биологически активные вещества, вырабатывающиеся клетками эндокринных желез (желез внутренней секреции). Оттуда они поступают в кровь и с кровотоком попадают в клетки и ткани-мишени.
Там они связываются со специфическими рецепторами и таким образом регулируют обмен веществ и множество физиологических функций. Так, они отвечают:
- за обмен веществ;
- аппетит;
- настроение;
- циклы сна и бодрствования;
- температуру;
- частоту пульса и артериальное давление;
- половые функции и размножение;
- жизненные циклы клеток;
- смену жизненных периодов (детство, пубертат, юношество и т.д.)
- иммунитет;
- рост и развитие;
- выработку других гормонов и поддержание гормонального равновесия в организме.
Также гормоны могут регулировать деятельность органов, расположенных удаленно от синтезирующей их железы; при этом даже предельно малые их концентрации– от10 -12 до 10 -6 –способны вызвать существенные изменения в работе органа.
Как работает эндокринная система
Разные внешние или внутренние раздражители действуют на чувствительные рецепторы. В результате формируются импульсы, которые действуют на гипоталамус (отдел головного мозга). В ответ на них в гипоталамусе вырабатываются биоактивные вещества, поступающие по локальным сосудам в другой отдел головного мозга – гипофиз.
В ответ на их поступление в гипофизе вырабатываются гормоны гипофиза. Они попадают в кровь и, достигнув с кровотоком конкретной эндокринной железы, стимулируют в ней синтез того или иного гормона. А затем уже этот гормон поступает с кровью к гормональным рецепторам органов-мишеней, как описано выше.
По химическому строению гормоны делят на 4 вида
Стероиды – производные холестерина. Вырабатываются в коре надпочечников (кортикоиды) и половых железах (андрогены, эстрогены). В эту же группу входит кальцитриол.
Производные жирных кислот– эйкозаноиды. К ним относятся простагландины – повышают чувствительность рецепторов к боли и воспалительным процессам, тромбоксаны – участвуют в процессах свертывания крови, лейкотриены – участвуют в патогенезе бронхоспазма.
Производные аминокислот, преимущественно тирозина – гормон стресса адреналин, предшественник адреналина норадреналин и гормоны щитовидной железы.
Белково-пептидные соединения – гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон, а также гормон роста соматотропин и кортикотропин – стимулятор синтеза гормонов коры надпочечников. В эту же группу входит антидиуретический гормон вазопрессин, «гормон материнства» окситоцин и ТТГ и АКТГ.
По месту образования выделяют гормоны:
- гипофиза и гипоталамуса;
- щитовидной, паращитовидной и поджелудочной желез;
- ЖКТ и надпочечников;
- яичек и яичников;
- жировой ткани;
- предсердия.
По механизму действия различают гормоны:
- проникающие в клетки – изменяют биосинтез белка;
- не проникающие в клетки – изменяют активность ферментов;
- мембранного действия – изменяют скорость транспортирования соединений через клеточные мембраны.
По биологическим функциям различают гормоны, регулирующие:
- обмен белков, жиров и углеводов;
- водно-солевой обмен;
- обмен фосфатов и кальция;
- репродуктивные функции.
