HORMONY TRZUSTKI – REGULACJA PRZEMIAN WĘGLOWODANOWYCH

HORMON jest substancją regulacyjną, produkowaną (najczęściej) przez wyspecjalizowany narząd gruczołowy i transportowaną poprzez krew do komórek docelowych, czyli takich, które na swojej powierzchni, w cytoplazmie lub w jądrze posiadają receptor wiążący dany hormon. Związanie hormonu przez receptor uruchamia ciąg reakcji pobudzających bądź hamujących określone procesy metaboliczne. Hormony, pod względem ich natury dzielimy na: hormony peptydowe i białkowe, hormony pochodne aminokwasów oraz hormony steroidowe.

Trzustka jest niewielkim gruczołem położonym w górnej części jamy brzusznej sąsiadującym bezpośrednio z dwunastnicą. Pod względem funkcjonalnym trzustka składa się z części wewnątrzwydzielniczej (hormonalnej) i zewnątrzwydzielniczej (trawiennej). Część trawienna produkuje sok trzustkowy zawierający enzymy trawienne. Sok nazywany jest także śliną brzucha ze względu na podobieństwo jego konsystencji i barwy do śliny. Część hormonalna utworzona przez komórki alfa i beta wysepek Langerhansa produkuje hormony insulinę i glukagon. Hormony te należą do grupy hormonów peptydowych i białkowych.

INSULINA jest hormonem polipeptydowym wytwarzanym przez komórki beta wysepek Langerhansa. Zbudowana jest z dwóch łańcuchów polipeptydowych: A zawierającego 21 reszt aminokwasowych i B zawierającego 30 reszt aminokwasowych. Poszczególne łańcuchy są połączone między sobą dwoma międzyłańcuchowymi mostkami dwusiarczkowymi. Ponad to łańcuch A ma wewnątrzłańcuchowy mostek dwusiarczkowy między resztami cysteinowymi, występującymi w pozycji 6 i 11. W przypadku rozerwania łańcuchów insulina traci swoje właściwości. Istnieją tylko niewielkie różnice w sekwencji aminokwasowej insuliny różnych gatunków. Insulina bydlęca różni się od insuliny ludzkiej sekwencją aminokwasową tylko w 3 pozycjach, podczas gdy insulina świńska różni się od ludzkiej jedynie aminokwasem C – końcowym łańcucha B. Zamiast treoniny zawiera alaninę. Pozwala to na syntezę insuliny ludzkiej poprzez zamianę C-końcowej alaniny na treoninę.
Insulina powstaje w komórce syntetyzującej w postaci jednołańcuchowego prekursora, zwanego preproinsuliną. Sekwencja sygnalna zostaje odcięta w świetle szorstkiej siateczki endoplazmatycznej. Tak powstaje jednołańcuchowa proinsulina, mająca trzy wewnątrzłańcuchowe mostki dwusiarczkowe. Proinsulina przemieszcza się z szorstkiej siateczki endoplazmatycznej do aparatu Golgiego, gdzie ulega proteolizie polegającej na wycięciu peptydu łączącego (peptydu C), złożonego z 35 reszt aminokwasowych. Jednołańcuchowa proinsulina przechodzi w dwułańcuchową insulinę. Insulina magazynowana jest w ziarnistościach cytosolowych, skąd jest uwalniana w wyniku egzocytozy. Cząsteczka insuliny funkcjonuje bardzo krótko. Jest rozkładana przez insulinazę, obecną w wątrobie i nerce. Jej okres półtrwania wynosi około 6 minut. Umożliwia to szybką zmianę stężenia insuliny we krwi, zależnie od sytuacji metabolicznej.
Wydzielanie insuliny przez komórki beta jest ściśle skoordynowane z uwalnianiem glukagonu przez komórki alfa. Wzajemne relacje między ilościami insuliny i glukagonu, uwalnianymi poprzez trzustkę, są regulowane przez ilość glukozy przyswojonej z pokarmu i powstałej w wyniku glukoneogenezy lub glikogenolizy oraz poprzez wielkość zużycia glukozy w tkankach.
Komórki beta są bardzo wrażliwe na zmianę stężenia glukozy we krwi. Wzrost stężenia glukozy we krwi jest sygnałem do zwiększonego wydzielania insuliny a zmniejszeniem wydzielania glukagonu.
Na wydzielanie insuliny ma wpływ także spożycie białek oraz niektóre hormony przewodu pokarmowego, głównie sekretyna, które zwiększają stężenie hormonu we krwi. Synteza i wydzielanie insuliny obniża się w stanie hipoglikemii i pod wpływem stresu.
Insulina pobudza takie procesy, których końcowym efektem jest zmniejszenie stężenia glukozy. Zachodzi to poprzez zwiększone utlenianie glukozy, zahamowanie glukoneogenezy i glikogenogenezy. Wpływ insuliny na mechanizm glukozy jest najbardziej wyraźny w odniesieniu do wątroby, mięśni i tkanki tłuszczowej. W wątrobie insulina obniża wytwarzanie glukozy poprzez hamowanie glukoneogenezy i glikogenolizy. W mięśniach i w wątrobie zwiększa glikogenogenezę. W mięśniach i tkance tłuszczowej insulina wzmaga wychwyt glukozy poprzez zwiększanie liczby przenośników tego cukru w błonie komórkowej.
Insulina działa na komórkę docelową poprzez receptor błonowy, bez udziału wtórnego przekaźnika. Wiąże się ona z ze swoistym receptorem o wysokim powinowactwie do tego hormonu, zlokalizowanym w błonie plazmatycznej komórek większości tkanek, wśród nich wątroby, mięśni i tkanki tłuszczowej. Receptor insuliny jest syntetyzowany w postaci jednołańcuchowego polipeptydu. Jest glikozylowany i cięty na podjednostki alfa i beta, które następnie układają się w tetramer powiązany wiązaniami dwusiarczkowymi. Hydrofobowa domena każdej podjednostki beta przenika przez całą grubość błony plazmatycznej. Podjednostki alfa maja lokalizację pozakomórkową, zawierają miejsce wiązania insuliny. Związanie insuliny przez podjednostki alfa receptora insulinowego wywołuje zmiany konformacyjne, które są przenoszone na domeny cytoplazmatyczne podjednostek beta, nadając im aktywność kinazy tyrozynowej. Następuje szybka autofosforylacja swoistych reszt tyrozylowych w każdej z podjednostek beta.
Kompleks insulina- receptor ulega internalizacji. Wewnątrz komórki insulina jest rozkładana w lizosomach. Podwyższone stężenie insuliny pobudza degradację receptorów, zmniejszając przez to ich liczbę na powierzchni komórek. W ten sposób komórka broni się przed nadmierną stymulacją insulinową.
Efekty działania insuliny pojawiają się w różnym czasie. Najszybszą odpowiedzią, pojawiającą się w kilka sekund po związaniu hormonu przez receptor, jest wzrost transportu glukozy do komórek.

GLUKAGON jest polipeptydem jednołańcuchowym złożonym z 29 reszt aminokwasowych. Jest wytwarzany przez komórki alfa wysepek Langerhansa. W odróżnieniu od insuliny sekwencja aminokwasowa glukagonu jest jednakowa u wszystkich ssaków. Glukagon jest syntetyzowany w postaci wielocząsteczkowego prekursora, z którego drogą serii reakcji proteolitycznych uwalnia się glukagon. Należy do grupy hormonów przeciwregulacyjnych, ponieważ działa przeciwstawnie do insuliny. Najważniejszym z tych efektów jest wzrost stężenia glukozy w płynach pozakomórkowych. Glukagon zwiększa dopływ glukozy do krwi poprzez aktywację glikogenolizy i glukoneogenezy w wątrobie.
Komórki alfa odpowiadają na różne bodźce, które sygnalizują aktualną lub potencjalną hipoglikemię, a szczególnie na niskie stężenie glukozy we krwi. Obniżenie stężenia glukozy w osoczu jest głównym sygnałem do uwalniana glukagonu. W ciągu nocnej lub przewlekającej się przerwy między posiłkami stężenie glukozy maleje, co jest sygnałem do wydzielania glukagonu prze komórki alfa. Podwyższone stężenie glukagonu zapobiega hipoglikemii. Sekrecja glukagonu zmniejsza się szczególnie znacząco w następstwie podwyższenia stężenia cukru we krwi oraz wzrostu stężenia insuliny. Sytuacja taka następuje po posiłku bogatym w węglowodany.
Dożylnie podany glukagon prowadzi natychmiast do wzrostu stężenia cukru we krwi.
Glukagon wiąże się z dużym powinowactwem do receptorów w błonie komórkowej hepatocytów. Receptor ten jest zbudowany inaczej niż receptor insuliny. Związanie glukagonu powoduje aktywacje cyklazy adenylanowej w błonie plazmatycznej.

CUKRZYCA Jest schorzeniem wynikającym z zaburzenia przemiany materii, w którym trzustka nie jest w stanie wyprodukować dostatecznej ilości insuliny działającej na węglowodany. Dochodzi więc do podwyższenia zawartości cukru (glukozy) we krwi i wydalania go wraz z moczem. W większości przypadków problem polega na tym, że glukoza pomimo obecności we krwi nie może zostać wykorzystana przez poszczególne komórki i tkanki. Pomimo tego, że cukier jest obecny w krwiobiegu, organizm nie może go wykorzystać. Pociąga to za sobą szereg innych zaburzeń w gospodarce białkowej, tłuszczowej oraz kwasowo – zasadowej, a to doprowadza do powolnego uszkadzania tkanek oraz narządów. Organizm stara się zaspokajać swoje zapotrzebowanie energetyczne wykorzystując tłuszcze, a następnie białka.
Zniszczenie komórek beta powoduje zanik wydzielania insuliny i niekontrolowane działanie glukagonu. Rozwija się zespół chorobowy, zwany cukrzycą (typu 1), w przebiegu którego dochodzi przede wszystkim do spowolnienia przemiany glukozy. Następuje zmniejszenie aktywności głównych enzymów glikolizy: fosfofruktokinazy i kinazy pirogronianowej. Zmniejsza się zużycie glukozy w procesie glikolizy, co znacznie ogranicza znaczenie tego cukru jako substratu energetycznego.
Cukrzyca jest chorobą, która może występować zarówno u ludzi, jak i u różnych gatunków zwierząt. Najczęściej występuje u psów. Samce psów chorują dwukrotnie częściej niż suki, natomiast sterylizowane suki 7-krotnie częściej niż kastrowane samce. Choroba ta dotyczy niewielkiej liczby psich pacjentów, najczęściej zapadają na nią sznaucery miniaturowe, pudle, labradory, jamniki oraz beagle pomiędzy szóstym, a ósmym rokiem życia. Choroba jest zazwyczaj nieuleczalna, choć mimo to, psy mogą żyć z nią przez wiele lat. Przypadki przejściowe i uleczalne występują niezwykle rzadko. U pacjentów tych choroba nie daje zwykle objawów zewnętrznych.
95% psich cukrzyków cierpi na tak zwaną cukrzycę insulino zależną, wynikającą z upośledzenia produkcji insuliny przez trzustkę. Insulina jest anabolicznym hormonem peptydowym, który umożliwia wnikanie glukozy do wnętrza każdej komórki organizmu. Po każdym posiłku, kiedy poziom glukozy we krwi wzrasta, z mózgu do trzustki wysyłany jest sygnał o konieczności wyrzutu odpowiedniej porcji insuliny do krwi. Kiedy trzustka jest z jakiegoś powodu uszkodzona, nie produkuje ona niezbędnego do życia hormonu. Doprowadza to do sytuacji kiedy cukier, pomimo, iż jego stężenie we krwi jest wysokie, nie może być przez organizm wchłaniany i wykorzystany. Jego nadmiar początkowo usuwany jest wraz z moczem przez nerki, a kiedy filtracja nerkowa staje się niewystarczająca, zwierzę zapada w tak zwaną śpiączkę cukrzycową.
Drugim, występującym dużo rzadziej typem choroby jest cukrzyca insulino niezależna. W tym przypadku problem dotyczy uszkodzenia receptorów komórkowych, które pomimo obecności insuliny, nie są w stanie przetransportować cząstek glukozy z krwi do wnętrza poszczególnych komórek. Zaburzenie takie może być spowodowane między innymi otyłością, długotrwałą antykoncepcją hormonalną, różnymi infekcjami, a także stosowaniem leków sterydowych.
Cukrzyca występuje także u kotów, rzadko u przeżuwaczy, przy tym jej przebieg u przeżuwaczy jest dużo lżejszy. Niezwykle rzadko u koni.

Źródła:
1. Edward Bańkowski „ Biochemia”
2. http://www.poradnikmedyczny.pl/mod/archiwum/245 - Poradnik Medyczny
3. http://plonsk.7dni.org/2011/07/10/czy-psy-moga-chorowac-na-cukrzyce/
4. Czasopismo „Życie weterynaryjne” Endokrynopatie u koni. Cukrzyca. Część 1 – cukrzyca pierwotna