Регуляція рівня цукру в крові
Глюкоза є основною молекулою для функціонування клітин, оскільки вона є основним джерелом енергії. Забезпечуючись їжею, він потрапляє в організм через кишечник і по крові розподіляється по всьому тілу. Концентрація глюкози в крові (глікемія), у здорової людини в плазмі крові завжди становить від 0,8 до 1,2 р. л -1. Це називається a фізіологічна константа (фізіологічні: дослідження функціонування органів).
I. Цукор у крові є регульованою змінною
Глюкоза в крові (= концентрація глюкози в крові) постійно ставиться під сумнів протягом доби, але завжди становить від 0,8 до 1,2 г.L -1 у плазмі крові, цеглікемічний гомеостаз.
А) Після їжі рівень цукру в крові швидко збільшується
Після їжі у здорової людини глюкоза при перетравленні вуглеводів з раціону проходить через стінки кишечника з іншими поживними речовинами і переходить у кров (на рівні ворсинок кишечника).
Однак рівень цукру в крові зростає дуже мало (на кілька десятих) і він швидко повертається до приблизно 1 г.L -1, що свідчить про те, що надлишок глюкози дуже швидко виводиться з крові.
Б) Між прийомами їжі рівень цукру в крові падає дуже мало
Глюкоза забирається з крові усіма клітинами в організмі і використовується як джерело енергії (це клітинне дихання).
Тіло використовує приблизно 10 - 15 г глюкози на годину, якщо воно знаходиться в повному спокої, і набагато більше, якщо воно активне.
Тому глюкоза в крові постійно використовується клітинами які використовують його як головний джерело енергії (нервові клітини та еритроцити використовують виключно глюкозу як джерело енергії), проте кількість глюкози незначно зменшується після прийому їжі. Тому кров постійно поповнюється глюкозою.
Навіть після нічного голодування рівень цукру в крові падає лише до 0,8 г/л -1, що підтверджує його консистенцію.
В) Гіпоглікемія або гіперглікемія мають серйозні наслідки
Гіпоглікемія: рівень цукру в крові нижче норми
Організм робить все, щоб запобігти гіпоглікемії, яка може завдати незворотної шкоди мозку.
Нижче 0,6 р. Л -1, нестача глюкози для нервових клітин викликає різні порушення: тремор, піт, блідість. )
Нижче 0,5 г/л -1, відсутність глюкози для нервових клітин призводить до судом, коми, пошкодження мозку, а потім смерті, якщо ситуація триває занадто довго.
Гіперглікемія: вище норми цукру в крові
Гіперглікемія в довгостроковій перспективі небезпечна: вона викликає судинні розлади (зміцнення судин), порушення роботи нирок та очей ... характерні для діабету.
Тому підтримка рівня цукру в крові від 0,8 до 1,2 г/л -1 у плазмі крові є життєво необхідною для організму. Підтримання цього рівня цукру в крові передбачає механізми регулювання.
II. Печінка є головним органом, що безпосередньо впливає на рівень цукру в крові
А) Основна роль печінки в рівні цукру в крові
Нагадування: травна система людини
Досвід Клод Бернар, зокрема відомий як "промита печінка" (1855) дав змогу уточнити роль печінки. Клод Бернар продемонстрував, що печінка здатна виділяти глюкозу в організмі.
Печінка також здатна виробляти глюкозу з молекул різної природи (наприклад, жирних кислот або амінокислот).
Завдяки введенню радіоактивної глюкози можна стежити за долею глюкози в організмі. Деякі споживаються клітинами безпосередньо, але деякі зберігаються в печінці.
Б) Після їжі печінка накопичує глюкозу
Кровоносні судини, що постачають кишечник (печінкова ворітна вена), рухаються до печінки, перш ніж йти до серця. Після їжі глюкоза, що потрапляє в кров на рівні кишечника, є надлишковою в судинах на рівні кишечника, але буде забиратися печінкою і полімеризуватися в глікоген завдяки ферментам: це процес глікогеногенез (полімеризація глюкози до глікогену, макромолекули зі структурою, відмінною від структури крохмалю).
n глюкоза == (фермент: глюкокіназа) ==> n глюкоза-фосфат == (фермент: глікогенсинтетаза) ==> глікоген
Глікоген називається запасною макромолекулою (з сімейства вуглеводів), яка знаходиться у вигляді кульки (дрібних зерен) у цитоплазмі клітин печінки. Найбільше печінка містить близько 100 г глікогену.
Інші тканини також можуть зберігати глюкозу:
- м’язова тканина: як глікоген,
- жирова тканина (жир): у формі тригліцеридів (ліпідів).
Примітка: У людини (на відміну від мишей) глюкоза перетворюється печінкою на тригліцериди, які потім зберігаються в жирових клітинах (адипоцитах): це називається ліпогенезом.
В) Печінка приносить глюкозу до крові, коли рівень цукру в крові падає
Між прийомом їжі, коли рівень цукру в крові падає, печінка поступово гідролізує свої запаси глікогену, перетворюючи їх у глюкозу за допомогою ферментів, і таким чином виділяє глюкозу в кров, яка підтримуватиме рівень цукру в крові: це називається глікогеноліз.
глікоген == (фермент: глікогенфосфорилаза) ==> n глюкоза == (фермент: глюкоза фосфатаза) ==> n глюкоза-фосфат
М’язи також виконують глікогеноліз, але він утримує утворену для власного використання глюкозу, що економить глюкозу в крові.
Жирові клітини також можуть гідролізувати свої тригліцериди: це так називається ліполіз.
тригліцерид + вода ===== (фермент) =====> гліцерин + 3 жирні кислоти (А.Г.)
Тригліцериди не можуть перетворитися назад на глюкозу, але деякі органи, такі як серце або нирки, можуть використовувати ФА як енергетичну поживну речовину замість глюкози (при гіпоглікемії), що заощадить гроші.
Під час екстремального голодування печінка здатна за допомогою ферментів перетворювати інші поживні речовини в глюкозу (гліцерин або білки): це називається глюконеогенезe.
Огляд: Тільки печінка здатна виділяти глюкозу в кров.
Синтез та деградація глікогену в клітинах печінки
III. Цукор у крові регулюється гормонами підшлункової залози
А) Демонстрація ролі підшлункової залози в регуляції рівня цукру в крові
Наприкінці XIX століття експеримент з абляції підшлункової залози у тварин, що голодували, показав, що без підшлункової залози глікемія значно зростає.
Видалення підшлункової залози викликає підвищення рівня цукру в крові
На початку 20 століття Бантінг та Бест вводили екстракти підшлункової залози собаці, з якої раніше видаляли підшлункову залозу. Це значно знизило рівень цукру в крові собаки.
Ці експерименти показують, що, незважаючи на те, що підшлункова залоза не зберігає і не виділяє глюкозу в кров, вона відіграє важливу роль у регулюванні рівня цукру в крові. Механізм регулювання включає хімічні повідомлення, що регулюються підшлунковою залозою.
Б) Підшлункова залоза - це ендокринний орган
Мікроскопічне спостереження підшлункової залози показує співіснування в ній двох наборів клітин:
- клітини ацинусів які складають більшу частину маси підшлункової залози. Вони виділяють травний сік, що виділяється через збірні протоки в кишечнику; це екзокринна функція підшлункової залози.
- решта (від 1 до 5%) складається з крихітних скупчень клітин, розкиданих між ацинусами: острівці Лангерганса. Ці острівці не мають каналів, але зрошуються кровоносними капілярами. Саме ці острівці Лангерганса виділяють гормони, що регулюють рівень цукру в крові: це ендокринна функція підшлункової залози.
Клітини підшлункової залози
Подальше спостереження з острівців Лангерганса виявляє, що вони містять 2 типи клітин:
- α клітини на околиці,
- β клітини В центрі.
Підшлункова залоза виділяє два гормони: інсулін і глюкагон.
Інсулін виробляється β-клітинами, а глюкагон - α-клітинами. Оскільки острівці Лангерганса рясно васкуляризовані, ці клітини безпосередньо виділяють гормони в кров.
Тому підшлункова залоза виконує подвійну функцію: секрецію травних ферментів і вироблення гормонів, що виділяються в крові, що дозволяє регулювати глікемію.
В) Інсулін - це гіпоглікемічний гормон
Цей гормон був відкритий в 1922 році; β-клітини, які знаходяться в центрі острівців Лангерганса, є датчиками цукру в крові, тобто вони безпосередньо чутливі до цукру в крові.
Β клітини виділяють інсулін, який є поліпептидом з 51 амінокислоти: чим більше збільшується рівень цукру в крові, тим більше збільшується виділення інсуліну.
Інсулін у крові діє лише на клітини з приймачі специфічні білки в їх плазматичній мембрані: це клітини-мішені. Інсулін не надходить у ці клітини.
Інсулін діє на велику кількість клітин-мішеней:
- клітини печінки,
- м’язові клітини,
- клітини жирової тканини (адипоцити),
- більше немає інших органів, крім клітин нервової системи.
Інсулін виконує кілька ролей:
- сприяють проникненню глюкози в печінку,
- сприяти його використанню в клітинному диханні в м’язах,
- стимулює глікогеногенез і пригнічує глікогеноліз (=> зберігання глюкози у міру збільшення глікогену в печінці),
- стимулює ліпогенез з глюкози та пригнічує гідроліз жиру.
Загалом, тому інсулін сприяє збереженню глюкози та сприяє її використанню => отже, він знижує рівень глюкози в крові. Отже, інсулін знижує рівень цукру в крові: він є гіпоглікемічним гормоном. Це єдиний гіпоглікемічний гормон в організмі.
Г) Глюкагон - це гіперглікемічний гормон
Клітини α, розташовані на периферії острівців Лангерганса, також є датчиками рівня цукру в крові.
Α клітини виділяють глюкагон (поліпептиди 29 амінокислот). Чим більше цукру в крові падає, тим більше збільшується викид глюкагону.
Глюкагон також зв'язується зі специфічними рецепторами на мембранах цих клітин-мішеней, які є лише клітинами печінки.
Глюкагон підвищує рівень цукру в крові => це гіперглікемічний гормон.
Глюкагон діє, стимулюючи глікогеноліз => підвищений викид глюкози в кров.
Примітка: В організмі є інші гіперглікемічні гормони, такі як адреналін, кортизол ...
Д) Інсулін та глюкагон є антагоністами гормонів
Коли рівень цукру в крові становить близько 1 г/л -1, секреція інсуліну та глюкагону низька: це називається базальні виділення.
Якщо рівень цукру в крові підвищується, рівень інсуліну підвищується, рівень глюкагону знижується, співвідношення інсулін/глюкагон стає дуже високим, а глюкоза зберігається.
Якщо рівень цукру в крові падає, це навпаки.
Повідомлення - не гормон (це месенджер) але концентрація гормону в крові: тому гормональне повідомлення кодується за амплітудою.
Гормони транспортуються в крові і діють лише на певні клітини організму, це клітини-мішені. Ці клітини мають рецептори гормонів, розташовані на їх плазматичній мембрані. Наприклад, у печінці зв’язування між гормоном та його рецептором активує ферменти, які будуть каталізувати синтез (інсулін) або деградацію (глюкагон) глікогену, викликаючи тим самим зберігання або вивільнення глюкози.
Отже, гормон - це молекула, що секретується у внутрішній середовищі з низькою концентрацією залозою внутрішньої секреції, яка викидається в кров і яка зв’язується зі специфічними рецепторами клітин-мішеней, активність яких вона модифікує відповідно до своєї концентрації.
IV. Цукор у крові: саморегульована система
Гомеостаз - це здатність системи мати підтримку своєї робочої рівноваги, незважаючи на зовнішні обмеження.
Тут внутрішнє середовище (кров + лімфа) повинно підтримувати постійний рівень цукру в крові (приблизно 1 гл -1), незважаючи на періоди прийому їжі, що передбачають швидке та масове надходження глюкози, та періоди голодування, протягом яких зовнішнє надходження глюкози, поки організм її споживає. це є задане значення.
Цукор у крові саморегулюється: Це його власна варіація, яка запускає механізми, що повертають його до вихідного значення. Це положення можна змоделювати на схемі:
- системний набір: рівень цукру в крові, на 1 р. л -1 .
- регулююча система, який запускається після будь-яких змін заданої системи. Ця система включає датчики глюкози в крові (острівці Лангерганса => α та β клітини), ефекторні органи, які підкоряються гормональним повідомленням інсуліну та глюкагону, які повернуть рівень цукру в крові до вихідного значення.
Підсумкова діаграма: рівень цукру в крові, саморегульована система
Висновок
У здорової людини рівень цукру в крові завжди становить від 0,8 до 1,2 г.L -1 у плазмі крові. Це глікемічний гомеостаз.
Печінка здатна синтезувати глікоген з глюкози. Глікоген - велика молекула, яка використовується для зберігання глюкози.
Цукор у крові є саморегулюючою системою:
- підвищення рівня цукру в крові виявляється датчиками β-клітин, розташованих на островах Лангерганса в підшлунковій залозі, і призводить до секреції інсуліну цими β-клітинами. Інсулін транспортується в крові і діє на ефективні органи (печінку, м’язи, жирову тканину), щоб збільшити накопичення глюкози та пригнітити її виділення.
- зниження рівня цукру в крові виявляється датчиками α-клітин, розташованих на островах Лангерганса в підшлунковій залозі, і призводить до секреції глюкагону цими α-клітинами. Глюкагон транспортується в крові та діє на ефекторні органи (печінку, м’язи, жирову тканину), щоб збільшити вивільнення глюкози та гальмувати її зберігання.
Ці механізми дозволяють підтримувати рівень цукру в крові на рівні від 0,8 до 1,2 г.L -1 .