Функции гормона глюкагона и причины нарушения его секреции. Гормон глюкагон: где вырабатывается, функции и механизм действия Гормон глюкагон вырабатывается

После опустошения депо гликогена в печени на фоне дальнейшего введения глюкагона можно наблюдать параллельно развивающуюся гипергликемию. Это является результатом повышения поступления аминокислот в клетки печени под влиянием глюкагона с последующим превращением их в глюкозу в результате глюконеогенеза. Этот эффект достигается активацией множества ферментов, необходимых для транспорта аминокислот и глюконеогенеза, в особенности ферментных систем, превращающих пируват в фосфоенолпируват, что является лимитирующим скорость этапом глюконеогенеза.

Большинство других влияний обнаруживается, когда его концентрация в крови превысит максимальную величину. Возможно, одним из наиболее важных влияний глюкагона является активация липазы в жировых клетках, обеспечивающая повышение количества свободных жирных кислот, которые могут быть использованы в процессах энергообеспечения организма. Глюкагон также препятствует запасанию триглицеридов в печени, что предупреждает изъятие жирных кислот гепатоцитами из крови. Это делает их более доступными для других тканей организма.

Глюкагон в очень высокой концентрации также: (1) повышает теплообразование; (2) увеличивает кровоток в некоторых тканях, особенно в почках; (3) увеличивает секрецию желчи; (4) тормозит секрецию соляной кислоты в желудке. Возможно, что все эти влияния не имеют существенного значения в условиях нормального функционирования организма.

Регуляция секреции глюкагона

Концентрация глюкозы в крови является наиболее значимым фактором, контролирующим продукцию глюкагона.
Однако специально подчеркнем характер влияний концентрации глюкозы в крови на продукцию глюкагона прямо противоположен влияниям этого фактора на секрецию инсулина.

На рисунке показано, что снижение концентрации глюкозы в крови от уровня, сопутствующего состоянию натощак, т.е. 90 мг/дл крови, до уровня, характеризующего гипогликемию, может способствовать увеличению концентрации глюкагона в плазме в несколько раз. Напротив, увеличение концентрации глюкозы в крови до гипергликемических значений сопровождается снижением концентрации глюкагона в плазме. Таким образом, при гипогликемии глюкагон секретируется в большем количестве, что в дальнейшем вызывает повышение выхода глюкозы из печени и поэтому является важным средством компенсации гипогликемии.

Увеличение аминокислот в крови стимулирует продукцию . Высокая концентрация аминокислот в крови, которая возникает после приема белковой пищи (особенно аминокислот аланина и аргинина), стимулирует секрецию глюкагона. Это влияние аналогично тому, которое оказывали аминокислоты на продукцию инсулина. Таким образом, возникающие в этом случае изменения секреции глюкагона и инсулина не носят разнона правленного характера. Важность стимуляции аминокислотами продукции глюкагона заключается в том, что глюкагон обеспечивает быстрое превращение аминокислот в глюкозу, повышая количество глюкозы, доступной для тканей.

Физические нагрузки стимулируют секрецию глюкагона . На фоне истощающих физических нагрузок концентрация глюкагона в крови увеличивается в 4-5 раз. Непонятно, чем это провоцируется, т.к. концентрация глюкозы в крови при этом может не снижаться. Благотворность влияния глюкагона в этой ситуации заключается в том, что он препятствует снижению уровня глюкозы в крови.

Одним из факторов , который может увеличить продукцию глюкагона в этих условиях, является увеличение циркулирующих в крови аминокислот. Наряду с этим, возможно, вносит свою лепту адренергическая стимуляция островков Лангерганса.

«Гормон голода» глюкагон малоизвестен в сравнении с инсулином, хотя эти два вещества работают в теснейшей связке и выполняют одинаково важную роль в нашем организме. Глюкагон – один из основных гормонов поджелудочной железы, который вместе с инсулином отвечает за регуляцию уровня глюкозы в крови. Гормональные препараты на его основе активно используются в медицине для восстановления при сахарном диабете и подготовке к диагностике ЖКТ.

Строение и синтез глюкагона

Глюкагон называют по-разному, но чаще всего обозначают его как гормон – антагонист инсулина. Ученые Х. Кимбалл и Дж. Мурлин обнаружили новое вещество поджелудочной железы в 1923 г., через 2 года после исторического открытия инсулина. Но о незаменимой роли глюкагона в организме тогда мало кто догадывался.

Сегодня в медицине используются 2 основные функции «гормона голода» – гипергликемическая и диагностическая, хотя на самом деле вещество выполняет в организме сразу несколько важных задач.

Глюкагон – белок, точнее, пептидный гормон по своему химическому строению. По структуре это одноцепочечный полипептид, состоящий из 29 аминокислот. Образуется он из препроглюкагона – еще более мощного полипептида, включающего 180 аминокислот.

При всей важности глюкагона в организме аминокислотное строение его достаточно простое, а если говорить научным языком, «высококонсервативное». Так, у человека, коровы, свиньи и крысы строение этого гормона абсолютно одинаково. Поэтому препараты глюкагона обычно получают из поджелудочной железы быка или свиньи.

Функции и действие глюкагона в организме

Секреция глюкагона происходит в эндокринной части поджелудочной железы под интригующим названием «островки Лангерганса». Пятую часть этих островков составляют особые альфа-клетки, которые и продуцируют гормон.

На выработку глюкагона влияют 3 фактора:

Концентрация глюкозы в крови (падение уровня сахара до критического может спровоцировать увеличение объема «гормона голода» в плазме в несколько раз).
Увеличение количества аминокислот в крови, особенно аланина и аргинина.
Активные физические нагрузки (изматывающие тренировки на пределе человеческих возможностей повышают концентрацию гормона в 4-5 раз).

Попадая в кровь, «гормон голода» устремляется к рецепторам клеток печени, связывается с ними и стимулирует выброс глюкозы в кровь, поддерживая ее на стабильном, постоянном, уровне. Также гормон глюкагон поджелудочной железы выполняет следующие задачи в организме:

активизирует распад липидов и понижает уровень холестерина в крови
усиливает кровоток в почках
способствует быстрому выведению натрия из организма (а это улучшает работу сердца)
участвует в регенерации клеток печени
стимулирует выход инсулина из клеток

Также глюкагон – незаменимый соратник адреналина в обеспечении реакции организма «бей или беги». При выбрасывании в кровь адреналина глюкагон повышает объем глюкозы практически мгновенно, чтобы подпитать скелетные мышцы, и усиливает снабжение мышц кислородом.

Норма глюкагона в крови и ее нарушения

Норма глюкагона в крови различается для детей и взрослых. У детей 4-14 лет уровень «гормона голода» способен варьироваться в пределах 0-148 пг/мл, для взрослых допускается разбег в 20-100 пг/мл. Но если показатель глюкагона опускается или поднимается ниже нормативных значений, это может сигнализировать о самых разных проблемах в организме .

Снижение глюкагонового уровня в крови нередко говорит о муковисцидозе, хроническом панкреатите, диагностируется после панкреатэктомии (удаление поджелудочной).

Повышение уровня гормона – это возможный признак следующих патологий:

сахарный диабет 1-го типа
глюкагонома (опухоль зоны альфа-клеток в поджелудочной железе)
острый панкреатит
цирроз печени
синдром Кушинга
хроническая почечная недостаточность
острая гипогликемия
любой тяжелый стресс (травмы, ожоги, операции и др.)

Показания к применению препарата глюкагона

Синтетический глюкагон в медицине применяют в двух случаях. Первое предназначение – это коррекция тяжелых форм гипогликемии, когда по каким-либо причинам невозможна инфузия (капельница) глюкозы. Второе значение глюкагона – подготовка исследования верхнего и нижнего отделов ЖКТ, особенно при лучевой диагностике.

Для лечения сахарного диабета 2-го типа также может использоваться глюкагоноподобный пептид. Это вещество имеет сходное с глюкагоном строение, но является инкретином – синтезируется в кишечнике после приема пищи. Препарат призван скорректировать уровень глюкозы, в отдельных случаях – даже без дополнительного введения инсулина.

Перечень показаний к приему гормональных препаратов глюкагона включает:

шоковую терапию для больных с психическими расстройствами
сахарный диабет с одновременной гипогликемией
вспомогательный препарат для лабораторной диагностики
снятие спазмов при остром дивертикулезе кишечника
расслабление гладких мышц желудка и кишечника

Способ применения глюкагона и противопоказания

Существует 3 основных варианта инъекции глюкагона – внутривенно, внутримышечно и подкожно. Если требуется экстренная помощь (например, при гипогликемической коме), используются исключительно первые два варианта.

Стандартная доза гормонального препарата для лечебных целей – 1 мг. Улучшение наступает обычно уже через 10 минут. Для подготовки к диагностике необходимо 0,25-2 мг, дозировку определяет лечащий врач.

Существуют особые рекомендации по применению препарата для детей и беременных женщин. Поскольку глюкагон не проникает через плацентарный барьер, использовать его во время вынашивания ребенка можно . Но – только в экстренных случаях и по решению врача. Применение глюкагоновых препаратов для детей весом меньше 20-25 кг не рекомендуется. При крайней необходимости вводят дозу 500 мкг и в течение 15 минут тщательно следят за состоянием юного пациента. При необходимости можно увеличить дозу на 20-30 мкг.

При терапии глюкагоновыми препаратами очень важен и восстановительный период. После улучшения пациенту необходима белковая пища, сладкий чай и полный покой 2-3 часа. Если гормональное лекарство не помогло, требуется внутривенный прием глюкозы.

Первые появившиеся в продаже препараты инсулина обладали следующей особенностью: у принимавших их больных содержание глюкозы в плазме сначала повышалось и лишь потом снижалось. Этот факт объясняется наличием в препарате примеси другого пептида - глюкагона, второго гормона островковых клеток поджелудочной железы.

Химические свойства

Глюкагон представляет собой одноцепочечный полипептид (мол. масса 3485), состоящий из 29 аминокислотных остатков (рис. 51.18). В молекуле глюкагона нет дисульфидных связей, поскольку в ней нет остатков цистеина. По некоторым иммунологическим и физиологическим свойствам глюкагон аналогичен энтероглюкагону - пептиду, экстрагированному из слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки. Кроме того, 14 из 27 аминокислотных остатков глюкагона идентичны таковым в молекуле секретина (табл. 52.5).

Биосинтез и метаболизм

Основным местом синтеза глюкагона служат А-клетки островкового аппарата поджелудочной железы. Однако довольно большие количества этого гормона могут вырабатываться и в других местах желудочно-кишечного тракта. Глюкагон синтезируется в виде значительно более крупного предшественника - проглюкагона (мол. масса около 9000). Обнаружены и более крупные молекулы, однако не ясно, являются ли они предшественниками глюкагона или близкородственными пептидами. Лишь 30- 40% иммунореактивного «глюкагона» в плазме приходится на долю панкреатического глюкагона. Остальная часть-это более крупные молекулы, лишенные биологической активности.

В плазме глюкагон находится в свободной форме. Поскольку он не связывается с транспортным белком, период его полужизни мал (около 5 мин). Инактивация этого гормона происходит в печени под действием фермента, который, расщепляя связь между Ser-2 и Gln-З, удаляет с N-конца две аминокислоты. Печень - первый барьер на пути секретируемого глюкагона, и, поскольку она быстро инактивирует этот гормон, содержание его в кровиворотной вены гораздо выше, чем в периферической крови.

Регуляция секреции

Секреция глюкагона подавляется глюкозой - эффект, подчеркивающий противоположную метаболическую роль глюкагона и инсулина. Подавляет ли глюкоза секрецию глюкагона непосредственно или ее ингибирующий эффект опосредуется действием инсулина или ИФР-1, не ясно, поскольку оба последних гормона подавляет высвобождение глюкагона. На его секрецию влияют и многие другие соединения, включая аминокислоты, жирные кислоты и кетоновые тела, гормоны желудочно-кишечного тракта и нейромедиаторы.

Физиологические эффекты

Эффекты глюкагона, как правило, противоположны эффектам инсулина. Если инсулин способствует запасанию энергии, стимулируя гликогенез, липогенез и синтез белка, то глюкагон, стимулируя гликогенолиз и липолиз, вызывает быструю мобилизацию источников потенциальной энергии с образованием глюкозы и жирных кислот соответственно. Глюкагон - наиболее активный стимулятор глюконеогенеза; кроме того, он обладает и кетогенным действием.

Печень - основная мишень глюкагона. Связываясь со своими рецепторами на плазматической мембране гепатоцитов, глюкагон активирует аденилатциклазу. Генерируемый при этом сАМР в свою очередь активирует фосфорилазу, которая ускоряет распад гликогена, а одновременное ингибирование гликогенсинтазы тормозит образование последнего (см. гл. 44). Для этого эффекта характерна и гормональная, и тканевая специфичность: глюкагон не влияет на гликогенолиз в мышце, а адреналин активен и в мышцах, и в печени.

Повышенное содержание сАМР индуцирует ряд ферментов глюконеогенеза, стимулируя превращение аминокислот в глюкозу. Главная роль среди этих ферментов принадлежит ФЕПКК. Глюкагон опосредованно через с АМР повышает скорость транскрипции гена ФЕПКК, стимулируя тем самым синтез больших количеств ФЕПКК. Этот эффект противоположен действию инсулина, который подавляет транскрипцию гена ФЕПКК. Другие примеры приведены в табл. 51.7. Суммарный эффект

Рис. 51.19. Аминокислотная последовательность соматостатина. (Reproduced, with permission, from Karam J. H., Salber P. R., Forsham P. H. Pancreatic hormones and diabetes mellitus. In: Basic and Clinical Endocrinology, 2nd ed. Greenspan F. S., Forsham P. H. (editors). Appleton and Lange. 1986.)

Таблица 51.7. Ферменты, индуцируемые или репрессируемые инсулином или глюкагоном. (Slightly modified and reproduced, with permission from Karam J. H., Sa-bler P. R., Forsham P. H. Pancreatic hormones and diabetes mellitus. In: Basic and Clinical Endocrinology, 2nd ed., Greenspan F. S., Forsham P. H. (eds.), Appleton a. Lange, 1986.)

глюкагона в печени сводится к повышенному образованию глюкозы. Поскольку большая ее часть покидает печень, концентрация глюкозы в крови под влиянием глюкагона повышается.

Глюкагон - мощный липолитический агент. Повышая содержание сАМР в адипоцитах, он активирует гормон - чувствительную липазу. Образующиеся при этом в большом количестве жирные кислоты могут использоваться в качестве источников энергии или превращаться в кетоновые тела (ацетоацетат и p-гидроксимасляная кислота). Это важный аспект метаболизма при диабете, поскольку при инсулиновой недостаточности содержание глюкагона всегда повышено.

Основными гормонами поджелудочной железы являются инсулин и глюкагон. Механизм действия этих биологически активных веществ направлен на поддержание сахарного равновесия в крови.

Для нормальной жизнедеятельности организма важно поддерживать концентрацию глюкозы(сахара) на постоянном уровне. С каждым приемом пищи, при воздействии на организм внешних факторов показатели сахара изменяются.

Инсулин снижает концентрацию глюкозы транспортируя ее в клетки, а также частично превращая ее в гликоген. Это вещество откладывается в печени и мышцах про запас. Объемы гликогенового депо ограничены, а избыточное количество сахара(глюкоза) частично превращается в жир.

Задача глюкагона превратить гликоген в глюкозу , если ее показатели ниже нормы. Еще одно название этого вещества – «гормон голода».

Роль глюкагона в организме, механизм действия

Головной мозг, кишечник, почки, печень – основные потребители глюкозы. Например, центральная нервная система потребляет 4 грамма глюкозы за 1 час. Поэтому очень важно постоянно поддерживать ее нормальный уровень.

Гликоген - вещество, которое храниться в основном в печени, это запас около 200 грамм. При недостатки глюкозы или когда требуется дополнительная энергия (физические нагрузки, бег) гликоген распадается, насыщая кровь глюкозой.
Данного хранилища хватает на приблизительно 40 минут. Потому в спорте часто говорят, что жир сгорает только после получасовой тренировки, когда вся энергия в виде глюкозы и гликогена израсходована.

Поджелудочная железа относится к железам смешанной секреции – она вырабатывает кишечный сок, который выделяется в 12-перстную кишку и секретирует несколько гормонов, поэтому ее ткань анатомически и функционально дифференцирована. В островках Лангерганса альфа-клетками осуществляется синтез глюкагона . Вещество может синтезироваться другими клетками органов желудочно-кишечного тракта.

Запускают сразу несколько факторов:

Снижение концентрации глюкозы до критически низких показателей.
Уровень инсулина.
Повышение содержания в крови аминокислот (в частности, аланина и аргинина).
Чрезмерные физические нагрузки (например, во время активных или тяжелых тренировок).

Функции глюкагона связаны с другими важными биохимическими и физиологическими процессами:

усиление кровообращения в почках;
поддержание оптимального электролитического баланса за счет увеличения скорости выведения натрия, что улучшает деятельность сердечно-сосудистой системы;
восстановление ткани печени;
активизация выхода клеточного инсулина;
увеличение содержания кальция в клетках.

В стрессовой ситуации, проявляются физиологические эффекты глюкагона. Он активно расщепляет гликоген, повышая тем самым уровень глюкозы , активизирует поступление кислорода, чтобы обеспечить мышцы дополнительной энергией. Для поддержания сахарного равновесия глюкагон активно взаимодействует с кортизолом и соматотропином.

Повышенный уровень

Повышенная секреция глюкагона связана гиперфункцией поджелудочной железы, которую вызывают следующие патологии:

опухоли в зоне альфа-клеток (глюкагонома);
острый воспалительный процесс в тканях поджелудочной (панкреатит);
разрушение клеток печени (цирроз);
хроническая почечная недостаточность;
сахарный диабет первого типа;
синдром Кушинга.

Любые стрессовые ситуации (в том числе, операции, травмы, ожоги), острая гипогликемия (низкая концентрация глюкозы), преобладание в рационе белковой пищи вызывают повышение уровня глюкагона, и функции большинства физиологических систем нарушаются.

Пониженный уровень

Дефицит глюкагона наблюдается после операции по удалению поджелудочной железы (панкреатэктомии). Гормон является своеобразным стимулятором поступления в кровь необходимых веществ и поддержания гомеостаза. Пониженный уровень гормона наблюдается при муковисцидозе (генетической патологии, связанной с поражением желез внешней секреции), панкреатите в хронической форме.

Анализы – норма – как сдавать

Состояние, когда глюкагон образуется в избыточном количестве, имеет серьезные последствия. Происходит перенасыщение организма глюкозой, жирными кислотами. Единичные случаи не опасны, но частые увеличения концентрации гормона вызывают тахикардию, гипертонию, другие сердечные патологии. Риск развития злокачественных новообразований – самое серьезное осложнение.

Недостаток глюкагона в течение длительного времени приводит к снижению работоспособности, головокружениям, помутнению сознания, тремору конечностей, судорогам, слабости, тошноте.

Для анализа гормона берут забор венозной крови . Для получения достоверных результатов к нему нужно правильно подготовиться:

За 10-12 часов до исследования воздержаться от приема пищи.
Исключить прием инсулина, катехоламинов и других лекарственных средств, который влияют на показатели. Если прием препаратов отменить нельзя, это указывают в направлении на анализ.
Перед забором крови пациенту необходимо в течение 30 минут полежать и расслабиться.

Фармакологическое действие

В медицине применяют синтетический глюкагон в лечебных целях при тяжелых формах гипогликемии и связанных с ней патологических состояниях. Вещество, подобное глюкагону, применяют для лечения диабета второго типа. В диагностических целях препарат востребован при исследовании органов желудочно-кишечного тракта.

Препараты на основе гормона назначаются врачами. Фармакологическое действие глюкагона направлено на:

увеличение концентрации глюкозы;
снятие спазмов мышечной системы;
изменение количества сердечных сокращений.

Показания к применению медицинского препарата

Действие гормона на концентрацию глюкозы и гликогена используют для лечения различных патологий. Показания к применению медицинского препарата следующие:

тяжелая гипогликемия, когда глюкозу невозможно ввести с помощью капельницы;
подавление моторики органов ЖКТ при лучевой диагностике;
больным с психическими нарушениями в качестве шоковой терапии;
острый дивертикулит (воспаление кишечника с образование мешкообразных выпячиваний);
патологии желчевыводящих путей;
для расслабления гладкой мускулатуры кишечника.

Противопоказания

Препарат глюкагон противопоказан при некоторых заболеваниях:

гиперчувствительность к компонентам лекарственного средства;
гипергликемия (высокая концентрация глюкозы в крови);
инсулинома (доброкачественная, реже злокачественная, опухоль островков Лангерганса поджелудочной железы);
феохромоцитома (гормонально активное новообразование, которое провоцирует повышенную секрецию катехоламинов).

Глюкагон или «гормон голода» секретирует поджелудочная железа. Он является антагонистом инсулина и принимает активное участие в поддержании сахарного равновесия в крови. Дефицит и недостаток гормона вызывает различные патологии.

Глюкагон воздействует главным образом на печень, где немедленно стимулирует гликогенолиз , а спустя более продолжительное время – глюконеогенез и кетогенез . Очищенный рецептор глюкагона из печени крысы и человека представляет собой гликопротеин с мол. массой 60000. Глюкагон взаимодействует с рецептором и активирует аденилатциклазу, увеличивая продукцию цАМФ.

Глюкагон способствует расщеплению гликогена, белков и триацилглицеролов. Он ингибирует синтез белка и стимулирует активность лизосом. Глюкагон стимулирует липолиз; вызывая фосфорилирование и тем самым активацию триацилглицероллипазы, а также сильно ингибирует липогенез. В условиях пониженного окисления глюкозы, что часто сопровождает действие глюкагона, это приводит к кетогенезу .

Глюкагон – один из основных физиологических антагонистов инсулина – особенно эффективен при дефиците последнего. С другой стороны, часто не удается обнаружить биологических эффектов инсулина на печень, если она не подвергается воздействию глюкагона.

Глюкагон – очень активный гормон; его концентрация в крови измеряется пикограммами на мл. В отличие от этого молярная концентрация адреналина, необходимая для воспроизведения сравнимого эффекта, в 30-50 раз выше той, которая создается в крови после инсулиновой гипогликемии. Это не исключает роли катехоламинов в усилении гликогенолиза, поскольку они могут одновременно стимулировать секрецию глюкагона и ингибировать секрецию инсулина.

В реакциях альфа- и бета-клеток на стимуляцию аминокислотами имеются как сходства, так и различия. Аргинин и лейцин стимулируют секреторную активность обоих типов клеток, но аланин – основной субстрат глюконеогенеза – избирательно стимулирует секрецию глюкагона, но не инсулина. Это представляется целесообразным, поскольку в крови при голодании в основном обнаруживается аланин. (Кстати, глюкокортикоиды, секреция которых при голодании возрастает, сенсибилизируют альфа-клетки к стимулирующему эффекту аланина.)

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

ПОИСК ПО САЙТУ: