Островки поджелудочной железы
Инсулин и глюкагон — управление сахаром в крови.
Что такое островки поджелудочной железы
Островки поджелудочной железы, или островки Лангерганса (названы по имени немецкого учёного Пауля Лангерганса, описавшего их в 1869 году), — это скопления особых клеток, разбросанные по всей толще поджелудочной железы, как изюм в булке. Именно они составляют эндокринную часть поджелудочной железы и вырабатывают гормоны, которые управляют уровнем сахара в крови.
Здесь важно сразу разделить две вещи. Поджелудочная железа — орган «на две системы». Её большая часть (около 98–99%) занята экзокринной тканью: она производит пищеварительные ферменты и выводит их в кишечник. А островки, которых всего 1–2% от объёма железы, — это её эндокринная часть: крошечные «железы внутри железы», выделяющие гормоны прямо в кровь. О пищеварительной роли поджелудочной железы — в разделе Поджелудочная железа.
Несмотря на крошечный размер, островки — жизненно важны. Их гормоны удерживают сахар в крови в узком коридоре, и без них человек быстро теряет способность управлять энергией тела. Именно с их разрушением связано такое распространённое заболевание, как диабет.
Где они находятся
Поджелудочная железа — длинный вытянутый орган длиной 15–20 сантиметров, расположенный в верхней части живота, за желудком и поперёк позвоночника. Условно в ней выделяют три части: головку (она лежит справа, охватывая двенадцатиперстную кишку), тело и хвост (он уходит влево, к селезёнке).
Островки рассеяны по всей железе, но распределены неравномерно: больше всего их в хвосте, чуть меньше — в теле и головке. Так что основную массу эндокринной ткани даёт именно левая (хвостовая) часть железы — во многом поэтому операция на хвосте поджелудочной особенно опасна для уровня сахара в крови.
Ещё одна важная особенность: островки чрезвычайно хорошо снабжаются кровью. При массе в 1–2% железы они получают около 10–15% её кровотока. Смысл понятен: гормонам нужно мгновенно попадать в кровь, потому что от этого зависит уровень сахара, а он должен постоянно измеряться и корректироваться.
Строение: островок как мини-железа
Каждый островок — это крошечная «фабрика», в которой работает несколько типов клеток. Они различаются гормоном, который производят, и расположением внутри островка.
Самые многочисленные — обычно около половины и более всех клеток островка. Расположены в центре. Вырабатывают инсулин — единственный гормон, который снижает уровень сахара в крови. Именно эти клетки гибнут при диабете 1 типа.
Второй по численности тип, расположены по периферии островка, вокруг бета-клеток. Вырабатывают глюкагон — гормон, который, наоборот, повышает уровень сахара в крови, когда он падает.
Немногочисленный тип. Вырабатывают соматостатин — гормон, который действует по соседству и регулирует работу самих бета- и альфа-клеток: он притормаживает выброс инсулина и глюкагона. Это своего рода «регулятор регуляторов» внутри островка.
Есть ещё PP-клетки, вырабатывающие панкреатический полипептид (влияет на работу пищеварительной системы), и совсем маленькая группа эпсилон-клеток, производящих грелин — гормон, связанный с чувством голода. Их роль изучена меньше.
Обратите внимание на главное: инсулин и глюкагон — противоположности, работающие в паре. Один опускает сахар, другой поднимает. Именно их равновесие и держит уровень глюкозы в норме.
Гормоны островков
Инсулин — снижает сахар
Инсулин (от лат. insula — «остров»: его назвали по месту, где он образуется, — островкам) — главный гормон эндокринной части поджелудочной железы. Его задача — помочь глюкозе попасть из крови в клетки. Без инсулина глюкоза остаётся в крови, а клетки при этом «голодают», хотя топлива вокруг полно.
Инсулин действует так:
- Открывает клетки для глюкозы. Он даёт сигнал мышцам и жировой ткани впускать глюкозу внутрь — там она используется как топливо.
- Запасает лишнее. Избыток глюкозы превращается в гликоген (запасной «крахмал» животного происхождения) в печени и мышцах — про запас, на случай голода. А если и там места нет, глюкоза откладывается в виде жира.
- Останавливает выработку сахара. Инсулин подавляет образование новой глюкозы в печени — мол, её и так достаточно.
Инсулин — единственный гормон тела, который снижает сахар в крови. Все остальные механизмы его только поднимают. Отсюда и особая уязвимость: если бета-клетки погибают, поднять сахар тело сумеет, а опустить — нет. Подробнее о регуляции сахара — в разделе Инсулин и уровень сахара.
Глюкагон — повышает сахар
Глюкагон — гормон альфа-клеток и прямая противоположность инсулина. Он выбрасывается, когда уровень сахара падает, — например, между приёмами пищи или ночью. Действует он в основном на печень:
- Разбирает запас. Глюкагон запускает гликогенолиз — расщепление гликогена обратно до глюкозы, которая выходит в кровь.
- Создаёт новую глюкозу. Если запаса гликогена не хватает, он запускает глюконеогенез — «рождение новой глюкозы» из других веществ, например из аминокислот.
Так инсулин и глюкагон работают в тандеме: один опускает сахар и запасает, другой поднимает и расходует запас. Их баланс и есть основа стабильного уровня энергии в теле.
Соматостатин и другие
Соматостатин (от греч. «тело» + «остановка») из дельта-клеток не выходит далеко за пределы островка. Он работает по паракринному типу — то есть влияет на соседние клетки, а не на весь организм через кровь. Его роль — сдерживать чересчур бурную активность бета- и альфа-клеток. Панкреатический полипептид и грелин из PP- и эпсилон-клеток изучены меньше, но тоже участвуют в тонкой настройке пищеварения и аппетита.
Как управляются островки
Островки не ждут приказа сверху — они реагируют прежде всего на сам уровень сахара в крови. Это редкий для гормональной системы пример отрицательной обратной связи, работающей напрямую — без участия гипофиза: островки сами чувствуют уровень сахара в крови.
- Сахар поднялся (например, после еды) — бета-клетки это чувствуют и выделяют инсулин. Глюкоза уходит в клетки и в запас, уровень снижается.
- Сахар упал (между приёмами пищи, ночью) — альфа-клетки выделяют глюкагон. Печень отдаёт глюкозу из запаса, уровень поднимается.
Кроме самого сахара, на островки влияют и другие сигналы. Во время еды кишечник выделяет гормоны (например, глюкагоноподобный пептид-1, сокращённо ГПП-1), которые заранее «предупреждают» бета-клетки о приходе пищи и усиливают выброс инсулина. А нервная система подстраивает эту работу под обстановку: симпатические нервы (реакция «бей или беги») могут повышать сахар, чтобы дать мышцам топливо. Так эндокринная функция островков оказывается связана и с пищеварением, и с нервами.
Что происходит при нарушениях
Болезни, связанные с островками, встречаются очень часто — потому что именно они держат в руках ключ к сахару в крови. Все они так или иначе касаются инсулина.
Аутоиммунное заболевание: иммунная система по ошибке атакует и разрушает бета-клетки островков. Инсулина становится катастрофически мало, и сахар в крови растёт без контроля. Развивается чаще всего в детстве или молодости. Проявляется жаждой, частым мочеиспусканием, похудением при хорошем аппетите и слабостью. Людям с диабетом 1 типа инсулин приходится вводить извне — пожизненно.
Самый распространённый вариант. Клетки тела теряют чувствительность к инсулину (инсулинорезистентность — «сопротивление инсулину»), поэтому бета-клеткам приходится работать всё напряжённее, и постепенно они истощаются. Развивается медленно, часто годами, и долгое время незаметно. Связан с образом жизни, но имеет и наследственную предрасположенность. Подробнее — в разделе Инсулин и уровень сахара.
Редкая опухоль из бета-клеток, которая выделяет слишком много инсулина. Сахар в крови падает ниже нормы — возникает гипогликемия: слабость, дрожь, потливость, спутанность, в тяжёлых случаях потеря сознания. Примечательно, что симптомы проходят после еды, — но диагноз ставит врач по анализам.
И высокий, и низкий сахар опасны, но по-разному. Постоянно повышенный сахар при диабете незаметно повреждает сосуды, нервы, почки, глаза — потому диабет и называют «тихим» заболеванием. А резкое падение сахара (гипогликемия) может быть острым и требует немедленной помощи. Обе крайности — следствие сбоя островков и их гормонов.
Связи с другими системами
- Пищеварительная система: островки — часть поджелудочной железы, органа пищеварения. Еда напрямую задаёт работу бета- и альфа-клеток: после еды преобладает инсулин, между приёмами пищи — глюкагон. Подробнее — в разделе Поджелудочная железа.
- Обмен веществ и энергия: инсулин и глюкагон — центральные регуляторы того, как тело запасает и расходует энергию. От них зависит уровень сахара, жировой запас и самочувствие. Подробнее — в разделе Обмен веществ и энергия.
- Эндокринная система: островки — часть эндокринной системы, а их гормоны действуют в связке с другими. Например, гормоны стресса (кортизол и адреналин) повышают сахар и работают «на одной стороне» с глюкагоном. Подробнее — в разделе Надпочечники.
- Нервная система: симпатические и парасимпатические нервы подстраивают выброс инсулина и глюкагона под ситуацию — покой это или нагрузка.
- Сердечно-сосудистая система: длительно повышенный сахар повреждает сосуды, поэтому диабет так тесно связан с болезнями сердца и сосудов.
- Гормоны пищеварения: кишечные гормоны (например, ГПП-1) заранее готовят островки к приходу пищи — так пищеварение и эндокринная регуляция работают вместе. Подробнее — в разделе Гормоны пищеварения.
Островки Лангерганса — крошечные «острова» в поджелудочной железе, которые на деле управляют одним из самых жизненно важных показателей тела — уровнем сахара в крови. Пара гормонов-антагонистов, инсулин и глюкагон, в постоянном противостоянии удерживает глюкозу в узком коридоре, давая клеткам энергию и защищая сосуды и нервы. Их пример наглядно показывает, что размер органа ничего не значит: миллион невидимых глазом скоплений клеток задаёт энергетический баланс всего организма.