Основными гормонами поджелудочной железы являются инсулин и глюкагон. Они синтезируются соответственно бета — и альфа — клетками островков Лангсрганса, представляющих собой эндокринную часть железы. Инсулин и глюкагон играют важную роль в регуляции большинства метаболических процессов и, как правило, оказывают на них противоположное действие.
Инсулин относится к простым белкам — полипептидам с молекулярной массой около 6000. Содержит 51 аминокислотный остаток. Имеет некоторые видовые различия аминокислотного состава, однако его биологическая активность почти одинакова. Предшественником инсулина является проинсулин, из которого в островковых бета-клетках под влиянием протеолитических ферментов образуется биологически активная форма гормона — инсулин.
Различают формы инсулина свободную и связанную с белками трансферрином и альфа-глобулином. Преобладание соответствующей формы инсулина обусловливает специфику его действия на обменные процессы в организме. Свободный инсулин активен по отношению ко всем тканям, а связанный — только к жировой. Связанный инсулин локализируется в белковых фракциях сыворотки крови, с которыми он образует комплексные соединения, и составляет соответствующий резерв инсулина в кровяном русле. Соотношение свободной и связанной форм инсулина в крови определяется физиологическими потребностями.
Кроме этих двух форм инсулина, нашими учеными обнаружена еще форма А, которая занимает промежуточное положение между свободным и связанным инсулином. Эта форма инсулина очень активно стимулирует поглощение глюкозы мышечной тканью. Полагают, что форма А появляется в случаях повышенной потребности организма в инсулине.
Инсулин оказывает влияние на обмен углеводов, липидов и белков через системы ферментов. При этом основная функция инсулина сводится к регуляции обмена углеводов. Он тормозит действие глюкагона и является единственным гормоном, уменьшающим количество глюкозы в крови. Инсулин стимулирует все основные процессы, связанные с обменом глюкозы. С его участием осуществляется синтез гликогена в печени и мышцах, ускоряется гликолиз в мышцах и окисление глюкозы до углекислоты и воды. Он тормозит расщепление гликогена в печени и образование углеводов из белков и жиров. При недостаточном количестве инсулина в организме нарушается превращение глюкозы в гликоген и жир. Увеличивается ее содержание в крови (гипергликемия) и выделение с мочой (глюкозурия), что связано с уменьшением проницаемости клеточных мембран. При этом в организме накапливаются токсические продукты (ацетон, ацетоуксусная кислота и др.). Увеличение концентрации инсулина в организме может привести к значительному уменьшению количества глюкозы в крови, в связи с чем истощаются нервные клетки, возникают судороги и состояние комы. Это осложняет применение инсулина для стимуляции продуктивности животных.
Он стимулирует поступление в клетки аминокислот и при участии гормона соматотропина стимулирует синтез белков-ферментов, а также структурных белков, обеспечивающих рост животных. Он способствует не только синтезу белков, но также препятствует их распаду в организме. Инсулин проявляет действие на биосинтез липидов. Под влиянием инсулина в крови уменьшается содержание ЛЖК, в связи с чем в тканях и печени увеличивается отложение жира, а в молоке увеличивается содержание молочного жира и белков. В обмене веществ важную роль играет печень. На клетки-мишени печени действие инсулина может осуществляться как путем воздействия на рецепторы, расположенные на внешней плазматической мембране клеток, так и путем проникновения внутрь клеток. Дальнейшее влияние инсулина на обменные процессы в клетках пока не изучено. Допускают, что он воздействует на генный аппарат клеток, в результате чего образуются ферменты, обеспечивающие в них соответствующие метаболические изменения. Механизм действия инсулина также объясняют изменением содержания различных ионов в клетках, необходимых для активации многих ферментов.
Основным регулятором биосинтеза и выделения инсулина является глюкоза, но непосредственного влияния на инкрецию инсулина она не оказывает. Глюкоза активирует аденилциклазу, а затем цАМФ, и таким путем стимулирует выделение инсулина. Инкрецию инсулина стимулируют соматотропин, кортикотропин, глюкокортикоиды. Тормозят выделение инсулина соматостатин, адреналин и норадреналин. На инкрецию инсулина воздействуют глюкагон, гормоны органов пищеварения (секретин и др.), аминокислоты, кальций.
Глюкагон (гипергликемический фактор, ГГФ) — представляет собой полипептид с молекулярной массой 3485, состоит из 29 аминокислотных остатков. В 1967 г. осуществлен его химический синтез. Установлено, что в слизистой оболочке тонкого кишечника имеются клетки, подобные альфа-клеткам островков Лангерганса, которые выделяют кишечный глюкагон.
Основное действие глюкагона сводится к повышению концентрации глюкозы в крови, что связано с его прямым воздействием на усиление гликогенолиза в печени, а также со стимуляцией инкреции адреналина. Однако, в отличие от адреналина, также усиливающего расщепление гликогена в печени, глюкагон не влияет на расщепление гликогена в мышцах.
Гликогенолиз, стимулируемый глюкагоном, как полагают, быстро обеспечивает потребности организма в больших количествах глюкозы, но длится недолго.
Наряду с гликогенолизом, глюкагон влияет на образование глюкозы — глюконеогенез, с помощью которого в крови длительное время поддерживается необходимая концентрация глюкозы. Глюкагон стимулирует глюконеогенез, непосредственно воздействуя на печень, а глюкокортикоиды — усиливая катаболизм белков в тканях, в результате чего освобождаются аминокислоты — субстрат для глюконеогенеза. В клетках жировой и других тканей глюкагон воздействует на липолиз путем повышения концентрации цАМФ с последующей активацией липазы, которая расщепляет триглицериды на свободные жирные кислоты. Глюкагон влияет также на концентрацию электролитов. В частности, он снижает уровень кальция и фосфора в сыворотке крови.
Выделение кишечного глюкагона увеличивается пропорционально поеданию корма и образованию глюкозы в кишечнике. Кишечный глюкагон влияет на регуляцию поступления глюкозы из кишечника в кровь. Поступление в кишечник солей кальция вызывает усиление инкреции кишечного глюкагона и кальцитонина. Следовательно, кишечный глюкагон играет определенную роль в гомеостазе кальция.
Инсулин и глюкагон тесно взаимодействуют. Увеличение количества инсулина в крови, вызванное действием глюкагона, приводит к уменьшению образования глюкозы и ее запасов. Глюконеогенез затормаживается, а освобождающиеся при этом аминокислоты в основном используются для биосинтеза белка. И наоборот, повышение уровня глюкагона в крови, вызванное действием инсулина, увеличивает интенсивность образования глюкозы путем глюконеогенеза. Таким образом, глюкагон является антагонистом инсулина. Вместе эти гормоны обеспечивают оптимальное содержание глюкозы в крови.
На инкрецию глюкагона влияют инсулин, соматотропин, панкреозимин, гастрин, секретин. При этом инсулин влияет на инкрецию глюкагона опосредованно, изменяя содержание глюкозы. Панкреозимин и гастрин стимулируют, а секретин тормозит инкрецию глюкагона. Под воздействием соматотропина, усиливающего потребность организма в глюкозе, инкреция глюкагона увеличивается.