Hormonalna regulacja

gospodarki węglowodanowej

• Glukoza

• Glikogen

• Glikolipidy i glikoproteiny

• Inne (np. ryboza i dezoksyryboza)

Węglowodany w organizmie

• Główny składnik energetyczny

• Materiał zapasowy

• Składnik strukturalny

• Udział w sygnalizacji międzykomórkowej

Rola węglowodanów w organizmie

Węglowodany w pokarmie

Pokarm roślinny zawiera więcej węglowodanów

niż pokarm zwierzęcy

20-80% 1-5%

Węglowodany w pokarmie

Monosacharydy Disacharydy Polisacharydy

Glukoza

Fruktoza

Galaktoza

Maltoza

Sacharoza

Laktoza

Glikogen

Skrobia

Celuloza

Węglowodany w pokarmie

Oraz inne…

Monosacharydy Disacharydy Polisacharydy

Erytroza

Ramnoza

Mannoza

Trehaloza

Celobioza

Chitobioza

Chityna

Pektyna

Inulina

Przemiany węglowodanów

• Węglowodany zawarte w pokarmie są trawione do

monosacharydów

• Monosacharydy są wchłaniane w jelicie cienkim do

naczyń krwionośnych kosmków jelitowych

• Wchłonięte monosacharydy są transportowane do

wątroby

• W wątrobie wszystkie monosacharydy są przekształcane

w glukozę

• Glukoza jest transportowana z wątroby przez krew do

komórek ciała lub magazynowana jako glikogen

Węglowodany w organizmie

400-600 g – glikogen mięśniowy

60-90 g – glikogen wątrobowy

20 g – wolna glukoza

Razem około 480-710 g (~ 1% masy ciała)

Węglowodany w organizmie

Wolna glukoza: 75% – glikogenoliza, 25% – glukoneogeneza

Stężenie glukozy we krwi na czczo: 65-95 mg/100 mL

Stężenie graniczne:

140 mg/100 mL (WHO, 1980)

126 mg/100 mL (ADA, 1997)

105 mg/100 mL (Shaw, 2000)

Węglowodany w organizmie

Glukoza pokrywa 50-65% zapotrzebowania energetycznego

Dobowe spożycie glukozy (tzn. wszystkich strawnych

węglowodanów): 200-250 g

Tempo jelitowego wchłaniania glukozy: około 50 g/godzinę

Białka SGLT

SGLT 1– jelito cienkie i kanaliki nerkowe

SGLT 2 – kanaliki nerkowe

Absorpcja 100% glukozy ze światła jelita do enterocytów – SGLT 1

Absorpcja 97% glukozy ze światła kanalika proksymalnego do

komórek nabłonka – SGLT 2, a 3% – SGLT 1

Transport glukozy przez białko SGLT jest sprzężony z działaniem

Na+/K+ ATPazy:

1. Na+/K+ATPaza przenosi Na+ z komórki do przestrzeni

pozakomórkowej (oraz K+ w przeciwnym kierunku)

2. SGLT przenosi glukozę wraz z Na+ do komórki

Czynny transport glukozy

Białka transportowe SGLT – sodium-glucose linked

transporter

Białko transportowe dla glukozy GLUT

• Grupa 13 białek (GLUT1-GLUT14, ale GLUT6=GLUT9)

• Ekspresja we wszystkich komórkach ciała (różne GLUT w

różnych)

• Różne powinowactwo do glukozy

• Niektóre GLUT jelitowe – powinowactwo także do

fruktozy i galaktozy

• GLUT 4 – aktywowany przez insulinę

Bierny transport glukozy

Białka transportowe GLUT – niezależna od sodu

dyfuzja ułatwiona

Glikogen

Synteza glikogenu:

• Wątroba – 60-90 g

• Mięśnie szkieletowe – 400-600 g

Glikogenoliza:

• Wątroba – do glukozy (uwalnia glukozę do krwi)

• Mięśnie szkieletowe – do glukozo-6-fosforanu

(brak glukozo-6-fosfatazy), który nie jest

transportowany przez błonę komórkową i stanowi

źródło energii wyłącznie dla komórek mięśniowych

Synteza glikogenu

Struktura glikogenu

Glikogenoliza

Dobowe zmiany poziomu glikogenu

wątrobowego

Rola hormonów trzustki w regulacji

metabolizmu węglowodanów

Trzustka

Komórki wydzielnicze wysepek trzustki

Wysepka endokrynna trzustki

http://molecular.pathology.ufl.edu/2011/12/19/pancreatic-islet-quantification/

Komórki wysepek trzustki i ich hormony

Komórki Udział w wysepkach [%] Hormon

B (β) 70 Insulina

A (α) 15 Glukagon

D (δ) 6 Somatostatyna

PP (F) 1 Peptyd trzustkowy

P, EC, S, C zmienny Sekretyna, VIP

Insulina

Hormon polipeptydowy, zbudowany z 2 łańcuchów

polipeptydowych: A (21 aminokwasów) i B (30

aminokwasów) połączonych 2 mostkami siarczkowymi

Insulina jest produkowana i wydzielana przez komórki β

trzustki

Czynniki pobudzające wydzielanie insuliny: hiperglikemia,

FFA, sekretyna, pobudzenie przywspółczulne, hormon

wzrostu i in.

Czynniki hamujące uwalnianie insuliny: hipoglikemia,

somatostatyna, leptyna

Insulina

• Receptory (błonowe) insuliny obecne na większości komórek

• Działa głównie na mięśnie szkieletowe, tkankę tłuszczową i

wątrobę

• Pobudza wchłanianie glukozy do komórek: syntezę

glikogenu (hepatocyty, włókna mięśniowe) i kwasów

tłuszczowych (adipocyty)

• Zwiększa tempo komórkowego katabolizmu glukozy

• Pobudza wchłanianie aminokwasów do komórek i syntezę

białek (hormon anaboliczny)

• Pobudza wchłanianie K+ i PO4- do komórek

• Hamuje glukoneogenezę, glikogenolizę, lipolizę, ketogenezę

i proteolizę

Mechanizmy działania insuliny na komórki

docelowe

Translokacja błonowych nośników glukozy GLUT 4 z

cytoplazmy do błony komórkowej – wzrost transportu

glukozy do komórek

Aktywacja fosforylacji/defosforylacji (aktywacja/inaktywacja

enzymów) – synteza glikogenu i kwasów tłuszczowych,

katabolizm glukozy

Aktywacja syntezy RNA i białek

Mechanizmy działania insuliny

Wzrost transportu glukozy pod wpływem insuliny

Regulacja wydzielania insuliny -

metaboliczna

Komórki β reagują produkcją i wydzielaniem insuliny

bezpośrednio na glukozę za pośrednictwem

glukoreceptorów

Informacja jest przekazywana za pośrednictwem Ca2+ i

cAMP transkrypcja i synteza insuliny

Wydzielanie insuliny przez komórki β jest pobudzane także

przez aminokwasy i wolne kwasy tłuszczowe oraz jony K+

Wydzielanie insuliny jest hamowane w czasie głodu

(spadek poziomu glukozy) i wysiłku (wzrost tempa zużycia

glukozy)

Zmiany poziomu glukozy i insuliny po posiłkach

Regulacja wydzielania insuliny - nerwowa

Wydzielanie insuliny jest pobudzane przez układ

przywspółczulny (acetylocholina)

Wydzielanie insuliny jest hamowane przez układ

współczulny (epinefryna, norepinefryna)

Regulacja wydzielania insuliny - hormonalna

Wydzielanie insuliny jest pobudzane przez:

• Hormon wzrostu (GH)

• ACTH + kortyzol (ale insulinooporność tkanek)

• Estrogeny

• Hormony przewodu pokarmowego (gastryna, sekretyna)

• Glukagon

Wydzielanie insuliny jest hamowane przez leptynę i

somatostatynę

Poziom insuliny a masa ciała

Glukagon

Hormon polipeptydowy, zbudowany z 1 łańcucha (29

aminokwasów)

Glukagon jest produkowany i wydzielany przez komórki α

trzustki

Glukagon działa na hepatocyty i adipocyty, nie działa na

komórki mięśniowe

Glukagon zwiększa poziom glukozy we krwi poprzez

wzrost tempa glikogenolizy i glukoneogenezy (w wyniku

wzrostu proteolizy w wątrobie i lipolizy w tkance

tłuszczowej)

Działanie glukagonu na organizm

Działanie glukagonu na poziomie komórki

Regulacja wydzielania glukagonu

Metaboliczna

Hipoglikemia pobudza, a hiperglikemia i wysoki poziom

FFA hamuje wydzielanie glukagonu przez komórki α

Nerwowa

Pobudzenie współczulne pobudza wydzielanie glukagonu

Hormonalna

Kortyzol oraz gastryna i cholecystokinina pobudzają

wydzielanie glukagonu, insulina i sekretyna hamują

Podsumowanie – działanie insuliny i glukagonu

Syty

Głodny

Hormonalna regulacja metabolizmu

węglowodanów

Insulina Glukagon Epinefryna GH Kortyzol

Glukoza Glikoliza Glukoneogeneza

Glikogen Synteza Glikogenoliza

…oraz T3 i T4, leptyna i inne…

Wpływ epinefryny na poziom glukozy

Kreisman SH, Mew NA, Arsenault M, Nessim SJ, Halter JB, Vranic M, Marliss EB. 2000. Epinephrine infusion during

moderate intensity exercise increases glucose production and uptake. American Journal of Physiology - Endocrinology

and Metabolism 278: 949-957.

Synergiczne działanie hormonów

hiperglikemicznych

Antagonistyczne działanie hormonów

hiperglikemicznych i insuliny

Stężenie glukozy jest utrzymywane

w bezpiecznych dla organizmu granicach

(70 -140 mg/dL)

Zaburzenia metabolizmu węglowodanów -

cukrzyca

Wg WHO cukrzyca to przewlekła choroba metaboliczna,

związana z upośledzoną regulacją poziomu glukozy i

upośledzoną tolerancją glukozy, objawiająca się

hiperglikemią na czczo

Cukrzyca jest chorobą metaboliczną o złożonej etiologii

charakteryzującą się przewlekłą hiperglikemią

spowodowaną zaburzeniem sekrecji insuliny i/lub

zaburzeniem jej działania

Dlaczego hiperglikemia jest szkodliwa?

Nadmierny wewnątrzkomórkowy katabolizm glukozy powoduje stres

oksydacyjny uszkodzenie mitochondriów apoptozę komórek

Wzrasta poziom prozapalnej IL-8 stan zapalny

Wzrasta krzepliwość krwi możliwość zakrzepów i zatorów

Spada wydzielanie NO i wzrasta wydzielanie endoteliny przez

śródbłonek naczyń krwionośnych skurcz i ryzyko nadciśnienia oraz

niedokrwienia

Nadmiar glukozy przekształca się w sorbitol wzrost ciśnienia

osmotycznego

Glikacja białek (np. kolagenu i hemoglobiny) zmiana ich właściwości

Glukoza w nadmiarze jest toksyczna dla organizmu

Mechanizmy cukrzycy

• Zaburzenie funkcjonowania komórek β trzustki – niedobór

insuliny

• Insulinooporność – stan obniżonej wrażliwości komórek na

insulinę

Skutek – nadmiar glukozy we krwi i niedobór

glukozy w komórkach

Skutki zaburzeń transportu glukozy do

komórek

-- Hiperglikemia (wysoki poziom glukozy we krwi)

-- Niedobór glukozy w komórkach

- Wzrost tempa proteolizy i lipolizy glukoneogeneza

- Ketoza kwasica ketonowa

- Wzrost diurezy utrata wody i elektrolitów

- Obecność glukozy i ciał ketonowych w moczu

- Utrata masy ciała i osłabienie

- Powikłania (angiopatie):

- retinopatia ślepota

- nefropatia niewydolność nerek

- miażdżyca (udar mózgu, zawał serca, „stopa cukrzycowa”)

Substraty energetyczne zdrowego i

chorego na cukrzycę

Typy cukrzycy

• Cukrzyca typu 1

• Cukrzyca typu 2

• Cukrzyca ciążowa

• Inne typy cukrzycy

Cukrzyca typu 1

- Cukrzyca insulinozależna – zwykle wynik zniszczenia komórek β przez proces

autoimmunologiczny – organizm nie wytwarza insuliny, stanowi 10-15%

przypadków cukrzycy, ale 95% przypadków cukrzycy u dzieci, 4 krotny wzrost

zachorowalności w ciągu ostatnich 25 lat

- Postać „szybka” zwykle u osób młodych

- Postać „wolna” zwykle u dorosłych jako "utajona cukrzyca autoimmunologiczna

dorosłych" (latent autoimmune diabetes in adults - LADA)

- Markery: przeciwciała przeciwwyspowe i/lub przeciwinsulinowe lub przeciwko

dekarboksylazie kwasu glutaminowego (GAD) występują u 85-90% osób

-- Predyspozycje genetyczne

-- Słabo poznany wpływ czynników środowiskowych

-- Postać idiopatyczna (brak przeciwciał)

-- Poziom glukozy korygowany wyłącznie insuliną

Cukrzyca typu 2

-- Insulinooporność – osłabiona wrażliwość komórek ciała na insulinę

(zmniejszona liczba receptorów insulinowych na komórkach) – w efekcie

obniżone pochłanianie glukozy przez komórki, stanowi 85-90% przypadków

-- Często towarzyszy zespołowi metabolicznemu (jest jego przyczyną?)

-- Zespół metaboliczny: insulinooporność, nadciśnienie tętnicze,

hipercholestrolemia, otyłość brzuszna

-- Związek z otyłością i siedzącym trybem życia

-- Rozwija się wolno, zwykle u osób dorosłych (coraz częściej u dzieci)

-- W początkowej fazie wydzielanie insuliny rośnie, jednak długotrwała

hiperglikemia hamuje wydzielanie insuliny

-- Poziom glukozy korygowany dietą, wysiłkiem i lekami

-- Czasem konieczne podawanie insuliny

Porównanie cukrzycy typu 1 i 2

Niedobór/brak insuliny Insulinooporność

Cukrzyca ciężarnych

- Występuje u 2-10% ciężarnych (w Polsce około 3,5%)

- Insulinooporność może rozwijać się na skutek wzrostu wydzielania

progesteronu, prolaktyny, estrogenów i kortyzolu

- W efekcie hiperglikemii wydzielanie insuliny rośnie i około 24-28

tygodnia ciąży następuje utrata kontroli hormonalnej organizmu nad

gospodarką węglowodanową

- Wzrost ryzyka poronienia

- Hipertrofia wewnątrzmaciczna (bardzo duży płód i wysoka masa

urodzeniowa)

-- Ryzyko wystąpienia licznych wad rozwojowych

-- Zwykle mija samoistnie do 6 tygodni po porodzie, ale u 30-50% kobiet, u

których wystąpiła 10-15 lat po porodzie rozwija się cukrzyca typu 2

Cukrzyca ciężarnych – czynniki ryzyka

- Wiek > 35 lat

- Otyłość

- Nadciśnienie tętnicze

- Obciążenie genetyczne (cukrzyca 2 typu lub cukrzyca

ciężarnych w rodzinie)

- Urodzenie wcześniej dziecka z wadą wrodzoną, > 4 kg lub

przedwczesny poród

- Cukrzyca ciążowa w poprzedniej ciąży

Cukrzyce monogenowe

Typy cukrzycy, których bezpośrednią przyczyną jest mutacja

pojedynczego genu (około 5% przypadków)

Dziedziczone recesywnie, dominująco lub nowe mutacje

Najczęściej występują:

- MODY (maturity onset diabetes of the young) 1-5% - u

młodych dorosłych

- NDM (neonatal diabetes mellitus) – u noworodków w

pierwszych 6 miesiącach życia (1/100000-1/500000)

Poziom glukozy we

krwi [mg/dl] Reakcja

>140 Glukoza w moczu

99 Wzrost wydzielania insuliny

83 Spadek wydzielania insuliny

68 Wzrost wydzielania glukagonu,

adrenaliny i hormonu wzrostu

58 Wzrost wydzielania kortyzolu

50 Dezorientacja

31 Osłabienie, potliwość i mdłości

20 Utrata przytomności, skurcze

mięśni

11 Trwałe uszkodzenie mózgu i śmierć

Glikemia i reakcja organizmu

Zagadnienia

1. Rola i zasoby węglowodanów w organizmie

2. Transport glukozy – skąd i dokąd, za pomocą jakich

mechanizmów?

3.Działanie insuliny i czynniki wpływające na jej wydzielanie

4. Działanie glukagonu i czynniki wpływające na jego

wydzielanie

5. Wpływ innych hormonów na metabolizm węglowodanów

6.Co to jest cukrzyca i dlaczego jest niebezpieczna dla

organizmu?

7. Jakie są różnice między cukrzycą 1 a 2 typu?