Endokrinní versus exokrinní pankreas
 buňky
- Glukagon
- GLP-1
 buňky
- Inzulin
- Amylin
- TRH
 buňky
- somatostatin
PP buňky
- Pankreatický polypeptid
Pankreatické ostrůvky představují 1 – 2 % pankreatu, ale průtok krve nimi představuje 10 – 15 %.
Inervace pankreatu
sympatikus
parasympatikus
Acetylcholin
VIP
PACAP(pituitaryadenylatecyclase-activatingpolypeptide)
GRP
Noradrenalin
Galanin
NeuropeptidY
Bazální sekrece I
Glu-stimulovaná sekrece I
(-AR)
Somatostatin
Glukagon
PP
CGRP
Substance P
(senzorické n.)
Inzulin
Charakteristika
- Polypeptid
- Sekreční granula – volný inzulin a C-peptid
- Dva typy sekrečních granul:
- Rychle sekretovatelné (5 %)
- Rezervní pool (95 %)
- Poločas 3 – 8 min
- Degradace - játra ( až 50 %), ledviny, cílové tkáně
(inzulinové proteázy)
Sekrece inzulinu
- Inzulin a C-peptid (cca 1:1)
- C-peptid = ukazatel sekreční kapacity pankreatu
(poločas cca 35 min)
- Možná biologická aktivita
- Regulace renálních funkcí
- Možná funkce v nervovém systému
Klinický přesah – struktura inzulinu a analoga
Sekrece inzulinu
Sekrece inzulinu je pulzní a vykazuje rytmicitu. Stimulace
sekrece inzulinu glukózou je bafázická. Glukóza vykazuje
inkretinový efekt.
1. pool 2. pool
Pulzní sekrece
- Udržení maximální biologické odpovědi
- Potlačení jaterní glukoneogeneze
- Uptake adipocyty
Kombinace zvýšení
absolutní sekrece a
frekvence pulzů
Sekrece inzulinu jednotlivými  buňkami je synchronizovaná
Bifázická sekrece inzulinu
Sekrece inzulinu – „normální“ a obezníGlykémie,inzulinémieakoncentraceC-peptidu.
Pulznísekreceinzulinuajejírytmicita–ultradiannírytmy
Regulace sekrece inzulinu
 buňky pankreatu = neuroendokrinní integrátor, odpověď
na:
- Plasmatické hladiny substrátů (AA, Glu)
- PC hormonů (inzulin, GLP-1, somatostatin, adrenalin)
- PC neurotransmiterů (noradrenalin, acetylcholin)
Glukóza je hlavním stimulem pro sekreci inzulinu. Glukóza
má permisivní účinek na sekreci dalších modulátorů sekrece
inzulinu.
Glu
- Tvorba ATP – změna poměru ATP/ADP – uzavření ATPsensitivních
K+ IK – inhibice efluxu K+ - depolarizace –
otevření napěťově řízených Ca2+ IK – exocytóza
AMK – Leu, Arg, Lys
- Generování ATP
- Přímá depolarizace PM
Modifikace translace mRNA
- Glu – (+) mRNA
Další: - GH, VIP, sekretin, gastrin, glukokortikoidy, prolaktin,
placentální laktogen, pohlavní hormony
Fyziologické účinky inzulinu
inzulin
Bezprostřední účinky
- Sekundy
- Modulace transportu K+ a Glu
Účinky časné
- Několik málo minut
- Regulace metabolické aktivity
Účinky střednědobé
- Minuty až hodiny
- Regulace metabolické aktivity
Účinky opožděné
- Hodiny až dny
- Buněčný růst
- Buněčná diferenciace
Účinek inzulínu na cílové
tkáně je anabolický a je
zprostředkován
inzulinovým receptorem.
Inzulinový receptor
Charakteristika
- 2  a 2  podjednotky
- TK aktivita
- Fosforylace IRS 1-4 (insulin receptor substrate)
- Interakce s dalšími buněčnými substráty
- PI3K (fosfatydylinositol-3-kináza)
- MAPK (mitogen-activated protein kinase)
 podjednotky =
vazba ligandu
 podjednotky =
TK aktivita
PI3K
MAPK
PI3P
PI2P
PI-dependentní kinázy
Proteinkináza B
- Metabolické účinky – transport Glu, glykolýza,
syntéza glykogenu, regulace proteosyntézy
- Buněčný růst, silný antiapoptický signál
Pro-proliferativní účinky inzulinu a
buněčná diferenciace
Endocytóza
IR
Acidifikace
endosomu
Disociace
inzulinu
Fosforylace
Degradace I
Počet dostupných IR je ovlivněn cvičením, dietou, vlastním
inzulinem a dalšími hormony. Obezita a chronická
hyperinzulinémie indukuje významné snížení počtu IR,
cvičení a hladovění naopak významné zvýšení počtu IR.
Bezprostřední účinky inzulinu na cílové tkáně
Utilizace glukózy je nejvýznamnějším bezprostředním účinkem inzulinu.
Utilizace glukózy
- Cca 40 % glukózy v těle
- Cca 80 – 90 % kosterní svaly
- Tuková tkáň - adipocyty
- GLUT4
Transportér Exprese Funkce
GLUT1
- Ubikvitární
- Ery, endotheliální buňky (CNS),
placenta, ledviny, tlusté střevo
- Kosterní svaly, adipocyty
- Bazální uptake Glu
GLUT2
  buňky pankreatu
- Játra, tenké střevo, ledviny
- Glu senzor
- Uptake Glu při vysokých
koncentracích cirkulující
Glu
GLUT3
- Primárně neurony
- Dále placenta, játra, epiteliální buňky
GIT
- Bazální uptake Glu
- Zásadní význam pro
CNS
GLUT4
- Kosterní svaly a adipocyty
- Vezikula!
- Inzulínem stimulovaný
uptake Glu
GLUT5 - Jejunum, spermie - Transport Fru
Zatímco GLUT1 je zodpovědný za
bazální uptake glukózy kosterními
svaly a adipocyty, GLUT4 je
stimulovaný inzulínem a odpovídá
za inzulínem stimulovaný uptake
glukózy.
Vliv inzulinu na uptake glukózy
Časné a střednědobé účinky
inzulinu
- Dány fosforylací enzymů zapojených do metabolických drah
- Kosterní svaly, tuková tkáň a játra
Tvorba ketolátek (-)
- Defosforylace hormon-sensitivní lipázy (inhibice využití
triglyceridů a jejich štěpení na FFA a glycerol)
- Aktivace acetylkoenzym A karboxylázy (lipogeneze)
- Antagonizace účinku katecholaminů na lipolýzu (fosforylace a
aktivace fosfodiesterázy = snížení intracelulárního cAMP)
Utilizace glukózy
- Játra
- Stimulace exprese enzymů zapojených do využití Glu
(glukokináza, pyruvát kináza) a lipogenních enzymů
- Inhibice enzymů zapojených do tvorby Glu (fosfoenolpyruvát
karboxykináza, glukóza-6-fosfatáza)
- Stimulace syntézy glykogenu
- Stimulace syntézy malonylkoenzymu A – inhibice syntézy
ketolátek
Inzulin a kosterní svaly
- (+) uptake glukózy (GLUT4)
- (+) syntéza glykogenu
- (+) transport AMK
- (+) translace mRNA
- (-) degradace proteinů
- (+) preference tukových zásob
- mechanismus - Fosforylace mTOR
Inzulín a játra
- GLUT2 = vstup Glu do hepatocytů
- Význam hexokinázy – vznik Glu-6-P
a udržování Glu gradientu
- (+) syntéza lipidů
- (+) proteosyntéza
- (-) ketogeneze
Sytost versus hladovění
Inzulin
Glukagonaadrenalin
glykémieglykémie
Opožděné účinky inzulinu
- Syntéza lipogenních enzymů
- Inhibice enzymů glukoneogeneze
- MAPK kaskáda
- Prorůstový účinek – (+) buněčný růst
- Mitogenní účinek
Klinický přesah
- Hyperinzulinémie – DM2
- Zvýšené riziko nádorových onemocnění
- Endometrium
- Prs
- Tlusté střevo
- Ledviny
- Proliferace hladké svaloviny
- Hypertenze
- Ateroskleróza
- Dyslipidemie
- Choroby CV
Hypoglykémie
- (-) sekrece inzulínu
- (+) sekrece glukagonu
a adrenalinu (játra)
- (+) GH a kortizolu
(snížení utilizace Glu)
Fyziologické mechanismy zabraňující hypoglykémii
Vegetativní nervový systém
představuje významný mechanismus
zabraňující hypoglykémii.
Hyperglykemický účinek adrenalinu
Adrenalin připravuje tělo na
bezprostřední výkon, mobilizuje
tedy energetický substrát – glukózu
– jako zdroj energie.
Diabetes mellitus 1. typu
DM1 je spojena s mobilizací substrátů pro glukoneogenezi a ketogenezi ze svalů a tukové tkáně, zvýšenou
glukoneogenezí a ketogenezí v játrech, stejně jako narušeným příjmem substrátů periferními tkáněmi.
Diabetes mellitus 2. typu
DM2 je multifaktoriální choroba spojená s rezistencí periferních tkání (svaly, tuková tkáň) k inzulinu, narušené sekreci
inzulinu (zejména pod vlivem glykémie) a zvýšenou produkcí glukózy v játrech.
Klinický přesah
Inzulinová rezistence
- Mutace v IR genu
Defekty v sekreci inzulinu
- Mutace v genu pro inzulin (proinzulin)
- Mutace v mitochondriálních genech
- MODY (Maturity-onset diabetes of the young)
- HNF-4α (MODY 1)
- Glucokinase (MODY 2)
- HNF-1α (MODY 3)
- IPF1 (MODY 4)
- HNF-1β (MODY 5)
- NeuroD1/BETA2 (MODY 6)
Diabetes mellitus 2. typu - konsekvence
Proteiny
- Katabolismus proteinů
- Negativní dusíková bilance
Tuky
- Katabolismus tuků s tvorbou ketolátek
- Snížená syntéza MK a triglyceridů
- Zvýšená hladina volných FA
- Katabolismus MK a tvorba ketolátek
Hyperglykémie
- Glykosurie, osmotická diuréza a polyurie
- Zvýšená osmolarita plasmy, polydipsie, ADH
- Dehydratace
- Snížení objemu ECV a TK
- Polyfágie
Ketoacidóza
- Metabolická acidóza
- Hyperventilace
- Acidifikace moči
- Hyperkalémie
Glukagon
Charakteristika
- Peptidický hormon (29 AMK)
- Syntetizován jako proglukagon
- Pankreas
- Enteroendokrinní buňky in GIT
- CNS
- Alternativním sestřihem vznikají další
peptidy, z nichž nejvýznamnější je GLP-1
- Krátký poločas (5 – 10 min)
- Degradace játry
Funkce
- Homeostáza glukózy – antagonismus k
inzulinu
Sekrece
- (+) AMK
- (+) hypoglykémie
Receptory
- Játra,  buňky, ledviny, srdce, tuková
tkáň, cévy, CNS, žaludek, nadledviny
Mobilizace Ca2+
Proglukagon – alternativní sestřih
Glicentin – L-buňky (tenké střevo)
- Stimulace sekrece inzulinu
- Inhibice žaludeční sekrece
- Trofický účinek ve střevě
Oxyntomodulin – tlusté střevo
(anorexigenní faktor)
- Postprandiální sekrece
- Zvýšení výdeje energie
- (+) glukózová tolerance
GRPP
(inhibice Glu stimulované sekrece
inzulinu, modulátor energetického
metabolismu)
IP-1, IP-2
L-buňky
(modulace sekrece inzulinu?)
GLP-1 a GLP-2
GLP-1 a GLP-2 vykazují inkretinový účinek připravující sekreci inzulinu v závislosti na přítomnosti glukózy v lumen GIT.
CNS
- Kaudální NTS – viscerosenzorické informace
- Aktivace POMC neuronů
- Inhibice příjmu potravy (anorexigenní faktor)
- Indukce pocitu nasycení
= rychlá modifikace příjmu potravy na základě
metabolických substrátů (glukóza), hormonů (leptin) a
neuropeptidů.
Charakteristika
- Neuroendokrinní L buňky
Funkce – GLP-1 (GLP1R)
- (+) sekrece inzulinu
- (-) sekrece glukagonu
- Stimulace neogeneze a proliferace LO
- Inhibice apoptózy  buněk
Funkce – GLP-2 (GLP2R)
- Inhibice motility antra
- Inhibice potravou stimulované sekrece žaludeční
šťávy
- Trofický efekt (tenké střevo, kolon)
- Inhibice apoptózy enterocytů
- Stimulace toku krve a absorpce živin
Klinický význam
- Agonisti GLP1R – léčba DM2
- Exenatid, lixisenatid
- Liraglutid
- Albiglutid, dulaglutid
- Inhibitory dipeptidyl peptidázy 4 (DPP4)
- sitagliptin, vildagliptin, saxagliptin, alogliptin,
linagliptin
- DM2
Účinek GLP-1 a GLP-2 - přehled
GLP-1 GLP-2
Glukagon – sekrece a její regulace
Sekrece glukagonu vyžaduje depolarizační kaskádu, na jejímž konci je influx vápenatých iontů a sekrece glukagonu.
1. T-typ Ca2+ IK
2. TTX-citlivé Na+ IK
3. Aktivace L-/N-typu Ca2+ IK
4. Influx Ca2+
5. Sekrece glukagonu – exocytóza
6. Repolarizace – KDR IK
7. KATP IK – závislost na Glu!
1. Nízká koncentrace Glu – otevření
2. Vysoká koncentrace Glu – změna
ATP/ADP - uzavření
Fyziologické účinky glukagonu
Cílovým orgánem pro působení glukagonu jsou játra, kde stimuluje glukogenogenezi a glykogenolýzu, čímž zvyšuje glykémii.
Cílový enzym Metabolická odpověď
(+) exprese Glu-6-fosfatázy Vstup Glu do cirkulace
(-) glukokinázy Snížení vstupu Glu do
glykolytické kaskády
(+) fosforylace (aktivace)
glykogen fosforylázy
Stimulace glykogenolýzy
Inhibice glykogen syntázy Inhibice syntézy
glykogenu
Inaktivace fosfofruktokinázy
2, aktivace fruktóza-6-
fosfatázy
Inhibice glykolýzy,
stimulace
glukoneogeneze
Inhibice pyruvát kinázy Inhibice glykolýzy
Další účinky
- Stimulace fosforylace (aktivace) hormon-senzitivní lipázy a lipolýzy – substráty pro glukoneogenezi a tvorbu protilátek
- FFA jako zdroj energie zejména pro kosterní svaly
Integrovaný účinek glukagon - inzulin
Somatostatin
Charakteristika
- Peptidický hormon (14 AMK)
- Sekrece stimulována:
- Potravou bohatou na tuky (FFA)
- Potravou bohatou na sacharidy (Glu)
- Potravou bohatou na proteiny (AMK – Leu, Arg)
Funkce
- Parakrinní působení – (-) inzulin, glukagon, PP
- Inhibice prakticky všech exokrinních a endokrinních
funkcí GIT
- Inhibice motility
Klinický význam
- Analoga somatostatinu a inzulin/glukagon-produkující
nádory
Význam parakrinní cholinergní signalizace v sekreci
somatostationu – parakrinně působící acetylcholin stimuluje
sekreci inzulinu, ale stimuluje i sekreci somatostatinu.
Pankreatický polypeptid - PP
Charakteristika
- Peptidický hormon (36 AMK)
- Sekrece stimulována:
- Potravou (proteiny), distenze žaludku
- Cvičením
- Přímou vagální stimulací
- Inzulinem indukovanou hypoglykémií
- Sekrece inhibována
- Hyperglykémií
- Bombesinem, somatostatinem
- Receptory:
- Žaludek, tenké střevo, kolon, pankreas,
prostata, enterický NS, CNS
Funkce
- Inhibice exokrinní pankreatické sekrece
- Inhibice kontrakce žlučníku
- Modulace žaludeční sekrece
- Modulace žaludeční motility
- Regulace příjmu potravy ?
Pankreatický polypeptid stimuluje výdej energie prostřednictvím
sympatické stimulace hnědé tukové tkáně. Kromě toho
moduluje sekreci CCK a inhibuje sekreci ghrelinu.
Amylin
Charakteristika
- Peptidický hormon (37 AMK)
  buňky, žaludek, proximální tenké střevo
- Posttranslační modifikace (amidace)
- Sekrece společně s inzulinem a C-peptidem
- Vzestup po aplikaci:
- p.o. a p.e. glukózy
Funkce
- Zpomalení vyprazdňování žaludku na vagálním podkladě
- Inhibice sekrece glukagonu (postprandiální)
- Svaly
- Inhibice syntézy glykogenu
- Stimulace glykogenolýzy, glykolýzy a produkce
laktátu
Klinický význam
- Zvýšená plasmatická koncentrace při obezitě, gestačním
diabetu a DM2
- Analoga amylinu v terapii DM1 a DM2 (pramlintid) –
amylin-deficientní stavy