Obiettivi di apprendimento
Alla fine di questa sezione, sarai in grado di:
- Listare e descrivere l’azione bersaglio degli ormoni prodotti dal pancreas.
Il pancreas è un organo lungo e sottile, la maggior parte del quale è situato posteriormente alla metà inferiore dello stomaco (Figura 1). Sebbene sia principalmente una ghiandola esocrina, che secerne una varietà di enzimi digestivi, il pancreas ha una funzione endocrina. I suoi isolotti pancreatici – gruppi di cellule precedentemente noti come isolotti di Langerhans – secernono gli ormoni glucagone, insulina, somatostatina e polipeptide pancreatico (PP).
Figura 1. La funzione esocrina del pancreas coinvolge le cellule acinari che secernono enzimi digestivi che vengono trasportati nell’intestino tenue dal dotto pancreatico. La sua funzione endocrina comporta la secrezione di insulina (prodotta dalle cellule beta) e di glucagone (prodotto dalle cellule alfa) all’interno delle isole pancreatiche. Questi due ormoni regolano il tasso di metabolismo del glucosio nel corpo. La micrografia rivela gli isolotti pancreatici. LM × 760. (Micrografia fornita dai Reggenti della University of Michigan Medical School © 2012)
Cellule e secrezioni delle isole pancreatiche
Le isole pancreatiche contengono ciascuna quattro varietà di cellule:
- La cellula alfa produce l’ormone glucagone e costituisce circa il 20% di ogni isoletta. Il glucagone gioca un ruolo importante nella regolazione del glucosio nel sangue; bassi livelli di glucosio nel sangue stimolano il suo rilascio.
- La cellula beta produce l’ormone insulina e costituisce circa il 75% di ogni isoletta. Livelli elevati di glucosio nel sangue stimolano il rilascio di insulina.
- La cellula delta rappresenta il quattro per cento delle cellule delle isole e secerne l’ormone peptidico somatostatina. Ricordiamo che la somatostatina è rilasciata anche dall’ipotalamo (come GHIH), e anche lo stomaco e l’intestino la secernono. Un ormone inibitore, la somatostatina pancreatica inibisce il rilascio sia del glucagone che dell’insulina.
- La cellula PP rappresenta circa l’uno per cento delle cellule delle isole e secerne l’ormone polipeptide pancreatico. Si pensa che abbia un ruolo nell’appetito, così come nella regolazione delle secrezioni pancreatiche esocrine ed endocrine. Il polipeptide pancreatico rilasciato dopo un pasto può ridurre ulteriormente il consumo di cibo; tuttavia, viene rilasciato anche in risposta al digiuno.
Regolazione dei livelli di glucosio nel sangue da parte di insulina e glucagone
Il glucosio è necessario per la respirazione cellulare ed è il carburante preferito da tutte le cellule del corpo. Il corpo ricava il glucosio dalla scomposizione degli alimenti e delle bevande contenenti carboidrati che consumiamo. Il glucosio non immediatamente assunto dalle cellule come combustibile può essere immagazzinato dal fegato e dai muscoli come glicogeno, o convertito in trigliceridi e immagazzinato nel tessuto adiposo. Gli ormoni regolano sia l’immagazzinamento che l’utilizzo del glucosio come richiesto. I recettori situati nel pancreas percepiscono i livelli di glucosio nel sangue, e successivamente le cellule pancreatiche secernono glucagone o insulina per mantenere i livelli normali.
Glucagone
I recettori nel pancreas possono percepire il calo dei livelli di glucosio nel sangue, come durante i periodi di digiuno o durante un lavoro prolungato o l’esercizio (Figura 2). In risposta, le cellule alfa del pancreas secernono l’ormone glucagone, che ha diversi effetti:
- Stimola il fegato a riconvertire le sue riserve di glicogeno in glucosio. Questa risposta è nota come glicogenolisi. Il glucosio viene poi rilasciato nella circolazione per essere utilizzato dalle cellule del corpo.
- Stimola il fegato a prendere gli aminoacidi dal sangue e convertirli in glucosio. Questa risposta è nota come gluconeogenesi.
- Stimola la lipolisi, la scomposizione dei trigliceridi immagazzinati in acidi grassi liberi e glicerolo. Parte del glicerolo libero rilasciato nel sangue viaggia verso il fegato, che lo converte in glucosio. Questa è anche una forma di gluconeogenesi.
Insieme, queste azioni aumentano i livelli di glucosio nel sangue. L’attività del glucagone è regolata attraverso un meccanismo di feedback negativo; l’aumento dei livelli di glucosio nel sangue inibisce l’ulteriore produzione e secrezione di glucagone.
Figura 2. La concentrazione di glucosio nel sangue è strettamente mantenuta tra 70 mg/dL e 110 mg/dL. Se la concentrazione di glucosio nel sangue sale oltre questo intervallo, viene rilasciata l’insulina, che stimola le cellule del corpo a rimuovere il glucosio dal sangue. Se la concentrazione di glucosio nel sangue scende al di sotto di questo intervallo, viene rilasciato il glucagone, che stimola le cellule del corpo a rilasciare il glucosio nel sangue.
Insulina
La funzione primaria dell’insulina è quella di facilitare l’assorbimento del glucosio nelle cellule del corpo. I globuli rossi, così come le cellule del cervello, del fegato, dei reni e del rivestimento dell’intestino tenue, non hanno recettori per l’insulina sulle loro membrane cellulari e non richiedono l’insulina per l’assorbimento del glucosio. Anche se tutte le altre cellule del corpo richiedono l’insulina per prendere il glucosio dal flusso sanguigno, le cellule muscolari scheletriche e le cellule adipose sono gli obiettivi primari dell’insulina.
La presenza di cibo nell’intestino innesca il rilascio di ormoni del tratto gastrointestinale come il peptide insulinotropico dipendente dal glucosio (precedentemente noto come peptide inibitorio gastrico). Questo è a sua volta l’innesco iniziale per la produzione e la secrezione di insulina da parte delle cellule beta del pancreas. Una volta che si verifica l’assorbimento dei nutrienti, il conseguente aumento dei livelli di glucosio nel sangue stimola ulteriormente la secrezione di insulina.
Precisamente come l’insulina faciliti l’assorbimento del glucosio non è del tutto chiaro. Tuttavia, l’insulina sembra attivare un recettore tirosin-chinasico, innescando la fosforilazione di molti substrati all’interno della cellula. Queste reazioni biochimiche multiple convergono per sostenere il movimento di vescicole intracellulari contenenti trasportatori di glucosio facilitatori alla membrana cellulare. In assenza di insulina, queste proteine di trasporto sono normalmente riciclate lentamente tra la membrana cellulare e l’interno della cellula. L’insulina innesca il rapido movimento di un pool di vescicole di trasporto del glucosio verso la membrana cellulare, dove si fondono ed espongono i trasportatori di glucosio al fluido extracellulare. I trasportatori spostano poi il glucosio per diffusione facilitata all’interno della cellula.
Domanda pratica
Guarda il video per vedere un’animazione che descrive la posizione e la funzione del pancreas. Cosa va storto nella funzione dell’insulina nel diabete di tipo 2?
L’insulina riduce anche i livelli di glucosio nel sangue stimolando la glicolisi, il metabolismo del glucosio per la generazione di ATP. Inoltre, stimola il fegato a convertire il glucosio in eccesso in glicogeno da immagazzinare e inibisce gli enzimi coinvolti nella glicogenolisi e nella gluconeogenesi. Infine, l’insulina promuove la sintesi dei trigliceridi e delle proteine. La secrezione di insulina è regolata attraverso un meccanismo di feedback negativo. Quando i livelli di glucosio nel sangue diminuiscono, un ulteriore rilascio di insulina è inibito. Gli ormoni pancreatici sono riassunti nella Tabella 1.
| Tabella 1. Ormoni del Pancreas | ||
|---|---|---|
| Ormoni associati | Classe chimica | Effetto |
| Insulina (cellule beta) | Proteina | Riduce i livelli di glucosio nel sangue |
| Glucagone (cellule alfa) | Proteina | Aumenta i livelli di glucosio nel sangue |
| Somatostatina (cellule delta) | Proteina | Inibisce il rilascio di insulina e glucagone |
| Pypeptide pancreatico (cellule PP) | Proteina | Ruolo nell’appetito |
Disturbi del sistema endocrino
Diabete mellito
Disfunzione della produzione e secrezione di insulina, così come la reattività delle cellule bersaglio all’insulina, può portare ad una condizione chiamata diabete mellito. Una malattia sempre più comune, il diabete mellito è stato diagnosticato in più di 18 milioni di adulti negli Stati Uniti e in più di 200.000 bambini. Si stima che fino a 7 milioni di altri adulti hanno la condizione ma non sono stati diagnosticati. Inoltre, si stima che circa 79 milioni di persone negli Stati Uniti abbiano il pre-diabete, una condizione in cui i livelli di glucosio nel sangue sono anormalmente alti, ma non ancora abbastanza alti da essere classificati come diabete.
Ci sono due forme principali di diabete mellito. Il diabete di tipo 1 è una malattia autoimmune che colpisce le cellule beta del pancreas. Alcuni geni sono riconosciuti per aumentare la suscettibilità. Le cellule beta delle persone con diabete di tipo 1 non producono insulina, quindi l’insulina sintetica deve essere somministrata per iniezione o infusione. Questa forma di diabete rappresenta meno del cinque per cento di tutti i casi di diabete.
Il diabete di tipo 2 rappresenta circa il 95 per cento di tutti i casi. È acquisito, e i fattori dello stile di vita come la cattiva alimentazione, l’inattività e la presenza di pre-diabete aumentano notevolmente il rischio di una persona. Circa l’80-90% delle persone con diabete di tipo 2 sono in sovrappeso o obese. Nel diabete di tipo 2, le cellule diventano resistenti agli effetti dell’insulina. In risposta, il pancreas aumenta la secrezione di insulina, ma col tempo le cellule beta si esauriscono. In molti casi, il diabete di tipo 2 può essere invertito con una moderata perdita di peso, una regolare attività fisica e il consumo di una dieta sana; tuttavia, se i livelli di glucosio nel sangue non possono essere controllati, il diabetico alla fine avrà bisogno di insulina.
Due delle prime manifestazioni del diabete sono la minzione eccessiva e la sete eccessiva. Esse dimostrano come i livelli fuori controllo di glucosio nel sangue influenzano la funzione renale. I reni sono responsabili del filtraggio del glucosio dal sangue. L’eccesso di glucosio nel sangue attira acqua nell’urina, e di conseguenza la persona elimina una quantità anormalmente grande di urina dolce. L’uso dell’acqua corporea per diluire l’urina lascia il corpo disidratato, e quindi la persona è insolitamente e continuamente assetata. La persona può anche sperimentare la fame persistente perché le cellule del corpo non sono in grado di accedere al glucosio nel flusso sanguigno.
Con il tempo, livelli persistentemente alti di glucosio nel sangue danneggiano i tessuti in tutto il corpo, specialmente quelli dei vasi sanguigni e dei nervi. L’infiammazione e la lesione del rivestimento delle arterie portano all’aterosclerosi e a un aumento del rischio di infarto e di ictus. I danni ai microscopici vasi sanguigni del rene compromettono la funzione renale e possono portare all’insufficienza renale. I danni ai vasi sanguigni che servono gli occhi possono portare alla cecità. I danni ai vasi sanguigni riducono anche la circolazione agli arti, mentre i danni ai nervi portano a una perdita di sensibilità, chiamata neuropatia, in particolare nelle mani e nei piedi. Insieme, questi cambiamenti aumentano il rischio di lesioni, infezioni e morte dei tessuti (necrosi), contribuendo a un alto tasso di amputazioni di dita, piedi e gambe inferiori nelle persone con diabete. Il diabete incontrollato può anche portare a una forma pericolosa di acidosi metabolica chiamata chetoacidosi. Prive di glucosio, le cellule si affidano sempre più alle riserve di grasso per il carburante. Tuttavia, in uno stato di carenza di glucosio, il fegato è costretto a utilizzare una via alternativa di metabolismo lipidico che si traduce in una maggiore produzione di corpi chetonici (o chetoni), che sono acidi. L’accumulo di chetoni nel sangue causa la chetoacidosi, che – se non trattata – può portare a un “coma diabetico” pericoloso per la vita. Insieme, queste complicazioni rendono il diabete la settima causa di morte negli Stati Uniti.
Il diabete viene diagnosticato quando gli esami di laboratorio rivelano che i livelli di glucosio nel sangue sono più alti del normale, una condizione chiamata iperglicemia. Il trattamento del diabete dipende dal tipo, dalla gravità della condizione e dalla capacità del paziente di fare cambiamenti nello stile di vita. Come già detto, una moderata perdita di peso, una regolare attività fisica e il consumo di una dieta sana possono ridurre i livelli di glucosio nel sangue. Alcuni pazienti con diabete di tipo 2 potrebbero non essere in grado di controllare la loro malattia con questi cambiamenti nello stile di vita e avranno bisogno di farmaci. Storicamente, il trattamento di prima linea del diabete di tipo 2 era l’insulina. I progressi della ricerca hanno portato a opzioni alternative, compresi i farmaci che migliorano la funzione pancreatica.
Guarda il video per vedere un’animazione che descrive il ruolo dell’insulina e del pancreas nel diabete.
Rassegna del capitolo
Il pancreas ha sia funzioni esocrine che endocrine. I tipi di cellule delle isole pancreatiche includono le cellule alfa, che producono glucagone; le cellule beta, che producono insulina; le cellule delta, che producono somatostatina; e le cellule PP, che producono polipeptide pancreatico. L’insulina e il glucagone sono coinvolti nella regolazione del metabolismo del glucosio. L’insulina è prodotta dalle cellule beta in risposta ad alti livelli di glucosio nel sangue. Migliora l’assorbimento e l’utilizzo del glucosio da parte delle cellule bersaglio, così come l’immagazzinamento del glucosio in eccesso per un uso successivo. La disfunzione della produzione di insulina o la resistenza delle cellule bersaglio agli effetti dell’insulina causa il diabete mellito, un disturbo caratterizzato da alti livelli di glucosio nel sangue. L’ormone glucagone è prodotto e secreto dalle cellule alfa del pancreas in risposta a bassi livelli di glucosio nel sangue. Il glucagone stimola i meccanismi che aumentano i livelli di glucosio nel sangue, come il catabolismo del glicogeno in glucosio.
Autoverifica
Rispondi alla/e domanda/e qui sotto per vedere quanto hai capito gli argomenti trattati nella sezione precedente.
Domande sul pensiero critico
- Quale sarebbe la conseguenza fisiologica di una malattia che distruggesse le cellule beta del pancreas?
- Perché la cura dei piedi è estremamente importante per le persone con diabete mellito?
Glossario
cellula alfa: cellula pancreatica di tipo isletico che produce l’ormone glucagone
cellula beta: cellula delle isole pancreatiche che produce l’ormone insulina
cellula delta: cellula minore del pancreas che secerne l’ormone somatostatina
diabete mellito: condizione causata dalla distruzione o dalla disfunzione delle cellule beta del pancreas o dalla resistenza cellulare all’insulina che provoca livelli anormalmente alti di glucosio nel sangue
glucagone: ormone pancreatico che stimola il catabolismo del glicogeno in glucosio, aumentando così i livelli di glucosio nel sangue
iperglicemia: livelli anormalmente alti di glucosio nel sangue
insulina: ormone pancreatico che aumenta l’assorbimento e l’utilizzo del glucosio da parte delle cellule, diminuendo così i livelli di glucosio nel sangue
pancreas: organo con funzioni sia esocrine che endocrine situato posteriormente allo stomaco che è importante per la digestione e la regolazione del glucosio nel sangue
isole pancreatiche: ammassi specializzati di cellule pancreatiche che hanno funzioni endocrine; chiamati anche isolotti di Langerhans
cellula PP: tipo di cellula minore del pancreas che secerne l’ormone polipeptide pancreatico