Leerdoelen
Aan het eind van dit hoofdstuk zul je in staat zijn:
- De doelwerking van door de alvleesklier geproduceerde hormonen op te sommen en te beschrijven.
De alvleesklier is een lang, slank orgaan, dat zich grotendeels achter de onderste helft van de maag bevindt (figuur 1). Hoewel het in de eerste plaats een exocriene klier is, die een verscheidenheid aan spijsverteringsenzymen afscheidt, heeft de pancreas een endocriene functie. Zijn pancreaseilandjes – clusters cellen die vroeger bekend stonden als de eilandjes van Langerhans – scheiden de hormonen glucagon, insuline, somatostatine en pancreas polypeptide (PP) af.
Figuur 1. De exocriene functie van de alvleesklier houdt in dat de acinuscellen spijsverteringsenzymen afscheiden die via de alvleesklierkanalen naar de dunne darm worden getransporteerd. De endocriene functie omvat de afscheiding van insuline (geproduceerd door beta-cellen) en glucagon (geproduceerd door alpha-cellen) in de pancreaseilandjes. Deze twee hormonen regelen de snelheid van het glucosemetabolisme in het lichaam. Op de microfoto zijn de pancreaseilandjes te zien. LM × 760. (Microfoto ter beschikking gesteld door de Regents of University of Michigan Medical School © 2012)
Cellen en afscheidingen van de pancreaseilandjes
De pancreaseilandjes bevatten elk vier soorten cellen:
- De alfacel produceert het hormoon glucagon en bestaat uit ongeveer 20 procent van elk eilandje. Glucagon speelt een belangrijke rol bij de regulering van de bloedglucose; een laag bloedglucosegehalte stimuleert de afgifte ervan.
- De bètacel produceert het hormoon insuline en maakt ongeveer 75 procent uit van elk eilandje. Een verhoogde bloedglucosespiegel stimuleert de afgifte van insuline.
- De deltacel maakt vier procent van de eilandjescellen uit en scheidt het peptidehormoon somatostatine af. Bedenk dat somatostatine ook door de hypothalamus wordt afgegeven (als GHIH), en dat de maag en de darmen het ook afscheiden. Alvleesklier-somatostatine is een remmend hormoon dat de afgifte van zowel glucagon als insuline remt.
- De PP-cel maakt ongeveer één procent uit van de eilandjescellen en scheidt het pancreas-polypeptidehormoon uit. Aangenomen wordt dat deze cel een rol speelt bij de eetlust en bij de regulering van de exocriene en endocriene secreties van de alvleesklier. Alvleesklierpolypeptide dat na een maaltijd vrijkomt, kan het verdere voedselverbruik verminderen; het komt echter ook vrij als reactie op vasten.
Regulatie van bloedglucosespiegels door insuline en glucagon
Glucose is nodig voor de celademhaling en is de favoriete brandstof voor alle lichaamscellen. Het lichaam verkrijgt glucose uit de afbraak van de koolhydraatbevattende voedingsmiddelen en dranken die we consumeren. Glucose die niet onmiddellijk door de cellen wordt opgenomen als brandstof, kan door de lever en de spieren worden opgeslagen als glycogeen, of worden omgezet in triglyceriden en opgeslagen in het vetweefsel. Hormonen regelen zowel de opslag als het gebruik van glucose naar behoefte. Receptoren in de alvleesklier voelen het glucosegehalte in het bloed aan, waarna de alvleeskliercellen glucagon of insuline afscheiden om het normale niveau te handhaven.
Glucagon
Receptoren in de alvleesklier kunnen de daling van het bloedglucosegehalte aanvoelen, zoals tijdens perioden van vasten of tijdens langdurige arbeid of lichaamsbeweging (figuur 2). Als reactie hierop scheiden de alfacellen van de alvleesklier het hormoon glucagon af, dat verschillende effecten heeft:
- Het stimuleert de lever om zijn voorraden glycogeen weer om te zetten in glucose. Deze reactie staat bekend als glycogenolyse. De glucose wordt vervolgens vrijgegeven in de circulatie voor gebruik door lichaamscellen.
- Het stimuleert de lever om aminozuren uit het bloed op te nemen en om te zetten in glucose. Deze reactie staat bekend als gluconeogenese.
- Het stimuleert lipolyse, de afbraak van opgeslagen triglyceriden in vrije vetzuren en glycerol. Een deel van de vrije glycerol die in de bloedbaan vrijkomt, gaat naar de lever, die het omzet in glucose. Dit is ook een vorm van gluconeogenese.
Tot elkaar verhogen deze acties de bloedglucosespiegels. De activiteit van glucagon wordt gereguleerd door een negatief terugkoppelingsmechanisme; stijgende bloedglucosespiegels remmen verdere glucagonproductie en -secretie.
Figuur 2. De bloedglucoseconcentratie wordt strak tussen 70 mg/dL en 110 mg/dL gehouden. Als de bloedglucoseconcentratie boven dit bereik stijgt, komt er insuline vrij, die de lichaamscellen stimuleert om glucose uit het bloed te verwijderen. Als de bloedglucoseconcentratie onder dit bereik daalt, komt glucagon vrij, dat de lichaamscellen stimuleert glucose aan het bloed af te geven.
Insuline
De belangrijkste functie van insuline is de opname van glucose in de lichaamscellen te vergemakkelijken. Rode bloedcellen, alsmede cellen van de hersenen, lever, nieren en het slijmvlies van de dunne darm, hebben geen insulinereceptoren op hun celmembranen en hebben geen insuline nodig voor de opname van glucose. Hoewel alle andere lichaamscellen insuline nodig hebben om glucose uit de bloedbaan op te nemen, zijn skeletspiercellen en vetcellen de primaire doelwitten van insuline.
De aanwezigheid van voedsel in de darm triggert het vrijkomen van maag-darmkanaalhormonen zoals glucose-afhankelijk insulinotroop peptide (voorheen bekend als maaginhibitoir peptide). Dit is op zijn beurt de eerste aanzet tot de productie en afscheiding van insuline door de bètacellen van de alvleesklier. Zodra de voedingsstoffen worden opgenomen, stimuleert de resulterende stijging van de bloedglucosespiegel de insulinesecretie.
Hoe insuline de glucose-opname vergemakkelijkt, is niet helemaal duidelijk. Insuline lijkt echter een tyrosinekinase-receptor te activeren, die de fosforylering van vele substraten in de cel in gang zet. Deze meervoudige biochemische reacties komen samen om de beweging van intracellulaire blaasjes met faciliterende glucosetransporters naar het celmembraan te ondersteunen. In afwezigheid van insuline worden deze transporteiwitten normaal gesproken langzaam gerecycleerd tussen het celmembraan en het celinterieur. Insuline activeert de snelle verplaatsing van een pool van glucosetransporterblaasjes naar het celmembraan, waar zij samensmelten en de glucosetransporteurs blootstellen aan de extracellulaire vloeistof. De transporters verplaatsen vervolgens glucose door gefaciliteerde diffusie naar het celinterieur.
Praktijkvraag
Bekijk de video om een animatie te zien die de locatie en functie van de alvleesklier beschrijft. Wat gaat er mis in de functie van insuline bij diabetes type 2?
Insuline verlaagt ook het bloedglucosegehalte door glycolyse te stimuleren, het metabolisme van glucose voor de aanmaak van ATP. Bovendien stimuleert het de lever om overtollige glucose om te zetten in glycogeen voor opslag, en het remt enzymen die betrokken zijn bij glycogenolyse en gluconeogenese. Tenslotte bevordert insuline de triglyceriden- en eiwitsynthese. De secretie van insuline wordt geregeld door een negatief terugkoppelingsmechanisme. Wanneer de bloedglucosespiegel daalt, wordt de afgifte van insuline geremd. De alvleesklierhormonen zijn samengevat in tabel 1.
| Tabel 1. Hormonen van de alvleesklier | ||
|---|---|---|
| Geassocieerde hormonen | Chemische klasse | Effect |
| Insuline (beta-cellen) | Eiwit | Verlaagt bloedglucosegehalte |
| Eiwit | Verhoogt bloedglucosegehalte | |
| Somatostatine (deltacellen) | Eiwit | remt afgifte insuline en glucagon |
| Pancreatisch polypeptide (PP-cellen) | Eiwit | Rol bij eetlust |
Stoornissen van het endocriene systeem
Diabetes Mellitus
Stoornissen van de insulineproductie en -secretie, en de respons van de doelcellen op insuline kunnen leiden tot de ziekte diabetes mellitus. Diabetes mellitus komt steeds vaker voor en is gediagnosticeerd bij meer dan 18 miljoen volwassenen in de Verenigde Staten en meer dan 200.000 kinderen. Naar schatting hebben nog eens 7 miljoen volwassenen deze aandoening, maar is de diagnose nog niet gesteld. Bovendien hebben naar schatting 79 miljoen mensen in de VS pre-diabetes, een aandoening waarbij de bloedglucosespiegels abnormaal hoog zijn, maar nog niet hoog genoeg om als diabetes te worden geclassificeerd.
Er zijn twee hoofdvormen van diabetes mellitus. Type 1-diabetes is een auto-immuunziekte die de bètacellen van de alvleesklier aantast. Van bepaalde genen is bekend dat ze de gevoeligheid verhogen. De bètacellen van mensen met type 1-diabetes produceren geen insuline; daarom moet synthetische insuline worden toegediend via injectie of infuus. Deze vorm van diabetes maakt minder dan vijf procent van alle diabetesgevallen uit.
Type 2-diabetes maakt ongeveer 95 procent van alle gevallen uit. Het wordt verworven, en levensstijlfactoren zoals slechte voeding, inactiviteit en de aanwezigheid van pre-diabetes verhogen iemands risico aanzienlijk. Ongeveer 80 tot 90 procent van de mensen met diabetes type 2 heeft overgewicht of obesitas. Bij type 2-diabetes worden de cellen resistent tegen de effecten van insuline. Als reactie daarop verhoogt de alvleesklier de insulinesecretie, maar na verloop van tijd raken de bètacellen uitgeput. In veel gevallen kan diabetes type 2 worden teruggedrongen door matig gewichtsverlies, regelmatige lichaamsbeweging en gezonde voeding; maar als de bloedglucosespiegels niet onder controle kunnen worden gehouden, zal de diabetespatiënt uiteindelijk insuline nodig hebben.
Twee van de eerste symptomen van diabetes zijn overmatig urineren en overmatige dorst. Zij laten zien hoe de uit de hand gelopen glucosespiegels in het bloed de nierfunctie beïnvloeden. De nieren zijn verantwoordelijk voor het filteren van glucose uit het bloed. Een te hoog glucosegehalte in het bloed onttrekt water aan de urine, en als gevolg daarvan scheidt de persoon een abnormaal grote hoeveelheid zoete urine uit. Door het gebruik van lichaamswater om de urine te verdunnen, raakt het lichaam uitgedroogd, waardoor de persoon ongewoon veel en voortdurend dorst heeft. De persoon kan ook aanhoudend honger lijden omdat de lichaamscellen geen toegang hebben tot de glucose in de bloedbaan.
Na verloop van tijd beschadigen de aanhoudend hoge glucosewaarden in het bloed de weefsels in het hele lichaam, vooral die van de bloedvaten en zenuwen. Ontsteking en beschadiging van de bekleding van de slagaders leiden tot atherosclerose en een verhoogd risico op een hartaanval en een beroerte. Beschadiging van de microscopisch kleine bloedvaten van de nieren tast de nierfunctie aan en kan leiden tot nierfalen. Beschadiging van de bloedvaten die de ogen bedienen kan tot blindheid leiden. Beschadiging van de bloedvaten vermindert ook de bloedcirculatie in de ledematen, terwijl beschadiging van de zenuwen leidt tot gevoelsverlies, neuropathie genoemd, vooral in de handen en voeten. Samen verhogen deze veranderingen het risico op verwondingen, infecties en weefselsterfte (necrose), wat bijdraagt tot een hoog percentage teen-, voet- en onderbeenamputaties bij mensen met diabetes. Ongecontroleerde diabetes kan ook leiden tot een gevaarlijke vorm van metabole acidose, ketoacidose genaamd. Bij een tekort aan glucose gaan cellen steeds meer op hun vetvoorraad teren voor brandstof. In een toestand van glucosetekort wordt de lever echter gedwongen een alternatieve vetstofwisselingsroute te gebruiken die resulteert in een verhoogde productie van ketonlichamen (of ketonen), die zuur zijn. De ophoping van ketonen in het bloed veroorzaakt ketoacidose, die – indien onbehandeld – kan leiden tot een levensbedreigende “diabetische coma”. Samen maken deze complicaties diabetes tot de zevende doodsoorzaak in de Verenigde Staten.
Diabetes wordt vastgesteld wanneer uit laboratoriumtests blijkt dat de bloedglucosespiegels hoger zijn dan normaal, een aandoening die hyperglykemie wordt genoemd. De behandeling van diabetes hangt af van het type, de ernst van de aandoening en het vermogen van de patiënt om de levensstijl te veranderen. Zoals eerder gezegd, kunnen matig gewichtsverlies, regelmatige lichaamsbeweging en een gezond dieet de bloedglucosespiegels verlagen. Sommige patiënten met type 2-diabetes kunnen hun ziekte niet onder controle krijgen met deze veranderingen in hun levensstijl en zullen medicijnen nodig hebben. Historisch gezien was insuline de eerstelijnsbehandeling voor type 2-diabetes. Onderzoek heeft geleid tot alternatieve opties, waaronder medicijnen die de alvleesklierfunctie verbeteren.
Bekijk de video voor een animatie die de rol van insuline en de alvleesklier bij diabetes beschrijft.
Hoofdstukbespreking
De alvleesklier heeft zowel exocriene als endocriene functies. Tot de eilandjescellen van de alvleesklier behoren alfacellen, die glucagon produceren; bètacellen, die insuline produceren; deltacellen, die somatostatine produceren; en PP-cellen, die pancreaspolypeptide produceren. Insuline en glucagon zijn betrokken bij de regulering van het glucosemetabolisme. Insuline wordt door de bètacellen geproduceerd als reactie op hoge bloedglucosewaarden. Het bevordert de opname en het gebruik van glucose door de doelcellen, en de opslag van overtollige glucose voor later gebruik. Disfunctie van de insulineproductie of resistentie van de doelcellen tegen de effecten van insuline veroorzaakt diabetes mellitus, een aandoening die wordt gekenmerkt door hoge bloedglucosewaarden. Het hormoon glucagon wordt geproduceerd en afgescheiden door de alfacellen van de alvleesklier als reactie op lage bloedglucosespiegels. Glucagon stimuleert mechanismen die de bloedglucosespiegel verhogen, zoals het katabolisme van glycogeen tot glucose.
Zelftest
Beantwoord de onderstaande vraag of vragen om te zien hoe goed je de onderwerpen uit het vorige hoofdstuk begrijpt.
Kritische denkvragen
- Wat zou het fysiologische gevolg zijn van een ziekte die de bètacellen van de alvleesklier vernietigt?
- Waarom is voetverzorging uiterst belangrijk voor mensen met diabetes mellitus?
Glossary
alpha cel: pancreas eilandje celtype dat het hormoon glucagon produceert
beta cel: pancreas eilandjes celtype dat het hormoon insuline produceert
delta cel: minder belangrijk celtype in de pancreas dat het hormoon somatostatine afscheidt
diabetes mellitus: aandoening veroorzaakt door vernietiging of disfunctie van de bètacellen van de alvleesklier of cellulaire resistentie tegen insuline die resulteert in abnormaal hoge bloedglucosespiegels
glucagon: alvleesklierhormoon dat het katabolisme van glycogeen tot glucose stimuleert, waardoor de bloedglucosespiegels stijgen
hyperglykemie: abnormaal hoge bloedglucosespiegels
insuline: pancreashormoon dat de cellulaire opname en het gebruik van glucose bevordert, waardoor de bloedglucosespiegels dalen
pancreas: orgaan met zowel exocriene als endocriene functies dat zich posterieur aan de maag bevindt en dat belangrijk is voor de spijsvertering en de regulering van de bloedglucose
pancreatische eilandjes: gespecialiseerde clusters van pancreascellen die endocriene functies hebben; ook wel eilandjes van Langerhans genoemd
PP-cel: minder belangrijk celtype in de pancreas dat het hormoon pancreas polypeptide afscheidt