37.8: ויסות תהליכי גוף - ויסות הורמונלי של חילוף החומרים

מטרות למידה

• הסבר כיצד ההורמונים גלוקגון ואינסולין מווסתים את רמת הגלוקוז בדם

רמות הגלוקוז בדם משתנות מאוד במהלך היום כאשר תקופות של צריכת מזון מתחלפות עם תקופות של צום. אינסולין וגלוקגון הם שני ההורמונים האחראים העיקריים לשמירה על הומאוסטזיס של רמות הגלוקוז בדם. תקנה נוספת מתווכת על ידי הורמוני בלוטת התריס.

ויסות רמות הגלוקוז בדם: אינסולין וגלוקגון

תאי הגוף דורשים חומרים מזינים על מנת לתפקד. חומרים מזינים אלה מתקבלים באמצעות האכלה. על מנת לנהל צריכת חומרים מזינים, אחסון צריכה עודפת וניצול עתודות במידת הצורך, הגוף משתמש בהורמונים כדי למתן מאגרי אנרגיה. האינסולין מיוצר על ידי תאי הבטא של הלבלב, אשר מעוררים לשחרר אינסולין ככל שרמות הגלוקוז בדם עולות (למשל, לאחר צריכת ארוחה). אינסולין מוריד את רמות הגלוקוז בדם על ידי שיפור קצב ספיגת הגלוקוז וניצול תאי המטרה, המשתמשים בגלוקוז לייצור ATP. זה גם מגרה את הכבד להמיר גלוקוז לגליקוגן, אשר מאוחסן אז על ידי תאים לשימוש מאוחר יותר. כאשר האינסולין נקשר לתא המטרה שלו באמצעות קולטני אינסולין והעברת אותות, הוא מפעיל את התא לשלב חלבוני הובלת גלוקוז בממברנה שלו. זה מאפשר לגלוקוז להיכנס לתא, שם הוא יכול לשמש כמקור אנרגיה. פעולות אלה המתווכות על ידי אינסולין גורמות לירידה בריכוזי הגלוקוז בדם, הנקראים אפקט היפוגליקמי או "סוכר נמוך", המעכב שחרור נוסף של אינסולין מתאי בטא באמצעות לולאת משוב שלילית.

תפקוד אינסולין לקוי יכול להוביל למצב הנקרא סוכרת, שיש לו השפעות רבות על הגוף. זה יכול להיגרם על ידי רמות נמוכות של ייצור אינסולין על ידי תאי בטא של הלבלב, או על ידי רגישות מופחתת של תאי רקמות לאינסולין. זה מונע את ספיגת הגלוקוז בתאים, וגורם לרמות גבוהות של גלוקוז בדם, או היפרגליקמיה (סוכר גבוה). רמות גלוקוז גבוהות בדם מקשות על הכליות לשחזר את כל הגלוקוז משתן המתהווה, וכתוצאה מכך גלוקוז הולך לאיבוד בשתן. רמות גלוקוז גבוהות גורמות גם לספיגה חוזרת של פחות מים בכליות, מה שגורם לייצור כמויות גבוהות של שתן; זה עלול לגרום להתייבשות. עם הזמן, רמות גלוקוז גבוהות בדם עלולות לגרום לנזק עצבי לעיניים ולרקמות הגוף ההיקפיות, כמו גם לפגיעה בכליות ובמערכת הלב וכלי הדם. הפרשת יתר של אינסולין עלולה לגרום להיפוגליקמיה, לרמות נמוכות של גלוקוז בדם. זה גורם לזמינות לא מספקת של גלוקוז לתאים, מה שמוביל לרוב לחולשת שרירים. לפעמים זה יכול לגרום לחוסר הכרה או למוות אם הוא לא מטופל.

איור\(\PageIndex{1}\): סוכרת: סוכרת יכולה לגרום למגוון רחב של תסמינים, כולל בחילות, הקאות, ראייה מטושטשת, עייפות, תדירות במתן שתן ורמות גבוהות של גלוקוז בשתן.

כאשר רמות הגלוקוז בדם יורדות מתחת לרמות הנורמליות, למשל בין הארוחות או כאשר משתמשים בגלוקוז במהלך האימון, ההורמון גלוקגון משתחרר מהלבלב. גלוקגון מעלה את רמות הגלוקוז בדם, ומעורר את מה שמכונה אפקט היפרגליקמי, על ידי גירוי פירוק הגליקוגן לגלוקוז בתאי שריר השלד ותאי הכבד בתהליך הנקרא גליקוגנוליזה. לאחר מכן ניתן לנצל גלוקוז כאנרגיה על ידי תאי שריר ולשחרר אותו למחזור הדם על ידי תאי הכבד. גלוקגון גם מגרה ספיגה של חומצות אמינו מהדם על ידי הכבד, אשר לאחר מכן ממיר אותם גלוקוז. תהליך זה של סינתזת גלוקוז נקרא גלוקונאוגנזה. עליית רמות הגלוקוז בדם מעכבת שחרור גלוקגון נוסף על ידי הלבלב באמצעות מנגנון משוב שלילי. באופן זה אינסולין וגלוקגון עובדים יחד לשמירה על רמות הגלוקוז ההומאוסטטיות.

איור\(\PageIndex{1}\): ויסות רמות הגלוקוז בדם על ידי אינסולין וגלוקגון: ככל שרמות הגלוקוז בדם עולות, האינסולין מגרה את התאים לקלוט יותר גלוקוז ומסמן לכבד להמיר את עודף הגלוקוז לגליקוגן, צורה שבה הוא יכול להיות מאוחסן לשימוש מאוחר יותר. כאשר רמות הגלוקוז בדם יורדות, הגלוקגון מגיב על ידי גירוי פירוק הגליקוגן לגלוקוז ומסמן ייצור גלוקוז נוסף מחומצות אמינו.

ויסות רמות הגלוקוז בדם: הורמוני בלוטת התריס

קצב חילוף החומרים הבסיסי, שהוא כמות הקלוריות הנדרשת על ידי הגוף במנוחה, נקבע על ידי שני הורמונים המיוצרים על ידי בלוטת התריס: תירוקסין, הידוע גם בשם tetraiodothyronine או T4, ו triiodothyronine, הידוע גם בשם T3. שחרור T3 ו- T4 מבלוטת התריס מגורה על ידי הורמון מגרה בלוטת התריס (TSH), המיוצר על ידי יותרת המוח הקדמית. הורמונים אלה משפיעים כמעט על כל תא בגוף למעט המוח הבוגר, הרחם, האשכים, תאי הדם והטחול. הם מועברים על פני קרום הפלזמה של תאי המטרה שם הם נקשרים לקולטנים במיטוכונדריה, וכתוצאה מכך ייצור ATP מוגבר. בגרעין, T3ו-T4מפעילים גנים המעורבים בייצור אנרגיה וחמצון גלוקוז. התוצאה היא עלייה בשיעורי חילוף החומרים וייצור חום הגוף. זה ידוע בשם האפקט הקלוריגני של ההורמון.

הפרעות יכולות לנבוע הן מתת-ייצור והן מייצור יתר של הורמוני בלוטת התריס. תת פעילות של בלוטת התריס, תת-ייצור של הורמוני בלוטת התריס, עלולה לגרום לקצב חילוף חומרים נמוך המוביל לעלייה במשקל, רגישות לקור והפחתת פעילות נפשית, בין תסמינים אחרים. אצל ילדים תת פעילות של בלוטת התריס עלולה לגרום לקרטיניזם, מה שעלול להוביל לפיגור שכלי ומומים בגדילה. יתר של בלוטת התריס, ייצור יתר של הורמוני בלוטת התריס, יכול להוביל לקצב חילוף חומרים מוגבר, שעלול לגרום לירידה במשקל, עודף ייצור חום, הזעה וקצב לב מוגבר.

נקודות מפתח

• כאשר רמות הגלוקוז בדם עולות, האינסולין מופרש על ידי הלבלב, מוריד את רמת הגלוקוז בדם על ידי הגברת ספיגתו בתאים וממריץ את הכבד להמיר גלוקוז לגליקוגן, באיזו צורה ניתן לאחסן אותו.
• אם הפרשת האינסולין נפגעת, היא עלולה לגרום לסוכרת: מחלה בה רמות הגלוקוז בדם נשארות גבוהות, מה שמוביל לעודף גלוקוז בשתן, עלייה בתפוקת השתן והתייבשות, בין תסמינים אחרים.
• כאשר רמות הגלוקוז בדם יורדות, גלוקגון מופרש על ידי הלבלב, מה שמעלה את רמות הגלוקוז בדם על ידי גירוי פירוק הגליקוגן לגלוקוז ויצירת גלוקוז מחומצות אמינו.
• קצב חילוף החומרים הבסיסי של הגוף נשלט על ידי ההורמונים T3 ו- T4, המיוצרים על ידי בלוטת התריס בתגובה להורמון מגרה בלוטת התריס (TSH), המיוצר על ידי יותרת המוח הקדמית.
• T3 ו- T4 נקשרים לקולטנים במיטוכונדריה, וגורמים לעלייה בייצור ה- ATP, כמו גם לעלייה בתעתיק הגנים המסייעים בניצול גלוקוז וייצור ATP, וכתוצאה מכך מטבוליזם גבוה יותר של התא.

מונחי מפתח

• אינסולין: הורמון פוליפפטיד המווסת את חילוף החומרים של הפחמימות
• גלוקגון: הורמון, המיוצר על ידי הלבלב, המתנגד לפעולת האינסולין על ידי גירוי ייצור הסוכר
• גליקוגן: פוליסכריד שהוא הצורה העיקרית של אחסון פחמימות בבעלי חיים; המרה לגלוקוז לפי הצורך
• היפוגליקמיה: מצב בו רמות הגלוקוז בדם נמוכות מדי
• גליקוגנוליזה: ייצור גלוקוז-1-פוספט על ידי פיצול מונומר גלוקוז מגליקוגן באמצעות פוספט אנאורגני
• גלוקונאוגנזה: התהליך המטבולי בו נוצר גלוקוז, בעיקר בכבד, ממבשרים שאינם פחמימות
• תירוקסין: הורמון (נגזרת יוד של טירוסין), המיוצר על ידי בלוטת התריס, המווסת את חילוף החומרים והצמיחה של התאים
• triiodothyronine: הורמון בלוטת התריס החזק ביותר, המשפיע כמעט על כל תהליך בגוף, כולל טמפרטורת הגוף, צמיחה וקצב לב
• היפותירואידיזם: מצב המחלה נגרמת על ידי ייצור מספיק של הורמון בלוטת התריס על ידי בלוטת התריס
• hyperthyroidism: ייצור מופרז של הורמונים על ידי בלוטת התריס