Островки лангерганса у человека находятся в

Что такое островки Лангерганса и для чего они предназначены?

В 19 веке молодой ученый из Германии обнаружил неоднородность тканей поджелудочной железы. Клетки, отличавшиеся от основной массы, располагались небольшими скоплениями, островками. Группы клеток в дальнейшем назвали именем патологоанатома — островки Лангерганса (ОЛ).

Их доля в общем объеме тканей составляет не более 1-2%, однако эта небольшая часть железы выполняет свою функцию, отличную от пищеварительной.

Предназначение островков Лангерганса

Основная часть клеток поджелудочной железы (ПЖ) вырабатывает ферменты, способствующие пищеварению. Функция островных скоплений другая – они синтезируют гормоны, поэтому их относят к эндокринной системе.

Таким образом, поджелудочная железа является частью двух основных систем организма – пищеварительной и эндокринной. Островки являются микроорганами, вырабатывающими 5 видов гормонов.

Большая часть панкреатических групп расположены в хвостовой части поджелудочной железы, хотя хаотичные, мозаичные вкрапления захватывает всю экзокринную ткань.

ОЛ отвечают за регулирование углеводного обмена и поддерживают работу других эндокринных органов.

Гистологическое строение

Каждый островок представляет собой самостоятельно функционирующий элемент. Вместе они составляют сложный архипелаг, который составлен из отдельных клеток и более крупных образований. Размеры их значительно различаются – от одной эндокринной клетки до зрелого, крупного островка (>100 мкм).

В панкреатических группах выстроена иерархия расположения клеток, их 5 видов, все выполняют свою роль. Каждый островок окружен соединительной тканью, имеет дольки, где находятся капилляры.

В центре расположены группы бета-клеток, по краям образований – альфа и дельта-клетки. Чем больше размер островка, тем больше в нем периферийных клеток.

Островки не имеют протоков, вырабатываемые гормоны выводятся по системе капилляров.

Разновидности клеток

Разные группы клеток продуцируют свой вид гормона, регулируя пищеварение, липидный и углеводный обмен.

1. Альфа-клетки. Эта группа ОЛ расположена по краю островков, их объем составляет 15-20% от общего размера. В них происходит синтез глюкагона – гормона, регулирующего количество глюкозы в крови.
2. Бета-клетки. Группируются в центре островков и составляют большую часть их объема, 60- 80%. Они синтезируют инсулин, около 2 мг в сутки.
3. Дельта-клетки. Отвечают за выработку соматостатина, их от 3 до 10%.
4. Эпсилон-клетки. Количество от общей массы не более 1%. Их продукт – грелин.
5. PP-клетки. Гормон панкреатический полипептид вырабатывается этой частью ОЛ. Составляют до 5% островков.

Гормональная активность

Гормональная роль поджелудочной железы велика.

Синтезированные в маленьких островках активные вещества током крови доставляются в органы и регулируют метаболизм углеводов:

1. Основной задачей инсулина является минимизация уровня сахара в крови. Он увеличивает всасывание глюкозы клеточными оболочками, ускоряет ее окисление и помогает сохранению в виде гликогена. Нарушение синтеза гормона приводит к развитию диабета 1 типа. При этом анализы крови показывают наличие антител к вета-клеткам. Сахарный диабет 2 типа развивается, если снижается чувствительность тканей к инсулину.
2. Глюкагон выполняет противоположную функцию – увеличивает уровень сахара, регулирует выработку глюкозы в печени, ускоряет расщепление липидов. Два гормона, дополняя действие друг друга, гармонируют содержание глюкозы – вещества, обеспечивающего жизнедеятельность организма на клеточном уровне.
3. Соматостатин замедляет действие многих гормонов. При этом происходит снижение скорости всасывания сахара из пищи, уменьшение синтеза пищеварительных ферментов, снижение количества глюкагона.
4. Панкреатический полипептид снижает количество ферментов, замедляет выброс желчи и билирубина. Считается, что он останавливает расход пищеварительных ферментов, сохраняя их до очередного приема пищи.
5. Грелин считается гормоном голода или сытости. Его выработка дает сигнал организму о чувстве голода.

Количество вырабатываемых гормонов зависит от полученной с пищей глюкозы и скорости ее окисления. При увеличении ее количества выработка инсулина увеличивается. Синтез запускается при концентрации 5,5 ммоль/л в плазме крови.

Спровоцировать выработку инсулина может не только прием пищи. У здорового человека максимальная концентрация отмечается в период сильных физических напряжений, стрессов.

Эндокринная часть ПЖ вырабатывает гормоны, которые оказывают решающее влияние на весь организм. Патологические изменения ОЛ способны нарушить работу всех органов.

Видео о задачах инсулина в организме человека:

Поражение эндокринной части поджелудочной железы и ее лечение

Причиной поражения ОЛ могут быть генетическая предрасположенность, инфекции и отравления, воспалительные заболевания, иммунные проблемы.

В результате происходит прекращение или значительное снижение выработки гормонов разными клетками островков.

В результате этого могут развиться:

1. СД 1 типа. Характеризуется отсутствием или дефицитом инсулина.
2. СД 2 типа. Определяется неспособностью организма воспользоваться выработанным гормоном.
3. Гестационный диабет развивается во время беременности.
4. Другие типы сахарного диабета (MODY).
5. Нейроэндокринные опухоли.

Основные принципы лечения сахарного диабета 1 типа заключаются во введение в организм инсулина, выработка которого нарушена или снижена. Применяют два вида инсулинов – быстрый и длительного действия. Последний вид имитирует выработку гормона ПЖ.

СД 2 типа требует строгого соблюдения диеты, умеренных физических упражнений и приема препаратов, способствующих сжиганию сахара.

Во всем мире наблюдается рост заболеваемости диабетом, его уже называют чумой 21 века. Поэтому медицинские исследовательские центры ищут способы борьбы с заболеваниями островков Лангерганса.

Процессы в поджелудочной железе развиваются быстро и приводят к отмиранию островков, которые должны синтезировать гормоны.

В последние годы стало известно:

• стволовые клетки, пересаженные на ткань ПЖ, хорошо приживаются и способны в дальнейшем продуцировать гормон, так как начинают работать как бета-клетки;
• ОЛ вырабатывают больше гормонов, если удалить часть железистой ткани ПЖ.

Это позволяет пациентам отказаться от постоянного приема лекарственных средств, строгой диеты и вернуть нормальный образ жизни. Проблемой остается иммунная система, которая может отторгнуть подсаженные клетки.

Проведены успешные операции, после которых у больных с диабетом 1 типа отпала необходимость во введении инсулина. Орган восстановил популяцию бета-клеток, синтез собственного инсулина возобновился. После операции была проведена иммуносупрессивная терапия, чтобы не допустить отторжения.

Видео-материал о функциях глюкозы и заболевании диабетом:

Медицинские институты работают над изучением возможности пересадки поджелудочной железы от свиньи. Первые средства для лечения сахарного диабета как раз использовали части поджелудочной железы свиней.

Ученые сходятся на том, что необходимы исследования особенностей строения и работы островков Лангерганса из-за большого количества важных функций, которые выполняют синтезируемые в них гормоны.

Постоянный прием искусственных гормонов не помогает победить болезнь и ухудшает качество жизни пациента. Поражение этой маленькой части ПЖ вызывает глубокие нарушения работы всего организма, поэтому исследования продолжаются.

Что такое островки Лангерганса поджелудочной железы?

До конца 19 века поджелудочная железа считалась исключительно органом пищеварения. Проблема нарушения обмена глюкозы оставалась неизученной, поэтому и лечение сахарного диабета было практически невозможно.

Сейчас уже достоверно известно, какие функции выполняют островки Лангерганса поджелудочной железы, и определена их структура. Такое открытие привело к новому этапу в заместительной терапии и применению инсулина у больных диабетом.

Немного истории

В 1869 году немецкий ученый Пауль Лангерганс, именем которого были названы скопления клеток в поджелудочной, впервые описал неоднородность структуры этого органа. Но только в конце 20 века возникло предположение, что они играют роль в регуляции сахарного обмена. Немного позднее были получены доказательства этой теории и открыто такое заболевание, как панкреатический диабет.

Основная часть паренхимы поджелудочной отвечает за выработку сока и ферментов. С их помощью происходит расщепление сложных веществ, поступающих с пищей, на более простые соединения, удобные для дальнейшего метаболизма.

Важно! Островки Лангерганса расположены преимущественно в хвосте поджелудочной, их клеточные структуры вырабатывают пять видов гормонов. Самый важный из них – инсулин, который участвует в обмене глюкозы, остальные играют вспомогательную роль в общей эндокринной системе.

Если говорить о том, из чего состоят островки Лангерганса, то следует отметить, что все они в совокупности представляют собой гормонально-активные скопления. Их размеры могут варьироваться от одной клетки до крупных образований более 100 мкм в диаметре. Каждый из островков окружается соединительнотканными волокнами.

В центре располагаются бета-клетки, а по краям – альфа-, дельта- и прочие. Самое большое количество периферических клеток имеют наиболее крупные островки. Все вырабатываемые гормоны выходят наружу по системе капилляров.

Клетки Лангерганса поджелудочной железы

В зависимости от структуры и выполняемой задачи выделяют пять видов клеток. Активное вещество, вырабатываемое каждой группой, действует на разные виды обмена. Кроме того, выделение одного из гормонов может оказывать влияние на продукцию другого.

Альфа-клетки

Эти клетки Лангерганса составляют примерно 20% от общего количества. По своим характеристикам они напоминают нервные клетки и содержат ацетилхолин. Имеют ядро плотной структуры. Функция альфа-клеток заключается в производстве глюкагона. Он вместе с инсулином участвует в регуляции сахара в крови.

Выброс глюкагона происходит на фоне снижения глюкозы, он активизирует клетки печени и запускает распад гликогена или образование сахара из других веществ.

Важно! При голодании, нехватке в еде сахара его уровень сохраняется благодаря глюкагону. Одновременно фермент увеличивает секрецию инсулина, и этот механизм позволяет избежать гипергликемии.

Бета-клетки

Данные клетки островков Лангерганса имеют ядро, круглую форму и образуют отростки. Их количество в поджелудочной железе составляет до 80% от общего числа. Функция бета-клеток заключается в продукции инсулина. Он помогает утилизировать сахар, поступающий в кровь, проводить его внутрь клеток и создавать запасы в печени и мышечных волокнах.

Секреция инсулина усиливается при наличии некоторых аминокислот, гормонов и препаратов сульфонилмочевины. Ее стимулирует также кальций, калий, жирные кислоты. Глюкагон и соматостатин тормозят выработку этого вещества.

Дельта-клетки

Эти структуры составляют от 3 до 10% от всех клеток островков. Они вырабатывают соматостатин. Его основная функция – угнетение производства других активных веществ: тиреотропного и гормона роста, пептидов, гастрина, инсулина, глюкагона.

ПП-клетки

Имеются в количестве до 5% от общего объема. Производят панкреатический полипептид, который подавляет секреторную активность поджелудочной и усиливает выработку сока в желудке. Участие этого вещества позволяет правильно расходовать пищеварительные ферменты для переваривания поступившей пищи.

Эпсилон-клетки

Они представлены в минимальном количестве, в панкреатических островках поджелудочной железы их менее 1%. Отвечают за производство грелина, или гормона голода. Находятся не только в поджелудочной железе, но и в легких, почках, тонком кишечнике. Вырабатываются в тот момент, когда потребленная пища уже израсходована и организм нуждается в пополнении.

Патологии

При нарушении структуры и замещении соединительной тканью эндокринных клеток поджелудочной могут развиваться различные заболевания. Причинами поражения островков выступают:

• воспаления;
• опухоли;
• иммунные нарушения;
• инфекции;
• интоксикации и отравления.

Важно! Прекращение или значительное снижение гормональной активности железы приводит к развитию инсулинозависимого сахарного диабета.

Отдельно следует упомянуть такое редкое заболевание, как гистиоцитоз из клеток Лангерганса. При данной патологии клеточные структуры после прохождения жизненного цикла не разрушаются, а превращаются в аномальные образования (гранулемы).

В этом случае рекомендуется иссечение очагов, но в основном приходится прибегать к полному удалению и последующей пересадке пораженного органа. Клеточный гистиоцитоз чаще всего встречается у детей до 15 лет, заболевание возникает у лиц с наследственной предрасположенностью.

Как проводится анализ?

При возникновении проблемы в работе поджелудочной железы и сбоев в ее эндокринной функции необходимо провести полное обследование. Наиболее часто причиной поражения клеток становится аутоиммунная атака. Образовавшиеся антитела можно определить при помощи лабораторной диагностики. Они могут быть трех видов:

• к самим клеточным структурам островков Лангерганса;
• вырабатываемому ими инсулину;
• мембранному ферменту бета-клеток (декарбоксилаза глутаминовой кислоты).

Важно! Обычно повреждение затрагивает не только эти группы клеток, но и весь орган в целом. Поэтому необходимо также сделать УЗИ и проверить ферментативную активность.

Трансплантация островков

Новейший метод борьбы с сахарным диабетом, возникшим на фоне поражения островков, – их пересадка. Впервые такой способ был опробован в Канаде, когда пациенту вводились донорские здоровые клетки в самую крупную (воротную) вену печени через катетер.

После успешного лечения уже спустя две недели начинает нормализоваться обмен глюкозы и значительно улучшается общее состояние. Это позволяет постепенно снижать дозировку вводимого инсулина и в конце полностью отменить заместительную терапию.

Но существует определенная опасность, что пересаженные клетки будут отторгаться. Поэтому даже при тщательном подборе материала от донора проводится лечение, направленное на угнетение иммунитета.

Стоимость вмешательства составляет примерно 100 000 долларов, а проведения реабилитационных мероприятий и иммуносупрессорной терапии – от 5000 до 20 000 долларов. Цена устанавливается в зависимости от индивидуальной реакции организма человека и выраженности процесса отторжения.

Заключение

Работа поджелудочной железы в качестве органа эндокринной системы зависит от состояния клеток, производящих гормоны. Все они собраны преимущественно в хвостовой части в островки Лангерганса.

Пять разновидностей клеточных структур отличаются по строению и функциям. При их поражении развиваются различные заболевания, чаще всего страдает обмен глюкозы. Лечение появившегося на этом фоне диабета заключается в постоянном введении инсулина или проведении операции по пересадке скопления клеток от донора.

КЛЕТКИ ОСТРОВКОВ ЛАНГЕРГАНСА

На картинке рядом с текстом представлено обобщенное описание эндокринных клеток островка Лангерганса, без указания их реальной позиции внутри него. На рисунке показана также структура фенестрированных капилляров и присутствующих в околокапиллярном пространстве автономных нервных волокон (HB) и нервных окончаний (НО).

А-клетки (А) — аргирофильные полигональные элементы с глубоко инвагинированным ядром, заметным ядрышком и в основном хорошо развитыми органеллами. Несколько лизосом и пигментных гранул может также присутствовать в цитоплазме. Характерной особенностью А-клеток является наличие окруженных одинарной мембраной секреторных гранул (АСГ), достигающих около 300 нм в диаметре. Гранулы возникают из комплекса Гольджи (Г), их содержимое выбрасывается из тела клетки путем экзоцитоза. В течение этого процесса мембрана гранулы сливается с плазмолеммой А-клетки, ориентированной по направлению к капилляру (Кап). Гранула высвобождается между базальной мембраной (БМЭ) эндокринной клетки и собственно эндокринной клеткой. Только в этом узком пространстве находится содержимое гранул в форме видимых маленьких пузырьков. Это содержимое становится неразличимым в околокапиллярном пространстве (ОП), т. е. в пространстве между базальной мембраной эндокринной клетки и капиллярной базальной мембраной (БМК). А-клетки продуцируют глюкагон.

В-клетки (Б) — полигональные клетки с овальным и часто инвагинированным ядром и массивным ядрышком. Цитоплазма содержит хорошо развитый комплекс Гольджи (Г), большие многочисленные митохондрии, несколько коротких цистерн гранулярной эндоплазматической сети и рибосомы. Многочисленные секреторные гранулы (БСГ) диаметром около 200 нм, ограниченные одинарными мембранами, происходят из комплекса Гольджи. Гранулы содержат осмиофильное «ядро», в котором могут обнаруживаться один или несколько политональных кристаллов. Сначала гранулы достигают околокапиллярного пространства путем экзоцитоза, как описано для А-клеток, и затем — капилляров. В-клетки синтезируют инсулин.

D-клетки (Д) — овальные или полигональные клетки с округлым ядром и хорошо развитыми митохондриями и комплексом Гольджи (Г). Другие органеллы также ясно видимы. Из комплекса Гольджи выделяются окруженные одинарной мембраной секреторные гранулы (ДСГ) диаметром 220—350 нм, наполненные гранулярным, умеренно осмиофильным материалом, который экскретируется из тела клетки путем экзоцитоза, как описано для А-клеток. D-клетки продуцируют соматостатин и гастрин. Они являются типом APUD-клеток.

РР-клетки (ПП), или F-клетки, — эндокринные клетки островков Лангерганса, не только находящиеся в юкстадуоденальных панкреатических островках, но также ассоциированные с панкреатическими ацинарными клетками и клетками, выстилающими маленькие и среднего размера экскреторные протоки. РР-клетки имеют округлое или эллиптическое ядро, митохондрии, умеренно развитый комплекс Гольджи, короткие цистерны гранулярной эндоплазматической сети и большое количество маленьких, окруженных одинарной мембраной секреторных гранул (ППСГ) диаметром 140—120 нм с гомогенным содержимым. РР-клетки синтезируют панкреатические полипептиды.

Глюкагон — это гормон, который стимулирует печеночный глюконеогенез. Инсулин — гормон, стимулирующий получение клетками глюкозы (гепатоциты, скелетные мышечные волокна). Соматостатин — гормон, ингибирующий (подавляющий) освобождение глюкагона и гормона роста, а также панкреатическую секрецию. Панкреатический полипептид — это гормон, который тормозит панкреатическую экзокринную секрецию и продукцию желчи.

Что такое островки Лангерганса

Находящиеся в поджелудочной железе островки Лангерганса, представляют собой скопление эндокринных клеток, отвечающих за продуцирование гормонов. В середине XIX века ученый Паул Лангерганск открыл целые группы этих клеток, поэтому скопления были названы в его честь.

В течение суток островки вырабатывают 2 мг инсулина.

Островковые клетки сконцентрированы в основном в хвостовом отделе поджелудочной железы. Их масса составляет 2% от общего веса железы. Общее количество островков в паренхиме — приблизительно 1 000 000.

Интересным является тот факт, что у новорожденных масса островков занимает 6% от веса поджелудочной железы.

С течением лет удельный вес структур организма, имеющих эндокринную активность, поджелудочной железы, уменьшается. К 50-ти годам существования человека остается всего 1-2% островков

Из каких клеток состоят скопления

В своем составе островки Лангерганса имеют разные по функциональности и морфологии клетки.

Эндокринный отдел поджелудочной железы состоит из:

• продуцирующих глюкагон альфа-клеток. Гормон является антагонистом инсулина и повышает уровень сахара в кровотоке. Альфа-клетки занимают 20% веса остальных клеток;
• за синтез амелина и инсулина отвечают бета-клетки, они занимают 80% веса островка;
• выработку соматостатина, способного угнетать секрет других органов, обеспечивают дельта-клетки. Их масса составляет от 3 до 10%;
• РР-клетки необходимы для продуцирования панкреатического полипептида. Гормон способствует усилению секреторной функции желудка и подавлению секреции паренхимы;
• грелин, отвечающий за возникновение у человека чувства голода, вырабатывают эпсилон-клетки.

Как устроены и для чего нужны островки

Основная функция, которую выполняют островки Лангерганса – поддержание правильного уровня углеводов в организме и контроль над другими эндокринными органами. Островки иннервируются симпатическими и блуждающими нервами и обильно снабжаются кровью.

Островки Лангерганса в поджелудочной имеют сложную структуру. По сути, каждый из них являет собой активное полноценное функциональное образование. Строение островка обеспечивает обмен между биологически активными веществами паренхимы и другими железами. Это необходимо для слаженной секреции инсулина.

Клетки островков перемешаны между собой, то есть, расположены в виде мозаики. Зрелый островок в поджелудочной железе имеет правильную организацию. Островок состоит из долек, которые окружает соединительная ткань, внутри клеток проходят кровеносные капилляры.

В центре долек находятся бета-клетки, в периферическом же отделе расположены альфа и дельта-клетки. Поэтому строение островков Лангерганса полностью зависит от их размеров.

Почему против островков образуются антитела? В чем заключается их эндокринная функция? Оказывается, при взаимодействии клеток островков развивается механизм обратной связи, и тогда эти клетки оказывают влияние на другие клетки, расположенные поблизости.

1. Инсулин активизирует функцию бета-клеток и угнетающе действует на альфа-клетки.
2. Альфа-клетки активизирует глюкагон, а те воздействуют на дельта-клетки.
3. Работу альфа и бета-клеток угнетает соматостатин.

Важно! При сбое иммунных механизмов образуются направленные против бета-клеток иммунные тела. Клетки разрушаются и приводят к страшному заболеванию, носящему название «сахарный диабет».

Что такое пересадка и зачем она нужна

Достойной альтернативой пересадки паренхимы железы является трансплантация островкового аппарата. В этом случае установка искусственного органа не потребуется. Пересадка дает шанс диабетикам восстановить структуру бета-клеток и пересадка поджелудочной железы не требуется в полном объеме.

На основании клинических исследований было доказано, что у больных сахарным диабетом типа 1, которым были пересажены донорские островковые клетки, полностью восстанавливается регуляция уровня углеводов. Чтобы предупредить отторжение донорских тканей, таким пациентам проводилась мощная иммуносупрессивная терапия.

Для восстановления островков существует и другой материал – стволовые клетки. Поскольку резервы донорских клеток не безграничны, такая альтернатива является весьма актуальной.

Для организма очень важно восстановить восприимчивость иммунной системы, иначе вновь пересаженные клетки будут отторгаться или разрушаться через некоторое время.

Сегодня быстро развивается регенерационная терапия, она предлагает новые методики во всех областях. Перспективна и ксенотрансплантация – пересадка человеку свиной поджелудочной железы.

Экстракты паренхимы свиньи использовались для лечения сахарного диабета еще до открытия инсулина. Оказывается человеческая и свиная железы отличаются лишь одной аминокислотой.

Поскольку сахарный диабет развивается вследствие поражения островков Лангерганса, их изучение имеет большие перспективы для эффективного лечения заболевания.