1

Il pancreas secerne due importanti ormoni coinvolti nella regolazione

del metabolismo del glucosio, dei lipidi e delle proteine:

Insulina GlucagoneAumento di glucosio nel sangue

liberazione di insulina

Si lega a recettori di

membrana nelle

cellule epatiche

Lega recettori di

membrana negli adipociti

e nelle cellule muscolari

Incrementa l’attività della

glicogeno-sintetasi

Esocitosi e attivazione dei

trasportatori di glucosio

Incrementa la rimozione

del glucosio

Rimozione del glucosio dal sangue

Deposito come glicogeno

Diminuzione di glucosio nel sangue

liberazione di glucagone

Si lega ai recettori di membrana

Aumento di cAMP, attivazione della

chinasi cAMP-dipendente

Attivazione della

glicogeno fosforilasi

Inibizione della

glicogeno sintetasi

Degradazione di glicogeno a glucosio

Attivazione dell’adenilato ciclasi

Rilascio di glucosio nel sangue

2

Il pancreas è costituito da due tipi principali di tessuto:gli Acini che secernono succo digestivo destinato a riversarsi nel

duodeno

gli Isolotti di Langherans che secernono insulina e glucagone

direttamente nel sangueIl pancreas umano contiene da 1 a 2 milioni di Isole di Langherans,

ciascuna con diametro di 0,3 mm in stretto contatto con i capillari

sanguigni

Contengono 3 tipi principali di cellule: alfa, beta, delta.

3

Lunghezza 15 cmPeso 60-100 gr.

6

7

Alfa sono circa il 25% del totale, secernono glucagone

Beta sono le più numerose, il 60% del totale, secernono insulina

Delta il 10% secernono somatostatina

È presente inoltre almeno un altro tipo di cellule, denominato PP che

secernono un ormone a funzione incerta chiamato peptide pancreatico

Legato probabilmente alla regolazione della secrezione esocrina del

pancreas.

8

Questo ormone, isolato per la prima volta dal pancreas nel 1922, da Banting e Best, ha mutato radicalmente il destino del diabetico grave

Ma sono soprattutto le turbe del metabolismo dei grassi, che sono le

usuali cause di morte tra i diabetici, per aterosclerosi ed acidosi.

Sono gravi anche le alterazioni del metabolismo proteico che portano

il diabetico a grave consunzione

Prima dell’avvento dell’insulina i soggetti con diabete mellito di tipo 1 non potevano sopravvivere più di qualche giorno o mese (solo raramente la sopravvivenza era di qualche anno).

INSULINA E LE SUE FUNZIONIINSULINA E LE SUE FUNZIONI

Storicamente la nozione di insulina è associata allo zucchero nel sangue

9giorni

co

nc

en

traz

ion

eEffetti della rimozione del pancreas sulla glicemia e sulla concentrazione plasmatica di acidi grassi liberi (non esterificati) e di acido acetacetico

10

La sua secrezione è associata ad una grande disponibilità di energia cioè viene secreta quando è abbondante l’apporto di alimenti energetici con la dieta

È indispensabile per immagazzinare le sostanze energetiche in eccesso

I carboidrati: vengono immagazzinati come glicogeno nel fegato e nel muscolo

I grassi: l’ormone ne favorisce l’accumulo nel tessuto adiposo conver-te inoltre in grassi tutti gli zuccheri non depositati come glicogeno

Le proteine: l’insulina favorisce la captazione degli Aa e la sintesi proteica intracellulare

INSULINA: ORMONE ANABOLIZZANTEINSULINA: ORMONE ANABOLIZZANTE

11

L’insulina è una proteina di piccole dimensioni PM 5.808

Secreta come prepro-ormone PM 11.500 viene scissa nel reticolo endopla-smico in pre-ormone PM 9.000, che viene successivamente degradato nel golgi nella forma attiva, che viene impacchettata nei granuli secretori

12

Il meccanismo cellulare che controlla il rilascio di insulina nelle cellule beta pancreatiche

13

– – controlli sulle cellule controlli sulle cellule

14

l’insulina secreta nel sangue si trova in forma non legata ha un emivita di soli 6 minuti, viene allontanata dal circolo dopo circa 10÷15 minuti

tranne la quota legata ai recettori l’insulina viene degradata ad opera dell’enzima insulinasi del fegato, e in minor misura nel rene

per poter avere effetto sulle cellule bersaglio l’insulina si deve legare ad un recettore di membrana

la proteina recettore di PM 300.000 daltons, viene attivata dal legame con l’ormone

È il recettore attivato che determina gli effetti metabolici successivi

15

Si presenta in due isoforme che differiscono per la presenza HIR-B o meno HIR-A di una catena di 12 Aminoacidi localizzata all’estremità COOH terminale della subunità A extracellulare del recettore

Le due isoforme hanno una diversa affinità di legame per l’ormone ed anche una diversa cinetica di internalizzazione il che suggerisce che le diverse isoforme abbiano una diversa attività biologica tale da modulare nei diversi tessuti una adeguata risposta allo stimolo insulinico

IL RECETTORE INSULINICO HIRIL RECETTORE INSULINICO HIR

16

IRS-1

IRS-1

17

18

L’azione dell’insulina sul trasporto del glucosio coinvolge la trasduzione di proteine trasportatrici definite carrier

I trasportatori di glucosio rappresentano una famiglia di proteine con differenti isoforme tessuto-specifiche denominate GLUT

L’insulina è in grado di regolare la sintesi di tali trasportatori e di promuovere la traslocazione energia-dipendente delle vescicole intracellulari che contengono tali trasportatori verso la membrana plasmatica; questo effetto è reversibile, infatti i trasportatori ritornano

a livello intracellulare dopo la rimozione dell’insulina.

PROTEINE CarrierPROTEINE Carrier

19

Assorbimento intestinale del fruttosio

Captazione di glucosio mediata da insulina

Captazione nei neuroni e in altri tessuti

Regolazione del rilascio di insulina, altri aspetti

dell’omeostasi glucidica

Captazione basale del glucosio, trasporto

attraverso la barriera emato-encefailca

Funzione

1÷2

=5

<1

15÷20

1÷2

Km glucosio(mmol/L)

Intestino, rene

Muscolo, adipe

Cervello, rene, placenta, altri tessuti

Cellule B pancreatiche, fegato, rene, intestino

Tutti i tessutispecialmente eritrociti, cervello

Tessuti

GLUT 5

GLUT 4

GLUT 3

GLUT 2

GLUT 1

Trasportatore

Trasportatori di glucosio

Trasportatori di glucosio

20

MUSCOLOMUSCOLO

TESSUTO ADIPOSOTESSUTO ADIPOSO

FEGATOFEGATO

EFFETTO DELL’INSULINA SUL METABOLISMO DEI CARBOIDRATI

EFFETTO DELL’INSULINA SUL METABOLISMO DEI CARBOIDRATI

21

la membrana del muscolo a riposo è poco permeabile al glucosio

durante la maggior parte della giornata, il muscolo dipende, per le

sue richieste energetiche, dagli ac.grassi non dal glucosio

la permeabilità della membrana muscolare al glucosio aumenta quan-

do è sotto l’effetto dell’insulina

INSULINA E MUSCOLOINSULINA E MUSCOLO

22

Se lo zucchero non viene utilizzato immediatamente dal muscolo per

fini energetici, viene depositato sotto forma di glicogeno

La quantità di glicogeno depositato non supera il 2%, ma essendo la

massa muscolare corporea rilevante, i depositi di glicogeno muscolari

sono ovviamente importanti

Il glicogeno depositato viene utilizzato al bisogno quando cioè il mu-

scolo si contrae in condizioni anaerobiche nelle quali il glicogeno vie-

ne degradato ad acido lattico

durante l’esercizio fisico

in questo caso l’utilizzo del glucosio non richiede elevate quantità di

insulina poiché il muscolo in queste condizioni diviene molto permea-

bile al glucosio, per ragioni non ancora note, anche in assenza

dell’ormone

23

Azione dell’insulina sui trasportatori del glucosio Glut-4 nei tessuti bersaglio (muscolo e tessuto adiposo, ma non fegato)

24

INSULINA E FEGATOINSULINA E FEGATO

uno degli effetti più importanti dell’ormone è quello di immagazzina-

re come glicogeno nel fegato la maggior parte del glucosio assorbito

dall’intestino dopo un pasto

il glicogeno immagazzinato viene poi degradato a glucosio e liberato

nel sangue, quando tra un pasto e l’altro la concentrazione dello zuc-

chero diminuisce così da impedire che la glicemia si abbassi troppo

25

Meccanismo d’azione

INSULINA E FEGATOINSULINA E FEGATO

l’insulina inibisce la fosforilasi epatica che provoca la scissione del

glicogeno in glucosio

aumenta l’attività della glicochinasi, enzima che induce la fosforila-

zione del glucosio entrato nell’epatocita

aumenta l’attività degli enzimi che inducono la sintesi del

glicogeno, fosfofruttochinasi, glicogenosintetasi

l’effetto è quello di aumentare la quantità di glicogeno nell’organo

fino a 100 gr. circa il 6% della massa epatica

26

Azione dell’insulina sul fegato, trasportatore GLUT-2

27

Effetti dell’ormone sul cervello

le cellule cerebrali utilizzano solamente glucosio

É essenziale che la glicemia sia mantenuta sopra ad un determinato li-

vello critico.

sono permeabili al glucosio senza l’intervento dell’insulina (GLUT-1)

Se la quantità dello zucchero va al disotto di 20-50 mg/100 ml si ha

shock ipoglicemico che si manifesta con irritabilità, convulsioni, perdita

di coscienza e coma.

28

EFFETTO DELL’INSULINASUL METABOLISMO DEI GRASSI

EFFETTO DELL’INSULINASUL METABOLISMO DEI GRASSI

l’insulina induce l’aumento dell’immagazzinamento dei grassi

quando il glucosio nel fegato non può più essere depositato come

glicogeno, viene degradato in Piruvato e convertito in Acetil CoA

l’attivazione dell’acetil Coa carbossilasi converte acetilCoA in

malonilCoA prima tappa della sintesi degli ac. Grassi

gli ac. grassi vengono convertiti in trigliceridi che liberati dagli

epatociti sono trasportati al tessuto adiposo legati a lipoproteine

entrano negli adipociti grazie alla lipoprotein-lipasi che scinde i

trigliceridi in ac. grassi che possono essere così assorbiti

29

l’insulina ha altri due effetti importanti nell’immagazzinamento dei

grassi nelle cellule adipose

inibisce la lipasi ormono-sensibile e questo inibisce la liberazione

degli ac. grassi nel sanguepromuove il trasporto nelle cellule adipose del glucosio che è utiliz-

zato sia per la sintesi di ac. grassi che di -glicerofosfato sostanza

che fornisce il glicerolo per la sintesi dei trigliceridi

la mancanza di insulina provoca negli epatociti:

1: la rapida -ossidazione dei grassi nei mitocondri… vengono

prodotte forti quantità di CoA

2: questo eccesso di CoA viene convertita in Ac. acetace-

tico e liberato nel sangue viene metabolizzato in

ACIDO BETA IDROSSIBUTIRRICOACIDO BETA IDROSSIBUTIRRICO ACETONEACETONE

INDUCENDO CHETOSI ED ACIDOSI

INDUCENDO CHETOSI ED ACIDOSI

31

EFFETTO DELL’INSULINA SUL METABOLISMO DELLE PROTEINE

EFFETTO DELL’INSULINA SUL METABOLISMO DELLE PROTEINE

-L’insulina promuove il trasporto di molti Aa all’interno delle cellule

(val, leu, isoleu, phe)

**(anche l’ormone della crescita ha lo stesso effetto, ma gli Aa sono

diversi)

-l’insulina agisce sui ribosomi aumentando la trasduzione dell’

mRNA e aumenta inoltre la trascrizione di porzioni di DNA

-inibisce il catabolismo delle proteine

-deprime la gliconeogenesi epatica

32

L’INSULINA HA AZIONE SINERGICA CON L’ORMONE SOMATOTROPO

L’INSULINA HA AZIONE SINERGICA CON L’ORMONE SOMATOTROPO

dopo la rimozione del pancreas e dell’ipofisi, nessuno dei due ormoni

è in grado di far riprendere la crescita agli animali trattati se sono

somministrati singolarmente, ma se gli ormoni sono somministrati in

associazione si manifesta la ripresa della crescita in maniera

eclatante

il sinergismo si manifesta poiché i due ormoni agiscono favorendo l’as-

sorbimento e il metabolismo di Aa differenti

33

CONTROLLO DELLA SECREZIONECONTROLLO DELLA SECREZIONE

a valori normali di glicemia 80÷90 mg/100ml la secrezione di

insulina è minima 25 ng/min/kg di peso

quando la conc. di glucosio plasmatico sale di 2-3 volte rispetto al va-

lore normale la secrezione dell’ormone aumenta in due fasi distinte

l’aumento della conc. plasmatica di insulina indotta dal glucosio può

arrivare ad essere anche 400÷600 volte superiore rispetto al basale,

quindi un aumento drammatico che ricade altrettanto rapidamente

quando la conc. di glucosio torna ai valori di digiuno

34

come l’insulina il glucagone è un grosso polipeptide PM 3490 costituitoda una catena di 29 Aa

Diminuzione di glucosio nel sangue

liberazione di glucagone

Si lega ai recettori di membrana

Aumento di cAMP, attivazione della

chinasi cAMP-dipendente

Attivazione della

glicogeno fosforilasi

Inibizione della

glicogeno sintetasi

Degradazione di glicogeno a glucosio

Attivazione dell’adenilato ciclasi

Rilascio di glucosio nel sangue

Glucagone

GLUCAGONE E LE SUE FUNZIONIGLUCAGONE E LE SUE FUNZIONI

il glucagone, secreto dalle cellule

ha effetti diametralmente opposti a

quelli dell’insulina

l’effetto principale è quello di far

aumentare il tasso glicemico

per le sue proprietà di aumentare la glicemia viene indicato come fattore IPERGLICEMIZZANTE

35

il il GLUCAGONEGLUCAGONE

Ormone peptidico di 29 aa

Sintetizzato dalla cellule

PARASIMPATICOaumentogluconeogenesiepatica

aumentoglicogenolisiepatica

aumentolipolisi

aumento GLICEMIA

36

Risposta endocrina all’ipoglicemia

37

Effetto del glucagone sul flusso totale dei substrati energetici

Glucosio-6-P

GLICOGENO

glucosioglucosio

aminoacidi acidi

grassiliberi

chetoacidiTessutoadiposo

38

EFFETTI SUL METABOLISMO DEL GLUCOSIO

EFFETTI SUL METABOLISMO DEL GLUCOSIO

Glycogen phosphorylase

active

_1_AUMENTO DELLA GLICOGENOLISI

39

40

_2_AUMENTO DELLA GLUCONEOGENESI

_3_AUMENTO DELLA LIPOLISI

41

Effetto stimolante dell’attività fisica

L’aumento dell’attività fisica induce l’aumento della secrezione del glucagone, anche se non se ne conosce la causa questo effetto ha il vantaggio di impedire l’abbassamento della glicemia durante lo sforzo muscolare

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ALTRI ORMONI IPERGLICEMIZZANTIALTRI ORMONI IPERGLICEMIZZANTI

Altri ormoni che aumentano la glicemia:GH ormone della crescita dall’ipofisi anterioreCortisolo dalla corteccia surrenaleAdrenalina dalla midollare del surrene

Gh e Cortisolo inibiscono l’utilizzazione di glucosio favorendo quella dei grassiL’Adrenalina aumenta la glicogenolisi epatica e stimola la lipasi ormono sensibile sul tessuto adiposo

43

Depositi di grasso

Glicogeno muscolare e proteine

FEGATO gluconeogenesi

Sintesi di glicogeno

glicogenolisi

insulina

insulina

insulina

metabolismo del cervello

Acidi grassi liberi e glicerolo nel sangue

GHglucagoneadrenalina

glucagoneadrenalina

Carboidrati della dieta

Glucosio nel sangue

aminoacidi nel sangue

insulina

cortisolo

cortisolo

44

-- Controllo della Glicemia - diabeteControllo della Glicemia - diabete

45

TERAPIA INSULINICATERAPIA INSULINICA

Le preparazioni insuliniche possono essere classificate in funzione

della loro durata d’azione in composti a:

Breve durata d’azione

Intermedia durata d’azione

Lunga durata d’azione

E in funzione della specie di origine in:

Derivati umani

Derivati suini

Derivati bovini

46

DOSAGGIO IN UNITA’DOSAGGIO IN UNITA’

A scopo terapeutico le dosi e le concentrazioni di insulina

sono espresse in Unità.

Un’unità è equivalente alla quantità di ormone richiesta per

ridurre a digiuno nel coniglio la concentrazione

plasmatica di glucosio a 45 mg/dl

Lo standard internazionale è una miscela di insuline di origine bovina

e suina contenente 24U/mg, oggi queste sono state sostituite dalle

forme umane ricombinanti per evitare la formazione di anticorpi

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FABBISOGNO GIORNALIEROFABBISOGNO GIORNALIERO

La produzione di insulina in un soggetto normale è

compresa tra 18 e 40 Unità pari a circa 0.5-1 Unità /Kg

peso corporeo, dopo carico di glucosio orale può

arrivare a circa 6 U/Kg

48

ANALOGHI DI PRIMA GENERAZIONE• Tolbutamide• Clorpropamide• Tolazamide• AcetoesamideANALOGHI DI SECONDA GENERAZIONE• Gilburide• Glipizide• Glicazide

SULFANILUREESULFANILUREE

49

SULFANILUREESULFANILUREE

Stimolano la secrezione di insulina dalle cellule β del pancreasIncremantano la concentrazione di insulina riducendone la clearance epaticaLa somministrazione cronica però riporta i livelli di insulina pari a quelli prima del trattamento (per desensibilizzazione dei recettori)Stimolano anche il rilascio di somatostatina e possono inibire lievemente la secrezione di glucagone

50

51

•Meglitinidi Repaglinide Nateglinide•Aumento rilascio di insulina da cellule beta• recettore canale K+• sito distinto da SU• Azione più rapida di SU• Glucosio-dipendente• Breve emivita (1.5 h)• Mitiglinide: in sperimentazione

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USI CLINICI

• Diabete II tipo in pazienti che non riescono a tenere sottocontrollo la glicemia con la sola dieta

• Associazione con insulina in alcuni pazienti con diabete I tipo, sfruttando la capacità delle sulfaniluree di aumentare la sensibilità all’insulina

• Dose giornaliera abituale di tolbutamide è di 500 mg, mentre la dose massima efficace è di 3 g

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BIGUANIDIBIGUANIDI

Metmorfina e fenforminaSono anti-iperglicemizzanti, non inducono il rilascio di

insulina dal pancreas, ne provocano ipoglicemiaNon hanno effetti sulla produzione di cortisolo e glucagoneAumentano la sensibilità dei tessuti all’insulina.

Riducono la gluconeogenesi

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•Biguanidi

Meccanismo d’azione•Attivazione protein chinasi AMP dipendente (AMPK)•Riduzione biosintesi/Aumento ossidazione acidi grassi•Riduzione sintesi VLDL•Riduzione gluconeogenesi epatica•Aumento captazione glucosio/glicolisi•Riduzione assorbimento intestinale del glucosio•Disaccoppiamento fosforilazione ossidativa•Non modificato il rilascio di insulina•euglicemizzanti piuttosto che ipoglicemizzanti•Riduzione glicemia a digiuno: 50-70 mg/dl•Riduzione HbA1c: 1.5-2.0 %

55

AMPK: protein chinasi AMP dipendente

ACC: Acetil CoA Carbossilasi

SERPB-1: Sterol Regulating Element Binding Protein-1