Điều hòa bài tiết insulin

Có những lúc người ta tin rằng sự tiết insulin được điều khiển hầu như hoàn toàn bởi nồng độ glucose trong máu. Tuy nhiên, khi có hiểu biết hơn về chức năng chuyển hóa của insulin cho chuyển hóa protein và chất béo, nó đã trở nên rõ ràng rằng amino acid trong máu và những yếu tố khác cũng đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát sự tiết insulin (xem bảng).

Bảng. Các yếu tố và điều kiện làm tăng hoặc giảm bài tiết insulin

Tăng glucose máu kích thích sự tiết insulin

Bình thường nồng độ glucose lúc đói khoảng 80-90mg/100ml, mức độ tiết insulin thấp khoảng 25ng/phút/kg, mức độ mà chỉ có hoạt động sinh lý nhẹ. Nếu đường máu tăng đột ngột hai đến ba lần so với bình thường và giữ ở mức độ cao này sau đó, insulin sẽ tăng tiết rõ ràng ở hai giai đoạn.

Hình. Sự gia tăng nồng độ insulin trong huyết tương sau khi tăng đường huyết đột ngột lên gấp hai đến ba lần so với mức bình thường. Lưu ý sự gia tăng nhanh chóng ban đầu về nồng độ insulin và sau đó là sự chậm trễ nhưng cao hơn và tiếp tục tăng nồng độ bắt đầu từ 15 đến 20 phút sau đó.

1. Nồng độ insulin tăng trong huyết tương khoảng 10 lần trong 3 đến 5 phút sau khi glucose máu tăng đột ngột. Điều này là kết quả của sự giải phóng ngay lập tức insulin đã có sẵn trong tế bào beta của tiểu đảo Langerhan. Tuy nhiên, mức độ bài tiết lớn này không được duy trì, thay vào đó, nồng độ insulin giảm khoảng 1 nửa trong 5-10 phút.

2. Bắt đầu sau khoảng 15 phút, insulin tăng tiết lần thứ hai và đạt đỉnh mới trong 2 đến 3 giờ, thời gian này mức độ tiết insulin thường lớn hơn giai đoạn đầu. Kết quả này là do sự giải phóng thêm insulin sẵn có và kích hoạt hệ thống enzyme tổng hợp và giải phóng insulin mới từ tế bào.

Feedback giữa nồng độ glucose máu và mức độ tiết insulin

Nếu nồng độ glucose tăng trên 100mg/100ml, quá trình tiết insulin sẽ tăng nhanh, đạt đỉnh 10-25 lần mức cơ bản khi nồng độ glucose máu khoảng 400-600mg/100ml như trong Hình 79-9. Do đó tăng tiết insulin trong một kích thích bởi glucose là ấn tượng về cả tốc độ và mức độ tiết insulin có thể đạt được. Hơn nữa, sự dừng bài tiết insulin cũng không kém phầm nhanh chóng, xảy ra trong 3-5 phút sau khi nồng độ glucose máu giảm tới ngang mức đói.

Hình. Sự tiết insulin gần đúng ở các mức glucose huyết tương khác nhau

Đáp ứng này của sự bài tiết insulin với nồng độ glucose máu cao mang lại cơ chế feedback cực kỳ quan trọng cho điều hòa nồng độ glucose máu. Đó là, tăng glucose máu tăng tiết insulin, và insulin lần lượt tăng mức độ vận chuyển glucose vào gan, cơ và các thế bào khác, dẫn đến giảm nồng độ glucose máu trở về giá trị bình thường.

Những yếu tố khác kích thích tiết insulin

Amino acid. Một vài amino acid có tác dụng tương tự glucose trong kích thích tiết insulin. Mạnh nhất là arginine và lysine. Hiệu ứng này khác với tác dụng của glucose: Amino acid kiểm soát khi không có sự tăng glucose máu và chỉ gây ra sự tăng tiết insulin rất nhỏ. Tuy nhiên, khi kiểm soát cùng lúc glucose máu cao, sự bài tiết insulin có thể tăng lên gấp đôi khi xuất hiện dư thừa amino acid. Do đó amino acid có vai trò tăng cường kích thích tiết insulin của glucose.

Kích thích tiết insulin bởi amino acid là quan trọng bởi vì insulin lần lượt tăng cường vận chuyển amino acid tới tế bào, cũng như sự hình thành protein trong tế bào. Do đó insulin quan trọng cho sử dụng hợp lý amino acid dư thừa cũng giống như nó quan trọng trong sử dụng carbohydrate.

Gastrointestinal Hormone. Hỗn hợp nhiều hooc-môn dạ dày ruột quan trọng – gastrin, secretin, cholecystokinin, glucagonlike peptide-1 (GLP-1) và glucos-dependent insulinotropic peptide (GIP)- có thể gây ra tăng tiết insulin mức độ trung bình. Hai trong số các hormon trên, GLP-1 và GIP, biểu hiện mạnh nhất và thường được gọi là incretin bởi vì chúng tăng mức độ giải phóng insulin từ tế bào beta đảo tụy đáp ứng với sự tăng glucose huyết tương. Chúng cũng ức chế tiết glucagon từ tế bào anpha của tiểu đảo Langerhan.

Những hormon này được giải phóng ở hệ thống dạ dày ruột sau ăn. Chúng sau đó gây ra “tác dụng trước” tăng insulin trong máu để chuẩn bị cho sự hấp thu glucose và amino acid từ thức ăn. Những hormon này thường tác động theo cùng 1 cách như amino acid làm tăng độ nhạy cảm của sự bài tiết insulin với glucose đáp ứng với sự tăng glucose máu, hầu như gấp đôi lượng insulin được bài tiết trong khi mức độ glucose máu tăng. Như sẽ bàn luận sau ở chương này, nhiều thuốc tậm chí được phát triển tương tự hoặc làm tăng tác dụng của incretin cho điều trị đái tháo đường.

Những hormon khác và hệ thần kinh tự chủ

Những hormon khác hoặc trực tiếp làm tăng tiết insulin hoặc tăng độ nhạy cảm với glucose với tiết insulin bao gồm glucagon, hormon tăng trưởng, cortisol và một phần progesterone và estrogen. Tầm quan trọng của các tác động kích thích của những hormone này là kéo dài
sự bài tiết của bất kỳ một trong số chúng với số lượng lớn đôi khi có thể dẫn đến cạn kiệt các tế bào beta của đảo Langerhans và do đó làm tăng nguy cơ cho sự phát triển của bệnh tiểu đường. Thật vậy, bệnh tiểu đường thường xảy ra trong người nhận được liều cao và được duy trì của một số các hormone. Tiểu đường là đặc biệt phổ biến trong người giàu hoặc ở những người mắc bệnh to đầu chi (acromgalic), người có khối u tiết ra hormone tăng trưởng, cũng như ở những người có tuyến thượng thận tiết ra glucocorticoid dư thừa.

Các đảo tụy được đa dạng về phân bố các dây thần kinh giao cảm và phó giao cảm. Sự kích thích của các dây thần kinh phó giao cảm đến tuyến tụy có thể làm tăng tiết insulin trong điều kiện tăng đường huyết, trong khi sự kích thích thần kinh giao cảm có thể làm tăng tiết glucagon và giảm tiết insulin trong hạ đường huyết. Nồng độ glucose được cho là bị phát hiện bởi các tế bào thần kinh chuyên biệt của vùng dưới đồi và thân não, cũng như bởi các tế bào đường cảm ứng tại các vùng ngoại vi như gan.