췌장의 내분비 기능

췌장은 복강 뒷벽, 위 뒤, L1-L2 높이에 위치하며 십이지장에서 비장 문부까지 뻗어 있습니다. 길이는 약 15cm, 무게는 약 100g입니다. 췌장은 십이지장 아치에 위치한 머리, 몸통, 그리고 비장 문부에 도달하여 복막 뒤에 위치한 꼬리로 이루어져 있습니다. 췌장으로 가는 혈액 공급은 비장 동맥과 상장간막 동맥을 통해 이루어집니다. 정맥혈은 비장 정맥과 상장간막 정맥으로 유입됩니다. 췌장은 교감신경과 부교감신경의 지배를 받으며, 이 신경의 말단 섬유는 췌도 세포의 세포막과 접촉합니다.

췌장은 외분비 기능과 내분비 기능을 모두 수행합니다. 내분비 기능은 랑게르한스섬에서 담당하며, 랑게르한스섬은 췌장 질량의 약 1~3%(100만~150만 개)를 차지합니다. 각 섬의 직경은 약 150µm입니다. 하나의 섬에는 80~200개의 세포가 있습니다. 폴리펩타이드 호르몬 분비 능력에 따라 여러 유형이 있습니다. A세포는 글루카곤을, B세포는 인슐린을, D세포는 소마토스타틴을 생성합니다. 또한 혈관활성 간질 폴리펩타이드(VIP), 위장관 펩타이드(GIP), 췌장 폴리펩타이드를 생성하는 것으로 추정되는 여러 섬 세포가 발견되었습니다. B세포는 섬 중앙에, 나머지는 주변에 위치합니다. 대부분의 세포(세포의 60%)는 B세포이고, 25%는 A세포, 10%는 D세포이며, 나머지는 5%입니다.

인슐린은 전구체인 프로인슐린으로부터 B세포에서 형성되며, 프로인슐린은 조면소포체의 리보솜에서 합성됩니다. 프로인슐린은 3개의 펩타이드 사슬(A, B, C)로 구성됩니다. A 및 B 사슬은 이황화물 결합으로 연결되고, C 펩타이드는 A 및 B 사슬을 연결합니다. 프로인슐린의 분자량은 9,000달톤입니다. 합성된 프로인슐린은 골지체로 들어가 단백질 분해 효소에 의해 분자량이 3,000달톤인 C 펩타이드 분자와 분자량이 6,000달톤인 인슐린 분자로 분해됩니다. 인슐린의 A 사슬은 21개의 아미노산 잔기로 구성되고, B 사슬은 30개, C 펩타이드는 27~33개로 구성됩니다. 프로인슐린 생합성 과정에서 전구체는 프리프로인슐린(preproinsulin)으로, 23개의 아미노산으로 구성된 또 다른 펩타이드 사슬이 B 사슬의 자유 말단에 결합되어 있다는 점에서 프로인슐린과 구별됩니다. 프리프로인슐린의 분자량은 11,500달톤입니다. 폴리솜에서 빠르게 프로인슐린으로 전환됩니다. 골지체(층상 복합체)에서 인슐린, C-펩타이드, 그리고 일부 프로인슐린이 소포로 들어가고, 소포에서 인슐린은 아연과 결합하여 결정 상태로 침전됩니다. 다양한 자극의 영향으로 소포는 세포질막으로 이동하여 모세혈관 전공간으로 인슐린을 용해된 형태로 방출합니다.

인슐린 분비의 가장 강력한 자극제는 포도당으로, 세포질 막 수용체와 상호작용합니다. 인슐린의 반응은 두 단계로 이루어집니다. 첫 번째 단계(빠름)는 합성된 인슐린의 저장량 방출(첫 번째 풀)에 해당하고, 두 번째 단계(느림)는 합성 속도(두 번째 풀)를 나타냅니다. 세포질 효소인 아데닐산 고리화효소의 신호는 cAMP 시스템으로 전달되어 미토콘드리아에서 칼슘을 이동시키고, 미토콘드리아는 인슐린 분비에 관여합니다. 포도당 외에도 아미노산(아르기닌, 류신), 글루카곤, 가스트린, 세크레틴, 판크레오지민, 위 억제 폴리펩타이드, 뉴로텐신, 봄베신, 설파닐아미드 약물, 베타-아드레날린 자극제, 글루코코르티코이드, STH, ACTH는 인슐린 분비와 분비를 자극하는 효과가 있습니다. 저혈당증, 소마토스타틴, 니코틴산, 디아족사이드, 알파-아드레날린 자극제, 페니토인, 페노티아진은 인슐린 분비와 방출을 억제합니다.

혈중 인슐린은 유리 인슐린(면역반응성 인슐린, IRI)이며 혈장 단백질과 결합합니다. 인슐린 분해는 간(최대 80%), 신장, 지방 조직에서 글루타치온 전이효소와 글루타치온 환원효소(간), 인슐린분해효소(신장), 단백질 분해효소(지방 조직)의 영향을 받아 일어납니다. 프로인슐린과 C-펩타이드도 간에서 분해되지만, 분해 속도가 훨씬 느립니다.

인슐린은 인슐린 의존 조직(간, 근육, 지방 조직)에 여러 가지 영향을 미칩니다. 신장 및 신경 조직, 수정체, 적혈구에는 직접적인 영향을 미치지 않습니다. 인슐린은 탄수화물, 단백질, 핵산, 지방의 합성을 촉진하는 동화 호르몬입니다. 탄수화물 대사에 대한 인슐린의 영향은 인슐린 의존 조직의 세포 내 포도당 수송 증가, 간에서의 글리코겐 합성 촉진, 그리고 혈당 수치 감소를 유발하는 포도당신생성 및 글리코겐 분해 억제로 나타납니다. 단백질 대사에 대한 인슐린의 영향은 세포질막을 통한 아미노산 수송 촉진, 단백질 합성 촉진, 그리고 분해 억제로 나타납니다. 지방 대사에 대한 인슐린의 영향은 지방 조직의 중성지방에 지방산을 포함시키고, 지질 합성을 촉진하며, 지방 분해를 억제하는 것으로 특징지어집니다.

인슐린의 생물학적 효과는 세포질막의 특정 수용체에 결합하는 능력에 기인합니다. 결합 후, 신호는 세포막에 내장된 효소인 아데닐산 고리화효소를 통해 cAMP 시스템으로 전달됩니다. cAMP 시스템은 칼슘과 마그네슘의 관여로 단백질 합성과 포도당 이용을 조절합니다.

건강한 사람의 기저 인슐린 농도는 방사선면역학적으로 측정했을 때 15~20 μU/ml입니다. 경구 포도당 부하(100 g) 후, 1시간 후 초기 농도에 비해 5~10배 증가합니다. 공복 시 인슐린 분비 속도는 0.5~1 U/h이며, 식후에는 2.5~5 U/h로 증가합니다. 인슐린 분비는 부교감신경 자극에 의해 증가하고 교감신경 자극에 의해 감소합니다.

글루카곤은 분자량이 3485달톤인 단일 사슬 폴리펩타이드입니다. 29개의 아미노산 잔기로 구성되어 있으며, 체내에서 단백질 분해 효소에 의해 분해됩니다. 글루카곤 분비는 포도당, 아미노산, 위장관 호르몬, 그리고 교감신경계에 의해 조절됩니다. 저혈당, 아르기닌, 위장관 호르몬(특히 판크레오지민), 교감신경계를 자극하는 요인(신체 활동 등), 그리고 혈중 유리 지방산 농도 감소에 의해 글루카곤 분비가 증가됩니다.

글루카곤 생성은 소마토스타틴, 고혈당, 그리고 혈중 유리지방산 수치 상승에 의해 억제됩니다. 혈중 글루카곤 함량은 비대상성 당뇨병과 글루카곤종에서 증가합니다. 글루카곤의 반감기는 10분입니다. 글루카곤은 주로 간과 신장에서 카르복시펩티다아제, 트립신, 키모트립신 등의 효소에 의해 비활성 조각으로 분해되어 불활성화됩니다.

글루카곤 작용의 주요 기전은 간의 포도당 분해 촉진 및 포도당신생성(gluconeogenesis) 활성화를 통해 포도당 생성을 증가시키는 것입니다. 글루카곤은 간세포 막 수용체에 결합하여 아데닐산 고리화효소(adenylate cyclase)를 활성화시키고, 이 효소는 cAMP 생성을 촉진합니다. 이는 포도당신생성 과정에 관여하는 활성형 인산화효소(phosphorylase)의 축적으로 이어집니다. 또한, 주요 해당분해 효소의 생성이 억제되고 포도당신생성 과정에 관여하는 효소의 분비가 촉진됩니다. 글루카곤 의존성 조직 중 하나는 지방 조직입니다. 글루카곤은 지방세포 수용체에 결합하여 중성지방의 가수분해를 촉진하고, 글리세롤과 유리지방산을 생성합니다. 이러한 효과는 cAMP를 자극하고 호르몬 민감성 리파아제(hormone-sensitive lipase)를 활성화함으로써 달성됩니다. 지방 분해 증가는 혈중 유리지방산 증가, 간으로의 유입, 그리고 케토산 생성을 동반합니다. 글루카곤은 심근의 글리코겐 분해를 자극하여 심박출량을 증가시키고, 세동맥을 확장하며, 총 말초 저항을 감소시키고, 혈소판 응집, 가스트린, 췌장효소, 췌장 효소 분비를 감소시킵니다. 글루카곤의 영향으로 인슐린, 성장호르몬, 칼시토닌, 카테콜아민의 생성이 증가하고 소변으로 체액과 전해질의 배설이 증가합니다. 혈장 내 글루카곤의 기저 농도는 50~70 pg/ml입니다. 단백질 식품 섭취 후, 공복 시, 만성 간 질환, 만성 신부전, 글루카곤종 환자에서는 글루카곤 농도가 증가합니다.

소마토스타틴은 분자량 1600달톤의 테트라데카펩타이드로, 13개의 아미노산 잔기와 하나의 이황화물 결합으로 구성되어 있습니다. 소마토스타틴은 시상하부 전엽에서 처음 발견되었으며, 이후 신경 종말, 시냅스 소포, 췌장, 위장관, 갑상선, 망막에서 발견되었습니다. 이 호르몬은 시상하부 전엽과 췌장의 D 세포에서 가장 많이 생성됩니다. 소마토스타틴의 생물학적 역할은 성장 호르몬, ACTH, TSH, 가스트린, 글루카곤, 인슐린, 레닌, 세크레틴, 혈관활성 위 펩타이드(VGP), 위액, 췌장 효소, 전해질의 분비를 억제하는 것입니다. 소마토스타틴은 자일로스 흡수, 담낭 수축력, 내장 혈류량(30~40%), 장 연동 운동을 감소시키고, 신경 말단에서 아세틸콜린의 방출과 신경의 전기적 흥분성을 감소시킵니다. 비경구 투여된 소마토스타틴의 반감기는 1~2분으로, 호르몬이자 신경전달물질로 간주될 수 있습니다. 소마토스타틴의 많은 효과는 위에서 언급한 장기와 조직에 미치는 영향을 통해 매개됩니다. 세포 수준에서의 작용 기전은 아직 명확하지 않습니다. 건강한 사람의 혈장 내 소마토스타틴 함량은 10~25 pg/l이며, 제1형 당뇨병, 말단비대증, 췌장 D-세포 종양(소마토스타틴종) 환자에서 증가합니다.

인슐린, 글루카곤, 소마토스타틴의 항상성 유지 역할. 인슐린과 글루카곤은 신체의 에너지 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 신체의 다양한 상태에서 에너지 균형을 일정 수준으로 유지합니다. 공복 시 혈중 인슐린 농도는 감소하고 글루카곤은 증가하며, 특히 공복 3~5일째(약 3~5배)에 더욱 두드러집니다. 글루카곤 분비 증가는 근육의 단백질 분해를 촉진하고 포도당신생성 과정을 촉진하여 간의 글리코겐 저장량을 보충합니다. 따라서 뇌, 적혈구, 신수질 기능에 필요한 혈중 포도당 농도는 포도당신생성, 글리코겐 분해를 촉진하고, 글루카곤 분비 증가에 따른 다른 조직의 포도당 이용을 억제하며, 인슐린 생성 감소로 인한 인슐린 의존 조직의 포도당 소비를 줄임으로써 유지됩니다. 뇌 조직은 낮 동안 100~150g의 포도당을 흡수합니다. 글루카곤의 과다 생성은 지방 분해를 자극하여 혈중 유리 지방산 수치를 증가시키고, 이는 심장을 비롯한 근육, 간, 신장에서 에너지원으로 사용됩니다. 장기간의 단식 시에는 간에서 생성된 케토산 또한 에너지원이 됩니다. 자연 단식(밤새도록)이나 장기간의 식사 중단(6~12시간) 시에는 지방 분해 과정에서 생성되는 지방산을 통해 인슐린 의존성 신체 조직의 에너지 요구량이 유지됩니다.

탄수화물 섭취 후, 혈중 인슐린 수치는 급격히 증가하고 글루카곤 수치는 감소하는 것으로 관찰됩니다. 인슐린 수치는 글리코겐 합성과 인슐린 의존성 조직의 포도당 이용을 촉진합니다. 단백질 식품(예: 고기 200g)은 혈중 글루카곤 농도를 50~100%까지 급격히 증가시키고 인슐린 수치는 미미하게 증가시켜 포도당신생성을 촉진하고 간에서 포도당 생성을 증가시킵니다.

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