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19/04/2017 1 Insulina, Glucagon e Diabetes Mellitus Profa. Dra. Fabiana de Andrade Bringel Estudar a síntese, a secreção, o transporte, o mecanismo de ação e o mecanismo de regulação dos hormônios insulina e glucagon e a fisiopatologia do diabetes mellitus. Objetivo da aula Hormônios insulina e glucagon 19/04/2017 2 Anatomia, histologia e fisiologia do pâncreas • Órgão anexo ao tubo digestório • Localização: região retroperitonial posterior ao estômago • Peso: 14 a 16 g em adultos • Comprimento: 15 a 25 cm • 2 porções: exócrina: ácinos secreção de suco pancreático via duto pancreático para o interior do duodeno endócrina: Ilhotas de Langerhans secreção de hormônios na circulação sanguínea Hormônios insulina e glucagon Hormônios insulina e glucagon • Ilhotas de Langerhans: – 1 a 2 milhões – diâmetro: 0,3 mm – células: Nome das células Hormônios % das células Principais funções células beta insulina ≈ 60% reduz a glicemia e inibe a secreção de glucagon amilina inibe secreção de insulina célula alfa glucagon ≈ 25% aumenta a glicemia célula delta somatostatina ≈ 10% inibe o pâncreas endócrino célula PP polipeptídeo pancreático ≈ 1% inibe o pâncreas exócrino Anatomia, histologia e fisiologia do pâncreas 19/04/2017 3 Histologia do pâncreas Corte histológico de pâncreas de rato Microscopia de luz - HE Hormônios insulina e glucagon Insulina Hormônios insulina e glucagon CARACTERÍSTICAS Molécula Polipeptídeo com 2 cadeias de aminoácidos (21 e 30) conectadas por ligações dissulfeto Peso molecular 5.808 Síntese Ribossomos ligados ao RER na forma de pré-pró-insulina, no RER sofre clivagem para formar pró-insulina, no Complexo Golgiense sofre clivagem para formar insulina e peptídeo C e revestimento por grânulos secretores Secreção Exocitose de insulina, peptídeo C e pró-insulina (5 a 10%) Meia-vida plasmática 6 minutos Degradação Pela enzima insulinase no fígado, rins e músculos e em menor quantidade na maioria dos outros tecidos Eliminação da circulação 10 a 15 minutos Transporte livre Metabolização Fígado e rins 19/04/2017 4 Hormônios insulina e glucagon Síntese de insulina Efeitos da insulina sobre a célula-alvo: • Se liga e ativa receptor proteico da membrana • É o receptor ativado que causa os efeitos subsequentes • Receptor de insulina é uma combinação de 4 subunidades (a e b) unidas por ligações dissulfeto e está ligado a uma tirosinocinase • Ligação da insulina às subunidades a • Subunidades b se tornam autofosforiladas • Ocorre a ativação da tirosinocinase que promove a fosforilação de diversas proteínas e enzimas intracelulares (ativação e inativação de enzimas) Hormônios insulina e glucagon Insulina 19/04/2017 5 Hormônios insulina e glucagon Efeitos da insulina INSULINA Célula beta FÍGADO ↑ glicogênese ↑ glicólise ↑ lipogênese ↑ síntese proteica ↓ gliconeogênese MÚSCULO ↑ glicogênese ↑ glicólise ↑ síntese proteica ↓ catabolismo das proteínas ADIPÓCITO ↑ lipogênese ↓ lipólise ↓ glicose ↓ ácidos graxos ↓ glicose ↓ aminoácidos ↓ glicose ↓ ácidos graxos ↑ [ ] plasmática de glicose MAIORIA DOS TECIDOS ↑ captação de glicose ↓ glicose Efeitos da insulina – ↑ captação de glicose do sangue: Hormônios insulina e glucagon Fígado: Insulina glicocinase Glicose Glicose fosforilada UDP-Glicose Glicogênio 19/04/2017 6 Efeitos da insulina – promove a síntese de glicogênio: Hormônios insulina e glucagon Fígado: Insulina glicogênio sintase Glicose Glicose fosforilada UDP-Glicose Glicogênio Efeitos da insulina – Direciona o fluxo de glicose através da glicólise: Hormônios insulina e glucagon Fígado: ↑ atividade de enzimas glicolíticas: fosfofrutocinase e piruvato cinase Insulina Glicose ATP 19/04/2017 7 Efeitos da insulina – Direciona o fluxo de glicose através da glicólise: Hormônios insulina e glucagon Fígado: Fosfofrutocinase ATP Bifosfoglicerato Glicose Glicose fosforilada Frutose Gliceraldeído Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato Piruvato Acetil CoA Insulina Efeitos da insulina – Direciona o fluxo de glicose através da glicólise: Hormônios insulina e glucagon Fígado: Piruvato cinase ATP Bifosfoglicerato Glicose Glicose fosforilada Frutose Gliceraldeído Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato Piruvato Acetil CoA Insulina 19/04/2017 8 Efeitos da insulina – Reduz o efluxo de glicose: • inibe a glicogenólise por inativar a fosforilase hepática Hormônios insulina e glucagon Fígado: Fosforilase hepática Insulina Glicogênio Glicose fosforilada Efeitos da insulina – Reduz o efluxo de glicose: • ↓ saída de glicose do fígado por inibir a glicose-6-fosfatase Hormônios insulina e glucagon Fígado: glicose-6-fosfatase Glicose Glicose fosforilada Insulina 19/04/2017 9 Efeitos da insulina – Reduz o efluxo de glicose: • Inibe a gliconeogênese por reduzir a liberação de aminoácidos do tecido muscular e de outros tecidos e por reduzir a atividade ou níveis de enzimas gliconeogênicas (piruvato carboxilase e frutose-1,6- difosfatase) Hormônios insulina e glucagon Fígado: Hormônios insulina e glucagon Fígado: Efeitos da insulina glicose Insulina piruvato acetil-CoA acetil-coenzima A carboxilase malonil-CoA glicólise ácidos graxos sangue tecido adiposo VLDL carnitina acetiltransferase transferência de ácidos graxos do citoplasma para a mitocôndria para a b-oxidação e conversão em cetoácidos (ação anticetogênica) ↑ a síntese e inibe a oxidação de ácidos graxos: triglicerídeos 19/04/2017 10 – promove a captação da glicose (↑ nº de receptores), armazenamento sob a forma de glicogênio e fica sujeita a glicólise e oxidação Hormônios insulina e glucagon Tecido muscular: Efeitos da insulina Como estimula o uso da glicose pelas células do corpo, reduz o uso de gorduras Hormônios insulina e glucagon Tecido adiposo Efeitos da insulina gorduras glicose 19/04/2017 11 Promove armazenamento das gorduras e suprime a mobilização de ácidos graxos Inibe a lipólise: Hormônios insulina e glucagon Tecido adiposo Efeitos da insulina hidrólise dos triglicerídeos armazenados nos adipócitos Insulina Lipase hormônio sensível Promove armazenamento das gorduras e suprime a mobilização de ácidos graxos Hormônios insulina e glucagon Tecido adiposo Efeitos da insulina Insulina Transporte de glicose para o interior do adipócito Ácidos graxos a-glicerofosfato glicerol Ácidos graxos + Triglicerídeos 19/04/2017 12 Promove armazenamento das gorduras e suprime a mobilização de ácidos graxos Hormônios insulina e glucagon Tecido adiposo Efeitos da insulina triglicerídeos Lipoproteína lipase nas paredes dos capilares do tecido adiposo Insulina Adipócitos: absorvem, convertem em triglicerídeos e armazenam ácidos graxos • Insulina apresenta pouco efeito sobre a captação e utilização de glicose • Maioriadas células neurais é permeável à glicose • Neurônios empregam apenas glicose como fonte de energia • Podem empregar gorduras como fonte de energia com dificuldade • Glicemia entre 20-50 mg/dL: choque hipoglicêmico (irritabilidade progressiva que leva à perda da consciência, convulsões e coma) Hormônios insulina e glucagon Cérebro: Efeitos da insulina 19/04/2017 13 Promove síntese e armazenamento de proteínas: ↑ o transporte de aminoácidos pela MP Limita o ↑ plasmático de aminoácidos após uma refeição rica em proteínas Aumenta a síntese de proteínas por aumentar a transcrição gênica e a tradução de RNAm Inibe o catabolismo de proteínas Inibe a liberação de aminoácidos pelas células musculares Como deprime a gliconeogênese hepática = conserva os aminoácidos nas reservas de proteínas do corpo Efeitos anabólicos da insulina e do GH são sinérgicos Hormônios insulina e glucagon Efeitos no metabolismo das proteínas e no crescimento Efeitos da insulina Fatores ou condições que aumentam a secreção de insulina Hormônios insulina e glucagon INSULINA ↑ Glicemia ↑ Ácidos graxos livres no sangue ↑ Aminoácidos no sangue (arginina, alanina, lisina e leucina) Hormônios gastrointestinais: Gastrina Colecistocinina Secretina Peptídeo inibidor gástrico (↑ a [ ] de Ca2+ no LIC) Glucagon (↑ a [ ] de Ca2+ no LIC) GH Cortisol Estimulação parassimpática (Ach) (↑ a [ ] de Ca2+ no LIC) Estimulação b adrenérgica Resistência insulínica Obesidade Medicamentos do grupo sulfonilureia (bloqueiam os canais de K+ sensíveis ao ATP) 19/04/2017 14 Mecanismo de secreção de insulina • Resposta ao ↑ da glicemia: 1. Célula beta permite a entrada de glicose pelo transportador GLUT2 2. Glicose é fosforilada pela glicocinase em glicose-6-fosfato (G6P) (substrato para todas as funções metabólicas dos carboidratos) 3. Oxidação da G6P para formar ATP 4. ATP inibe os canais de K+ sensíveis ao ATP 5. Ocorre despolarização da MP 6. Ocorre abertura dos canais de Ca++ voltagem-dependentes 7. Ocorre influxo de Ca2+ 8. Fusão das vesículas que contêm insulina, com a MP e secreção de insulina no LEC por meio de exocitose Hormônios insulina e glucagon Secreção de insulina Hormônios insulina e glucagon Com o ↑ da glicemia ocorre: • 3 a 5 minutos depois a [ ] de insulina plasmática aumenta quase 10x devido à liberação imediata da insulina pré- formada • 5 a 10 minutos depois a [ ] de insulina diminui por cerca da metade • 15 minutos depois ocorre aumento da secreção de insulina que atinge o platô em 2 a 3 horas resultado da liberação adicional da insulina pré-formada + nova insulina 19/04/2017 15 Mecanismos de feedback entre a [ ] de glicose e a secreção de insulina Glicemia normal no jejum: 70 a 99 mg/100 mL Glicemia normal imediatamente após refeição: até 140 mg/100mL Hormônios insulina e glucagon • Ocorre ↑ da secreção de insulina quando a [ ] de glicose ultrapassar 100mg/100mL • Secreção de insulina aumenta em 10 a 25x quando a glicemia estiver entre 400 a 600mg/100mL • Redução ocorre 3 a 5 minutos após a diminuição da [ ] da glicose para o nível de jejum Efeito da insulina e do GH • O GH e a insulina atuam de forma sinérgica para promover o crescimento Hormônios insulina e glucagon 19/04/2017 16 Fatores ou condições que diminuem a secreção de insulina Hormônios insulina e glucagon INSULINA ↓ Glicemia Jejum Somatostatina (inibe exocitose da insulina) Norepinefrina por meio da ativação de receptores a-adrenérgicos (inibe exocitose da insulina) Leptina Efeitos da ausência de insulina Hormônios insulina e glucagon INSULINA Lipólise e liberação de ácidos graxos no sangue Causa a estimulação da glicogenólise e a liberação de glicose na circulação Síntese de fosfolipídios e colesterol pelo fígado (em excesso podem causar arteriosclerose) Cetose: produção de corpos cetônicos (ácido acetoacético, b-hidroxibutírico e acetona) (em excesso podem causar acidose e coma) Estimula o catabolismo de proteínas e a liberação de aminoácidos para a circulação 19/04/2017 17 Efeitos plasmáticos da retirada do pâncreas Hormônios insulina e glucagon Efeitos da insulina Metabolismo de carboidratos x metabolismo de lipídios • ↑ [ ] de insulina: utilização de glicose como fonte de energia • ↓ [ ] de insulina: utilização de lipídios como fonte de energia • GH e cortisol: inibem a utilização da glicose e promovem a utilização de lipídios (várias horas para expressão máxima) • Estresse → SNP simpático → epinefrina: provoca glicogenólise no fígado, lipólise no tecido adiposo, aumenta a [ ] plasmática de ácidos graxos livres e aumenta a utilização de lipídios como fonte de energia Hormônios insulina e glucagon 19/04/2017 18 • Secretado pelas células alfa das ilhotas de Langerhans • Secretado quando a glicemia cai (“hormônio da fome”) • Causa hiperglicemia (“hormônio hiperglicêmico”) Química e síntese de glucagon Hormônios insulina e glucagon Glucagon Hormônios insulina e glucagon CARACTERÍSTICAS Molécula Polipeptídeo de cadeia linear com 29 aminoácidos Peso molecular 3.485 Síntese Ribossomos ligados ao RER na forma de pré-pró- glucagon, no RER sofre clivagem para formar pró- glucagon, no Complexo Golgiense sofre clivagem para formar glucagon e revestimento por grânulos secretores Secreção Exocitose de glucagon Meia-vida plasmática 5-10 minutos Eliminação da circulação 10 a 15 minutos Transporte livre Metabolização Fígado e rins 19/04/2017 19 Hormônios insulina e glucagon Efeitos do glucagon GLUCAGON Célula alfa FÍGADO ↑ gliconeogênese ↑ glicogenólise ↑ captação de aa. ↑ proteólise ↑ cetogênese Inibe o armazenamento de triglicerídeos o que impede de remover os ácidos graxos do sangue OUTROS LOCAIS ↑ força do coração ↑ fluxo do sangue para alguns tecidos (rins) ↑ secreção de bile Inibe secreção de ácido gástrico ADIPÓCITO ↑ lipólise ↑ glicose ↑ ácidos graxos ↑ corpos cetônicos ↑ ácidos graxos ↑ glicerol Poupa a glicose ↑ glicose ↓ [ ] plasmática de glicose ↑ Aminoácidos no sangue Fatores ou condições que aumentam a secreção de glucagon Hormônios insulina e glucagon GLUCAGON ↓ Glicemia ↑ Aminoácidos no sangue (arginina e alanina) Estimulação b adrenérgica Exercícios exaustivos Hormônios gastrointestinais: Gastrina Colecistocinina Peptídeo inibidor gástrico 19/04/2017 20 Ativação da adenilato ciclase na membrana do hepatócito Formação de monofosfato cíclico de adenosina (AMPc) Ativação da proteína reguladora da proteinocinase Ativação da proteinocinase Ativação da fosforilase cinase b Conversão de fosforilase b em fosforilase a Degradação do glicogênio em glicose-1-fosfato Desfosforilação da G-1-P em glicose e liberação pelos hepatócitos Efeitos do glucagon sobre o metabolismo da glicose • Estimula a glicogenólise hepática e provoca hiperglicemia Hormônios insulina e glucagon PGC: coativador-1 do receptor ativado por proliferadores de perixissomos; PEPCK: fosfoenolpiruvato carboxicinase; G-6-Pase: glicose-6-fosfatase; PIP2: fosfadidilinositol 4,5 bifosfato Efeitos do glucagon sobre o metabolismo da glicose • Inibição da glicólise e aumento da liberação daglicose: inativação da fosfofrutocinase e piruvato cinase • ↓ o aporte de glicose para a via glicolítica: ↓ da glicocinase Hormônios insulina e glucagon Raff & Levitzky (2012) Fígado: 19/04/2017 21 Efeitos do glucagon sobre o metabolismo da glicose • A glicose entra na circulação:↑ da expressão da glicose-6-fosfatase • Estimulação da gliconeogênese: estimulação da expressão da fosfoenolpiruvato carboxicinase • Estimulação da gliconeogênese: ativação da frutose-1,6-difosfatase e da piruvato carboxilase Hormônios insulina e glucagon Raff & Levitzky (2012) Fígado: Efeitos do glucagon sobre o metabolismo da glicose • Estimulação da glicogenólise: ativação da glicogênio fosforilase • Inibição da síntese de glicogênio, assim provoca a liberação de glicose para a circulação sanguínea: inibição da glicogênio sintase Hormônios insulina e glucagon Raff & Levitzky (2012) Fígado: GLICOGENÓLISE GLICOGÊNESE 19/04/2017 22 Concentração de glucagon no plasma em diferentes níveis de glicose sanguínea Regulação da secreção de glucagon Hormônios insulina e glucagon A redução da [ ] de glicose sanguínea dos níveis normais (99 mg/dL) para os níveis hipoglicêmicos é capaz de aumentar a concentração de glucagon plasmático Somatostatina • Hormônio produzido pelas células delta das ilhotas de Langerhans • Contém 14 aminoácidos • Meia-vida curta: 3 minutos na circulação • Inibe a secreção de insulina e glucagon • Secreção estimulada pelo aumento da glicose, aminoácidos e ácidos graxos e hormônios gastrointestinais na circulação Hormônios insulina e glucagon 19/04/2017 23 Somatostatina • Funções: – Age nas Ilhotas de Langerhans para deprimir secreção tanto de insulina como de glucagon – Diminui motilidade do estômago, do duodeno e da vesícula biliar – Diminui tanto a secreção quanto a absorção no TGI – Prolonga o período de tempo em que os nutrientes alimentares são assimilados no sangue – Reduz a utilização dos nutrientes absorvidos pelos tecidos (impede o consumo imediato dos alimentos) – Suprime o GH Hormônios insulina e glucagon Importância da regulação da glicose sanguínea • Glicose é o único nutriente que pode ser utilizado pelo encéfalo, retina e epitélio germinativo das gônadas para obtenção de energia • Glicose contribui para a pressão osmótica no LEC (↑ [ ] de glicose = desidratação celular) • Nível excessivamente elevado da [ ] de glicose sanguínea → perda de glicose pela urina • Perda de glicose pela urina → aumenta a eliminação de água e eletrólitos (diurese osmótica) • Aumentos duradouros da glicose sanguínea → lesões em diversos tecidos e lesões vasculares (podendo causar ataques cardíacos, derrames, doenças renais, cegueira, isquemia e gangrena nos membros) Hormônios insulina e glucagon 19/04/2017 24 Diabetes mellitus • síndrome do metabolismo defeituoso de carboidratos, lipídios e proteínas • Causado tanto pela ausência de secreção de insulina como pela diminuição da sensibilidade dos tecidos à insulina • Existem 2 tipos gerais: – Diabetes tipo I – insulina dependente • Ausência de secreção de insulina • Lesão nas células beta (infecções virais, doenças autoimunes ou hereditariedade) – Diabetes tipo II – insulina independente (90% dos casos) • Sensibilidade reduzida à insulina Hormônios insulina e glucagon Diabetes mellitus Hormônios insulina e glucagon Característica Tipo I Tipo II Idade na apresentação Geralmente < 20 anos Geralmente > 30 anos Massa corporal Pequena (consumida) ou normal Obeso Insulina plasmática Baixa ou ausente Inicialmente de normal a elevada Glucagon plasmático Elevado, pode ser suprimido Elevado, resistente à supressão Sensibilidade à insulina Normal Reduzida Terapia Insulina Perder peso, tiazolidinedionas (↑ sensibilidade à insulina), metformina (↓ gliconeogênese hepática), sulfonilureias (liberação adicional de insulina), insulina 19/04/2017 25 Diabetes mellitus tipo I • Ocorrência mais comum por volta dos 14 anos, mas pode ocorrer em qualquer idade • Pode ocorrer de modo abrupto ou período de alguns dias ou semanas • Glicemia aumentada (300 a 1.200mg/100mL) • Aumento da utilização de lipídios como fonte de energia e para formação de colesterol pelo fígado • Depleção das proteínas do organismo (↑ utilização e ↓ armazenamento) • Perda de peso rápida, astenia e polifagia • Perda de glicose pela urina (quando a [ ] de glicose sanguínea fica acima de 180mg/100mL) • Diurese osmótica (poliúria) → desidratação do LEC →desidratação do LIC Hormônios insulina e glucagon Diabetes mellitus tipo I • Aumento da sede • Aumento do colesterol plasmático (pode levar a aterosclerose) • Acidose metabólica (gera respiração rápida e profunda) • Lesões teciduais: – lesões vasculares (retinopatias, cegueira, derrames, isquemias, doenças renais, hipertensão, ataque cardíaco) – lesão renal – neuropatia periférica – disfunção do SNP autônomo → reflexos cardiovasculares, deterioração do controle vesical, diminuição da sensibilidade nas extremidades Hormônios insulina e glucagon 19/04/2017 26 Diabetes mellitus tipo II • Relacionado a um aumento da resistência dos tecidos do organismo aos efeitos da insulina (resistência insulínica) • Há hiperinsulinemia, devido ao aumento da secreção de insulina pelo pâncreas, em resposta ao aumento da glicemia • Relacionado ao excesso de peso e à obesidade • Há risco de aterosclerose e doença cardiovascular • Causa hiperglicemia • Pode causar exaurimento das células pancreáticas Hormônios insulina e glucagon Diabetes mellitus tipo II Hormônios insulina e glucagon Causas de resistência à insulina Obesidade/excesso de peso (adiposidade visceral) Excesso de glicocorticoides (síndrome de Cushing ou terapia com esteroides) Excesso de GH (acromegalia) Gestação (diabetes gestacional) Doença do ovário policístico Lipodistrofia (adquirida ou genética, associada a acúmulo de lipídios no fígado) Autoanticorpos ao receptor de insulina Mutações do receptor de insulina Mutações do receptor ativador do proliferador de peroxissoma Mutações que causam obesidade genética (mutações no receptor de melanocortina) Hemocromatose (doença hereditária que causa acúmulo de ferro tecidual) 19/04/2017 27 Síndrome metabólica • Obesidade, especialmente acúmulo de gordura abdominal • Resistência insulínica (sugere se que esteja relacionado com a diminuição de receptores de insulina nas células ou alteração das vias de sinalização desses receptores) • Hiperglicemia de jejum • Aumento dos triglicérides sanguíneos e redução do HDL • Hipertensão Hormônios insulina e glucagon Métodos diagnósticos do DM • Glicosúria • Glicemia: limite superior da normalidade é de 110mg/100mL (valor atual é de 99mg/100mL) no jejum no começo da manhã • Teste de tolerância à glicose • A insulina está muito baixa ou indetectável no diabetes tipo I e elevada no diabetes tipo II • Hálito cetônico (devido à produção de acetona a partir do excesso de corpos cetônicos, principalmente no diabetes tipo I) Hormônios insulina e glucagon
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