هورمون پاراتیروئید و متابولیسم کلسیم

تنظیم دقیق قند خون در بدن انسان به عملکرد صحیح سلول‌های بتای پانکراس و توانایی آن‌ها در ترشح هورمون انسولین بستگی دارد. این فرآیند با ورود گلوکز از خون به درون سلول‌های بتا آغاز می‌شود. ناقل‌های غشایی ویژه‌ای به نام GLUT۲ مسئولیت انتقال گلوکز سرم به درون این سلول‌ها را بر عهده دارند. باید توجه داشت که این وظیفه بر عهده ناقل‌های GLUT۲ است و ناقل‌های GLUT۳ نقشی در این مسیر تنظیمی ترشح انسولین ندارند.

پس از اینکه گلوکز از طریق این ناقل‌ها وارد سیتوپلاسم شد، بلافاصله وارد چرخه متابولیسم سلولی می‌شود. اولین واکنش بیوشیمیایی که روی گلوکز ورودی انجام می‌گیرد، فسفوریلاسیون آن است. این واکنش توسط آنزیم گلوکوکیناز انجام می‌شود که گلوکز را به گلوکز-۶-فسفات تبدیل می‌کند. آنزیم گلوکوکیناز به عنوان سنسور یا حسگر گلوکز در سلول عمل می‌کند و سرعت فعالیت آن مستقیماً با غلظت گلوکز ورودی ارتباط دارد.

با پیشرفت متابولیسم گلوکز فسفریله شده در سلول‌های بتا، انرژی شیمیایی حاصل از شکستن گلوکز به شکل مولکول‌های ATP ذخیره می‌شود. این تغییرات متابولیکی درون‌سلولی منجر به افزایش تولید ATP می‌گردد. در نتیجه این فعالیت‌ها، غلظت مولکول‌های ATP افزایش یافته و نسبت غلظت ATP به ADP درون سلول بتای پانکراس افزایش می‌یابد. افزایش نسبت ATP به ADP یکی از شاخص‌ترین تغییرات بیوشیمیایی است که به دنبال افزایش قند خون رخ می‌دهد.

برخی به اشتباه تصور می‌کنند که افزایش گلوکز منجر به کاهش نسبت ATP به ADP می‌شود، اما در حقیقت متابولیسم فعال گلوکز در سلول‌های بتا با افزایش این نسبت همراه است. این نسبت بالا به عنوان سیگنال بیوشیمیایی اصلی عمل می‌کند که تغییرات الکتروفیزیولوژیک بعدی را در غشای سلول فعال می‌سازد. اختلال در هر یک از این مراحل اولیه متابولیکی، مانند نقص در عملکرد ناقل‌های گلوکز یا جهش در آنزیم گلوکوکیناز، می‌تواند کل فرآیند ترشح هورمون انسولین را با مشکل مواجه کند و به بروز بیماری‌های مرتبط با تنظیم قند خون منجر شود.

پس از اینکه تغییرات متابولیکی درون‌سلولی منجر به افزایش غلظت ATP و بالا رفتن نسبت ATP به ADP در سلول‌های بتای پانکراس گردید، زنجیره‌ای از واکنش‌های غشایی و الکتریکی آغاز می‌شود. این تغییرات الکتروفیزیولوژیک، واسطه اصلی بین متابولیسم گلوکز و رهاسازی فیزیکی هورمون انسولین هستند. در غشای سلول‌های بتا، کانال‌های پتاسیمی ویژه‌ای وجود دارند که به غلظت ATP حساس هستند. افزایش غلظت ATP درون‌سلولی باعث بسته شدن این کانال‌های پتاسیمی حساس به ATP می‌گردد.

بسته شدن این کانال‌ها مستقیماً خروج یون‌های پتاسیم را از درون سلول به خارج از آن کاهش می‌دهد. با کاهش خروج یون‌های پتاسیم که دارای بار مثبت هستند، پتانسیل الکتریکی غشای سلول تغییر کرده و سلول دچار دپلاریزاسیون غشایی می‌شود. این دپلاریزاسیون ولتاژ غشاء را کاهش می‌دهد. در اینجا یکی از اشتباهات رایج دانشجویان این است که گمان می‌کنند افزایش گلوکز و بسته شدن کانال‌های پتاسیمی باعث هایپرپلاریزاسیون غشایی می‌شود، در صورتی که پاسخ صحیح، دپلاریزاسیون غشاء است.

دپلاریزاسیون غشای سلول بتای پانکراس به نوبه خود باعث تحریک و باز شدن کانال‌های کلسیمی ولتاژی در غشای سلول می‌گردد. با باز شدن این کانال‌های ولتاژی، یون‌های کلسیم به دلیل گرادیان غلظتی خود وارد سلول می‌شوند. کاهش خروج پتاسیم نقشی محوری دارد زیرا بار مثبت پتاسیم در داخل سلول انباشته شده و پتانسیل منفی غشا را به سمت مثبت‌تر شدن (دپلاریزاسیون) سوق می‌دهد. این تغییر ولتاژ الکتریکی غشاء دقیقاً همان عاملی است که کانال‌های کلسیمی ولتاژی را حس کرده و باعث گشوده شدن آن‌ها می‌شود.

بدون دپلاریزاسیون، این کانال‌های اختصاصی کلسیم بسته می‌مانند و انسولین ترشح نخواهد شد. در نهایت، ورود یون‌های کلسیم به داخل سلول، مکانیسم‌های انقباضی و اسکلت سلولی را فعال کرده و وزیکول‌های حاوی انسولین را به سمت غشا هدایت می‌کند تا اگزوسیتوز رخ دهد. این اگزوسیتوز انسولین را به جریان خون رها می‌سازد.

ترشح انسولین از سلول‌های بتای پانکراس یک فرآیند ایستا نیست، بلکه تحت تأثیر عوامل تنظیمی مختلف محیطی، هورمونی و وضعیت‌های فیزیولوژیک بدن تغییر می‌کند. یکی از محرک‌های مهم که ترشح انسولین را افزایش می‌دهد، هورمون‌های گوارشی و متابولیک هستند. برای مثال، هورمون‌های گلوکاگون و گاسترین ترشح هورمون انسولین را از سلول‌های بتای پانکراس افزایش می‌دهند. همچنین شرایط فیزیولوژیکی طولانی‌مدت مانند چاقی نیز با افزایش ترشح انسولین همراه است.

در نقطه مقابل، برخی شرایط فیزیولوژیک بدن موجب مهار و کاهش ترشح انسولین می‌شوند. قرارگیری در شرایط روزه‌داری یا ناشتایی طولانی‌مدت، ترشح هورمون انسولین را به شدت کاهش می‌دهد تا از افت بیش از حد قند خون جلوگیری شود. در وضعیت ناشتا، بدن به منظور حفظ سطح قند خون در محدوده نرمال، ترشح هورمون‌هایی با اثرات ضد انسولینی را افزایش می‌دهد. این هورمون‌های ضد انسولینی شامل کورتیزول، گلوکاگون، هورمون رشد و هورمون‌های تیروئیدی هستند.

ترشح این هورمون‌ها در شرایط ناشتا افزایش یافته و با اثرات ضد انسولینی خود مانع از کاهش قند خون می‌شوند. در این میان، یک نکته بسیار مهم وجود دارد که غالباً در مباحث غدد و متابولیسم مورد سؤال قرار می‌گیرد و آن نقش هورمون‌ها در پاسخ ناشتایی است. اگرچه هورمون‌هایی مثل کورتیزول و گلوکاگون در این شرایط افزایش می‌یابند، اما هورمون پرولاکتین هیچ نقشی در این پاسخ ضد انسولینی و افزایش قند خون در شرایط روزه‌داری ندارد.

این کنترل هورمونی چندگانه نشان می‌دهد که بدن انسان سیستم‌های پشتیبان متعددی برای جلوگیری از هیپوگلیسمی دارد. در وضعیت ناشتا، کاهش قند خون سیگنالی قوی برای مهار ترشح انسولین از سلول‌های بتا است، زیرا انسولین هورمونی ذخیره‌ساز است و حضور آن مانع از رهاسازی قند ذخیره شده در کبد می‌شود. هم‌زمان، هورمون‌های ضد انسولین ترشح خود را بالا می‌برند. کورتیزول با تحریک گلوکونئوژنز، گلوکاگون با فعال کردن گلیکوژنولیز، و هورمون رشد به همراه هورمون‌های تیروئیدی با تنظیم سوخت‌وساز سلولی، همگی در یک جهت کار می‌کنند تا سطح قند خون را در غیاب دریافت غذا تثبیت کنند.