Diabetes: Fysiologi og Anatomi

Denne underside udgør første del af teorien for Biotech Academys materiale om Diabetes.

Diabetes er en sygdom, der hver eneste dag rammer tusindvis af mennesker verden over. Diabetes kan opstå pga. medfødte faktorer, og den kan udvikles over tid pga. livsstilsfaktorer. Sygdommen udspringer fra en lille kirtel i abdomen. Kirtlen kaldes bugspytkirtlen. For at forstå, hvad der sker, når man får diabetes, bør man kende til flere forskellige organer og deres funktion. Vi vil her give jer en introduktion til, hvordan organerne bør fungere hos et raskt menneske, så det står klart, hvordan diabetes opstår. I vil blive introduceret til fordøjelseskanalen, bugspytkirtelen, leveren og galdevejene. Ved at læse denne artikel, vil I få viden om kroppens anatomi og organernes samspil for at nedbryde og udnytte den føde, vi spiser. Særligt vil I lære om bugspytkirtlen, pancreas, hvis funktion og opbygning er vigtig for at forstå sygdommen diabetes.

Galdevejene består af galdeblæren og et galdegangssystem, som både består af afløb fra leveren, ductus hepaticus, samt galdeblærens udførselsgang, ductus cysticus. Galdeblæren og ductus cysticus er opbevaringsrum for galde, og her opkoncentreres det, inden det sendes ud i tolvfingertarmen samme sted, som bugspytkirtlen tømmes. Galdesaltene er den eneste del af galden, som har betydning for fordøjelsen, idet det er deres funktion at fremme fordøjelse og absorption af fedt, mens andre leverprodukter som bilirubin, lechitin og kolesterol også er vigtige organiske bestanddele i galden. Antistof A produceres i det lymfoide væv (se faktaboks) i tarmene og transporteres med blodet til leveren, hvor det optages og atter udskilles til galden, inden det igen ender i tarmen. Galdeblæren er oplagringssted for galden, indtil føde (især fedtholdig) når til tolvfingertarmen og fremkalder en sammentrækning og tømning af galdeblæren pga. påvirkning af cholecystokinin. Cholecystokinin er et peptidhormon, som frigives, når der er peptider, aminosyrer eller fedtsyrer i tarmlumen.

Lymfoidt væv
Lymfoidt væv er bindevæv, hvor størstedelen af cellerne er lymfocytter. Det lymfoide væv inddeles i primært og sekundært lymfoidt væv.

  • Det primære lymfoide væv omfatter knoglemarv og brissel, thymus. B-lymfocytterne modnes i knoglemarven og T-lymfocytterne modnes i brisselen.
  • Det sekundære lymfoide væv er de dele af immunsystemet, hvor immunreaktionerne finder sted. Det sekundære lymfoide væv omfatter bl.a. lymfeknuder, milt og slimhinde-associeret lymfoidt væv. Det lymfoide væv i slimhinderne omfatter bl.a. væv i mandlerne, tonsillerne, de såkaldte plaques i tyndtarmen og ansamlinger i blindtarmen, appendix vermiformis.

Hos menneskefostre begynder dannelsen af mavetarmkanalen allerede i løbet af den første måned, og den færdige fordøjelseskanal kan opfattes som et rør bestående af epitel omringet af muskulatur (se figur 1).

 

Figur 1. Mavetarmkanalens forskellige lag.

 

Epitel er et af menneskets fire vævstyper; de resterende tre er nerve-, muskel- og bindevæv. Epitel er en række af celler, som dækker alle kroppens indre og ydre overflader – herunder blodkar og organer. Epitel findes i mange forskellige udformninger, som hver især er specialiseret til at have funktioner bl.a. i form af barriere, sekretion, absorption og sansning. I mavetarmkanalen er epitelcellernes funktion at udskille og absorbere, mens muskulaturen i mavetarmkanalen har til opgave at transportere vores føde ned gennem ”røret” (figur 2).

 

Figur 2. Fordøjelseskanalens opbygning. Mavetarmsystemet i tyndtarmen og tyktarmen består af immunforsvaret, tarmfloraen og epitelcellerne. Føden passerer fra mundhulen til mavesækken og videre i tarmsystemet, hvor den fordøjes, udnyttes til energi og ender som fæces. 

 

Når føden forlader mundhulen, passerer den gennem svælg, spiserør og mavesæk for at fortsætte gennem tyndtarm, tyktarm og endetarm, hvor de ikke absorberede dele af føden udskilles som fæces. Det er altid vigtigt, at holde øje med, at der ikke er ændret farve, mængde eller konsistens af afføringen. Vidste I, at kræftsygdomme og mange tarmsygdomme i tarmene og mavesækken opdages ved, at afføringen har ændret sig? Den mad vi spiser, og som i mavetarmkanalen fordøjes og sendes videre, anses først som en del af kroppen, når komponenterne i form af molekyler er absorberet af epitelet. Tyndtarmens epitel er ”foldet” mange gange i såkaldte villi, så overfladearealet mangedobles og øger muligheden for absorption.  En fjerdedel af hjertets minutvolumen (den mængde blod, hjertet pumper rundt i kroppen hvert minut) går til mavetarmkanalen, fordi den er et så omfattende og energikrævende system (se figur 3).

 

Figur 3. Tarmens opbygning med rig blodforsyning til hver eneste villi. 

 

Allerede i munden starter nedbrydningen af føden, idet tænderne mekanisk findeler føden, mens enzymet alfa-amylase udskilles fra spytkirtlerne. Enzymerne er med til at bryde glykosidbindinger mellem glukosemolekylerne, så en kemisk nedbrydning allerede igangsættes i mundhulen. Efter nedbrydning i mundhulen, sendes fødebolus (madklumpen) videre til svælget, pharynx, som inddeles i en øvre del, der har forbindelse til næsehulen og kun fungerer som luftvej, og en nedre der både fungerer som luftvej og fordøjelseskanal. Når maden er tygget, sendes fødebolus videre gennem svælget. Svælget er 12-15 cm langt og er nedadtil eftergiveligt og blødt, så det kan udvides, når maden under synkning skal passere videre ned i spiserøret. Spiserøret, oesophagus, er et 25-30 cm langt, muskuløst rør, som strækker sig gennem hele brystkassen langs rygsøjlen og udmunder i mavesækken lige under mellemgulvet, diafragma.

Mavesækken, gaster/ventriculus, kan variere i størrelse og form, men indeholder normalt 0,5-1 liter. Både mavesækken og tarmene består af muskellag, som indvendigt er dækket af slimhinde. I slimhinden findes parietalceller og non-parietalceller, som begge kan frigive sekret. Parietalceller udskiller både syre og intrinsic factor, som er et glykoprotein, der muliggør absorption af vitaminet B12 i tyndtarmen. Når mavesækken udspiles efter et måltid, vil receptorer i den øverste del af mavesækken stimuleres, hvilket vil medføre sekretion af hormonet gastrin. Ligeledes vil der ved fødeindtagelse frigives acetylcholin, som er en neurotransmitter, også kaldt et signalstof. Gastrin og acetylcholin stimulerer parietalcellerne i mavesækken til at frigive syre, så miljøet bliver surt med en pH-værdi omkring 2, hvilket svarer til en fortyndet saltsyre, HCl. Vidste I, at det af samme grund er farligt at kaste for meget op? Mavesyren kommer nemlig til at skade epitelet i spiserøret, og på lang sigt kan syren medføre celleforandringer og kræft? Det sure miljø er dog utrolig effektivt i mavesækken, hvor det medfører spaltning af det inaktive pepsinogen til det aktive pepsin, som spalter proteinerne, så de mister deres oprindelige struktur – man siger, at de denaturerer. Desuden vil pepsin føre til mere syrefrigivelse. Fast materiale kan ikke passere videre fra mavesækken, før det er nedbrudt til partikler på mindre end 2 mm. Derfor sendes størstedelen af føden tilbage til midten af mavesækken for at blive nedbrudt mere, inden den videre passage til tarmene. Væske kan passere direkte fra mavesækken til tarmene, mens det vil tage fx fedtmateriale noget længere tid.

Allerede i munden starter nedbrydningen af føden, idet tænderne mekanisk findeler føden, mens enzymet alfa-amylase udskilles fra spytkirtlerne. Enzymerne er med til at bryde glykosidbindinger mellem glukosemolekylerne, så en kemisk nedbrydning allerede igangsættes i mundhulen. Efter nedbrydning i mundhulen, sendes fødebolus (madklumpen) videre til svælget, pharynx, som inddeles i en øvre del, der har forbindelse til næsehulen og kun fungerer som luftvej, og en nedre der både fungerer som luftvej og fordøjelseskanal. Når maden er tygget, sendes fødebolus videre gennem svælget. Svælget er 12-15 cm langt og er nedadtil eftergiveligt og blødt, så det kan udvides, når maden under synkning skal passere videre ned i spiserøret. Spiserøret, oesophagus, er et 25-30 cm langt, muskuløst rør, som strækker sig gennem hele brystkassen langs rygsøjlen og udmunder i mavesækken lige under mellemgulvet, diafragma.

Mavesækken, gaster/ventriculus, kan variere i størrelse og form, men indeholder normalt 0,5-1 liter. Både mavesækken og tarmene består af muskellag, som indvendigt er dækket af slimhinde. I slimhinden findes parietalceller og non-parietalceller, som begge kan frigive sekret. Parietalceller udskiller både syre og intrinsic factor, som er et glykoprotein, der muliggør absorption af vitaminet B12 i tyndtarmen. Når mavesækken udspiles efter et måltid, vil receptorer i den øverste del af mavesækken stimuleres, hvilket vil medføre sekretion af hormonet gastrin. Ligeledes vil der ved fødeindtagelse frigives acetylcholin, som er en neurotransmitter, også kaldt et signalstof. Gastrin og acetylcholin stimulerer parietalcellerne i mavesækken til at frigive syre, så miljøet bliver surt med en pH-værdi omkring 2, hvilket svarer til en fortyndet saltsyre, HCl. Vidste I, at det af samme grund er farligt at kaste for meget op? Mavesyren kommer nemlig til at skade epitelet i spiserøret, og på lang sigt kan syren medføre celleforandringer og kræft? Det sure miljø er dog utrolig effektivt i mavesækken, hvor det medfører spaltning af det inaktive pepsinogen til det aktive pepsin, som spalter proteinerne, så de mister deres oprindelige struktur – man siger, at de denaturerer. Desuden vil pepsin føre til mere syrefrigivelse. Fast materiale kan ikke passere videre fra mavesækken, før det er nedbrudt til partikler på mindre end 2 mm. Derfor sendes størstedelen af føden tilbage til midten af mavesækken for at blive nedbrudt mere, inden den videre passage til tarmene. Væske kan passere direkte fra mavesækken til tarmene, mens det vil tage fx fedtmateriale noget længere tid.

Hvordan udnytter vi det, vi spiser?

En del af fordøjelsen starter i munden, ligesom mavesækken spiller en vigtig rolle i fordøjelsen, men det er i tyndtarmen, størstedelen af fordøjelsen finder sted. For denne nedbrydning spiller bugspytkirtlen en vigtig rolle.

Tyndtarmen inddeles anatomisk set i tre dele: Efter mavesækken ligger først tolvfingertarmen, duodenum, herefter hungertarmen, jejunum, og til slut krumtarmen, ileum. I disse tre tyndtarmssegmenter samarbejder enzymer fra bugspytkirtlen med tyndtarmsenzymer og galdesyrer. Resultatet er, at maden bliver fordøjet, så vi kan absorbere de livsvigtige molekyler. Sekretet fra bugspytkirtlen neutraliserer den sure mavesaft, så der ikke sker skade på tarmepitelet. Epitelcellerne er specialiserede og tillader ikke alt at passere over deres membran. Derfor bliver sekreterne brugt til at omdanne store molekyler til mindre molekyler, som får lov at passere over epitelet og på den måde kan absorberes til kroppen. En nærmere gennemgang af molekyleopbygningen samt absorptionen vil blive gennemgået i ”Funktionen af glukose i kroppen”. Tolvfingertarmen er særdeles aktiv, idet den absorberer både kalk (calcium), jern og folat. Kulhydrater, proteiner og fedt (lipid) optages med størst absorption i tolvfingertarmen og med mindre absorption, jo længere stofferne kommer ned i tyndtarmen.

De vigtige næringsstoffer absorberes hovedsagligt i tyndtarmen, og det er derfor begrænset, hvor meget tyktarmen, colon, kan bidrage med til optagelsen. Til gengæld er indholdet fra tyndtarmen tyndtflydende, og en af tyktarmens hovedfunktioner er derfor at absorbere væske og salte, så kroppen ikke mister for meget væske gennem afføringen. Ud over reabsorption af væske, er det også tyktarmen, der står for absorption af livsnødvendige B1-, B2-, og B12-vitaminer samt K-vitamin. Desuden er det altafgørende, at kalium, som findes i lumen i tyktarmen (tyktarmens hulrum), bliver reabsorberet (genoptaget ind i kroppen), da vi ikke dagligt indtager nok kalium til at opretholde vores kaliumbalance i kroppen. Vidste I, at både for lidt og for meget kalium kan være katastrofalt og fx medføre muskelkramper, hjerte-rytmeforstyrrelser og i værste tilfælde hjertestop? Når føden har passeret gennem tyktarmen, når den endetarmen, hvor føden opbevares som fæces, før den udskilles ved defækation.

NavnFunktion
GastrinGastrin er et peptidhormon, som frigives, når der kommer føde i mavesækken. Gastrin frigives fra G-celler og stimulerer parietalcellerne til at frigive HCl, og samtidig stimulerer hormonet bevægelse i mavesækken.
AcetylcholinAcetylcholin er en neurotransmitter, der, ligesom gastrin, frigives, når mavesækken fyldes med mad. En neurotransmitter frigives fra en nerveende og fungerer ved at sende signaler til andre celler. I dette tilfælde stimulerer acetylcholin parietalcellerne til at frigive mere HCl.
PepsinogenPepsinogen frigives fra celler i mavesækken og er et proenzym til pepsin. Ved en pH mellem 3,5-5 spaltes pepsinogen langsomt til det aktive pepsin, mens det ved en pH under 3,5 sker hurtigt. Pepsin nedbryder proteiner. Denne proces kaldes denaturering.
Intrinsic factorIntrinsic factor (IF) er et glykoprotein, som frigives fra parietalcellerne i mavesækken. IF er nødvendigt for, at B12-vitamin kan absorberes i krumtarmen (sidste del af tyndtarmen). B12-vitamin er nødvendigt, for at hjernen og nervesystemet kan fungere optimalt, ligesom det er vigtigt i dannelsen af de røde blodceller.

Leveren, hepar, vejer omkring 1,5 kg og er dermed kroppens største kirtel. Den er et livsnødvendigt organ med talrige funktioner. Leveren ligger opadtil i højre side af abdomen (se figur 4). Det er ikke muligt at gennemgå alle leverens funktioner, men vi vil her nævne nogle af de vigtigste.

 

Figur 4. Abdomens anatomi med leverens relation til galdeblæren, mavesækken, tyndtarmen og bugspytkirtlen.

 

Leveren fungerer som et depot for lagring af glukose i form af glykogen, og derfor spiller den en vigtig rolle i forbindelse med blodsukkerreguleringen (se artiklen ”Hormoner, insulin og blodsukkerregulering”). Det er dog ikke kun glukose, der bliver lagret i leveren, også A-vitamin, B12-vitamin, folinsyre og jern findes i betydelige mængder i leveren. Leveren fungerer også som dannelsessted for en række plasmaproteiner, der bl.a. er afgørende for, at vores blod kan koagulere (størkne). Leveren har samtidig en vigtig betydning for transport og omsætning af lipider,  ligesom leveren er i stand til at omsætte fedtopløselige forbindelser, fx lægemidler og pesticider og delvist steroidhormoner, fx kønshormoner. Leveren producerer galde, som indeholder galdesalte, der både virker som et fordøjelsessekret og som et affaldsprodukt, der skal udskilles. Leveren har mange funktioner og bidrager også til rensning af blodet, idet den er velforsynet med både arterieblod (iltet blod) og veneblod (afiltet blod) samt med talrige galdekanaler (se figur 5). Affaldsprodukterne fra det rensede blod sendes gennem galdekanalerne til galdeblæren, hvor det opbevares indtil den senere tømmes.

 

Figur 5. Hver eneste levercelle, hepatocyt, indeholder en centralvene, som har kontakt til arterier, galdeveje og veneblod, der ligger mellem levercellerne. Den rige blodforsyning og kontakt til galdevejene gør, at leveren kan rense veneblodet og sende affaldsprodukterne til galdeblæren.

 

Bugspytkirtlen, pancreas, hvis navn stammer fra græsk og ”pan” betyder ”al”, mens ”kreas” betyder ”kød”, fordi man oprindeligt troede, kirtlen kun bestod af en klump celler. Man kendte ikke til dets udførselsgange til tarmen. Kirtlen er ca. 15 cm langt, tungeformet, vejer gennemsnitligt 100 gram og ligger op mod abdomens bagvæg. Bugspytkirtlen munder som galdevejene ud i det første stykke af tyndtarmen i en åbning ind til tarmen kaldt papilla duodeni major.

Bugspytkirtlen har både en endokrin og en eksokrin funktion

ENDOKRIN FUNKTIONEKSOKRIN FUNKTION
En samling af kirtler i et endokrint organ, som udskiller hormoner direkte til blodet, hvorefter de bæres til målorganer, som de kan påvirke. Eksempler på endokrine organer er hypofysen, bugspytkirtlerne, testiklerne og ovarierne.Kirtler som producerer sekreter, der udskilles gennem kanaler til epiteloverfladen. Eksempler på eksokrine kirtler er spyt-, sved- og mælkekirtler.

Den eksokrine del af kirtlen består af acinære celler, som hvert døgn producerer ca. 1500 mL pancreassaft. Acinært væv består af specialiserede proteinsyntetiserende celler, der udskiller fordøjelsesproteiner samt en plasmalignende væske, som er rig på NaCl. Når cellerne ikke stimuleres, foregår der kun en lav sekretion. Hver acinus bestående af acinære celler har en udførselsgang, som når helt ind i centrum af acinus og her betegnes indskudsstykker, der udmunder i større gange, som igen tømmer sig i hovedudførselsgangen (se figur 6).

Figur 6. Her ses bugspytkirtlens, pancreas’, anatomiske opbygning. Ansamlinger af acinære celler danner tilsammen en acinus. Flere acini danner en ”lobulus”. Udførselsgangene fra flere acini tømmes ud i større gange, som igen samles og tømmes ud i bugspytkirtlens hovedudførselsgang.

Men hvorfor er bugspytkirtlen så vigtig en kirtel?

Pancreassaften består dels af forskellige enzymer, som nedbryder størstedelen af føden, dels af en masse bicarbonationer, som neutraliserer mavesyren, så tarmen ikke tager skade. Enzymerne, som udskilles, kommer udelukkende fra de acinære celler. Der findes mange forskellige slags enzymer, se tabellen nedenfor.

NAVNFUNKTION
Trypsinchymotrypsin og carboxypeptidaserNedbryder proteiner til aminosyrer
Ribonuklease og deoxyribenukleaseSpalter nukleoproteiner
PancreasamylaseHydrolyserer stivelse, glykogen og størstedelen af øvrige kulhydrater til disakkarider
PancreaslipaseHydrolyserer triacylglyceroler til glycerol og fedtsyrer
CholesterolesteraseSpalter cholesterolestre

Alle disse enzymer er med til at tillade passage af molekylerne over tarmepitelet, så vi på den måde kan absorbere og bruge energien og de livsvigtige vitaminer og salte, som vi får gennem føden. Reguleringen af hele denne eksokrine sekretion foregår hormonelt ved regulering fra sekretin og cholecystokinin samt delvist ved stimulering af nerverne.

Den endokrine del består af små cellegrupper beliggende i det eksokrine væv. Disse ansamlinger af celler kaldes langerhanske øer og kan bestå af alt fra helt få til flere hundrede celler. I det endokrine væv findes i alt fem forskellige celletyper; alfa-celler, beta-celler, delta-celler, gamma-celler og epsilon-celler, som har hver deres funktion. Ca. 20% af cellerne er alfa-celler og udskiller glukagon. Beta-cellerne udgør ca. 70% og producerer insulin. Delta-cellerne udskiller somatostatin og udgør 5-10% af samlede antal celler. Kun få procent af cellerne udgøres af gamma- og epsilon-celler, som dog spiller en mindre rolle i forbindelse med diabetes.

ENDOKRINE CELLER 
NavnProduktion og funktion
Alfa-cellerUdskiller glukagon, som binder til receptorer på levercellerne og medfører nedbrydning af glykogen til glukose, som frigives, så blodsukkeret stiger.
Beta-cellerUdskiller insulin, som har mange funktioner, men den vigtigste er, at den er nødvendig for, at glukose kan transporteres gennem cellemembraner ind i fedt- og muskelceller.
Delta-cellerUdskiller somatostatin, som hæmmer udskillelsen fra alfa-, beta- og gamma-celler.

De vigtigste hormoner i denne sammenhæng er glukagon og insulin. Insulin er et lille proteinmolekyle, som spiller en afgørende rolle i flere metaboliske processer. Insulin øger de anabolske processer i lever, muskler og fedtvæv ved at stimulere dannelsen af protein, glykogen og fedtsyrer. Insulins vigtigste funktion er dog at sørge for, at glukose kan transporteres gennem cellemembraner i fedt- og muskelceller, så kroppens celler kan få energi (se artiklen ”Hormoner, insulin og blodsukkerregulering”). Glukagon er et lille polypeptid, som på mange måder virker stik modsat insulin. Glukagon binder til en receptor på levercellerne. Bindingen medfører nedbrydning af glykogen til glukose, som frigives til blodet, hvorved blodsukkeret stiger. Somatostatin udskilles ved stimulation fra bl.a. højt blodsukker og virker i bugspytkirtlen ved at hæmme udskillelse fra alfa-, beta- og gamma-cellerne.

Mens den acinære vævsmængde er nogenlunde den samme hele livet, kan mængden af det endokrine væv øges. Forskning tyder på, at antallet af de insulin-producerende beta-celler øges i forhold til glukoseomsætning og behov; dette vil blive uddybet i kommende artikler.

Vidste I at et stort alkoholforbrug gennem mange år kan føre til kronisk betændelse i bugspytkirtlen? Betændelsestilstanden kan ødelægge kirtlen og medføre diabetes. 

I har nu fået en introduktion til de vigtigste organer i forbindelse med diabetes.

  • I har på makroskopisk niveau lært, at fordøjelsen af føde er en kompleks proces, som allerede starter med enzymudskillelse fra spytkirtlerne i mundhulen, fortsætter med syrenedbrydning i mavesækken og ender med at absorptionen af de forskellige næringsstoffer sker i tyndtarmen.
  • I ved nu, hvor vigtig tyktarmen er for væske-, B-vitamin-, K-vitamin- og kaliumreabsorption, som alle er afgørende for at opretholde vores liv.
  • I har lært, at leveren oplagrer glukose i form af glykogen, og vil i de næste artikler lære, hvorfor denne proces er så vigtig, ligesom I nu ved, at det er i leveren, at galden dannes, før den sendes videre i galdevejene til galdeblæren, hvor den opbevares.
  • I har lært, at galden er et restprodukt, og at galdesaltene er vigtige for at fremme fordøjelse og absorption af fedt.
  • Sidst, men ikke mindst, har I lært om bugspytkirtlen, pancreas, som udmunder i tyndtarmen samme sted som galdevejene. Det er vigtigt, I tager med jer, at bugspytkirtlen har en endokrin og en eksokrin funktion. Den eksokrine del sørger for at producere pancreassaft med forskellige  fordøjelsesproteiner og masser af NaCl. Den endokrine del består er små celleøer, med fem forskellige celletyper. Heraf er alfa-, beta- og delta-celler de vigtigste. De frigiver i nævnte rækkefølge glukagon, insulin og somatostatin.