質問: 膵臓の体積の約5%を占める、グルカゴンやインスリンなどのホルモンの分泌を行う細胞の集まりを何というでしょう?
回答: ランゲルハンス島

タイトル: 炭水化物代謝
血糖調節(glucoregulation、糖質調節、糖調節とも呼ぶ)とは、体内のグルコース濃度を一定に保つことである。膵臓から分泌されるホルモンは、グルコースの代謝全般を調節する。インスリンとグルカゴンは、血液中のグルコース濃度を一定に保つことに関与する主要なホルモンであり、それぞれの分泌量は、現在利用可能な栄養素の量によって制御される。血液中に分泌されるインスリンの量とそのインスリンに対する細胞の感受性の双方が、細胞が分解するグルコースの量を決定する。グルカゴン濃度の上昇は、グリコーゲン分解を触媒する酵素を活性化し、グリコーゲン合成を触媒する酵素を阻害する。逆に、血中のインスリン濃度が高いと、グリコーゲン合成が促進され、グリコーゲン分解が抑制される。

タイトル: 血液
これは主に、膵臓のα細胞から分泌されるグルカゴン、β細胞から分泌されるインスリンにより調節される。食事により血糖が上昇すると、β細胞からインスリンが分泌され、血糖をグリコーゲンにして肝臓に貯蔵する。また、脂肪を脂肪組織に固定する。逆に血糖が低下すると、α細胞からグルカゴンが分泌され、グリコーゲンを分解してブドウ糖にし、また、脂肪を分解して遊離脂肪酸とする。生命活動は、身体内の化学反応により維持されていると言える。そして、それらの化学反応は、全て水溶液中で進行するため、身体内の水分量を保つ事は非常に重要である。血液は、身体内での相当量の水分を保持しているため、体細胞に水分を供給する重要な役割も持っている。水分が不足すると、副腎皮質からアルドステロンが分泌される。また、激しい運動をすると、脳下垂体後葉から抗利尿ホルモン (ADH) も分泌される。

タイトル: ガストリン
ガストリン(英: gastrin)は、主に胃の幽門前庭部に存在するG細胞から分泌されるホルモン。胃主細胞からのペプシノゲン分泌促進作用、胃壁細胞からの胃酸分泌促進作用、胃壁細胞増殖作用、インスリン分泌促進作用などが認められている。ガストリン分泌はプログルミドやセクレチンなどによって抑制される。ガストリノーマ(英: gastrinoma)とはガストリンを分泌する腫瘍。ゾリンジャー・エリソン症候群(en)の原因となることがある。主に膵臓や十二指腸で認められる。

タイトル: 炭水化物代謝
循環グルコースの濃度(非公式には血糖値として知られる)、および十二指腸での栄養素の検出が、グルカゴンまたはインスリンの分泌量を決定する最も重要な要因である。血糖値が低いとグルカゴンの分泌が促進され、血糖値が高いと細胞を刺激してインスリンを分泌させる。循環グルコース濃度は、食事からの糖質摂取量によって大きく影響を受けるため、食事はインスリンを介して代謝の主要な側面を制御している。ヒトの場合、インスリンは膵臓のβ細胞によって作られ、脂肪は脂肪組織細胞に蓄えられ、グリコーゲンは肝細胞によって必要に応じて貯蔵または放出される。インスリンの濃度とは関係なく、筋肉細胞の内部に貯蔵されたグリコーゲンから血液中にグルコースが放出されることはない。

タイトル: ランゲルハンス島
鳥類においては、むしろα細胞が中心部に位置することが知られている。なお硬骨魚類のゼブラフィッシュのランゲルハンス島はネズミ目同様にその中心部にβ細胞を配置し、周辺に他の細胞が位置する形態をもつ。ランゲルハンス島を構成する細胞が腫瘍化したものを膵内分泌腫瘍という。膵島細胞腫ということもある。これにはα細胞由来のグルカゴノーマ、β細胞由来のインスリノーマ、δ細胞由来のソマトスタチノーマ、PP細胞のPPオーマなどがある。

タイトル: インスリノーマ
正常であれば、血糖が低下すると膵β細胞からのインスリン分泌が抑制され、グルカゴンを初めとする血糖値を上昇させるホルモンが分泌され、糖新生が刺激される。血糖値は常に80~100mg/dLに維持されるが、この腫瘍がある限り、分泌抑制に異常があり、低下してもインスリンの分泌が続き、それに伴って低血糖症状を惹き起こす。

タイトル: ランゲルハンス島
しかしながら硬骨魚類の中には、膵臓内にランゲルハンス島をもたず、代わりに肝臓近辺に膵臓の内分泌腺と同等の機能を持った組織が散在する種も存在する。これらの種の内分泌腺はランゲルハンス島ではなくブロックマン小体と呼ばれている。このように硬骨魚類では、膵臓の外分泌機能をもつ組織と内分泌機能をもつ組織との関係が多様である。このことは膵臓が、硬骨魚類の進化の過程で、本来別の器官だった外分泌腺とランゲルハンス島が融合し新たに形成された臓器であることを示唆している。ヒトのランゲルハンス島はその径が100-300マイクロメートルであり、膵臓1ミリグラムにつき10-20個あり、膵臓全体で100万個以上存在するといわれる。ネズミ目(齧歯類)では、ランゲルハンス島の中心部にβ細胞が位置し、α、δ、PP細胞が周辺部に位置するが、ヒトにおいては、この分布は齧歯類ほどは明確ではない。

タイトル: インクレチン
インクレチン (incretin) は、以下に述べるような消化管ホルモンの総称である。食後には血糖を低下させるホルモンのインスリンが膵臓から分泌されるが、糖を経口投与すると経静脈投与時よりも大きなインスリン作用が現れることが明らかになり、このことがインクレチンの概念の元となっている。その刺激は主に門脈血のブドウ糖であるとされてきたが、消化管由来因子にも分泌刺激を行う能力があるものとされてきた。「インクレチン」と総称されているホルモンとして、GLP-1やGIPがある。GLP-1とGIPとはいずれも血糖値依存的に膵臓のβ細胞からのインスリン分泌を促進する。しかし、2型糖尿病においてはGIPによるインスリン分泌促進作用は障害されているとの報告がある。。

タイトル: グルコキナーゼ
F1PまたはF6Pの結合によってGKRPは2つの異なるコンフォメーションをとり、一方はグルコキナーゼに結合できる構造、他方は結合できない構造となると考えられている。体内のグルコキナーゼの大部分は肝臓に存在するが、膵臓のα細胞とβ細胞、視床下部の特定種のニューロン、腸の特定の細胞(エンテロサイト)に少量存在するグルコキナーゼが炭水化物代謝の調節に重要な役割を果たすことが判明してきている。これらの細胞種はまとめて神経内分泌組織と呼ばれ、共通した神経内分泌型プロモーターからの転写など、グルコキナーゼの調節と機能に関して共通の側面が存在している。これらの神経内分泌細胞の中でも、膵島のβ細胞が最も研究されており、理解が進んでいる。β細胞で発見された調節関係の多くは、他の神経内分泌組織のグルコキナーゼにも存在している可能性が高い。

タイトル: GLUT4
我々が食事を行うと血中のグルコース濃度が上昇し、それを感知した膵臓からインスリンが血流へ放出される。インスリンは膵臓のβ細胞に貯蔵されている。β細胞の細胞膜には常にGLUT2が存在しており、血中のグルコースを取り込んでいる。血中のグルコース濃度が上昇すると、β細胞に取り込まれるグルコースの量が増加するので、これによってβ細胞内ではエネルギーを多く獲得できたことで、β細胞内でシグナル伝達が開始され、β細胞内の小胞に貯蔵されていたインスリンが血流へと放出される。血中のインスリン濃度の上昇は、全身の細胞でグルコースの取り込みの促進を引き起こす。

タイトル: 腺
腺(せん、英: gland、羅: glandula)は、動物の体の器官のうち分泌活動を行う細胞の集まり。

タイトル: 膵癌
膵癌は膵臓のいずれの組織からも発生しうるが、それぞれ全く異なる性質を示す腫瘍となる。

タイトル: 糖尿病
慢性膵炎や膵臓癌などによる膵臓機能低下によって、インスリンの分泌量が減ることで生じる糖尿病。

タイトル: 代謝説
血液循環の自己調節における代謝説(たいしゃせつ、metabolic hypothesis)とは、代謝基質あるいは代謝産物の組織内濃度が循環の自己調節に関与しているとする学説である。インスリン分泌機構における代謝説(たいしゃせつ、substrate site model あるいは fuel hypothesis)とは、グルコースが代謝されることによって膵B細胞でインスリン分泌の細胞内シグナルが産生されるとする学説である。以下、それぞれを節に分けて記述する。

タイトル: 消化器外科学
大きさは長さ7-10cm、幅3-10cm位。食事をすると胆嚢は収縮して貯めていた胆汁を胆管から十二指腸に出し、消化吸収の助けを行う。 十二指腸乳頭部は、胆管が十二指腸に開口する部分で、膵管と合流している。乳頭部を取り囲むように括約筋が存在し、胆汁の流れを調節している。膵臓とは、胃の背側、脊椎の腹側に位置し、成人で長さ平均15cm、幅3cm、厚さ2cm、重さ60-100gの淡黄色を呈した臓器である。外分泌と内分泌を営む二つの機能を有する。 外分泌機能としては、一日約800-1,000mlにもおよぶ膵液を分泌している。分泌量は必要により調節されている。膵液はアルカリ性で、多数の消化酵素を含んでおり、食物の消化吸収に役立てられる。 内分泌機能としては、インスリンやグルカゴンが膵で産生され、血糖値の調整に利用される。肝臓とは、赤褐色調、腹腔内で最大の臓器である(1,000から1,500g)。

タイトル: グルカゴン
このホルモンは、貯蔵燃料を動員する異化ホルモンの一つである。アデニル酸シクラーゼの活性化を介してプロテインキナーゼAを活性化を促し、肝臓のグリコーゲン分解およびアミノ酸からの糖新生(Gluconeogenesis)を促進し、血糖値が上昇する。また、グルカゴンは脂肪細胞の表面にある「ホルモン感受性リパーゼ」(Hormone Sensitive Lipase)の活性を刺激し、脂肪細胞からの遊離脂肪酸(Free Fatty Acids)の放出を促す。血中に放出された遊離脂肪酸は、肝臓がケトン体を産生する際の基質となり、ケトン体の産生・増加につながる。なお、筋肉ではグリコーゲンの分解は促進しない(筋肉細胞には「グルカゴン受容体」〈Glucagon Receptor〉 が無い)。また膵B細胞のインスリン分泌、D細胞のソマトスタチン分泌、下垂体前葉の成長ホルモン分泌を刺激する。

タイトル: インスリン
インスリンは身体における同化作用を持つホルモンとみなされている。インスリンの活性の低下やインスリンの欠如は、血糖値の制御が不能となる糖尿病を惹き起こす。糖尿病には「1型」と「2型」の2種類がある。前者では自己免疫反応によってβ細胞が破壊されており、インスリンの合成機能は失われ、インスリンが血中に分泌されなくなる。後者においては、β細胞の破壊は1型に比べると際立ってはおらず、自己免疫反応によるものとは異なる。膵臓のランゲルハンス島の内部にアミロイド(Amyloid)が蓄積していき、身体の生理機能を壊滅させる可能性がある。糖尿病に関しては、膵臓のβ細胞の縮小、β細胞からのホルモンの分泌機能の低下、末梢組織で起こりつつあるインスリン抵抗性(Insulin Resistance)が関与していることが分かっている。

タイトル: 膵液
膵液(すいえき、英語: Pancreatic juice)は、膵臓で分泌される体液(消化液)である。三大栄養素の全てを消化できる。食後、膵管から十二指腸へと出る。なお、膵液はアルカリ性である。

タイトル: GLUT4
グルコースの形で取り込まれたエネルギーは、一部が消費され、残りはグリコーゲンとして主に肝臓、筋細胞、脂肪に貯蔵される。グルコースの摂取が多く、エネルギー消費が少ないという不均衡は、脂肪細胞の肥大と過形成を引き起こし、肥満につながることが示されている。それに加えて、脂肪細胞でのGLUT4の変異によって発現が増加し、グルコースの取り込みが増加してより多くの脂肪が貯蔵されることがある。GUT4が過剰発現すると、栄養分の分配が変化し、より多くのグルコースが脂肪組織へ送られ、脂肪組織の重量が増加する。

タイトル: 肥満
炭水化物を摂取することで血糖値が上昇すると、膵臓からホルモンの一種であるインスリン(Insulin)が分泌される。高血糖(血中のブドウ糖の濃度が高い)状態は身体にとっては毒でしかないため、血中に溢れたブドウ糖をかき集めて筋肉や肝臓内のグリコーゲン(ブドウ糖の貯蔵庫)に蓄える。その後、時間が経過するとともに、安静にしていても、運動する際のエネルギー源としてもグリコーゲンは消費されていく。グリコーゲンにも貯蔵しきれないぐらいに血中のブドウ糖濃度が上昇すると、インスリンはそれを全部中性脂肪に合成して脂肪細胞内部に閉じ込める。それに伴い、血糖値が低下するが、インスリンの分泌量が多すぎると、急に空腹を感じたり、急激な眠気が襲ってくる。インスリンは全身の脂肪細胞に強く作用し、摂取した炭水化物を中性脂肪に合成して脂肪細胞内に閉じ込め、脂肪細胞は肥大していく。

タイトル: グルコキナーゼ
膵島のβ細胞では、グルコキナーゼの活性は血糖値の上昇に応答したインスリン分泌の主要な制御を行っている。解糖系などの細胞呼吸によってグルコース-6-リン酸が消費されてATP量が増加すると、インスリンの放出に至る一連の過程が開始される。ATP量の増加によってATP感受性カリウムチャネルが閉じ、細胞膜の脱分極、細胞内のカルシウムレベルの上昇、インスリン分泌顆粒の膜への融合、そして血中へのインスリンの放出が引き起こされる。この機構はグルコースに応答したインスリン放出の第一波を構成する。グルコースは上述の協同的効果によってグルコキナーゼの活性を速やかに増大させる。

タイトル: 性ホルモン結合グロブリン
SHBGは主に肝臓で生産され、血中に放出される。SHBGを産生する他の部位としては、脳、子宮、精巣、胎盤等がある。

タイトル: Β細胞
フォールディングしたプロインスリンはゴルジ体へ輸送され、未成熟なインスリン顆粒へ入ってインスリンとCペプチドへ切断される。成熟後にカルシウムによってエキソサイトーシスが開始されるまで、これらの分泌小胞はインスリン、Cペプチド、アミリンを保管する。インスリン遺伝子は110アミノ酸からなる前駆体をコードしているが、プロセシングを経て分泌されるのは51アミノ酸のタンパク質である。β細胞では、インスリンの放出は血中に存在するグルコースによって主に刺激される。食事の消化後などに循環するグルコースのレベルが上昇すると、インスリンは用量依存的に分泌される。この放出システムは一般にグルコース応答性インスリン分泌(glucose-stimulated insulin secretion、GSIS)と呼ばれている。

タイトル: グリコーゲンシンターゼ
肝臓型の酵素(glycogen synthase 2)の発現は肝臓に限定されている一方、筋肉型の酵素(glycogen synthase 1)は広く発現している。肝臓のグリコーゲンは飢餓時に血中グルコースレベルを維持する貯蔵庫として機能する一方、消化されたグルコースの処理の最大90%が筋肉でのグリコーゲン合成によって占められる。筋肉のグリコーゲンは活動の爆発的増大時にエネルギーを供給するための備えとなっている。筋肉型のアイソザイムは低酸素状態への長期適応のための細胞応答に主要な役割を果たす。低酸素状態は筋肉型のアイソザイムのみの発現を誘導し、肝臓型のアイソザイムの発現誘導は起こらない。しかし、筋肉型グリコーゲンシンターゼの活性化は細胞を保護するが、過剰なグリコーゲンの蓄積は虚血発作後の心臓や中枢神経系の傷害を引き起こす可能性がある。

タイトル: グリコーゲンの分解
グリコーゲンの分解は、アドレナリンまたはグルカゴンに刺激されて、グリコーゲンが蓄えられている筋肉と肝細胞で起こる。肝細胞では、グルコース-6-リン酸を解糖系で消費することもできるし、グルコース-6-ホスファターゼでリン酸基を除去してグルコースにした上で血流に放出することもできる。筋肉細胞ではグルコースは放出しない。

タイトル: 人工膵臓
正確には人工膵臓と呼ぶよりは「人工ランゲルハンス島」と呼称した方が正確かもしれないが、一般に「人工膵臓」と言われるのは、血糖を制御する目的で開発された機械である。

タイトル: ホルモン
ホルモンの分泌形式を内分泌系(endocrine system、または液体調整系)と呼ぶ。これは、ホルモンの分泌は体内(体液中)であることから、汗など体外(消化管等の管腔を含む)に分泌される外分泌(exocrine secretion)と対比する呼び方である。ホルモンを分泌する器官を内分泌器官(endocrine organs)と呼ぶ。ホルモンが生成される部位は数多い。脊髄動物の場合、神経の情報を受けて視床下部・下垂体・副腎髄質などで、細胞の状態から情報を受けて性腺・副腎皮質・甲状腺濾胞細胞・心臓などで、栄養情報から消化管・膵臓・甲状腺濾胞傍細胞・副甲状腺などで作られる。これらのホルモンの貯蔵方式も様々である。ペプチドホルモンやアミンホルモンは分泌顆粒の中に蓄えられ、甲状腺が分泌するホルモンはタンパク質の形で維持される。これらに対しステロイドホルモンでは貯蔵例が発見されていない。

タイトル: 小腸
5L分泌される膵液は炭酸水素ナトリウムを含む弱アルカリ性液体で、澱粉をマルトースに分解するアミラーゼ、タンパク質をペプチドに分解するトリプシンとキモトリプシン、脂肪を脂肪酸とモノグリセリドに分解するリパーゼ、核酸を分解するヌクレアーゼを含む。十二指腸腺から1日に1.5~3L分泌される腸液は小腸上皮細胞の消化酵素とともに消化を行う。これにはマルトースをグルコースに分解するマルターゼ、スクロースをグルコースとフルクトースに分解するスクラーゼ、ラクトースをグルコースとガラクトースに分解するラクターゼ、さらにリパーゼとヌクレアーゼ、そして膵液中のトリプシノゲンをトリプシンに変えるエンテロキナーゼが含まれる。1日に約500mL分泌される胆汁は消化酵素を含まないが、脂肪を乳化して消化酵素の働きを助け、また脂肪の分解産物を吸収しやすい形に変化させる働きを持つ。