Adrenalin: ad = bei, ren = Niere| Das Nervensystem ist - neben
Erythrozyten und Nierenmark - auf Glukose als
Energiequelle angewiesen. Eine ausreichende Glukosekonzentration im
Blut (≥3,7 mM/l) ist für seine Versorgung wesentlich. Daher bewirkt
ein Absinken des Blutzuckerspiegels zahlreiche neurologische Symptome,
wie Heißhunger, Orientierungsstörungen, Erweiterung der Pupillen, Doppelbilder, Muskelzittern, Anstieg von Blutdruck und Herzfrequenz, schließlich Bewusstlosigkeit. Mehrere Hormone sichern den Blutzuckerspiegel ab: Mit zunehmender Hypoglykämie zeigt sich ein Anstieg zunächst von Glukagon und Adrenalin, dann zusätzlich Wachstumshormon, schließlich auch Cortisol. Das hebt den Glukosespiegel wieder an (daher die Bezeichnung "kontra-insulinäre" Hormone). Das Verhältnis Glukagon- zu Insulinspiegel im Blut (Glukagon-Insulin-Quotient) spiegelt die aktuelle Stoffwechselsituation wider. Nach einer Mahlzeit (postprandial) überwiegt das Insulin, im Nüchternzustand hingegen (postresorptiv) das Glukagon. Aus Proglukagon entstehen in Pankreas, Darm und Gehirn Glukagon und glukagonähnliche Peptide (GLP1, GLP2) - mit breitem Aktionsradius: So fördert GLP1 Insulinempfindlichkeit und Glukoseaufnahme im Muskel, Knochenbildung und Herzfunktion, und schützt das Nervengewebe. Glukagon aktiviert Schlüsselenzyme für die Zuckerbereitstellung und inaktiviert ihre Gegenspieler; es regt die Gluconeogenese aus Glyzerin (Fettabbau), ß-Oxidation, Ketogenese in der Leber und die Lipolyse im Fettgewebe an. Adrenalin und Cortisol mobilisieren Glykogen- und Proteinspeicher sowie die Lipolyse, regen die Utilisation von Muskeleiweiß sowie die Gluconeogenese in der Leber an. Das gemeinsame Ergebnis der Wirkung kontrainsulinärer Hormone ist die bessere Verfügbarkeit an Substratmolekülen und eine Stabilisierung des Blutzuckerspiegels. |
Insulin-Glukagon-Quotient Blutzuckerspiegel "Kontrainsulinäre" Hormone Glukagon Glukagonähnliche Lipide (GLP) Adrenalin, Cortisol
α-Zellen (20-30%), sie produzieren Glukagon, das im postabsorptiven Zustand blutzuckersteigernd wirkt - seine Sekretion steigt bei Hypoglykämie bis 4-fach - und Proglukagon; weiters glukagonähnliche Peptide (GLP-1, das insulinsteigernd und glukagonsenkend wirkt, und GLP-2) β-Zellen (50-75%), sie produzieren Insulin, das den Blutzuckerspiegel senkt, indem es Einbau und Verwertung von Substraten fördert. Sie bilden darüber hinaus Amylin (das die Verdauungsvorgänge bremst und so den Glukoseanstieg nach Nahrunsaufnahme verringert) und GABA (dieses diffundiert zu α-Zellen und reduziert dort die Freisetzung von Glukagon) δ-Zellen (~10%), sie produzieren Somatostatin, das an Magen und Pankreas sekretionsmindernd wirkt (die Freisetzung von Insulin und Glukagon hemmt) und therapeutisch
zur Behandlung von Blutungen, Geschwüren und Entzündungen eingesetzt
wird PP- (γ-, F-) Zellen (<5%), sie produzieren pankreatisches Polypeptid, das die Aktivität der Bauchspeicheldrüse dämpft, sekretionshemmend (Galle) und motilitätssenkend (Darm) sowie appetitbremsend wirkt ε-Zellen (<1%), sie produzieren Ghrelin, das die Somatostatinfreisetzung fördert (δ-Zellen haben Ghrelinrezeptoren) und indirekt die glukoseinduzierte Insulinsekretion hemmt.
Das
Konzentrationsverhältnis Insulin / Glukagon kennzeichnet den Status des Energiestoffwechsels:
Es ist hoch nach Nahrungsaufnahme
(Resorptionsphase; viel Insulin), die im Überschuss vorhandene Glukose
wird
gespeichert In der Postresorptionsphase ist es niedrig (wenig Insulin),
die körpereigenen Energiespeicher werden angezapft. 
Insulin-Glukagon-Quotient (molar, Serum)
Beispiel: Insulin (gemittelt - pulsatile Freisetzung!) 70 pM/l, Glukagon 180 pM/l → Quotient 0,39 Werte über 6 (oder 7) mM/l werden als Hyperglykämie,
solche unter 3,3 mM/l als Hypoglykämie eingestuft.
steigen
die Glukosewerte im Blut an - je nach
aufgenommener Mahlzeit physiologischerweise um bis >50%, nach einer
kohlenhydratreichen Mahlzeit bis fast +100% (auf bis zu ~160 mg/dl oder
~9 mM). Die (hauptsächlich insulinbedingte) Rückkehr zu Nüchternwerten
dauert dann mehrere Stunden.
Die
Glukoseaufnahme des Gehirns ist ab einem Blutzuckerspiegel von 3,7 mM/l reduziert.
Symptome wie Unruhe, Zittern, Heißhunger, Schweißausbruch finden sich ab 3,0
mM/l, Bewusstlosigkeit kann ab 2,7 mM/l auftreten. 
Glukose
liefert den Zellen Energie, Nervengewebe ist weitgehend
glukoseabhängig. Wird mehr Glukose resorbiert als der
Stoffwechsel benötigt, wird sie in der Leber gespeichert und zu Fett umgebaut. Andernfalls wird sie durch Abbau von Glykogen (Glykogenolyse) und
Aufbau von Zucker (Gluconeogenese ) nachgeliefert. 
Glukose ist ein reaktionsfreudiges Molekül - sie kann Biomoleküle chemisch verändern (z.B. Advanced glycation end-products - AGEs).
Dies erfordert entsprechende Regenerierungsvorgänge und beschleunigt
sich mit zunehmendem Glukosespiegel. Daraus können funktionelle
Beeinträchtigungen resultieren,
wie sie auch bei unzureichend behandeltem Diabetes mellitus als
Spätfolgen auftreten (Durchblutungsstörungen, mangelhafte
Blutdruckregulation, Nervenschädigungen etc.).
| Körperliche Aktivität (z.B. Ausdauertraining) senkt den Blutzuckerspiegel. |
Blutglukose unter ~4,6 mM/l reduziert die Insulinsekretion Blutglukose unter ~3,8 mM/l setzt Glukagon und Adrenalin frei Blutglukose unter ~3,7 mM/l regt die Sekretion von Wachstumshormon
an (GH wirkt zeitlich unterschiedlich: Es dauert etwa eine Stunde, bis
seine insulin-antagonistische Wirkung den Blutzuckerspiegel steigert.
Zunächst fällt dieser durch Somatomedinwirkung ab) Blutglukose unter ~3,2 mM/l stimuliert die Freisetzung von Cortisol (deutliche Hypoglykämie-Symptome treten ab ~3,0 mM/l auf)
Glukagon entsteht - wie auch die Glucagon-like peptides GLP-1 und GLP-2 - aus deren gemeinsamen Vorstufe Proglukagon. Proglukagon wird vom GCG-Gen codiert, und dieses wird im Pankreas, im Darm, aber auch im Gehirn
exprimiert und prozessiert. Dabei entstehen - mit unterschiedlicher Beteiligung - Glukagon,
GLP1, GLP2 und andere Peptide. 
Nach Sekretion im Pankreas erfolgt der proteolytische Glukagonabbau schon bei der ersten Leberpassage (weniger stark als Insulin), die biologische Halbwertszeit beträgt 5-6 Minuten. Die wichtigsten Glukagonwirkungen erfolgen an der Leber; im Fettgewebe fördert Glukagon den Fettabbau und hemmt die Lipogenese. Glukagon (Nüchternplasma / -serum)
Gluconeogenese (Lipolyse in Fettgewebe) Glykogenolyse ß-Oxidation Ketogenese (Leber; spart Blutzucker)| Glukagon fördert Glykogenolyse und Gluconeogenese, der Glukosespiegel steigt an. |
die Glykolyseaktivität die Glykogensynthese die Synthese freier Fettsäuren in der Leber (de novo-Lipogenese)
Anregung: Die Glukagonfreisetzung wird stimuliert durch ein Absinken des Blutzuckerspiegels (>Abbildung) durch Aminosäuren, vor
allem Arginin (Arginin regt auch die Sekretion von Insulin an)| Arginin stimuliert die Freisetzung sowohl von Insulin als auch von Glukagon. |
Das Vegetativum fördert die Glukagonbildung - sowohl sympathisch (ß-Rezeptoren) als auch parasympathisch. Inhibition: Die Glukagonsekretion wird gehemmt durch Anstieg der Konzentration von Glukose sowie freier Fettsäuren im Blut Hormonell durch benachbarte Inselzellen (Insulin und GABA aus ß-Zellen, Somatostatin aus δ-Zellen) und aus dem Darm (Sekretin, GLP-1, GIP). Leber: Glukagon steigert die hepatische Glykogenolyse, die Glykogensynthese wird gehemmt, Gluconeogenese gefördert (Aminosäuren werden genutzt, Stickstoff wird frei, eine negative N-Bilanz ist die Folge.) Da auch die Glykolyse gehemmt wird, wird die Glukose an das Blut abgegeben.
zügelt den Appetit und hat einen protektiven Effekt auf das Nervengewebe im Gehirn reduziert die Transportfunktion des Magens bremst die
Gluconeogenese in der Leber steigert Glukoseaufnahme und
Insulinempfindlichkeit der Muskulatur fördert die Freisetzung von Insulin senkt die Glukagonsekretion stärkt die Herztätigkeit unterstützt den Knochenaufbau
"Enteroendokrine" pankreatische L-Zellen sezernieren
GLP-1 bei Anwesenheit von Nährstoffen (Zucker, Lipide, auch Proteine)
im Darm, sowie auf neurale und hormonelle Stimuli hin. 
GLP-1-Rezeptor-Agonisten
aktivieren den GLP-1-Rezeptor. Sie fördern die Insulinsekretion und
hemmen die Glukagonausschüttung, senken den Blutzuckerspiegel
(Behandlung eines Typ-2-Diabetes) und werden zur Behandlung von
Übergewicht und Fettleibigkeit genutzt (vgl. >Abbildung). 
Adrenalin wirkt an Leber-, Fett- und Muskelzellen und erhöht (über β2-Rezeptoren) den Energieumsatz. Glukose und freie Fettsäuren werden durch Glykogenabbau, Abbau von Fett
(Lipolyse, über ß3-Rezeptoren) und hepatische Gluconeogenese (über ß2-Rezeptoren) bereitgestellt; der Blutzuckerspiegel
steigt. Die Freisetzung von Cortisol - dem wichtigsten Glucocorticoid - wird durch ACTH (Corticotropin) aus
dem
Hypophysen-Vorderlappen angeregt. Es wirkt blutzuckersteigernd und
leitet bei Belastung den Blutstrom zur Arbeitsmuskulatur um (
Genaueres s. dort).
Muskulatur: Kraftlosigkeit Gehirn:
Konzentrationsstörungen, Verlangsamung, Verwirrtheit,
Stimmungsschwankungen, beeinträchtigte Koordination, Schlafstörungen bei starker Hypoglykämie (<40 mg/dl) Krämpfe, Bewusstlosigkeit
 ~106 Langerhans-Inseln (1-2% der Pankreasmasse) sind stark vaskularisiert, autonom
innerviert und enthalten mehrere Zelltypen: α-Zellen (20-30%)
produzieren Glukagon (dessen Sekretion steigt bei Hypoglykämie bis
4-fach), Proglukagon, glukagonähnliche Peptide (GLP-1, GLP-2); β-Zellen (50-75%) produzieren
Insulin, Amylin
(bremst die Verdauungsvorgänge), GABA (senkt die Glukagonfreisetzung); δ-Zellen (~10%) produzieren
Somatostatin; PP- (γ-, F-) Zellen (<5%)
produzieren pankreatisches Polypeptid; ε-Zellen (<1%) produzieren
Ghrelin (fördert die Somatostatinfreisetzung, hemmt die glukoseinduzierte Insulinsekretion) Der Blutzuckerspiegel beträgt nüchtern um 4-5 mM/l (Referenzbereich 3,3-6,0 mM) oder 70-90 mg/dl. Nahrungsaufnahme
steigert, körperliche Aktivität senkt den Blutzuckerspiegel.
Postprandial steigt der Glukosespiegel um bis >50% (nach sehr kohlenhydratreichen
Mahlzeiten bis +100%) an, die Rückkehr zu Nüchternwerten kann mehrere
Stunden dauern. Der Quotient Insulin / Glukagon kennzeichnet
den Status des Energiestoffwechsels: Er ist hoch nach Nahrungsaufnahme
(Resorptionsphase; viel Insulin), die im Überschuss vorhandene Glukose
wird gespeichert; in der Postresorptionsphase ist er niedrig (wenig
Insulin), der Stoffwechsel greift auf körpereigene Energiespeicher
zurück. Die
Glukoseaufnahme des Gehirns ist ab 3,7 mM/l
reduziert; Unruhe, Zittern, Heißhunger, Schweißausbruch treten ab 3,0 mM/l, Bewusstlosigkeit ab 2,7 mM/l Blutzucker auf Blutglukose
unter ~4,6 mM/l reduziert die Insulinsekretion, Werte unter ~3,8 mM/l mobilisieren
Glukagon und Adrenalin, unter ~3,7 mM/l GH (etwa eine Stunde bis zur
insulin-antagonistischen Wirkung), unter ~3,2 mM/l Cortisol.
α-Zellen setzen aus sekretorischen Granula Glukagon auf metabolische (Hypoglykämie, Aufnahme eiweißreicher Nahrung) und neurale Reize hin frei. Glukagon wirkt an Leber- und Fettzellen (heptahelikale Rezeptoren → cAMP↑ → PKA↑→
Phospholipase C → IP3↑ → intrazelluläres [Ca++]↑). Der
Glukagonabbau beginnt schon bei der ersten Leberpassage (~80%), die
biologische Halbwertszeit beträgt 5-6 Minuten, nur ein geringer Anteil
gelangt in den systemischen Kreislauf (Fettgewebe) Im Gegensatz zur ß-Zelle sind die KATP-Kanäle der α-Zelle
bei niedriger ATP-Konzentration (wenig Glukose) gehemmt. Niedriger
Blutzucker reduziert den Kaliumausstrom, die Zelle depolarisiert,
Glukagon wird freigesetzt - und umgekehrt. Glukagon kann die
Glukoseversorgung durch die Leber in Sekundenschnelle anregen. Glukagon
fördert die Gluconeogenese (Lipolyse in Fettgewebe, Aminosäuren
werden genutzt, Stickstoff wird frei), weiters die Glykogenolyse,
ß-Oxidation, Ketogenese. Glukagon senkt die Glykolyse, Glykogensynthese
und Synthese freier Fettsäuren in der Leber (de novo-Lipogenese). Es wirkt
energiemobilisierend und (wie GLP) herzstärkend (Frequenz,
Schlagkraft) Die
Glukagonsekretion wird angeregt durch Hypoglykämie, Aminosäuren
(Arginin regt auch die Sekretion von Insulin an), sympathische
(ß-adrenerg) und parasympathische Impulse; sie wird gehemmt durch
Anstieg der Konzentration von Glukose und freien Fettsäuren im Blut,
durch benachbarte Inselzellen (Insulin und GABA aus ß-Zellen,
Somatostatin aus δ-Zellen) und Hormone aus dem Darm (Sekretin, GLP-1,
GIP) L-Zellen
sezernieren GLP-1 bei Anwesenheit von Nährstoffen (Zucker, Lipide, auch
Proteine) im Darm, sowie auf neurale und hormonelle Stimuli hin. GLP-1 steigert
Glukoseaufnahme und Insulinempfindlichkeit (Muskulatur), fördert
Insulinfreisetzung (Pankreas), stärkt
Herztätigkeit und Knochenaufbau; es senkt Glukagonsekretion, Appetit und Magenmotorik sowie hepatische Gluconeogenese Adrenalin (Stress) erhöht den Energieumsatz (β2-adrenerg), stellt
Glukose und freie Fettsäuren durch Abbau von Leberglykogen, Lipolyse
(ß3) und hepatische Gluconeogenese (ß2) bereit; der Blutzuckerspiegel
steigt, unterstützt durch reduzierte Insulinproduktion (α2) und Freisetzung von Glukagon. Im Muskel erhöht Adrenalin die Glukose-Aufnahme Cortisol erhöht
den Blutzuckerspiegel und leitet bei Belastung den Blutstrom zur
Arbeitsmuskulatur um, führt zu Eiweißabbau im Muskel und regt die
Gluconeogenese in der Leber an, senkt den zellulären Glukoseverbrauch und
erhöht die Spaltung von Triglyzeriden im Fettgewebe (→ steigender
Fettsäurespiegel im Blut) |
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Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie
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