Метаболические сдвиги в организме, происходящие вследствие сахарного диабета

Осуществляет утилизацию, метаболизм и «кладирование» поступающих

в организм пищевых веществ. Он также участвует в процессах роста и

дифференциации тканей. Ниже представлены основные биологические

эффекты инсулина:

Углеводный обмен.

1. Увеличение утилизации глюкозы мышцами и жировой тканью.

2. Увеличение синтеза гликогена печенью и мышцами.

3. Повышение фосфорилированной глюкозы.

4. Усиление гликолиза.

5. Уменьшение глюконеогинеза.

6. Уменьшение гликогенолиза.

Жировой обмен.

1. Повышение липогинеза.

2. Повышение активности липопротеиновой липазы.

3. Увеличение синтеза жирных кислот.

4. Увеличение образования глицерофосфата.

5. Увеличение этерификации жирных кислот в триглицериды.

6. Уменьшение липолиза.

7. Уменьшение кетогинеза.

Белковый обмен.

1. Увеличение анаболизма белка.

2. Увеличение поглощения аминокислот.

3. Увеличение синтеза белка.

4. Уменьшение катаболизма белка.

Обмен нуклеиновых кислот.

1. Увеличение синтеза нуклеиновых кислот.

2. Увеличение синтеза РНК.

3. Увеличение синтеза ДНК (Балаболкин М.И., 1994).

Период биологической полужизни инсулина находится в пределах 4-5 мин.

Основным местом разрушения инсулина является печень, которая извле-

кает 40-60% гормона из крови за 1 пассаж. Как отмечалось, после связы-

вания с рецепторами инсулин подвергается интернализации в печени и

локализуется в лизосомах - месте средоточения в клетке разнообразных

ферментов разрушения. Обнаружены по меньшей мере 2 фермента с инсу-

линдеградирующей активностью. Одним из них является глутотион -

инсулинтрансгидрогеназа - восстанавливающий фермент, который рас-

щепляет дисульфидный связи, высвобождая интактные А - и В - цепи.

Идентифицированы также протеазы, инактивирующие инсулин, расщеп-

ляя пептидные связи (Duckworth W.C. et all, 1980).

В почках происходит распад 15-20% инсулина. Почечный клиренс инсу-

лина привлекает скорость клубочковой фильтрации, что указывает на

элиминацию гормона из крови не только за счет фильтрации, но и за счет

канальцевых механизмов. У больных с недостаточностью почек поглоще-

ние инсулина в почках может снижаться до 9% (Rabkin R. et all, 1970).

А - клетки синтезирует глюкагон. В островках поджелудочной желе-зы

человека они распределяются по всей площади островка. Хотя А - клетки

островка поджелудочной железы были описаны M.A.Lane еще в

1907 году, но только в 1962 G.Baum и Coubi с помощью прямой флюорес-

ценции установили, что глюкагон секретируется именно этими клетками.

S.H.Stoub с соавторами (1955) получили кристаллическую форму глюкаго-

на, W.W.Bromer с соав. (1957) определили последовательность аминокис-

лотных остатков в молекуле глюкагона свиньи. Оказалось, что молекула

представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 29 аминокислот-

ных остатков, в которой N - концевой аминокислотой является гистигин,

а C - концевой треонин. Молекулярная масса глюкагона 3485, изоэлектри-

ческая точка 6,2 (Балаболкин М.И., 1994). В отличии от инсулина глюка-

гон сохраняет одну и ту же аминокислотную последовательность у всех

изученных видов млекопитающих.

Местом биосинтеза глюкагона являются А - клетки островков Лангерган-

са. В самих островковых клетках синтез глюкагона проходит вначале стадию

образования более крупного предшественника (проглюкагона),

молекулярная масса которого определена в 9000 и который лишен глико-

генолитической активности. После расщепления этой молекулы до глю-

кагона содержимое секреторных гранул в А - клетки выделяется в процес-

се экзоцитоза, который аналогичен таковому для инсулина.

У здоровых лиц, потребляющих смешанную пищу, секреция глюкагона на

протяжении дня колеблется в очень узких пределах. Таким образом, от-

носительно постоянный уровень глюкагона отличается от уровня инсули-

на, претерпевающего отчетливые колебания при приеме смешанной пищи

или даже при еще меньших изменениях (100-200 мг/л) содержание глюко-

зы в крови. Основными физиологическими стимулами секреции глюкаго-

на у здорового человека служит белковая пища, инфузия аминокислот или

физическая нагрузка, особенно если она велика или длительна (Sherwin R.S.

et all, 1977).

Физиологические приросты содержания глюкагона вызывают повышение

уровня глюкозы в крови за счет стимуляции гликогенолиза и глюконеоге-

неза в печени. Наоборот снижение концентрации глюкагона ниже исход-

ного уровня приводит к снижению в печени продукции глюкозы(Сherring-ton

A.D. et all, 1976). Реакция инсулина, вызываемая белковой пищей,

обеспечивает поглощение и утилизацию клетками содержащихся в ней

аминокислот. Однако само по себе повышение уровня инсулина должно

было бы снизить выход глюкозы из печени и тем самым вызвать гипогли-

кемию. Одновременный же прирост уровня глюкагона препятствует про-

явлению такого эффекта инсулина и обеспечивает сохранение продукции

глюкозы на стабильном уровне. Поскольку при приеме смешанной пищи

не изменяется содержание глюкагона можно предположить, что глюкагон

в ходе эволюции приобрел роль регулятора гликемии главным образом при

потреблении мяса. Секрецию глюкагона регулируют глюкоза, амино-

кислоты, гастроинтерстинальные гармоны и симпатическая нервная система.

Угнетают продукцию глюкагона соматостатин, гипергликемия,

повышенный уровень свободных жирных кислот в крови. Содержание глюкагона в

крови повышается при декомпенсированном сахарном диа-

бете, глюкагономе. Инактивируется он преимущественно в печени и поч-

ках путем расщепления на неактивные фрагменты под влиянием фермен-

тов карбоксипептидазы, трипсин, хемотрипсина и др. (Зефирова Г.С., 1991).

Основной механизм действия глюкагона характеризуется увеличе-

нием продукции глюкозы печенью путем стимуляции его распада и акти-

вации глюконеогенеза. Глюкагон связывается с рецепторами мембраны

гепатоцитов и активирует фермент аденилацитазу, которая стимулирует

образование цАМФ. При этом происходит накопление активной формы

фосфорилазы, участвующей в процессе глюконеогинеза. Кроме того, по-

давляется образование ключевых гликолитических ферментов и стиму-

лируется выделение энзимов, участвующих в процессе глюконеогинеза.

Другая глюкозозависимая ткань - жировая. Связываясь с рецепторами

адиоцитов с образованием глицерина и свободных жирных кислот. Этот

эффект осуществляется путем стимуляции цАМФ и активации гармончув-

ствительной липазы. Усиление липолиза сопровождается повышением в

крови свободных жирных кислот, включением их в печень и образовани-

ем кетокислот. Глюкагон стимулирует гликогенолиз в сердечной мышце,

что способствует увеличению сердечного выброса, расширению артериол

и уменьшению общего периферического сопротивления, уменьшает агре-

гацию тромбоцитов, секрецию гастрина, панкреозимина и панкреотичес-

ких ферментов. Образование инсулина, соматотропного гармона, кальци-

топеина, катехоламинов, выделение жидкости и электролитов с мочой

под влиянием глюкагона увеличивается (Зефирова Г.С., 1991).

В отличии от инсулина глюкагон разрушается в основном не в печени, а

в почках. Вследствие этого уровень глюкагона в плазме при уремии повы-

шается, несмотря на отсутствие его гиперсекреции (Sherwin R.S. et all,

1977).

Ю.П.Алексеев и А.Х.Мирхаджаев в 1978 году выдвигали гипотезу,

согласно которой сахарный диабет является бигормональным заболева-

нием, возникающим вследствие отсутствия инсулина и избытка глюкаго-

на. Усиленная продукция кетоновых тел при диабетическом кетоацидозе

также приписывается избытку глюкагоном. Всевозможные исследования

положили начало изучению биохимическим и физиологическим взаимоот-

ношениям между инсулином и глюкагоном в регуляции продукции сахара

печенью путем гликогенолиза и глюконеогенеза. Введение глюкагона сти-

мулирует многие метаболические процессы, включая гликогенолиз, глю-

конеогенез и избирательное образование глюкозы. Levine R. впервые было

показано, что инсулин является гармоном обеспечивающим приток глю-

козы из внеклеточного пространства, тогда глюкагон главным образом влияет

на ее поступление в это пространство (Levine R., 1972). Очевидно,

если концентрация глюкозы во внеклеточном пространстве остается по-

стоянной во время колебаний ее потока, то это является следствием как

равного поступления глюкозы в это пространство, так и равного ухода из

него. Подобное равновесие возможно лишь в условиях тесного взаимодей-

ствия А - и В - клеток.

Гипотеза о бигармональном нарушении при сахарном диабете была прив-

лечена для объяснения развития диабетического кетоацидоза. Это обус-ловлено

тем, что глюкагон стимулирует ферментотивную систему карни-

тин-ацилтрансферазы, ускоряет окисление с образованием кетоновых тел

(McCarry G.D., 1985). То, что глюкагон активно участвует в развитии диа-

бетического кетоацидоза подтверждают клинические наблюдения, в кото-

рых введение соматостатина предупреждало возникновение кетоацидоза

у инсулинозависимых больных (Serich G.E. et all, 1975).

D - клетки секретирующие соматостатин имеют в своей цитоплазме

гранулы, которые несколько крупнее, чем в А - и В - клетках, но менее

плотные. В 1973 году в лаборатории, руководимой R.Guillimin, из гипота-

лямуса овец был изолирован пептид, названный соматостатином, угнетав-

ший спонтанное высвобождение СТГ. В том же году был осуществлен син-тез

этого пептида. Соматостатин является тетродекопептид с молекуляр-

ным весом 1600, состоящий из 13 аминокислотных остатков. Необычное

распределение D - клеток в организме, а именно их распределение среди

других экзокринных и эндокринных клеток, в нервных окончаниях, сино-

птических пузырьках, поджелудочной железе, желудочно-кишечном трак-

те, щитовидной железе, сетчатке, является морфологической основной для

повсеместного действия соматостатина. Биологическая роль сомато-

статина заключается в подавлении секреции СТГ, АКТГ и ТТГ, гастрина,

глюкагона, инсулина, метиллина, ренина, секретина, вазоактивного желу-

дочного пептида , желудочного сока, панкреатических ферментов и

электролитов. Он понижает абсорбцию ксилизы, сократимость желчно-

го пузыря, кровоток внутренних органов, перистальтику кишечника, а

также уменьшает освобождение ацетилхолина из нервных окончаний и

электровозбудимость нервов. Период полураспада парентериально вве-

денного соматостатина составляет 1-2 мин., что позволяет рассматривать

его как гормон и нейротрансмиттер. Многие эффекты соматостатина опо-

средуются через его влияние на вышеперечисленные органы и ткани. Ме-ханизм

же его действия, с помощью которого соматостатин влияет на се-крецию

инсулина, противоречивость имеющихся данных пока не позволя-

ет решить, снижает ли соматостатин концентрацию цАМФ в В - клетках,

изменяет его приток кальция или увеличивает А - адренергическую ак-

тивность (Gerich J.E. et all, 1978).

В островке поджелудочной железы человека РР - клетки обнаруживают по его

периферии и, кроме того, в паренхиме около протоков малого и

среднего калибра.

Панкреотический полипептид (РР) был выделен J.Kammel и соав. в 1968 из

поджелудочной железы цеплят. Молекула РР состоит из 36 аминокис-лотных

остатков, его молекулярная масса 4200.

РР угнетает внешнесекреторную деятельность поджелудочной железы и

способствует релаксации желочного пузыря. Это позволяет предположить, что

РР как бы сохраняет ферменты поджелудочной железы и вызывает

задержку желчи до следующего приема пищи (Балаболкин М.И., 1994).

В 1984 был очищен и идентифицирован амилин или амилоидный поли-

пептид островков поджелудочной железы. Предполагают, что амилоид-

ный белок островков является местным секреторным продуктом, участ-

вующим в патогенезе сахарного диабета 1 типа. K.H.Gohnson с соав. (1991)

установили, что амилин локализуется в секреторных гранулах

В - клетках и высвобождается из них вместе с инсулином в ответ на вве-

дение глюкозы или других веществ (Fehmann H.S. et all, 1990).

Изучая механизм влияния амилина на углеводный обмен, T.G.Rink и соав.

1991) установили, что инсулин и амилин влияют на цикл Кори. Если ин-

сулин стимулирует накопление периферических запасов гликагона, то

амилин стимулирует как глинеогенез, так и гликолиз. В скелетных мыш-

цах амилин снижает скорость поглощение глюкозы и накопление глико-

гена, увеличивает гликогенолиз. При этом активность фосфорилазы уве-

личивается в 2 раза, а стимуляция гликогенолиза осуществляется через

цАМФ - независимую протеинкиназу (Балаболкин М.И., 1994).

3. НАРУШЕНИЕ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА В РЕЗУЛЬТАТЕ

ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГОРМОНОВ.

Существует два типа клеток, в которых «сгорает» сахар (глюкоза). Одни

из них глюкоза принимает легко без участия инсулина. Обычно внутри

этих клеток уровень глюкозы почти такой же как и вне клетки. Из таких

клеток состоят наши почки, мозг и кровеносные сосуды.

Клетки другого типа потребляют глюкозу только с помощью инсулина. К

ним относятся клетки мышц и жировой ткани. Инсулин способствует про-

никновению глюкозы внутрь этих клеток, которая затем или используется

для текущих нужд, или накапливается. Без инсулина глюкоза просто не может

пройти сквозь стенки клеток и становится недоступной для получе-

ния энергии (Кило И. И др., 1993).

Непосредственным источником энергии является глюкоза при ее

окислении. Основное расщепление углеводов происходит в тонком кишеч-

нике, где под влиянием ферментов поджелудочной железы (диастоза, мальтоза,

сахароза) они превращаются в моносахариды. Глюкоза, подвер-

гаясь фосфорилированию, служит отправным элементом всех превраще-

ний углеводов - окисления, синтеза из нее гликогена и жира. Схематично

этот процесс можно представить следующим образом:

АТФ

Глюкоза + гексокиназа гексо-монофосфат + АДФ

Активатором гексокиназы в реакции фосфорилирования глюкозы являет-

ся инсулин. Обогатившись макроэргической фосфатной связью, глюкоза

получает возможность проникнуть в стенку кишечника и т.д.

Для того чтобы проникнуть в клетки почки из портального круга

кровообращения, глюкоза вторично подвергается процессу фосфорилиро-

вания. В результате повторного фосфорилирования, происходящего под

влиянием гексокиназы, образуется глюкозо-6-фосфат, что делает глюкозу

вновь физиологически активной. При повторном фосфорилировании, как

и на первом этапе, активность гексокиназы повышается инсулином.

Значение пентозного цикла в обмене веществ велико, ибо этот цикл

представляет собой единственный источник рибозо-5-фосфата, который

используется для синтеза РНК. При окислении глюкозы в пенторном цик-

ле образуется большая часть восстановленного НАДФИ + Н+, необходи-мого для

синтеза жирных кислот (В.В.Потемкин, 1978).

Причиной возникновения резкой гипергликемии при СД заключает-

ся, как уже указывалось, в недостатке инсулина, обеспечивающего, с од-

ной стороны, нормальную проницаемость клеточных мембран скелетных

и сердечной мышц, а также некоторых других тканей по отношению к глюкозе, с

другой стороны, регулирующего активность ряда ферментов печени и

уравновешивающего влияния на нее группы диабеточных гормо-

нов.

Наиболее легким нарушением углеводного обмена при диабете является

снижение талерантности к глюкозе на фоне норамльной концентрации ее в крови

натощак. В этих условиях принятая глюкоза не вызывает аде-кватной реакции

инсулина и поэтому избегает поглощения печенью и мед-

ленее метаболизируется периферическими тканями. С количественной

точки зрения, если у здорового человека печень утилизирует 60% из 100%

принятой внутрь глюкозы, то при нередко выраженном диабете только 40% этого

количества метаболизируется печенью.

При абсолютной или относительной недостаточности инсулина в исход-ном

состоянии повышается уровень глюкозы натощак. У таких больных

продукция глюкозы обычно не изменена или незначительно повышена

(Wahren J. et all, 1972) тогда как функциональный кругооборот глюкозы

(отношение утилизации глюкозы к ее концентрации в плазме) снижена.

Кроме того, вдвое повышается относительная роль глюконеогенеза в об-

щей продукции глюкозы печенью. Повышение глюконеогенеза при уме-ренной

недостаточности инсулина согласуется с тем, что для угнетения

глюконеогенеза требуется сравнительно больше количества инсулина, чем для

угнетения гликогенелиза (Felig P. et all, 1971).

В крайней ситуации полной недостаточности функции В - клеток даже вы-

раженная гипергликемия натощак не может вызвать секреторного ответа

этих клеток. В отсутствие «сдерживающего влияния, оказываемого исход-ным

количеством инсулина» продукция глюкозы печенью в 3 раза и более

превышает норму главным образом за счет ускорения глюконеогенеза. Хотя

почки также содержат ферменты, необходимые для глюконеогенеза,

при диабете у человека не наблюдается дополнительного поступления глюкозы в

кровоток из почек (Felig P. et all, 1975). Клиническим эквива-лентом этих

нарушений является выраженная гипергликемия, наблюда-емая при диабетическом

кетоацидозе или гиперсмолярной коме, не сопро-

вождаемой кетозом.

Одним из проявлений нарушения углеводного обмена при сахарном

диабете является глюкозерия. В моче здорового человека сахара нет, т.к.

он реабсорбируется почечными канальцами из протекающей через них

«первичной» мочи. Реабсорбция глюкозы по С.М.Лейтесу может прохо-дить

только после ее фосфорилирования, что осуществляется ферментом

гексокиназой. После фосфорилирования глюкоза может поступать из по-чек в

кровь лишь в том случае, если на нее воздействует фосфатоза. Меха-

низм действия последней заключается в отщеплении от глюкозы фосфор-

ной кислоты. При инсулиновой недостаточности вследствие нарушения

процессов фосфорилирования глюкозы реабсорбция ее снижается.

Гипергликемия ведет к обезвоживанию тканей. Это происходит вследствие

повышения осмотического давления крови и ее влияния на

ЦНС (полидипсия), нарушается нормальный клеточный обмен и усилива-

ется диурез (полиурия) (В.В.Потемкин, 1978).

Страницы: 1, 2, 3, 4