В-клетки островков Лангерганса в специальной литературе часто называют бета-клетками. Оба эти названия практически одинаково популярны.
ГЛАВА 3
РЕГУЛЯЦИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
Полученные из пищи молекулы веществ вступают в организме человека в реакции только после того, как эти молекулы попадают в кровь, лимфу и другие жидкости организма. Концентрация молекул глюкозы в крови человека характеризует углеводный обмен в организме.
«Обмен углеводов по мере накопления сведений раскрывается как всё более сложный процесс, поскольку вновь устанавливаемые факты требуют внесения некоторых изменений в уже сложившиеся представления о механизмах реакций» (Дж. Роут, 1966).
Поддержание постоянства уровня глюкозы в крови обеспечивается процессами повышения и понижения этого уровня с целью приведения его в норму.
Повышение уровня глюкозы в крови осуществляется поступлением глюкозы в кровь после приёмов пищи, извлечением глюкозы из её запасов и образованием глюкозы печенью из неуглеводных компонентов (через образование из них гликогена). Понижение уровня глюкозы в крови достигается расходом глюкозы клетками организма для получения энергии, образованием запасов глюкозы в виде гликогена и превращением глюкозы в жир, а также выделением глюкозы с мочой, причем последний вариант является безвозвратной потерей глюкозы для организма.
«Среди регуляторных факторов основное значение принадлежит центральной нервной системе (ЦНС), которая контролирует обмен углеводов на уровне всего организма. Любые раздражители, как внутренние, так и внешние, воспринимаются соответствующими центрами мозга и немедленно на них реагируют. В организме естественным раздражителем служит сниженное против нормы содержание глюкозы в крови (гипогликемия). Поступая в мозг, такая кровь раздражает определенный центр, который вырабатывает импульсы, вызывающие повышение распада гликогена до глюкозы и восстановление её уровня в крови до нормы» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
В нормальных условиях печень содержит около 100 г гликогена, но его может накапливаться и до 400 г. «Гликоген печени легко превращается в глюкозу, поэтому он является резервом, за счёт которого организм получает глюкозу, если её содержание в крови падает ниже нормального. Образование гликогена из глюкозы называется гликогенезом, а превращение гликогена в глюкозу — гликогенолизом. Мышцы также способны накапливать глюкозу в виде гликогена, но мышечный гликоген превращается в глюкозу не так легко, как гликоген печени» (Дж. Роут, 1966).
Кроме ЦНС большую роль в регуляции углеводного обмена играет гормональная система. Важное место в углеводном обмене и в регуляции содержания глюкозы в крови принадлежит гормону поджелудочной железы инсулину. По химической природе инсулин является белком. «В противоположность действию других гормонов он понижает концентрацию сахара в крови, усиливая превращение глюкозы в гликоген как в печени, так и в мышцах, способствуя надлежащему окислению глюкозы в тканях, а также не допуская расщепления гликогена печени с образованием глюкозы» (Дж. Роут, 1966).
В последние годы много внимания уделяют способности инсулина снижать уровень глюкозы в крови путем усиления её использования клетками. «Механизм его действия заключается в том, что инсулин повышает проницаемость мембран клеток для глюкозы, в результате чего её уровень в крови снижается (гипогликемический эффект)» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
Первой ступенью химических превращений при образовании гликогена из глюкозы является процесс фосфорилирования глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Этот процесс контролируется инсулином.
Конечными продуктами окисления глюкозы в организме являются углекислота и вода; окисление сопровождается выделением энергии. Главное соединение, участвующее в обмене глюкозы, — это опять же глюкозо-6-фосфат (активированная глюкоза). Только в таком (фосфорилированном) виде глюкоза может участвовать в дальнейших её превращениях до конечных продуктов обмена с выделением энергии. Фосфорилирование глюкозы (присоединение к молекулам глюкозы фосфора за счет АТФ клетки) контролируется инсулином, стимулирующим активность фермента глюкокиназы в клетках. В отсутствие достаточного поступления инсулина превращение внеклеточной глюкозы во внутриклеточный глюкозо-6-фосфат задерживается. Образовавшийся глюкозо-6-фосфат выйти из клетки не может и подвергается различным превращениям. При избытке глюкозы в клетках инсулин стимулирует синтез гликогена и жиров.
«Широко известно, что пища, богатая углеводами, вызывает тучность. Организм обладает способностью превращать углеводы в жиры, однако механизм этого превращения еще неясен» (Дж. Роут, 1966).
Исходным материалом для утилизации углеводов на клеточном уровне являются гликоген или глюкоза. И в том, и в другом случае образуется глюкозо-6-фосфат (фосфатная группа присоединяется к шестому атому углерода молекулы глюкозы), подвергающийся дальнейшим превращениям.
Отметим, что в процессе освобождения глюкозы из гликогена участвует специфически действующий фермент печени глюкозо-6-фосфатаза, отсутствующая в мышцах. Освобожденная из гликогена глюкоза поступает в ток крови для поддержания необходимого уровня глюкозы.
Важную роль в регуляции углеводного обмена в организме играет и гормон адреналин. Этот гормон вырабатывается мозговым веществом надпочечников. В углеводном обмене действие адреналина противоположно действию инсулина. Адреналин способствует расщеплению гликогена в печени с образованием глюкозы и повышает уровень глюкозы в крови. В мышцах адреналин активирует распад глюкозы до молочной кислоты.
Усиленное выделение адреналина надпочечниками в кровь наступает, например, при сильных эмоциональных возбуждениях (страх, гнев и т. п.). В историческом плане за сильным эмоциональным возбуждением следовало усиление физических нагрузок на организм (преследование добычи, противника, бегство от более сильного противника и т. п.), требовавшее увеличения уровня глюкозы в крови. Эволюционно это так и закрепилось. При сильных эмоциональных возбуждениях усиленно выделяется адреналин, что и вызывает образование глюкозы из гликогена печени и увеличение содержания сахара в крови. Это совершенно нормальный физиологически обусловленный процесс. Таким же образом организм обеспечивает усиленное питание органов глюкозой и при интенсивной работе. Значительное усиление секреции адреналина в кровь при неоправданно бурных эмоциях часто приводит к развитию в результате этого гипергликемии, превышающей почечный «порог» и к непроизводительному выделению глюкозы с мочой.
Гормон поджелудочной железы глюкагон проявляет себя в печени. Глюкагон, как и адреналин, повышает уровень глюкозы в крови, усиливая распад гликогена в печени с образованием глюкозы.
Гормоны коры надпочечников глюкокортикоиды стимулируют повышение образования глюкозы в печени путем выработки глюкозы из неуглеводных компонентов.
Адренокортикотропный гормон передней доли гипофиза (АКТГ) через усиление продукции глюкокортикоидов также повышает уровень глюкозы в крови.
Необходимо подчеркнуть, что из гормонов только инсулин снижает уровень глюкозы в крови, все другие гормоны, влияющие на углеводный обмен, повышают этот уровень и носят название контрин-сулярных гормонов. В здоровом организме такое противоположно направленное действие гормонов обеспечивает сбалансированное нормальное снабжение глюкозой органов и тканей.
Очень своеобразно влияет на уровень глюкозы в крови гормон щитовидной железы тироксин. Этот вопрос будет подробно рассмотрен ниже.
Нарушения обмена углеводов в организме практически проявляются в патологических изменениях уровня глюкозы в крови. Такими нарушениями могут быть гипогликемия (пониженный уровень глюкозы в крови) и гипергликемия (повышенный уровень глюкозы в крови). При гипергликемии часть глюкозы может попадать в мочу (глюкозурия). В моче здорового человека обычно глюкозы практически нет, в лаборатории обычного типа она не обнаруживается. Из первичной мочи глюкоза практически полностью реабсорбируется (всасывается обратно в кровь) в почечных канальцах и во вторичной моче уже не фиксируется. При некоторых заболеваниях, а также при определенных условиях и у здорового человека уровень глюкозы в крови оказывается в такой степени повышенным, что часть глюкозы в почках не всасывается обратно в кровь из первичной мочи (не реабсорбируется) и выделяется с вторичной мочой. Глюкоза в моче (глюкозурия) обнаруживается при превышении в крови почечного «порога» глюкозы, равного примерно 7,21 ммоль/л (160 мг глюкозы в 100 мл крови, 160 мг%).
