Нарушения обмена углеводов представляют собой обширную группу разнообразных патологических состояний. Тем не менее независимо от того, какой конкретно процесс приводит к изменениям углеводного обмена, в конечном итоге он распространяется на инсулиновый механизм, поскольку практически любые гормоны, регулирующие данный вид метаболизма, являются либо агонистами инсулина, либо его антагонистами. В связи с этим в данной главе в качестве модели патология углеводного обмена будет рассматриваться сахарный диабет.
Некоторые ключевые особенности углеводного и липидного метаболизма
При сахарном диабете наблюдаются значительные особенности видов метаболизма, однако наиболее существенные изменения возникают в обмене углеводов и липидов.
При полном гликолитическом распаде глюкозы, который происходит только в присутствии кислорода (аэробное расщепление), на одну молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Анаэробное расщепление глюкозы сопровождается образованием лишь 2 молекул АТФ. При этом накапливаются недоокисленные продукты обмена: пировино-градная кислота (пируват) и молочная кислота (лактат), являющаяся продуктом восстановления пирувата.
В клетках свободная глюкоза почти отсутствует: проникая внутрь клетки, она практически сразу подвергается различным метаболическим превращениям.
Основные пути метаболизма глюкозы
Гликолитический распад (аэробное расщепление) через цикл Кребса до конечных продуктов обмена: Н20 и С2. Данный путь превращений возможен только в присутствии кислорода.
Гликолиз (анаэробное расщепление), который является частью предыдущего пути (гликолитического распада), включающей первые 10 биохимических реакций, с образованием пирувата, восстанавливающегося затем до лактата. Усиление анаэробного расщепления глюкозы имеет место в клетке в условиях дефицита кислорода.
Синтез гликогена, представляющего собой полисахарид («животный крахмал»), который депонируется в клетках печени и скелетной мускулатуры.
Синтез свободных жирных кислот, холестерина и некоторых заменимых аминокислот (через образование ацетил-КоА).
Пентозофосфатный путь, при котором образуются следующие вещества: фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат. Пентозы необходимы организму для синтеза нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).
Образование моногексоз, которые дают начало другим моносахаридам и их производным.
Глюкоза может не только поступать в клетку из внеклеточного пространства, но и синтезироваться внутри нее из неуглеводных субстратов (в основном из белков). Данный путь превращений носит название глюко-неогенез. Этот процесс преимущественно происходит в печени и менее интенсивно в почках и эпителии кишечника. В нормальных условиях он никогда не наблюдается в миокарде и скелетных мышцах. Одним из главных компонентов глюконеогенеза является цикл Кори (глюкозо-лактатно-а-ланиновый цикл), в котором глюкоза образуется из аминокислоты ала-нина через лактат. Следует отметить, что глюконеогенез при нормальном ^стоянии системы регуляции углеводного обмена выражен очень слабо, поскольку в нем отсутствует необходимость. Однако интенсивность ого процесса резко возрастает при сахарном диабете.
Инсулин продуцируется инкреторной частью поджелудочной железы — образованиями, называемыми островками Аангерганса,'- которых различают три типа клеток: продукция инсулина осуществляется ^-клетками островков Аангерганса поджелудочной железы, в которых также присутствуют а-клетки, вырабатывающие глюкагон и 5 клетки, в которых синтезируется гастрин и соматостатин.
Инсулин синтезируется Р-клетками из проинсулина и накапливается в секреторных гранулах данного типа клеток. Интенсивность высвобождения инсулина зависит от уровня глюкозы в крови: чем он выше, тем активнее инсулин поступает в кровь.
Помимо уровня глюкозы, существуют и другие факторы, от которых зависит продукция инсулина. В частности, торможение его секреции происходит под действием катехоламинов, при возбуждении вентро-медиальных ядер гипоталамуса, при увеличении в тканях содержания простагландина А.
Рассмотрим основные точки приложения инсулина в различных видах
обмена веществ в организме.
Точки приложения инсулина в обмене углеводов
- Активирует гликогенсинтетазу -фермент, катализирующий синте гликогена из глюкозы (гликогенез).
- Активирует гексокиназу и глюкокиназу - ключевые ферменты гл колитического распада, ответственные за первую реакцию данного процесса.
- Активирует фосфофруктокиназу- ключевой фермент гликолити-ческого распада, катализирующий третью реакцию в данной цепи.
- Активирует реакции цикла Кребса.
Точки приложения инсулина в липидном обмене
- Активирует фосфоди'летеразу, за счет чего снижается активность липазы м, таким образом, угнетается липолиз.
- Способствует синтезу жирных кислот и, напротив, угнетает образование кетоновых тел из ацетил-КоА.
- Угнетает синтез холестерина из ацетил-КоА.
Точки приложения инсулина в белковом обмене
- Усиливает захват аминокислот клетками инсулинозависимых тканей посредством стимуляции их трансмембранного транспорта. Активирует ферменты, катализирующие синтез белков.
- Угнетает распад белков.
- Снижает активность окисления аминокислот.
Точки приложения инсулина в водно-электролитном обмене
- Усиливает захват ионов калия клетками печени и скелетных мышц.
- Угнетает экскрецию натрия с мочой.
- Способствует задержке воды в организме.
Подводя итог вышеизложенному, можно отметить, что инсулин — один из ключевых регуляторов метаболизма в целом. Во-первых, вступая во взаимодействие с инсулиновыми рецепторами, он обеспечивает возможность транспорта глюкозы в клетки. Во-вторых, в составе комплекса «инсулин — инсулиновыи рецептор» он сам проникает в клетку, после чего данный комплекс расщепляется с помощью специальных ферментов, а свободный инсулин начинает оказывать непосредственный эффект на внутриклеточные процессы, описанные выше.
Разрушение инсулина, выполнившего свое действие, преимущественно осуществляется в печени посредством фермента инсулиназы (40-60%), а также в почках (15-20%). В других тканях инсулин расщепляется с помощью протеолитинеских ферментов лизосом.