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.