8. Регуляция концентрации сахара в крови

Глюкоза — основной углевод крови. Концентрация глюкозы колеблется в течение суток в зависимости от частоты приема пищи, содержания углеводов в ней и интенсивности энерготрат от 3,3 до 5,5 ммоль/л — нормогликемия [2].

Гипер- и гипогликемия - состояния, при которых содержание глюкозы в крови оказывается выше или ниже этих величин.

Источниками глюкозы в крови являются:

1. Углеводы, содержащиеся в пищевом рационе.

Большинство углеводов, поступающих в организм с пищей, гидролизуется с образованием глюкозы, га­лактозы или фруктозы, которые через воротную вену поступают в печень. Галактоза и фруктоза быстро превращаются в печени в глюкозу.

2. Различные глюкозообразующие соединения, вступающие на путь глюконеогенеза. Эти соединения можно разделить на две группы: (1) со­единения, превращающиеся в глюкозу и не являю­щиеся продуктами ее метаболизма, например амино­кислоты и пропионат; (2) соединения, которые являю­тся продуктами частичного метаболизма глюкозы в ряде тканей; они переносятся в печень и почки, где из них ресинтезируется глюкоза. Так, лактат, обра­зующийся в скелетных мышцах и эритроцитах из глюкозы, транспортируется в печень и почки, где из него вновь образуется глюкоза, которая затем по­ступает в кровь и ткани. Этот процесс называется ци­клом Кори или циклом молочной кислоты. Источником глицерола, необходимого для син­теза триацилглицеролов в жировой ткани, является глюкоза крови, поскольку использование свободно­го глицерола в этой ткани затруднено [6]. Ацилглицеролы жировой ткани подвергаются постоянному гидролизу в результате которого образуется свобод­ный глицерол, который диффундирует из ткани в кровь. В печени и почках он вступает на путь глюконеогенеза и вновь превращается в глюкозу. Таким образом, постоянно функционирует цикл, в котором глюкоза из печени и почек транспортируется в жиро­вую ткань, а глицерол из этой ткани поступает в пе­чень и почки, где превращается в глюкозу.

Следует отметить, что среди аминокислот, транспортируемых при голодании из мышц в печень, преобладает аланин. Это позволило постулировать существование глюкозоаланинового цикла, по которому глюкоза поступает из печени в мышцы, а аланин—из мышц в печень, за счет чего обеспечи­вается перенос аминоазота из мышц в печень и «свободной энергии» из печени в мышцы [6]. Энергия, необ­ходимая для синтеза глюкозы из пирувата в печени, поступает за счет окисления жирных кислот.

3. Гликоген печени

Из выше изложенного следует, что в поддержании глюкозы в крови на определенном уровне осуществляется рядом органов и физиологических систем, а в частности наиболее важное место среди этих органов занимает печень. Можно считать, что сохра­нение постоянства концентрации сахара в крови есть результат одновремен­ного протекания двух процессов: потребления глюкозы тканями (исчезно­вения глюкозы из крови) и поступления ее в кровь из печени. В самом деле, у животных после удаления печени развивается тяжелая гипоглике­мия (пониженное содержание сахара в крови), сопровождающаяся су­дорогами, потерей сознания и другими симптомами, свидетельствующими о недостаточном снабжении мозга сахаром. Это происходит даже и в том случае, если в других органах, например в мышцах, имеются запасы гли­когена. Отсюда ясно, что глюкоза поступает в кровь в основном именно из печени. Так же поступление глюкозы осуществляется из кишечника в процессе пищеварения.

Экспериментально было показано, что даже изолированная печень обла­дает способностью реагировать на изменение концентрации сахара в пропускаемой через нее крови. Если в крови содержится сахара меньше 60—70 мг% (т. е. 60—70 мг в 100 мл крови), то в печени начинается распад гликогена с образованием глюкозы. В результате этого оттекающая от печени кровь обогащается глюкозой [5]. Если пропустить через печень кровь, содержание сахара в которой превышает 120 мг%, то глюкоза, напротив, задержи­вается в печени, накапливаясь в ней в форме гликогена. Это явление было открыто еще в 1853 г. Клодом Бернаром.[5]

В целом организме наиболее важное, основное значение для регуляции содержания сахара в крови имеет нервный механизм. Установ­лено, например, что снижение концентрации сахара в крови ниже 70—80 мг% приводит к рефлекторному возбуждению высших метаболических цен­тров, расположенных в гипоталамусе. Можно думать, что возбуждение метаболических центров вызывается при этом нервными импульсами, поступающими в центральную нервную систему с хеморецепторов клеток тканей и органов, находящихся в состоянии углеводного (энергетического) голодания.

Возбуждение, возникающее в центральной нервной системе, быстро распространяется по нервным путям в спинном мозгу, переходит в симпа­тический ствол и по симпатическому нерву достигает печени.

Таким образом, передача возбуждения из центров регуляции обмена центральной нервной системе к органу осуществляется в данном случае

в центральной нервной системе к органу осуществляется в данном случае при участии симпатического отдела вегетативной нервной системы (медиатор-норадреналин, постсинаптческие α₂-адренорецепторы) [10].

В результате такого возбуждения нервной системы часть гликогена печени распадается с образованием глюкозы, причем отложения гликогена в печени перестают быть видимыми под микроскопом. Концентрация глю­козы в крови при этом повышается. Этот процесс часто называют «моби­лизацией» гликогена. По мере поступления из печени в кровь некоторого количества глюкозы и возвращения концентрации сахара в крови к исходному уровню импульсы, идущие в печень из нервной системы, ослабевают и расщепление гликогена задерживается. В регуляции углеводного обмена центральной нервной системой важная роль принадлежит коре головного мозга. Регуляция уровня сахара в крови осуществляется центральной нервной системой не только путем прямого воздействия на печень, но и через ряд эндокринных желез.

Роль желез внутренней секреции.

Большую роль в поддержании сахара в крови на постоянном уровне играют надпочечники. Импульсы, идущие со стороны центральной нервной системы, вызывают добавочное выделение адреналина, образующегося в мозговом веществе надпочечников. Адреналин с током крови доставляется в печень, где стимулирует расщепление гликогена. Действие адреналина реализуется через внесинаптические β₂-адренорецепторы располагающиеся на плазмолемме гепатоцитов, трансдукция на эффекторные структуры происходит при участии G_s-белка, который активирует аденилатциклазу. Адреналин резко повышает активность фосфорилазы — фермента, играющего очень важную роль в процессе мобилизации гликогена. В результате этого содержание сахара в крови повы­шается [6].

В норме импульсы, идущие по нервным путям из центральной нервной системы, поддерживают секрецию адреналина в надпочечниках на опреде­ленном уровне. Возбуждение центральной нервной системы вызывает уси­ленное поступление адреналина в кровь, что в свою очередь приводит к по­вышению концентрации глюкозы в крови (возникает гипергликемия). Гипергликемию можно вызвать и введением адреналина в организм извне.

Подобная гипергликемия возникает и в результате сильных эмоциональных возбуждений (волнения, радостные и неприятные переживания, выраженные в сильной форме, — аффекты, возбуждения во время или перед выполнением усиленной умствен­ной или физической работы и т. п.). Во всех этих случаях возбуждение, начавшееся в коре больших полушарий, переходит на симпатический отдел нервной системы и приводит, как уже указывалось выше, к освобождению дополнительного количества адреналина в над­почечниках или близких к адреналину веществ — симпатинов (главным образом норадреналина и адреналина) в концевых симпатических нервных аппаратах. Таким об­разом, «эмоциональные» гипергликемии являются, в сущности, адрена­линовыми гипергликемиями. Эту форму гипергликемии надо рассматривать как биологи­ческое приспособление, обеспечивающее наилучшее питание органов глюкозой во время интенсивной работы.

Глюкокортикоиды (11-гидроксистероиды) секретируются корой надпочечников и играют важную роль в углеводном обмене. Введение этих стероидов усиливает глюконеогенез за счет интенсификации ка­таболизма белков в тканях, увеличения потребления аминокислот печенью, а также повышения активно­сти трансаминаз и других ферментов, участвующих в процессе глюконеогенеза в печени. Кроме того, глюкокортикоиды ингибируют утилизацию глюкозы во внепеченочных тканях. В рассмотренных случаях глюкокортикоиды действуют подобно антагонистаминсулина.

Глюкагон является гормоном, секретируемым А-клетками островков Лангерганса в поджелудочной железе (его секреция стимулируется гипогликемией). Когда по воротной вене глюкагон поступает в пе­чень, он, подобно адреналину, активирует фосфорилазу и вызывает гликогенолиз. Большая часть эндо­генного глюкагона задерживается в печени. В отли­чие от адреналина глюкагон не влияет на фосфорилазу мышц. Этот гормон усиливает также глюконеогенез из аминокислот и лактата. Гипергликемическин эффект глюкагона обусловлен как гликогенолизом, так и глюконеогенезом в печени [2,3,4.6].

Инсулин. В состоянии гипергликимии увеличивается поступление глюкозы как в печень, так и в периферические ткани. Центральную роль в регуляции концетрации глюкозы в крови играет гормон инсулин. Он синтезируется в поджелудочной железой В-клетками островков Лангерганса, и его поступление в кровь увеличивается при гипергликемии. Концентрация этого гормона в крови изменяется парал­лельно концентрации глюкозы; введение его быстро вызывает гипогликемию. Инсулин быстро вызывает уве­личение поглощения глюкозы жировой тканью и мышцами за счет ускорения транспорта глюкозы через клеточные мембраны путем перемещения пере­носчиков глюкозы из цитоплазмы в плазматическую мембрану. Однако инсулин не оказывает прямого действия на проникновение глюкозы в клетки пече­ни; это согласуется с данными о том, что скорость метаболизма глюкозы клетками печени не лимити­руется скоростью ее прохождения через клеточные мембраны. Инсулин, однако, действует опосредо­ванно, влияя на активность ферментов, участвую­щих в гликолизе и гликогенолизе [6].

Кроме надпочечников и поджелудочной железы, как уже указывалось, на углеводный обмен существенное влияние оказывают: гипофиз — гормон роста (соматотропный гормон) ищитовидная железа (гормон —тироксин). Все эти железытакже находящиеся под контролем центральной нервной системы, своими гормонами вызывают повышение содержания сахара в крови (гипергликимию). Поэтому всю эту группу гормонов иногда называют диабетогенными гормонами [2,3].

Гормон щитовидной железы также влияет на содержание глюкозы в крови. Экспе­риментальные данные свидетельствуют о том, что тироксин обладает диабетогенным действием, а уда­ление щитовидной железы препятствует развитию диабета. Было отмечено, что гликоген полностью отсутствует в печени животных с тиреотоксикозом. У людей с усиленной функцией щитовидной железы содержание сахара в крови при голодании повыше­но, а у людей с пониженной функцией щитовидной железы оно снижено. При гипертиреозе глюкоза, по-видимому, расходуется с нормальной или повышен­ной скоростью, а при гипотиреозе способность ути­лизировать глюкозу понижена. Следует отметить, что пациенты с гипофункцией щитовидной железы менее чувствительны к действию инсулина, чем здо­ровые люди и пациенты с гипертиреозом [6].

Передняя доля гипофиза секретирует гормоны, действие которых противоположно действию инсулина, т.е. они повышают уровень глюкозы в крови. К ним относятся гормон роста, АКТГ (кортикотропин) и, вероятно, другие «диабетогенные» факторы Гипогликемия стимулирует секрецию гормона ро­ста. Он вызывает уменьшение поступления глюкозы в некоторые ткани, например в мышцы. Действие гормона роста является до некоторой степени опос­редованным, поскольку он стимулирует мобилиза­цию из жировой ткани свободных жирных кислот, которые являются ингибиторами потребления глю­козы. Длительное введение гормона роста приводит к диабету. Вызывая гипергликемию, он стимулирует постоянную секрецию инсулина, что в конечном сче­те приводит к истощению В-клеток [6].