Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БХ учебник Николаев.pdf
Скачиваний:
573
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
15.53 Mб
Скачать

ва 15

РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА УГЛЕВОДОВ, ЖИРОВ И АМИНОКИСЛОТ

Наиболее интенсивный поток веществ в организме связан с использованием угле­ водов и жиров (в меньшей мере аминокислот) в качестве источников энергии. Основными энергоносителями, которые через кровоток распределяются по орга­ нам, служат глюкоза, жиры липопротеинов, жирные кислоты и кетоновые тела (рис. 15.1). Главными их продуцентами являются печень и жировая ткань; потреб­ ляют эти энергоносители все органы, но в количественном отношении первое место принадлежит мышечной ткани вследствие ее значительной массы и боль­ шой энергоемкости физической работы.

В кровь

Углеводь

Глюкоза

Гликоген

 

 

пищи

 

печени

 

 

 

 

в жировой ткани

 

 

Жиры

Жиры

___ Депонирован-

. Жирные ____Кетоновые тела

пищи

липопротеинов

ные жиры

кислоты

(печень)

В кровь

В кровь

В кровь

Рис. 15.1. Основные энергоносители, транспортируемые кровью

После приема смешанной пищи переваривание углеводов заканчивается при­ мерно через 2 ч, переваривание белков и жиров — через 4-5 ч: это период пище­ варения (абсорбтивный период). За ним следует постабсорбтивный период. У че­ ловека при трехразовом питании на периоды пищеварения приходится 10-15 ч в сутки, а расход энергии происходит в течение всех 24 ч (с определенным сниже­ нием в часы ночного сна). Поэтому часть энергоносителей во время пищеваре­ ния складируется для использования в постабсорбтивном состоянии (рис. 15.2).

4 0 0

Всасывание продуктов переваривания

Синтез и запасание

гликогена и жиров

Глюкоза, жирные кислоты

АДФ

4

Работа

АТФ CO2, H2O

Часть III. Гормональная регуляция обмена веществ и функций

Рис. 15.2. Пути использования основных энергоносителей:

/ и 2 — при пищеварении; 3 — в постабсорбтивном периоде; 4 — постоянно (при голодании глюкоза используется преиму­

щественно нервной тканью, в то время как другие ткани исполь­ зуют преимущественно жирные кислоты)

Режим запасания включается после приема пищи и сменяется режимом мобилиза­ ции запасов после завершения пищеварения.

При переходе от одного периода к другому происходят значительные измене­ ния метаболизма: для первого периода характерны процессы депонирования угле­ водов (в форме гликогена), депонирования жиров, преимущественное использова­ ние глюкозы для обеспечения энергетических потребностей; для второго периода характерны мобилизация депонированных углеводов и жиров, преимущественное использование жиров, а также аминокислот в качестве источников энергии.

Следовательно, у человека при обычном трехразовом питании смена режимов происходит трижды за сутки. Однако при этом смена режимов выражена нечетко, поскольку в течение дня промежутки между приемами пищи небольшие (5-6 ч), и постабсорбтивный период едва успевает начаться (если вообще успевает), как на­ ступает время очередного приема пищи. Типичным постабсорбтивным состояни­ ем считают состояние утром до завтрака, после примерно десятичасового ночно­ го перерыва в приеме пищи. Еще более наглядную картину дает модель ритма пи­ тания, которой придерживался великий немецкий философ Э. Кант: он принимал пищу раз в сутки. За сутки исчерпываются запасы гликогена в организме, един­ ственным источником глюкозы становится глюконеогенез, глюкоза используется преимущественно нервными клетками, в то время как почти все другие клетки обеспечиваются энергией за счет окисления жирных кислот, а также кетоновых тел, образующихся в печени из жирных кислот. Эту модель мы и будем иметь в виду, рассматривая смену режимов обмена энергоносителей.

Печень, жировая ткань и мышцы — главные органы, связанные со сменой ре­ жимов запасания и использования энергоносителей. Переключение метаболизма при смене периодов пищеварения и постабсорбтивного состояния и поддержание концентрации глюкозы в крови обеспечиваются системой регуляторных механиз­ мов, включающих гормоны инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол.

Мышечная работа во время пищеварения замедляет процессы запасания, так как при этом часть поступающих из кишечника продуктов переваривания непосред­ ственно расходуется в мышцах. В постабсорбтивном состоянии мышечная работа стимулирует мобилизацию запасов, главным образом жиров. В регуляции измене­ ний, связанных со сменой покоя и мышечной работы, важная роль принадлежит адреналину.

Глава 15. Регуляция обмена углеводов, жиров и аминокислот

4 0 1

На рис. 15.3 представлены пути превращений глюкозы и жиров, а также бел­ ков и аминокислот. Как видно, при смене режимов многие процессы меняют на­ правление на противоположное. За каждой из стрелок скрывается серия реакций; ферменты, катализирующие ключевые реакции (лимитирующие скорость данной метаболической цени), находятся под контролем многих регулирующих механиз­ мов, включающих в качестве первого (внеклеточного) вестника сигнала главным образом инсулин и глюкагон, а также адреналин и кортизол.

а

Глюкоза ----- ► Гликоген

 

I \

 

Аминокислоты

Пируват а-глицерофосфат

I

I

Депонированные

жиры

Жирные

Белки

Ацетил-КоА

 

-^АДФ-^j

 

Работа

АТФ Л

 

 

 

 

CO2, H2O

 

 

Глюкоза

•<----- Гликоген

 

IX

 

 

Аминокислоты------ ► Пируват а-глицерофосфат

 

 

 

 

Депонированные

 

 

Жирные

жиры

Белки

Ацетил-КоА

 

кислоты

 

 

АДФ-vJ

 

Работа

 

 

^

 

Ацетил-КоА

 

V-AT'АТФ Л

 

 

CO,, Н ,0

 

печень

 

Кетоновые тела '

 

Рис. 15.3. Метаболизм основных энергоносителей в абсорбтивном (а) и постабсорбтивном (б) периодах

КОНЦЕНТРАЦИЯ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ

Одним из результатов регуляции обмена энергоносителей является поддержание концентрации глюкозы в крови на относительно постоянном уровне.

Концентрация глюкозы в крови определяется балансом скоростей ее поступ­ ления в кровь, с одной стороны, и потребления тканями — с другой. В постабсор­ бтивном состоянии в норме концентрация глюкозы в крови равна 60-100 м г/дл (3,3-5,5 ммоль/л); более высокая концентрация (гиперглюкоземия) указывает на нарушение обмена углеводов. После приема пищи или раствора сахара (сахарная нагрузка) гиперглюкоземия бывает и у здоровых людей — алиментарная гиперг­ люкоземия. Обычно она не превышает 150 м г/дл и начинает снижаться через 1­ 1,5 ч после еды. При нарушениях углеводного обмена (стероидный диабет, сахар­ ный диабет) алиментарная гиперглюкоземия превышает 150 м г/дл и держится

4 0 2

Часть III. Гормональная регуляция обмена веществ и функций

дольше, т. е. имеет место снижение толерантности к глюкозе. Толерантность к глю­ козе измеряют с целью диагностики нарушений углеводного обмена. Обследуемо­ му дают выпить раствор сахара из расчета I г на I кг массы тела (сахарная нагруз­ ка) и через каждые 30 мин берут пробы крови для определения концентрации глюкозы. Типичные результаты измерения толерантности приведены на рис. 15.4.

Время, ч

Рис. 15.4. Измерение толерантности к глюкозе у здорового человека (1) и у больного сахарным диабетом (2)

Если гиперглюкоземия превышает почечный порог, т. е. величину 180 мг/дл, то глюкоза начинает выводиться с мочой (глюкозурия). Глюкозурия свидетельству­ ет о нарушении углеводного обмена или о повреждении почек.

При некоторых патологических состояниях, в частности при голодании, воз­ никает гипоглюкоземия. Снижение концентрации глюкозы в крови до 40 м г/дл приводит к возникновению судорог и других симптомов нарушения функций го­ ловного мозга вследствие нарушения его питания.

КОРТИЗОЛ И РЕГУЛЯЦИЯ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА

В постабсорбтивном состоянии по мере исчерпания запасов гликогена в печени стимулируется глюконеогенез. Существенная роль в регуляции глюконеогенеза в этих условиях принадлежит глюкокортикостероидам, основным из которых явля­ ется кортизол.

Если животному или человеку ввести кортизол, наблюдается повышение кон­ центрации глюкозы в крови, причем это происходит даже при отсутствии запасов гликогена в печени. Одновременно повышается образование и выделение моче­ вины. Отсюда следует, что глюкоза, появляющаяся в крови, образуется из амино­ кислот.

Усиление глюконеогенеза из аминокислот является результатом следующих двух процессов, вызываемых кортизолом:

Глава 15. Регуляция обмена углеводов, жиров и аминокислот

4 0 3

1.Кортизол сильно тормозит синтез белков в мышцах и других тканях, за ис­ ключением печени. Вследствие этого концентрация аминокислот в тканях

икрови повышается, и они могут быть использованы для глюконеогенеза в печени и почках.

2.В печени кортизол стимулирует синтез белков, в частности ферментов, участвующих в глюконеогенезе (тирозинаминотрансфераза, триптофанпирролаза, серин-треонин-дегидратаза, карбоксикиназа фосфоенолпирувата). Содержание этих ферментов в гепатоцитах может повышаться в несколько раз, соответственно увеличивается и скорость глюконеогенеза.

Сигналом для стимуляции глюконеогенеза служит снижение концентрации глюкозы в крови. Однако этот сигнал действует не непосредственно на надпочеч­ ники, а через цепь других сигналов (рис. 15.5). Контрольные механизмы цент­ ральной нервной системы реагируют на снижение концентрации глюкозы в кро­ ви и стимулируют секрецию клетками гипоталамуса кортикотропин-либерина. Либерии по отросткам нейронов поступает в гипофиз, где стимулирует секре­ цию кортикотропина (адренокортикотропный гормон). Кортикотропин — это пептидный гормон, построенный из 39 аминокислотных остатков. Он улавлива­ ется специфическими рецепторами мембран клеток коры надпочечников и че­ рез аденилатциклазную систему активирует ряд ферментов, участвующих в син­ тезе кортизола.

 

Гипоталамус

 

 

 

Гипофиз

 

 

 

___

Кора

©

Кортикотропин - ©

иадпочечииков

Л и б е р и и

©

 

 

 

 

 

Кортикотропин

___

 

 

--------------------------- Кортизол

 

®

/

\ ©

 

У

 

ч

 

Синтез ферментов

Повышение концентрации

 

глюконеогенеза (печень)

аминокислот в крови

Рис. 15.5. Регуляция секреции кортизола

Избыточное образование глюкокортикостероидов предотвращается механиз­ мом отрицательной обратной связи: кортизол подавляет секрецию кортикотро­ пин-либерина и тем самым прерывает цепь событий, ведущих к образованию кор­ тизола (см. рис. 15.5).

Скорость глюконеогенеза у человека может изменяться от нуля до примерно 4 г за I ч (около 100 г за сутки). В ближайшие часы после приема пищи, богатой углеводами, она минимальна, а затем нарастает по мере исчерпания запасов глико­ гена в печени, достигая максимума при голодании в течение нескольких часов.

Напомним, что глюконеогенез происходит в печени, в корковом слое почек и клетках кишечника.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.