Что делает инсулин с глюкозой

Для обеспечения жизнедеятельности человеческому организму необходима энергия, которая вырабатывается за счёт сложного процесса превращения углеводов, в частности, глюкозы. Основным источником поступления в кровь глюкозы является пища, которая содержит такие углеводы, как лактоза, сахароза, крахмал и другие. Как правило, большая часть этих углеводов в процессе пищеварения превращается в глюкозу.

Глюкоза представляет собой простой сахар, состоящий из шести атомов углерода, и является важным энергетическим источником для всего организма и единственным – для головного мозга. В свободном состоянии глюкоза практически не присутствует в пищевых продуктах, однако она входит в состав сахарозы и крахмала, из которых она выделяется в процессе пищеварения, давая организму необходимую энергию.

Входящие в состав пищи углеводы поставляют в организм около 60% энергии. Попав в желудочно-кишечный тракт, сложные углеводы расщепляются ферментами до простых молекул, называемых моносахаридами, которые затем всасываются в кровь. К моносахаридам относятся глюкоза, галактоза и фруктоза. Из всех моносахаридов 80% принадлежит глюкозе, к тому же, большая часть галактозы и фруктозы в процессе пищеварения также превращаются в глюкозу. В итоге, все поступающие с пищей углеводы в ходе метаболизма расщепляются до глюкозы.

Глюкоза может служить источником энергии, только функционируя внутри клетки. Каждая клетка организма запасает энергию посредством метаболического окисления глюкозы до углекислого газа и воды. Под воздействием этого процесса аккумулируемая в молекуле глюкозы энергия используется для образования энергоёмкого соединения – молекулы АТФ. Заключённая в молекуле АТФ энергия в последующем может использоваться организмом для осуществления химических внутриклеточных реакций.

Проникнув внутрь клеток, глюкоза берёт на себя центральную метаболическую роль, снабжая энергией многие биохимические реакции, необходимые для осуществления клеточных функций. Головной мозг, в отличие от других тканей, не способен синтезировать глюкозу и обеспечение его энергетических нужд полностью зависит от поступления глюкозы из крови. Чтобы головной мозг функционировал нормально, уровень глюкозы в крови должен составлять не менее 3.0 ммоль/л. Однако, он не должен быть слишком высоким. Поскольку глюкоза является осмотически активным веществом, то при возрастании её уровня в крови в соответствии с законами осмоса из тканей в кровь начинает поступать вода, а почки начинают активно выводить глюкозу, если её уровень достигает 10 ммоль/л. В результате организм лишается глюкозы – главного источника энергии.

Поговорим о том, как же глюкоза проникает внутрь клеток. В результате пищеварения и сложного обмена углеводов в крови оказывается повышенное содержание глюкозы. Это служит своеобразным сигналом поджелудочной железе для выработки ферментов и гормонов.

Клетки поджелудочной железы имеют разное строение и выполняют разные функции. Существуют так называемые бета-клетки, которые синтезируют гормон инсулин. При повышении в крови уровня глюкозы, инсулин выбрасывается в кровь, открывая ей своеобразный шлюз для попадания внутрь клеток, где в последующем она сможет использоваться организмом, как источник энергии. Но клетки организма нуждаются в постоянной энергетической подпитке, а не только во время еды, поэтому нормальная секреция инсулина у здорового человека идёт постоянно с показателем 0.5-1 в час.

Прием пищи стимулирует дополнительный выброс инсулина. Причём, это происходит практически моментально, что не приводит к повышению уровня сахара в крови. Между приемами пищи организму также необходим энергетический материал в виде глюкозы, и для этого печень резервирует необходимое количество углеводов, переработанных в гликоген, и по мере необходимости преобразует его обратно в глюкозу.

Одной из функций поджелудочной железы является регулирование уровня глюкозы в крови. Для этой цели в её клетках вырабатываются два гормона – антагониста: инсулин и глюкагон. То есть, если глюкозы в крови много – инсулин спешить провести её внутрь клеток, а энергетический излишек с помощью печени зарезервировать в гликоген. Если глюкозы в крови мало – глюкагон блокирует выработку гликогена, начиная активно перерабатывать его обратно в глюкозу, чтобы обеспечить необходимое энергетические питание организма. Таким образом, благодаря нормальной работе поджелудочной железы, поддержание уровня глюкозы в крови подвергается строгому контролю.

Кроме регулирования углеводного обмена, роль инсулина в нормальной работе организма невозможно переоценить. Инсулин – единственный гормон, помогающий поступившей в кровь глюкозе пройти печёночные, жировые и мышечные клетки. Если инсулина недостаточно, то происходит, приблизительно, то же, что может произойти с автомобилем; для запуска процесса сгорания топлива необходимо включить зажигание, но оно не работает, и топливо заливает двигатель. Функцию зажигания в организме выполняет именно инсулин. Если его не хватает, глюкоза не сгорает, не перерабатывается в энергию, а накапливается в крови и нарушает работу всего организма. Возникает инсулиновый голод среди сахарного изобилия.

Кроме того, инсулин помогает печени в образовании резервного энергетического запаса гликогена, играет огромную роль в обеспечении энергетического баланса организма, препятствуя переходу аминокислот в сахара, улучшает синтез белков, способствует преобразованию углеводов в жиры, то есть участвует практически во всех жизненно важных процессах. Если же, после переработки глюкозы и отложения гликогена в печени, показатель уровня сахара в крови остаётся высоким, то его избыток жировые клетки превращают в жир, что, соответственно, приводит к ожирению.

Однако, при длительном, неправильно составленном рационе питания, с большим количеством «быстрых» углеводов и рафинированных продуктов, работа поджелудочной железы может нарушиться. Это грозит развитием такого серьёзного заболевания, как сахарный диабет. Если клетки не могут усвоить глюкозу, поступившую в кровь при переваривании пищи, то её уровень постепенно повышается. Существует два типа сахарного диабета. I тип (инсулинозависимый) требует введения в организм инсулина извне, так как поджелудочная железа практически не вырабатывает инсулин. При II типе (инсулиннезависимом) вырабатывается достаточное количество инсулина, но он не работает должным образом. Поскольку клетки не получают необходимого количества энергии, возникает слабость и быстрое переутомление.

Если показатель уровня сахара в крови выше 10 ммоль/л, то к его выводу из организма подключаются почки. Поскольку увеличивается мочеотделение, появляется чувство постоянной жажды. В конце концов, организм переключается на другие виды горючего: жиры и белки. Но их расщепление происходит тоже под воздействием инсулина, которого катастрофически не хватает, поэтому жиры сгорают не до конца, что приводит к отравлению всего организма и может спровоцировать кому.

Поэтому, чтобы сохранить здоровье, необходимо тщательно следить за качеством рациона питания и, прежде всего, углеводов. Существует такое понятие, как гликемический индекс (ГИ) продуктов. Он показывает, с какой скоростью в организме расщепляется и преобразуется в глюкозу тот или иной продукт. При этом, чем быстрее расщепление, тем выше гликемический индекс. Так называемые «быстрые» углеводы заставляют поджелудочную железу реагировать выбросом рекордного количества инсулина. Употребление «быстрых» углеводов всегда ведёт к развитию ожирения, поскольку излишек глюкозы организм непременно отложит про запас в виде жира. Совсем другое дело обстоит с «медленными» углеводами, которые постепенно расщепляясь, позволяют инсулину равномерно проводить глюкозу в клетки, обеспечивая долговременное чувство сытости и необходимую энергетическую подпитку.

Таким образом, процесс обмена углеводов идёт по двум направлениям: преобразование пищевых веществ в энергию и перераспределение их избытка в энергетические резервы для подпитки между приемами пищи. Если энергетический резерв полон, а в крови ещё присутствует глюкоза, то организм её откладывает в виде жирового запаса. Поэтому очень важно подпитывать организм энергией, употребляя «медленные» углеводы. При правильной работе пищеварительной системы и поджелудочной железы, показатель содержания сахара в крови всегда будет оставаться в норме, способствуя сохранению здоровья и активного образа жизни.

Глюкоза, манноза и лейцин – мощные стимуляторы синтеза проинсулина и секреции инсулина. Однако пороговая концентрация глюкозы, необходимая для стимуляции синтеза проинсулина, примерно вдвое меньше той, которая требуется для стимуляции его секреции (4-6 ммоль)

Глюкоза, манноза и лейцин – мощные стимуляторы синтеза проинсулина и секреции инсулина. Однако пороговая концентрация глюкозы, необходимая для стимуляции синтеза проинсулина, примерно вдвое меньше той, которая требуется для стимуляции его секреции (4-6 ммоль).

Синтез инсулина

К другим стимуляторам синтеза инсулина относятся гормон роста, а также глюкагон (и близкие к нему гормоны), которые повышают уровень цАМФ. Глюкагон или дб-цАМФ стимулируют синтез проинсулина только в присутствии глюкозы. В то же время синтез проинсулина ингибируется адреналином (который снижает как уровень, так и эффект цАМФ в секретирующих клетках) и производными сульфонилмочевины, усиливающими секрецию инсулина по крайней мере в первую фазу ответной реакции на глюкозу. Механизмы, посредством которых глюкоза стимулирует (а цАМФ облегчает) транскрипцию гена проинсулина, неизвестны. Можно сказать лишь, что для проявления эффекта глюкоза должна метаболизироваться (действительно, некоторые промежуточные метаболиты глюкозы также стимулируют синтез проинсулина, хотя и слабее, чем сама глюкоза). Постоянный (высокий или низкий) уровень синтеза проинсулина может сохраняться довольно долго (дни и недели). Это связано либо с увеличением, либо с уменьшением количества бета-клеток. Синтез проинсулина заметно снижается при голодании или низком содержании углеводов и высоком содержании жиров в пище; он увеличивается при потреблении пищи с высоким содержанием углеводов, экспериментальном и клиническом ожирении, беременности и в условиях хронического избытка гормона роста. Увеличение синтеза проинсулина при беременности обусловлено, возможно, повышенным потреблением пищи (включая углеводы) или высоким уровнем плацентарного гормона роста, что может вызвать гипергликемию и глюкозурию.

Секреция инсулина имеет следующие особенности:

1) в первые 2-5 мин после стимуляции глюкозой отмечается резкое повышение секреции гормона; 2) при длительной стимуляции глюкозой концентрация инсулина в увеличивается постепенно. При этом первая фаза секреции не требует синтеза белка, однако более длительная вторая фаза со временем становится все более зависимой от белкового синтеза. Протекание секреторной реакции в две фазы предполагает, что в клетке существуют легко и трудно мобилизуемый пулы инсулина. По-видимому, некоторые гранулы располагаются в ожидании секреции непосредственно у плазматической мембраны, тогда как другие должны еще переместиться из глубины клетки, а третьи содержат только что синтезированный гормон. В любом случае ответная секреторная реакция клетки на действие глюкозы, в том числе и в культуре, протекает в две фазы.

Сопряжение между стимулом и секрецией инсулина в бета-клетке

Несмотря на многочисленные эксперименты, механизмы действия глюкозы на секрецию инсулина изучены недостаточно. Клетка является сенсором глюкозы точно так же, как термостат – сенсором тепла. Когда температура в помещении растет, включается кондиционер, снижающий ее. Когда в крови увеличивается концентрация глюкозы, секретируется инсулин, чтобы восстановить ее исходную равновесную концентрацию. Одно время некоторые исследователи считали, что основной датчик, регистрирующий уровень глюкозы, локализован в плазматической мембране. Однако в настоящее время большинство ученых считает, что прежде, чем вызвать секрецию инсулина, глюкоза (или манноза) в клетке должна окислиться. Долгие поиски конкретного промежуточного метаболита глюкозы, активирующего секрецию инсулина, привели к созданию множества гипотез, но не установили истину. Каждая из этих гипотез в чем-то может быть правомерной.

Гипотеза №1: стимулятор секреции инсулина – фосфоенолпируват

Метаболизм глюкозы в клетке протекает своеобразно: подобно клетке печени, бета-клетка содержит высокоспецифичную глюкокиназу и менее специфичную (и меньшей мощности) гексокиназу. Из-за отсутствия фруктозо-l,6-бисфосфатазы глюконеогенез в клетке невозможен. Однако поскольку она содержит фосфоенолпируваткарбоксикиназу (ФЕП-КК), то при окислении глюкозы по гликолитическому пути Эмбдена-Мейерргофа в бета-клетке накапливается большое количество фосфоенолпирувата. По-видимому, он в качестве сигнала принимает участие в механизме стимуляции секреции инсулина.

Гипотеза №2: стимулятор секреции инсулина – сдвиг окислительно-восстановительного потенциала

Помимо фосфоенолпирувата, найдено еще несколько потенциальных сигналов, генерируемых при окислении глюкозы. К ним относятся сдвиг окислительно-восстановительного потенциала (возрастание отношения НАД (Ф).Н : НАД (Ф), увеличение доступности АТФ и смещение рН в кислую сторону. Имеются веские доказательства возможной роли каждого из этих факторов в секреции инсулина, происходящей под действием глюкозы.

Гипотеза №3: стимуляторы секреции инсулина – ионы Са2+

Некоторые реакции или их сочетания, связанные с окислением глюкозы в клетке, приводят и к активации аденилатциклазы, вызывая увеличение уровня цАМФ; повышают концентрацию ионов Са2+ в цитозоле и активируют кругооборот полифосфатидилинозитола с образованием инозитолполифосфатов и диацилглицерола. Имеются надежные доказательства участия кальмодулина в секреции инсулина, а для перемещения гранул необходимы как агрегация тубулина в микротрубочки, так и сокращение микрофиламентов. Активация системы фосфатиидилинозитола-4,5-бисфосфата в этом случае – реакция уникальная, поскольку она обусловливается окислением глюкозы, а не (как обычно) привычными изменениями плазматической мембраны. (Такие изменения имеют место, но под действием другого стимулятора секреции инсулина – ацетилхолина, который через мембранный рецептор тоже активирует кругооборот фосфатидилинозитола-4,5-бисфосфата). Далее цАМФ, кальмодулин и протеинкиназа С должны принимать участие в фосфорилировании многих регуляторных белков и приводить к повышению [Са2+]ц и экзоцитозу. До сих пор среди субстратов фосфорилирования удалось идентифицировать только тубулин (фосфорилирование способствует его агрегации в микротрубочки), связанный с микротрубочками белок и миозинкиназу (необходимую для сокращения микрофиламентов). Вероятно, ионы Са2+ оказывают и прямые эффекты, т. е. не опосредованные кальмодулином.

Фруктоза подкрепляет стимулирующий секрецию инсулина сигнал глюкозы

Значительное количество глюкозы (до 25 % от максимального) может окисляться в бета-клетке, не вызывая стимуляции секреции инсулина. Только после превышения этого порога наблюдается резкое увеличение секреции гормона. Именно поэтому фруктоза, которая фосфорилируется гексокиназой так медленно, что не достигается этот порог скорости окисления, сама по себе не стимулирует секрецию инсулина. Однако фруктоза может подкреплять глюкозный сигнал, так как действие ее метаболитов, изменений окислительно-восстановительного потенциала, уровня АТФ и др., возникающее с подпороговой скоростью, суммируется с эффектами глюкозы.

Почему важно знать уровень инсулина?

Абсолютные показатели уровня инсулина, полученные при лабораторном исследовании, сами по себе не имеют большой диагностической ценности, так как без количественных значений концентрации глюкозы не о многом говорят. То есть, прежде чем судить о каких-то нарушениях в организме, связанных с поведением инсулина, следует изучить его отношение к глюкозе.

Помимо нагрузочного теста с глюкозой, в диагностическом поиске используется провокационный тест или, как его называют, проба с голоданием. Суть пробы состоит в определении натощак в крови пациента количественных значений глюкозы, инсулина и С-пептида (белковая часть молекулы проинсулина), после чего больного ограничивают в еде и питье на сутки и более (до 27 часов), проводя каждые 6 часов исследование показателей, вызывающих интерес (глюкоза, инсулин, С-пептид).

Итак, если инсулин повышен преимущественно при патологических состояниях, за исключением нормально протекающей беременности, где увеличение его уровня относят к физиологическим явлениям, то выявление высокой концентрации гормона, наряду со снижением сахара в крови, играет не последнюю роль в диагностике:

• Опухолевых процессов, локализованных в ткани островкового аппарата поджелудочной железы;
• Гиперплазии островковой ткани;
• Глюкокортикоидной недостаточности;
• Тяжелой патологии печени;
• Сахарного диабета на начальном этапе его развития.

Между тем, наличие таких патологических состояний, как синдром Иценко-Кушинга, акромегалия, мышечная дистрофия, болезни печени требуют проведения исследования уровня инсулина даже не столько с целью диагностики, сколько для слежения за функционированием и сохранением работоспособности органов и систем.

Гормон белковой природы играет важную роль для человеческого организма. Какой орган вырабатывает инсулин, знает любой студент медицинского университета. Информация эта важна и для людей, которые имеют проблемы с обменными процессами организма. Нарушения выработки этого гормона могут привести к развитию серьезного заболевания – сахарного диабета.

Инсулин – это гормон, который способствует правильной переработке углеводов. Благодаря ему в организме обеспечивается нормальный уровень сахара.

Механизм действия инсулина

Инсулин – гормон, который регулирует уровень глюкозы в крови. Когда человек съедает порцию углеводов, уровень глюкозы в крови поднимается.

Поджелудочная железа начинает вырабатывать гормон инсулин, который начинает утилизировать глюкозу (предварительно остановив собственные процессы производства глюкозы печенью) разнося ее по клеткам всего организма.

У здорового человека при снижении уровня глюкозы в крови перестает вырабатываться инсулин. Отношения между инсулином и клетками – здоровые.

Введение инсулина: страшна только первая инъекция, потом – привычка

Коль так много внимания было уделено гипогликемическому гормону, продуцируемому поджелудочной железой, то нелишним будет вкратце остановиться на инсулине, как лекарственном препарате, назначаемом при различных патологических состояниях и, в первую очередь, при сахарном диабете.

Введение инсулина самими пациентами стало делом привычным, с ним справляются даже дети школьного возраста, которых лечащий врач обучает всем премудростям (пользоваться устройством для введения инсулина, соблюдать правила асептики, ориентироваться в свойствах препарата и знать действие каждого вида).

На инъекциях инсулина «сидят» практически все больные, имеющие СД 1 тип, и пациенты с тяжелым течением инсулиннезависимого сахарного диабета. Кроме этого, некоторые экстренные состояния или осложнения СД, при отсутствии эффекта от других медикаментозных средств, купируются инсулином.

Правда, в случаях диабета 2 типа после стабилизации состояния больного гипогликемический гормон в инъекционной форме заменяется другими средствами, употребляемыми внутрь, чтобы не возиться со шприцами, производить расчет и зависеть от укола, который сделать себе самому без привычки бывает довольно трудно, даже если имеются некоторые навыки проведения несложных медицинских манипуляций.

Самым лучшим лекарственным средством с минимумом побочных эффектов и без серьезных противопоказаний признан раствор инсулина, основой которого выступает инсулиновая субстанция человека.

По своему строению на человеческий инсулин больше всего похож гипогликемический гормон поджелудочной железы свиньи, вот он-то в большинстве случаев и выручал человечество долгие годы до получения (с помощью генной инженерии) полусинтетических или ДНК-рекомбинантных форм инсулина. Для лечения сахарного диабета у детей в настоящее время используется только человеческий инсулин.

Инъекции инсулина имеют своей задачей поддержание нормальной концентрации глюкозы в крови, недопущение крайностей: скачков вверх (гипергликемии) и падение уровня ниже допустимых значений (гипогликемии).

Назначение видов инсулинов, расчет их дозы в соответствии с особенностями организма, возрастом, сопутствующей патологией производит только врач в строго индивидуальном порядке. Он же обучает пациента, как самостоятельно делать инъекции инсулина, не прибегая к посторонней помощи, обозначает зоны введения инсулина, дает советы в отношении питания (прием пищи должен согласовываться с поступлением гипогликемического гормона в кровь), образа жизни, режима дня, физических нагрузок.

В общем, в кабинете эндокринолога пациент получает все необходимые знания, от которых зависит качество его жизни, самому больному остается только правильно ими пользоваться и неукоснительно следовать всем рекомендациям врача.

Автор

Алла Эрнестовна Вальцман

Поделись статьей:

Оцените статью:

0

Благодарим за отзыв