Поджелудочная железа является одним из основных органов пищеварительной системы организма. Состоит она из эндокринной и экзокринной частей, которые образуются из энтодермы первичной кишки, участвуя как во внешней, так и во внутренней секреции.
Сбой в работе поджелудочной железы приводит к таким заболеваниям, как острый или хронический панкреатит, жировой некроз, атрофия, опухоли различной этиологии, склероз.
Основные функции экзокринной и эндокринной части поджелудочной железы
Любая железа, в том числе и поджелудочная, производит гормоны, которые представляют собой биологически активные соединения, имеющие строго избирательное и специфическое направление, воздействующее на повышение, либо понижение уровня функционирования организма.
Регулирование ведения гормона в кровь происходит по принципу отрицательной обратной реакции, т.е. увеличенный уровень гормонов в крови приводит к приостановке их воспроизводства.
Почти 98% всего тела железы приходится на экзокринную часть, в которой выделяется панкреатический сок, содержащий ферменты, участвующие в растворении жиров, углеводов и белков. Попадая в двенадцатиперстную кишку, такой пищеварительный сок, помогает полноценной работе пищеварения.
В эндокринной части железы образуются гормоны, которые, помимо регулирования метаболического процесса, активно участвуют в обмене углеводов.
Эти гормоны обладают многими общими характеристиками, так как, по своей природе они оба белки, оба развиваются в поджелудочной железе, оба воздействуют на обменный процесс глюкозы, белков и жиров.
Гормоны поджелудочной железы
Исполняя разнородные задачи, поджелудочная железа производит два гормона – гормон инсулин и гормон глюкагон, которые, обладая общими признаками, противоположны по своей направленности на обмен углеводов.
Инсулин, синтезирующийся бета — клетками, уменьшает насыщенность уровня глюкозы в крови, чем содействует преобразованию глюкозы в гликоген для тканей печени и мышц. Замедляя разложение белков, преобразовывая их в глюкозу, инсулин. Таким образом, контролирует жировой обмен методом преобразования жирных кислот из продуктов обмена углеводов.
Глюкагон, синтезирующийся альфа — клетками, будучи антагонистом инсулина по регулированию обмена углеводов, наоборот обладает эффектом повышения количества глюкозы в крови, чем усиливает продукцию инсулина.
Процесс распада жировых и белковых соединений, при котором происходит образование глюкозы в клетках крови, называется гликонеогенезом.
Деятельность инсулина направлена на торможение гликонеогенеза, способствуя при этом повышению количества жиров и белков в организме.
Для чего важен обмен углеводов
В организм углеводы попадают, как правило, с растительной пищей, в значительно меньшем количестве с пищей животного происхождения.
Помимо этого, углеводы образуются в организме в результате распада жиров и аминокислот. Несмотря на их важность для организма, их количество составляет около 2 %, что намного меньше, чем количество белков, жиров.
В случае, если поступающей с пищей энергии больше, чем требуется для энергетического расхода организму, частично эта энергия откладывается в жировой запас ткани, из-за чего человек и толстеет. И наоборот, если энергии поступает меньше, чем необходимо, организм берет недополученную энергию из запасов, затрачивая на это углеводы, а когда их объем достигает возможного минимума, начинается внеплановое расщепление жиров, т.е. чем меньше человек принимает пищи, тем меньше он затрачивает энергии, и худеет.
Обмен углеводов – это процесс, при котором различные виды сахаридов и производные от них образуются в энергию, обеспечивая организм человека, и регулируют его жизнедеятельность.
Основная часть такой энергии, требуемая для интеллектуальной и физической деятельности, образуется именно из поступающих сахаров. Кроме того, без углеводов невозможно и построение клеточных структур, питания клеток и поддержания их тонуса.
Нарушения в работе обмена углеводов, из-за избытка или недостатка сахара в крови, приводят к проблемам со здоровьем.
При нарушении обмена углеводов возникают такие заболевания, как:
- сахарный диабет, т.е. недостаток инсулина. При этом органы и системы организма недополучают для своей деятельности необходимую энергию, и, следовательно, не могут полноценно выполнять свои функции. Для данного заболевания характерно резкое похудение, постоянная усталость, голод, постоянное чувство жажды, частые походы в туалет. Кроме того, у человека резко ухудшается зрение, происходит медленное заживление ран, постоянно чувствуется онемение конечностей.
- гипогликемия, т.е. резкое понижение уровня глюкозы в крови. Для данного случая характерно наличие постоянного головокружения, ухудшение зрения, возникает повышенное чувство голода, повышается потливость, появляется бледность кожных покровов, происходит нарушение нервной системы, что в свою очередь проявляется спутанностью сознания, повышенной нервозностью, частой мигренью и ознобом, рассеянными вниманием, нарушением концентрации. При значительном понижении уровня глюкозы в крови возможно даже наступление комы.
- гипергликемия, т.е. резкое повышение уровня глюкозы в крови.
Инсулин, как гормон, регулирующий углеводный обмен
Гормон поджелудочной железы инсулин, вырабатывается в организме человека, максимально до 25 лет, и после его поступления в организм возникает гипергликемия.
Более всего от инсулина зависит обеспечение глюкозой мышечной и жировой тканей, поэтому они считаются инсулинозависимыми. На эти ткани возложены важнейшие функции в организме, как обеспечение кровообращения двигательной системы, органов дыхания и ряд других, а достигается это, благодаря запасу энергии, полученной из пищи. Именно по этой причине важно полноценное и правильное регулирование углеводного обмена.
Сложно недооценить значение инсулина для углеводного обмена. Этот гормон играет одну из главных ролей и участвует более чем двадцати реакциях организма, поскольку без углеводного обмена глюкоза, являясь главным источником энергии организма, не сможет проникнуть в клетку, в результате чего, у клетки возникает энергетический голод. При этом излишек глюкозы, скапливаясь в крови, отрицательно воздействует на все органы и ткани организма.
Отсутствие достаточного поступления инсулина, приводит к понижению возможности клеток усваивать углеводы, из-за чего возникает сахарный диабет.
У страдающих сахарным диабетом, из-за сбоя в организме, нарушаются уже все виды обмена. Поэтому их основной задачей является поддержание необходимого уровня сахара крови.
Естественным осложнением диабета, является поражение как мелких, так и крупных сосудов, что в свою очередь служит предпосылкой развития атеросклероза и других сосудистых заболеваний, тем самым диабет увеличивает больных с сердечно-сосудистыми болезнями.
На сегодняшний день учеными полностью изучена структура гормона инсулина, что помогло синтезировать его искусственным способом, благодаря чему он стал эффективным средством для лечения диабета, и позволяет больным вести относительно комфортный образ жизни.
Гормон инсулин стал первым белковым гормоном, который был синтезирован искусственным способом.
10852 0
Основные энергетические ресурсы живого организма — углеводы и жиры обладают высоким запасом потенциальной энергии, легко извлекаемой из них в клетках с помощью ферментных катаболических превращений. Энергия, высвобождаемая в процессе биологического окисления продуктов углеводного и жирового обменов, а также гликолиза, превращается в значительной степени в химическую энергию фосфатных связей синтезируемого АТФ.
Аккумулированная же в АТФ химическая энергия макроэргических связей, в свою очередь, расходуется на разного вида клеточную работу — создание и поддержание электрохимических градиентов, сокращение мышц, секреторные и некоторые транспортные процессы, биосинтез белка, жирных кислот и т.д. Помимо «топливной» функции углеводы и жиры наряду с белками выполняют роль важных поставщиков строительных, пластических материалов, входящих в основные структуры клетки, — нуклеиновых кислот, простых белков, гликопротеинов, ряда липидов и т.д.
Синтезируемая благодаря распаду углеводов и жиров АТФ не только обеспечивает клетки необходимой для работы энергией, но и является источником образования цАМФ, а также участвует в регуляции активности многих ферментов, состояния структурных белков, обеспечивая их фосфорилирование.
Углеводными и липидными субстратами, непосредственно утилизируемыми клетками, являются моносахариды (прежде всего глюкоза) и неэстерифицированные жирные кислоты (НЭЖК), а также в некоторых тканях кетоновые тела. Их источниками служат пищевые продукты, всасываемые из кишечника, депонированные в органах в форме гликогена углеводов и в форме нейтральных жиров липиды, а также неуглеводные предшественники, в основном аминокислоты и глицерин, образующие углеводы (глюконеогенез).
К депонирующим органам у позвоночных относятся печень и жировая (адипозная) ткань, к органам глюконеогенеза — печень и почки. У насекомых депонирующим органом является жировое тело. Кроме этого, источниками глюкозы и НЭЖК могут быть и некоторые запасные или другие продукты, хранящиеся или образующиеся в работающей клетке. Разные пути и стадии углеводного и жирового обменов взаимосвязаны многочисленными взаимовлияниями. Направление и интенсивность течения этих обменных процессов находятся в зависимости от ряда внешних и внутренних факторов. К ним относятся, в частности, количество и качество потребляемой пищи и ритмы ее поступления в организм, уровень мышечной и нервной деятельности и т.д.
Животный организм адаптируется к характеру пищевого режима, к нервной или мышечной нагрузке с помощью сложного комплекса координирующих механизмов. Так, контроль течения различных реакций углеводного и липидного обменов осуществляется на уровне клетки концентрациями соответствующих субстратов и ферментов, а также степенью накопления продуктов той или иной реакции. Эти контролирующие механизмы относятся к механизмам саморегуляции и реализуются как в одноклеточных, так и в многоклеточных организмах.
У последних регуляция утилизации углеводов и жиров может происходить на уровне межклеточных взаимодействий. В частности, оба вида обмена реципрокно взаимоконтролируются: НЭЖК в мышцах тормозят распад глюкозы, продукты же распада глюкозы в жировой ткани тормозят образование НЭЖК. У наиболее высокоорганизованных животных появляется особый межклеточный механизм регуляции межуточного обмена, определяемый возникновением в процессе эволюции эндокринной системы, имеющей первостепенное значение в контроле метаболических процессов целого организма.
Среди гормонов, участвующих в регуляции жирового и углеводного обменов у позвоночных, центральное место занимают следующие: гормоны желудочно-кишечного тракта, контролирующие переваривание пищи и всасывание продуктов пищеварения в кровь; инсулин и глюкагон — специфические регуляторы межуточного обмена углеводов и липидов; СТГ и функционально связанные с ним «соматомедины» и СИФ, глкжокортикоиды, АКТГ и адреналин — факторы неспецифической адаптации. Следует отметить, что многие названные гормоны принимают также непосредственное участие и в регуляции белкового обмена (см. гл. 9). Скорость секреции упомянутых гормонов и реализация их эффектов на ткани взаимосвязаны.
Мы не можем специально останавливаться на функционировании гормональных факторов желудочно-кишечного тракта, секретируемых в нервно-гуморальную фазу сокоотделения. Их главные эффекты хорошо известны из курса общей физилогии человека и животных и, кроме того, о них уже достаточно полно упоминалось в гл. 3. Более подробно остановимся на эндокринной регуляции межуточного метаболизма углеводов и жиров.
Гормоны и регуляция межуточного углеводного обмена. Интегральным показателем баланса обмена углеводов в организме позвоночных является концентрация глюкозы в крови. Этот показатель стабилен и составляет у млекопитающих примерно 100 мг% (5 ммоль/л). Его отклонения в норме обычно не превышают ±30%. Уровень глюкозы в крови зависит, с одной стороны, от притока моносахарида в кровь преимущественно из кишечника, печени и почек и, с другой — от его оттока в работающие и депонирующие ткани (рис. 95).
Рис. 95. Пути поддержания динамического баланса глюкозы в крови
Мембраны мышечных и адилозных клеток имеют «барьер» для транспорта глюкозы; Гл-6-ф — глюкозо-6-фосфат
Приток глюкозы из печени и почек определяется соотношением активностей гликогенфосфорилазной и гликогенсинтетазной реакции в печени, соотношением интенсивности распада глюкозы и интенсивности глюконеогенеза в печени и отчасти в почке. Поступление глюкозы в кровь прямо коррелирует с уровнями фосфорилазной реакции и процессов глюконеогенеза.
Отток глюкозы из крови в ткани находится в прямой зависимости от скорости ее транспорта в мышечные, адипозные и лимфоидные клетки, мембраны которых создают барьер для проникновения в них глюкозы (напомним, что мембраны клеток печени, мозга и почек легко проницаемы для моносахарида); метаболической утилизации глюкозы, в свою очередь зависимой от проницаемости к ней мембран и от активности ключевых ферментов ее распада; превращения глюкозы в гликоген в печеночных клетках (Левин и др., 1955; Ньюсхолм, Рэндл, 1964; Фоа, 1972).
Все эти процессы, сопряженные с транспортом и метаболизмом глюкозы, непосредственно контролируются комплексом гормональных факторов.
Гормональные регуляторы углеводного обмена по действию на общее направление обмена и уровень гликемии могут быть условно разделены на два типа. Первый тип гормонов стимулирует утилизацию глюкозы тканями и ее депонирование в форме гликогена, но тормозит глюконеогенез, и, следовательно, вызывает снижение концентрации глюкозы в крови.
Гормоном такого типа действия является инсулин. Второй тип гормонов стимулирует распад гликогена и глюконеогенез, а следовательно, вызывает повышение содержания глюкозы в крови. К гормонам этого типа относятся глюкагон (а также секретин и ВИП) и адреналин. Гормоны третьего типа стимулируют глюконеогенез в печени, тормозят утилизацию глюкозы различными клетками и, хотя усиливают образование гликогена гепатоцитами, в результате преобладания первых двух эффектов, как правило, также повышают уровень глюкозы в крови. К гормонам данного типа можно отнести глюкокортикоиды и СТГ — «соматомедины». Вместе с тем, обладая однонаправленным действием на процессы глюконеогенеза, синтеза гликогена и гликолиза, глюкокортикоиды и СТГ — «соматомедины» по-разному влияют на проницаемость мембран клеток мышечной и адипозной ткани к глюкозе.
По направленности действия на концентрацию глюкозы в крови инсулин является гипогликемическим гормоном (гормон «покоя и насыщения»), гормоны же второго и третьего типов — гипергликемическими (гормоны «стресса и и голодания») (рис. 96).
Рис 96. Гормональная регуляция углеводного гомеостаза:
сплошными стрелками обозначена стимуляция эффекта, пунктирными — торможение
Инсулин можно назвать гормоном усвоения и депонирования углеводов. Одной из причин усиления утилизации глюкозы в тканях является стимуляция гликолиза. Она осуществляется, возможно, на уровне активации ключевых ферментов гликолиза гексокиназы, особенно одной из четырех известных ее изоформ — гексокиназы II, и глюкокиназы (Вебер, 1966; Ильин, 1966, 1968). По-видимому, определенную роль в стимуляции катаболизма глюкозы инсулином играет и ускорение пентозофосфатного пути на стадии глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции (Лейтес, Лаптева, 1967). Считается, что в стимуляции захвата глюкозы печенью при пищевой гипергликемии под влиянием инсулина важнейшую роль играет гормональная индукция специфического печеночного фермента глюкокиназы, избирательно фосфорилирующего глюкозу при высоких ее концентрациях.
Главная причина стимуляции утилизации глюкозы мышечными и жировыми клетками — прежде всего избирательное повышение проницаемости клеточных мембран к моносахариду (Лунсгаард, 1939; Левин, 1950). Таким путем достигается повышение концентрации субстратов для гексокиназной реакции и пентозофосфатного пути.
Усиление гликолиза под влиянием инсулина в скелетных мышцах и миокарде играет существенную роль в накоплении АТФ и обеспечении работоспособности мышечных клеток. В печени усиление гликолиза, по-видимому, важно не столько для повышения включения пирувата в систему тканевого дыхания, сколько для накопления ацетил-КоА и малонил-КоА как предшественников образования многоатомных жирных кислот, а следовательно, и триглицеридов (Ньюсхолм, Старт, 1973).
Образующийся в процессе гликолиза глицерофосфат также включается в синтез нейтрального жира. Кроме того, и в печени, и особенно в адипозной ткани для повышения уровня липогенеза из глюкозы существенную роль играет стимуляция гормоном глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции, приводящей к образованию НАДФН — восстанавливающего кофактора, необходимого для биосинтеза жирных кислот и глицерофосфата. При этом у млекопитающих только 3-5% всасываемой глюкозы превращается в печеночной гликоген, а более 30% накапливается в виде жира, откладываемого в депонирующих органах.
Таким образом, основное направление действия инсулина на гликолиз и пентозофоофатный путь в печени и особенно в жировой клетчатке сводится к обеспечению образования триглицеридов. У млекопитающих и птиц в адипоцитах, а у низших позвоночных в гепатоцитах глюкоза — один из главных источников депонируемых триглицеридов. В данных случаях физиологический смысл гормональной стимуляции утилизации углеводов сводится в значительной мере к стимуляции депонирования липидов. Одновременно с этим инсулин непосредственно влияет на синтез гликогена — депонируемой формы углеводов — не только в печени, но и в мышцах, почке, и, возможно, жировой ткани.
Гормон оказывает стимулирующий эффект на гликогенообразование, повышая активность гликогенсинтетазы (переход неактивной D-формы в активную I-форму) и ингибируя гликогенфосфорилазу (переход малоактивной 6-формы в л-форму) и тем самым тормозя гликогенолиз в клетках (рис. 97). Оба эффекта инсулина на эти ферменты в печени опосредуются, по-видимому, активацией мембранной протеиназы, накоплением гликопептидов, активацией фосфодиэстеразы цАМФ.
Рис 97. Основные этапы гликолиза, глюконеогенеза и синтеза гликогена (по Ильину, 1965 с изменениями)
Еще одним важным направлением действия инсулина на углеводной обмен является торможение процессов глюконеогенеза в печени (Кребс, 1964; Ильин, 1965; Икстон и др., 1971). Торможение глюконеогенеза гормоном осуществляется на уровне снижения синтеза ключевых ферментов фосфоенолпируваткарбоксикиназы и фруктозо- 16-дифосфатазы. Эти эффекты опосредуются также повышением скорости образования гликопептидов — медиаторов гормона (рис. 98).
Глюкоза при любых физиологических состояниях — главный источник питания нервных клеток. При увеличении секреции инсулина происходит некоторое повышение потребления глюкозы нервной тканью, по-видимому, благодаря стимуляции в ней гликолиза. Однако при высоких концентрациях гормона в крови, вызывающих гипогликемию, возникает углеводное голодание мозга и торможение его функций.
После введения очень больших доз инсулина глубокое торможение мозговых центров может приводить сначала к развитию судорог, затем к потере сознания и падению кровяного давления. Такое состояние, возникающее при концентрации глюкозы в крови ниже 45-50 мг%, называют инсулиновым (гипогликемическим) шоком. Судорожную и шоковую реакцию на инсулин используют для биологической стандартизации препаратов инсулина (Смит, 1950; Стюарт, 1960).
Белково-пептидной природы. Состоит из 2 ппц, соединенных дисульфидными связями.
Синтезируется в β-клетках островков Лангерганса (поджелудочная железа). Синтезируется в виде неактивного предшественника. Активируется частичным протеолизом.
Действует через специфические инсулиновые рецепторы: может менять активность фермента путем фосфорилирования или дефосфорилирования и/или индуцировать транскрипцию и синтез новых белков-ферментов.
Влияние на обмен веществ
Углеводный:
ü Основное влияние - вместе с глюкагоном поддерживает нормальный уровень глюкозы в крови (артериальная кровь - 3,5-5,5 мМ/л, венозная кровь - 6,5).
ü Активирует регуляторные ферменты синтеза гликогена (гликогенсинтаза), гликолиза (глюкокиназа, ФФК, пируваткиназа), ПФП (глюкоза-6Ф-дегидрогеназа).
Липидный:
ü Стимулирует депонирование жиров (увеличивает синтез ЛП-липазы)
ü Стимулирует синтез жиров в печени и жировой ткани
ü Способствует синтезу жиров из углеводов в жировой ткани (активирует ГЛЮТ-4)
ü Активирует синтез жирных кислот (ацетил-КоА-карбоксилаза)
ü Активирует синтез холестерола (ГМГ-редуктаза).
Белковый:
ü Стимулирует синтез белков (анаболический эффект)
ü Увеличивает транспорт аминокислот в клетки
ü Усиливает синтез ДНК и РНК.
Стимулирует синтез глюкозы.
С возрастом концентрация Са 2+ снижается и нарушается секреция инсулина.
В крови время полужизни - 3-5 минут.
После действия разрушается в печени под действием инсулиназы (расщепляет цепи инсулина).
При недостатке инсулина возникает сахарный диабет.
Сахарный диабет - заболевание, связанное с частичным или полным отсутствием инсулина.
| Сахарный диабет 1 типа | Сахарный диабет 2 типа |
| ИЗСД (инсулинзависимый сахарный диабет) Полное отсутствие синтеза и секреции инсулина в клетках поджелудочной железы. Причины: · Аутоиммунное поражение клеток (выработка антител к клеткам железы) · Гибели клеток в результате вирусных инфекций (оспа, краснуха, корь). Составляет 10-30% от всех заболевших сахарным диабетом. В основном проявляется у детей и подростков. Развивается быстро. | ИНЗСД (инсулиннезависимый сахарный диабет) Частичное нарушение синтеза и секреции инсулина (иногда гормон вырабатывается в нормальном количестве) Причины: · Нарушение активации · Нарушение передачи сигнала от инсулина в клетки (нарушение рецепторов) · Недостаток синтеза ГЛЮТ-4 · Генетическая предрасположенность · Ожирение · Неправильное питание (много углеводов) · Малоподвижный образ жизни · Длительные стрессовые ситуации (адреналин ингибирует синтез инсулина). Развивается медленно. |
Биохимические проявления сахарного диабета
1) Гипергликемия - нарушается потребление глюкозы инсулин-зависимыми тканями (жировая, мышцы). Даже при высокой концентрации глюкозы эти ткани находятся в состоянии энергетического голода.
2) Глюкозурия - при концентрации в крови >8,9 мМ/л глюкоза появляется в моче как патологический компонент.
3) Кетонемия - глюкоза не поступает в инсулин-зависимые ткани, то в них активируется β-окисление (жирные кислоты становятся основным источником энергии). Следовательно, образуется очень много ацетил-КоА, который не успевает утилизироваться в ЦТК и идет на синтез кетоновых тел (ацетон, ацетоацетат, β-гидроксибутират).
4) Кетонурия - появление кетоновых тел в моче.
5) Азотемия - при недостатке инсулина повышается катаболизм белков и аминокислот (дезаминирование), образуется много NH 3.
6) Азотурия - из аммиака образуется мочевина, которой больше выводится с мочой.
7) Полиурия - выведение глюкозы с мочой приводит к увеличению выделения воды (при сахарном диабете - 5-6 л/сут).
8) Полидепсия - повышенная жажда.
Осложнения сахарного диабета:
· Поздние
А: Острые осложнения проявляются в виде комы (нарушение обмена, потеря сознания).
Виды комы, в основе которых ацидоз и дегидратация тканей:
I - кето-ацидотическая кома - повышенный синтез кетоновых тел и ацидоз;
II - лакто-ацидотическая кома - нарушение кровообращения, снижение функции гемоглобина, которое вызывает гипоксию. Следовательно, катаболизм глюкозы смещается в сторону "анаэробного" гликолиза до лактата. Образуется много молочной кислоты, возникает ацидоз;
III - гиперосмолярная кома - из-за гипергликемии повышено осмотическое давление крови, и вода переносится из клеток в сосудистое русло, возникает дегидратация. В результате нарушается водно-электролитный обмен. Следовательно, происходит снижение периферического кровотока (мозга и почек) и гипоксия.
Б: Поздние осложнения:
основная причина - гипергликемия.
В результате происходит неферментативное (спонтанное) гликозилирование белков, при этом нарушается их функция. Так возникают различные "-патии" (ангио-, нейро-, нейро-, ретино-).
Например, в результате гликозилирования гемоглобина образуется гликозилированный ("гликированный") гемоглобин - HbA 1 c .
В норме концентрация HbA 1 c - 5%. При сахарном диабете - до 50%.
У него снижается сродство к кислороду → гипоксия.
В хрусталике глюкоза присоединяется к кристаллину, что повышает агрегацию молекул. Следовательно, возникает помутнение хрусталика, приводящее к катаракте.
При сахарном диабете нарушается синтез коллагена: из-за гликозилирования нарушается функция базальных мембран (например, кровеносных сосудов), следовательно, нарушается проницаемость сосудов и кровотока (в нижних конечностях). Это приводит к возникновению синдрома диабетической стопы и гангрене.
Присоединение глюкозы к апо-белкам В100 ЛНП изменяет их строение, они захватываются макрофагами как чужеродные, проникают в поврежденный эндотелий сосудов, повышая риск атеросклероза.
Лечение сахарного диабета:
· диетотерапия,
· инсулинотерапия (инъекции инсулина свиньи, отличающегося от человеческого одной аминокислотой),
· прием сахароснижающих препаратов:
o производные сульфанилмочевины - стимулируют синтез инсулина в поджелудочной железе (маннинил),
o бигуаниды - замедляют всасывание глюкозы в кишечнике, улучшают потребление тканями глюкозы (активируют ГЛЮТ-4).
Глюкагон
Состоит из 39 аминокислотных остатков.
Синтезируется в α-клетках островков Лангерганса (поджелудочная железа). Действует через цАМФ, рецепторы на поверхности мембраны.
Гипергликемический фактор (повышает уровень глюкозы в крови).
Влияние на обмен веществ:
Углеводный:
· стимулирует распад гликогена (гликогенфосфорилаза),
· стимулирует глюконеогенез (фруктоза-1,6-бисфосфатаза);
Липидный: усиливает мобилизацию жиров из жировой ткани (активирует ТАГ-липазу путем фосфорилирования),
· усиливает β-окисление жирных кислот (КАТ-I),
· индуцирует синтез кетоновых тел в митохондриях.
Адреналин
Производное тирозина. Катехоламин.
Синтезируется в мозговом слое надпочечников, синтез и секреция под влиянием ЦНС.
Действует через цАМФ, рецепторы находятся на поверхности мембраны (α- и β-адренергические).
Гормон стресса.
Повышает концентрацию глюкозы в крови, т.к. активирует гликогенфосфорилазу в печени.
В экстренных ситуациях активирует мобилизацию гликогена в мышечной ткани с образованием глюкозы для мышц.
Тормозит секрецию инсулина.
Кортизол
Синтезируется из холестерола путем гидроксилирования через прегненолон и прогестерон. Синтезируется в корковом веществе надпочечников.
Рецепторы в цитоплазме.
Влияние на обмен веществ:
· Стимулирует глюконеогенез (ПВК-карбоксилаза, ФЕП-карбоксикиназа). При высоких концентрациях повышает распад гликогена, что приводит к повышению уровня глюкозы в крови.
· Ингибирует синтез жиров в конечностях, стимулирует липолиз, синтез жиров в других частях тела.
· В периферических тканях (мышцах) тормозит биосинтез белков, стимулирует их катаболизм до аминокислот (для глюконеогенеза). В печени стимулирует синтез белков-ферментов глюконеогенеза.
Вызывает инволюцию лимфоидной ткани, гибель лимфоцитов.
Производные кортизола обладают противовоспалительной функцией (ингибируют фосфолипазу А2, что ведет к снижению уровня простагландинов - медиаторов воспаления).
Гиперкортицизм.
· повышенная секреция АКТГ (из-за опухоли) - болезнь Иценко-Кушинга;
· опухоль надпочечников - синдром Иценко-Кушинга.
В результате активирования глюконеогенеза, распада гликогена повышается концентрация глюкозы в крови. Возникает стероидный диабет (худые конечности, большой живот, лунообразное лицо).
Тиреоидные гормоны
Т 3 и Т 4 вырабатываются в фолликулах щитовидной железы из аминокислоты тирозина.
Рецепторы к ним располагаются в ядре, могут в цитоплазме.
Синтез зависит от поступления йода с пищей и водой. Для поддержания нормального синтеза требуется около 150 мкг йода в сутки (беременным - 200 мкг).
Механизм синтеза
1. В клетках фолликулов синтезируется тиреоглобулин (содержит 115 остатков тирозина).
2. Затем он поступает в полость фолликула.
3. Там происходит включение ионизированного йода (I - → I +) под действием тиреопероксидазы в третье или третье и пятое положение кольца тирозина. Образуется монойодтирозин (МИТ) и дийодтирозин (ДИТ).
4. Затем они конденсируются:
МИТ + ДИТ = Т 3 (трийодтирозин)
ДИТ + ДИТ = Т 4 (тетрайодтирозин)
Т 3 и Т 4 в составе тиреоглобулина не обладают активностью и могут находиться в фолликулах до появления стимула. Стимул - ТТГ.
5. Под действием ТТГ происходит активация ферментов (протеазы), которые отщепляют Т 3 и Т 4 от тиреоглобулина.
6. Т 3 и Т 4 поступают в кровь. Там они связываются с белками-переносчиками:
· тироксинсвязывающий глобулин (основной)
· тироксинсвязывающий преальбумин.
Наибольшей активностью обладает Т 3 , т.к. у него сродство к рецепторам в 10 раз выше, чем у Т 4 .
Действие Т 3 , Т 4
1) Действует на клетки:
§ повышает энергетический обмен (кроме гонад и клеток мозга)
§ усиливает потребление кислорода клетками
§ стимулирует синтез компонентов ЦПЭ
§ увеличивает количество митохондрий
§ в больших концентрациях - разобщитель окислительного фосфорилирования.
2) Повышает основной обмен.
При недостатке тиреоидных гормонов у новорожденных возникает кретинизм, у взрослых - гипотиреоз, микседема (слизистый отек), т.к. повышается синтез ГАГ и гиалуроновой кислоты, которые задерживают воду.
Также могут наблюдаться: Аутоиммунный тиреоидит. Эндемический зоб. Базедова болезнь.
ТЕМА 10
ПЕЧЕНЬ
Самая крупная железа. Выполняет множество функций:
ü поддержание нормальной концентрации глюкозы в крови за счет синтеза и распада гликогена и глюконеогенеза
ü защитная - синтез факторов свертывания крови (I, II, V, VII, IX, X)
ü влияет на липидный обмен: синтез Желчных кислот, кетоновых тел, ЛВП, фосфолипидов, 85% холестерола
ü влияет на белковый обмен: орнитиновый цикл, обезвреживание биогенных аминов
ü участвует в метаболизма гормонов
ü выполняет дезинтоксикационную функцию (обезвреживание).
Обезвреживанию подвергаются:
· ксенобиотики
· эндогенные токсические вещества.
Ксенобиотики - вещества, не выполняющие в организме энергетическую и пластическую функцию:
· предметы жизнедеятельности (транспорт, промышленность, сельское хозяйство)
· токсичные вещества парфюмерии, лакокрасочные изделия
· лекарственные вещества.
Обезвреживание может проходить в 2 стадии:
1 - если вещество гидрофобно, то на первой стадии оно становится гидрофильным (водорастворимым)
2 - конъюгация - соединение гидрофильных токсичных веществ с каким-либо другим → обезвреживание.
Обезвреживание может ограничиться первой стадии, если в процессе первой стадии токсичное вещество обрело гидрофильность и обезвредилось (вторая стадия не протекает).
Обезвреживание только второй стадией происходит, если токсичное вещество гидрофильное (протекает только конъюгация).
1 стадия обезвреживания: гидрофобное → гидрофильное
Может протекать путем:
· окисления
· восстановления
· гидролиза (расщепление)
· гидроксилирования - чаще всего (образование ОН-групп в токсичном веществе).
Принимает участие микросомальная ЦПЭ. (Митохондриальная ЦПЭ - энергетическая функция, микросомальная - пластическая).
Микросомы - обрывки гладкого ЭПР.
В микросомальной ЦПЭ могут функционировать ферменты:
· монооксигеназы - используют только один атом кислорода
· диоксигеназы - используют два атома кислорода = молекулу кислорода.
Микросомальная монооксигеназная ЦПЭ
Основной компонент - цитохром Р450. Он имеет два центра связывания: один - для атома кислорода, второй - для гидрофобного вещества.
Цитохром Р450 имеет следующие свойства:
· 
широкая субстратная специфичность (обезвреживает множество токсичных веществ - барбитураты, лекарственные вещества, спирт и т.д.);
· индуцируемость = усиление синтеза при употреблении токсичных веществ ("эффект царя Митридата", который принимал в течение жизни малые дозы яда, чтобы не быть отравленным).
Чтобы Р450 присоединил один атом кислорода и внедрил его к гидрофобному веществу, он должен быть активирован.
Р450 активируется электронами, поэтому ЦПЭ короткая.
Компоненты:
· НАДФН+Н + - кофермент из ПФП
· фермент НАДФН-зависимая-Р450-редуктаза - промежуточный переносчик; имеет 2 кофермента ФАД и ФМН - разделяют поток Н + и е - .
Механизм обезвреживания
(на примере индола, который образуется при гниении триптофана в кишечнике).
 |
1. Два атома водорода (в виде 2е - и 2Н +) перемещаются к НАДФН-зависимой-Р450-рдуктазе: сначала на ФАД, потом на ФМН.
2. От него 2Н + поступают на восстановление одного атома кислорода.
3. 2е - присоединяются к Р450, активируют его (Р450*) и вместе с протонами идут на восстановление Н 2 О.
4. Активированный Р450 присоединяет к себе второй атом кислорода в один активный центр, а гидрофобное вещество - в другой.
5. Р450* внедряет кислород в гидрофобное вещество с образованием ОН-группы.
Образуется гидрофильное, но еще токсичное вещество.
Некоторые вещества после 1 стадии могут становиться еще токсичнее (парацетамол может превращаться в токсичное вещество, поражающее клетки печени).
2 стадия: конъюгация
Гидрофильное токсичное + Другое вещество = Парное, нетоксичное, выводится с желчью
Участвуют ферменты трансферазы (II класс).
| Вещество, которое присоединяется к токсичному | Донор вещества, которое присоединяется | Фермент |
 Глюкуроновая кислота (производное глюкозы)
|  УДФ-глюкуронат
| УДФ-глюкуронил-трансфераза |
| Серная кислота | ФАФС
 3"-фосфоаденозин-5"-фосфосульфат
| Сульфо-трансфераза |
| Глутатион | Глу-Цис-Гли (обезвреживание токсичных форм кислорода) | Глутатион-трансфераза |
| Ацетильные группы | Ацетил-КоА | Ацетил-трансфераза |
| Метильные группы | SAM (биогенный амин) | Метил-трансфераза |
| Глицин | Глицин | Глицин-трансфераза |
В результате присоединения этих веществ токсичные вещества обезвреживаются.
Например, 2 стадия обезвреживания индола.
 |
Обезвреживание билирубина
Нормальная концентрация билирубина в крови - 8-20 мкмоль/л.
Это пигмент красно-коричневого цвета, образуется при распаде гемоглобина.
Бывает прямой и непрямой билирубин.
Гипербилирубинемию - повышение концентрации билирубина может вызвать:
· повышение гемолиза эритроцитов
· нарушение функций печени
· нарушение оттока желчи.
Гем - простетическая группа гемоглобина. Эритроциты погибают и разрушаются через 20 дней. Освобожденный гемоглобин разрушается (в селезенке, печени, красном костном мозге).
1. Под действием гемоксигеназы разрушается связь между 1 и 2 кольцом гема. Образуется зеленый пигмент вердоглобин.
2. От него спонтанно отщепляется железо (с трансферрином поступает в печень, где депонируется и используется повторно) и белковая часть (расщепляется до аминокислот, которые используются повторно). Образуется желтый пигмент биливердин.
3. Биливердин восстанавливается биливердинредуктазой (кофермент НАДФН+Н + из ПФП).
4. Образуется красно-коричневый билирубин. Он токсичный, нерастворимый, непрямой (НПБил). Он поступает в кровь, соединяется с альбумином (белок-переносчик) и поступает в печень.
5. Печень захватывает его с помощью белков лигандин (Л) и протеин Z (Z). Их деффект вызывает наследственную желтуху - синдром Жильбера (Ϯ).
6. В печени непрямой билирубин конъюгирует с 2 молекулами глюкуроновой кислоты под действием УДФ-глюкуронилтрансферазы. Образуется прямой, обезвреженный, растворимый билирубин (ПрБил).
Дефект УДФ-глюкуронилтрансферазы вызывает синдром Криглера-Найяра (наследственная желтуха Ϯ).
7. Обезвреженный билирубин поступает в кишечник.
8. Под действием ферментов микрофлоры превращается там в бесцветный стеркобилиноген.
9. 95% его выводится с калом, где окисляется на воздухе, приобретая коричневый цвет, и называется стеркобилин.
10. 5% через геморроидальную вену поступает в почки и выводится с мочой. Окисляется на воздухе, приобретает желтый цвет и называется уробилиноген.
Обезвреживание билирубина
Желтуха
При концентрации билирубина в крови выше 30 ммоль/л он может откладываться в слизистых и прадавать им желтый цвет.
Желтуху диагностируют по крови, моче и калу.
В зависимости от причин желтуха бывает:
1. Надпеченочная = гемолитическая.
Причина - повышенный гемолиз эритроцитов (при переливании несовместимой группы крови или дефекте фермента ПФП глюкоза-6Ф-дегидрогеназа).
Следовательно, печень функционирует нормально, но не успевает обезвреживать много непрямого билирубина. Поэтому диагностическая картина такова:
2. Печеночная
Причина - поражение печени, нарушение функции, разрушение клеток (цирроз, гепатит, хронический алкоголизм).
Следовательно, нарушается функция печени и она меньше обезвреживает непрямого билирубина. А т.к. клетки печени разрушены, то обезвреженный (прямой) билирубин поступает в кровь.
3. Подпеченочная
Причина - нарушение оттока желчи (желче-каменная болезнь).
Следовательно, все в крови.
4. Физиологическая желтуха новорожденных
Может возникать в первые 2 недели.
· повышенный распад гемоглобина (т.к. HbF замещается наHbA);
· недостаток активности фермента УДФ-глюкуронилтрансферазы.
Что делать:
· вводить фенобарбитал - индуктор синтеза фермента УДФ-глюкуронилтрансферазы;
· облучать синезеленым светом (волны длиной 620 нм). В таких условиях билирубин превращается в нетоксичный фотоизомер и выводится.
ТЕМА 11
ГЕМОСТАЗ
Гемостаз - система, включающая в себя процессы:
· остановки кровотечения после травматического повреждения сосудов;
· поддержание крови в жидком состоянии;
· включает компоненты, способствующие растворению тромбов.
Гемостаз проходит в 3 стадии:
1) тромбоцитарный = первичный гемостаз (3-5 мин) - сужение кровеносных сосудов, заканчивается образованием белого тромба;
2) гемокоагуляционный = вторичный гемостаз (10-30 мин). Включает 3 этапа:
а) прокоагулянтный - активирование протромбокиназы и превращение протромбина в тромбин;
б) коагуляция - образование рыхлого фибринового сгустка;
в) ретракция - образование плотного красного фибринового тромба.
3) фибринолиз - растворение красного фибринового тромба с целью восстановления микроциркуляции в сосуде.
Существует противосвертывающая система крови, которая направлена на ограничение распространения тромба местом повреждения сосуда.
1. Первичный гемостаз
Только тромбоциты способны к адгезии и агрегации.
Адгезия - налипание на края раны. Агрегация - скучивание вокруг раны.
Тромбоциты должны быть активированы.
Активация тромбоцитов заключается в:
· изменении их формы с пластинчатой на звездчатую;
· появление на мембранах тромбогенных участков (отрицательно заряженных фосфолипидов мембран), на которых будет происходить свертывание крови.
В норме кровь не сворачивается, т.к. тромбоциты имеют пластинчатую форму, а не звездчатую, и не способны к агрегации.
В кровеносных сосудах вырабатываются простациклины (производные арахидоновой кислоты), которые тормозят агрегацию тромбоцитов и сужение кровеносных сосудов.
Для активации существуют первичные и вторичные индукторы активации:
1) Первичные -
· фактор фон Виллебранда
· коллаген
· тромбин;
2) Вторичные - вырабатываются под действием тромбина (первичного индуктора активации).
Механизма активации тромбоцитов
1. При повреждении кровеносных сосудов тромбоцитами и эндотелием выделяется фактор фон Виллебранда (фВ), который взаимодействует с рецепторами тромбоцитов и коллагеном поврежденных сосудов, образует между ними мостики и способствует адгезии (прилипание к краям раны).
Под действием фактора фон Виллебранда в тромбоцитах активируется фосфолипаза С (ФлС), которая стимулирует образование ИФ 3 , который стимулирует выведение Ca 2+ из внутриклеточных депо. Ca 2+ связывается с кальмодулином, и этот комплекс активирует миокиназу, которая путем фосфорилирования активирует сократительный белок тромбостенин. Он сокращается и изменяет форму тромбоцита с пластинчатой на звездчатую, что облегчает их сцепление между собой, т.е. агрегацию.
Коллаген (появляется при повреждении кровеносных сосудов) взаимодействует с рецепторами тромбоцитов, активирует фосфолипазу А2, которая отщепляет от фосфолипидов мембран арахидоновую кислоту (20:4). Она под действием циклооксигеназы (ЦОГ) превращается в тромбоксаны, которые вызывают сужение сосуда и агрегацию тромбоцитов (агрегация пока обратимая, т.к при надавливании на края раны кровотечение восстанавливается).
2. Необратимая агрегация наступает под действием тромбина, который через ИФ3 высвобождает кальций из депо. Кальций активирует протеинкиназу С (ПкС), которая путем фосфорилирования активирует сократительный белок плекстрин. Он способен сокращать секреторные гранулы и высвобождать из них вторичные индукторы активации тромбоцитов. Под их действием происходит сужение сосудов и необратимая агрегация с образованием белого тромбоцитарного тромба. Кровотечение останавливается.
Вторичные индукторы активации тромбоцитов:
· АДФ, Са2+ - усиливают агрегацию,
· тромбоглобулин - снижает синтез гепарина и простациклинов,
· серотонин - сужает сосуды,
· фибронектин - связывает тромбоциты с коллагеном сосуда,
· тромбоспондин - агрегация,
· фактор фон Виллебранда - агрегация и адгезия.
Кроме того, при активации тромбоцитов на их поверхности появляются отрицательно заряженные фосфолипиды мембран - фактор №3. Эти участки тромбогеннные, т.к. на них будет протекать свертывание крови.
Если диаметр кровеносного сосуда меньше 100 мкм, то свертывание крови заканчивается тромбоцитарным гемостазом.
На ингибировании первичного гемостаза основано действие средств, "разжижающих" кровь (тромбоаз, аспирин - ингибирует ЦОГ → тормозится агрегация → снижается тромбообразование).
Противоположное действие - коллагеновые гемостатические повязки, которые усиливают агрегацию, сужение кровеносных сосудов и, следовательно, более быстро останавливают кровотечение.
Если повреждается более крупный сосуд, то наступает 2 стадия - гемокоагуляция.
Происходит активация тромбокиназы, превращающей протромбин в тромбин. Это каскадный механизма, в результате которого проис ходит усиление сигнала.
В нем принимают участие 13 факторов свертывания крови . Они находятся в неактивном виде, но при повреждении сосудов активируются частичным протеолизом, и к их номеру добавляется "а" - активированный.
|
Ферментами являются II, VII, IX, X, XI, XII факторы.
Все дальнейшие реакции с участием факторов свертывания крови протекают на мембранах тромбоцитов или клетках эндотелия поврежденных сосудов .
Мембранные комплексы
включают 4 компонента (на них происходит свертывание крови):
1. сами отрицательно заряженные фосфолипиды мембран;
2. Са 2+ - через него ферменты будут связываться с фосфолипидами мембран;
3. фермент (VII, IX, X, XI, XII факторы) - активируется частичным протеолизом, связывается с мембранами через ионы кальция своими отрицательно заряженными карбоксильными группами;
Все ферменты имеют дополнительный отрицательный заряд (карбоксильную группу) в составе глутаминовой кислоты. Образуются γ-карбоксиглутаминовые кислоты (ГКГК) в печени с участием витамина К. Антивитамины К (дикумарол и варфарин) препятствуют карбоксилированию глутаминовой кислоты и, следовательно, свертываемости крови.
Карбоксилирование глутаминовой кислоты
В результате этого происходит активация мембранных комплексов.
4. белок-активатор - усиливает действие фермента в 500-1000 раз.
2а - Прокоагулянтная стадия
На первой стадии необходимо активировать тромбокиназу. Эта реакция происходит на мембранах тромбоцитов.
Активация тромбокиназы
Тромбокиназа - комплекс факторов:
3. фермент (Xа фактор);
4. белок-активатор (Vа фактор).
Активация протекает двумя путями:
1 - прокоагулянтный (внешний) - 5-10 сек; инициатор - III фактор (тканевый);
2 - контактный (внутренний) - 10-12 мин; активируется при контакте XII фактора с коллагеном поврежденного сосуда. Менее распространен. Протекает возле воспаления на аномальных стенках (при атеросклерозе).
1- Внешний путь - каскадный (происходит усиление выработки тромбина).
На мембранах поврежденных клеток эндотелия сосудов появляется первый мембранный инициирующий комплекс:
1. 
отрицательно заряженные фосфолипиды мембран;
3. фермент (VII фактор);
4. белок-активатор (III фактор).
III фактор очень быстро активирует VII.
VIIа инициирует образование теназного мембранного комплекса.
Теназный мембранный комплекс:
1. отрицательно заряженные фосфолипиды мембран;
3. фермент (IХ фактор);
4. белок-активатор (VIII фактор).
В этом комплексе фактор IXа активирует тромбокназу (фактор Х).
Х фактор катализирует превращение небольшого количества протромбина в тромбин.
Тромбин по принципу обратной отрицательной связи вызывает активацию V, VII, VIII факторов в вышеперечисленных комплексах, что способствует каскадному усилению активации тромбокиназы.
В результате под действием Х фактора образуется много тромбина.
2 - Внутренний путь.
XII фактор при контакте с коллагеном активируется и образуется мембранный косплекс, который вместе с ВМК способен превращать прекалликреин в калликреин. Калликреин по принципу обратной отрицательной связи активирует XII фактор.
Общая схема прокоагулянтной стадии:
В результате протромбин активируется частичным протеолизом и превращается в тромбин:
2б - Коагуляция
Превращение фибриногена в фибрин под действием тромбина.
Фибриноген состоит из 6 ппц (2А, 2В и 2γ).
 |
Отщепление отрицательно заряженных А и В концов способствует образованию фибрин-мономера, изменению его конформации, открытию участков взаимодействия с другими мономерами.
В результате их агрегации образуется фибрин-полимер.
Фибриновый сгусток рыхлый, в его структуре присутствует сыворотка и тромбоциты.
Под действием XIII фактора происходит образование ковалентных связей между отдельными мономерами.
2в - Ретракция
Под действием сократительного белка тромбостенина фибрин-полимер сжимается, из него выдавливается сыворотка. Образуется красный фибриновый тромб. который стягивает края раны, облегчая ее зарастание соединительной тканью.
3. Фибринолиз
Разрушение красного фибринового тромба.
Когда образовался тромб, в печени синтезируется плазминоген, который прикрепляется к тромбу вместе со своими активаторами.
Активаторы плазминогена:
· ТАП (основной) - тканевый активатор плазминогена - синтезируется эндотелием;
· урокиназа - синтезируется в моче, а также в тканях фибробластами и макрофагами;
· стрептокиназа - фермент стрептококков.
Под действием плазмина (активированного плазминогена) расщепляются фибриновые нити на мелкие кусочки (ппц), которые поступают в кровь. В результате тромб растворяется.
Похожая информация.
Дайте определение понятию стресс, перечислите фазы стресса.
Объясните, почему стресс называется «общим адаптационным синдромом»
Назовите стресс-реализующие гормональные системы.
Перечислите важнейшие гормоны, участвующие в развитии общего адаптационного синдрома.
Перечислите основные эффекты гормонов, обеспечивающие кратковременную адаптацию, объясните механизм.
Объясните понятие «системный структурный след адаптации», какова его физиологическая роль?.
Эффекты какого гормона обеспечивают долговременную адаптацию, каковы механизмы действия этого гормона?
Перечислите гормоны коры надпочечников.
Укажите, в чем заключается влияние глюкокортикоидов
на белковый обмен
на жировой обмен
на углеводный обмен
Гормоны в регуляции основных параметров гомеостаза Гормональная регуляция обмена веществ
Когда мы говорим о регуляции всех видов обмена, мы немного лукавим. Дело в том, что избыток жиров приведет к нарушению их обмена и образованию, например, атеросклеротических бляшек, а недостаток к нарушению синтеза гормонов лишь через длительное время. Это же касается и нарушений белкового обмена. Лишь уровень глюкозы в крови является тем гомеостатическим параметром, снижение уровня которого приведет к гипогликемической коме через несколько минут. Это произойдет в первую очередь потому, что нейроны не получат глюкозы. Поэтому, говоря об обмене веществ, в первую очередь обратим внимание на гормональную регуляцию уровня глюкозы в крови, а параллельно остановимся на роли этих же гормонов в регуляции жирового и белкового обмена.
Регуляция углеводного обмена
Глюкоза наряду с жирами и белками является источником энергии в организме. Запасы энергии в организме в виде гликогена (углеводы) невелики по сравнению с запасом энергии, представленной в виде жиров. Так, количество гликогена в организме человека весом 70 кг составляет 480 г (400 г – гликоген мышц и 80 г – гликоген печени), что эквивалентно 1920 ккал (320 ккал-гликоген печени и 1600 – гликоген мышц). Количество циркулирующей глюкозы в крови составляет всего 20 г (80 ккал). Содержащаяся в этих двух депо глюкоза является основным и почти единственным источником питания инсулиннезависимых тканей. Так, головной мозг массой 1400 г при интенсивности кровоснабжения 60 мл/100 г в минуту потребляет 80 мг/мин глюкозы, т.е. около 115 г за 24 часа. Печень способна генерировать глюкозу со скоростью 130 мг/мин. Таким образом, более 60% глюкозы, образующейся в печени, идет на обеспечение нормальной активности центральной нервной системы, причем это количество остается неизменным не только при гипергликемии, но даже при диабетической коме. Потребление глюкозы ЦНС уменьшается лишь после того, как ее уровень в крови становится ниже 1,65 ммоль/л (30 мг%). В синтезе одной молекулы гликогена участвуют от 2000 до 20 000 молекул глюкозы. Образование гликогена из глюкозы начинается с процесса фосфорилирования ее с помощью ферментов глюкокиназы (в печени) и гексокиназы (в других тканях) с образованием глюкозо-6-фосфата (Г-6-Ф). Количество глюкозы в крови, оттекающей от печени, зависит в основном от двух взаимосвязанных процессов: гликолиза и глюконеогенеза, которые в свою очередь регулируются ключевыми ферментами фосфофруктокиназой и фруктозо-1, 6-бисфосфатазой соответственно. Активность этих ферментов регулируется гормонами.
Регуляция концентрации глюкозы в крови происходит двумя путями: 1) регуляция по принципу отклонения параметра от нормальных значений. Нормальная концентрация глюкозы в крови составляет 3.6 – 6.9 ммоль/л. Регуляция концентрации глюкозы в крови в зависимости от ее концентрации осуществляется двумя гормонами с противоположными эффектами – инсулином и глюкагоном; 2) регуляция по принципу возмущения – эта регуляция не зависит от концентрации глюкозы в крови, а осуществляется в соответствии с необходимостью увеличения уровня глюкозы в крови в различных, как правило, стрессирующих ситуациях. Гормоны, увеличивающие уровень глюкозы в крови, поэтому называются контринсулярными. К ним относятся: глюкагон, адреналин, норадреналин, кортизол, тиреоидные гормоны, соматотропин, потому, что единственный гормон, снижающий уровень глюкозы в крови – инсулин (рисунок 18).
Основное место в гормональной регуляции гомеостаза глюкозы в организме отводится инсулину. Под влиянием инсулина активируются ферменты фосфорилирования глюкозы, катализирующие образование Г-6-Ф. Инсулин также повышает проницаемость клеточной мембраны для глюкозы, что усиливает ее утилизацию. При увеличении концентрации Г-6-Ф в клетках повышается активность процессов, для которых он является исходным продуктом (гексозомонофосфатный цикл и анаэробный гликолиз). Инсулин увеличивает долю участия глюкозы в процессах образования энергии при неизменном общем уровне энергопродукции. Активация инсулином гликогенсинтетазы и гликогенветвящего фермента способствует увеличению синтеза гликогена. Наряду с этим инсулин оказывает ингибирующее влияние на глюкозо-6-фосфатазу печени и тормозит, таким образом, выход свободной глюкозы в кровь. Кроме того, инсулин угнетает активность ферментов, обеспечивающих глюконеогенез, за счет чего тормозится образование глюкозы из аминокислот Конечным результатом действия инсулина (при его избытке) является гипогликемия, стимулирующая секрецию контринсулярных гормонов-антагонистов инсулина.
ИНСУЛИН - гормон синтезируется клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Основной стимул для секреции - повышение уровня глюкозы в крови. Гипергликемия способствует увеличению выработки инсулина, гипогликемия уменьшает образование и поступление гормона в кровь Кроме того, секреция инсулина усиливается под влиянием. ацетилхолина (парасимпатическая стимуляция), норадреналина через -адренорецепторы, а через -адренорецепторы норадреналин тормозит секрецию инсулина. Некоторые гормоны желудочно-кишечного тракта, такие как желудочный ингибирующий пептид, холецистокинин, секретин, увеличивают выход инсулина. Основной эффект гормона – снижение уровня глюкозы в крови.
Под воздействием инсулина происходит уменьшение концентрации глюкозы в плазме крови (гипогликемия). Это связано с тем, что инсулин способствует превращению глюкозы в гликоген в печени и мышцах (гликогенез). Он активирует ферменты, участвующие в превращении глюкозы в гликоген печени, и ингибирует ферменты, расщепляющие гликоген.
Энергетический гомеостаз обеспечивает энергетические потребности тканей с использованием различных субстратов. Т.к. углеводы являются основным источником энергии для многих тканей и единственным для анаэробных, регуляция углеводного обмена является важной составляющей энергетического гомеостаза организма.
Регуляция углеводного обмена осуществляется на 3 уровнях:
центральный.
межорганный.
клеточный (метаболический).
1. Центральный уровень регуляции углеводного обмена
Центральный уровень регуляции осуществляется с участием нейроэндокринной системы и регулирует гомеостаз глюкозы в крови и интенсивность метаболизма углеводов в тканях. К основным гормонам, поддерживающим нормальный уровень глюкозы в крови 3,3-5,5 мМоль/л, относят инсулин и глюкагон. На уровень глюкозы влияют также гормоны адаптации – адреналин, глюкокортикоиды и другие гормоны: тиреоидные, СДГ, АКТГ и т.д.
2. Межорганный уровень регуляции углеводного обмена
Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори) Глюкозо-аланиновый цикл
Глюкозо-лактатный цикл не требует наличие кислорода, функционирует всегда, обеспечивает: 1) утилизацию лактата, образующегося в анаэробных условиях (скелетные мышцы, эритроциты), что предотвращает лактоацидоз; 2) синтез глюкозы (печень).
Глюкозо-аланиновый цикл функционирует в мышцах при голодании. При дефиците глюкозы, АТФ синтезируется за счет распад белков и катаболизма аминокислот в аэробных условиях, при этом глюкозо-аланиновый цикл обеспечивает: 1) удаление азота из мышц в нетоксичной форме; 2) синтез глюкозы (печень).
3. Клеточный (метаболический) уровень регуляции углеводного обмена
Метаболический уровень регуляции углеводного обмена осуществляется с участием метаболитов и поддерживает гомеостаз углеводов внутри клетки. Избыток субстратов стимулирует их использование, а продукты ингибируют свое образование. Например, избыток глюкозы стимулирует гликогенез, липогенез и синтез аминокислот, дефицит глюкозы - глюконеогенез. Дефицит АТФ стимулирует катаболизм глюкозы, а избыток – наоборот ингибирует.
IV . Педфак . Возрастные особенности ПФШ и ГНГ, значение.
ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
кафедра биохимии
Утверждаю
Зав. каф. проф., д.м.н.
Мещанинов В.Н.
_____‘’_____________2005 г
ЛЕКЦИЯ № 10
Тема: Структура и обмен инсулина, его рецепторов, транспорт глюкозы.
Механизм действия и метаболические эффекты инсулина.
Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический. 2 курс.
Гормоны поджелудочной железы
Поджелудочная железа выполняет в организме две важнейшие функции: экзокринную и эндокринную. Экзокринную функцию выполняет ацинарная часть поджелудочной железы, она синтезирует и секретирует панкреатический сок. Эндокринную функцию выполняют клетки островкового аппарата поджелудочной железы, которые секретируют пептидные гормоны, участвующие в регуляции многих процессов в организме.1-2 млн. островков Лангерганса составляют 1-2% массы поджелудочной железы.
В островковой части поджелудочной железы выделяют 4 типа клеток, секретирующих разные гормоны: А- (или α-) клетки (25%) секретируют глюкагон, В- (или β-) клетки (70%) - инсулин, D- (или δ-) клетки (<5%) - соматостатин, F-клетки (следовые количества) секретируют панкреатический полипептид. Глюкагон и инсулин в основном влияют на углеводный обмен, соматостатин локально регулирует секрецию инсулина и глюкагона, панкреатический полипептид влияет на секрецию пищеварительных соков. Гормоны поджелудочной железы выделяются в панкреатическую вену, которая впадает в воротную. Это имеет большое значение т.к. печень является главной мишенью глюкагона и инсулина.
Строение инсулина
Инсулин - полипептид, состоящий из двух цепей. Цепь А содержит 21 аминокислотный остаток, цепь В - 30 аминокислотных остатков. В инсулине 3 дисульфидных мостика, 2 соединяют цепь А и В, 1 соединяет 6 и 11 остатки в А цепи.
Инсулин может существовать в форме: мономера, димера и гексамера. Гексамерная структура инсулина стабилизируется ионами цинка, который связывается остатками Гис в положении 10 В-цепи всех 6 субъединиц.
Инсулины некоторых животных имеют значительное сходство по первичной структуре с инсулином человека. Бычий инсулин отличается от инсулина человека на 3 аминокислоты, а инсулин свиньи отличается только на 1 аминокислоту (ала вместо тре на С конце В-цепи).
Во многих положениях А и В цепи встречаются замены, не оказывающие влияния на биологическую активность гормона. В положениях дисульфидных связей, остатков гидрофобных аминокислот в С-концевых участках В-цепи и С- и N-концевых остатков А-цепи замены встречаются очень редко, т.к. эти участки обеспечивают формирование активного центра инсулина.
Биосинтез инсулина включает образование двух неактивных предшественников, препроинсулина и проинсулина, которые в результате последовательного протеолиза превращаются в активный гормон.
1. На рибосомах ЭПР синтезируется препроинсулин (L-В-С-А, 110 аминокислот), биосинтез его начинается с образования гидрофобного сигнального пептида L (24 аминокислот), который направляет растущую цепь в просвет ЭПР.
2. В просвет ЭПР препроинсулин превращается в проинсулин при отщеплении эндопептидазой I сигнального пептида. Цистеины в проинсулине окисляются с образованием 3 дисульфидных мостиков, проинсулин становиться «сложным», имеет 5% активности от инсулина.
3. «Сложный» проинсулин (В-С-А, 86 аминокислот) поступает в аппарат Гольджи, где под действием эндопептидазы II расщепляется с образованием инсулина (В-А, 51 аминокислот) и С-пептида (31 аминокислота).
4. Инсулин и С-пептид включаются в секреторные гранулы, где инсулин соединяется с цинком, образуя димеры и гексамеры. В секреторной грануле содержание инсулина и С-пептида составляет 94%, проинсулина, интермедиатов и цинка - 6%.
5. Зрелые гранулы сливаются с плазматической мембраной, а инсулин и С-пептид попадают во внеклеточную жидкость и далее в кровь. В крови олигомеры инсулина распадаются. За сутки в кровь секретируется 40-50 ед. инсулина, это составляет 20% от его общего запаса в поджелудочной железе. Секреция инсулина энергозависимый процесс, происходит с участием микротубулярно-ворсинчатой системы.
Схема биосинтеза инсулина в β-клетках островков Лангерганса
ЭПР - эндоплазматический ретикулум. 1 - образование сигнального пептида; 2 - синтез препроинсулина; 3 - отщепление сигнального пептида; 4 - транспорт проинсулина в аппарат Гольджи; 5 - превращение проинсулина в инсулин и С-пептид и включение инсулина и С-пептида в секреторные гранулы; 6 - секреция инсулина и С-пептида.
Ген инсулина находиться в 11 хромосоме. Выявлены 3 мутации этого гена, у носителей низкая активность инсулина, отмечается гиперинсулинемия, нет инсулинорезистентности.
Регуляция синтеза и секреции инсулина
Синтез инсулина индуцируют глюкоза и секреция инсулина. Репрессирует секрецию жирные кислоты.
Секрецию инсулина стимулируют: 1. глюкоза (главный регулятор), аминокислоты (особенно лей и арг); 2. гормоны ЖКТ(β-адренергические агонисты, через цАМФ):ГИП , секретин, холецистокинин, гастрин, энтероглюкагон; 3. длительно высокие концентрации СТГ, кортизола, эстрогенов, прогестинов, плацентарного лактогена, ТТГ, АКТГ; 4. глюкагон; 5. повышение К + или Са 2+ в крови; 6. лекарства, производные сульфонилмочевины (глибенкламид).
Под влиянием соматостатина секреция инсулина понижается. β-клетки также находятся под влиянием автономной нервной системы. Парасимпатическая часть (холинергические окончания блуждающего нерва) стимулирует выделение инсулина. Симпатическая часть (адреналин через α 2 -адренорецепторы) подавляет выделение инсулина.
Секреция инсулина осуществляется с участием нескольких систем, в которых основная роль принадлежит Са 2+ и цАМФ.
Поступление Са 2+ в цитоплазму контролируется несколькими механизмами:
1). При повышении концентрации глюкозы в крови выше 6-9 ммоль/л, она при участии ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-2 поступает в β-клетки и фосфорилируется глюкокиназой. При этом концентрация глюкозо-6ф в клетке прямо пропорциональна концентрации глюкозы в крови. Глюкозо-6ф окисляется с образованием АТФ. АТФ образуется также при окислении аминокислот и жирных кислот. Чем больше в β-клетке глюкозы, аминокислот, жирных кислот тем больше из них образуется АТФ. АТФ ингибирует на мембране АТФ-зависимые калиевые каналы, калий накапливается в цитоплазме и вызывает деполяризацию клеточной мембраны, что стимулирует открытие потенциалзависимых Са 2+ -каналов и поступление Са 2+ в цитоплазму.
2). Гормоны, активирующие инозитолтрифосфатную систему (ТТГ), выпускают Са 2+ из митохондрий и ЭПР.
цАМФ образуется из АТФ с участием АЦ, которая активируется гормонами ЖКТ, ТТГ, АКТГ, глюкагоном и Са 2+ -кальмодулиновым комплексом.
цАМФ и Са 2+ стимулируют полимеризацию субъединиц в микротубулы (микроканальцы). Влияние цАМФ на микроканальцевую систему опосредуется через фосфорилирование ПК А микроканальцевых белков. Микроканальцы способны сокращаться и расслабляться, перемещая гранулы по направлению к плазматической мембране обеспечивая экзоцитоз.
Секреция инсулина в ответ на стимуляцию глюкозой представляет собой двухфазную реакцию, состоящую из стадии быстрого, раннего высвобождения инсулина, называемую первой фазой секреции (начинается через 1 мин, продолжается 5-10 мин), и второй фазы (продолжительность ее до 25-30 мин).
Транспорт инсулина. Инсулин водорастворим и не имеет белка-переносчика в плазме. Т 1/2 инсулина в плазме крови составляет 3-10 мин, С-пептида - около 30 мин, проинсулина 20-23 мин.
Разрушение инсулина происходит под действием инсулинзависимой протеиназы и глутатион-инсулин-трансгидрогеназы в тканях мишенях: в основном в печени (за 1 проход через печень разрушается около 50% инсулина), в меньшей степени в почках и плаценте.