Порушення вуглеводного обміну - патофізіологія обмінних процесів
Відео: pathophysiology of carbohydrate metabolism (Lecture). T.N.0 Alhendi. Part 1/2
ПОРУШЕННЯ ВУГЛЕВОДНОГО ОБМІНУ
Головним продуктом розщеплення вуглеводів в травному тракті є глюкоза. Ті невеликі кількості фруктози і галактози, які утворюються в результаті розщеплення сахарози і лактози, перетворюються в печінці в глюкозу і можуть служити субстратами для синтезу глікогену.
Глюкоза використовується як джерело енергії багатьох клітин організму і є єдиним енергетичним субстратом для клітин головного мозку. Отже, підтримання рівня глюкози в крові у вузьких межах (3,0-5,0 ммоль / л, або 55-80 мг / 100 мл вранці натщесерце) займає одне з важливих місць в гомеостатических механізмах організму.
Рівень глюкози в плазмі крові в будь-який даний час є результатом рівноваги між всмоктуванням глюкози з кишечника, надходженням глюкози в периферичні тканини, особливо в м`язи і головний мозок, освітою глікогену в печінці (глікогенез), руйнуванням глікогену в печінці (глікогеноліз), освітою глюкози з амінокислот (глюконеогенез) і взаємодією з ліпідним обміном, особливо з вільними жирними кислотами плазми, які можуть бути використані багатьма тканинами як альтернативне джерело енергії щодо глюкози.
Баланс глюкози в плазмі крові регулюється численними і різноманітними факторами. Найбільш важливими серед них є такі три групи:
- кількість і характер їжі;
- інсулін і контрінсулярних гормони;
- рівень глюкози в плазмі і крові (глікемія).
Після введення глюкози через рот (перорально) відбувається збільшення секреції інсуліну. Останній сприяє утилізації та депонування глюкози і перешкоджає несвоєчасного підйому рівня глюкози в плазмі крові. Пероральне надходження глюкози викликає більш значну секрецію інсуліну в порівнянні з внутрішньовенним введенням такої ж кількості глюкози. Цей феномен може бути обумовлений стимуляцією острівців Лангерганса імпульсами, що виникають в травному тракті і прямують потім по правому блукаючому нерву до загально-клітинам підшлункової залози. Вважають також, що звільнення інсуліну сприяють кишкові гормони (секретин, гастрин, холецистокінін-папкрсозімін і ін.).
Після всмоктування глюкози в кишечнику підвищення її рівня в крові (гіпергліемія) надає прямий стимулюючий вплив на секрецію інсуліну. Одночасно гіперглікемія гальмує процес глікогенолізу в печінці. Підвищена секреція інсуліну і зниження гликогенолиза в печінці при гіперглікемії призводить до посиленого видалення глюкози з циркуляції крові і встановлення її концентрації в нормальних межах. Тут доречно зазначити, що при зниженні рівня глюкози в крові (гіпоглікемії) до певних меж виникають протилежні ефекти, а саме: секреція інсуліну пригнічується, а процес глікогенолізу в печінці посилюється, що призводить до відновлення нормального рівня глюкози в циркуляції крові. Таким чином, відбувається ауторегуляция рівня глюкози в крові за механізмом зворотного зв`язку.
Інсулін сприяє утилізації глюкози в так званих інсулін-залежних тканинах (скелетні і сердечна м`язи, жирова тканина, печінка, корковий шар нирок, лейкоцити). Після всмоктування 100 г глюкози тільки 15% її утилізується інсулінозалежний тканинами. 25% глюкози утилізується при відповідних потребах в інсуліннезалежний тканинах (нервова тканина, мозковий шар нирок, кишечник, еритроцити). Решта 55-60% утримуються в печінці, так як бар`єру для надходження глюкози в печінкові клітини не існує. Печінка в цьому відношенні стоїть осібно: вона «перехоплює» глюкозу з портальної вени і перешкоджає її вступу в системну циркуляцію крові. У печінці глюкоза утилізується для синтезу глікогену і тригліцеридів.
Глюкоза, що надійшла в клітини (в тому числі в гепатоцити), фосфорилюється в результаті реакції з АТФ з утворенням глюкозо-6-фосфату. Фосфорилювання глюкози каталізується двома ферментами - інсулін-незалежної гексокиназой і інсулін-залежною глюкокіназа. Реакція освіти глюкозо-6-фосфату є незворотною і супроводжується виділенням енергії. Клітинні мембрани порівняно погано проникні для фосфорних ефірів гексоз і дана реакція як би «замикає» глюкозу всередині клітини. Клітини, однак, не можуть депонувати глюкозо-6 фосфат, який перетворюється в глікоген (в печінці і скелетних м`язах) або в жирні кислоти нейтральних три гліцеридів (в печінці і жировій тканині). Саме глікоген і тригліцериди є депоновані джерела енергії.
Після голодування протягом ночі, т. Е. Вранці натщесерце печінку і інсулінозалежні тканини (покояться м`язи і жирова тканина) виявляють незначне поглинання глюкози. Інсулін-незалежні тканини (мозок, еритроцити і ін.) Виявляють поглинання глюкози з постійною швидкістю 150-200 г в добу-рівень глюкози в крові підтримується метаболічної активністю печінки. Остання містить близько 70 г глікогену, який може негайно стати джерелом глюкози шляхом гликогенолиза. Однак резерв глікогену в печінці обмежений і постачання глюкозою шляхом гликогенолиза триває менше доби. В подальшому при голодуванні стимулюється синтез вуглеводів з невуглеводних джерел - глюконеогенез. Головними джерелами для глюкопсогенеза є амінокислоти, гліцерин і лактат. Через 2-3 доби від початку голодування глюконеогенез стає більш важливим процесом у порівнянні з гликогенолизом. В кінцевому підсумку сировинним матеріалом для глюконеогенезу стає білок це відбивається на збільшенні швидкості екскреції азоту вже на ранніх етапах голодування.
Постійна утилізація глюкози відбувається у всіх тканинах. Однак залежність різних тканин від концентрації глюкози в циркуляції крові неоднакова. Найбільшу залежність відчуває головний і спинний мозок, для яких глюкоза - головне джерело енергії. Серцевий м`яз і нирки забезпечують свої енергетичні потреби окисленням ацетоацетата, що надходить з печінки, і тому менш чутливі до коливань рівня глюкози в крові. Скелетні м`язи в стані спокою, подібно міокарду і ниркам утилізують ацетоацетат, який утворюється в печінці, з глікогену або жирних кислот. У скорочуються скелетних м`язах окислення ацетоацетата збільшується, проте головним джерелом енергії м`язового скорочення
є утворення АТФ при швидкій утилізації глікогену, що депонується, що розщеплюється до лактату. Процес анаеробного гліколізу дозволяє скорочується м`язам протягом деякого часу зберегти відносну незалежність від припливу глюкози з циркулюючої крові.
інсулін
Інсулін синтезується в В-клітинах острівців Лангерганса у вигляді поліпептидного попередника - пронісуліна, що складається з А і В ланцюгів, з`єднаних пептидним фрагментом (С-пептид) і двома сульфідними групами. Під дією пептідаз середній сегмент (С-пептид) вирізається і видаляється з молекули інсуліну. Продукти цієї реакції - інсулін і С-пептид накопичуються в гранулах В клітин і секретуються разом в циркуляцію під впливом відповідних стимулів. Освіта і секреція С-пептиду використовується для вимірювання функції В- клітин в умовах, коли не можна визначити вміст інсуліну (наприклад, у пацієнтом з цукровим діабетом, які отримують екзогенний інсулін). Головним стимулом як для синтезу, так і для секреції інсуліну є гіперглікемія. Однак на звільнення інсуліну впливають багато інших чинників. Стимуляторами секреції інсуліну є: соматотропін, глюкагон, кишкові гормони, цАМФ, ряд амінокислот і жирних кислот, підвищена активність блукаючого нерва, сульфонілсечовина. Інгібіторами секреції інсуліну є: соматостатин, адреналін, норадреналін, голодування, гіпоксія, гіпотермія, ваготония. Слід, однак, пам`ятати, що зазначені стимулюючі і інгібуючі фактори навряд чи відіграють істотну роль в нормальному гомеостазі глюкози.
Інсулін діє на клітини-мішені, зв`язуючись зі специфічними мембранними рецепторами. Введення інсуліну викликає швидке зниження концентрації глюкози в крові Під впливом інсуліну йде транспорт глюкози з позаклітинного сектора в клітини м`язової, жирової та інших тканин. Одночасно інсулін стимулює синтез глікогену в м`язах і жирних кислот в печінці і жировій тканині
Інсулін є потужним анаболічним гормоном: він сприяє синтезу білка з амінокислот і пригнічує розпад нейтрального жиру (ліполіз).
У печінці під впливом інсуліну пригнічується активність глюкозо-6-фосфати, що призводить до зменшення інтенсивності гликогенолиза. Крім того, сприяючи синтезу білків з амінокислот, інсулін зменшує процес глюконеогенезу.
Загальним ефектом впливу інсуліну є зниження рівня глюкози в крові. Оскільки напівперіод життя інсуліну становить 3-4 хв, постійна і варьирующая секреції інсуліну є головний регуляторний механізм, за допомогою якого рівень глюкози в крові підтримується у вузьких межах.
Контрінсулярних гормони. Глюкагон. Глюкагон виробляється і секретується А клітинами острівців Лангерганса. Головним стимулятором секреції глюкагону є гіпоглікемія, коли рівень глюкози в крові падає нижче 4,5) ммоля / л (80 мг / 100). Стимулюючою дією на звільнення глюкагону володіють також голодування, фізичні вправи. Основна дія глюкагону полягає в підвищенні фосфорілазной активності і, отже, посилення глікогенолізу в печінці. Результатом підвищеного розпаду глікогену в печінці під впливом глюкагону є підвищення концентрації глюкози в крові, т. Е. Гіперглікемія, Глюкагон, на відміну від адреналіну, не стимулює глікогеноліз в м`язах і не має прямого впливу на процес утилізації глюкози тканинами.
адреналін
Адреналін стимулює глікогеноліз не тільки в печінці, але і в скелетних м`язах. Гіперглікемічних ефектадреналіну обумовлений також його інгібуючу дію па секрецію інсуліну і зменшенням утилізації глюкози скелетними м`язами. Крім того, адреналін підвищує глюконеогенез за допомогою стимуляції секреції кортікотропіпа і адренокортикоїдів.
Відео: порушення вуглеводного обміну
соматотропин
Соматотропин надає потужний стимулюючий ефект на острівкові клітини, що може поступово привести до виснаження і атрофії В- клітин, пригнічення оборазованія і секреції інсуліну і розвитку гіперглікемії. У той час як інсулін стимулює утилізацію глюкози тканинами і сприяє депонуванню нейтрального жиру, соматотропін прямим або непрямим шляхом надає на ці процеси протилежну дію. При спільній дії соматотропін і інсулін стимулюють синтез білка.
глюкокортикоїди
Глюкокортикоїди стимулюють глюконеогенез і глікогеноліз в печінці, викликаючи підвищення рівня глюкози в крові. Глюкокортикоїди викликають також інгібування синтезу білка і стимуляцію ліполізу, що сприяє посиленню глюконеогенезу.
тиреоидина гормони
Гормони щитовидної залози також відіграють певну роль в регуляції вуглеводного обміну за допомогою посилення глікогенолізу і підвищення всмоктування глюкози в кишечнику. При певних умовах (наприклад, при инсулярной недостатності) підвищена секреція тиреоїдних гормонів може викликати минущу гипергликемию.
статеві гормони
Статеві гормони, роблять виражений вплив на рівень глюкози в крові в умовах инсулярной недостатності (наприклад, після субтотальної панкреатектомії). У цих умовах андрогени підвищують, а естрогени зменшують частоту розвитку гіперглікемії.
Таким чином, інсулін і контрінсулярних гормони грають важливу роль в регуляції вуглеводного обміну, який тісно пов`язаний з обміном ліпідів і білків. Порушень гормонального рівноваги, яке забезпечує нормальний гомеостаз глюкози в крові і її утилізацію тканинами, призводять до розладів вуглеводного обміну. Найбільш типовим і важливим серед цих розладів є цукровий діабет.
