Инсулинозависимые ткани

У вас СД 2 типа?

Директор "Института диабета" : «Выбросьте глюкометр и тест-полоски. Больше никакого Метформина, Диабетона, Сиофора, Глюкофажа и Янувии! Лечите его этим...»

Читать подробнее >>

Инсулинозависимый 1-ый тип сахарного диабета: форма и причины

Инсулинозависимый сахарный диабет I типа возникает за счет недостаточности секреции инсулина β-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы (ИЗСД).

Инсулинозависимый тип сахарного диабета — это неоднородное по своим причинам и механизмам развития нарушений заболевание. Недостаточность секреции инсулина может развиться вследствие аутоиммунного поражения β-клеток островкового аппарата. Это так называемая инсулинозависимая форма сахарного диабета, или диабет I типа. Выяснено, что аутоиммунное воспаление в островковой ткани развивается у лиц с генетической предрасположенностью. Среди факторов, способствующих появлению диабета, выделяют пищевой (доказана патогенетическая роль повышенного содержания в пище углеводов, белков коровьего молока, а также нитратов, нитритов и особенно нитрозаминов), вирусную инфекцию (аденовирусы и др.), быстрый рост в пубертатном периоде развития и стрессовые воздействия.

Вирусы, химические вещества и другие факторы вызывают активацию процессов свободнорадикального окисления в β-клетках. Почему именно в β-клетках? Дело в том, что в них снижена активность антиоксидантных защитных систем (супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы). Под воздействием свободных радикалов β-клетки изменяют свои антигенные свойства, что запускает аутоиммунную реакцию.

Причины инсулинозависимого сахарного диабета различны: он может сопутствовать разнообразным заболеваниям поджелудочной железы — опухолям, пакреонекрозу, хроническому панкреатиту, саркоидозу, гемохроматозу и др.

Инсулиннезависимый сахарный диабет 2-го типа и его осложнения

Инсулиннезависимый сахарный диабет 2 типа связан с потерей чувствительности клеток-мишеней к инсулину. Это так называемый инсулиннезависимый диабет, или диабет II типа. Ранее предполагалось, что инсулинорезистентность связана с какой-либо патологией рецептора инсулина. И действительно, описана форма диабета II типа, обусловленная образованием аутоантител к рецептору инсулина (диабет, сочетающийся с акантозом и красной волчанкой). Однако этот вариант диабета редок. Основной же причиной, по которой развивается инсулиннезависимый диабет 2 типа, являются передаваемые по наследству мутации генов, кодирующих различные компоненты системы регуляторных белков и ферментов, передающих сигнал инсулина от рецептора в клетку, т.е. патология пострецепторного аппарата клеток-мишеней. Эти мутации разнообразны. Резистентность клеток к инсулину не всегда сопровождается диабетом — островковый аппарат поджелудочной железы, подвергаясь компенсаторной гипертрофии, способен вырабатывать намного больше инсулина, чем его требуется в норме. И только в том случае, когда компенсаторные возможности поджелудочной железы истощаются, инсулинорезистентность начинает проявляться диабетом II типа. Такое происходит в пожилом возрасте и при воздействии ряда внешних факторов, главными из которых являются неправильное питание, приводящее к ожирению, а также избыточная продукция (или введение в организм) контринсулярных гормонов, что может наблюдаться при гиперкортицизме, акромегалии, беременности и пр. Избыточное питание приводит к длительной гипергликемии и таким образом создает дополнительную нагрузку на инсулярный аппарат. Похожим эффектом обладают и контринсулярные гормоны.

Инсулин синтезируется в β-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы в ответ на повышение концентрации в крови глюкозы, ионов кальция, аргинина, лейцина, глутаминовой кислоты под контролем соматотропина и соматостатина. По химической природе инсулин — белок, имеющий четвертичную структуру и состоящий из 4 субъединиц.

Особую опасность представляют собой осложнения инсулиннезависимого сахарного диабета, которые поражают абсолютно все органы и системы человеческого организма. Клетки-мишени для свободного инсулина: гепатоциты печени, клетки скелетных мышц; для связанного с белками инсулина: адипоциты жировой ткани. Клетки нервной ткани и ЦНС не имеют белков-рецепторов к инсулину, т.е. при сахарном диабете нарушения метаболизма в нервных клетках и ЦНС не происходит (транспорт глюкозы в клетки нервной ткани не требует инсулина).

Инсулин в клетках-мишенях влияет на активность ферментов обмена углеводов, липидов, белков, минеральный обмен.

Эффективная комбинация биохимических тестов в диагностике сахарного диабета:

Биохимический тест

Направление изменений

Глюкоза в крови

Повышение

Глюкоза в моче

(+)

Инсулин в крови

Снижение или норма

Соматотропин (антагонист инсулина)

Повышение

АКТГ (антагонист инсулина)

Повышение

Гидрокортизон (антагонист инсулина)

Повышение

Адреналин (антагонист инсулина)

Повышение

Глюкагон (антагонист инсулина)

Повышение

med-pomosh.com

          Увеличение скорости синтеза кетоновых тел резко повышает их содержание в крови – кетонемия и развитие метаболического ацидоза. Его симптомами бывают быстрая утомляемость, раздражимость, боли в желудке, тошнота.

          Рис. 39 Изменение скорости метаболических процессов в жировой ткани при низкой секреции инсулина

          Рис. 40 Синтез кетоновых тел в печени

19. Анаболизм липидов. Биохимия атеросклероза. витамины Достаточное потребление аскорбиновой кислоты с пищей крайне важно для борьбы с атеросклерозом. Так, у морских свинок, рацион которых не содержал этого витамина, наблюдались гиперхолестеролемия и атеросклероз.

          Объясните влияние недостатка витамина С на атерогенез. Какие еще симптомы наблюдаются при недостатке витамина С в пище?

          Для ответа:

          а) изложите, почему для описанного эксперимента выбрали морских свинок, а не лабораторных мышей;

          б) опишите пути образования активных форм кислорода и их роль в ПОЛ и последствия ПОЛ жирнокислотных радикалов фосфолипидов, триацилглицеролов, эфиров холестерола в составе ЛПНП; назовите витамины, обладающие свойствами антиоксидантов и предотвращающие этот процесс;

          в) напишите реакции синтеза желчных кислот; укажите роль витамина С в этом процессе, объясните, как отразится его недостаток на уровне холестерола в крови.

ОТВЕТ:

          а) Характерная особенность метаболизма приматов (в том числе и человека) и морских свинок заключается в отсутствии возможности эндогенного синтеза витамина С, поэтому для этих животных аскорбиновая кислота – необходимый компонент пищи.

          б) Источником активных форм кислорода в клетке может служить утечка электронов из ЦПЭ, ферменты окислительно-восстановительных реакций (ОВР), непосредственно восстанавливающие кислород, а также действие ионизирующих излучений и некоторых химических веществ. Радикалы кислорода способны запускать цепь свободнорадикальных реакций. Подобные реакции нарушают свойства мембран и образуют ковалентные сшивки между белками и липидами. В липопротеинах (ЛП) наблюдаются изменения в структуре апопротеинов и липидов, что нарушает их связывание с рецепторами и вызывает фагоцитоз макрофагами с помощью скевенджер-рецепторов.

          Витамины-антиоксиданты (С и Е) защищают клетки от ПОЛ. Причем витамин Е, будучи липофильным соединением, располагается в мембранах клеток и служит основным восстановителем свободных радикалов жирных кислот. Витамин С инактивирует гидрофильные (супероксид-анион, гидроксильный радикал и перекись водорода) свободные радикалов в цитозоле и восстанавливает окисленную форму витамина Е, поддерживая таким образом необходимую концентрацию последнего в мембранах клеток.

          в) В реакциях синтеза желчных кислот витамин С представляет собой кофермент гидроксилаз (они служат изоформами цитохрома Р-450), осуществляющих введение ОН-группы в 7-е и 12-е положение. При недостатке витамина С образование желчных кислот на стадии 7α-гидроксилирования тормозится, блокируя основной путь выведения холестерола из организма, что приводит к гиперхолестеролемии и увеличению риска атеросклероза. Кроме того, повышается вероятность образования желчных камней.

          Рис. 41 Синтез желчных кислот в печени

21. ВИТАМИНЫ. Обмен белков и аминокислот. Специфические пути обмена некоторых аминокислот. ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИДОВ. Женщина обратилась к стоматологу по поводу часто возникающих воспалений и язвочек в области десен. Женщина тщательно соблюдала гигиену полости рта и не имела признаков кариеса. Врач связал возникновение стоматита с недостатком витамина В2 и посоветовал пациентке употреблять больше молочных продуктов – основных источников рибофлавина.Через некоторое время пациентка снова обратилась к врачу с жалобой на учащения обострений стоматита, хотя она соблюдала все рекомендации врача. При беседе с пациенткой врач узнал, что она страдает бессонницей и употребляет барбитураты. Анализ крови больной показал высокое содержание гомоцистеина. Врач назначил больной препарат, содержащий фолиевую кислоту (ФК) и В12, т.к. пришел к заключению, что причиной частых обострений стоматита у пациентки может быть прием барбитуратов, которые снижают абсорбцию и метаболизм фолатов в организме. Почему повышение содержания гомоцистеина в крови больной и недостаток фолиевой приводят к стоматиту?

          Для ответа:

          а) опишите метаболизм фолиевой кислоты в организме человека;

          б) представьте схему обмена гомоцистеина, укажите скорость какой из реакций снижается при недостатке ФК;

          в) объясните, почему недостаток ФК нарушает метаболизм в клетках эпителия ротовой полости;

          г) назовите другие возможные нарушения, вызванные дефицитом фолиевой кислоты в организме.

ОТВЕТ:

          а) В печени фолиевая кислота превращается в кофермент Н4-фолат, который участвует в превращениях серина и глицина. В ходе этих реакций образуется метилен-Н4-фолат, который может превращаться в другие одноуглеродные группы: метенильную, формильную, метильную. Эти одноуглеродные фрагменты используются для синтеза пуриновых и пиримидиновых (дТТФ) нуклеотидов, которые необходимы для деления клеток и роста тканей.

          б)

          Рис. 43

          Рис. 44

          При недостатке фолиевой кислоты снижается регенерация метионина, т.к. донором метильной группы в этой реакции служит В12(-СН3), который образуется при переносе метильной группы с Н4Ф(-СН3) на В12.

          в) Клетки эпителия обладают высокой  митотической активностью, поэтому они постоянно нуждаются в наличии нуклеотидов для синтеза нуклеиновых кислот. Недостаток фолата нарушает синтез ДНК  и РНК, что проявляется поражением слизистой желудочно-кишечного тракта.

          г) Как известно, фенобарбитал – широко применяемое снотворное, антагонист фолиевой кислоты, недостаток которой в организме вызывает нарушения, в частности воспаление органов пищеварительной системы. Дефицит фолиевой кислоты во время беременности существенно повышает риск возникновения врожденных пороков у ребенка, связанных с дефектами невральной трубки, а также может привести к гипотрофии и недоношенности. Наиболее опасна лейкоцито- и тромбоцитопения.

22. Обмен белков и аминокислот. Специфические пути обмена некоторых аминокислот. Болезнь Хартнупа – наследственная ферментопатия обмена триптофана. Заболевание вызвано дефектом в структуре переносчика аминокислот щеточной каемки тощей кишки и нарушением реабсорбции триптофана и продуктов его обмена в почках. Патология проявляется мозжечковой атаксией, пеллагроподобными изменениями кожи, аминоацидурией, повышенным содержанием в моче индикана и индольных соединений. У больного возникает недостаток триптофана в организме и нарушается образование из него биогенного амина и одного из витаминов.

          Рис. 45 Образование некоторых биологически активных веществ из триптофана

          Какие жизненно важные процессы нарушаются при данном заболевании?

          Для ответа:

          а) напишите схему синтеза серотонина и укажите, предшественником какого гормона он считается;

          б) назовите витамин, который образуется из триптофана;

          в) вспомните, в состав какого кофермента он входит;

          г) приведите пример ферментов, для работы которых необходим этот кофермент.

ОТВЕТ:

          а) Серотонин – биологически активное вещество широкого спектра действия. Он стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, оказывает сосудосуживающий эффект, регулирует АД, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным действием. Мелатонин – гормон, регулирующий суточные сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции; регулирует состояния сон / бодрствование.

          Рис. 46 Образование серотонина и мелатонина из триптофана

           б) Из триптофана синтезируется никотиновая кислота (витамин РР);

          в) Из этого витамина образуется NAD+. Для его синтеза ферменты, находящиеся в цитозоле, используют никотиновую кислоту по следующей схеме: никотинат -> никотинат-мононуклеотид (NMN) -> дезамидо-NAD+ -> NAD+;

          Рис. 47

           г) Примеры NAD+-зависимых дегидрогеназ:

1. 

лактат-дегидрогеназа  

2. 

дигидролипоат-дегидрогеназа (пируват/α-кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс) 

3. 

изоцитрат-дегидрогеназа, малат-дегидрогеназа (цикл Кребса) 

4. 

β-гидроксибутират-дегидрогеназа (β-окисление жирных кислот) 

5. 

глутамат-дегидрогеназа (прямое и непрямое дезаминирование после трансаминирования) 

6. 

алкоголь-дегидрогеназа (метаболизм этилового спирта) 

7.

 

глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (глицеролфосфатный NADH-переносящий челнок, глюконеогенез из глицерола, синтез глицерола) 

23. Обмен белков и аминокислот. Специфические пути обмена некоторых аминокислот. ОбЕзвреживание аммиака. Повышенная экскреция двух основных аминокислот известна под названием «лизинурическая непереносимость белка», наследуется как аутосомный рецессивный признак. У гомозигот нарушен транспорт лизина, аргинина в кишечнике, реабсорбция в почках, захват этих веществ, клетками печени. В крови больных снижена концентрация лизина, аргинина и орнитина, в раннем возрасте у них отмечаются гепатоспленомегалия, непереносимость белка и эпизодическая интоксикация аммонием. Клинические проявления выхваны гипераммониемией. Для лечения этого заболевания используют цитруллин – нейтральную аминокислоту, всасывание в кишечнике и печеночный транспорт которой у больных не нарушены.

          Почему у этих больных наблюдается гипераммониемия?

          Для ответа:

          а) напишите схему процесса, нарушение которого развивает гипераммониемию;

          б) опишите токсическое действие аммиака;

          в) объясните механизм лечебного действия цитруллина; какую диету, помимо лечения цитруллином, врач должен рекомендовать больному при такой патологии.

ОТВЕТ:

          а) Гипераммониемия может развиваться из-за недостаточного количества аргинина и орнитина, необходимых для нормального функционирования орнитинового цикла.

          Рис. 48

          б) V орнитинового цикла

           ↑ конц NН3 в клетках печени

           NН3 выходит в кровь

           NН3 проходит в любые клетки (также клетки мозга)

           в клетках NН3 + Н+ → NН4+

           ↑ рН в клетках (алкалоз)

           в клетках V реакций:

          1) восстановительного аминирования 2) образование глутамина

          α-кГ+NH3 + NADН+Н+ → Глу +NАD+ Глу + NН3 + АТФ → Глн

           это приводит к:

           ↓ концентрации:

           α -кГ, Глу, NН3

          Это нарушает:

          • функционирование Nа++-АТФазы;

          • энергетический обмен в клетках;

          • обмен аминокислот;

          • синтез ГАМК;

          • выведение Глн и накопление его в клетках.

          в) Метаболизм цитруллина обеспечивает процесс аргинином и орнитином, что снижает концентрацию аммиака в крови. На фоне перорального приема цитруллина необходимо ограничить количество белков в пище.

24. Обмен белков и аминокислот. Специфические пути обмена некоторых аминокислот. Исследованиями установлено, что накопление гомоцистеина – независимый фактор риска сердечно-сосудистых заболеваний – инфаркта миокарда, инсульта, венозной тромбоэмболии и атеросклероза. SH-группа гомоцистеина легко подвергается процессу перекисного окисления, что повреждает стенки сосудов. На поврежденную поверхность осаждаются «пенистые клетки», содержащие большое количество холестерола, начинают образовываться атеросклеротические бляшки. Кроме того, гомоцистеин тормозит работу противосвертывающей системы, что нарушает свертываемость крови. В норме содержание гомоцистеина в плазме крови составляет 5–15 мкмоль/л. При увеличении уровня гомоцистеина в плазме на 2,5 мкмоль/л риск инфаркта миокарда возрастает на 10%. Учитывая данные свойства гомоцистеина, его накопление в крови – одно из звеньев патогенеза ранней тромбоваскулярной болезни. При наличии ее увеличивается риск развития тромбозов, что в дальнейшем развивает инфаркты и инсульты.

          Объясните особенности метаболизма гомоцистеина в организме и молекулярный механизм его последующего накопления в крови.

          Для ответа:

          а) напишите формулу гомоцистеина;

          б) укажите, какую роль гомоцистеин играет в обмене других аминокислот; приведите формулы этих аминокислот;

          в) нарисуйте схемы основных путей образования и катаболизма гомоцистеина;

          г) назовите ферменты, которые участвуют в его утилизации, и коферменты;

          д) изложите, дефицит каких витаминов – наиболее частая причина гипергомоцистеинемии.

ОТВЕТ:

          а)

          Рис. 49 Гомоцистеин

          б) Гомоцистеин – промежуточная аминокислота в обмене серосодержащих аминокислот. Он превращается в метионин под действием гомоцистеин-метилтрансферазы, таким образом непосредственно участвуя в регенерации метионина. Может использоваться для синтеза цистеина.

          Рис. 50 Метионин

          Рис. 51 Цистеин

          в)

          Рис. 52

          г) Метионинсинтаза (гомоцистеин-метилтрансфераза), цистатионин-синтаза. Метилкобаламин, N5-метилтетрагидрофолат, пиридоксальфосфат.

          д) Для того чтобы утилизировать гомоцистеин и предотвратить гипергомоцистеинемию, необходимо постоянное поступление с пищей фолиевой кислоты, поскольку ее производное метил-Н4-фолат участвует в реакции превращения гомоцистеина в метионин. В этой реакции метил-Н4-фолат передает метильную группу на кобаламин (витамин В12), метилкобаламин непосредственно участвует в регенерации метионина. Гомоцистеин также используется для синтеза цистеина. Реакции синтеза происходят при участии пиридоксальфосфата – кофермента витамина В6.

25. ОБМЕН НУКЛЕПРОТЕИДОВ. ОБМЕН ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ. В произведении Я. Гашека «Похождение бравого солдата Швейка» приведено описание приступа острого подагрического артрита: «Полковник Гербих, сидевший до сих пор спокойно и деловито за столом, вдруг сделал страшную гримасу, ибо его палец, который до сих пор вел себя смирно, из тихого и спокойного агнца превратился в ревущего тигра, в электрический ток в шестьсот вольт, в палец, каждую косточку которого молот медленно дробит в щебень. Палец полковника неожиданно опять превратился в агнца, приступ подагры прошел…»

          Объясните причину столь острой боли в пальце у полковника.

          Для этого:

          а) укажите механизмы развития первичной подагры, ее отличие от вторичной;

          б) назовите, изменение активности каких ферментов обмена нуклеотидов и углеводов развивает первичную подагру; напишите реакции, катализируемые этими ферментами;

          в) представьте схему образования продукта, накопление которого вызывает клинические проявления заболевания.

ОТВЕТ:

          а) Болезнь квалифицируют как первичную подагру, если в ее основе лежат врожденные нарушения синтеза мочевой кислоты, т.е. гиперурикемия, вызванная наследственным увеличением синтеза пуринов.

          Вторичная подагра возникает, если гиперурикемия развивается в результате другого патологического процесса, например усиленного распада лимфоидных клеток при лейкозе и лимфоме, при применении цитостатиков, а также подагра может быть следствием недостаточности естественных механизмов выведения мочевой кислоты почками.

          б) Суперактивация фермента синтеза пуриновых нуклеотидов de novo – ФРДФ-синтетазы приводит к чрезмерному синтезу пуриновых нуклеотидов, усилению катаболизма избыточного количества нуклеотидов, повышению продукции мочевой кислоты, гиперурикемии и подагре.

          Рис. 53 (ФРДФ)

          Недостаточность фермента «запасного пути» синтеза пуриновых нуклеотидов – гипоксантин-гуанинфосфорибозил-трансферазы – с одной стороны, уменьшает повторное использование пуриновых оснований, и они превращаются в мочевую кислоту, а с другой, увеличивает синтез пуриновых нуклеотидов de novo из-за слабого использования ФРДФ в реакциях реутилизации и увеличения его концентрации в клетке. Следовательно, гуаниловые нуклеотиды образуются в количествах, превышающих потребности клеток, что способствует усилению их катаболизма.

          Рис. 54

          Недостаточность глюкозо-6-фосфотазы приводит к снижению способности печени секретировать глюкозу в кровь, что увеличивает использование глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном пути. Образуются большие количества рибозо-5-фосфата, которые стимулируют избыточный синтез, а следовательно, и катаболизм пуриновых нуклеотидов, в результате чего увеличивается образование мочевой кислоты и развивается подагра.

          Рис. 55

          в) Клинические проявления заболевания – моносуставной артрит и нефропатия вызваны накоплением плохо растворимых кристаллов мочевой кислоты и ее солей в суставных хрящах, синовиальной оболочке, подкожной клетчатке, почках. Мочевая кислота – конечный продукт катаболизма пуринов.

          Рис. 56 1 – нуклеотидаза или фосфатаза; 2 – аденозиндезаминаза; 3 – пуриннуклеозидфосфорилаза; 4 – гуаназа; 5 – ксантиноксидаза

          Причиной воспаления и боли в мелких суставах, особенно в суставе большого пальца стопы заключается в образовании натриевой соли мочевой кислоты, которая из-за плохой растворимости образует кристаллы, фагоцитируясь лейкоцитами, эти кристаллы разрушают лизосомальных мембран лейкоцитов. Освободившиеся лизосомальные ферменты выходят в цитозоль и разрушают клетки, а продукты клеточного катаболизма вызывают воспаление.

26. Гормоны. Регуляция обмена кальция и фосфора. ВИТАМИНЫ. Синдром Фанкони – заболевание, поражающее проксимальные извитые канальцы нефронов; может быть наследственным или приобретенным, чаще встречается у детей. Основной симптом выражается в выделении мочи, содержащей большое количество различных аминокислот, глюкозы и фосфатов (несмотря на то, что содержание в крови этих веществ остается нормальным). У больных детей развивается рахит.

          Почему нарушается минерализация растущих костей и развивается рахит? Как у детей поддерживается нормальная концентрация фосфатов в крови?

          Для ответа:

          а) укажите гормоны, которые регулируют обмен фосфатов и кальция в организме;

          б) объясните, каким образом у больных детей поддерживается нормальная концентрация фосфатов;

           в) назовите гормон, синтез и секреция которого повышены у больного ребенка; представьте схему его образования;

          г) опишите механизм действия гормона и развитие данной патологии.

ОТВЕТ:

          а) Гормоны, регулирующие обмен кальция и фосфатов в организме – это паратгормон, кальцитриол и кальцитонин. Паратгормон в почках индуцирует синтез 1α-гидроксилазы (фермента, ускоряющего последнюю реакцию образования 1,25-(ОН)2D3). На рис. 58 показаны органы-мишени для паратгормона.

          б) Нормальная концентрация фосфатов в крови поддерживается за счет снижения скорости минерализации (построения гидроксиапатитов) растущих костей ребенка.

          Рис. 57 Органы-мишени для паратгормона

          ГАП – гидроксиапатит

          в) У больного ребенка будут повышены синтез и секреция кальцитриола. В норме фосфаты ингибируют фермент 1α-гидроксилазу, который регуляторен, но при фосфатурии проявляет повышенную активность.

          Рис. 58

          г) Кальцитриол усиливает выведение кальция из костей и снижает минерализацию костной ткани, развивает у ребенка рахит.

27. Обмен углеводов. Глюкоза крови. ПАТОХИМИЯ САХАРНОГО ДИАБЕТА. Врач предписал больному, у которого наблюдались начальные симптомы развития сахарного диабета II- го типа, регулярные физические нагрузки. Это назначение основано на результатах исследований последних лет, которые показали, что такие нагрузки увеличивают количество белков ГЛЮТ-4 в клетках инсулинозависимых тканей, стимулируя экспрессию гена ГЛЮТ-4. В результате захват глюкозы этими клетками увеличивается в 7 раз, (исследования показали, что физические нагрузки оказывают такой же конечный эффект на клетки инсулинозависимых тканей, как и действие инсулина).

          Объясните молекулярные механизмы действия инсулина у здоровых людей, влияние физических нагрузок на уменьшение симптомов сахарного диабета II-го типа и замедление развития его осложнений.

          Для этого:

          а) назовите инсулинозависимые ткани и объясните, почему они так называются;

          б) объясните, что такое ГЛЮТ-4 и какова его функция; опишите роль инсулина в активации этих белков;

          в) изобразите общую схему регуляции экспрессии гена эукариот;

          г) объясните, как инсулин может повлиять на скорость экспрессии генов.

ОТВЕТ:

          а) К инсулинозависимым тканям относятся мышечная и жировая ткани. Инсулинозависимые ткани – те, в которых белки-переносчики глюкозы через мембраны внутрь клеток – ГЛЮТ-4.

           б) Существует 5 типов ГЛЮТов, которые локализованы в разных тканях. ГЛЮТ-4 – главный переносчик глюкозы в клетки мышц и жировой ткани. ГЛЮТ-4 в отсутствии инсулина находится в цитозоле клеток, но при его действии на рецепторы клеток ГЛЮТ-4 встраиваются в мембраны и начинают переносить глюкозу внутрь клеток, таким образом инсулин активирует ГЛЮТ-4. Биологическая роль этого типа ГЛЮТов заключается в том, что инсулинозависимые ткани захватывают глюкозу только в абсорбтивном периоде.

          в)

          Рис. 60 Регуляция экспрессии генов у эукариот

          г) Гормоны действуют как индукторы или корепресоры на регуляторную область генов, влияя тем самым на скорость транскрипции и, следовательно, трансляции белков. Инсулин и, как оказалось, физические нагрузки через неизвестные пока молекулярные механизмы, вызывают индукцию синтеза ГЛЮТ-4. Инсулин влияет на ген сложным путем, через каскад реакций фосфорилирования белков (см. рис. 27), но конечный ответ клетки выражается увеличением синтеза ГЛЮТ-4 и скорости их встраивания в мембраны клеток.

          Физические нагрузки также индуцируют синтез ГЛЮТ-4, что увеличивает их количество в клетках. Захват глюкозы клетками инсулинозависимых тканей усиливается, понижается концентрация глюкозы в крови. В результате снижается риск развития осложнений сахарного диабета, связанных с длительным повышением концентрации глюкозы в крови (снижается «глюкозотоксичный эффект», связанный с гликозилированием белков).

          Рис. 61 Влияние инсулина на синтез белков ГЛЮТ -4

28. ГОРМОНЫ. РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО ОБМЕНА. Препарат «Каптоприл» служит ингибитором карбоксидипептидилпептидазы. Каптоприл оказывает гипотензивное, вазодилатирующее действие, поэтому его часто назначают при артериальной гипертензии, застойной сердечной недостаточности. Объясните механизм снижения артериального давления при использовании каптоприла.

www.studfiles.ru

  • | Печать |

Инсулин является белковым гормоном, состоящим из двух полипептидных цепочек А и В, содержащих соответственно 21 и 30 аминокислот, соединенных между собою двумя дисульфидными связями. Молекулярная масса мономера инсулина составляет 5733,5. Синтезируется инсулин β-клетками островкового аппарата Лангерганса поджелудочной железы и, возможно, околоушными слюнными железами. Ступенчатый протеолиз приводит к образованию проинсулина. После формирования дисульфидных мостиков отщепляется связующий пептид, после чего образуется биологически активный инсулин.

Поджелудочная железа здорового человека содержит эквивалент 200 ЕД инсулина. Регуляция секреции инсулина — комплексный процесс, включающий стимуляторы (глюкозу, аминокислоты, свободные жирные кислоты, энтерогормоны и др.), действие которых усиливается ионами кальция, и ингибиторы (соматостатин, простагландины, адреналин и сам инсулин). Кроме того, влияние оказывает вегетативная нервная система: симпатическая — тормозящее, парасимпатическая — стимулирующее. Нормальная секреция инсулина включает две компоненты: базальную, препятствующую гиперкатаболизму натощак, и стимулированную приемом пищи. Освобожденный из поджелудочной железы инсулин циркулирует в крови в свободной и в связанной с белками форме.

Свободный гормон стимулирует усвоение глюкозы как мышечной, так и жировой тканью, а связанный гормон действует специфически лишь на жировую ткань. Инактивация инсулина происходит в печени и в других инсулиночувствительных органах и тканях.

Эффекты Инсулина

Инсулину принадлежит важная и многогранная роль биокатализатора процессов обмена веществ. Он способствует переходу глюкозы из крови в ткани и ее превращению в печени и скелетных мышцах в гликоген. Инсулин повышает проницаемость биологических мембран для глюкозы, аминокислот, ионов и кислорода и стимулирует их потребление тканями. Под влиянием инсулина усиливаются процессы окислительного фосфорилирования вследствие активирования цикла трикарбоновых кислот и гексокиназной реакции, которая является первым и ключевым этапом метаболизма глюкозы. В тканях глюкоза содержится преимущественно в интерстициальной жидкости, а глкжогексокиназа — внутри клеток. Повышая проницаемость клеточных мембран, инсулин способствует проникновению глюкозы в цитоплазму клеток, где она подвергается воздействию фермента. Он ингибирует активность глюкозо-6-фосфатазы, которая катализирует гликогенолиз.

Инсулин усиливает анаболические эффекты в клетках: увеличивает синтез белков, липидов и нуклеиновых кислот, активирует окисление жирных кислот и влияет на рост организма. Как антикатаболический фактор он тормозит гликонеогенез и препятствует дегидрогенированию свободных жирных кислот и образованию предшественников глюкозы.

При дефиците инсулина или снижении чувствительности тканей к эндогенному гормону организм теряет способность потреблять глюкозу и развивается сахарный диабет. Ведущими симптомами сахарного диабета являются жажда и полиурия (6—10 л в сутки), гипергликемия (6,7 ммоль-л»1 и выше, определяемая натощак) и глюкозурия (10—12 %), снижение содержания гликогена в печени и мышцах, нарушение обмена белков, неполное окисление жиров с повышением их содержания в крови (липидемия) и метаболический ацидоз (кетонемия). При тяжелом сахарном мочеизнурении возможна диабетическая кома. При низком уровне активного инсулина в крови увеличивается концентрация глюкозы, свободных жирных кислот и аминокислот, т. е. веществ, играющих определенную роль в патогенезе диабетической ангиопатии и артериосклероза.

Образующийся комплекс «инсулин+рецептор» проникает внутрь клетки, где инсулин высвобождается и оказывает свое действие. Инсулин активирует транспорт глюкозы через клеточные мембраны и ее утилизацию мышечной и жировой тканями. Под воздействием инсулина увеличивается синтез гликогена, инсулин угнетает превращение аминокислот в глюкозу (вот почему так полезно делать инъекцию инсулина сразу после тренировки – потребляемый после этого протеин идет не на энергетические нужды, как это обычно бывает, а на регенерацию мышечной ткани, а тот, кто теоретическую часть привык пропускать, так об этом никогда и не узнает). Помимо всего прочего, инсулин способствует доставке в клетку большего количества аминокислот, причем, существенно большего. А это, как вы сами понимаете, не может не сказаться положительно на росте (гипертрофии) мышечных волокон.

К негативным качествам инсулина следует отнести его способность усиливать депонирование триглециридов в жировой ткани, что ведет к увеличению подкожно-жировой прослойки. Впрочем, с последним явлением как-раз бороться-то и можно, но об этом немного ниже. Это «сладкое» слово «диабет»

В норме уровень глюкозы в крови колеблется в промежутке 70-110 мг/дл, опускание ниже отметки в 70 мг/дл считается гипогликемическим состоянием, превышение верхнего предела считается нормальным в течение 2-3 часов после еды – по истечении этого промежутка времени уровень глюкозы в крови должен вернуться в пределы нормы. Если же уровень глюкозы в крови после еды превышает отметку в 180 мг/дл, то такое состояние считается гипергликемическим. Ну а, если вышеупомянутый уровень у одного человека после потребления водного раствора сахара превысил отметку в 200 мг/дл, да не единожды, а во время двух тестов, то такое состояние квалифицируется как диабет.

Теперь немного о диабете:

Различают два типа диабета – инсулинозависимый и инсулинонезависимый. На инсулинозависимый диабет (диабет типа 1) приходится около 30% всех случаев заболевания сахарным диабетом (по данным Департамента здравоохранения США их не более 10%, но это данные только по США, хотя вряд ли жители этой страны так разительно отличаются от остальных землян).

Он возникает в результате нарушений в имунной системе человека: происходит образование антител к антигенам островков Лангерганса, что приводит к уменьшению количества активных клеток и, соответственно, к падению уровня производства инсулина. Инсулинозависимый диабет возникает, как правило, в детском или юношеском возрасте (средний возраст диагностики – 14 лет), либо у взрослых (крайне редко) под влиянием различных токсинов, травмы, полного удаления поджелудочной железы или в качестве заболевания, сопровождающего акромегалию. Природа возникновения инсулинозависимого диабета толком не изучена, считается, что человек должен быть предрасположен генетически к тому, чтобы заполучить сей тяжкий недуг.

Переходя к диабету типа 2 (инсулинонезависимому), следует сказать, что концентрация рецепторов на поверхности клетки (а к ним относятся и рецепторы инсулина) зависит, помимо всего прочего, и от уровня гормонов в крови. Если этот уровень возрастает, то число рецепторов соответствующего гормона снижается, т.е. фактически происходит снижение чувствительности клетки к гормону, находящемуся в крови в избытке. И наоборот. Диабет типа 2 возникает как раз у взрослых и только у них – в среднем возрасте (30-40 лет) и даже позднее. Как правило, это люди, страдающие наличием избыточного веса, хотя бывают и исключения.

Опять же как правило, уровень производства эндогенного инсулина у таких людей находится в пределах нормы либо даже превышает ее. В чем же тогда дело? А дело оказывается в даунрегуляции рецепторов инсулина на поверхности клетки. Постоянное избыточное потребление жиров и углеводов приводит к постоянному же повышенному уровню инсулина в крови, что, в свою очередь, приводит к снижению, в том числе и необратимому, числа вышеупомянутых рецепторов. Не у всех, однако, людей, страдающих ожирением, развивается инсулинонезависимый диабет. Приблизительно половина всех больных получает его «по наследству», т.е. обладает предрасположенностью к заболеванию.

Почему это мы вдруг заговорили о диабете? А вот почему. Считается, что применение инсулина здоровым человеком может привести к развитию как раз этого заболевания. Что касается инсулинозависимого диабета (тип 1), то тут все кажется ясным – избыточное введение инсулина в здоровый организм обернуться этим заболеванием не грозит. Другое дело – диабет инсулинонезависимый.

Дополнительное введение инсулина на протяжении длительного периода времени может, как и избыточное потребление углеводов и жиров, привести к необратимому снижению числа рецепторов инсулина на поверхности клетки, а значит – и к устойчивому снижению способности клеток утилизировать глюкозу, т.е. к диабету типа 2. В теории все, вроде бы, так. В реальном же мире вряд ли найдется хотя бы один человек (я имею ввиду – всесторонне здоровый человек, в том числе и душевно), который бы ради спортивных достижений колол себе инсулин без перерыва годами. А срок, меньший двух-трех лет, вряд ли приведет к каким-либо сдвигам в сторону заболевания.

Существует, впрочем, группа риска, к ней относятся люди обладающие наследственной склонностью к развитию сахарного диабета. Этим людям не стоит экспериментировать с инсулином вообще. И еще один небольшой вопросик, он касается гормона роста и его влияния на производство эндогенного инсулина. Гипогликемическое состояние стимулирует повышение секреции соматотропного гормона, который, как и адреналин, и норадреналин, обладает способностью угнетать производство инсулина.

По материал Интернет.

www.bananagym.ru

Многие люди слово «инсулин» связывают с сахарным диабетом, на этом их познания заканчиваются. На самом деле инсулин выполняет более широкие функции. Что же такое инсулин и для чего он нужен организму?

Инсулин – это гормон, который образуется в специальных клетках поджелудочной железы. Инсулин необходим нашему организму для снижения уровня глюкозы в крови. Образование и выделение инсулина из клеток поджелудочной железы зависит от уровня глюкозы: чем он выше, тем больше инсулина поступает в кровь. Снижение уровня глюкозы в крови происходит благодаря тому, что инсулин переносит глюкозу внутрь клеток, где она используется в качества топлива для получения энергии.

Все ткани нашего организма делятся на инсулинозависимые и инсулиннезависимые. К инсулинозависимым тканям относится печень, мышцы и жировая ткань. В клетки этих тканей глюкоза может попасть только с помощью инсулина. Если в организме мало инсулина или клетки невосприимчивы к нему, то глюкоза остается в крови.

К инсулиннезависимым тканям относится эндотелий, т.е. внутренняя выстилка сосудов, нервная ткань и хрусталик глаза. Поступление глюкозы в клетки этих тканей не зависит от наличия инсулина.

Что такое сахарный диабет

Сахарный диабет – это заболевание, при котором наблюдается стойкое повышение уровня глюкозы в крови. Почему это происходит?

При сахарном диабете 1 типа (инсулинозависимом) клетки поджелудочной железы, в которых образуется инсулин, разрушаются. Оставшиеся клетки поджелудочной железы не могут удовлетворить потребности организма в инсулине, поэтому большая часть глюкозы не используется, а остается в крови. Этот вид сахарного диабета чаще встречается в молодом возрасте (до 30 лет).

При сахарном диабете 2 типа (инсулиннезависимом) клетки поджелудочной железы не страдают, и в организме находится достаточное количество инсулина. Однако клетки инсулинозависимых тканей теряют чувствительность к инсулину – развивается так называемая инсулинорезистентность.

Если представить, что инсулин – это ключик, который открывает клетку для глюкозы, то при инсулинорезистентности ключик не подходит к замку и не может открыть клетку. В результате глюкоза не поступает в клетки и остается в крови.

Сахарный диабет 2 типа развивается у людей старше 40 лет. Основным фактором риска развития заболевания является ожирение.

Лечение

Впервые инсулин был использован для лечения сахарного диабета в 1922 г. Первую инъекцию получил 14-летний Леонард Томпсон из Торонто. Благодаря нобелевским лауреатам Фредерику Бантингу и Чарльзу Бесту, которые открыли инсулин, началась новая эра в лечении сахарного диабета.

Пациенты с сахарным диабетом 1 типа должны ежедневно получать инъекции инсулина. Как правило, в их лечении комбинируются препараты короткого и длительного действия.

Препарат длительного действия используется один раз в день и предназначен для создания базовой концентрации инсулина в крови, а препарат короткого действия вводится перед каждым приемом пищи для ситуационного снижения уровня глюкозы. Такой режим дозирования позволяет имитировать работу поджелудочной железы.

Однако инъекции инсулина требуются далеко не всем пациентам с сахарным диабетом. Лечение пациентов с сахарным диабетом 2 типа начинается с немедикаментозных мероприятий: соблюдения диеты, снижения веса и увеличения физической активности. В дальнейшем используются сахароснижающие препараты, и только при истощении клеток поджелудочной железы – инсулин.

skarvit.ru

Инсулин – проводник энергии

Почему инсулин так важен для человеческого организма? Чтобы поддерживать нормальный жизненный ритм, клетки наших органов и систем должны постоянно пополняться кислородом и питательными веществами. При этом одним из основных энергетических источников является глюкоза, одна часть которой поступает в организм с пищей, другая – вырабатывается печенью. Для того, чтобы глюкоза смогла из микроциркуляторного русла крови поступить внутрь клетки, ей требуется проводник. Самостоятельно это сделать глюкоза не может. Поэтому основное предназначение инсулина – транспортировка глюкозы в клетки организма для поддержания энергии, хотя этот гормон принимает участие и в других видах обмена веществ.

Инсулин и сахарный диабет

При дефиците инсулина в клетки попадает недостаточно глюкозы. Клетки начинают слабеть, голодать, страдать от нехватки энергии и постепенно погибают. В тоже время глюкозы в крови содержится много. В результате наступает своеобразный «голод среди изобилия» и развивается широко известное заболевание – сахарный диабет. Данная патология бывает двух видов. При сахарном диабете I типа поджелудочная железа практически перестает вырабатывать инсулин, а при диабете II типа с синтезом инсулина всё в порядке, но ткани организма теряют к нему чувствительность. В обоих случаях человек испытывает сильную жажду, появляются головокружение, судороги икроножных мышц, наблюдаются частое мочеиспускание и быстрая потеря веса. При тяжелом течении заболевания может наступить гипергликемическая кома, которая чаще всего приводит к летальному исходу.

Инсулинозависимые ткани

Конечно, при недостатке инсулина нарушается также метаболизм жиров и белков, но все-таки основное действие этого гормона направлено на регуляцию углеводного обмена. Причем особенно нуждаются в транспорте глюкозы, так называемые, инсулинозависимые ткани, состоящие из жировых (адипоцитов) и мышечных (миоцитов) клеток. Они составляют основную клеточную массу организма, принимая непосредственное участие в процессах кровообращения, дыхания, движения человека и выполняя многие другие функции. Инсулин – это своеобразный «ключ от двери», открывающий путь для поступления энергии в жизненно важные органы человека.

Норма инсулина в крови

Итак, при низкой выработке инсулина (гипергликемии) развивается сахарный диабет, а при повышенном содержании данного гормона возможно образование инсулиномы – гормонально-активной опухоли поджелудочной железы. Если у человека наблюдаются постоянная жажда и голод, чрезмерное потоотделение, частое сердцебиение, спутанность сознания, необходимо сдать тест на определение уровня инсулина в крови. Содержание этого гормона измеряется в условных единицах, обозначающих его объем в миллилитре крови. Следует учесть, что уровень инсулина постоянно колеблется. Если анализ взят натощак, его нормальный уровень составляет 2 – 3 мкЕд/мл, однако через час после поступления в организм пищи показатели повышаются до 25 – 30 мкЕд/мл.

Таким образом, чтобы вовремя обнаружить гормональный сбой в организме, предотвратить развитие сахарного диабета, нужно регулярно проверять уровень глюкозы и гормона инсулина в крови. Внимательно относитесь к своему здоровью!

www.ja-zdorov.ru

Зависимость тканей организма от инсулина. Сорбит

Все ткани человеческого организма делятся на инсулинозависимые и инсулинонезависимые. К первым относятся мышцы, жировая ткань и печень, к другим – все остальные. Такое деление основано на том, каков механизм поступления сахара в клетку ткани. Один из них – инсулиновый, когда сахар попадает из крови в клетку при помощи инсулина. Другой – когда сахар проникает в ткани самостоятельно.

Энергия – это основа для всего живого, и человек не является исключением. Наш организм расходует ее непрерывно из разнообразных источников, даже когда спим. Однако для некоторых органов и тканей непрерывность функционирования представляет жизненную необходимость для всего организма. Поэтому их режим работы для них должен быть всегда строго определенным. К таким органам относятся головной мозг, сердце, почки, нервы, семенники.

Глюкоза служит для них всех основным источником питания, и если количество ее недостаточно либо чрезмерно, это может вести к нарушению функции. А нарушение функции любого из указанных органов чревато не просто однозначно негативными, но зачастую и просто катастрофическими для всего организма последствиями. Понятно, что организм имеет четкий механизм для того, чтобы обеспечить энергией в первую очередь эти органы. Происходит распределение сахара благодаря работе головного мозга, определенные структуры в котором строго следят за тем, чтобы сначала глюкозой были обеспечены наиболее важные органы, в том числе и он сам. Если сахара недостаточно, он поступает лишь в мозг, сердце, почки и другие инсулинонезависимые ткани.

Здесь нужно рассказать еще о таком важном для страдающего сахарным диабетом человека веществе, как сорбит. Предположим, после очередного приема пищи содержание сахара крови естественным образом повысилось. Организм пытается привести его количество в норму, но в связи с недостатком инсулина излишки сахара не усваиваются тканями мышц и печени, которые являются инсулинозависимыми и вместе с тем – основными местами хранения запасов глюкозы в виде гликогена. Излишки глюкозы циркулируют с кровью и в итоге поглощаются клетками инсулинонезависимых тканей. При этом они, распадаясь, выделяют сорбит. Многие инсулинонезависимые клетки организма, перерабатывая сахар, выделяют это вещество. Сорбит в нормальных количествах никакого негативного действия не производит. Но он обладает свойством удерживать воду, Поэтому, если сорбит накапливается в тканях, то они отекают, и кровообращение в них существенно нарушается. Между тем, способностью накапливать сорбит в человеческом организме отличаются прежде всего:

  • нервная ткань;
  • хрусталик глаза;
  • половые железы;
  • стенки кровеносных сосудов.

Вот почему так часты при диабете осложнения, связанные с ухудшением зрения, вплоть до полной его потери. Нарушениями кровоснабжения объясняются и заболевания почек, и ухудшение нервной деятельности, и снижение половой функции, – все это очень частые осложнения при диабете. То есть излишек сорбита, в связи с его свойством удерживать воду, может стать причиной многих бед при сахарном диабете.

 

endom.ru