Главная > Болезни > За счет какого процесса поддерживается уровень глюкозы в крови

За счет какого процесса поддерживается уровень глюкозы в крови

В крови здорового человека содержание глюкозы является показателем довольно стабильным, не зависящим от приема пищи, фазы активно­сти либо покоя и других физиологических состояний организма.

Воз­можные колебания концентрации глюкозы нивелируются центральной нервной системой и эндокринной системой, под контролем кото­рых находятся и органные механизмы стабилизации уровня глюкозы в крови.

В XIX веке Клод Бернар установил наличие сахарного цент­ра на дне четвертого желудочка продолговатого мозга, затем были установлены центробежные пути передачи из него возбуждения.

Схему центральной регуляции углеводного обмена можно представить следую­щим образом: понижение уровня глюкозы в крови сопровождается раз­дражением клеток «сахарного центра», которое передается по симпатической нервной системе к надпочечникам и вызывает повышенную про­дукцию адреналина. Последний активизирует фосфорилазу, фермент, расщепляющий гликоген в печени. Освобождающаяся глюкоза посту­пает в кровь и компенсирует состояние гипогликемии.

При повышении концентрации глюкозы в крови также возбуждается «сахарный центр», но импульсы при этом распространяются по пара­симпатическим нервным волокнам к поджелудочной железе, стимулируя секрецию инсулина. Он способствует внутриклеточной утилизации глюкозы, что приводит к снижению ее концентрации в крови.

Наиболее выраженным влиянием на угле­водный обмен обладают гормоны поджелудочной железы и надпочечни­ков.

Поджелудочная железа секретирует инсулин и глюкагон.

Инсулин вырабатывается бета-клетками островков Лангерганса-Соболева поджелудочной железы. Это гормон белковой природы, состоящий из двух полипептидных цепей, структура которых расшифрована.

Инсулин — единственный гормон, снижающий уровень глюкозы в крови. Все дру­гие известные на сегодняшний день гормоны повышают концентрацию глюкозы в крови, то есть являются антагонистами инсулина.

Гипогликемический эффект действия инсулина реализуется, прежде всего, за счет активации им всех процессов утилизации глюкозы клетками:

— инсу­лин обеспечивает фосфорилирование глюкозы;

— способствует транспор­ту глюкозы через клеточную мембрану внутрь клетки;

— активирует про­цессы внутриклеточного расщепления глюкозы.

— инсулин активирует фермент гликоген-синтетазу, способствуя синтезу гликогена в печени;

— тормозит активность фермента липазы, расщепляющего жи­ры, и стимулирует переход глюкозы в жир;

— тормозит глюконеогенез — образование глюкозы из неуглеводов и, прежде всего, белков.

Избыток инсулина в крови нейтрализуется ферментом инсулиназой, который разрушает инсулин.

Глюкагон — вырабатывается альфа-клетками островкового аппарата под­желудочной железы. Также является гормоном белковой природы. По­вышает концентрациию глюкозы в крови, активируя фосфорилазу пече­ни, которая вызывает расщепление гликогена.

Продуцируются корковым и мозговым сло­ем надпочечников. Гормоны коркового слоя — глюкокортикоиды (кортизол, кортизон, кортикостерон) повышают концентрацию глюкозы в крови путем активации глюконеогенеза.

Гормоны мозгового слоя — катехоламины (адреналин, норадреналин, дофамин, ДОФА) повышают уровень глюкозы в крови за счет расщепления гликогена в печени под влиянием активированной фосфорилазы.

Катехоламины, в отличие от глюкагона, активируют не только печеночную фосфорилазу, но и фосфорилазу мышц, хотя для эффекта гипергликемии это не имеет существенного значения, так как при рас­щеплении мышечного гликогена глюкоза в кровь не выделяется. Но из мышечного гликогена образуется молочная кислота, которая большей частью ресинтезируется в гликоген печени, восполняя, в известной мере, затраченные его количества при компенсации гипогликемии.

По материалам pro-analizy.ru

Физиология обмена глюкозы

Глюкоза является основным энергетическим субстратом в организме человека. Источником глюкозы для организма служат углеводы пищи и выработка глюкозы самим организмом (преимущественно печенью) путем гликогенолиза (высвобождения глюкозы, хранившейся в виде гликогена) и глюконеогенеза (синтеза глюкозы из других веществ, например лактата, глицерола и некоторых аминокислот).

Концентрация глюкозы в крови зависит от соотношения выброса ее в кровоток и утилизации тканями. Концентрация глюкозы в норме жестко контролируется и у здоровых людей редко падает ниже 2,5 ммоль/л или превышает 8,0 ммоль/л, независимо от того, голодал человек или недавно принимал пищу.

Глюкоза, которая поступила с пищей, используется при голодании. Хотя концентрация глюкозы в крови несколько снижается при длительном голодании, а запасов гликогена хватает примерно на 24 часа, адаптационные процессы приводят к достижению нового устойчивого состояния. В среднем через 72 часа концентрация глюкозы стабилизируется и может сохраняться на постоянном уровне в течение многих дней. Основным источником глюкозы становится глюконеогенез (образование глюкозы из аминокислот и глицерола), а кетоны, образующиеся из жиров, становятся основным энергетическим субстратом.

Углеводы подразделяются на простые и сложные. Молекулы простых углеводов состоят из одной или двух молекул сахаров (глюкозы или фруктозы), молекулы сложных углеводов представляют собой цепочку из трех и более молекул сахаров, соединенных между собой. Углеводы содержатся во многих продуктах питания, настоящих и «искусственных»: крупах и злаковых хлопьях, крахмалистых овощах, фруктах, большинстве молочных продуктов, хлебе, макаронах, конфетах, шоколаде и газированных сладких напитках. В пищеварительном тракте происходит расщепление простых (фрукты, конфеты) и сложных (овощи, крупы) углеводов на одиночные молекулы сахара (моносахариды). Следовательно, все углеводы – это сахар.

Вспоминаю одного пациента, страдающего диабетом 2-го типа. Назовем его В. Это мужчина 52 лет – крепкий, высокий, масса тела его совсем незначительно превышает норму. В. очень ответственный человек, аккуратно выполняет все предписания, обследования и лечение. В прошлом он – военный, ушедший в отставку, работает и счастливо женат на молодой, очень любимой и любящей женщине. Его первая жена погибла в авиакатастрофе несколько лет назад, после этого врачи впервые обратили внимание на высокую глюкозу в его крови на очередной военной медкомиссии. Несколько лет В. жил вдовцом, а потом встретил родную душу – нынешнюю его жену. Юная жена с жаром принялась ухаживать за мужем, готовить полезные для здоровья блюда. Я поинтересовалась, что же она заставляет его есть. Оказалось, что В. ежедневно, практически насильно, съедает около килограмма разных фруктов – яблоки, груши, апельсины, мандарины и прочее – по сезону. И В., и его молодая активная жена были убеждены, что питаются правильно, ведь фрукты полезны, но именно фруктами этот человек нагонял себе невероятно высокие сахара. Так что с фруктами диабетику необходимо быть очень осторожным.

Способность организма использовать углеводы, поступающие с пищей, зависит от соотношения уровней инсулина и глюкагона – двух основных гормонов поджелудочной железы, регулирующих распределение питательных веществ в организме.

Глюкагон – гормон, под действием которого печень начинает высвобождать сахар (глюкозу), благодаря чему повышается уровень глюкозы в крови, поступающей в мозг и клетки тела. Помимо этого, глюкагон заставляет клетки высвобождать жир (для использования его в качестве источника энергии) и белки (чтобы использовать их в качестве строительного материала).

Если глюкагон отвечает за использование питательных веществ, то инсулин – за их хранение. Под действием инсулина сахар, жир и белки направляются из кровеносного русла в клетки. Процесс перемещения питательных веществ из крови в клетки имеет жизненно важное значение по двум причинам. Во-первых, при этом клетки получают энергию и строительные материалы, необходимые для их жизнедеятельности и обновления, а уровень сахара в крови поддерживается в сбалансированном состоянии, что защищает мозг от опасных для него перепадов концентрации глюкозы. Во-вторых, инсулин подает сигнал о поступлении в организм избытка глюкозы, и печень начинает превращать лишнюю глюкозу в гликоген и жир.

Читайте также:  УЗИ лимфоузлов - когда назначают обследование взрослым и детям, показатели нормы по локализации

Вы прочитали ознакомительный фрагмент! Если книга Вас заинтересовала, вы можете купить полную версию книгу и продолжить увлекательное чтение.

По материалам velib.com

Нервная регуляция концентрации глюкозы в крови выражается в положительном влиянии n.vagus на секрецию инсулина и тормозящем влиянии на этот процесс симпатической иннервации. Кроме этого, выделение адреналина в кровь подвержено симпатическим влияниям.

Основными факторами гормональной регуляции являются глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, соматотропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой. Все гормоны, кроме инсулина, влияя на печень, увеличивают гликемию.

Уменьшение концентрации глюкозы в крови инсулином достигается следующими путями:

  • переход глюкозы в клетки – активация белков-транспортеров ГлюТ 4 на цитоплазматической мембране,
  • вовлечение глюкозы в гликолиз – повышение синтеза глюкокиназы – фермента, получившего название «ловушка для глюкозы», стимуляция синтеза других ключевых ферментов гликолиза – фосфофруктокиназы , пируваткиназы ,
  • увеличение синтеза гликогена – активация гликогенсинтазы и стимуляция ее синтеза, что облегчает превращение излишков глюкозы в гликоген,
  • активация пентозофосфатного пути – индукция синтеза глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы ,
  • усиление липогенеза – вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеролов или фосфолипидов.

Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.

Глюкагон повышает содержание глюкозы крови:

  • увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы ,
  • стимулируя глюконеогенез – повышение работы ферментов пируваткарбоксилазы , фосфоенолпируват-карбоксикиназы , фруктозо-1,6-дифосфатазы .

Адреналин вызывает гипергликемию:

  • активируя мобилизацию гликогена – стимуляция гликогенфосфорилазы ,

Глюкокортикоиды повышают глюкозу крови

  • за счет подавления перехода глюкозы в клетку,
  • стимулируя глюконеогенез – увеличивают синтез ферментов пируваткарбоксилазы , фосфоенолпируват-карбоксикиназы , фруктозо-1,6-дифосфатазы .

В таблице кратко сформулированы основные аспекты гормональных влияний:

По материалам biokhimija.ru

А. Углеводы, содержащиеся в пищевом рационе.

Большинство углеводов, поступающих в организм с пищей, гидролизуется с образованием глюкозы, галактозы или фруктозы, которые через воротную вену поступают в печень. Галактоза и фруктоза быстро превращаются в печени в глюкозу (см. рис. 21.2 и 21.3).

Б. Различные глюкозообразующие соединения, вступающие на путь глюконеогенеза (рис. 22.2). Эти соединения можно разделить на две группы: (1) соединения, превращающиеся в глюкозу и не являющиеся продуктами ее метаболизма, например аминокислоты и пропионат; (2) соединения, которые являются продуктами частичного метаболизма глюкозы в ряде тканей; они переносятся в печень и почки, где из них ресинтезируется глюкоза. Так, лактат, образующийся в скелетных мышцах и эритроцитах из глюкозы, транспортируется в печень и почки, где из него вновь образуется глюкоза, которая затем поступает в кровь и ткани. Этот процесс называется циклом Корн или циклом молочной кислоты (рис. 22.6). Источником глицерола, необходимого для синтеза триацилглицеролов в жировой ткани, является глюкоза крови, поскольку использование свободного глицерола в этой ткани затруднено. Ацилглицеролы жировой ткани подвергаются постоянному

Рис. 22.6. Цикл молочной кислоты (цикл Кори) и глюкозо-аланиновый цикл.

гидролизу, в результате которого образуется свободный глицерол, который диффундирует из ткани в кровь. В печени и почках он вступает на путь глюконеогенеза и вновь превращается в глюкозу. Таким образом, постоянно функционирует цикл, в котором глюкоза из печени и почек транспортируется в жировую ткань, а глицерол из этой ткани поступает в печень и почки, где превращается в глюкозу.

Следует отметить, что среди аминокислот, транспортируемых при голодании из мышц в печень, преобладает аланин. Это позволило постулировать существование глюкозоаланинового цикла (рис. 22.6), по которому глюкоза поступает из печени в мышцы, а аланин—из мышц в печень, за счет чего обеспечивается перенос аминоазота из мышц в печень и «свободной энергии» из печени в мышцы. Энергия, необходимая для синтеза глюкозы из пирувата в печени, поступает за счет окисления жирных кислот.

У человека в период между приемами пищи концентрация глюкозы в крови варьирует от 80 до После приема пищи, богатой углеводами, концентрация глюкозы увеличивается до Во время голодания концентрация глюкозы падает приблизительно до При нормальном состоянии организма уровень глюкозы в крови колеблется в указанных пределах. У жвачных концентрация глюкозы значительно ниже — около у овец и у крупного рогатого скота. Это, по-видимому, связано с тем, что у данных животных практически все углеводы, поступающие с пищей, расщепляются до низших (летучих) жирных кислот, которые заменяют глюкозу в качестве источника энергии в тканях при нормальном питании.

Поддержание содержания глюкозы в крови на определенном уровне является примером одного из самых совершенных механизмов гомеостаза, в функционировании которого участвуют печень, внепеченочные ткани и некоторые гормоны. Глюкоза легко проникает в клетки печени и относительно медленно в клетки внепеченочных тканей. Следовательно, прохождение через клеточную мембрану является лимитирующей скорость стадией при потреблении глюкозы внепеченочными тканями. Поступившая в клетки глюкоза быстро фосфорилируется при действии гексокиназы. С другой стороны, вполне возможно, что более значительное влияние на потребление глюкозы печенью или на выход глюкозы из этого органа оказывают активность некоторых других ферментов и концентрации ключевых промежуточных продуктов. Тем не менее концентрация глюкозы в крови является важным фактором, регулирующим скорость потребления глюкозы как печенью, так и внепеченочными тканями.

Роль глюкокнназы. Следует особо отметить, что глюкозо-6-фосфат ингибирует гексокиназу и, следовательно, потребление глюкозы внепеченочными тканями, зависящее от гексокиназы, которая катализирует фосфорилирование глюкозы и регулируется по принципу обратной связи. С печенью этого не происходит, поскольку глюкозо-6-фосфат не ингибирует глюкокиназу. Этот фермент характеризуется более высоким значением (более низким сродством) для глюкозы, чем гексокиназа; активность глюкокиназы повышается в пределах физиологических концентраций глюкозы (рис. 22.7); после приема богатой углеводами пищи фермент «настраивается» на высокие концентрации глюкозы, поступающей в печень по воротной вене. Отметим, что этот фермент отсутствует у жвачных, у которых лишь небольшое количество глюкозы поступает из кишечника в систему воротной вены.

При нормальном содержании глюкозы в крови печень, по-видимому, поставляет глюкозу в кровь. При увеличении же уровня глюкозы в крови ее выход из печени прекращается, а при достаточно высоких концентрациях начинается поступление глюкозы в печень. Как показали опыты, проведенные на крысах, при концентрации глюкозы в воротной вене печени скорость поступления глюкозы в печень и скорость ее выхода из печени равны.

Роль инсулина. В состоянии гипергликемии увеличивается поступление глюкозы как в печень, так и в периферические ткани. Центральную роль в регуляции концентрации глюкозы в крови играет гормон

Рис. 22.7. Зависимость глюкозофосфорилирующей активности гексокиназы и глюкокиназы от концетрации глюкозы в крови. Значение для глюкозы у гексокиназы — 0,05 (0,9 мг/100 мл), а у глюкокиназы-10

инсулин. Он синтезируется в поджелудочной железе В-клетками островков Лангерганса, и его поступление в кровь увеличивается при гипергликемии. Концентрация этого гормона в крови изменяется параллельно концентрации глюкозы; введение его быстро вызывает гипогликемию. К веществам, вызывающим секрецию инсулина, относятся аминокислоты, свободные жирные кислоты, кетоновые тела, глюкагон, секретин и лекарственный препарат толбутамид; адреналин и норадреналин, наоборот, блокируют его секрецию. Инсулин быстро вызывает увеличение поглощения глюкозы жировой тканью и мышцами за счет ускорения транспорта глюкозы через клеточные мембраны путем перемещения переносчиков глюкозы из цитоплазмы в плазматическую мембрану. Однако инсулин не оказывает прямого действия на проникновение глюкозы в клетки печени; это согласуется с данными о том, что скорость метаболизма глюкозы клетками печени не лимитируется скоростью ее прохождения через клеточные мембраны. Инсулин, однако, действует опосредованно, влияя на активность ферментов, участвующих в гликолизе и гликогенолизе (см. выше).

Читайте также:  Алгоритм забора крови на биохимический анализ у новорожденных

Передняя доля гипофиза секретирует гормоны, действие которых противоположно действию инсулина, т. е. они повышают уровень глюкозы в крови. К ним относятся гормон роста, АКТГ (кортикотро-пин) и, вероятно, другие «диабетогенные» факторы. Гипогликемия стимулирует секрецию гормона роста. Он вызывает уменьшение поступления глюкозы в некоторые ткани, например в мышцы. Действие гормона роста является до некоторой стёпеяи опосредованным, поскольку он стимулирует мобилизацию из жировой ткани свободных жирных кислот, которые являются ингибиторами потребления глюкозы. Длительное введение гормона роста приводит к диабету. Вызывая гипергликемию, он стимулирует постоянную секрецию инсулина, что в конечном счете приводит к истощению В-клеток.

Глюкокортикоиды (-гидроксистероиды) секретируются корой надпочечников и играют важную роль в углеводном обмене. Введение этих стероидов усиливает глюконеогенез за счет интенсификации катаболизма белков в тканях, увеличения потребления аминокислот печенью, а также повышения активности трансаминаз и других ферментов, участвующих в процессе глюконеогенеза в печени. Кроме того, глюкокортикоиды ингибируют утилизацию глюкозы во внепеченочных тканях. В рассмотренных случаях глюкокортикоиды действуют подобно антагонистам инсулина.

Адреналин секретируется мозговым слоем надпочечников в ответ на стрессорные стимулы (страх, сильное волнение, кровотечение, кислородная недостаточность, гипогликемия и т. д.). Стимулируя фосфорилазу, он вызывает гликогенолиз в печени и мышцах. В мышцах из-за отсутствия глюкозо-6-фосфатазы гликогенолиз доходит до стадии лактата, в то время как в печени основным продуктом превращения гликогена является глюкоза, которая поступает в кровь, где уровень ее повышается.

Глюкагон является гормоном, секретируемым А-клетками островков Лангерганса в поджелудочной железе (его секреция стимулируется гипогликемией). Когда по воротной вене глюкагон поступает в печень, он, подобно адреналину, активирует фосфорилазу и вызывает гликогенолиз. Большая часть эндогенного глюкагона задерживается в печени. В отличие от адреналина глюкагон не влияет на фосфорилазу мышц. Этот гормон усиливает также глюконеогенез из аминокислот и лактата. Гипергликемический эффект глюкагона обусловлен как гликогенолизом, так и глюконеогенезом в печени.

Следует отметить, что гормон щитовидной железы также влияет на содержание глюкозы в крови. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что тироксин обладает диабетогенным действием, а удаление щитовидной железы препятствует развитию диабета. Было отмечено, что гликоген полностью отсутствует в печени животных с тиреотоксикозом. У людей с усиленной функцией щитовидной железы содержание сахара в крови при голодании повышено, а у людей с пониженной функцией щитовидной железы оно снижено. При гипертиреозе глюкоза, по-видимому, расходуется с нормальной или повышенной скоростью, а при гипотиреозе способность утилизировать глюкозу понижена. Следует отметить, что пациенты с гипофункцией щитовидной железы менее чувствительны к действию инсулина, чем здоровые люди и пациенты с гипертиреозом.

Когда содержание глюкозы в крови достигает относительно высокого уровня, в процесс регуляции включаются и почки. Глюкоза фильтруется почечными клубочками и обычно полностью возвращается в кровь в результате реабсорбции (обратного всасывания) в почечных канальцах. Процесс реабсорбции глюкозы связан с расходованием АТР в клетках почечных канальцев. Максимальная скорость реабсорбции глюкозы в почечных канальцах около 350 . При повышенном содержании глюкозы в крови клубочковый фильтрат содержит больше глюкозы, чем может быть реабсорбировано в канальцах. Избыток глюкозы выводится с мочой, т. е. возникает гликозурия. У здоровых людей гликозурия наблюдается в том случае, если содержание глюкозы в венозной крови превышает 170-180 мг/100 мл; этот уровень называют почечным порогом для глюкозы.

У подопытных животных можно вызвать гликозурию с помощью флоридзина, ингибирующего

Рис. 22.8. Проба на толерантность к глюкозе. Кривые содержания глюкозы в крови у здорового и больного диабетом человека после приема 50 г глюкозы. Обратите внимание на то, что у больного диабетом исходное содержание глюкозы в крови повышено. Показателем нормальной толерантности является возвращение к исходному уровню глюкозы в крови в течение двух часов.

реабсорбцию глюкозы в почечных канальцах. Такую гликозурию, обусловленную нарушением реабсорбции глюкозы, называют почечной гликозурией. Причиной почечной гликозурии может быть наследственный дефект почек, или же она может развиться в результате ряда заболеваний. Гликозурия часто является указанием на заболевание сахарным диабетом.

О способности организма использовать глюкозу можно судить по его толерантности к ней. После введения определенного количества глюкозы строят кривые динамики содержания глюкозы в крови (рис. 22.8), которые характеризуют толерантность к глюкозе. При сахарном диабете она понижена из-за уменьшения количества секретируемого инсулина; при этом заболевании содержание глюкозы в крови повышается (гипергликемия), возникает гликозурия, могут происходить изменения в обмене жиров. Толерантность к глюкозе снижается не только при диабете, но и при некоторых состояниях, сопровождающихся нарушением функции печени, при ряде инфекционных заболеваний, ожирении, действии ряда лекарственных препаратов, а иногда и при атеросклерозе. Снижение толерантности к глюкозе может также наблюдаться при гиперфункции гипофиза или коры надпочечников вследствие антагонизма между гормонами, секретируемыми этими железами внутренней секреции, и инсулином.

Инсулин повышает толерантность организма к глюкозе. При его введении содержание глюкозы в крови снижается, а ее потребление и содержание в виде гликогена в печени и мышцах увеличиваются. При введении избытка инсулина может возникнуть тяжелая гипогликемия, сопровождающаяся судорогами; если в этом состоянии быстро не ввести глюкозу, то может наступить летальный исход. У человека гипогликемические судороги появляются при быстром снижении содержания глюкозы в крови до 20 мг/100 мл. Повышенная толерантность к глюкозе наблюдается при недостаточной функции гипофиза или коры надпочечников; это является следствием снижения антагонистического эффекта гормонов, секретируемых этими железами, по отношению к инсулину. В результате «относительное содержание» инсулина в организме увеличивается.

Cohen P. Control of Enzyme Activity, 2nd ed. Chapman and Hall, 1983.

Hers H. G. The control of glycogen metabolism in the liver, Annu. Rev. Biochem., 1976, 45, 167.

Hers H. G., Hue L. Gluconeogenesis and related aspects of glycolysis. Annu. Rev. Biochem., 1983, 52, 617.

Hers H. G., Van Schaftingen E. Fructose 2-6-bisphosphate two years after its discovery, Biochem. J., 1982, 206, 1.

Hue L., Van de Werve G. (eds). Short-Term Regulation of Liver Metabolism, Elsevier/North Holland, 1981.

Newsholme E.A., Crabtree B. Flux-generating and regulatory steps in metabolic control, Trends Biochem. Sci., 1981, 6, 53.

Newsholme E.A., Start C. Regulation in Metabolism. Wiley, 1973.

Storey К. B. A re-evalution of the Pasteur effect, Mol. Physiol., 1985, 8, 439.

По материалам edu.sernam.ru

Добавить комментарий