В современном мире большое количество людей подвержены сахарному диабету. Плохая экологическая обстановка, неправильный тип питания, вредные привычки — все это может привести к такому заболеванию. Многие люди, даже не подозревают, что имеет этот диагноз. С каждым годом процент заболевших растет на несколько процентов. По данным ВОЗ, количество больных сахарным диабетом в мире удваивается каждые 15 лет. На сегодняшний день в мире процент заболевших составляет 7,1 % — это около 371 миллион человек. В РФ количество людей, страдающих данным заболеваниям, составляет около 6 % из них более 280 тысяч имеют заболевание I типа. Эти люди зависят от ежедневного введения инсулина, среди них 16 тысяч детей и 8,5 тысяч подростков.
Так что же такое сахарный диабет? Это заболевание, приводящее к нарушению обмена веществ, характеризующееся повышением содержания сахара в крови, когда возникает хроническая нехватка инсулина. Инсулин — это гормон, синтезирующийся в поджелудочной железе, а именно в клетках, которые называются островки Лангерганса (ОЛ).
Рис. 1. Клетки поджелудочной железы
Клетки поджелудочной железы не однородны и представлены двумя видами клеточных образований: ацинус, вырабатывающий ферменты и участвующий в пищеварительной функции, и островки Лангерганса, основная функция которого — синтезировать гормоны. В самой железе островков немного: они составляют 1–2 % от всей массы органа. Клетки ОЛ разнятся между собой по строению, функциям и имеется пять их видов. Они секретируют активные вещества, регулирующие углеводный обмен, пищеварение, могут участвовать в ответе на стрессовые реакции. К ним относятся: α-клетки (занимающие 25 % площади ОЛ) вырабатывают глюкагон — гормон повышающий уровень глюкозы в крови, участвует в снижении уровня кальция и фосфора в крови. β -клетки (60 %) составляют внутренний (центральный) слой дольки и являются основными, отвечают за выработку инсулина и амилина — компаньона инсулина в регуляции глюкозы крови. δ-клетки (10 %) образуют внешний слой в островке, продуцируют соматостатин — гормон, значительная часть которого синтезируется в гипоталамусе. РР -клетки (5 %), располагаются по периферии, вырабатывают вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), панкреатический полипептид (ПП), который способствует ослаблению свойств холестерина, обладает спазмолитическими свойствами в отношении гладкой мускулатуры желчного пузыря. Эпсилон-клетки — самые редкие из входящих в состав ОЛ (менее 1 %), синтезирующие грелин, одна из многочисленных функций относится возможность влиять на аппетит.
В β -клетках инсулин вырабатывается 24 часа в сутки, в больших количествах, чем другие гормоны. Жизненно важная функция инсулина заключается в том, что для нормального функционирования человеческому организму постоянно нужна глюкоза, которая обеспечивает клетки энергией. На нужном уровне глюкозу держит гормон инсулин, который как «ключик открывает» закодированную форму глюкозы и делает ее доступной для восприятия мозгом и организмом в целом. Попадая в клетку, глюкоза участвует в цепочке биохимических реакций, результатом которых является высвобождение определенного количества энергии. Эта энергия идет на поддержание всех жизненных процессов в клетке. Так как же происходит синтез инсулина и как он действует на организм?
Рис. 2 Синтез инсулина
Инсулин — это простой белок, из состоящий из полипептидных цепей: А-цепь (21 аминокислота) и В-цепь (30 аминокислот), связанных между собой дисульфидными мостиками. Его молекулярная масса равна 5,7 кДа. Инсулин синтезируется в поджелудочной железе в виде проинсулина, который путем органического протеолиза превращается в инсулин. При этом от проинсулина отщепляется С-пептид и 33 аминокислотных остатков. После чего он следует в аппарат Гольджи, где упаковывается в определенные гранулы вместе с ферментами, необходимыми для «созревания» гормона. В готовых гранулах инсулин находится в кристаллическом состоянии в виде гексамера, образуемого с участием двух ионов Zn2+.
В основном синтез и секреция инсулина начинаются во время приема пищи, тогда полностью готовая гранула сливается с клеточной мембраной и ее содержимое полностью выдавливается из клетки в кровь, нормализуя уровень глюкозы. Однако секреция инсулина происходит постоянно и около 50 % инсулина, высвобождаемого из β-клеток, никак не связано с приемом пищи — это называется базальный уровень инсулина. В течение суток поджелудочная железа выделяет примерно 1/5 от запасов имеющегося в ней инсулина. Главным стимулятором секреции инсулина является повышение концентрации глюкозы в крови выше 5,5 ммоль/л.
После проникновения глюкозы в β-клетки (через белок-переносчик ГлюТ-1, 2) она фосфорилируется гексокиназой IV (глюкокиназа, обладает низким сродством к глюкозе), далее она аэробно окисляется, накапливается аденозинтрифосфате (АТФ), тем самым стимулируя закрытие ионных K+-каналов, что приводит к деполяризации мембраны и открытию потенциал-зависимых Ca2+-каналов и притоку ионов Ca2+ в клетку. Поступающие ионы Ca2+ активируют фосфолипазу C и запускают Ca-фосфолипидный механизм проведения сигнала с образованием диацилглицерола (ДАГ) и инозитол-трифосфата (ИФ3), что ускоряет накопление ионов Ca2+ в цитозоле. Резкое увеличение концентрации в клетке ионов Ca2+ приводит к перемещению секреторных гранул к плазматической мембране, их слиянию с ней и экзоцитозу кристаллов зрелого инсулина наружу. Затем происходит распад кристаллов, отделение ионов Zn2+ и выход молекул активного инсулина в кровоток. Рецепторы инсулина находятся практически на всех клетках организма, кроме нервных.
Рис. 3. Схема внутриклеточной регуляции синтеза инсулина
Противоположным к инсулину по значению является гормон глюкагон. Это гормон, представляющий собой полипептидную цепь, и способный повышать уровень глюкозы в крови. Он синтезируется в поджелудочной железе, на ОЛ в α-клетках, но хранится он печени и запас его составляет около 200 г. Глюкагон при дефиците глюкозы или при недостатке энергии расщепляется до глюкозы, которая потом попадает в кровь. Тем самым глюкагон способен поддерживать концентрацию глюкозы в крови, снабжать мышцы дополнительной энергией, а также стимулирует попадание кислорода.
Неотъемлемую часть в синтезе инсулина играет вещество C-пептид, синтезирующееся в β-клетках поджелудочной железы. Наличие его в крови человека, показывает есть ли у человека сахарный диабет или нет. С-пептид остается биологически неактивным и сам по себе не выполняет никаких регуляций, но его наличие отражает концентрацию инсулина в крови. В норме для человека соотношение инсулин-С-пептид –5:1. Это происходит, потому что полураспад инсулина гораздо больше, чем у C-пептида, поэтому скорость выделение инсулина гораздо выше.
На снижение уровня глюкозы в крови влияет физическая активность, на его повышение — углеводное питание и стресс. Организм здорового человека способен контролировать уровень глюкозы в крови, но у людей, которые болеют сахарным диабетом, организм не способен это делать, поэтому у таких людей может состояния гипо- и гипергликемии. Гипогликемия — это критическое понижения сахара в крови. А гипергликемия, наоборот, это состояние, при котором в крови концентрация глюкозы выше нормы. Не только у людей, страдающих сахарным людей, может происходить данные состояния, а также и у здоровых, но у них это менее выражено. Норма уровня глюкозы в плазме крови составляет 4,0–6,1 ммоль/л, в цельной крови 3,3–5,5 ммоль/л. Гипогликемию отмечают при уровне глюкозы менее 2,8 ммоль/л, гипергликемию — когда уровень глюкозы составляет 6,5 ммоль/л натощак и 8,9 ммоль/л в любое время. Первыми признаками гипогликемии является головные боли, сонливость, бледность, тошнота, чувство голода. А при гипергликемии частое мочеиспускание, жажда, помутнение зрения, тошнота.
Помимо главной функции инсулина — расщепление глюкозы и доставка к жизненно важным органам, инсулин имеет такие положительные свойства на организм — это перенос аминокислот в мышечные клетки, тем самым стимулируется синтез белка, что способствует наращиванию мышечной ткани. Кроме того, гормон активизирует синтез гликогена, увеличивает активность энзимов, что помогает обеспечивать запас глюкозы в мышечных клетках, тем самым улучшая их производительность и восстановление.
Но есть и отрицательные свойства инсулина на организм, так например, он блокирует энзим, называемый горомонорецепторной липазой, который отвечает за расщепление жировой ткани. При этом организм не может расщепить накопленный жир (триглицериды) и превратить его в форму, которую можно сжечь (свободные жирные кислоты). При длительном повышенном состоянии инсулина организм начинает накапливать его в клетках, увеличивая синтез жировых кислот, что приводит к ожирению. Инсулин стимулирует выработку в печени холестерина, излишки которого разрушают артерии и развивается атеросклероз.
Исходя из вышесказанного, гормон инсулин является жизненно важным. Его полное отсутствие ведет к остановке работы всего организма. Он является важным звеном в доставке питания всем клеткам и особенно мозгу. Однако повышенное содержание в крови инсулина, например, при высокоуглеводном питании приводит к увеличению жировых отложений. В настоящее время, в случае отсутствия в организме функции воспроизведения инсулина поджелудочной железой, возможна заместительная инсулинотерапия синтетическим аналогом или человеческим инсулином, получен методом биотехнологии. Это является способом декомпенсации сахарного диабета. Ученые ведут новейшие разработки, которые позволят не только поддерживать, но и вылечить данное заболевание. А для того, чтобы исключить риск развития сахарного диабета, нужно периодически проверять уровень глюкозы крови и питаться правильно, уменьшив употребление высокоуглеводных продуктов питания.
Литература:
- http://diabetsahar.ru/pankreatit/podzheludochnaya-zheleza/funkcii-i-patologiya-ostrovkov-langergansa-sboj-vydelyaemyx-gormonov.html
- https://biokhimija.ru/gormony/insulin.html
- https://econet.ru/articles/179792-vazhno-kak-uroven-insulina-vliyaet-na-prodolzhitelnost-i-kachestvo-zhizni
