Как поддерживается нормальный уровень глюкозы в крови?

Несмотря на значительные колебания в поступлении и утилизации глюкозы в течение дня, ее уровень в крови обычно не поднимается выше 8,0 и не опускается ниже 3,5 ммоль/л. На рис. 3.3 продемонстрированы типичные суточные колебания концентрации глюкозы в крови.

Сразу после еды уровень глюкозы в крови повышается, так как сахар, содержащийся в продуктах питания, всасывается из кишечника. Глюкоза захватывается клетками организма для удовлетворения их энергетических потребностей. Клетки печени и миоциты запасают избыточное количество глюкозы в виде молекул гликогена. Между приемами пищи содержание глюкозы в крови понижается и она мобилизуется из депо для поддержания минимально необходимого уровня в крови. Если требуется, глюкоза может быть получена и из неуглеводных источников (например, белков) в процессе так называемого глюконеогенеза. Как захват глюкозы клетками, так и все ее метаболические превращения (гликогенез, гликогенолиз и др.) находятся под контролем гормонов, секреция которых зависит от уровня сахара в крови.

Отв4)

Гликоген – главный запасной полисахарид организма человека и животных.  Накапливается в печени и мышцах.

Гликогенолиз может осуществляться либо путем гидролиза (под действием ферментов амилаз), либо фосфоролиза.

 

Фосфоролиз является основным путем распада гликогена, его катализирует фермент гликогенфосфорилаза, относящийся к клас­су трансфераз. Фосфорилазы переводят полисахариды из запасной формы в метаболически активную. Гликогенфосфорилаза отщепляет остатки глюкозы от полигликозидной цепи гликогена и переносит их на молекулу фосфорной кислоты с образованием глкжозо-1-фосфата:

 

Глюкозо-1-фосфат быстро изомеризуется, превращаясь в глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутазы:

На данном этапе заканчивается распад гликогена в мышечной ткани.

В печени из глюкозо-6-фосфата проис­ходит образование свободной глюкозы под влиянием глюкозо-6-фосфатазы. Данный фермент катализирует гидролитическое отщепление фосфата:

Фосфорилированная глюкоза,  в отличие от свободной, не может легко диффундировать из клеток. Поэтому функция мышечного гликогена заключается в том, что он является легкодоступным источником глюкозы для самой мышцы. Печень содержит гидролитический фермент глюкозо-6-фосфатазу, который и обеспечивает возможность быстрого выхода глюкозы из этого органа в кровь и использования другими тканями (в том числе мышечной). Гликоген печени используется для поддержания относительного постоянства концентрации глюкозы в крови.

 

Задача № 30

Введение животным адреналина вызывает гипергликемию. Почему это не наблюдается у животных с удаленной печенью? Почему неэффективно введение лактата, пирувата и галактозы в этом случае?

Для обоснования ответа:

1. Вспомните, какова роль печени в обмене углеводов?

2. Объясните гипергликемический эффект адреналина.

Отв1)

люкоза, приносимая из кишечника по воротной вене, в печени превращается в гликоген. Благодаря высоким запасам гликогена печень служит основным углеводным депо организма. Гликогенная функция печени обеспечивается действием ряда ферментов и регулируется центральной нервной системой и  гормонами — адреналином, инсулином, глюкагоном. В случае повышенной потребности организма в сахаре, например, во время усиленной мышечной работы или при голодании гликоген под действием фермента фосфорилазы превращается в глюкозу и поступает в кровь. Таким образом, печень регулирует постоян-ство глюкозы в крови и нормальное обеспечение ею органов и тканей. Биосинтез крахмала и гликогена хорошо изучен. В основном он заключается в следующем. Под влиянием фермента фосфорилазы от 1-фосфата глюкозы отщепляется неорганический фосфат, а остаток глюкозы присоединяется к не-восстанавливающему концевому глюкозному остатку полисахаридной цепи. Синтез сводится к удлинению цепи; поэтому для начала процесса необходима «затравка» в виде небольшого количества полисахаридов (крахмала или гликогена) или продуктов их расщепления, состоящих из сравнительно не-большого числа глюкозных остатков. Фосфорилазы переводят полисахариды (в частности, гликоген) из запасной формы в метаболически

активную форму; в присутствии фосфорилазы гликоген распадается с образованием фосфорного эфира глюкозы (глюкозо-1-фосфата) без предварительного расщепления на более крупные обломки молекулы полисахарида. В общей форме эту реакцию можно представить в следующем виде: (C6H10O5)n+ H3PO4–> (C6H10O5)n–1+ Глюкозо-1-фосфат, где (С6Н10О5)n означает полисахаридную цепь гликогена, а (С6Н10О5)n,– ту же цепь, но укороченную на один глюкозный остаток. Образовавшийся в результате фосфоролитического распада гликогена глюкозо-1-фосфат превращается под действием фосфоглюкомутазы в глюкозо-6-фосфат. Для осуществления данной реакции необходима фосфо-рилированная форма фосфоглюкомутазы, т.е. ее активная форма, которая образуется, как отмечалось, в присутствии глюкозо-1,6-бисфосфата .

отв2)

Адреналин также может применяться во время затяжной комы в расчете на его гипергликемическое действие. Следует учесть, что во время инсулиновой комы замедляется его всасывание из подкожной клетчатки. Ускорить всасывание можно, приложив к месту инъекции горячую грелку. Кроме того, следует также учитывать, что гипергликемическое действие адреналина во время инсулиновых гипогликемии ослаблено, а его действие на сердечно-сосудистую систему может быть усилено. Больным диабетом инъекции адреналина не рекомендуются.

К средствам, заменяющим глюкозу, относится также глютаминовый натрий. Некоторыми авторами рекомендуется внутривенное вливание смеси, состоящей из 30 мл 40%-ного раствора глюкозы, 20 мл 10%-ного раствора глютаминового натрия с добавлением 30 мг витамина В6.

Применение витаминов. Для улучшения усвоения глюкозы, а также учитывая возможную повышенную потребность и дефицит витаминов в организме во время затяжной комы, рекомендуется насыщение организма витаминами группы В (витамины B1 и В6 в особенности) и витамином С. Витамины рекомендуется вводить как парентерально, так и при кормлении через зонд. От внутривенных вливаний никотиновой кислоты лучше воздержаться — ее сосудорасширяющее действие может во время затяжной комы вызвать коллапс.

Ответ к задаче №30 Гипергликемия объясняется тем, что в печени протекают процессы, являющиеся источником глюкозы для крови (распад гликогена и ГНГ), которые стимулируются адреналином.

У животных, лишенных печени, эти процессы не происходят, как и процесс унификации галактозы.

Задача № 31

Описано два типа заболеваний. Для одного характерен дефект фосфорилазы мышц, для другого - печени. Назовите признаки этих заболеваний. Как изменится концентрация лактата в крови после физической нагрузки? Какова реакция больных на введение глюкагона?

Для ответа:

1. Вспомните, в каком процессе участвует фосфорилаза?

2. Напишите схему процесса. Чем различаются эти процессы в печени и мышцах?

3. В каком случае физическая нагрузка сопровождается гиперлактатемией?

4. Что такое глюкагон? Его участие в регуляции углеводного обмена.

Ответ к задаче №31

При дефекте фосфорилазы мышц будет наблюдаться мышечная слабость. При дефекте фосфорилазы печени будут увеличены размеры этого органа, наблюдается гипогликемия. Концентрация лактата после физической нагрузки не изменится. Введение глюкагона вызовет гипергликемию за счет стимуляции глюконеогенеза.

Отв1) фермент, который является катализатором в реакциях присоединения какой-либо органической молекулы (обычно глюкозы) к фосфатной группе (фосфорилирование). Фосфорилаза присутствует в печени и почках, где принимает участие в процессе расщепления гликогена до глюкозо-1 -фосфата.

Отв2)

Механизм стимуляции гликогенолиза в мышце адреналином несколько отличается от этого процесса в печени, так как свойства фосфорилазы в этих органах различны. В мышцах фосфорилаза встречается также в двух видах: активная (фосфорилаза «а») и неактивная (фосфорилаза «б»). Но обе формы нетождественны активной и неактивной формам фермента печени. Мышечная фосфорилаза «ft» может быть активирована при помощи адениловой кислоты, в то время как на печеночную неактивную фосфорилазу последняя действует очень слабо (Sutherland et al., 1951).  Если инкубировать изолированную диафрагму в фосфатном буфере и затем определять в ней содержание фосфорилазы «а» и «ft», то общая активность фермента (в присутствии адениловой кислоты) в течение 20 мин остается прежней.  Соотношение же между фосфорилазой «а» и «6» меняется: активность первой уменьшается, второй возрастает. Если же инкубацию вести в присутствии адреналина, то такого уменьшения фосфорилазы «а» не происходит. Прибавление гормона к буферному раствору после того, как уменьшение произошло, восстанавливает содержание фосфорилазы «а» в мышцах (Sutherland et al., 1951). Глюкоза, освобождаясь в кровяное русло при гликогенолизе из печени прежде чем использоваться клетками, подвергается в организме, как известно, фосфорилированию — соединению с остатком ортофосфорной кислоты. Источником этого фосфатного остатка является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), превращающаяся при этом в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ). Перенос фосфора осуществляется с помощью фермента гексокиназы, которая катализирует реакцию, вовлекающую глюкозу в энергетический обмен тканей. Фосфатный остаток присоединяется к 6-му атому углерода.  Дальнейшая судьба возникшего таким образом глюкозо6фосфата будет определяться, как отмечают исследователи, ферментативной организацией той или иной ткани и преобладающими в данный момент условиями.

Отв3)

Исследования, раскрывающие механизмы адаптации к физическим нагрузкам, в большей своей части направлены на изучение морфологических и функциональных особенностей органов кровообращения у тренированных спортсменов. Такое направление не является случайным, так как известно, что ССС играет ведущую роль в повышении аэробной производительности организма. Последнее особенно важно при выполнении длительной циклической работы.

Общие представления о приспособительных реакциях сердца и сосудов к мышечной деятельности сложились около 30 лет назад. Уже тогда было установлено, что увеличенная при физической работе потребность в кислороде удовлетворяется вследствие усиления деятельности органов дыхания и сердца и что мощность и длительность работы лимитируются главным образом функциональными возможностями органов кровообращения.

Усиление притока крови к работающим органам обеспечивается сложным комплексом нервных и гуморальных влияний. Это осуществляется как за счет увеличения МОК, так и вследствие его перераспределения. Сужение сосудов, или вазоконстрикция, возникающая при мышечной деятельности в неактивных органах, способствует усилению гиперемии.

Исследования показали, что адаптивные сдвиги в ССС проявляются не только при мышечной работе, но и в состоянии покоя. Они характеризуются морфологическими и функциональными особенностями сердца и сосудов.

Еще в XIX в. было отмечено, что одним из постоянных признаков адаптации организма к физическим нагрузкам является редкий пульс - брадикардия - в состоянии покоя.

Опыты на животных свидетельствуют о большой роли сосудистой системы в адаптации организма к мышечной деятельности. Приспособительные сосудистые реакции, обеспечивающие увеличение кровотока к работающим органам, имеют не меньшее значение, чем усиление деятельности сердца. Повышение сократительной функции миокарда обеспечивает лишь передвижение увеличенной при работе массы венозной крови в артерии. Сосуды же благодаря прессорным и депрессорным реакциям в разных областях тела по-разному распределяют циркулирующую кровь между отдельными органами - в соответствии со степенью их активности.

Периферическое сопротивление является суммарным показателем артериол разных областей тела. Эта величина уменьшается под влиянием физической работы. Динамика периферического сопротивления в восстановительном периоде различна у лиц разной степени тренированности. У более тренированных его восстановление, как правило, происходит медленнее, чем у менее тренированных. Понижение периферического сопротивления свидетельствует о вазодилатации в обширных областях тела. Оно облегчает деятельность сердца и благоприятно отражается на протекании тканевого метаболизма.

Именно благодаря перестройке структуры и функций сердца и сосудов, а так же совершенствованию системы регуляции производительность системы кровообращения спортсмена оказывается много выше, чем у лиц, не занимающихся спортом.

Отв3)

В норме концентрация молочной кислоты в крови составляет менее 180 мг/л, или 2 ммоль. Гиперлактатемия, не связанная с недостаточностью фермента, может отмечаться при гипоксемии. В этом случае концентрация пировиноградной кислоты в сыворотке может оставаться в пределах нормы (10 мг/л), в то время как при недостаточности ферментов она обычно увеличивается.

Таким образом, полезно проводить одновременное определение молочной и пировиноградной кислот в пробе крови. Эти измерения должны проводиться многократно в период клинических про явлений, так как острая и в конечном итоге заканчивающаяся летально гиперлактатемия может быть интермиттирующей.

Гиперлактатемия встречается при нарушениях углеводного обмена, обусловленных дефектами превращения пирувата в глюкозу по пути глюконеогенеза или образования углекислого газа а воды с участием митохондриальных ферментов цикла лимонной кислоты. Распознают эти нарушения по гиперлактатемии.

Исследовать уровень молочной кислоты необходимо у всех детей с ацидозом неясной этиологии, при котором дефицит анионов превышает 16 ммоль. Дефицит анионов представляет собой разницу сумм концентраций катионов (Na+, K+) и анионов (Сl-, НСО₃) в сыворотке. Высокие показатели дефицита анионов указывают на повышение в крови уровня кетокислот, салицилатов, лактата или других органических кислот.

Недостаточность глюкозо-6-фосфатазы

Болезнь накопления гликогена, или гликогеноз I (ГГ-I), представляет собой лишь один из 12 типов гликогенозов, сопровождающихся значительным лактатацидозом. У большинства детей развивающийся в результате этого повторный метаболический ацидоз имеет минимальное клиническое значение, но у некоторых детей с ГГ-I повторно развившийся лактатацидоз угрожает жизни.

Отв4)