Підшлункова залоза і інсулін

1. Що таке інсулін?
2. Як діє інсулін?
3. Друзі та вороги інсуліну
4. Трохи про діабет

// Головна Нотатки Лекаря Підшлункова залоза і інсулін

Історія відкриття інсуліну почалася в 1889 році. Німецькі дослідники О. Мінковський і І. Мерінг видаляли у піддослідних собак підшлункову залозу. Операція мала на меті викликати певні травні розлади (адже підшлункова залоза виробляє важливий травний сік) і глибоко вивчити їх перебіг. Це вдалося, але, крім очікуваних розладів, у тварин з'явилася жага і виділялася велика кількість сечі.

Супутні явища могли б пройти непоміченими. Але справа відбувалася в клініці, де давно і наполегливо займалися діабетом. Тому вчені відразу звернули увагу на разючу подібність цих явищ з тими, якими супроводжується діабет у людини. Додаткові дослідження дозволили стверджувати, що у піддослідних собак був отриманий експериментальний діабет.

Але яка частина підшлункової залози, яка в цілому є однією з травних залоз, виробляє протидіабетичний речовина?

Ще в 1869 році німецький вчений П. Лангерганс відкрив, що в товщу залози вкраплені маленькі острівці - зараз вони так і називаються острівцями Лангерганса, - по тканинному будовою несхожі на решту залози.

Острівці ці не мають вивідних проток. Логічно було припустити, що протидіабетичний речовина створюється саме в них. У 1901 році російський лікар Л. Соболєв довів правильність цього припущення експериментом. Він перев'язав у піддослідної тварини вивідний проток підшлункової залози. Травний сік переповнив внутрішні дрібні протоки і викликав атрофію виробляти його залози. Острівці ж, оскільки вони не мають ніякого відношення до травної функції залози, при цьому не постраждали. І якщо у піддослідних тварин була атрофована навіть вся травна тканину залози, але зберігалися острівці, діабет не розвивався!

Протидіабетичний речовина стали називати інсуліном (від латинського «інсула» - острівець), хоча його ніхто ще не зміг отримати і навіть не міг бути повністю впевнений в тому, що воно дійсно існує.

Наступний крок був зроблений в 1920-1922 роках. Два молодих канадських дослідника - лікар Фред Бантінг і студент Чарльз Бест отримали активний гормон - інсулін. Він підтримував життя собак, у яких була повністю вилучена підшлункова залоза. Якщо таким тваринам не вводити інсулін, то вони живуть лічені дні. При введенні ж гормону собака жила цілих 70 днів.

Вона могла б жити і довше, але її забили, щоб упевнитися в тому, що підшлункова залоза була видалена повністю.

Для того щоб зрозуміти, наскільки вражаючим був успіх, слід згадати, що в ті роки був, власне кажучи, лише один спосіб лікування діабету - дієта з обмеженням вуглеводів. Це, звичайно, допомагало, але лише в легких випадках. У важких же випадках дієта дозволяла лише дуже незначно продовжити життя хворих. А діагноз діабету в молодому віці був рівносильний смертному вироку ...

Відразу ж після перших робіт Бантінга і Беста в багатьох країнах світу було налагоджено виробництво інсуліну. Препарат виявився дуже недорогим: його навчилися отримувати на бойнях з підшлункової залоз тварин, забитих на м'ясо. Зараз для отримання інсуліну використовують також підшлункову залозу китів, а в Японії отримують його навіть з риби.

Ще в 20-і роки ХХ століття встановили, що інсулін є досить простим білком. Вдалося отримати його в кристалічному вигляді. У 50-ті роки ХХ століття була з'ясована повна структурна формула його (ця заслуга належить англійцю Сенгер), а в 1963 році відразу дві групи дослідників - в США і в ФРН - повністю синтезували інсулін. Це величезний успіх біохімії. Однак вартість синтетичного гормону поки ще незрівнянно вищий, ніж препарату, одержуваного на бойнях.

Як правило, кожна із залоз внутрішньої секреції є компактним орган. Острівці Лангерганса в цьому відношенні представляють собою вражаюче виняток. Їх в підшлунковій залозі міститься близько мільйона! Діаметр кожного з цих острівців дорівнює всього 100-200 мікрона.

Ендокринологи навчилися вирізати з залози окремі острівці і визначати інсулін в кожному з них. Але при промисловому виробництві його отримують з усієї залози в цілому.

Як ні малий острівець, але він складається з різних клітин. Вони, зокрема, відрізняються один від одного тим, що по-різному забарвлюються деякими фарбами. Інсулін виробляють клітини тільки одного виду, звані бета-клітинами. У них гормон і синтезується і зберігається у вигляді особливих зерняток правильної форми - гранул. Острівці рясно забезпечуються кров'ю і стежать за вмістом в ній цукру. Якщо воно підвищується проти норми, гранули інсуліну рухаються до поверхні клітини і виходять з неї. Так цукор крові служить регулятором виходу інсуліну з клітин-острівців. У російській медичній літературі міцно вкорінився термін «цукор крові». Мова йде не про те цукрі, який продається в магазинах, тобто сахарозі, але про глюкозу.

Що таке інсулін?

Інсулін відноситься до сімейства поліпептидних гормонів. Це найпростіші білки, молекулярна вага яких не перевищує декількох тисяч. Молекула інсуліну складається з двох ланцюгів амінокислот. Коротка ланцюг включає 21 амінокислоту, а довга - 30. Ланцюги з'єднані між собою «містками» з двох атомів сірки - так званими дисульфідними містками.

Основний прояв дії інсуліну на організм - це зниження цукру крові. Якщо ж зруйнувати містки між ланцюгами інсуліну, його вплив на цукор крові майже зовсім припиняється. Але не завжди.

М'язова тканина, вирізана з організму тварини і поміщена в посудину з розчином, до якого додана глюкоза, захоплює глюкозу. Якщо в розчин додати трохи інсуліну, захоплення м'язом глюкози посилиться. Якщо ж разом з інсуліном додати в розчин трохи його довгому ланцюгу, то можна переконатися, що ця довга ланцюг не тільки не діє сама, а й заважає діяти інсуліну. Коротка ж ланцюг інсуліну, введена в розчин, так само, як і «цілий» гормон, буде сприяти захоплення інсуліну, хоча і в меншій мірі.

Жирова тканина в розчині, що містить глюкозу, також буде захоплювати останню. І в цьому випадку інсулін підсилює процес захоплення. Але тепер і одна довга його ланцюг, додана до розчину, так само, як і цілий інсулін, сприяє захопленню глюкози жировою тканиною.

Як можна угледіти з цих дослідів, кожна ланцюг інсуліну володіє своєю особливою роллю. Однак в її пізнанні зроблені лише перші кроки.

Втім, ми ще дуже багато чого не знаємо про інсулін. Наприклад, про те, в якому вигляді він міститься в крові. Є припущення, що там він не зовсім такий, як в пробірці хіміка (де молекулярна вага його дорівнює 6 тисячам), а існує у вигляді тетрамеров - зчетверених молекул. Крім того, частина інсуліну в крові пов'язана якимось білком, що виробляється, ймовірно, в печінці. Про самому цьому білку майже нічого не відомо. Виробляється він у дуже малій кількості - рівно в такому, яке необхідно для зв'язування інсуліну.

Інсулін, пов'язаний білком, володіє дуже цікавою властивістю: він діє тільки на жирову тканину і абсолютно не діє на м'язи. Більш того, жирова тканина - а її в організмі повнісінько - може навіть відокремлювати інсулін від зв'язує його білка і віддавати непотрібні їй самій надлишки м'язам.

Пов'язана форма існує і в інших гормонів, але зазвичай це неактивна форма, транспортна. У пов'язаному, як би в запакованому, вигляді гормони доставляються потребітелю- тканинам. Інсулін ж у цьому відношенні займає особливе місце. Ключик до використання вільного інсуліну мають всі тканини, які взагалі його потребують. А ключиком до пов'язаного інсуліну природа наділила тільки жирову тканину.

В організмі здорової людини щодня утворюється близько 1,5-2 міліграмів інсуліну. Медики ж, призначаючи гормон хворим, вимірюють його не в міліграмах, а в одиницях. Одиниця - це така кількість інсуліну (в різних препаратах воно може бути різним по вазі), що знижує вміст цукру в крові на певну величину. Щоденне виробництво інсуліну у здорової людини - близько 40 одиниць. До речі сказати, інсулін дуже швидко використовується тканинами. Якщо ввести в вену трохи міченого інсуліну, то вже через годину в крові від нього залишається всього 15 відсотків. Інша кількість встигає за цей час піти в тканини.

Як діє інсулін?

Найбільш наочний результат введення інсуліну тваринного або людині - це зниження цукру крові.

Довгі роки йшли суперечки про механізм цієї дії. Зараз можна з упевненістю сказати, що пояснюється воно двома факторами. З одного боку, інсулін знижує надходження глюкози з печінки в кров. З іншого - посилює захоплення глюкози іншими тканинами, головним чином м'язової і жирової.

У печінці постійно знаходиться велика кількість глюкози у вигляді полісахариду глікогену. Це не мертвий запас, а постійно оновлюється. Щохвилини з печінки йде якийсь кількість глюкози і на її місце надходить нова Інсулін пригнічує розпад глікогену, і тому вихід глюкози з печінки знижується.

Тканини постійно захоплюють глюкозу. Але не у всіх тканинах цей процес протікає однаково. В одних глюкоза вільно проходить в клітини і не потребує інсуліні - наприклад, в печінку, травні залози, майже в усі клітини нервової системи. В інших же тканинах природа створила своєрідний паркан. І для надходження глюкози в ньому є ворота і вузька хвіртка. Якщо інсуліну немає, то відкрита тільки хвіртка. Глюкози при цьому надходить в тканини мало. Інсулін же широко відкриває ворота, і глюкоза вільно вливається в клітини. Що це за паркан? Що заважає глюкози вільно входити в клітини? Поки це невідомо. Але таких тканин, які потребують інсуліну, дуже багато: всі м'язи, жирова тканина, кришталик ока, лейкоцити, деякі нервові клітини. Всі ці тканини можна назвати інсуліночутливості. Захоплення ними глюкози призводить до зниження її рівня в крові.

У нормі вміст в крові цукру (глюкози) одно 0,07-0,1 відсотка. Якщо ж під впливом інсуліну ця величина впаде до 0,03 відсотка, то нервові клітини, для яких глюкоза є основним джерелом харчування, починають голодувати. Першою починає страждати кора головного мозку, а пізніше і інші його відділи. Порушення їх нормальної роботи позначається в тому, що у людини з'являються судоми, втрачається свідомість. Чим менш розвинена кора головного мозку, тим легше переноситься низький рівень цукру крові. Наприклад, риби і земноводні переносять зниження цукру крові дуже легко. У новонароджених дітей рівень цукру крові теж дуже низький - доросла людина при такому змісті його втратив би свідомість. Але у дитини кора мозку ще недостатньо розвинена і не потребує великої кількості глюкози.

Яким же чином інсулін підсилює захоплення глюкози тканинами? Проникнення глюкози в клітину - це не проста дифузія, а складний, мабуть, ферментативний процес, природа якого до кінця ще не розкрита.

Клітини не вміють використовувати глюкозу в чистому вигляді. Вона повинна бути попередньо з'єднана з фосфорною кислотою в глюкозо-фосфат. Це перетворення також підпорядковане ферменту - глюкокіназа, роботу якої, за деякими даними, підсилює інсулін. Надалі перед цукром у вигляді глюкозо-фосфату відкривається кілька шляхів перетворення. Один шлях веде до гликолизу - окислення глюкози, яке закінчується утворенням піровиноградної кислоти. При відсутності кисню вона перетворюється в молочну, а остання може в печінці знову перетворюватися в глюкозу. Інший шлях перетворення - це пентозний цикл, званий інакше шунтом. Він коротше і економічніше гліколізу. В ході його утворюються п'ятиатомний цукру - пентози. Цей шлях дуже важливий, бо в кінцевому його підсумку в організмі утворюються дуже активні ферменти - відновлені піридиннуклеотидів, які необхідні для утворення жирів, для синтезу білків і для утворення в організмі антитіл.

Глюкозо-фосфат не обов'язково повинен зазнавати руйнування. Він може перетворюватися в глікоген і в такому вигляді відкладатися в клітці про запас. Однак такий запас для організму невигідний: справа в тому, що ні глюкоза, а жирні кислоти є основним джерелом енергії. Тому глікоген не може відкладатися в особливо великій кількості.

Яким би шляхом глюкоза ні розпадалася, вона перетвориться в пировиноградную кислоту. Остання ж входить в дуже цікаву ланцюг реакцій - цикл Кребса, в якому за участю багатьох ферментів відбувається складний кругообіг речовин. Всі вони - в тому числі і піровиноградна кислота - згоряють до вуглекислоти і води, звільняючи при цьому дуже багато енергії. Основна форма, в якій ця енергія може бути збережена, як в акумуляторі, - це АТФ - аденозинтрифосфорная кислота.

Потрібно сказати, що не тільки глюкоза, але і жири і білки кінцевим етапом свого розпаду мають той же самий цикл Кребса. Одним з речовин, що беруть участь в перетвореннях цього циклу, є особливим чином активована оцтова кислота, з'єднана зі спеціальним ферментом - ацетил - коензимом А. З неї утворюються жири, жирні кислоти і холестерин.

Коли глюкоза дійшла до циклу Кребса, вона може або згоріти, або почати перетворення в жир. Жир - це сама економна форма акумулювання енергії. З усіх запасаються речовин 90 відсотків становить жир.

Ще кілька років тому вважали, що жирова тканина інертна, що вона лише закритий на час склад. Але виявилося, що це не склад, а дуже жваво працює мінова лавка - жир не лежить в жировій тканині мертвим вантажем.

Жир являє собою з'єднання жирних кислот з гліцерином. Кожну хвилину деяку кількість його розпадається на ці складові частини. Жирні кислоти надходять в кров і йдуть до різних органів і тканин. У м'язах вони з успіхом використовуються в якості палива. У м'язі ж, якщо в цьому є потреба - наприклад, при голодуванні, - вони можуть перетворюватися в глікоген. Надходять вони і в печінку, де частково згоряють, а частково перетворюються в оксимасляную кислоту - так зване кетонові тіло, яке також широко використовується різними тканинами, в тому числі і м'язами, як паливо.

Швидкість поновлення жирних кислот дуже велика. У щура, наприклад, жирні кислоти крові витрачаються повністю за одну хвилину, глюкоза крові - за 2,5 хвилини, нейтральні жири крові - за 6 хвилин, глікоген печінки - за 72 хвилини, а глікоген м'язів - тільки за 186 хвилин. Обмін у людини приблизно вшестеро повільніше, але пропорційність, характерна для щури, зберігається.

Отже, жирова тканина щохвилини поставляє велику кількість жирних кислот (трохи їх дає також печінку). На їх місце повинні надійти нові, для утворення яких потрібна активна оцтова кислота. Остання утворюється з усіх харчових продуктів, але тільки в присутності деяких ферментів, які утворюються майже виключно в ході пентозного циклу розпаду глюкози. А протягом пентозного циклу посилюється інсуліном. Так що інсулін є першою скрипкою в жировому оркестрі. Тепер зрозуміло, чому природа так мудро вчинила, що поставила жирову тканину в привілейоване становище, призначивши персонально для неї пов'язаний інсулін, недоступний м'язової тканини.

Друзі та вороги інсуліну

Кожен гормон існує якийсь час, а потім розпадається. Ворог інсуліну, руйнує його, - це особливий фермент, який міститься в печінці, м'язах і в меншій кількості в жировій тканині. Цей фермент не дуже перебірливий: якщо в ході біохімічного експерименту «підсунути» йому замість інсуліну інший білок, то він буде руйнувати останній, залишивши інсулін в спокої. У печінки же знаходиться інший фермент, який може розщеплювати інсулін на його ланцюга. Але ланцюга ці зберігаються в печінці. У певних умовах той же фермент знову створює інсулін з його ланцюгів. Таким чином, печінка є і ворогом і другом інсуліну. Вона може руйнувати його і зберігати, консервувати і знову викидати в кров.

Інсулін знижує цукор крові і посилює утворення з нього жиру. Якщо ж цукру в тканинах мало, то жир розпадається, і замість цукру тканини використовують вільні жирні кислоти. Тому ті гормони, які підвищують цукор крові, одночасно підсилюють і розпад жиру в жировій тканині. В цьому відношенні вони є ворогами інсуліну і діють протилежно йому. До таких гормонів відносяться адреналін, гормони кори надниркових залоз, гормон росту і деякі інші. Крім того, при вуглеводному голодуванні мозковий придаток виробляє особливе жиромобилизующее речовина, що викликає розпад жиру і підсилює використання жирних кислот тканинами.

Як бі НЕ діялі гормони - противники інсуліну - на цукор крови, інсулін, хоча и при великих его концентраціях, всегда зможу привести его Зміст до норми. Гормони - противники інсуліну - викликають розпад жиру в жировій тканині, але вони абсолютно не заважають інсуліну створювати новий жир, в тому числі і з звільнених у самій жировій тканині жирних кислот.

Взагалі, коли ми говоримо про гормонах, поняття «вороги» і «друзі» стають дуже умовними. Кожен гормон має свою сферу дії, в якій компетентний він один. Інші гормони не можуть йому тут перешкодити. Крім того, організм вміло пускає в хід то один, то інший гормон, щоб найкращим чином використовувати свої можливості. Якщо, наприклад, потрібно здійснити швидку мобілізацію глікогену печінки, то організм пускає в хід два гормону: адреналін і глюкагон, які викликають розпад глікогену і підвищують цукор крові.

Трохи про діабет

Часта хвороба діабет? На жаль, досить часта. Однак зараз це захворювання вже не можна назвати страшним. Правильне лікування дозволяє зробити життя хворого настільки ж тривалої і повноцінної, як і життя здорового, хоча і дещо ускладненою необхідністю лікування і постійним дотриманням дієти. Ще кілька років тому жінки, хворі на діабет навіть у легкій формі, не могли мати дітей: при вагітності або в пологах гинули і мати і дитина. Сьогодні ж тисячі жінок, хворих на діабет, мають дітей.

Діабет може захворіти зовсім не кожна людина. До хвороби веде певну спадкова схильність. Нахил - це ще не захворювання. Захворювання викликається дією якихось додаткових чинників, якими можуть бути, наприклад, опіки, травми або інфекції.

Приблизно половина хворих на діабет не знає про своє захворювання. Деякі з них страждають гнійничкові захворювання, деякими хворобами ясен, сверблячкою ніжних ділянок шкіри. Але в багатьох випадках такі люди відчувають себе добре, і лише спеціальне дослідження може виявити у них діабет - зазвичай легкий.

У чому ж полягає діабет? Біохімічну сторону порушень можна розповісти досить коротко. Через те, що в клітини тканин надходить мало інсуліну, тканини погано засвоюють глюкозу, настає їх вуглеводне голодування. Посилюється перетворення в глюкозу жирів і білків. Але від цього тканинам не стає легше, бо глюкоза для них залишається недоступною. А цукор накопичується в крові і, коли його зміст перевищить 0,17 відсотка, починає віддалятися з організму з сечею. При важкому діабеті хворий за добу втрачає часом до 100-150 грамів глюкози!

Глибокі зміни відбуваються в обміні речовин в тканинах. Порушується процес перетворення глюкози в глікоген. Порушується також і окислення глюкози в пентозном циклі (шунт). Тому утворюється мало тих ферментів, які вкрай важливі для освіти жирів і білків. Освіта жиру з глюкози також порушується. Починається посилений розпад жиру, жирні кислоти набувають ще більшого значення як паливо, так як глюкоза стає недоступною для тканин. Жирні кислоти йдуть в печінку, згоряють там, а частково перетворюються в кетонові тіла. Останні також є хорошим паливом, але, коли їх накопичується занадто багато, вони починають отруювати організм. При цьому може розвинутися найтяжче ускладнення діабету - діабетична кома: людина втрачає свідомість, тканини його, навіть очні яблука, які на дотик здаються м'якими, зневоднюються ... До відкриття інсуліну в стані коми гинули 100 відсотків хворих. Зараз при правильному лікуванні не гине ніхто.

Така в короткому викладі біохімічна сторона діабету . Погляди ж на механізм його розвитку неодноразово змінювалися. За останні роки стався справжній переворот в уявленнях про нього.

Перше припущення виникло давно і здавалося цілком логічним: оскільки видалення підшлункової залози веде до діабету, а інсулін рятує хворих, значить, причина діабету лежить або в недостатньому утворенні цього гормону, або в недостатньому його надходженні в кров. Однак при дослідженні померлих людей, що хворіли на діабет, підшлункова залоза і її острівці майже завжди виявлялися нормальними ...

Коли було відкрито, що в печінці є фермент, що руйнує інсулін, виникла інша теорія: інсулін утворюється, але посилено руйнується в печінці. Незабаром виникла і третя теорія, згідно з якою інсулін в острівцях Лангерганса утворюється і в печінці не руйнується, але не може проявити свою дію, тому що в крові є речовини, які діють протилежно йому, - антагоністи інсуліну. Дійсно, в деяких випадках діабет виникає через надлишок в крові гормонів, що діють протилежно інсуліну, але таких випадків у порівнянні з усім числом хворих вкрай мало.

У ХХ столітті з'явилася можливість визначати інсулін крові. Спочатку методи були недосконалими, потім стали більш точними і чутливими. Були отримані дані, які недвозначно говорили про те, що в крові хворих на діабет інсуліну не менше, а іноді навіть більше, ніж у здорових осіб. Факт парадоксальний: інсуліну багато, а у хворих діабет! Як це може бути? Виникло припущення про те, що причиною діабету є порушення реакції тканин на що знаходиться в крові інсулін.

З усього сказаного вище стає зрозумілою мета лікування діабету. Воно повинно привести до норми обмін речовин. Способів для цього зараз чимало. Деяким хворим допомагає дієта з обмеженням вуглеводів. Іншим допомагають протидіабетичні таблетки. Але основним засобом порятунку важких хворих був і залишається інсулін.

Діабет - захворювання, яке не визнає штампу. Тому лікування діабету - справа тонка, складна і суто індивідуальне.

Л. Ліберман. Наука і життя, 04, 1966.

Див. також:

Поділитися ПОСИЛАННЯ: