Айзек Азимов - Человеческий мозг. От аксона до нейрона.
Это делает, по крайней мере отчасти, инсулин.
Присутствие в крови инсулина приводит к умейшению в ней концентрации глюкозы. Если по какой-либо причине уровень глюкозы в крови неожиданно повышается выше нормы, то этот показатель кропи при ее прохождении через поджелудочную железу стимулирует секрецию дополнительного количества инсулина, и концентрация глюкозы возвращается к обычному уровню. По мере того как содержание глюкозы в крови приходит в норму, снижается и секреция инсулина. По достижении нормального уровня устанавливается равновесие, и секреция инсулина перестает снижаться. Естественно, в крови присутствуют ферменты, которые разрушают инсулин. Эти инсулиназыследят за тем, чтобы не осталось лишнего инсулина, который может снизить концентрацию глюкозы до опасного уровня.
Это соотношение демонстрирует принцип работы системы по механизму обратной связи. Параметр, подлежащий контролю, сам стимулирует работу контролирующего механизма. По мере выравнивания параметров исчезает и сам стимул, приводящий в действие систему.
При сахарном диабете островки Лангерганса полностью или частично утрачивают способность отвечать на стимул, то есть па повышение уровня глюкозы в крови. (Почему так происходит, неизвестно, но известно, что предрасположенность к диабету передается по наследству.) В результате повышение концентрации глюкозы после еды встречает весьма слабое противодействие соответственно степени повреждения островкового аппарата. Действительно, врачи могут па ранней стадии заболевания поставить диагноз впервые выявленного сахарного диабета, измерив концентрацию глюкозы в крови после введения больному большого количества глюкозы. Эта проба проводится очень просто: больному с подозрением на сахарный диабет дают выпить натощак раствор глюкозы. Кровь на сахар берут до проведения исследования и в некоторые промежутки времени после дачи глюкозы. Если при проведении такого теста на толерантность к глюкозе, подъем концентрации глюкозы в крови круче, чем должен быть в норме, а возвращение к обычному уровню замедлено, то можно говорить о большой вероятности у данного человека ранней стадии сахарного диабета.
Если болезнь не выявлена и продолжает прогрессировать, островки Лангерганса начинают работать все хуже и хуже. Поступление инсулина снижается, а концентрация глюкозы остается все время высокой и продолжает повышаться. Когда содержание глюкозы в крови поднимается выше 200 мг% (что в два раза выше нормы), концентрация ее в крови достигает почечного порога и глюкоза появляется в моче. Конечно, это пустая трата ценного питательного вещества, по организм выбирает меньшее из зол. Если предоставить глюкозе накапливаться в крови, то она может стать слишком вязкой, а это иногда может закончиться фатально.
Обычно в моче содержатся следы глюкозы, вероятно, меньше 1 мг%. Если диабет не лечить, то содержание глюкозы в моче повышается в тысячи раз, и ее становится легко обнаружить. Однако само появление глюкозы в моче говорит о том, что болезнь зашла уже довольно далеко.
Островки Лангерганса, отказав один раз, уже не могут восстановить свою функцию. Человечество до сих пор не придумало для этого подходящего лекарства. Тем не менее, больной может получать недостающий инсулин извне. Инсулин, извлеченный из поджелудочных желез крупного рогатого скота, так же эффективно снижает сахар, как и собственная поджелудочная железа больного. Для лечения достаточно 1 — 2 мг инсулина в сутки.
Трудность, однако, заключается в том, что, что когда пациент с сахарным диабетом был здоров и островки его поджелудочной железы функционировали нормально, то инсулин выделялся в кровь постоянно, но в точно соразмеренных количествах, в зависимости от потребностей. При назначении инъекций инсулина больной начал получать его определенными порциями и в установленные врачом часы. При этом потребность в инсулине может быть определена лишь весьма приблизительно. Настройка организма на потребности метаболизма при этом происходит неравномерными толчками. Глюкоза крови то резко падает после инъекции инсулина, то поднимается слишком высоко перед следующей инъекцией. Похожая картина получится, если вы переведете термостат своей отопительной системы па ручное управление, перемещая регулятор вверх и вниз, чтобы добиться сохранения постоянной температуры.
Именно по этой причине диабетик, даже если он получает инсулин, должен соблюдать строгую диету, чтобы не подвергать лишним нагрузкам механизмы контроля уровня сахара в крови. (Вы сможете точно так же довольно успешно контролировать температуру в своем доме вручную, если не будет резкого похолодания.) Недостатком лечения инсулином является также необходимость вводить его в виде подкожных инъекций. Инсулин нельзя принимать внутрь, так как, будучи белком, он моментально расщепляется на неактивные фрагменты под действием ферментов желудочного сока.
Вероятно, выход можно найти, если подойти к проблеме с другого конца. Есть лекарства, которыми можно вывести из игры инсулиназу, разрушающую инсулин. Эти лекарства, которые можно принимать внутрь, позволят малому количеству вырабатываемого в организме больного дольше циркулировать в крови, что по крайней мере в некоторых случаях позволит избежать подкожных инъекций.
СТРУКТУРА ИНСУЛИНАОчень легко наблюдать, как инсулин снижает уровень глюкозы в крови. Сам же этот уровень достигается в результате сложного переплетения множества биохимических реакций. Каким образом инсулин так действует на эти реакции, что происходит снижение концентрации сахара в крови? Действует ли он только на одну реакцию, на несколько или на все сразу?
В поисках ответа на этот вопрос биохимики в первую очередь заподозрили одну реакцию, катализируемую ферментом, называемым гексокиназой. Это подозрение явилось результатом работ, выполненных супругами-американцами чешского происхождения, Карлом Фердинандом Кори и Герти Терезой Кори, которым удалось выяснить некоторые детали различных реакций, вовлеченных в расщепление глюкозы. За эти работы супруги Кори получили в 1947 году Нобелевскую премию по медицине и физиологии. Супруги Кори выяснили, что в обычных условиях гексокиназная реакция подавлена, и это подавление снимается под действием инсулина. Они смогли показать, каким образом одна эта реакция отвечает за снижение концентрации глюкозы в крови.
Представляется, однако, что это было бы слишком простым объяснением. Метаболические расстройства при диабете носят весьма разнообразный характер. Хотя возможно, конечно, объяснить все это многообразие нарушением протекания одной единственной реакции (тоже включенной в сеть метаболических превращений), выведя все связанные с диабетом расстройства здоровья из одной гексокиназной реакции, но это требует таких сложных рассуждений видно, что доверие к ним уменьшается по мере возрастания их сложности. Последние исследования позволяют предположить, что инсулин оказывает свое действие непосредственно на клеточные мембраны. Скорость, с какой клетка поглощает глюкозу, отчасти зависит и от разницы концентраций глюкозы внутри и вне клетки, а также от природы клеточных мембран, через которые должна пройти глюкоза.
Давайте для наглядности прибегнем к аналогии. Представьте себе дом. С улицы в него входят люди. Отчасти количество вошедших в дом людей будет зависеть от числа людей, стремящихся в него попасть. Кроме того, этот поток зависит от ширины входной двери или от количества открытых дверей. Когда толпа людей, жаждущих попасть внутрь, достигнет определенного критического уровня, количество тех, кто попадает в дом за одну секунду, станет постоянным, вне зависимости от размеров толпы. Однако если привратник быстро откроет еще две двери, то поток увеличится в три раза.
Инсулин по отношению к мембранам мышечных клеток ведет себя как привратник, повышая проницаемость мембран для глюкозы. (То есть он как бы открывает для нее дополнительные двери.) Мы остановились на том, что во время еды в кровь поступает большое количество глюкозы, что приводит к повышению секреции инсулина в поджелудочной железе. Как следствие, открываются «мембранные двери», и концентрация глюкозы в крови стремительно падает, так как она быстро уходит в клетки, где либо утилизируется, либо запасается. При диабете глюкоза изо всех сил стучится в двери мембран, но они оказываются по большей части запертыми. Глюкоза не может войти в клетки и, следовательно, накапливается в крови. Очевидно, что любой фактор, который позволит глюкозе войти в клетки, сможет отчасти заменить собой недостающий инсулин. Один из таких факторов — физическая нагрузка, поэтому врачи, как правило, рекомендуют диабетикам регулярно заниматься физическими упражнениями.
