//

Поджелудочная железа и инсулин

История открытия инсулина началась в 1889 году. Немецкие исследователи О. Минковский и И. Меринг удаляли у подопытных собак поджелудочную железу. Операция преследовала цель вызвать определенные пищеварительные расстройства (ведь поджелудочная железа вырабатывает важный пищеварительный сок) и глубоко изучить их течение. Это удалось, но, кроме ожидаемых расстройств, у животных появилась жажда и выделялось большое количество мочи.

Сопутствующие явления могли бы пройти незамеченными. Но дело происходило в клинике, где давно и упорно занимались диабетом. Поэтому ученые сразу обратили внимание на поразительное сходство этих явлений с теми, которыми сопровождается диабет у человека. Дополнительные исследования позволили утверждать, что у подопытных собак был получен экспериментальный диабет.

Но какая часть поджелудочной железы, которая в целом является одной из пищеварительных желез, вырабатывает противодиабетическое вещество?

Еще в 1869 году немецкий ученый П. Лангерганс открыл, что в толщу железы вкраплены маленькие островки — сейчас они так и называются островками Лангерганса,— по тканевому строению непохожие на остальную часть железы.

Островки эти не имеют выводных протоков. Логично было предположить, что противодиабетическое вещество создается именно в них. В 1901 году русский врач Л. Соболев доказал правильность этого предположения экспериментом. Он перевязал у подопытного животного выводной проток поджелудочной железы. Пищеварительный сок переполнил внутренние мелкие протоки и вызвал атрофию вырабатывавшей его железы. Островки же, поскольку они не имеют никакого отношения к пищеварительной функции железы, при этом не пострадали. И если у подопытных животных была атрофирована даже вся пищеварительная ткань железы, но сохранялись островки, диабет не развивался!

Противодиабетическое вещество стали называть инсулином (от латинского «инсула» — островок), хотя его никто еще не смог получить и даже не мог быть полностью уверен в том, что оно действительно существует.

Следующий шаг был сделан в 1920—1922 годах. Два молодых канадских исследователя — врач Фред Бантинг и студент Чарлз Бест— получили активный гормон — инсулин. Он поддерживал жизнь собак, у которых была полностью удалена поджелудочная железа. Если таким животным не вводить инсулин, то они живут считанные дни. При введении же гормона собака жила целых 70 дней.

Она могла бы жить и дольше, но ее забили, чтобы удостовериться в том, что поджелудочная железа была удалена полностью.

Для того чтобы понять, насколько ошеломляющим был успех, следует вспомнить, что в те годы был, собственно говоря, лишь один способ лечения диабета — диета с ограничением углеводов. Это, конечно, помогало, но лишь в легких случаях. В тяжелых же случаях диета позволяла лишь очень незначительно продлить жизнь больных. А диагноз диабета в молодом возрасте был равносилен смертному приговору...

Сразу же после первых работ Бантинга и Беста во многих странах мира было налажено производство инсулина. Препарат оказался очень недорогим: его научились получать на бойнях из поджелудочных желез животных, забиваемых на мясо. Сейчас для получения инсулина используют также поджелудочную железу китов, а в Японии получают его даже из рыбы.

Еще в 20-е годы ХХ века установили, что инсулин является довольно простым белком. Удалось получить его в кристаллическом виде. В 50-е годы ХХ века была выяснена полная структурная формула его (эта заслуга принадлежит англичанину Сэнгеру), а в 1963 году сразу две группы исследователей — в США и в ФРГ — полностью синтезировали инсулин. Это огромный успех биохимии. Однако стоимость синтетического гормона пока еще неизмеримо выше, чем препарата, получаемого на бойнях.

Как правило, каждая из желез внутренней секреции представляет собой компактный орган. Островки Лангерганса в этом отношении представляют собой поразительное исключение. Их в поджелудочной железе содержится около миллиона! Диаметр каждого из этих островков равен всего 100—200 микронам.

Эндокринологи научились вырезать из железы отдельные островки и определять инсулин в каждом из них. Но при промышленном производстве его получают из всей железы в целом.

Как ни мал островок, но он состоит из различных клеток. Они, в частности, отличаются друг от друга тем, что по-разному окрашиваются некоторыми красками. Инсулин вырабатывают клетки только одного вида, называемые бета-клетками. В них гормон и синтезируется и сохраняется в виде особых зернышек правильной формы — гранул. Островки обильно снабжаются кровью и следят за содержанием в ней сахара. Если оно повышается против нормы, гранулы инсулина движутся к поверхности клетки и выходят из нее. Так сахар крови служит регулятором выхода инсулина из клеток-островков. В русской медицинской литературе прочно укоренился термин «сахар крови». Речь идет не о том сахаре, который продается в магазинах, то есть сахарозе, но о глюкозе.

Что такое инсулин?

Инсулин относится к семейству полипептидных гормонов. Это простейшие белки, молекулярный вес которых не превышает нескольких тысяч. Молекула инсулина состоит из двух цепей аминокислот. Короткая цепь включает 21 аминокислоту, а длинная — 30. Цепи соединены между собой «мостиками» из двух атомов серы — так называемыми дисульфидными мостиками.

Основное проявление действия инсулина на организм — это снижение сахара крови. Если же разрушить мостики между цепями инсулина, его влияние на сахар крови почти совершенно прекращается. Но не всегда.

Мышечная ткань, вырезанная из организма животного и помещенная в сосуд с раствором, к которому добавлена глюкоза, захватывает глюкозу. Если в раствор добавить немного инсулина, захват мышцей глюкозы усилится. Если же вместе с инсулином добавить в раствор немного его длинной цепи, то можно убедиться, что эта длинная цепь не только не действует сама, но и мешает действовать инсулину. Короткая же цепь инсулина, введенная в раствор, так же, как и «целый» гормон, будет способствовать захвату инсулина, хотя и в меньшей степени.

Жировая ткань в растворе, содержащем глюкозу, также будет захватывать последнюю. И в этом случае инсулин усиливает процесс захвата. Но теперь и одна длинная его цепь, добавленная к раствору, так же, как и целый инсулин, способствует захвату глюкозы жировой тканью.

Как можно усмотреть из этих опытов, каждая цепь инсулина обладает своей особой ролью. Однако в ее познании сделаны лишь первые шаги.

Впрочем, мы еще очень многого не знаем об инсулине. Например, о том, в каком виде он содержится в крови. Есть предположение, что там он не совсем таков, как в пробирке химика (где молекулярный вес его равен 6 тысячам), а существует в виде тетрамеров — счетверенных молекул. Кроме того, часть инсулина в крови связана каким-то белком, вырабатываемым, вероятно, в печени. О самом этом белке почти ничего не известно. Вырабатывается он в очень малом количестве — ровно в таком, которое необходимо для связывания инсулина.

Инсулин, связанный белком, обладает очень интересным свойством: он действует только на жировую ткань и совершенно не действует на мышцы. Более того, жировая ткань — а ее в организме полным-полно — может даже отделять инсулин от связывающего его белка и отдавать ненужные ей самой излишки мышцам.

Связанная форма существует и у других гормонов, но обычно это неактивная форма, транспортная. В связанном, как бы в запакованном, виде гормоны доставляются потребителю— тканям. Инсулин же в этом отношении занимает особое место. Ключик к использованию свободного инсулина имеют все ткани, которые вообще в нем нуждаются. А ключиком к связанному инсулину природа снабдила только жировую ткань.

В организме здорового человека ежедневно образуется около 1,5—2 миллиграммов инсулина. Медики же, назначая гормон больным, измеряют его не в миллиграммах, а в единицах. Единица — это такое количество инсулина (в разных препаратах оно может быть разным по весу), которое снижает содержание сахара в крови на определенную величину. Ежедневное производство инсулина у здорового человека — около 40 единиц. Кстати сказать, инсулин очень быстро используется тканями. Если ввести в вену немного меченого инсулина, то уже через час в крови от него остается всего 15 процентов. Остальное количество успевает за это время уйти в ткани.

Как действует инсулин?

Самый наглядный результат введения инсулина животному или человеку — это снижение сахара крови.

Долгие годы шли споры о механизме этого действия. Сейчас можно с уверенностью сказать, что объясняется оно двумя факторами. С одной стороны, инсулин снижает поступление глюкозы из печени в кровь. С другой — усиливает захват глюкозы другими тканями, главным образом мышечной и жировой.

В печени постоянно находится большое количество глюкозы в виде полисахарида гликогена. Это не мертвый запас, а постоянно обновляющийся. Ежеминутно из печени уходит некоторое количество глюкозы и на ее место поступает новая Инсулин подавляет распад гликогена, и потому выход глюкозы из печени снижается.

Ткани постоянно захватывают глюкозу. Но не во всех тканях этот процесс протекает одинаково. В одних глюкоза свободно проходит в клетки и не нуждается в инсулине — например, в печень, пищеварительные железы, почти во все клетки нервной системы. В других же тканях природа создала своеобразный забор. И для поступления глюкозы в нем имеются ворота и узкая калитка. Если инсулина нет, то открыта только калитка. Глюкозы при этом поступает в ткани мало. Инсулин же широко распахивает ворота, и глюкоза свободно вливается в клетки. Что это за забор? Что мешает глюкозе свободно входить в клетки? Пока это неизвестно. Но таких тканей, которые нуждаются в инсулине, очень много: все мышцы, жировая ткань, хрусталик глаза, лейкоциты, некоторые нервные клетки. Все эти ткани можно назвать инсулиночувствительными. Захват ими глюкозы приводит к снижению ее уровня в крови.

В норме содержание в крови сахара (глюкозы) равно 0,07—0,1 процента. Если же под влиянием инсулина эта величина упадет до 0,03 процента, то нервные клетки, для которых глюкоза является основным источником питания, начинают голодать. Первой начинает страдать кора головного мозга, а позднее и другие его отделы. Нарушение их нормальной работы сказывается в том, что у человека появляются судороги, теряется сознание. Чем менее развита кора головного мозга, тем легче переносится низкий уровень сахара крови. Например, рыбы и земноводные переносят снижение сахара крови очень легко. У новорожденных детей уровень сахара крови тоже очень низкий — взрослый человек при таком содержании его потерял бы сознание. Но у ребенка кора мозга еще недостаточно развита и не нуждается в большом количестве глюкозы.

Каким же образом инсулин усиливает захват глюкозы тканями? Проникновение глюкозы в клетку — это не простая диффузия, а сложный, по-видимому, ферментативный процесс, природа которого до конца еще не раскрыта.

Клетки не умеют использовать глюкозу в чистом виде. Она должна быть предварительно соединена с фосфорной кислотой в глюкозо-фосфат. Это превращение также подчинено ферменту — глюкокиназе, работу которой, по некоторым данным, усиливает инсулин. В дальнейшем перед сахаром в виде глюкозо-фосфата открывается несколько путей превращения. Один путь ведет к гликолизу — окислению глюкозы, которое заканчивается образованием пировиноградной кислоты. При отсутствии кислорода она превращается в молочную, а последняя может в печени вновь превращаться в глюкозу. Другой путь превращения — это пентозный цикл, называемый иначе шунтом. Он короче и экономичнее гликолиза. В ходе его образуются пятиатомные сахара — пентозы. Этот путь крайне важен, ибо в конечном его итоге в организме образуются очень активные ферменты — восстановленные пиридиннуклеотиды, которые необходимы для образования жиров, для синтеза белков и для образования в организме антител.

Глюкозо-фосфат не обязательно должен претерпевать разрушение. Он может превращаться в гликоген и в таком виде откладываться в клетке про запас. Однако такой запас для организма невыгоден: дело в том, что не глюкоза, а жирные кислоты являются основным источником энергии. Поэтому гликоген не может откладываться в особенно большом количестве.

Каким бы путем глюкоза ни распадалась, она превратится в пировиноградную кислоту. Последняя же входит в очень интересную цепь реакций — цикл Кребса, в котором при участии многих ферментов происходит сложный кругооборот веществ. Все они — в том числе и пировиноградная кислота — сгорают до углекислоты и воды, освобождая при этом очень много энергии. Основная форма, в которой эта энергия может быть сохранена, как в аккумуляторе, — это АТФ — аденозинтрифосфорная кислота.

Нужно сказать, что не только глюкоза, но и жиры и белки конечным этапом своего распада имеют тот же самый цикл Кребса. Одним из веществ, участвующих в превращениях этого цикла, является особым образом активированная уксусная кислота, соединенная со специальным ферментом — ацетил - коэнзимом А. Из нее образуются жиры, жирные кислоты и холестерин.

Когда глюкоза дошла до цикла Кребса, она может либо сгореть, либо начать превращение в жир. Жир — это самая экономная форма аккумулирования энергии. Из всех запасаемых веществ 90 процентов составляет жир.

Еще несколько лет назад считали, что жировая ткань инертна, что она лишь закрытый на время склад. Но оказалось, что это не склад, а очень бойко работающая меновая лавка — жир не лежит в жировой ткани мертвым грузом.

Жир представляет собой соединение жирных кислот с глицерином. Каждую минуту некоторое количество его распадается на эти составные части. Жирные кислоты поступают в кровь и идут к разным органам и тканям. В мышцах они с успехом используются в качестве топлива. В мышце же, если в этом есть нужда — например, при голодании,— они могут превращаться в гликоген. Поступают они и в печень, где частично сгорают, а частично превращаются в оксимасляную кислоту — так называемое кетоновое тело, которое также широко используется разными тканями, в том числе и мышцами, как топливо.

Скорость обновления жирных кислот весьма велика. У крысы, например, жирные кислоты крови расходуются полностью за одну минуту, глюкоза крови — за 2,5 минуты, нейтральные жиры крови — за 6 минут, гликоген печени — за 72 минуты, а гликоген мышц — только за 186 минут. Обмен у человека примерно вшестеро медленнее, но пропорциональность, характерная для крысы, сохраняется.

Итак, жировая ткань ежеминутно поставляет большое количество жирных кислот (немного их дает также печень). На их место должны поступить новые, для образования которых нужна активная уксусная кислота. Последняя образуется из всех пищевых продуктов, но только в присутствии некоторых ферментов, которые образуются почти исключительно в ходе пентозного цикла распада глюкозы. А течение пентозного цикла усиливается инсулином. Так что инсулин является первой скрипкой в жировом оркестре. Теперь понятно, почему природа так мудро поступила, что поставила жировую ткань в привилегированное положение, предназначив персонально для нее связанный инсулин, недоступный мышечной ткани.

Друзья и враги инсулина

Каждый гормон существует какое-то время, а затем распадается. Враг инсулина, разрушающий его,— это особый фермент, который содержится в печени, мышцах и в меньшем количестве в жировой ткани. Этот фермент не очень разборчив: если в ходе биохимического эксперимента «подсунуть» ему вместо инсулина другой белок, то он будет разрушать последний, оставив инсулин в покое. В печени же находится другой фермент, который может расщеплять инсулин на его цепи. Но цепи эти сохраняются в печени. В определенных условиях тот же фермент вновь создает инсулин из его цепей. Таким образом, печень является и врагом и другом инсулина. Она может разрушать его и сохранять, консервировать и вновь выбрасывать в кровь.

Инсулин снижает сахар крови и усиливает образование из него жира. Если же сахара в тканях мало, то жир распадается, и вместо сахара ткани используют свободные жирные кислоты. Поэтому те гормоны, которые повышают сахар крови, одновременно усиливают и распад жира в жировой ткани. В этом отношении они являются врагами инсулина и действуют противоположно ему. К таким гормонам относятся адреналин, гормоны коры надпочечников, гормон роста и некоторые другие. Кроме того, при углеводном голодании мозговой придаток вырабатывает особое жиромобилизующее вещество, которое вызывает распад жира и усиливает использование жирных кислот тканями.

Как бы ни действовали гормоны — противники инсулина — на сахар крови, инсулин, хотя и при больших его концентрациях, всегда сможет привести его содержание к норме. Гормоны — противники инсулина — вызывают распад жира в жировой ткани, но они совершенно не мешают инсулину создавать новый жир, в том числе и из освобожденных в самой жировой ткани жирных кислот.

Вообще, когда мы говорим о гормонах, понятия «враги» и «друзья» становятся очень условными. Каждый гормон имеет свою сферу действия, в которой компетентен он один. Другие гормоны не могут ему здесь помешать. Кроме того, организм умело пускает в ход то один, то другой гормон, чтобы наилучшим образом использовать свои возможности. Если, например, нужно осуществить быструю мобилизацию гликогена печени, то организм пускает в ход два гормона: адреналин и глюкагон, которые вызывают распад гликогена и повышают сахар крови.

Немного о диабете

Частая ли болезнь диабет? К сожалению, достаточно частая. Однако сейчас это заболевание уже нельзя назвать страшным. Правильное лечение позволяет сделать жизнь больного столь же длительной и полноценной, как и жизнь здорового, хотя и несколько усложненной необходимостью лечения и постоянным соблюдением диеты. Еще несколько лет назад женщины, больные диабетом даже в легкой форме, не могли иметь детей: при беременности или в родах погибали и мать и ребенок. Сегодня же тысячи женщин, больных диабетом, имеют детей.

Диабетом может заболеть совсем не каждый человек. К болезни ведет определенное наследственное предрасположение. Предрасположение — это еще не заболевание. Заболевание вызывается действием каких-то дополнительных факторов, которыми могут быть, например, ожоги, травмы или инфекции.

Примерно половина больных диабетом не знает о своем заболевании. Некоторые из них страдают гнойничковыми заболеваниями, некоторыми болезнями десен, зудом нежных участков кожи. Но во многих случаях такие люди чувствуют себя хорошо, и лишь специальное исследование может выявить у них диабет — обычно легкий.

В чем же заключается диабет? Биохимическую сторону нарушений можно рассказать довольно коротко. Из-за того, что в клетки тканей поступает мало инсулина, ткани плохо усваивают глюкозу, наступает их углеводное голодание. Усиливается превращение в глюкозу жиров и белков. Но от этого тканям не становится легче, ибо глюкоза для них остается недоступной. А сахар накапливается в крови и, когда его содержание превысит 0,17 процента, начинает удаляться из организма с мочой. При тяжелом диабете больной за сутки теряет подчас до 100—150 граммов глюкозы!

Глубокие изменения происходят в обмене веществ в тканях. Нарушается процесс превращения глюкозы в гликоген. Нарушается также и окисление глюкозы в пентозном цикле (шунте). Поэтому образуется мало тех ферментов, которые крайне важны для образования жиров и белков. Образование жира из глюкозы также нарушается. Начинается усиленный распад жира, жирные кислоты приобретают еще большее значение как топливо, так как глюкоза становится недоступной для тканей. Жирные кислоты идут в печень, сгорают там, а частично превращаются в кетоновые тела. Последние также являются хорошим топливом, но, когда их накапливается слишком много, они начинают отравлять организм. При этом может развиться самое тяжелое осложнение диабета — диабетическая кома: человек теряет сознание, ткани его, даже глазные яблоки, которые на ощупь кажутся мягкими, обезвоживаются... До открытия инсулина в состоянии комы погибали 100 процентов больных. Сейчас при правильном лечении не погибает никто.

Такова в кратком изложении биохимическая сторона диабета. Взгляды же на механизм его развития неоднократно менялись. За последние годы произошел настоящий переворот в представлениях о нем.

Первое предположение возникло давно и казалось вполне логичным: поскольку удаление поджелудочной железы ведет к диабету, а инсулин спасает больных, значит, причина диабета лежит либо в недостаточном образовании этого гормона, либо в недостаточном его поступлении в кровь. Однако при исследовании умерших людей, болевших диабетом, поджелудочная железа и ее островки почти всегда оказывались нормальными...

Когда было открыто, что в печени есть фермент, разрушающий инсулин, возникла другая теория: инсулин образуется, но усиленно разрушается в печени. Вскоре возникла и третья теория, согласно которой инсулин в островках Лангерганса образуется и в печени не разрушается, но не может проявить свое действие, потому что в крови есть вещества, которые действуют противоположно ему,— антагонисты инсулина. Действительно, в некоторых случаях диабет возникает из-за избытка в крови гормонов, действующих противоположно инсулину, но таких случаев по сравнению со всем числом больных крайне мало.

В ХХ веке появилась возможность определять инсулин крови. Вначале методы были несовершенными, потом стали более точными и чувствительными. Были получены данные, которые недвусмысленно говорили о том, что в крови больных диабетом инсулина не меньше, а иногда даже больше, чем у здоровых лиц. Факт парадоксальный: инсулина много, а у больных диабет! Как это может быть? Возникло предположение о том, что причиной диабета является нарушение реакции тканей на находящийся в крови инсулин.

Из всего сказанного выше становится ясной цель лечения диабета. Оно должно привести к норме обмен веществ. Способов для этого сейчас немало. Некоторым больным помогает диета с ограничением углеводов. Другим помогают противодиабетические таблетки. Но основным средством спасения тяжелых больных был и остается инсулин.

Диабет — заболевание, которое не признает штампа. Поэтому лечение диабета — дело тонкое, сложное и сугубо индивидуальное.

Л. Либерман. Наука и жизнь, 04, 1966.

См. также:

• Питание при сахарном диабете
• Диабетическая диета
• Диабет

Рейтинг: / 3
неактуальноактуально