Изменение при сахарном диабете

Б. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БИОЛОГИИ

ТЕМА: «МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СДВИГИ В ОРГАНИЗМЕ,

ПРОИСХОДЯЩИЕ ВСЛЕДСТВИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ САХАРНОГО ДИАБЕТА»

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

СТУДЕНКИ VI - ГО КУРСА

БИОЛОГИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Содержание

• Введение 3
• 1. Аналитический обзор 5
• 1.1. Общая характеристика сахарного диабета 5
• 1.1.1 Определение и классификация 5
• 1.1.2 Этиология 8
• 1.1.3. Эпидемиология 13
• 1.2. Патологическая физиология 14
• 1.2.1. Поджелудочная железа как основной источник заболевания 14
• 1.2.2. Гормоны - продукты внутрисекреторной деятельности поджелудочной железы 17
• 1.2.3. Нарушение углеводного обмена в результате патологической деятельности гормонов 26
• 1.2.4. Нарушение липидного обмена в результате патологической деятельности гормонов 29
• 1.2.5. Нарушение белкового обмена в результате патологической деятельности гормона 31
• 2.2.1 Определение гемоглобина 33
• 2.2.2 Скорость оседания эритроцитов (унифицированный микрометод Панченкова) 34
• Использованная литература 36
• Введение
• Из различных патологических состояний, связанных с нарушениями эндокринной функции поджелудочной железы, сахарный диабет, характеризующийся абсолютной или относительной недостаточностью инсулина, по частоте намного опережает все остальные и служит главным предметом настоящей работы. Нарушения секреции глюкагона при диабете часто являются вторичными и только в очень редких случаях (например, при синдроме глюкагономы) могут быть первичным фактором, определяющим нарушения обмена веществ.
• Сахарный диабет характеризуется изменениями обмена в организме всех основных энергитических веществ - углеводы, жиры, белки исопровождается первичными или вторичными нарушениями секреции разнообразных гормонов: инсулин, глюкагон, гормон роста,-и чувствительности к ним.
• Как с этиологической, так и с клинической точки зрения диабет не является единой назологической формой. При диабете I типа генетическая предрасположенность, связанная с системой HLA , имеет определенное значение, но может оказаться недостаточной для того, чтобы обусловить развитие заболевания. Большую роль играют, вероятно, приобретенные факторы, такие как вирусная инфекция и аутоиммунные процессы. Однако и эти факторы могут вызвать диабет только у генетически предрасположенных лиц.
• Наблюдаемые при диабете метаболические нарушения отражают, прежде всего, степень абсолютной или относительной недостаточности инсулина. Поскольку инсулин является основным анаболитическим гормоном, уже минимальная его недостаточность приводит к снижению способности организма пополнять запасы энергетических веществ из-за недостаточного накопления потребляемых пищевых продуктов. При выраженном дефиците инсулина нарушается не только накопление энергетического материала в состоянии сытости, но происходит и черезмерная мобилизация эндогенных его запасов в состоянии голода (например, гипегликемия, гипераминоацидемия, гиперлипоацидемия натощак). В большинстве случаев тяжелой формы диабета (диабетический кетоацидоз) наблюдается чрезмерная продукция глюкозы, а также выраженное ускорение катаболизма (липолиза, протеолиза).
• Клиницисты обосновывают диагноз этого заболевания фактом гипергликемии. При явной симптоматике (полидипсия, полиурия, полифагия и исхудание), гипергликемия у больного, по всей вероятности, наблюдается не только после приема пищи, но и натощак Независимо от применяемых критериев точная интерпритация лабораторных данных требует правильного понимания методических и физиологических факторов, влияющих на результаты определения концентрации глюкозы.
• За последние 50-60 лет произошло резкое изменение ожидаемой продолжительности жизни, а также причин смерти у больных диабетом. В доинсулиновую эру больные с инсулинзависимым диабетом редко жили больше нескольких месяцев или лет после установления диагноза, а смерть более чем в 40% случаев наступала от диабетического кетоацитоза. В настоящее время на долю кетоацитоза и гиперсмолярной комы приходится только 1% случаев смерти больных диабетом. Главной причиной смерти является почечная недостаточность(особенно при инсулинозависимом сахарном диабете I типа) и поражение коронарных артерий ( особенно при инсулинонезависимои сахарном диабете II типа).
• 1. Аналитический обзор
• 1.1. Общая характеристика сахарного диабета
• 1.1.1 Определение и классификация
• Сахарный диабет(diabetes mellitus) представляет собой хроническое нарушение обмена веществ, обусловленное абсолютной или относительной недостаточностью инсулина, характеризующейся гипергликемией после еды или натощак и сопровождающееся при наиболее выраженных формах кетозом и белковым истощением. При большей длительности заболевания оно осложняется поражением мелких сосудов (микроангиопатии), особенно сетчатки и почечных клубочков, и ускоренным развитием атеросклероза. Клинически сахарный диабет может варировать от бессимптомно текущего , выявляемого только на основании изменения содержания глюкозы , до скоротечного, потенциально катастрофического состояния при котором развивается шок или кома(Felig P., et al.,1985).
• Во время многочисленных исследований, особенно тех в которых изучалась роль генетических и приобретенных факторов в этиологии сахарного диабета, свидетельствуют о том, что первичный сахарный диабет не является единым заболеванием, а представляет собой синдром, гетерогенный как в плане этиологии так и в плане патогенеза (Fajans S.S. et. al.,1978).Эти данные свидетельствуют о необходимости учитывать при классификации потенциальные этиологические факторы, такие как присутствие антител к островковым клеткам и специфические гаплотипы HIA. С тех пор как человечество узнало о сахарном диабете, было множество попыток классифицировать это заболевание. В 1985, по рекомендации ВОЗ, кроме ранее выделенных типов диабета, в классификацию была включена еще одна его клиническая форма. Она обусловлена недостаточностью питания главным образом в тропических странах у больных 10-50 лет (Зефирова Г .С.,1991).
• Классификация сахарного диабета и других категорий нарушения толерантности к глюкозе:
• 1. Спонтанный сахарный диабет:
• - инсулинзависимый - тип I
• - инсулинонезависимый-тип II
• а) у лиц с нормальной массой тела
• б) с ожирением
• 2. Вторичный сахарный диабет, включая сахарный диабет, сопутствующий определенным состояниям или синдромам:
• а) заболевания поджелудочной железы
• б) гормональные нарушения
• в) состояния вызванные лекарственными или химическими веществами
• г) определенные генетические синдромы
• д) смешанные состояния.
• 3. Диабет, обусловленный недостаточностью питания (тропический):
• а) панкреатический
• б) панкреатогенный
• Нарушение толерантности к глюкозе (НТГ)- ранее называвшийся химическим, бессимптомным, латентным и субклиническим диабетом: а ) у лиц с нормальной массой тела
• б) с ожирением
• в) НТГ обусловленное другими определенными состояниями и синдромами.
• 5. Диабет беременных. НТГ, начавшееся при беременности.
• Б.Достоверные классы риска (лица с нормальной толерантностью к глюкозе, но со значительно увеличенным риском развития диабета):
• а) предшествовавшие нарушения толерантности к глюкозе
• б) потенциальные нарушения толерантности к глюкозе (ВОЗ, 1985).
• Более чем в 90% случаев СД является спонтанным заболеванием, которое не удается отнести к какому - либо другому более раннему паталогическому процессу. Известны два главных типа спонтанного диабета: тип I, (инсулинзависимый) ,и тип II (инсулинонезависимый). Вторичный диабет (на долю которого приходится менее 5-10% всех случаев) представляет собой форму заболевания встречающуюся у больных с первичными паталогическими процессами в поджелудочной железе, гиперсекрецией гормонов - антагонистов инсулина(катехоламины, глюкагон, гормон роста, глюкокортикоиды, тироидные гормоны и др.),а также развивающиеся после приема лекарственных средств, нарушающих углеводный обмен, или в связи со сложными генетическими синдромами, для которых характерна гипергликемия. Клиническая картина в этих случаях варьирует, а связь с ожидаемыми осложнениями часто трудно установить. Длительное применение этих гормонов или повышение их секреции в организме приводит к разрушению толерантности к глюкозе вплоть до развития сахарного диабета. Гипергликемия, развивающаяся при повышенной секреции контринсулиновых гормонов при наличии генетической недостаточности инсулярного аппарата, приводит к нарушению углеводного обмена.
• После приема таких лекарственных средств, как диуретики, психотропные вещества, дифенилгидантоин, нарушающих углеводный обмен, или в свези со сложными генетическими синдромами, для которых характерна гипергликемия (например, атаксия-телеангиэктазия, синдром Лоренса-Муна-Бидля, миотоническая дистрофия, атаксия Фридрейха),также может возникнуть вторичный диабет.
• Патогенез тропических вариантов заболевания значительно отличается от всех других видов. В его основе лежит недостаточность питания в детском возрасте. В свою очередь этот тип диабета разделен на два подтипа: панкреатический и панкреатогенный.
• Панкреатический диабет в свою очередь подразделяется на фиброкалькулезный и протеиндефицитный. Первый распространен в Индии и Индонезии преимущественно среди мужчин (3:1) и характеризуется отсутствием кетоза при наличии I типа диабета. В протоках поджелудочной железы больных обнаруживаются кальцынаты и диффузный фиброз железы без воспалительных процессов. При этом виде заболевания отмечается низкая секреция инсулина и глюкагона и синдром нарушения всасывания. Второй вариант панкреатического диабета называют протеиндеффицитным (ямайским). Он обусловлен низким содержанием в диете белка и насыщенных жиров и характеризуется абсолютным дефицитом инсулина и отсутствием кетоза.
• Панкреатогенный диабет обусловлен избыточным поступлением железа в организм и его отложением в поджелудочной железе(Зефирова Г.С., 1991).
• Наконец, больных, у которых нарушение гомеостаза глюкозы удается выявить только с помощью глюкозотолерантного теста, относят к группе нарушения толерантности к глюкозе, характеризующиеся следующими критериями:
• 1. Концентрация глюкозы натощак должно быть ниже тех значений, которые расцениваются как диабет, то есть уровень глюкозы в сыворотке венозной крови не более 7,8 ммоль/л, в венозной цельной и капиллярной крови не более 6,7 ммоль/л.
• 2. Уровень глюкозы в крови через 2 часа после приема пищи должен находиться между нормальными значениями и цифрами характерными для СД, а именно в сыворотке венозной крови 7,8-11,1 ммоль/л, в цельной венозной крови 6,7-10,0 ммоль/л (Балаболкин М.И., 1991)
• Этиология
• До сих пор не удалось обнаружить единого причинного фактора, который лежал бы в основе этиологии спонтанного диабета. На самом деле накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что диабет представляет собой гетерогенную группу расстройств с различной этиологией.
• Основными идентифицированными факторами являются наследственность, аутоиммунные процессы, вирусные инфекции и питание (Craighsid J.F. et all., 1978).
• Генетика
• Уже давно был установлен семейный характер диабета. Больших популяционных исследованиях было обнаружено, что распространенность заболеваний среди родственников больных диабетом в 4-10 раз превышает таковую среди лиц контрольной группы (Felig P. Et all, 1985). Первые указания на наследственный характер диабета относится к XVII веку. Первую гипотезу о наследственном характере болезни сформулировал Wegeli (1896). Однако интенсивное изучение наследственного характера сахарного диабета началось только в 20-30-х годах нашего столетия, а к 60-м годам было доказано, что основным этиологическим фактором этого заболевания является генетический. Доказательства его наследственной обусловленности заключались в преобладании частоты семейных форм над распространенностью сахарного диабета в популяции и преобладании частоты конкордантности среди монозиготных близнецов по сравнению с дизиготными (Зефирова Г.С., 1991).
• В 1974 году J.Nerup с соавторами, A.G.Gudworth и I.C.Woodrow обнаружили ассоциацию В-локуса лейкоцитарных антигенов гистосовместимости с сахарным диабетом 1 типа и отсутствие ее у больных инсулинонезависимым сахарным диабетом II типа. Данные авторов свидетельствовали о том, что распространенность HLA - антигена В8 составляла среди больных сахарным диабетом 1 типа 49%, а среди здоровых 31%, а HLA В15 - 21 и 10% соответственно (Васюкова Е.А. и соав., 1981). Дальнейшее исследования позволили установить преобладание у больных СД 1 типа и других HLA антигенов, имеющих отношение к D4 и DR - локусам. Так, у больных инсулинозависимым диабетом с большей частотой по сравнению с контрольной группой здоровых выявлялись HLA антигены - Dw3, DRw3, Dw4, DRw4. Наличие у обследуемых гаплотипов В8 или В15 увеличивало риск заболеваемости диабетом в 2-3 раза, В8 и В15 одновременно - приблизительно в 10 раз. Присутствие гаплотипов Dw3/DRw3 увеличивало относительный риск в 3,7 раз, а Dw4/DRw4 - в 4,9 раз, а Dw3/DRw4 - в 9,4 раза (Виденкова Е.Ф. и соав., 1988).
• Что касается роли в патогенезе сахарного диабета, то различные аллели HLA сами по себе могут и не определять предрасположенности к заболеванию, а находится в неравновесной связи с другими генами, имеющими более непосредственное отношение к подверженности этому заболеванию.
• Связь систем HLA со специфическими генами, определяющими иммунный ответ, могла бы сводить роль диабетического генотипа к созданию возможности взаимодействия вируса (см. далее) со специфическими антигенами на мембране B-клеток (Craighead J.E., 1978).
• Сравнительное исследование характера наследования инсулинозависимого и инсулинонезависимого дали дополнительные доказательства генетической гетерогенности сахарного диабета (Fajans S.S. et all, 1978). Есть данные, что у лиц женского пола с инсулинонезависимостью заболевание наследуется по аутосомно-доминантному типу: 1) почти у половины женщин обнаруживается вертикальная передача заболевания в трех поколениях; 2) у 85% больных родители страдают диабетом; 3) диабет встречается у половины сибсов. В отличие от этого у больных диабетом 1 типа наследуемость в трех поколениях, заболевание у родителей или сибсов встречаются менее чем в 10% случаев.
• Несомненно, что в основе сахарного диабета II типа лежит генетическая предрасположенность. Однако генетический маркер его до сих пор не обнаружен, хотя имеются данные о локализации генов диабета II типа в 11 хромосоме. Основным провоцирующим фактором в этом случае является ожирение (Lesli R.D. et all, 1987).
• Характер наследования сахарного диабета 1 и II типов не совсем ясен.
• Обсуждается вопрос о полегенном наследовании, где генетические факторы (полигения) и экзогенные (экзогения) взаимосвязаны и принимают участие в проявлении заболевания. К генетическим должны присоедини-ться определенные факторы окружающей среды (реализаторы заболевания), чтобы полигенно детерминированные признаки или предрасположенность к болезни осуществилась.
• Вирусные инфекции и другие факторы внешней среды
• Высокий показатель дискордантности (50%) диабета у однояйцовых пар близнецов, когда у пробандов диабет развивается в возрасте до 40 лет, указывает на существующую роль негенетических (т.е. приобретенных) факторов в этиологии диабета 1 типа. Особый интерес из потенциальных средовых причин представляют вирусные инфекции. Указания на вирусную этиологию сахарного диабета дают гистологические и эпидемиологические исследования, а также в самое последнее время - прямые наблюдения за передачей диабетом от человека экспериментальным животным (Craighead J.E., 1978).
• Гистологическая картина островков у умерших от сахарного диабета 1 типа характеризуется инфильтрацией мононуклеарами, особенно лимфоцитами, и дегенерацией островковых клеток. Такая воспалительная реакция, называемая инсулином, соответствует представлению о вирусном или аутоиммунном процессе. Дальнейшим косвенным доказательством вирусной этиологии являются сезонные колебания частоты развития диабета 1 типа, максимально осенью и зимой и минимально весной или ранним летом.
• Что касается отдельных вирусов, то в качестве возможных этиологических агентов назывались вирусы эпидемического паратита, краснухи и вируса Коксаки. В многочисленных описаниях отдельных случаев диабета, была отмечена временная связь с раннее перенесенным паратитом. Дальнейшие исследования показали, что вирусы паратита и Коксаки (В3 и В4) способны к репликации в культуре В - клеток поджелудочной железы человека. Кроме того, повторный пассаж вируса Коксаки В4 в культурах мышиных В-клеток позволил выделить диабетогенную линию, которая при введении интактным мышам вызывала гипергликемию (Yoon J.W. et all, 1979).
• Хотя приведенные данные удовлетворяют постулатам Коха, оставляют нерешенным вопрос о том, почему диабет 1 типа развивается менее чем у 0,5% населения, тогда как признаки инфицированности вируса Коксаки В4 встречается почти у половины населения. Существует возможность, что В-тропные варианты вируса вызывают клинически выраженное заболевание очень редко. Инокуляция вируса энцефаломиокартита мышам вызывает инсулин и гипергликемию только в случаях соответствующей генетической предрасположенности, определяемой одним рецессивным геном или более (Craighead J.E., 1978). Таким образом, как свидетельствуют результаты обследований близнецов, вероятность деструкции В-клеток могут определять как наследственные факторы, так и вирусная инфекция.
• Аутоиммунные процессы
• На возможность значения аутоиммунного процесса (Nerup J. et all, 1978) в развитии диабета указывают ряд данных: 1) присутствие в островках поджелудочной железы у больных со свежим диабетом 1 типа инфильтратов, состоящих из мононуклиарных клеток (инсулит); 2) давно известная клиническая связь между диабетом и аутоиммунными эндокринопатиями (болезнь Аддисона, множественная эндокринная недостаточность - синдром Шмидта); 3) связь между диабетом и главным комплексом гистосовместимости (HLA). Многочисленные наблюдения могут указывать на то, что антитела к островковым клеткам опосредуют эффекты токсических для В-клеток веществ или просто отражают повреждения В - клеток.
• У некоторых больных с синдромом тяжелого инсулинрезистентного диабета и гиперпегминтации наблюдаются еще одна очень редкая форма аутоиммунности, при которой присутствие в крови антитела к инсулиновым рецепторам препятствует связыванию гормона с его рецепторами на клетках - мишенях.
• Ожирение и питание
• В отличие от инсулинозависимого диабета 1 типа, при котором потенциальными этиологическими факторами могут служить вирусы и аутоиммунные процессы, при диабете II типа главным приобретенным фактором, участвующим в патогенезе заболевания является ожирение. Ожирением страдают 80% и более больных диабетом II типа. Кроме того, у тучных лиц наблюдаются повышенная распространенность сахарным диабета, зависящая от продолжительности, а не степени ожирения. Механизм, с помощью которого ожирение предрасполагает к развитию сахарным диабетом, тесно связан с инсулинорезистентностью, сопровождающей избыточную прибавку массы тела. Так, генетически предрасположенных лиц с ограниченной способностью секретировать инсулин развитие ожирения создает такие потребности в гармоне, которые превышают секреторную способность В-клеток, в результате чего развивается сахарный диабет.
• Эпидемиология
• Эпидемиология сахарного диабета изучает недостаточно. В настоящее время распространенность сахарного диабета в мире колеблется в пределах от 2 до 3%. Заболеваемость сахарным диабетом у детей и подростков колеблется от 0,1 до 0,3%. С учетом недиагностированных форм распространенность его в отдельных странах достигает более 6%. В настоящее время на земном шаре сахарным диабетом страдает более 60 млн. человек (ВОЗ, 1985). Однако массовые обследования показали, что на каждый случай явного сахарного диабета приходится один больной с не выявленной формой заболевания. Кроме этого, примерно 3% населения имеет генетически обусловленный преддиабет (Потемкин В.В., 1978). Заболеваемость сахарным диабетом неуклонно возрастает. За последние 10-15 лет во всех странах мира число этих больных увеличилось в двое. По мнению Комитета экспертов по сахарному диабету при ВОЗ «диабет и его сосудистые осложнения будут постоянно увеличивающимся бременем здравоохранения». В экономически развитых странах сахарный диабет стал не только медицинской, но и социальной проблемой.
• Основными причинами, которые определяют увеличение заболеваемости сахарным диабетом, является увеличение числа лиц с наследственно обусловленным предрасположением к сахарному диабету в результате резкого уменьшения смертности новорожденных, родившихся от родителей больных сахарным диабетом; заместительное лечение, продлевающее жизнь больных; увеличение длительности жизни населения; увеличение распространенности ожирения; учащения хронических сердечнососудистых заболеваний; ранее выявление заболевания методами активной диспансеризации.
• Влияние пола мало сказывается на частоте ювенильного диабета, а с увеличением возраста наблюдается преобладание женщин в странах Европы, США, Африки. В Японии, Индии, Малайзии диабет встречается несколько чаще у мужчин (Мазовецкий А.Г., 1987).
• Национальный и географический фактор также влияют на распространенность заболевания. Так в некоторых странах Юго-Восточной Азии, Океании, Северной Африки, среди эскимосов он распространен значительно меньше, чем у населения Европы и США.
• Патологическая физиология
• Поджелудочная железа как основной источник заболевания
• В 1869 году Пауль Лангерганс гистологически идентифицировал островковые клетки, составляющие эндокринную часть поджелудочной железы (Felig P. et all, 1982).
• Поджелудочная железа - непарный орган пищеварительной системы. Железа мягкая, желто-розового цвета, располагается ретроперитониально на уровне нисходящей части двенадцатиперстной кишки (справа) и селезенки (слева). В ней различают головку, тело и хвост. Железа имеет дольчатое строение. Длина ее составляет около 15 см, вес около 100 г. Кровоснабжение поджелудочной железы осуществляется селезеночной и верхней мезентеральной артерией. Венозная кровь поступает в селезеночную и верхнюю мезентеральную вены. Иннервируется поджелудочная железа симпатическими и парасимпатическими нервами, терминальные волокна которых контактируют с клеточной мембраной островковых клеток (Старкова Н.Т. и др. 1991).
• Поджелудочная железа обладает экзокринной и эндокринной функцией.
• Эндокринная часть поджелудочной железы представлена панкреатическими островками, которые в виде сферических образований диффузно распределяются в паренхиме экзокринной части железы. Эти островки составляют около 1-3% массы железы (от 1 до 1,5 млн.). Диаметр каждого островка - около 150 мкм. В одном островке содержится от 80 до 200 клеток (Старкова Н.Т. и др., 1991).
• С помощью электронной микроскопии и иммунноцитохимических исследований удалось установить, что островок поджелудочной железы состоит в основном из клеток 4 типов (Orci L. et all, 1979).
• Тем же L. Orci и его соавторами (1976) с помощью иммуннофлюоресцентной методике было обнаружено, что относительное процентное соотношение перечисленных клеток в островке поджелудочной железы различно в зависимости от места его локализации. Однако в большинстве случаев В-клетки являются основными клетками островков поджелудочной железы.
• Поджелудочная железа больных инсулинозависимым диабетом при длительном течении сахарного диабета уменьшается в массе. Современные методы исследования показали, что островки состоят преимущественно из РР либо А и D клеток и небольшое количество В клеток. Для сахарного диабета 1 типа характерно почти полное разрушение и исчезновение В клеток (Балаболкин М.И., 1994). У таких больных, умерших через несколько дней или недель после развития сахарного диабета, часто наблюдается лимфоцитарное инфильтрация островков (инсулит). Эти данные упоминались в качестве доказательства аутоиммунной и вирусной этиологии сахарного диабета 1 типа (Gepts W., 1977). Примерно у 40% больных, по мере прогрессирования заболевания, в конце концов развивается гиалиновое перерождение, проявляющееся аморфными отложениями (с характеристиками окрашивания, свойственными амилоиду) вокруг кровеносных сосудов и между клетками.
• Примерно у 25% больных отмечается фиброз. Он начинается с утолщения капсулы и инвазии в островки фиброзной ткани, которая в конце концов полностью замещает функционирующие клетки. Процесс распространяется и за предел островков, в значительной мере захватывая иногда и внешнесекреторную ткань поджелудочной железы.
• У некоторых больных обнаруживают гликогеноз островков, проявляющийся крупными вакуолизированными клетками (Kohner E.M., 1977).
• У больных с инсулинонезависимым сахарным диабетом гистологические изменения в островках минимальны или отсутствуют. Однако тщательное определение объема островков обнаруживает уменьшение массы островковых клеток практически у всех больных (Felig P. et all, 1985).
• В поджелудочной железе более чем 60% больных сахарным диабетом II типа выявляется склероз панкреотических артерий. К тому же у больных сахарным диабетом чаще встречается жировая атрофия (Балаболкин М.И., 1994).
• Большое внимание заслуживает отмеченное при инсулиннезависимом диабете увеличение массы А - клеток островков, которые в сочетании с отмеченным выше уменьшением массы В - клеток, приводит к изменению соотношения в клеточном составе поджелудочной железы, чем и определяется развитие сахарного диабета. Отмеченные различия относительного содержания А и В-клеток в островках поджелудочной железы в группах умерших, страдавших ИНСД, является статистически достоверным, что подтверждает высказывающиеся ранее рядом авторов (Ferner H., 1952, Nolt C., 1955) мнение о связи развития сахарного диабета с изменением соотношения клеточного состава островков поджелудочной железы.
• Представлением об инсулиновой недостаточности как основном механизме развития ИНСД протеворечит также успешное применение для его лечения препаратов сульфанилмочевины и бигуанидов, которые оказывают повреждающее действие на А - клетки островков поджелудочной железы.
• В этом отношении заслуживают большого внимания результаты исследования Ю.А.Орошевского и Е.А.Вояковой, показавших, что под влиянием лечения больных ИНСД сульфанилмочевиной в их крови уменьшается содержание вырабатываемого А - клетками глюкагона, тогда как содержание инсулина не изменяется (Агеев А.К., 1984).
• Гормоны - продукты внутрисекреторной деятельности поджелудочной железы
• Люди впервые получили инсулин в 1921 году из поджелудочной железы собак Бантинг и Бест приготовили экстракт. В кристаллическом виде в 1926 году Sanger определил аминокислотный состав инсулина - первого белка, последовательность которого была полностью расшифрована. В 1965 году Katsogonnis сумел осуществить химический синтез инсулина. В 1969 году с помощью методик ретгенодифракции была определена трехмерная структура инсулина. Steiner в 1967 году обнаружил проинсулин - биологический предшественник инсулина более крупного размера. Проинсулин синтезируется на рибосомах грубой эндоплазматической сети. Проинсулин состоит из трех пептидных цепей (А, В и С). А- и В- цепочки соединены дисульфидными мостиками, С - пептид связывает А - и В - цепи.
• Молекулярный вес проинсулина 900 дальтон. Синтезированный проинсулин поступает в аппарат Гольджи, где под влиянием протеолитических ферментов расщепляется на молекулы С - пептиды с молекулярным весом 3000 и молекулы инсулина с молекулярным весом 6000. А - цепь инсулина состоит из 21 аминокислотного остатка, В - цепь - из 30, а С - пептид из 27-33. Из аппарата Гольджи (пластинчатый комплекс) инсулин, С - пептид и частично проинсулин поступают в везикулы, где первый связывается с цинком и депонируется в кристаллическом состоянии. Под влиянием различных стимулов везикулы продвигаются к цитоплазматической мембране и путем эмиоцитоза освобождают инсулин в растворенном виде в прекапиллярные пространства (Старкова Н.Т., 1991). Среди различных факторов, способных стимулировать секрецию инсулина, наиболее важным с физиологической точки зрения является глюкоза. Это находит свое отражение в том, что ежемоментные колебания уровня инсулина в плазме повторяют колебания содержания глюкозы в ней.
• Существуют две альтернативные теории, одна из которых исходит из роли метаболизма глюкоза в островковых клетках, а другая - из взаимодействия молекул глюкозы с мембранным рецептором - «глюкорецептором». В пользу метаболической теории свидетельствуют следующие наблюдения:
• метаболизируемые сахара (гексозы или триозы) являются более мощными стимуляторами секреции инсулина, чем неметаболизируемые углеводы (моннозы); 2) глюкоза увеличивает концентрацию интермедиатов гликолеза в островковых клетках; 3) вещества угнетающие метаболизм глюкозы (манногептулоза и 2-дезоксиглюкоза), припятствуют секретеции
• инсулина.
• С другой стороны, имеются наблюдения, результаты которых свидетельствуют в пользу существования механизма распознавания глюкозы за счет активации ею мембранного рецептора (глюкорецептор), в следствие чего, запускается «процесс высвобождения» инсулина (Zawalich W.S., 1979). В механизме, с помощью которого гликолиз стимулирует секрецию инсулина может принимать участие увеличения в клетке уровня НАД * Н и НАДФ * Н, равно как и концентрации Н + (Molaise W.J. et all, 1979).
• Характерной особенностью реакции инсулина на глюкозу является ее двухфазность. Начальный быстрый «всплеск секреции» начинается в пределах 1 мин. после введения глюкозы, достигает максимума в пределах 2 мин. и снижается в последующие 3-5 мин. Вторая фаза, начинается спустя 5-10 мин. после начала инфузии глюкозы и продолжается в течение последующего часа. В опытах на перфузируемой поджелудочной железе ингибитор синтеза белка пуромицин ослабляет действие второй фазы, но не влияет на раннюю фазу секреции инсулина. Эти данные позволили предположить, что в В - клетке содержится два пула инсулина (Polte D.H. et all 1969).
• Кроме глюкозы, стимулирующим влиянием на освобождение и секрецию инсулина обладают аминокислоты (аргинин, лейцин), глюкогон, гастрин, секретин, панкреозимин, желудочной ингибиторной полипептид, нейротензин, бомбезин, сульфаниламидные препараты, В - адреностимуляторы, глюкокортикоиды, соматотропный гормон, адренокортекотропный гормон. Подавляют секрецию и освобождение инсулина гипогликемия, соматостатин никотиновая кислота, диазоксид, А - адреностимуляция, фепитоин, фенотиазины.
• Инсулин в крови находится в свободном (иммуннореактивный инсулин; ИРИ) и связанном состоянии. Деградация инсулина происходит в печени (до 80%), почках и жировой ткани под влиянием глютатионтрансферазы и глютатионредуктазы (в печени), инсулиназы (в почках), протеолитических ферментов (в жировой ткани). Проинсулин и С - пептид также подвергаются деградации в печени, но значительно медленнее.
• Инсулин является анаболическим гормоном, усиливающим синтез углеводов, белков, нуклеиновых кислот и жира (Старкова Н.Т., 1991). Осуществляет утилизацию, метаболизм и «кладирование» поступающих в организм пищевых веществ. Он также участвует в процессах роста и дифференциации тканей. Ниже представлены основные биологические эффекты инсулина:
• Углеводный обмен
• Увеличение утилизации глюкозы мышцами и жировой тканью
• Увеличение синтеза гликогена печенью и мышцами
• Повышение фосфорилированной глюкозы
• Усиление гликолиза
• Уменьшение глюконеогинеза
• Уменьшение гликогенолиза
• Жировой обмен
• Повышение липогинеза
• Повышение активности липопротеиновой липазы
• Увеличение синтеза жирных кислот
• Увеличение образования глицерофосфата
• Увеличение этерификации жирных кислот в триглицериды
• Уменьшение липолиза
• Уменьшение кетогинеза
• Белковый обмен
• Увеличение анаболизма белка
• Увеличение поглощения аминокислот
• Увеличение синтеза белка
• Уменьшение катаболизма белка
• Обмен нуклеиновых кислот
• Увеличение синтеза нуклеиновых кислот
• Увеличение синтеза РНК
• Увеличение синтеза ДНК (Балаболкин М.И., 1994)
• Период биологической полужизни инсулина находится в пределах 4-5 мин.
• Основным местом разрушения инсулина является печень, которая извлекает 40-60% гормона из крови за 1 пассаж. Как отмечалось, после связывания с рецепторами инсулин подвергается интернализации в печени и локализуется в лизосомах - месте средоточения в клетке разнообразных ферментов разрушения. Обнаружены по меньшей мере 2 фермента с инсулиндеградирующей активностью. Одним из них является глутотион-инсулинтрансгидрогеназа - восстанавливающий фермент, который расщепляет дисульфидный связи, высвобождая интактные А - и В - цепи.
• Идентифицированы также протеазы, инактивирующие инсулин, расщепляя пептидные связи (Duckworth W.C. et all, 1980).
• В почках происходит распад 15-20% инсулина. Почечный клиренс инсулина привлекает скорость клубочковой фильтрации, что указывает на элиминацию гормона из крови не только за счет фильтрации, но и за счет канальцевых механизмов. У больных с недостаточностью почек поглощение инсулина в почках может снижаться до 9% (Rabkin R. et all, 1970).
• А - клетки синтезирует глюкагон. В островках поджелудочной железы человека они распределяются по всей площади островка. Хотя А - клетки островка поджелудочной железы были описаны M.A.Lane еще в 1907 году, но только в 1962 G.Baum и Coubi с помощью прямой флюоресценции установили, что глюкагон секретируется именно этими клетками. S.H.Stoub с соавторами (1955) получили кристаллическую форму глюкагона, W.W. Bromer с соав. (1957) определили последовательность аминокислотных остатков в молекуле глюкагона свиньи. Оказалось, что молекула представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 29 аминокислотных остатков, в которой N - концевой аминокислотой является гистигин, а C - концевой треонин. Молекулярная масса глюкагона 3485, изоэлектрическая точка 6,2 (Балаболкин М.И., 1994). В отличии от инсулина глюкагон сохраняет одну и ту же аминокислотную последовательность у всех изученных видов млекопитающих.
• Местом биосинтеза глюкагона являются А - клетки островков Лангерганса. В самих островковых клетках синтез глюкагона проходит вначале стадию образования более крупного предшественника (проглюкагона), молекулярная масса которого определена в 9000 и который лишен гликогенолитической активности. После расщепления этой молекулы до глюкагона содержимое секреторных гранул в А - клетки выделяется в процессе экзоцитоза, который аналогичен таковому для инсулина.
• У здоровых лиц, потребляющих смешанную пищу, секреция глюкагона на протяжении дня колеблется в очень узких пределах. Таким образом, относительно постоянный уровень глюкагона отличается от уровня инсулина, претерпевающего отчетливые колебания при приеме смешанной пищи тили даже при еще меньших изменениях (100-200 мг/л) содержание глюкозы в крови. Основными физиологическими стимулами секреции глюкагона у здорового человека служит белковая пища, инфузия аминокислот или физическая нагрузка, особенно если она велика или длительна (Sherwin R.S. et all, 1977).
• Физиологические приросты содержания глюкагона вызывают повышение уровня глюкозы в крови за счет стимуляции гликогенолиза и глюконеогенеза в печени. Наоборот снижение концентрации глюкагона ниже исходного уровня приводит к снижению в печени продукции глюкозы(Сherring-ton A.D. et all, 1976). Реакция инсулина, вызываемая белковой пищей, обеспечивает поглощение и утилизацию клетками содержащихся в ней аминокислот. Однако само по себе повышение уровня инсулина должно было бы снизить выход глюкозы из печени и тем самым вызвать гипогликемию. Одновременный же прирост уровня глюкагона препятствует проявлению такого эффекта инсулина и обеспечивает сохранение продукции глюкозы на стабильном уровне. Поскольку при приеме смешанной пищи не изменяется содержание глюкагона можно предположить, что глюкагон в ходе эволюции приобрел роль регулятора гликемии главным образом при потреблении мяса. Секрецию глюкагона регулируют глюкоза, аминокислоты, гастроинтерстинальные гармоны и симпатическая нервная система. Угнетают продукцию глюкагона соматостатин, гипергликемия, повышенный уровень свободных жирных кислот в крови. Содержание глюкагона в крови повышается при декомпенсированном сахарном диабете, глюкагономе. Инактивируется он преимущественно в печени и почках путем расщепления на неактивные фрагменты под влиянием ферментов карбоксипептидазы, трипсин, хемотрипсина и др. (Зефирова Г.С., 1991).
• Основной механизм действия глюкагона характеризуется увеличением продукции глюкозы печенью путем стимуляции его распада и активации глюконеогенеза. Глюкагон связывается с рецепторами мембраны гепатоцитов и активирует фермент аденилацитазу, которая стимулирует образование цАМФ. При этом происходит накопление активной формы фосфорилазы, участвующей в процессе глюконеогинеза. Кроме того, подавляется образование ключевых гликолитических ферментов и стимулируется выделение энзимов, участвующих в процессе глюконеогинеза.
• Другая глюкозозависимая ткань - жировая. Связываясь с рецепторами адиоцитов с образованием глицерина и свободных жирных кислот. Этот эффект осуществляется путем стимуляции цАМФ и активации гармончувствительной липазы. Усиление липолиза сопровождается повышением в крови свободных жирных кислот, включением их в печень и образованием кетокислот. Глюкагон стимулирует гликогенолиз в сердечной мышце, что способствует увеличению сердечного выброса, расширению артериол и уменьшению общего периферического сопротивления, уменьшает агрегацию тромбоцитов, секрецию гастрина, панкреозимина и панкреотических ферментов. Образование инсулина, соматотропного гормона, кальцитопеина, катехоламинов, выделение жидкости и электролитов с мочой под влиянием глюкагона увеличивается (Зефирова Г.С., 1991).
• В отличие от инсулина глюкагон разрушается в основном не в печени, а в почках. Вследствие этого уровень глюкагона в плазме при уремии повышается, несмотря на отсутствие его гиперсекреции (Sherwin R.S. et all, 1977).
• Ю.П.Алексеев и А.Х.Мирхаджаев в 1978 году выдвигали гипотезу, согласно которой сахарный диабет является бигормональным заболеванием, возникающим вследствие отсутствия инсулина и избытка глюкагона. Усиленная продукция кетоновых тел при диабетическом кетоацидозе также приписывается избытку глюкагоном. Всевозможные исследования положили начало изучению биохимическим и физиологическим взаимоотношениям между инсулином и глюкагоном в регуляции продукции сахара печенью путем гликогенолиза и глюконеогенеза. Введение глюкагона стимулирует многие метаболические процессы, включая гликогенолиз, глюконеогенез и избирательное образование глюкозы. Levine R. впервые было показано, что инсулин является гормоном обеспечивающим приток глюкозы из внеклеточного пространства, тогда глюкагон главным образом влияет на ее поступление в это пространство (Levine R., 1972). Очевидно, если концентрация глюкозы во внеклеточном пространстве остается постоянной во время колебаний ее потока, то это является следствием как равного поступления глюкозы в это пространство, так и равного ухода из него. Подобное равновесие возможно лишь в условиях тесного взаимодействия А - и В - клеток.
• Гипотеза о бигормональном нарушении при сахарном диабете была привлечена для объяснения развития диабетического кетоацидоза. Это обус-ловлено тем, что глюкагон стимулирует ферментотивную систему карнитин-ацилтрансферазы, ускоряет окисление с образованием кетоновых тел (McCarry G.D., 1985). То, что глюкагон активно участвует в развитии диабетического кетоацидоза подтверждают клинические наблюдения, в которых введение соматостатина предупреждало возникновение кетоацидоза у инсулинозависимых больных (Serich G.E. et all, 1975).
• D-клетки секретирующие соматостатин имеют в своей цитоплазме гранулы, которые несколько крупнее, чем в А - и В - клетках, но менее плотные. В 1973 году в лаборатории, руководимой R.Guillimin, из гиполямуса овец был изолирован пептид, названный соматостатином, угнетавший спонтанное высвобождение СТГ. В том же году был осуществлен синтез этого пептида. Соматостатин является тетродекопептид с молекулярным весом 1600, состоящий из 13 аминокислотных остатков. Необычное распределение D-клеток в организме, а именно их распределение среди других экзокринных и эндокринных клеток, в нервных окончаниях, синоптических пузырьках, поджелудочной железе, желудочно-кишечном трате, щитовидной железе, сетчатке, является морфологической основной для повсеместного действия соматостатина. Биологическая роль соматостатина заключается в подавлении секреции СТГ, АКТГ и ТТГ, гастрина, глюкагона, инсулина, метиллина, ренина, секретина, вазоактивного желу- дочного пептида , желудочного сока, панкреатических ферментов и электролитов. Он понижает абсорбцию ксилизы, сократимость желчного пузыря, кровоток внутренних органов, перистальтику кишечника, а также уменьшает освобождение ацетилхолина из нервных окончаний и электровозбудимость нервов. Период полураспада парентериально введенного соматостатина составляет 1-2 мин., что позволяет рассматривать его как гормон и нейротрансмиттер. Многие эффекты соматостатина опосредуются через его влияние на вышеперечисленные органы и ткани. Механизм же его действия, с помощью которого соматостатин влияет на секрецию инсулина, противоречивость имеющихся данных пока не позволяет решить, снижает ли соматостатин концентрацию цАМФ в В-клетках, изменяет его приток кальция или увеличивает А-адренергическую активность (Gerich J.E. et all, 1978).
• В островке поджелудочной железы человека РР - клетки обнаруживают по его периферии и, кроме того, в паренхиме около протоков малого и среднего калибра.
• Панкреотический полипептид (РР) был выделен J.Kammel и соав. в 1968 из поджелудочной железы цыплят. Молекула РР состоит из 36 аминокислотных остатков, его молекулярная масса 4200. РР угнетает внешнесекреторную деятельность поджелудочной железы и способствует релаксации желочного пузыря. Это позволяет предположить, что РР как бы сохраняет ферменты поджелудочной железы и вызывает задержку желчи до следующего приема пищи (Балаболкин М.И., 1994).
• В 1984 был очищен и идентифицирован амилин или амилоидный полипептид островков поджелудочной железы. Предполагают, что амилоидный белок островков является местным секреторным продуктом, участвующим в патогенезе сахарного диабета 1 типа. K.H.Gohnson с соав. (1991) установили, что амилин локализуется в секреторных гранулах В-клетках и высвобождается из них вместе с инсулином в ответ на введение глюкозы или других веществ (Fehmann H.S. et all, 1990).
• Изучая механизм влияния амилина на углеводный обмен, T.G.Rink и соав. установили, что инсулин и амилин влияют на цикл Кори. Если инсулин стимулирует накопление периферических запасов гликагона, то амилин стимулирует как глинеогенез, так и гликолиз. В скелетных мышцах амилин снижает скорость поглощение глюкозы и накопление гликогена, увеличивает гликогенолиз. При этом активность фосфорилазы увеличивается в 2 раза, а стимуляция гликогенолиза осуществляется через цАМФ - независимую протеинкиназу (Балаболкин М.И., 1994).