Библиотека Диа-Клуба

Глава 2

Обмен веществ с точки зрения энергообеспечения организма

       Как указывалось выше, содержание глюкозы в крови и межклеточном пространстве слишком мало, чтобы обеспечить потребности организма в энергии. Содержать же большее количество глюкозы в крови просто нецелесообразно.

       Во-первых, потому, что это привело бы к изменению требований к самой конструкции кровеносной системы. (см. главу про САУ)
       Во-вторых, нецелесообразно иметь большие запасы глюкозы в крови просто на всякий случай. Намного выгодней иметь ее запасы в каком-то другом виде, но при этом иметь надежную автоматику, обеспечивающую ее поступление в кровь при необходимости при различных режимах энергетической потребности организма.

       В организме человека имеется три таких запаса (склада) «топлива» : гликоген, белки (аминокислоты) и жиры. Образование этих запасов мы уже рассматривали. Осталось лишь закончить их рассмотрение с точки зрения расходования.
       Если говорить о количественной стороне, то можно сказать следующее :
       1.Общие запасы гликогена (печень+мышцы) реально оцениваются величиной 500-700 граммов, что соответствует примерно 2000-3000 ккал. Кому-то таких энергетических запасов хватит на день, кому-то – на два, а сталевару или молотобойцу – лишь на рабочую смену. Биологическая целесообразность отводит гликогену последнее место в рейтинге запасных энергосубстратов. Во-первых, потому, что гликоген в организме никаких других функций, кроме энергетических, не имеет. Во-вторых, гликоген, трудно стабилизировать, то есть сохранять в живой ткани, причем для хранения требуется большое количество воды, что сильно снижает энергоемкость гликогена, которая и без того меньше, чем у белка и жира.
       2. Наибольшим энергетическим потенциалом обладают белки мышц. У взрослого человека их общая масса достигает 35-40 кг, что эквивалентно 150-170 тыс. ккал. Но по понятным причинам использовать в качестве источника энергии собственные, белки крайне нежелательно. Разве можно в здравом уме постоянно отапливаться мебелью или силовыми конструкциями дома ?
       3. В итоге самым оптимальным способом запасания энергии является синтез и отложение жира. По всей видимости, именно в этом кроется главная причина большой распространенности ожирения среди людей. Количество жировой ткани у взрослого человека – величина очень индивидуальная и вариабельная. По приблизительным подсчетам, масса жировой ткани у человека средней упитанности составляет около 15 кг. С учетом высокой энергоемкости (9 ккал на 1 г) общая энергетическая ценность этого количества жира практически не уступает энергоемкости белков тела. При этом жировая ткань выполняет в организме множество других важных функций: синтез и метаболизм гормонов, теплоизоляция, пластические функции, защитные функции от механических воздействий и многое другое. Таким образом, у человека есть веские основания «заботиться» о поддержании жировых запасов. И не случайно система регуляции энергетического обмена в большей мере ориентирована на создание запасов жира, чем на их растрату. Такой приоритет является существенной причиной большой частоты ожирения и того, почему с ним так трудно бороться.

Принципиальная схема энергетического обмена представлена на рисунке 2.5 :

Рисунок 2.5

Упрощенная схема представлена на рисунке 2.6 :

Рисунок 2.6

       И опять в этих процессах явно просматривается руководящая роль инсулина. С одной стороны инсулин способствует депонированию жиров, с другой стороны глюкагон способствует мобилизации депонированных жиров, включая их в процесс глюконеогенеза и кетогенеза.
       Надо сказать, что в работе этой сложнейшей САУ принимают участие не только инсулин и глюкагон, но и другие гормоны. Причем, по своему участию они являются контринсулярными. Другими словами, инсулину противодействует целая группа гормонов. Их участие показано на рисунке 2.7 :

Рисунок 2.7

       Роль инсулина и контринсулярных гормонов в этих процессах представлена в таблице 2.1

Таблица 2.1

       Анализируя схему и таблицу, следует выделить два ключевых момента.

       Во-первых, энергообмен условно делится на накопительную (синтез жира и гликогена) и расходную фазу (гликолиз, окисление жирных кислот, мобилизация аминокислот). При этом главным стимулятором анаболической части обмена является инсулин, в то время как процессы расхода регулируют (точнее, усиливают) многочисленные контринсулярные гормоны.
       Во-вторых, ключевым субстратом энергетического обмена и одновременно исходной субстанцией для синтеза кетокислот служит ацетил-КоА. Именно его содержание определяет направление клеточного метаболизма в данный момент, а именно: накопление или расходование. А это в первую очередь зависит от количества пищи, поступающей в организм. Если пищи много и ее количество превышает текущие энергозатраты, часть пищевых энергоносителей преобразуется в гликоген и жир. Причем, преимущественно в жир, так как запасы гликогена, как уже отмечалось, невелики, и этот «склад» быстро наполняется. Если пищи мало или ее нет, организм восполняет дефицит, расходуя ранее сделанные запасы - сначала гликоген, затем белки, затем жир. Поскольку гликогена мало, а белки слишком ценны, чтобы ими постоянно «топить», основным источником энергии в условиях голодания является жир.

       Из приведенной таблицы ясно, что :
       Инсулин является анаболическим гормоном, усиливающим синтез углеводов, белков и жира. Осуществляет утилизацию, метаболизм и «складирование» поступающих в организм пищевых веществ и имеет следующие функции :

Углеводный обмен.

       1.Увеличение утилизации глюкозы мышцами и жировой тканью.
       2.Увеличение синтеза гликогена печенью и мышцами.
       3.Повышение фосфорилированной глюкозы
       4.Усиление гликолиза (превращение глюкозы в молочную кислоту и снабжение организма энергией в течение короткого промежутка времени, когда организму не хватает кислорода, например, во время энергичной работы мышц).
       5.Уменьшение глюконеогинеза (синтез глюкозы из жира и аминокислот)
       6.Уменьшение гликогенолиза ( получение глюкозы из гликогена)

Жировой обмен.

       1.Повышение липогенеза (превращение глюкозы и углеводов в жирные кислоты )
       2.Увеличение синтеза жирных кислот и их превращение триглицериды.
       3.Уменьшение липолиза, процесса расщепления липидов (особенно содержащихся в жире триглицсридов) на составляющие их жирные.
       4.Уменьшение кетогенеза ( образование кетоновых тел, являющихся нормальным продуктом метаболизма жиров и могущих быть использованными для энергообеспечения организма ). В случае образования избыточного количества кетоновых тел у человека может развиться кетоз и кетоацидоз. Роль инсулина как раз и сводится к недопущению последнего.

Белковый обмен.

       1.Увеличение анаболизма белка (совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование составных частей клеток и тканей)
       2.Увеличение поглощения аминокислот.
       3.Увеличение синтеза белка.
       4.Уменьшение катаболизма белка (химическая реакция разложения сложных веществ в организме на простые, сопровождающаяся выделением энергии.)

       Вопросы энергоснабжения автоматика решает двумя альтернативными способами:

       1.Глюконеогенез, т.е. образование глюкозы из неуглеводных веществ (белки и жиры)
       При этом:
       А) Глюкозу можно получить из глицерина, входящего в состав жиров. Однако глицерин составляет лишь малую часть того, что получается при расщеплении жиров. В основном в результате расщепления жиров получаются различные жирные кислоты, из которых получаются кетоновые тела, в свою очередь также являющиеся энергетическим субстратом.
       Б) Сырьем для производства глюкозы служат белки. Точнее, набор из 10, так называемых гликогенных аминокислот.
       2.Синтез кетоновых веществ, которые являются альтернативным глюкозе источником энергии. Если посмотреть на схему, то видно, что кетоновые вещества являются продуктом - это продукт метаболизма ацетил-КоА, который при дефиците пищи образуется либо из собственных белков, либо из жира.

       Жировая ткань представляет собой глицерин с прикрепленными цепочками жирных кислот. Из глицерина в процессе глюконеогенеза образуется глюкоза, а из жирных кислот в процессе кетогенеза образуются кетоновые вещества, как источник энергии.
       Одновременно, глюкоза в процессе глюконеогенеза образуется и из аминокислот (глюканеогенез из белков) и из лактата (глюконеогенез из лактата).

       Разумеется, в реальной жизни с ее переменными динамическими нагрузками, с ее реалиями в вопросах питания и т.д. все эти процессы энергоснабжения протекают параллельно. В одних случаях превалирует один, в других – другой и т.д. Здесь нет смысла рассматривать все это в реальном многообразии. Мы ведь говорим лишь об инсулине и его недостаточности, как причине сахарного диабета. Ну а роль инсулина в этих процессах видна в таблице 2.1.
       Причем, здесь надо учитывать и «антагонистическую» функцию инсулина в системе автоматического управления. Поэтому знаки «+» и «-» надо рассматривать не только и не столько, как «участвует» или «не участвует», а как «активизирует» или «тормозит».
       Если, к примеру, глюкагон активизирует процесс кетогенеза, то инсулин его тормозит, спасая человека от неуправляемого кетогенеза и последующей диабетической комы и смерти. В этом и проявляется участие гормонов в системе автоматического управления с отрицательной обратной связью, как управляющих воздействий. Эту систему нельзя рассматривать лишь в плане «накопление глюкозы – расход глюкозы». Она шире, многогранней и сложнее. Соответственно и роль инсулина надо рассматривать шире, чем элементарное «пропустить глюкозу в клетку». Чтобы оценить роль инсулина и инсулиновой недостаточности во всей их «красе» ограничиваться такой примитивной ролью инсулина нельзя. Хотя, для первого знакомства можно. Но лишь для первого. Для такого, какой был в первой главе на примере «кочегарки». Сейчас пора познакомиться с работой «кочегарки» более подробно.

       Клетку ( к примеру, мышечной ткани) можно условно представить в виде маленькой печки, в которую подбрасывают дрова (глюкозу), иначе она погаснет (клетка погибнет). Причем, дрова не бросают сразу в огонь, а на некоторое время складируют перед топкой (гликоген мышц). Всю совокупность этих клеток представим в виде «кочегарки». Другие инсулинзависимые клетки организма (клетки печени и клетки жировой ткани) представим своеобразными складами топлива. Причем разного топлива. Глюкозу мы представим в виде сухих дров, а жир – в виде угля.
       Как говорилось выше, у нас есть еще один вид топлива – аминокислоты, хранящиеся в мышцах. Назовем их условно «бревнами». Но поскольку аминокислоты играют особую роль в организме, то топить ими, это верх расточительности и бесхозяйственности. Это все равно, что топить мебелью или силовыми конструкциями кочегарки ( стропила, перекрытия и т.д.) Топить таким топливом можно лишь от безысходности или тогда, когда его слишком много ( старой мебелью, к примеру, или лишними балками, которые завезены для ремонта, но так и не понадобились).
А теперь зададимся вопросом: а чем лучше топить ? Напрашивается ответ: конечно сухими дровами. И горят хорошо и уютно и не дымят и т.д. Но проблема в том, что их немного. Быстро сгорят, а дальше ?
       Дальше взгляд останавливается на бревнах. А что ? Их много, да и горят неплохо. Ну и что из того, что они являются силовыми конструкциями ? Если их много, то чего и не потопить ? Ну, хотя бы ради экономии сухих дров. Правда, их надо еще «попилить-порубить», т.е. в процессе глюконеогенеза обратить их в готовые для употребления дрова. Ну и, заодно, убрать всякий «мусор». Аммиак всякий и прочее. Так, в принципе, и происходит в организме. Более того, в некоторых источниках говорится, что примерно половина поступающих с пищей бревен, рубится на дрова. А при сахарном диабете в условиях дефицита инсулина и того больше.
       Но жалко, конечно, бревен. Увлекаться их топкой, означает ослабить саму конструкцию кочегарки. Поэтому глаз невольно переходит на уголь. Его тоже много. Тут даже можно как-то смириться с тем, что горит он плохо и чадит и коптит. Кстати, из него тоже можно получить немного сухих дровишек (глюконеогенез из жира), а остальное (жирные кислоты и кетоновые тела) просто жечь. Причем, рачительный хозяин должен будет беречь сухие дрова именно для тех печек, которые только ими топятся ( клетки центральной нервной системы и головного мозга, как ее составной части ). А остальные перебьются и углем.

       Но вернемся к тем печкам, с которых начали.
       Для того чтобы процесс подбрасывания в них дров протекал нормально, необходимо выполнить следующие условия :

       1.Около печек необходимо иметь постоянный запас дров (необходимый уровень глюкозы в крови).
       2.Необходимо иметь бригаду кочегаров (инсулин), которые «подбрасывают» дрова в печки. Просто подбрасывают. Гореть они будут потом и без участия этих кочегаров.
       3.Необходимо иметь бригаду подсобных рабочих (глюкагон), которые подносят эти дрова по мере их расходования. Просто берут эти дрова из дровяного склада (гликогеновое депо) и кладут на транспортерную ленту (кровь). Она их донесет до печек в руки кочегаров.
       4.Необходимо иметь бригаду подсобных рабочих (инсулин), которые занимаются «оприходыванием» (складированием) привозимых с пищей партий дров складывая их в поленницу или отвозя на склад, превращая их в уголь. Заодно, не забывая и о привозимых бревнах.

       Давайте рассмотрим несколько режимов работы кочегарки. Начнем с самого простого: все тихо и спокойно. Новых партий дров никто не везет (человек не ест). Человек ведет размеренную и спокойную жизнь. Спит, к примеру.
       Тут все достаточно просто. Печки ( инсулиннезависимые и инсулинзависмые) горят в штатном режиме. Где-то горят сухие дровишки, где-то уголек. Работает автоматика, поддерживая постоянное количество дров на транспортерной ленте на уровне 3.3-5.5 ммоль/л. Эта же автоматика регулирует процессы рубки бревен (глюконеогенез из белка) и подготовки угля к топке (глюконеогенез из жира и кетогенез) так, чтобы количество дров на транспортерной ленте было нормальным. Нормальное количество дров на ленте является своего рода показателем того, что и все другие процессы проходят штатно. Штатно рубятся бревна, штатно готовится уголь к топке и т.д.
       Если количество дров стало уменьшаться ниже заданного уровня, то надо добавить глюкагона и уменьшить инсулина. Тем самым добавить дров из гликогенового депо или активизировать процесс глюконеогенеза. Если наоборот, количество дров на транспортерной ленте увеличилось, то наоборот надо увеличить инсулина и уменьшить глюкагона. Притормозить процесс отпуска дров со склада и уменьшить их образование из бревен и угля. Т.е. всего-то и надо: иметь датчик уровня глюкозы в крови, схему сравнения ее с эталоном, которая будет увеличивать бригаду инсулина или бригаду глюкагона.
       Прошла ночь... Человек встал и сел завтракать. В нашем примере он стал завозить дрова в кочегарку. Что происходит? Да, в общем-то, ничего страшного. Мы же ведь поставили автоматику !
       Количество привезенных дров больше, чем нужно сейчас для горения печек. Да мы их все туда запихивать не будем, иначе у нас «дым из ушей пойдет», образно говоря. Мы их будем складировать ! И тоже под управлением автоматики. С ее помощью мы даем команду: «Ты, глюкагон, сейчас не нужен. А ты, инсулин, надевай рукавицы и вперед. Более того, мы твою бригаду усилим дополнительными рабочими». В этом случае секреция глюкагона уменьшается, а секреция инсулина увеличивается. Что будет сигналом для САУ на подобные действия ? Все тот же растущий уровень глюкозы в крови. На этот раз, растущий по причине привоза дров. Что будет результатом такой работы ? Куда денутся привезенные дрова ? Во-первых, ими восполнится израсходованная за ночь поленница, а все, что сверху, будет трансформировано в «уголь» и отложится на угольном складе. Кстати, если размер поленницы ограничен этими 300-400 граммами гликогена, то размер угольного склада ограничен лишь размером брючного ремня, размерами воротника рубашки, размерами одежды и т.д. Т.е. способностью человека носить на себе эти запасы без ущерба для своего здоровья.
       Аврал закончился. Пища переработалась и улеглась на соответствующих складах. В принципе, мы вернулись к тому режиму, что был ночью, но со своими нюансами. Суть этих нюансов заключается в том, что днем человек работает, учится, активно отдыхает и т.д. и т.п. Т.е. ведет весьма разнообразный, с точки зрения энергетики, образ жизни. Ну и что ? У нас же автоматика ! Она будет чутко реагировать за всеми этими изменениями, следя лишь за тем, чтобы уровень глюкозы крови был нормальным. Постоянство этого уровня и будет обеспечивать эти изменения в энергетических потребностях. Сидит человек у себя в офисе, размышляя между делом о таинствах диабета, это одно. Вышел он сразиться с соперниками по бизнесу на футбольном поле, это другое. Во втором случае надо будет добавить энергетических субстратов. И автоматика отработает это увеличение, следя за уровнем глюкозы крови.

       Подводя итог сказанному, можно сделать вывод о том, что обмен веществ с точки зрения энергетики организма сводится к двум процессам :

       1.Процесс накопления (депонирования) энергетических субстратов во время приема и переваривания пищи. К энергетическим субстратам, депонируемым в органах и тканях организма, относятся :
       А) Гликоген, образующийся из глюкозы в результате «обработки» полученных с пищей углеводов. Депо для хранения гликогена являются клетки печеночной и мышечной ткани
       Б) Аминокислоты, образующиеся в результате «обработки» полученных с пищей белков. Депо для хранения аминокислот являются клетки мышечной ткани.
       В) Жиры, образующиеся в результате «обработки» полученных с пищей жиров и глюкозы, «не уместившейся» в гликогеновые депо. Депо для хранения жиров являются клетки жировой ткани.
       2.Процесс получения энергетических субстратов из накопленных депо в промежутках между приемами пищи ( при голодании)
       Получение и снабжение организма энергетическими субстратами происходит в результате следующих процессов:

       А) процесса гликогенолиза, распада гликогена с получением свободной глюкозы
       Б) процесса глюконеогенеза, получения глюкозы из неуглеводных соединений. Процесс глюконеогенеза включает в себя :
       -глюконеогенез из лактата, как продукта неполного окисления глюкозы в мышцах
       -глюконеогенез из аминокислот. Результатом этого процесса становится получение глюкозы и побочных продуктов, таких как аммиак
       -глюконеогенез из жиров. Исходным «сырьем» для этого процесса является глицерин, как составная часть депонированных в организме жиров. В процессе распада жира кроме глюконеогенеза из жира происходит освобождение жирных кислот, как другой составляющей депонированного жира. Часть жирных кислот окисляется с образованием кетоновых тел (кетогенез). Жирные кислоты и кетоновые тела также являются энергетическими субстратами.

       Схема включения субстратов в глюконеогенез представлена на рисунке 2.8 :

Рисунок 2.8

       Основными потребителями глюкозы, полученной в результате гликогенолиза и глюконеогенеза, являются клетки центральной нервной системы и головного мозга, как составляющей этой системы. Потребителями жирных кислот и кетоновых тел в качестве энергетических субстратов являются остальные органы и ткани.
       Во всех этих процессах накопления и высвобождения энергетических субстратов участвует инсулин, как один из управляющих сигналов системы автоматического управления, следящей за уровнем глюкозы в крови. Дефицит инсулина (абсолютный или относительный) и причины возникновения этого дефицита приводят к отказу этой системы и появлению болезни под названием «сахарный диабет» того или иного типа и подтипа. Абсолютная (количественная) недостаточность инсулина приводит к сахарному диабету 1-го типа. В этом случае человек обязан перевести САУ в ручной режим управления, взяв на себя функции управления инсулярным плечом. При этом конечная эффективность этого управления будет зависеть от его точности и уровня приближения его к работе исправной САУ.

       Хотя, если быть откровенным, то рядовому диабетику наверно и не обязательно знать все эти физиологические и биохимические тонкости. Так же, как рядовому водителю вовсе необязательно знать тонкости сложнейших термодинамических процессов, протекающих в цилиндрах двигателя его автомобиля. Но знать элементарное он обязан. Ну, хотя бы на каком топливе работает его автомобиль, чтобы не ошибиться при заправке и не загубить двигатель.

       Из всего сказанного выше можно сделать три вывода:
       1.Инсулин является многофункциональным гормоном, участвующим во всех трех основных видах обмена ( углеводный, белковый и жировой ) и его недостаточность не может не влиять на все эти виды обмена, тесно связанные между собой и проходящие в присутствии и под контролем инсулина.
       2.Единственным вариантом поддержания нормогликемии при сахарном диабете 1-го типа является компенсационное введение внешнего инсулина в дозах, покрывающих абсолютную ( количественную) недостаточность собственного гормона.
       3.Ввиду сложности процессов и роли инсулина в них, введение компенсационных доз инсулина должно быть максимально точным и максимально приближенным к работе здоровой поджелудочной железы.

       Тем, кого не очень интересуют все эти «глюкозо 6 фосфаты» или тем, кто с трудом произносят сии мудреные слова ( как автор этого «труда», к примеру), достаточно пропустить эту главу, ограничившись запоминанием этих трех выводов, как аксиомы. Только этого будет вполне достаточно для понимания того, о чем пойдет речь дальше, т.е. о точной инсулинотерапии.

       У дотошного читателя может возникнуть естественные вопросы типа :
       1.Зачем тебе, дилетанту, нужны все эти "глюкопонтазы" ? Неужели в твоей жизни нет ничего более интересного ? Будь проще: укололся, гипонул, сахарком закусил и опять человек. Недокололся ? Тоже нет проблем. Шарахнул дозу и все дела. Опять гипонул ? Тогда смотри выше
       2.Ну а раз ты завел о них разговор, то объясни мне, зачем они нужны МНЕ ? Пусть мой лечащий врач в них разбирается. На то он и врач. Он мне должен говорить, что и сколько я должен колоть. За это ему зарплату платят.
       3.Диабетических осложнений испугался ? Не бойся. Это неизбежно, как бы ты не старался. Судьба у нас такая, диабетическая ...

Отвечаю :
       1.Все это я рассказывал лишь для того, чтобы убедить Вас, читатель, лишь в одном :
       - инсулинотерапия должна быть точной
       - инсулинотерапия должна быть тотальной, т.е. компенсироваться должно все, а не только углеводы
       Неубедительно ? А я никого убеждать и не собирался.

       Тем, для кого это не дошло, дальше можно не читать. Вперед к участковому эндокринологу !
       Тем, для кого это дошло, предлагаю продолжение "беседы" с переносом ее в практическую плоскость, т.е. с переходом к следующей главе.