Наш метаболизм, то есть обмен веществ, организован намного лучше и рациональнее, чем оформление витрины самого шикарного магазина. Давайте рассмотрим это па примере. После еды углеводы, содержащиеся в пище, расщепляются до простых Сахаров, по большей части до глюкозы («сладкий», греч.). Глюкоза проникает сквозь стенку кишки и всасывается в кровь.
Если бы кровь принимала всю всосавшуюся глюкозу и дело на этом заканчивалось бы, то вскоре кровь превратилась бы в густой сироп от всей накопившейся в ней глюкозы. В этом случае сердце, каким бы мощным оно ни было, в конце концов отказалось бы проталкивать по сосудам густую массу и остановилось бы. Но этого, по счастью, не происходит. По короткому сосуду (воротной вене) глюкоза попадает в печень, которая фильтрует глюкозу из крови и превращает в запас нерастворимого, крахмалоподобного вещества, которое называется гликоген («рождающий сахар», греч.) и хранится в печеночных клетках. Кровь, покидающая печень сразу после еды, содержит не более 130 мг% глюкозы1 в результате работы печени. В дальнейшем содержание глюкозы в крови быстро падает до 60 - 90 мг%, что соответствует уровню глюкозы в крови натощак.
1 1 мг% соответствует содержанию 1 мг вещества в 100 мл крови.
Глюкоза является первичным топливом клетки каждая клетка поглощает всю нужную ей глюкозу только из крови, а потом расщепляет ее в своем энергетическом котле в ходе последовательности сложных реакций до углекислого газа и воды. В результате этого процесса высвобождается необходимая клетке энергия. Поскольку каждая клетка зависит от глюкозы, то всей глюкозы, содержащейся в крови, хватило бы на считанные минуты. Но этого не происходит, потому что печень постоянно расщепляет накопленный в ней гликоген на молекулы глюкозы и выбрасывает ее в кровь. При этом количество высвобождаемой из печени глюкозы точно соответствует количеству глюкозы, потребленной клетками.
Итак, получается, что печень вовлекается в поддержание постоянного уровня глюкозы в крови двумя противоположными друг другу путями, которые включают в себя множество сложным образом взаимосвязанных реакций. Когда поступление глюкозы превышает ее расход, как это бывает после еды, глюкоза запасается в печени в виде гликогена. Когда же поступление глюкозы временно становится меньше потребления, как это бывает в промежутках между приемами пищи, то гликоген расщепляется до глюкозы, которая высвобождается в кровеносное русло, восстанавливая равновесие. Конечным результатом является (у здоровых людей) поддержание глюкозы в определенных, довольно узких пределах. Концентрация глюкозы никогда не поднимается до такого опасного уровня, когда повышается вязкость крови и никогда не опускается ниже того уровня, на котором начинается голодание клеток.
Но что именно поддерживает такое равновесие. Еда может быть обильной и скудной, принимать ее можно с разными интервалами. Иногда мы подолгу не принимаем пищу. Физические нагрузки то же могут большими или меньшими, поэтому потребности организма в энергии все время изменяются. Ввиду всех этих непредсказуемых колебаний что заставляет печень поддерживать концентрацию глюкозы в крови с такой удивительном эффективностью?
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 инсулиназы следят 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.
Очень 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?