В организме человека существуют две регуляторные системы: нервная и эндокринная. Эндокринная система представлена железами внутренней и смешанной секреции (щитовидной, паращитовидной, половыми, поджелудочной и др.). Эти железы регулируют все обменные процессы в организме.
Гормоны
Гормоны, принимающие участие в регуляции углеводного обмена, разделяют на две группы:
- инсулин;
- контринсулярные гормоны.
Контринсулярными называют такие гормоны, которые по своим биологическим эффектам являются антагонистами инсулина. К ним относят адреналин, глюкокортикоиды (гормоны надпочечников), глюкагон (поджелудочной железы), соматотропный (гормон роста, гипофиза). При увеличении содержания инсулина содержание глюкозы в крови уменьшается (при уменьшении — повышается). При увеличении содержания контринсулярных гормонов уровень глюкозы в крови повышается (при уменьшении — снижается). Продолжительность повышения уровня глюкозы в крови под действием адреналина длится до 10 минут, глюкагона — 80-60 минут, глюкокортикоидов — от нескольких часов до нескольких суток, соматотропного гормона — недели, месяцы, годы.
Поджелудочная железа
В обмене углеводов (глюкозы) ведущая роль принадлежит поджелудочной железе (pancreas (лат.) — pan — весь, creas — мясо). Поджелудочная железа располагается горизонтально в забрюшном пространстве. Она находится слева за желудком, на уровне XI-XII грудных и I-II поясничных позвонков, и доходит до селезенки. Чтобы представить, где в нашем теле расположена поджелудочная железа, нужно провести ладонью от левого бока под ребрами к пупку. Около 1/3 железы располагается справа от средней линии, а 2/3 — слева.
Железа имеет тонкую нежную структуру. По строению ее разделяют на головку, тело и хвост. В области головки на передней поверхности железы имеется выпячивание — сальниковый бугор, а на нижней полуокружности головки около шеечного отдела часто бывает крючкообразный отросток. Поджелудочная железа в поперечнике в области головки и тела имеет чаще всего призматическую форму, а в хвостовом отделе — овальную. Она связана с двенадцатиперстной кишкой и крупными сосудами, а потому почти неподвижна и не смещается даже при дыхании. Несколько смещается ее истончающаяся хвостовая часть, которая не имеет тесной связи с другими органами и окружена более толстым слоем жировой клетчатки. Способствуют весьма постоянному положению железы и ее четыре связки. Длина поджелудочной железы составляет от 12 до 22 см, ширина (высота) — от 3 до 9 см, а толщина — 2-3 см. Вес ее около 70-90 г. Наибольшим вес железы бывает в возрасте 25-40 лет, а затем он постепенно уменьшается и в старости составляет 50-60 г.
Поджелудочная железа находится в жировой ткани, количество которой широко варьирует. Чаще всего жировая ткань располагается только сзади и по краям, а у тучных людей иногда полностью окружает железу. В жировой ткани параллельно железе идут селезеночная артерия и вена.
Поджелудочную железу относят к железам смешанной секреции. Как железа внешней секреции она выделяет поджелудочный сок, как внутренней — гормоны. Поджелудочная железа состоит из множества долек неправильной формы, тесно соприкасающихся между собой — имеет сложноальвеолярное строение. Дольки разделены друг от друга соединительной капсулой. Величина каждой дольки составляет около 5 мм.
Функционально клетки разделяют на две части: основную массу, которая продуцирует пищеварительный сок, и группы клеток — островки Лангерганса (составляют 1-2 %).
Железистые (ацинозные) клетки в форме пузырьков (альвеол) вырабатывают панкреатический (поджелудочный) сок и имеют выводные протоки. Сок собирается во вставочных отделах выводных протоков, затем — междольковых и, наконец, — в главном. Поджелудочная железа за сутки вырабатывает 1500-2000 мл сока, который играет большую роль в пищеварении. Это бесцветная прозрачная опалесцирующая жидкость щелочной реакции (pH 8,5-8,8) с удельным весом 1,015. Основная составная часть сока поджелудочной железы — пищеварительные ферменты. Количество и состав панкреатического сока зависят от характера пищи, гуморальных и нервных раздражителей. Он интенсивно выделяется в двенадцатиперстную кишку примерно через 2-5 минут после еды. Наибольшее напряжение секреторной деятельности бывает в период пищеварения, через 1-3 часа после приема пищи.
Светлые клетки железы образуют островки Лангерганса. В диаметре они — 0,1-0,3 мм, а в общей массе составляют 1/35 веса самого органа. Островки Лангерганса располагаются в дольках железы, но распределены неравномерно. Основная масса их сосредоточена в хвосте поджелудочной железы. В каждом островке Лангерганса содержится от 80 до 200 клеток, которые синтезируют гормоны. В зависимости от веществ, которые они секретируют, различают: альфа-, бета-, дельта- и РР-клетки. Количество их различно. Бета-клетки составляют большую часть каждого «островка» тела и хвоста поджелудочной железы — около 85%. На долю альфа-клеток приходится 11%, дельта-клеток — 3%, РР-клеток — 1%. Альфа-клетки вырабатывают глюкагон, бета-клетки — инсулин, дельта-клетки — гастрин и соматостатин, РР-клетки — панкреатический полипептид. Наряду с инсулином бета-клетки синтезируют такое же количество С-пептида. Он не обладает свойствами инсулина. Интересен тем, что его производится столько же, сколько и инсулина — на каждую молекулярную цепочку инсулина приходится цепочка С-пептида.
Гормонами, регулирующими уровень глюкозы в крови и тканях, являются глюкагон и инсулин.
Глюкагон вырабатывается альфа-клетками, способствует распаду сложного углевода гликогена и образованию из него глюкозы. Основное депо глюкозы в виде гликогена — печень. Из глюкозы, поступающей в состоянии покоя в организм здорового человека, около 60% преобразуется в гликоген. Он хранится на случай, когда концентрация глюкозы в крови резко падает. Резервами гликогена обладают также мышечные и жировые ткани.
Гормон инсулин
Инсулин — это гормон белковой природы немедленного действия. Он помогает клеткам тела получать глюкозу. В печени и жировых клетках инсулин стимулирует выработку жира. В то же время он препятствует расщеплению жиров в теле для получения энергии, заставляя усваивать недавно
потребленные углеводы. В бета-клетках всегда есть запас инсулина, который поступает в кровь за считанные минуты и тут же снижает сахар в крови. Аминокислоты в молекуле инсулина (молекулярная масса — 600 а.е.м., 51 аминокислотный остаток) образуют при соединении две цепочки: короткую цепь А, состоящую из 21 аминокислотного остатка, и длинную цепь В — из 30. Дисульфидные мостики соединяют цепи А и В. В цепи А есть еще один дисульфидный мостик. В бета-клетках всегда есть запас инсулина, который поступает в кровь очень быстро. В норме, в зависимости от уровня глюкозы в крови, эти клетки синтезируют инсулин в необходимом количестве (особенно после приема пищи). Низкий уровень глюкозы в крови вызывает ощущение голода, и человек принимает пищу. В результате концентрация глюкозы повышается. По этому сигналу поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин. Инсулин способствует проникновению глюкозы в клетки — уровень глюкозы в крови снижается.
Специальная единица для измерения количества инсулина называется инсулиновой единицей и обозначается ЕД. У взрослого человека общее количество инсулина, накопленного в островках поджелудочной железы, составляет около 200 ЕД. Скорость синтеза инсулина — примерно 40-50 ЕД в сутки. На килограмм веса тела в среднем должно приходиться по 0,5-0,6 ЕД синтезированного инсулина. Скорость выработки гормона в течение суток сильно колеблется (высшее после приема пищи). Эти колебания (от 0.25 до 2 ЕД в час) зависит от уровня глюкозы в крови. Избыток глюкозы влияет на работу бета-клеток — интенсифицирует ее.
Чувствительность к инсулину
Не все ткани организма одинаково чувствительны к инсулину. В зависимости от чувствительности их делят на три группы:
- абсолютно зависимые от инсулина. К ним относят печень, мышцы (скелетные, миокард), жировая ткань;
- абсолютно нечувствительные. К ним относят головной мозг, нервные клетки, нервные окончания, мозговое вещество надпочечников, эритроциты, внутренняя оболочка кровеносных сосудов, семенники;
- относительно чувствительные — все остальные органы и ткани.
При недостаточной выработке инсулина зависимые ткани начинают голодать, а уровень глюкозы в крови повышается. Голодание клеток приводит к потере веса, дистрофии и постепенному угасанию (голодной смерти). Это процесс затяжной, продолжительный.
Инсулинонезависимые ткани забирают глюкозу из крови без участия инсулина. Поскольку содержание глюкозы в крови повышено, она проникает в эти ткани в избыточном количестве.
Около 60 % глюкозы, которая поступает в организм здорового человека в состоянии покоя, преобразуется в гликоген. Печень — это депо гликогена. Когда концентрация сахара в крови резко падает, гликоген распадается. Глюкоза поступает в кровь. Кроме печени, мышечные и жировые ткани также обладают резервами гликогена, способными добавить глюкозу в кровь. В печени происходит нейтрализация многих вредных веществ. Она обладает способностью к восстановлению (если не поражена хронической болезнью). Поэтому после приема препаратов, влияющих на печень, по окончании курса лечения или профилактики ее функции быстро восстанавливаются.
Почки очищают кровь от вредных веществ. В них происходит фильтрация крови, всасывание и в конечном итоге — выделение мочи. В норме в моче нет глюкозы. Она всасывается обратно в кровь. У диабетика, когда уровень глюкозы в крови не превосходит определенной величины, она не выводится с мочой. Но если концентрация глюкозы в крови выше определенной величины — почечного порога, почки активно выделяют глюкозу с мочой. У разных людей величина почечного порога колеблется от 6 ммоль/л (низкий почечный порог) до 11 ммоль/л (высокий почечный порог). Средние характеристики: для детей и подростков почечный порог составляет обычно 9 ммоль/л, для взрослых — 10 ммоль/л. Следовательно, по наличию глюкозы в моче можно судить о содержании сахара в крови.
