Патобиохимия сахарного диабета. Исследование влияния различных факторов на пул глюкозы крови

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный педагогический университет»

Институт естествознания и экономики

Кафедра химии и методики преподавания химии

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ

(ДИПЛОМНАЯ) РАБОТА

Патобиохимия сахарного диабета. Исследование влияния различных факторов на пул глюкозы крови

Cтудентки V курса

Мирхайдаровой Светланы Раисовны

Научный руководитель кандидат биологических наук,

Доцент Карнаухова И.В.

Оренбург 2013



Содержание

Введение

1. Сахарный диабет: этиология и клиника

1.1 История изучения сахарного диабета

1.2 Типы сахарного диабета

1.3 Подходы к диагностике и лечению

2. Патобиохимия сахарного диабета

2.1 Инсулин как регулятор обмена веществ

2.1.1 Общая характеристика инсулина

2.1.2 Роль инсулина в обмене углеводов, белков и липидов

2.2 Нарушение обмена веществ при инсулиновой недостаточности

3. Влияние различных факторов на пул глюкозы крови

3.1 Пул глюкозы крови и его значение

3.2 Гликемический индекс углеводов и физиологическая роль фруктозы8

3.3 Исследование содержания фруктозы в некоторых фруктах

3.3.1 Характеристика метода исследования

3.3.2 Результаты исследования и их обсуждение

3.4 Исследование динамики пула глюкозы в зависимости от возраста и физической активности

Заключение

Список использованной литературы

Список сокращений

Приложение

Таблица гликемических индексов некоторых продуктов



Введение

инсулин сахарный диабет глюкоза

Сахарный диабет (СД) - эндокринное заболевание, характеризующееся синдромом хронической гипергликемии, являющейся следствием недостаточной продукции или действия инсулина, что приводит к нарушению всех видов обмена веществ, прежде всего углеводного, поражению сосудов (ангиопатии), нервной системы (нейропатии), а также других органов и систем [10].

Во второй половине XX века прогресс медицины позволил выяснить причины развития сахарного диабета и его осложнений. Хотя до этого времени невозможно было даже вообразить, как, можно было бы уменьшить страдания больных сахарным диабетом. Тем не менее, в исследовательских центрах Великобритании появились первые нововведения [12].

В настоящее время эффективность лечения сахарного диабета стала высокой. В повседневную практику внедрили неинвазивный метод амбулаторного определения уровня гликемии, а так же удалось достичь ее тщательного контроля. В то же время прогресс в изучении гипергликемии и обучение больных позволили снизить риск ее развития. Были разработаны шприц-ручеки, а позднее и «инсулиновые насосы» (устройств для непрерывного подкожного введения инсулина), все это способствовало значительному улучшению качества жизни больных сахарным диабетом, вынужденных всю жизнь нести тяжкое бремя сахарного диабета. После открытия химической формулы и пространственной структуры инсулина были разработаны генно-инженерные аналоги инсулина, позволяющие лучше контролировать уровень гликемии и уменьшить риск развития гипогликемии [16].

Однако, несмотря на достигнутые успехи, сахарный диабет остается актуальной медико-социальной проблемой современности, охватывающей большинство экономически развитых стран мира. В настоящее время, по данным ВОЗ, в мире насчитывается более 175 миллионов больных, их количество неуклонно растет. В тоже время смертность от осложнения сахарного диабета занимает третье место после сердечнососудистых и онкологических заболеваний [34].

Проблеме борьбы с сахарным диабетом должное внимание уделяется Министерствами здравоохранения всех стран. Так в России в 1995 году Правительством РФ была утверждена Федеральная целевая программа «Сахарный диабет», один из разделов который был посвящен развитию и обеспечению функционирования Государственного регистра сахарного диабета (ГРСД). В настоящее время в ГРСД зарегистрировано 3163,3 тыс. больных СД. Учитывая темпы роста распространенности СД, снижение смертности и рост средней продолжительности жизни больных, в ближайшие два десятилетия число зарегистрированных больных в России достигает 5,81 млн человек [34].

Таким образом, проблема СД актуальна для каждого из нас.

В связи с этим цель данной дипломной работы: раскрыть биохимические механизмы патологических изменений при сахарном диабете и выявить пути их коррекции.

Для этого были поставлены следующие задачи:

1) Провести анализ литературы по проблеме исследования.

2) Провести исследование содержания фруктозы в некоторых фруктах, и на этом основании составить рекомендации для больных сахарным диабетом.

3) Исследовать влияние различных факторов на регуляцию физиологической концентрации глюкозы крови как диагностического показателя сахарного диабета.

Предмет исследования - сахарный диабет.

Объект исследования - пул глюкозы крови и его изменение под влиянием различных факторов.

Апробация и внедрение результатов исследования. Теоретические положения, материалы и результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-практической конференции ОГПУ «Молодежь. Наука. Будущее», Оренбург 4 апреля 2013 года.



1. Сахарный диабет: этиология и клиника

1.1 История изучения сахарного диабета

Сахарный диабет является одним из самых распространенных заболеваний эндокринной системы. Он известен более 4,5 тысяч лет.

Первые описания этого патологического состояния выделяли, прежде всего, наиболее яркие его симптомы -- потеря жидкости (полиурия) и неутолимая жажда (полидипсия). Термин «диабет» (лат. diabetes mellitus) впервые был использован греческим врачом Деметриосом, что означает «перехожу, пересекаю» [15].

Хронология исследования СД отражена в таблице 1.1.

В 1675 году Томас Уиллис показал, что при полиурии (повышенном выделении мочи) моча может быть «сладкой», а может быть и «безвкусной», после этого врачи стали использовать этот факт при диагностике болезни.

Таблица 1.1

Хронология исследования этиологии СД и его коррекции

Год	Открытие
1	2
1675 г	Томас Уиллис первым определил, что моча диабетика имеет сладкий привкус, после этого врачи стали использовать этот факт при диагностике болезни
1869 г	Пауль Лангерганс обнаружил в поджелудочной железе островковую (инсулярную) ткань, которую назвали «островки Лангерганса»
1889 г	Джозеф Меринг и Оскар Минковский, в ходе опытов на собаках, с целью изучения в механизме пищеварения роли поджелудочной железы, удаляли её. Вследствие чего обнаружили, что у животных проявлялись аналогичные симптомы, как у людей болеющих СД
1900 г	Л.В. Соболев, русский учёный показал, что при перевязке протока поджелудочной железы, по которому в кишечник попадают пищеварительные соки, предотвращает развитие сахарного диабета
1921 г	Фредерик Бантинг и Чарльз Бест из поджелудочной железы собаки выделили инсулин
1972 г	Был синтезирован человеческий инсулин в Институте экспериментальной эндокринологии и химии гормонов АМН СССР под руководством академика Н.А.Юдаева
1978 г	Компания «Bayer» выпустила первый генно-инженерный инсулин
1980 г	Расширилось применение рекомбинантной ДНК-технологии для производства человеческого инсулина в промышленных масштабах
2000 г	Разработаны аналоги инсулина сверхдлительного беспикового действия (гларгин, детемир) и ультракороткого действия (аспарт, глулизин)

Мэтью Добсон доказал, что сладкий вкус мочи и крови больных диабетом обусловлен большим содержанием сахара.

Позже к объяснению симптомов заболевания было добавлено объяснение его причин. Пауль Лангерганс обнаружил в поджелудочной железе островковую (инсулярную) ткань, которую назвали «островки Лангерганса» В 1889 году Джозеф фон Меринг и Оскар Минковский показали, что после удаления поджелудочной железы у собаки развиваются симптомы сахарного диабета [24].

Русский ученый Соболев в 1900 году показал, что при перевязке поджелудочной железы, по которому в кишечник попадают пищеварительные соки, предотвращающие развитие сахарного диабета. А в 1910 году Эдвард Альберт Шарпей-Шефер предположил, что диабет вызван недостаточностью химического вещества, выделяемого островками Лангерганса в поджелудочной железе. Он назвал это вещество инсулином, от латинского insula, что означает остров. Эндокринная функция поджелудочной железы и роль инсулина в развитии диабета были подтверждены в 1921 году Фредериком Бантингом и Чарльзом Гербертом Бестом. Они повторили эксперименты Меринга и Минковского, показав, что симптомы диабета у собак с удалённой поджелудочной железой можно устранить путём введения им экстракта островков Лангерганса здоровых собак. Бантинг, Бест и их сотрудники очистили инсулин, выделенный из поджелудочной железы крупного рогатого скота, и применили его для лечения первых больных в 1922 году. В 1926 году Абель получил кристаллическую форму инсулина [25].

Однако, как только был разработан метод исследования инсулина в крови, выяснилось, что у ряда больных диабетом концентрация инсулина в крови не только не снижена, но и значительно повышена. В 1936 году сэр Гарольд Персиваль Химсворт опубликовал работу, в которой диабет 1-го и 2-го типа впервые отмечались как отдельные заболевания. В 1972 был синтезирован человеческий инсулин в Институте экспериментальной эндокринологии и химии гормонов АМН СССР под руководством академика Н.А. Юдаева. В 1977-78 году расшифрована структура гена инсулина. Выполнена трансдукция гена инсулина человека в бактерии с целью получения препаратов инсулина человека. В 1980-е годы многократно расширилось применение рекомбинантной ДНК-технологии для производства человеческого инсулина в промышленных масштабах. Так первый генно-инженерный инсулин был получен компанией «Bayer».

Разработан метод подсадки островков поджелудочной железы больным сахарным диабетом.

В 1990-е годы большое количество исследований продемонстрировало эффективность предотвращения микро- и макрососудистых осложнений сахарного диабета путём поддержания концентрации глюкозы в крови, близкой к норме. Разработаны первые аналоги инсулина ультракороткого действия (лизпро). Всё шире стали использовать таблетированные сахароснижающие препараты, уменьшающие инсулинорезистентность (метоформин, пиоглитазоны). Разработан метод непрерывного мониторирования концентрации глюкозы в «слепом» режиме (CGMS) [15].

В 2000-е годы разработаны аналоги инсулина сверхдлительного беспикового действия (гларгин, детемир) и ультракороткого действия (аспарт, глулизин). Всё шире внедряется метод инсулинотерапии путём непрерывного подкожного введения инсулина. Создана концепция «замкнутого контура» -- искусственной поджелудочной железы. Проводятся исследования «вакцин от сахарного диабета», широко распространены исследования по иммунотерапии сахарного диабета 1 типа. Разработаны и всё шире применяются устройства для непрерывного мониторирования концентрации глюкозы в режиме реального времени. Разработаны и внедрены в клиническую практику новые классы сахароснижающих препаратов [15].

Несмотря на значительные достижения диабетологии последних десятилетий, диагностика заболевания до сих пор основывается на исследовании параметров углеводного обмена. Сегодня сахарный диабет признан «неинфекционной эпидемией».

С 14 ноября 2006 года под эгидой ООН отмечается Всемирный день борьбы с диабетом, 14 ноября выбрано для этого события из-за признания заслуг Фредерика Гранта Бантинга в деле изучения сахарного диабета.

1.2 Типы сахарного диабета

В последние десятилетия распространенность СД приобрела характер пандемии, которая охватила все государства. Распространенность СД с учетом его типов довольно широко варьирует и в значительной степени определяется принадлежностью к определенным этническим и возрастным группам [34].

По классификации Всемирной организации здравоохранения с учетом причин возникновения, диабет делят на два типа.

Первый тип (СД1) называют инсулинзависимый. В этом случае заболевание развивается в результате возникающего абсолютного инсулинодефицита, когда в поджелудочной железе остаются функционирующими менее 10% в-клеток которые продуцируют инсулин. Этот тип диабета возникает в основном у детей, подростков и лиц моложе 40 лет.

Основополагающие причины сахарного диабета первого типа у детей заключаются в поражении островков Лангерганса в хвосте поджелудочной железы. Повреждение поджелудочной железы может происходить вследствие многих причин, например, действия вирусной инфекции. Но чаще всего заболевание развивается на фоне агрессии собственной иммунной системы. В этом случае инсулинпродуцирующие клетки поджелудочной железы разрушаются клетками лимфоидной ткани, которые в нормальном состоянии атакуют только чужеродные агенты. Такой процесс называется «аутоиммунным», и обозначает механизм выработки антител против клеток своего организм [38].

Часто СД1 возникает после тяжелых психо-эмоцианальных стрессов, травм брюшной полости с повреждением поджелудочной железы. СД1 развивается у генетически предрасположенных лиц под воздействием диабетогенных факторов окружающей среды.

В результате абсолютного инсулинодефицита в организме возникают большие биохимические сдвиги, затрагивающие не только углеводный, но и белковый и жировой обмены. Поэтому клинические проявления диабета первого типа выражены ярко. В связи с высоким сахаром крови у больных возвикает сухость во рту, жажда и связанное с этим учащенное мочеиспускание. Энергетический голод, который испытывают ткани, клинически выражаются слабостью, вялостью, повышенной утомляемостью. В результате усиленного распада собственных жиров и белков происходит резкое похудание больных и отягощение мышечной слабости. Больные теряют трудоспособность, и вся эта симптоматика заставляет их обратиться к врачу [3].

Совершенно противоположно диабету первого типа развивается диабет второго типа (СД2) - инсулиннезависимый. При этом типе диабета нет абсолютного инсулинодефицита, а в большинстве случаев даже имеет место избыточная его продукция, часто возникающая в ответ на ожирение или в результате генетической нечувствительности тканей к нему - инсулинорезистентность (ИР). Этим объясняются особенности клинического течения и поздних осложнений этого типа диабета. В широком смысле слова под ИР понимают снижение биологического ответа к одному или нескольким эффектам действия инсулина. Однако более часто ИР определяют как состояние, которое сопровождается снижением утилизации глюкозы тканям (УТГ) организма под влиянием инсулина, т.е. резистентностью клеток различных органов и тканей к сахароснижающему действию инсулина. Современное понятие ИР не сводится к параметрам, характеризующим только метаболизм углеводов, а включает также изменения метаболизма жиров, белков, функции некоторых клеток [2].

Развитие гипергликемии при СД2 связывают как с уменьшением утилизации глюкозы периферическими тканями, так и с повышением продукции глюкозы печенью, т.е. резистентностью печени к действию инсулина, подавляющему образование в ней глюкозы. Несмотря на большое количество исследований, свидетельствующих о наличии генетической предрасположенности к ИР и СД2, природа этих генетических факторов во многом остается невыясненной [26].

Инсулиннезависимый диабет начинается постепенно, протекает исподволь, длительное время незаметно для больного. Выявляется он в основном при диспансеризации, при обследовании по поводу каких-то других заболеваний. Нередко больные попадают к эндокринологу с выраженными сосудистыми осложнениями диабета, приостановить которые уже невозможно. Это может быть и диабетическая ретинопатия с разным падением остроты зрения; диабетическая полинейропатия нижних конечностей с выраженным болевым синдромом в ногах, вплоть до развития гангрены, и поражение почек с развитием необратимых изменений и почечной недостаточности [37].

В структуре заболеваемости диабетом на инсулиннезависимый приходится 90% всех случаев и выявляется этот тип заболевания среди лиц старше 45 лет склонных к полноте. Поэтому переедание, особенно злоупотребление рафинированной (без достаточного количества клетчатки) пищей и связанное с этими факторами ожирение, малоподвижный образ жизни являются опасными в отношении развития моментами, которые могут проявиться при определенной генетической предрасположенности к нему [34].

Распространенность СД1 за 10 лет у детей выросла на 35,7% (с 59,4 до 80,6 на 100 тыс. детского населения), у подростков на 68,9% (с 108,5 до 183,5 на 100 тыс. подросткового населения), у взрослых на 2,36% (с 224,5 до 229,8 на 100 тыс. взрослого населения) (рис. 1.1) [34].

Рис. 1.1 Динамика распространенности СД1 в РФ за 2000 - 2009 гг.

Динамика распространенности СД2 за последние 10 лет среди детей и подростков заметно снизилась: у детей на 64,7% (с 1,7 до 1,1 на 100 тыс. детского населения), у подростков - на 59,2% (с 8,1 до 4,8 на 100 тыс. подросткового населения), у взрослых значительно выросла - на 45,53% (с 1595,4 до 2321,9 на 100 тыс. взрослого населения) (рис. 1.2) [34].

Кроме явного диабета, когда определяется повышенный сахар крови натощак, выделяют группы риска для развития этого заболевания. К группе больных с нарушенной чувствительностью тканей к глюкозе относят те, у которых после приема пищи сахар крови остается высоким длительное время. Таким пациентам обычно рекомендуется диета с сокращением углеводистой и жирной пищи с постоянным контролем за уровнем сахара в крови [43].

Рис. 1.2 Динамика распространенности СД2 в РФ за 2000 - 2009 гг.

К группе риска по диабету относят также женщин, рожавших крупных детей (выше 4,5 кг) или детей маленького веса (менее 2,5 кг). Таким женщинам следует чаще проверять сахар крови и один раз в год проводить пробу на чувствительность к углеводам.

Следует чаще контролировать состояние углеводного обмена больным, страдающим артериальной гипертонией и длительно принимающим такие препараты, как клофелин, адельфан, кристепин, которые как уже давно доказано обладают диабетогенным эффектом. Больные хроническим гепатитом, циррозом печени также должны помнить о высоком риске развития у них сахарного диабета [17]. Деление диабета на два различных по происхождению заболевания преследует не только научные цели, но имеет в первую очередь практическое значение, т.к. подходы к лечению диабета первого и второго типов совершенно различны [5, 26].



1.3 Подходы к диагностике и лечению

Диагностика. Существует комплекс симптомов, характерных для сахарного диабета обоих типов. Выраженность признаков зависит от степени снижения секреции инсулина, длительности заболевания и индивидуальных особенностей больного [15].

В клинической картине диабета принято различать две группы симптомов основные и второстепенные [27]. К основным симптомам относятся:

1. Полиурия -- усиленное выделение мочи вызванное повышением осмотического давления мочи за счёт растворенной в ней глюкозы (в норме глюкоза в моче отсутствует).

2. Полидипсия -- постоянная неутолимая жажда -- обусловлена значительными потерями воды с мочой и повышением осмотического давления крови.

3. Полифагия -- постоянный неутолимый голод. Этот симптом вызван нарушением обмена веществ при диабете, а именно неспособностью клеток захватывать и перерабатывать глюкозу в отсутствии инсулина.

4. Похудание (особенно характерно для диабета первого типа) -- частый симптом диабета, который развивается несмотря на повышенный аппетит больных. Похудание обусловлено повышенным катаболизмом белков и жиров из-за выключения глюкозы из энергетического обмена клеток.

Основные симптомы наиболее характерны для СД1 типа. Пациенты, как правило, могут точно назвать дату или период их появления.

К вторичным симптомам относятся малоспецифичные клинические знаки, развивающиеся медленно на протяжении долгого времени. Эти симптомы характерны как для СД1 так и СД2 типа:

- зуд кожи и слизистых оболочек (вагинальный зуд);

- сухость во рту;

- общая мышечная слабость;

- головная боль;

- онемение и покалывание в онемевших конечностях;

- судороги икроножных мышц;

- воспалительные поражения кожи трудно поддающиеся лечению;

- нарушение зрения («белая пелена» перед глазами);

- ацетон в моче при диабете 1-го типа. Ацетон является результатом сжигания жировых запасов.

СД1 у детей раннего возраста может не иметь классической клинической картины. Дети грудного возраста жадно сосут грудь и пьют воду, плохо прибавляют или вовсе не прибавляют в весе, хотя частое мочеиспускание может рассматриваться как физиологическое явление, однако мать обращает внимание на жесткий характер пеленки после мочеиспускания ребенка -- «крахмальное» белье [12]. При исследовании крови в ней отмечается повышение содержания глюкозы, в моче - глюкозурия и ацетоурия (табл. 1.2).

Если симптомы хронической гипергликемии отсутствуют, но при исследовании сахара крови случайно обнаруживается повышение содержания глюкозы, в этом случае для подтверждения диагноза или исключения сахарного диабета проводят тест на толерантность к глюкозе [27].

Таблица 1.2

Клинические показатели крови и мочи при СД и в норме

Показатель	Сахарный диабет	Норма
Глюкоземия	6,1-11 ммоль/л	4,0-6,0ммоль/л
Азотемия (мочевина)	2,5-8,3 ммоль/л	2,0-6,4 ммоль/л
Кетонемия	60-90мг %	0,7-2,8 мг %
Липидемия	5,2-6,1 ммоль/л	4,0-5,2 ммоль/л
Глюкозурия	8,9-10,0 ммоль/л	-
Азотурия	Более 7,3 ммоль/л	3,8-7,3 ммоль/л

Необходимо обращать внимание на высокую относительную плотность (удельный вес) мочи, выявленную при анализах, проведенных по различным поводам (при подозрении на СД1 или при лечении каких-либо других заболеваний, а также во время диспансеризации). Высокий удельный вес мочи, особенно в утренней порции, может быть связан с наличием сахара, исследование которого срочно должно быть проведено. Таким детям также необходимо исследовать уровень гликемии (с учетом срока приема пищи до исследования) и гликированного гемоглобина, после чего направить к эндокринологу [13].

При наличии классической симптоматики следующие уровни глюкозы в цельной капиллярной крови (ГК) должны расцениваться как диабет и проведение глюкозотолерантного теста нецелесообразно [29]:

ГК натощак ? 6,7 ммоль/л

ГК выборочно ?11,1 ммоль/л

Первое обследование детей из группы риска по СД1 должно включать исследование гликокированного гемоглобина (HbA_1с), который свидетельствует о повышении уровня сахара крови в течение минимум трех месяцев до проведения анализа. Нормальные показатели HbA_1с составляют 4,8 -- 7,8%. Последующие исследования гликозилированного гемоглобина рекомендуется проводить у детей из группы высокого риска каждые три месяца. Уровень HbA_1с выше нормальных значений указывает на необходимость постоянного клинического и лабораторного наблюдения эндокринолога за ребенком и выбора дифференциальной тактики превентивного лечения.

При невозможности исследования HbA_1с следует использовать упрощенный глюкозотолерантный тест. Пероральный глюкозотолерантный тест (ГТТ) проводится только в случаях, когда интерпретация вышеназванных данных неоднозначна. Тест проводится утром после, по меньшей мере, 3-х дневного питания без ограничений и ночного (10-16 часов) голодания. Нагрузка глюкозой составляет 75 г у взрослых или 1,75 г/кг массы тела у детей [29].

Значения ГК в норме, при сахарном диабете и нарушенной толерантности к глюкозе в ходе проведения ГТТ представлены в таблице 1.3.

При отсутствии симптомов для постановки диагноза необходимо наличие двух ненормальных значений либо в течение одного ГТТ, либо двух разных исследований [29].

Таблица 1.3

Значения глюкозотолерантного теста

Состояние	Сахарный диабет	В норме
ГК натощак	> 6,7 ммоль/л	< 6,0 ммоль/л
ГК через 2 часа после нагрузки	> 11,1 ммоль/л	< 7,80 ммоль/л

Лечение. Общепризнанной стратегией лечения больных СД1 типа является интенсифицированная инсулинотерапия. Под интенсифицированной инсулинотерапией подразумевается режим многократных инъекций инсулина, имитирующий физиологическую секрецию инсулина в - клетками [42].

Как известно, в физиологических условиях базальная (фоновая) секреция инсулина происходит непрерывно (в том числе и в отсутствие приема пищи, и ночью) и составляет около 1 ЕД. инсулина в час.

При физической нагрузке инсулиновая секреция в норме заметно уменьшается. Чтобы поддержать гликемию в пределах нормы во время еды, требуется значительная добавочная (стимулированная) секреция инсулина (около 12 ЕД. на каждые 10 г углеводов).

Эту сложную кинетику секреции инсулина с относительно постоянным базальным и варьирующим алиментарным уровнем можно имитировать следующим образом: перед приемами пищи больной вводит различные дозы инсулина короткого действия, а фоновая инсулинемия поддерживается инъекциями инсулина пролонгированного действия.

В настоящее время используются только генно-инженерные инсулины, которые бывают ультракороткого (2 часа), короткого (6-8 часов) и промежуточного действия (16 часов) [14].

Схема назначений инсулина выбирается врачом-эндокринологом с учетом особенностей, используется режим базисно-болюсный, т.е. на протяжении дня одновременно с введением базального инсулина (промежуточного действия), перед основными приемами пищи вводится инсулин короткого действия.

Инсулин промежуточного действия может вводиться от 1 до 4 раз в сутки, инсулин короткого действия - от 4 до 6 раз в сутки, все определяет специалист. Через 2-4 недели от момента постановки заболевания и правильной терапии начинается регресс заболевания и даже возможна ремиссия, когда резко снижается потребность в инсулине. В последующем могут развиться аутоиммунные заболевания других эндокринных желез, в первую очередь - щитовидной железы.

Плохая компенсация диабета приводит к нарушению всех видов обмена веществ и особенно белкового, что в свою очередь сопровождается снижением неспецифической защиты и иммунитета. В итоге часто развиваются инфекционные поражения кожи и слизистых в виде пиодермий и грибковых инфекций, затрудняется процесс заживления ран [14].

Наиболее широко используемые в настоящее время инсулины - это человеческие рекомбинантные инсулины. Эти инсулины обладают самой низкой иммуногенностью и поэтому должны быть рекомендованы для педиатрической практики. До разработки технологии рекомбинантной ДНК в лечении сахарного диабета использовались свиной и бычий инсулины. Бычий инсулин все еще используется в некоторых странах, в том числе и в лечении детей.

В Дании используется единая концентрация инсулина 100 Ед/мл, однако в других странах концентрации инсулинов могут быть различными. У очень маленьких детей используются дозы в 0,1 Ед., и поэтому может потребоваться разведение препаратов инсулина [42].

В современной практике используют препараты и аналоги инсулина с разной продолжительностью действия. Наиболее известные из них:

а) ультракороткого действия (новорапид, хумалог);

б) короткого действия (актрапид, хумулин Р.);

в) промежуточного действия (протафан, хумулин Н.);

В таблице 1.4 приведены характеристики современных препаратов инсулина, в зависимости от срока их действия.

Таблица 1.4

Типы инсулинов и продолжительность их действия

Препарат инсулина	Начало действия	Пик действия	Максимальная длительность действия
Короткого действия	0,5-1 ч	1-3ч	6-8 ч
Средней продолжительности действия	1,5-2 ч	4-12 ч	18-24 ч
Готовая смесь 10/90	0,5-1 ч	5-10 ч	18-24 ч
Готовая смесь 20/80	0,5-1 ч	5-10 ч	18-24 ч
Готовая смесь 30/70	0,5-1 ч	5-9 ч	18-24 ч
Готовая смесь 40/60	0,5-1 ч	1-3 ч	18-24 ч
Готовая смесь 50/50	0,5-1 час	1-3 ч	18-24 ч
Быстродействующий аналог инсулина	10-20 минут	1-3 ч	3-5 ч

Режим инсулинотерапии должен подбираться индивидуально. Предпочтение отдается наиболее простому режиму, обеспечивающему приемлемый метаболический контроль. Появление более свободного режима дня с течением времени влечет за собой необходимость соответствующих изменений в режиме инсулинотерапии [14, 42].

Наиболее широко используются следующие режимы инсулинотерапии:

1. Две инъекции инсулина в день: перед завтраком и перед ужином - сочетание инсулина короткого действия и инсулина средней продолжительности действия.

2. Три инъекции инсулина в течение дня - комбинация инсулина короткого действия и средней продолжительности действия перед завтраком, инъекция инсулина короткого действия перед ужином и инъекция инсулина средней продолжительности действия перед сном.

3. Базис-болюсная инсулинотерапия (называемая также терапия многократными инъекциями) - инъекции инсулина короткого действия перед основными приемами пищи и инъекция инсулина средней продолжительности действия перед сном [23].

Во время фазы частичной ремиссии для управления сахарным диабетом достаточно одной инъекции инсулина средней продолжительности действия или готовой инсулиновой смеси. Однако после окончания этого периода отсутствие симптомов гипергликемии и хорошее самочувствие в целом не могут быть достигнуты на фоне одной инъекции инсулина в день. В последующем необходимо переходить на режим инсулинотерапии, состоящий из двух или трех инъекций инсулина в день [42].

Исследование по контролю сахарного диабета и его осложнений показало, что интенсивное управление сахарным диабетом улучшает метаболический контроль и предотвращает развитие микрососудистых осложнений заболевания. Однако интенсивное управление заболеванием подразумевает не только большее количество инъекций в день. При использовании суточной дозы рекомендуется придерживаться следующих основных правил:

Пациенты на 2-х инъекциях инсулина. Должны делать 2/3 суточной дозы инсулина перед завтраком и 1/3 - перед вечерней едой. Кроме этого, 1/3 дозы каждой инъекции должен составлять инсулин короткого действия, а 2/3 - инсулин средней продолжительности действия.

Пациенты на 3-х инъекциях инсулина. 40-50% суточной дозы инсулина вводится перед завтраком: 2/3 составляет инсулин средней продолжительности действия, а 1/3 - инсулин короткого действия. 10-15% суточной дозы приходится на инъекцию инсулина короткого действия перед ужином, и 40% суточной дозы приходится на инъекцию инсулина средней продолжительности действия перед сном.

Пациенты на базис-болюсной терапии. 30-40% суточной дозы приходится на инсулин средней продолжительности действия, который вводится перед сном. Остальная суточная доза инсулина распределяется в виде инъекций инсулина короткого действия перед основными приемами пищи в соответствии с показателями сахара крови и планируемой едой [14].



2. Патобиохимия сахарного диабета

2.1 Инсулин как регулятор обмена веществ

2.1.1 Общая характеристика инсулина

Основное действие инсулина заключается в понижении уровня глюкозы в крови, осуществляемое главным образом тремя способами: 1) торможением образования глюкозы в печени; 2) торможением в печени и мышцах распада гликогена; 3) стимуляцией использования глюкозы тканями. Недостаточная секреция инсулина или повышенная его нейтрализация аутоантителами приводят к высокому уровню глюкозы в крови и развитию сахарного диабета, так как поддержание физиологического уровня глюкозы в крови обеспечивают в первую очередь инсулин и глюкагон [22, 24, 32].

Инсулин - пептидный гормон, состоящий из двух полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками.

Может существовать в виде олигомера. Биологической активностью могут обладать как олигомеры так и отдельные мономеры. Это единственный гормон снижающий уровень глюкозы крови [24].

Поджелудочная железа осуществляет как внутреннюю, так и внешнюю секрецию. Основными гормонами поджелудочной железы являются следующие соединения: инсулин, глюкагон, с-пептид.

Экзокринный (относящийся к внешней секреции) компонент - это пищеварительные ферменты, которые в форме неактивных предшественников поступают в двенадцатиперстную кишку через проток поджелудочной железы. Внутреннюю секрецию обеспечивают островки Лангерганса, представленные клетками нескольких типов: б-клетки секретируют гормон глюкагон, в-клетки - инсулин [5].

Молекула инсулина образована двумя полипептидными цепями, содержащими 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь расположена в A-цепи.

Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому инсулину является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками. Инсулин синтезируется в - клетками поджелудочной железы [20, 22, 32].

Синтез препроинсулина происходит на полирибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума (ШЭР) (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Строение препроинсулина

В процессе транскрипции кДНК, содержащая ген препроинсулина, активируется РНК полимеразой-1 с образованием мРНК и последующим ее выходом из ядра клетки. Трансляция препроинсулиновой РНК начинается в цитоплазме в - клетки. Последующее удлиннение полипептидной цепи происходит с участием "сигнальных распознающих единиц", после чего препроинсулиновый мРНК-трансляционный комплекс комплексируется с мембранами ШЭР, где продолжается процесс трансляции, включающий удлинение полипептидной цепи путем транслокации ее через мембрану в просвет ШЭР. Как только транслокация достигает сигнальной пептидазы, которая локализуется на мембране, обращенной в просвет ШЭР, происходят отщепление сигнального пептида и образование проинсулина в просвете ШЭР (рис. 2.2) [24].

Рис. 2.2 Биосинтез инсулина и секреторного механизма в - клеток

Помимо глюкозы, в регуляции скорости трансляции проинсулина принимают участие неэстерифицированные жирные кислоты (НЭЖК), которые угнетают глюкозостимулированную трансляцию препроинсулиновой мРНК. Ухудшение глюкозостимулированной секреции инсулина, что постоянно наблюдается у больных сахарным диабетом типа 2, вероятно, связано с отрицательным влиянием повышенной концентрации НЭЖК на биосинтез инсулина. Действительно, длительная экспозиция изолированных островков поджелудочной железы с СЖК влияет на функцию в - клеток, приводя к повышению секреции и снижая в них содержание инсулина. Исследования S. Jacquement показали, что пальмитат при длительном воздействии на изолированные островки поджелудочной железы крыс снижает экспрессию гена инсулина, стимулированного глюкозой, посредством прямого угнетения активности промотора гена инсулина. Указанное позволяет считать, что длительное повышение уровня жирных кислот в сочетании с гипергликемией может вести к снижению функции в-клеток [8].

Механизм действия инсулина

Рецептор инсулина - тирозиновая протеинкиназа, фосфорилирующая белки по ОН-группам тирозина. Эта рецепторная тирозиновая протеинкиназа учувствует в трансмембранной передаче сигналов (рис. 2.3) [20, 22, 24].

Рецептор состоит из двух б- и двух в - субъединиц, связанных дисульфидными связями и нековалентными взаимодействиями; б- и в - субъединицы - гликопротеины с углеводной частью на наружной стороне мембраны. Вне мембраны на её поверхности находятся б - субъединицы. Центр связывания инсулина образован N-концевыми доменами б - субъединиц, в - субъединицы пронизывают мембранный бислой и не участвуют в связывании инсулина [30].

Каталитический центр тирозиновой протеинкиназы находятся на внутриклеточных доменах в - субъединиц. В отсутствие гормона инсулиновые рецепторы не проявляют тирозинкиназной активности. Присоединение инсулина к центру связывания на б - субъединицах активирует фермент, причём субстратом служит сама протеинкиназа (в - субъединицы), т.е. происходит по механизму межмолекулятного трансфосфорилирования, т.е. одна в - цепь фосфорилирует другую в - цепь той же молекулы рецептора. Это приводит к изменению субстратной специфичности тирозиновой протеинкиназы. Она способна теперь фосфорилировать другие внутриклеточные белки. Активация и изменение специфичности обусловлена конформационными изменениями рецептора инсулина после связывания гормона и аутофосфорилирования [21].

Дефосфорилирование рецептора под действием тирозиновой фосфопротеинфосфатазы возвращает его в неактивное состояние. Сродство рецептора к инсулину снижается при его фосфорилировании протеинкиназой по аминокислотным остаткам серина и треонина [20, 32].

Рис. 2.3 Активация рецептора инсулина - тирозиновой протеинкиназы

Таким образом, чувствительность периферических тканей к инсулину определяется наличием специфических рецепторов, функция которых опосредует стимулирующее влияние инсулина на утилизации глюкозы тканями (УГТ). Связывание инсулина с рецептором приводит к широкому спектру клеточных реакций. Рецептор выполняет три основные функции: 1) с высокой специфичностью распознает в молекуле места связывания инсулина и осуществляет комплексирование с последним с помощью б - субъединицы; 2) опосредует передачу соответствующего сигнала, направленного на активацию внутриклеточных процессов, путем конформационных изменений и активации тирозинкиназы в-субъединицы; 3) осуществляет эндоцитоз (погружение внутрь клетки) гормонорецепторного комплекса, что приводит к лизосомальному протеолизу инсулина с одновременным возвращением субъединицы к мембране клетки [27].

Метаболические и физиологические эффекты

Инсулин оказывает влияние почти на все органы и ткани организма. Но его главными мишенями являются печень, мышечная и жировая ткань. У человека к инсулину нечувствительны только нервная ткань и эритроциты, в которых утилизация глюкозы происходит в отсутствие инсулина [9].

В органах мишенях он усиливает следующие процессы: синтез гликогена, синтез жиров, синтез белков и тормозит распад этих веществ (фосфоролиз, липолиз), а также тормозит глюконеогенез.

Таким образом, он оказывает гипогликемический эффект и выраженное анаболическое действие.

Различают базальную (выделяется постоянно) и стимулированную (выделяется после приёма пищи) секрецию инсулина. Базальный уровень инсулина у здорового человека составляет 5-15 ммоль/л (или 1 ЕД. инсулина в час, или 24 ЕД/сут) [5].

Секреция инсулина в ответ на стимуляцию глюкозой представляет собой двухфазную реакцию, состоящую из стадии быстрого высвобождения инсулина, называемой ранним пиком секреции (продолжительность 1-3 мин. и, как правило, отсутствует у больных сахарным диабетом 2 типа), и второй фазы -- позднего пика (продолжается 20-30 мин.) [41].

Инсулин преимущественно метаболизируется в печени и почках. За один пассаж в печени задерживается до 40-60% гормона, который инактивируется ферментом инсулиназой. Часть не разрушенного в печени инсулина поступает в кровь и циркулирует в ней в свободном и связанном с белками состоянии. Ещё около 40% инсулина метаболизируется в почках, менее 1,5% выводится с мочой в неизменённом виде. Следует знать, что при почечной недостаточности инактивация инсулина почками уменьшается до 9-10%, поэтому у больных сахарным диабетом при почечной недостаточности потребность в инъекциях инсулина снижается [5].

2.1.2 Роль инсулина в обмене углеводов, белков и липидов

Инсулин затрагивает все виды обмена веществ во всём организме. Однако в первую очередь действие инсулина касается именно обмена углеводов. Основное влияние инсулина на углеводный обмен связано с усилением транспорта глюкозы через клеточные мембраны.

Влияние инсулина на обмен углеводов.

Действие инсулина на обмен глюкозы в мышечных клетках. При низком содержании инсулина в крови мышечные клетки в норме не проницаемы для глюкозы и всю необходимую энергию получают за счёт окисления жирных кислот. Увеличение концентрации инсулина, вызванное повышением уровня глюкозы в крови после приема пищи, делает мышечные клетки проницаемыми для глюкозы, которая используется затем в качестве источника энергии. Однако при очень высокой нагрузки на мышцы, например тренировка, мембраны клеток становятся проницаемыми для глюкозы и в отсутствии инсулина. В этом случае потребность работающей мышцы в глюкозе как энергетическом субстрате удовлетворяется даже при базальном уровне инсулина. Детально этот механизм ещё не изучен. Когда мышца находится в неактивном состоянии, в ней сразу после приёма пищи, т. е. при высоких концентрациях инсулина и глюкозы, тоже образуется и сохраняется небольшое количество гликогена. При острой необходимости этот гликоген опять превращается в глюкозу, которая используется мышечными клетками. Как правило, глюкоза не выделяется обратно в кровь и не играет никакой роли в регуляции уровня сахара в крови после приёма пищи [9].

Действие инсулина на обмен глюкозы в печени. Печень - это один из наиболее важных органов тела, запасающих глюкозу. Глюкоза может свободно диффундировать в клетки печени и выходить из них, когда её содержание в крови снижается.

В клетках печени глюкоза под влиянием инсулина превращается в гликоген (рис. 2.4), и её содержание в крови снижается. Этот процесс запускается вскоре после активации фермента глюкокиназы, катализирующей фосфорилирование глюкозы (2.1), которая поступает в клетки печени [9, 26].

(2.1)

Наконец инсулин ингибирует ферменты, расщепляющие гликоген (фосфорилазы), благодаря чему высокий уровень инсулина способствует консервации гликогена.

Следует также отметить и тот факт, что инсулин ингибирует глюконеогенез (синтез глюкозы из преимущественно аминокислот) в печени. За счёт быстрого синтеза гликогена и подавления гликогена концентрация глюкозы в крови, повышающаяся после приёма пищи, быстро возвращается к нормальному уровню. В результате устраняется основной стимул секреции инсулина, и содержание последнего в крови также нормализуется [9]. Когда организму требуется энергия в промежутках между приёмами пищи, из гликогена в кровь мобилизуется глюкоза за счет фосфорилирования. Концентрация инсулина в крови в этот период очень мала, поэтому фосфорилаза находится в активном состоянии и превращает гликоген в глюкозофосфат, который дефосфорилируется глюкозфосфатазой. Образующаяся при этом глюкоза может свободно выходить из клетки путём диффузии [31]. Данный процесс отражен на рисунке 2.5.

Рис. 2.4 Схема биосинтеза гликогена: 1 - АТФ, глюкокиназа; 2 - фосфоглюкомутаза; 3 - УТФ, трансфераза; 4 - гликогенсинтаза



Рис. 2.5 Схема образования глюкозы из гликогена

Влияние инсулина на белковый обмен.

Получаемые с пищей белки расщепляются до аминокислот, которые служат затем субстратом для синтеза собственных белков тела. Этот процесс протекает оптимально только при условии действия инсулина. Инсулин обеспечивает активный транспорт в клетки многих, хотя и не всех, аминокислот. Сходным действием обладает гормон роста, но он активирует поглощение других групп аминокислот. Повышение концентрации аминокислот в клетках после приёма пищи приводит к стимуляции синтеза белка на рибосомах.

Инсулин стимулирует синтез белка и косвенным путём, повышает скорость транскрипции ДНК в ядре и тем самым образование РНК. Соответственно отсутствие инсулина даёт противоположный эффект и приводит к истощению белковых ресурсов организма. В этом случае аминокислоты используются либо непосредственно в качестве энергетического субстрата, либо в процессе глюконеогенеза [24].

Поскольку для синтеза белка инсулин имеет почти такое же важное значение, как гормон роста, человек может нормально расти только при оптимальном соотношении обоих гормонов [26].

Влияние инсулина на липидный обмен.

Печень может запасать под действием инсулина лишь ограниченное количество гликогена. Излишки поступившей в печень глюкозы подвергаются фосфорилированию и таким путём удерживаются в клетке, но затем превращаются не в гликоген, а в жир (рис. 2.6) [22].

Это превращение в жир также является результатом прямого действия инсулина, а образующиеся при этом жирные кислоты транспортируются кровью в жировую ткань, где они поглащаются клетками, в которых и хранятся.

В крови жиры находятся в составе липопротеинов, играющих важную роль в развитии атеросклероза и связанного с ним риска эмболии и инфаркта [18]. Действие инсулина на клетки жировой ткани в принципе сходно с его действием на клетки печени, однако в печени образование жирных кислот идёт более интенсивно, поэтому они переносятся из неё в жировую ткань описанным выше путём.

Рис. 2.6 Схема биосинтеза жиров: 1 - гликолиз; 2 - глицерол-3-фосфатдегидрогеназа; 3 - глицерол-3-фосфати-ТФ; 4 - фосфатаза; 5 - ДАГ-ацил-ТФ

В клетках жирные кислоты хранятся в форме триглицеридов. Под действием инсулина распад триглицеридов в жировой ткани снижается, за счёт ингибирования гормон-чувствительной липазы. Также инсулин активирует синтез жирных кислот жировыми клетками и участвует в обеспечении их глицеролом, необходимым для синтеза триглицеридов. Всё это в конечном итоге способствует накоплению жира [30].

Описанное выше действие инсулина на жировой обмен обратимо, и при низкой его концентрации триглицериды опять расщепляются на глицерол и жирные кислоты. Связано это с тем, что инсулин ингибирует чувствительную к гормонам липазу и при снижении его концентрации липолиз активируется. Свободные жирные кислоты, образующиеся при гидролизе триглицеридов, поступают одновременно в кровь и используются в качестве источника энергии в других тканях.

Окисление свободных жирных кислот возможно во всех клетках тела, кроме нервных клеток. Большая часть жирных кислот, освобождающихся при недостатке инсулина из жировых депо, опять поглощается печенью. Клетки печени способны синтезировать триглицериды даже в отсутствии инсулина, поэтому при его недостатке освобождающиеся из депо жирные кислоты накапливаются в печени в виде триглицеридов. Именно по этой причине у больных с дефицитом инсулина, т. е. при сахарном диабете, несмотря на общее похудание, развивается ожирение печени [4].

2.2 Нарушение обмена веществ при инсулиновой недостаточности

Механизмы патобиохимических изменений при недостатке инсулина будут одназначно приводить к гипергликимии и комплексному нарушению обмена веществ [6]. Поскольку главный энергоресурс - глюкоза попасть в клетку не может, то клетка начинает использовать белки и липиды. К тому же отсутствие инсулина усиливает протеолиз и липолиз.

Нарушения углеводного обмена.

При сахарном диабете нарушается поступление глюкозы в клетку инсулинзависимых тканей; снижается активность ключевых ферментов аэробного гликолиза и цикла Кребса, нарушается образование энергии, развивается энергетический дефицит, гипоксия клеток; усиливается гликогенолиз и глюконеогенез, а также превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу. Все это приводит к увеличению содержания в крови глюкозы, которая не усваивается клетками в связи с дефицитом инсулина [32].

Нарушения белкового обмена.

При сахарном диабете снижается активность пентозного цикла метаболизма глюкозы, что способствует нарушению синтеза белка, усиливает глюконеогенез (рис. 2.7) [19].

Увеличение скорости глюконеогенеза сопровождается усилением катаболизма белка, истощение его запасов, так как глюконеогенез начинается с аминокислот. Снижение синтеза и увеличение катаболизма белка способствует похудению и гипотрофии мыщц. Большое значение имеет также гликозилирование белков, в первую очередь гемоглобина.



Рис. 2.7 Схема глюконеогенеза

Нарушения жирового обмена.

Дефицит инсулина и угнетение пентозного цикла метаболизма глюкозы нарушают синтез жира и способствуют липолизу, в результате увеличивается количество жирных кислот и глицерина. Большое количество жирных кислот поступает в печень, где они превращаются в нейтральные жиры и вызывают жировую инфильтрацию печени.

Избыток жирных кислот приводит также к образованию большого количества кетоновых тел, которые не успевают сгорать в цикле Кребса, развиваются кетонемия, кетонурия. В процессе удаления из организма кетоновых тел участвуют легкие, появляется запах ацетона изо рта (рис. 2.8) [32].

Кетонурия (выделение с мочой кетоновых тел: -оксимасляной и ацетоуксусной кислот) усугубляет гипонатриемию и гипокалиемию, так как -оксимасляная и ацетоуксусная кислоты связываются с ионами натрия и калия.



Рис 2.8 Схема кетогенеза

Таким образом, при дефиците инсулина развиваются многочисленные метаболические сдвиги, приводящие к патобиохимическим изменениям (рис. 2.9), и последующим осложнениям.

Острые осложнения сахарного диабета -- осложнения, возникающие в течение короткого промежутка времени (в течение минут или часов), когда уровень глюкозы в сыворотке крови или очень низкий, или очень высокий. К острым осложнениям относят диабетический кетоацидоз и гипогликемическая кома.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.9 Патобиохимические изменения при недостатке инсулина

При диабетическом кетоацидозе отмечается нарушение ЦНС, появляются слабость, головная боль, вначале возбуждение, затем сонливость.

Пациент теряет сознание. Кожа розовая, сухая, артериальное давление понижено. Пульс частый, слабого наполнения. Тонус мышц понижен, глазные яблоки мягкие. В выдыхаемом воздухе появляется запах ацетона. При исследовании мочи, кроме большого содержания сахара, обнаруживают ацетон [19].

...