Какую роль играет сахар в гормональной системе?

Уже абсолютно точно известно, что в организме человека все взаимосвязано, особенно если дело касается гормонов. Поэтому и наличие такого серьезного заболевания как сахарный диабет, особенно при невозможности установить контроль над уровнем сахара, может оказывать влияние на работу других органов эндокринной системы, а значит и гормонов. Как известно, причиной развития сахарного диабета является резкое снижение количества синтезируемого поджелудочной железой инсулина (сахарный диабет 1 типа) или уменьшение чувствительности клеток к нему (сахарный диабет 2 типа). В последнем случае в крови может присутствовать существенно повышенное количество инсулина. Таким образом, при диабете наблюдаются отклонения от нормы в объеме синтезируемого инсулина либо в сторону снижения, либо повышения.

Инсулин: что это и его эффекты

Поджелудочная железа является одним из эндокринных органов, а синтезируемый в ее островках Лангерганса специальными β-клетками инсулин – гормоном. Ему отводится важная роль в организме – поддержание нормального уровня глюкозы в крови. Поскольку глюкоза выступает в роли основного энергетического субстрата для клеток головного мозга, мышц и некоторых других тканей, от того, насколько правильно клетки снабжаются ею, зависит способность человека выполнять умственную и физическую работу, его трудоспособность в целом и самочувствие.

Гормоны – биологически активные вещества, которые синтезируются органами внутренней секреции (эндокринными) и поступают в кровь, с током которой разносятся по организму, связываются с рецепторами клеток-мишеней и регулируют течение метаболических (обменных) процессов в организме. Многие из них выполняют одновременно несколько функций и находятся в тесной зависимости от количества других гормонов.

Основной функцией инсулина является контроль над уровнем глюкозы в крови и ее транспортировка в клетки. Но при этом инсулин оказывает непосредственное влияние на множество ферментов и от него зависит не только качество протекания углеводного обмена, но и опосредовано также белкового и жирового. Ведь благодаря поступлению глюкозы в клетки, она может использоваться ими в нужном количестве, а остатки аккумулироваться в виде запаса гликогена и жировой ткани. Также он предотвращает образование кетоновых тел, расщепление жиров и способствует синтезу гормона роста.

Существует предположение, что инсулин является фактором роста и обладает многообразным влиянием на ткани.

Но инсулин не является единственным гормоном, который синтезирует поджелудочная железа. Если в β-клетках синтезируется инсулин, то в α-клетках – глюкагон. Они обладают противоположным действием. Поэтому если инсулин способствует усваиванию клетками глюкозы, то глюкагон необходим для ее высвобождения из естественных запасов организма, хранящихся в печени в виде гликогена. Глюкагон начинает вырабатываться в ответ на снижение уровня глюкозы в крови до низких значений, что наблюдается при голодании или активных физических нагрузках. В результате он помогает избежать так называемой гипогликемии, т. е. снижения уровня сахара до критических значений и сохранить работоспособность организма, а также защитить клетки от голодания. В ответ на поступление новых порций глюкозы в кровь начинает вырабатываться инсулин, который помогает доставить ее в клетки. Таким образом, оба этих гормона взаимосвязаны и дополняют действие друг друга.

Но если у здорового человека контроль уровня сахара в крови и другие, связанные с инсулином процессы, протекают автоматически, то при сахарном диабете этот баланс нарушается. Инсулина становится или слишком много, или слишком мало для выполнения его биологических функций. В результате происходит подавление или активизация синтеза других гормонов, что в итоге может вылиться в эндокринные заболевания. Но существует и обратная связь, когда первично возникают нарушения выработки других гормонов, на фоне чего страдает продукция инсулина поджелудочной железой.

Поэтому всем диабетикам, независимо от типа заболевания, важно постоянно держать уровень сахара под контролем и при необходимости принимать меры по его нормализации. Если ранее за них это выполняла эндокринная система, то теперь эта задача полностью ложится на плечи человека и требует от него полной осознанности.

Глюкоза в крови контролируется гормонами

Нервная регуляция концентрации глюкозы в крови выражается в положительном влиянии n.vagus на секрецию инсулина и тормозящем влиянии на этот процесс симпатической иннервации. Кроме этого, выделение адреналина в кровь подвержено симпатическим влияниям.

Основными факторами гормональной регуляции являются глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, соматотропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой. Все гормоны, кроме инсулина, влияя на печень, увеличивают гликемию.

Инсулин является единственным гормоном организма, действие которого нацелено на снижение уровня глюкозы крови. При его влиянии глюкозу усиленно поглощают
мышцы и жировая ткань.
Уменьшение концентрации глюкозы в крови инсулином достигается следующими путями:

• переход глюкозы в клетки – активация белков-транспортеров ГлюТ 4 на цитоплазматической мембране,
• вовлечение глюкозы в гликолиз – повышение синтеза глюкокиназы – фермента, получившего название «ловушка для глюкозы», стимуляция синтеза других ключевых ферментов гликолиза – фосфофруктокиназы, пируваткиназы,
• увеличение синтеза гликогена – активация гликогенсинтазы и стимуляция ее синтеза, что облегчает превращение излишков глюкозы в гликоген,
• активация пентозофосфатного пути – индукция синтеза глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы,
• усиление липогенеза – вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеролов или фосфолипидов.

Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.

Глюкагон повышает содержание глюкозы крови:

• увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы,
• стимулируя глюконеогенез – повышение работы ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы.

Адреналин вызывает гипергликемию:

• активируя мобилизацию гликогена – стимуляция гликогенфосфорилазы,

Глюкокортикоиды повышают глюкозу крови

• за счет подавления перехода глюкозы в клетку,
• стимулируя глюконеогенез – увеличивают синтез ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы.

В таблице кратко сформулированы основные аспекты гормональных влияний:

В качестве итога вышесказанному представлен рисунок:

Гомеостаз глюкозы в крови в абсорбтивный период и при голодании

0

Органы эндокринной системы и их гормоны

Эндокринная система человека представлена комплексом желез внутренней секреции, которые синтезируют и выделяют в кровь гормоны, нейромедиаторы и другие биологически активные вещества. Кроме поджелудочной железы, к их числу принадлежат:

• щитовидная и паращитовидные железы;
• корковое и мозговое вещество надпочечников;
• яички у мужчин и яичники у женщин;
• эпифиз, гипофиз головного мозга.

Также гормонпродуцирующим органом является жировая ткань.

Сахарный диабет и заболевания щитовидной железы

Щитовидная железа синтезирует 3 гормона: тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3) и кальцитонин. Они влияют на регуляцию углеводного обмена за счет изменения уровня инсулина и его антагонистов в крови, а также благодаря контролю над степенью всасывания глюкозы в кишечнике, ее продукцией в печени и использовании мышечной и жировой тканью. Они активизируют процессы глюконеогенеза в печени, т. е. расщепления глюкогона до глюкозы, а также ее транспортировку посредством инсулина в ткани. Все это становится возможным благодаря воздействию гормонов щитовидной железы на 5-аденозин-монофосфат-активируемой протеинкиназы.

При тиреотоксикозе или гипертиреозе, сопровождающихся повышением продукции щитовидной железой тироксина и трийодтиронина, наблюдается повышение риска развития инсулинорезистентности, т. е. сахарного диабета 2 типа. При этом в плазме крови может определяться как нормальный и сниженный уровень инсулина, так и повышенный. Но большие концентрации трийодтиронина оказывают разрушительное действие на инсулярный аппарат, т. е. приводят гибели β-клеток. При этом происходит усиление синтеза глюкагона.

При гипотиреозе наблюдается нарушения регуляции лептином работы гипоталамуса, а также снижение количества синтезируемой печенью глюкозы и использование ее периферическими тканями. Но при гипотиреозе количество синтезируемого инсулина находится в рамках нормальных показателей или лишь незначительно отклоняется от них в ту или иную сторону.

Таким образом, изменения в работе щитовидной железы могут становиться причиной развития сахарного диабета и наоборот. Исследованиями было доказано, что у больных сахарным диабетом 1 типа чаще обнаруживаются специфичные антитела к ферментам, принимающим участие в продукции гормонов щитовидной железы. Это является признаком повышения риска возникновения нарушений в функционировании щитовидной железы. Поэтому практические у 1/3 всех больных сахарным диабетом 1 типа со временем обнаруживаются заболевания щитовидной железы, а у четверти беременных женщин-диабетиков возникает послеродовый тиреоидит. Аналогичная ситуация наблюдается и у больных сахарным диабетом 2 типа, страдающих от ожирения.

В результате при инсулинозависимом диабете при возникновении тиреотоксикоза увеличивается потребность в инсулине. Ткани не способны полностью утилизировать всю производящуюся печенью глюкозу, что вызывает возникновение устойчивости к ней и даже может приводить к развитию кетоацидоза. Но гипотиреоз обычно не слишком выражено сказывается на контроле уровня сахара в крови.

Наличие сахарного диабета у детей представляет опасность для правильного формирования щитовидной и паращитовидной желез. В юном возрасте диагностируется диабет 1 типа, который при должном уровне контроля над уровнем глюкозы не вызывает серьезного дисбаланса в работе этих желез внутренней секреции, но все же заставляет их работать в изменившихся условиях. А поскольку полностью щитовидная и паращитовидная железы заканчивают формироваться во время полового созревания, при недостаточном уровне компенсации диабета существует высокий риск изменения их структуры.

Влияние изменений содержания инсулина в крови на половые гормоны

Принято считать, что тестостерон является мужским гормоном, а эстроген – женским. Но в действительности и у мужчин, и у женщин в норме они присутствуют в комплексе. Разница состоит лишь в том, количество какого из них превалирует над другим. Половые гормоны находятся в тесной взаимосвязи между собой и количеством синтезируемого инсулина, поэтому при нарушении этого баланса возможно развитие изменений и в деятельности половой системы.

Инсулин и андрогены (мужские половые гормоны) находятся в сложной взаимосвязи и регулируют количество продукции друг друга. Поэтому у мужчин вероятность развития сахарного диабета 2 типа и тяжесть его течения напрямую зависят от уровня тестостерона. При дефиците этого полового гормона, что часто наблюдается на фоне ожирения по абдоминальному типу, т. е. при преимущественном отложении жиров в области живота и верхней части тела, количество синтезируемого инсулина уменьшается. Также наблюдается фосфорилирование рецепторов клеток, которые должны реагировать на приближение инсулина и «открывать ворота клетки» для глюкозы.

Кроме того, наблюдается снижение активности ключевых ферментов, которые помогают использовать глюкозу путем трансформации ее в пентозо-фосфатном пути. Возникает устойчивость к лептину, т. е. веществу, дающему сигнал головному мозгу о наступлении насыщения и устранении необходимости в дальнейшем употреблении пищи. В результате мужчина продолжает есть, что приводит к возрастанию уровня глюкозы в крови и истощению возможностей поджелудочной железы.

Применение заместительной терапии тестостероном при гипогонадии пока еще не имеет клинических данных эффективности, но существует теория, согласно которой она повышает чувствительность рецепторов клеток к инсулину и снижает риск развития сахарного диабета 2 типа.

Аналогичным образом можно проследить и обратную взаимосвязь. Так, при возникновении инсулинорезистентности, т. е. сахарного диабета 2 типа, а иногда и метаболического синдрома, возникают предпосылки для снижения количества вырабатывающихся мужских половых гормонов.

В основе этого механизма лежит увеличение количества жировых клеток, называемых адипоцитами, что типично для сахарного диабета 2 типа. Это приводит к увеличению продукции особого фермента ароматазы, способствующей превращению мужских половых гормонов в эстрогены (женские половые гормоны). В результате наблюдается увеличение количества циркулирующих в крови эстрогенов, что приводит к снижению синтеза лютеинизирующего гормона. Он вырабатывается передней долей гипофиза и ответственен за продукцию тестостерона. Поэтому на фоне сахарного диабета и ожирения наблюдается резкое уменьшение количества синтезирующегося тестостерона у мужчин.

Таким образом, при абдоминальном ожирении наблюдается угнетение деятельности системы гипоталамус-гипофиз-яички, что в конечном итоге приводит к гипогонадии. Следствием этого может становиться:

• мужское бесплодие;
• эректильная дисфункция и снижение либидо;
• уменьшение мышечной массы и пр.

Связь между андрогенами и инсулином прослеживается и у женщин. Гиперандрогенные состояния у них в основном наблюдаются на фоне развития синдрома поликистозных яичников. Наличие этого заболевание повышает риск присоединения инсулинорезистентности и сахарного диабета 2 типа, а также метаболического синдрома, т. е. присутствия одновременно диабета, ожирения, гипертонии и ИБС. Существует и обратная связь, в результате чего невосприимчивость к инсулину и чрезмерные его концентрации в крови вызывают повышенный синтез стероидных гормонов в яичниках.

Одной из характерных черт, указывающих на наличие инсулинорезистентности при развитии гиперандрогении у женщин, является возникновение в местах трения кожи и складках повышенной пигментации и шероховатости (черного акантоза).

Кроме того, существует и прямая связь между чувствительностью рецепторов клеток к инсулину и эстрадиолом. Этот эстрогенный гормон женский половой гормон способствует торможению процессов образования жиров и усилению использования глюкозы мышцами. Таким образом, при низком уровне эстрогенов повышается риск возникновения инсулинорезистентности и сахарного диабета 2 типа. И, наоборот, при недостатке инсулина, что наиболее типично для сахарного диабета 1 типа, наблюдается гипофункция яичников, что провоцирует возникновение:

• первичной аменореи;
• позднего наступления менструации;
• отсутствия овуляции;
• снижение фертильности;
• ранний приход менопаузы.

Существует теория, согласно которой эстрогены защищают β-клетки поджелудочной железы, но подобный эффект в основном характерен для женщин. Но поскольку с возрастом количество эстрогенов у женщин прогрессивно уменьшается и во время менопаузы снижается до минимума, этим и объясняется высокая склонность дам старше 45—55 лет, т. е вступающих или уже находящихся в менопаузе, к развитию сахарного диабета 2 типа. Так как эстрогенов становится мало, они не могут защищать клетки поджелудочной железы, что создает предпосылки для развития не только диабета, но и атеросклероза, артериальной гипертензии и в целом обменных процессов.

Показатели содержания эстрадиола в крови мужчин меньше нижней границы нормы на фоне нормального количества андрогенов являются признаком высокого риска наличия инсулинорезистентности, которая в таких ситуациях часто сочетается с остеопорозом.

Инсулин, лептин и адипонектин

Медицинская статистика свидетельствует о том, что среди больных сахарным диабетом преобладают женщины. При этом у них заболевание протекает тяжелее и имеет более неблагоприятный прогноз, что во многом обусловлено большей склонностью женщин к ожирению и синтезом жировой тканью адипокинов, в частности лептина и адипонектина. Они попадают в кровоток и принимают участие в метаболических процессах. Именно лептину отводится ведущая роль среди всех адипоцитокинов, так как он ответственен за правильную регуляцию:

• аппетита;
• веса;
• нейроэндокринных функций;
• уровня гликемии.

Лептин способен усиливать действие инсулина, при этом он находится в непосредственной связи с половыми гормонами и в частности эстрадиолом. Они по принципу положительной обратной связи регулируют концентрацию друг друга. Поэтому при снижении количества эстрогенов и следующей за этим инсулинорезистентностью изменяется и содержание лептина. В женском организме этот синтезируемый жировыми клетками (адипоцитами) гормон необходим для наступления зачатия и правильного протекания беременности, а также включении гипоталамо-гипофизарно-яичниковой системы.

Поскольку он является и так называемым гормоном сытости, именно от него зависит своевременность поступления сигнала в головной мозг о том, что наступило насыщение и потребность в еде на данный момент исчерпана. Таким образом, от лептина во многом зависит, правильно ли нервная система будет оценивать имеющиеся запасы энергии.

Поэтому при сахарном диабете наблюдается снижение количества вырабатывающегося лептина или нарушение восприимчивости к нему, что особенно часто наблюдается при ожирении. Это приводит к тому, что организм находится в состоянии голода, что способствует снижению синтеза эстрогенов и как следствие возникновению:

• нарушений менструального цикла;
• проблем с зачатием;
• аменореи;
• патологий беременности и т. д.

Другим гомоном, вырабатывающихся в адипоцитах, является адипонектин. Он обладает противовоспалительными и антиатерогенными свойствами, а также принимает участие в регуляции синтеза лютеинизирующего гормона, тестостерона в яичниках, но не влияет на фолликулотропин. Таким образом, наблюдается снижение уровня тестостерона со всеми вытекающими из этого последствиями.

Связь инсулина и гормонов надпочечников

Надпочечники – парные органы, распложенные непосредственно над почками. Они образованы корковым и мозговым веществом. Мозговое вещество синтезирует такие важные для человека катехоламиновые гормоны, как адреналин и норадреналин, а корковое способно вырабатывать кортикостероиды и в частности кортизол.

Катехоламины – важные гормоны, отвечающие за реакцию организма на стрессовую или опасную ситуацию. Для адекватного ответа в таких случаях организму требуется много энергии, что заставляет его максимально использовать имеющуюся в крови глюкозу и остановить процесс ее запасания в виде гликогена. В то же время активизируется процесс высвобождения глюкозы печенью. При стрессе корковым веществом надпочечников начинает синтезироваться кортизол. Он подавляет чувствительность рецепторов клеток к инсулину.

В связи с этим стресс рассматривается не только в качестве одной из причин развития сахарного диабета, но и фактора, ухудшающего его течение. При диабете 1 типа для нормализации сахара в крови, резко поднятого посредством работы адреналина, могут потребоваться большие дозы инсулина, а при диабете 2 типа – коррекция диеты, дозировки сахароснижающих препаратов, а в тяжелых случаях и введение инсулина.

Но высокий уровень адреналина и норадреналина наблюдается не только в стрессовых ситуациях. Аналогичная картина типична для феохромоцитомы, т. е образования опухоли надпочечников. Поэтому ее наличие в разы повышает риск развития сахарного диабета.

Инсулин и гормоны гипофиза

Одним из важнейших гормонов гипофиза, особенно для детей, является соматотропный. От него зависит регуляция процессов роста и развития человека. Но соматотропный гормон препятствует деятельности инсулина, снижая чувствительность тканей к нему, т. е. вызывая инсулинорезистентность. Это может становиться причиной повышения уровня глюкозы в крови. Но в то же время соматотропин активизирует деятельность клеток поджелудочной железы, заставляя ее вырабатывать больше инсулина. Таким образом, одновременно наблюдается высокий уровень инсулина и гипергликемия, что необходимо для синтез новых молекул белка и роста тела.

Но если у ребенка развивается дефицит инсулина под действием аутоиммунных процессов, разрушающих клетки поджелудочной железы, это приводит к нарушению процессов деления клеток и замедляет рост мышц, костей и тела в целом. Поэтому нередко у детей с сахарным диабетом 1 типа наблюдается отставание в росте, но грамотно подобранная инсулинотерапия решает эту проблему. Тем не менее в таких ситуациях важно постоянно следить за уровнем сахара, так как соматотропин может в больших количествах высвобождаться по ночам и к утру давать резкий скачок уровня сахара, что и способно выступить причиной декомпенсации диабета.

Таким образом, количество вырабатывающегося инсулина зависит от работы других эндокринных органов точно так же, как продукция многих гормонов зависит от его количества, что еще раз подтверждает наличие тесной взаимосвязи между собой всех желез внутренней секреции и течения метаболических процессов. Следовательно, развитие сахарного диабета повышает риск присоединения патологий щитовидной железы, нарушений репродуктивной функции, возникновения гиперандрогении у женщин и проблем с ростом у детей. Поэтому если уже известно о наличии диабета, важно не пренебрегать регулярным биохимическим исследование крови и при обнаружении отклонений от нормы в количестве гормонов щитовидной железы, гипофиза, половых гормонов и т. д. сразу же принимать меры для профилактики развития соответствующих заболеваний.