Подробное описание исследования
Инсулин — гормон, вырабатываемый В-клетками поджелудочной железы, снижающий концентрацию глюкозы в клетке, стимулирующий синтез белков и жиров. Определение концентрации инсулина используется для установления типа сахарного диабета, подбора лечебного препарата, установления степени недостаточности В-клеток поджелудочной железы.
Увеличение содержания инсулина отмечается при следующих заболеваниях: ожирение, сахарный диабет 2 типа, нормальная беременность, акромегалия, синдром Иценко-Кушинга, инсулинома. При снижении концентрации инсулина развивается сахарный диабет 1 типа, а так же – сахарный диабет 2 типа с инсулинопотребностью.
Инсулин регулирует обмен углеводов, поддерживая глюкозу в крови на необходимом уровне, а также участвует в обмене жиров (липидов).
Концентрация инсулина в крови напрямую зависит от концентрации глюкозы: после приема пищи в кровь попадает большое количество глюкозы, в ответ на это поджелудочная железа секретирует инсулин, который запускает механизмы перемещения глюкозы из крови в клетки тканей и органов. Также инсулин регулирует биохимические процессы в печени: если глюкозы становится много, то печень запасает ее в виде гликогена (полимера глюкозы) или использует для синтеза жирных кислот. Когда синтез инсулина нарушен и его концнтрация снижена, глюкоза не может попасть в клетки организма и развивается гипогликемия. Клетки испытывают недостаток в глюкозе — основном субстрате для образования энергии. Если такое состояние является хроническим, то нарушается обмен веществ и начинают развиваться патологии почек, сердечно-сосудистой, нервной систем, страдает зрение.
Сахарный диабет — заболевание, при котором наблюдается недостаток выработки инсулина. Диабет бывает первого и второго типов. Первый тип развивается при недостаточной выработке инсулина поджелудочной железой, второй тип (наиболее распространенный) — при потере чувствительности клеток к воздействию на них инсулина.
На начальных этапах сахарный диабет лечат специальной диетой и препаратами, усиливающими выработку инсулина поджелудочной железой или стимулирующими клетки организма к потреблению глюкозы за счет увеличения их чувствительности к данному гормону. При прекращении выработке инсулина поджелудочной железой требуется его введение в виде инъекций.
Повышенная концентрация инсулина в крови называется гиперинсулинемией. При этом содержание глюкозы в крови резко снижается, что может привести к гипогликемической коме и даже к смерти, так как от концентрации глюкозы зависит работа головного мозга. Повышенный уровень инсулина в крови также может быть обусловлен наличием опухоли, секретирующей его в больших количествах, – инсулиномой. При этом концентрация инсулина в крови может повышаться в десятки раз в течение короткого времени. Заболевания, связанные с развитием сахарного диабета: метаболический синдром, патология надпочечников и гипофиза, синдром поликистозных яичников.
Влияние инсулина на обмен веществ.
61
.
Гормоны мозгового вещества надпочечников
.Секреция адреналина усиливается при стрессе, физических нагрузках. Мишени для катехоламинов – клетки печени, мышечной и жировой ткани, сердечно-сосудистая система. Механизм действия – дистантный. . Эффекты реализуются через аденилатциклазную систему и проявляются изменениями углеводного обмена. Подобно глюкагону, адреналин вызывает активацию мобилизации гликогена (см. рисунок 6) в мышцах и печени, липолиз в жировой ткани. Это приводит к увеличению содержания глюкозы, лактата и жирных кислот в крови. Адреналин усиливает также сердечную деятельность, вызывает сужение сосудов.
Обезвреживание адреналина происходит в печени. Основными путями обезвреживания являются: метилирование (фермент – катехол-орто-метилтрансфераза, КОМТ), окислительное дезаминирование (фермент – моноаминооксидаза, МАО) и конъюгация с глюкуроновой кислотой. Продукты обезвреживания выводятся с мочой.
62.
Глюкагон.
Глюкагон – полипептид, содержащий 29 аминокислотных остатков. Он продуцируется α-клетками островков Лангерганса в виде белка-предшественнника (проглюкагона). Частичный протеолиз прогормона и секреция глюкагона в кровь происходит при гипогликемии, вызванной голоданием.
Клетки-мишени для глюкагона – печень, жировая ткань, миокард. Механизм действия – дистантный (посредником является цАМФ).
Под действием глюкагона в клетках-мишенях:
а) ускоряется мобилизация гликогена в печени (см. рисунок 6) и тормозится его синтез;
б) ускоряется мобилизация жиров (липолиз) в жировой ткани и тормозится их синтез;
в) угнетается синтез белка и усиливается его катаболизм;
г) ускоряется глюконеогенез и кетогенез в печени.
Конечный эффект глюкагона – поддержание высокого уровня глюкозы в крови.
63.
Инсулин.
Инсулин – белково-пептидный гормон, вырабатываемый β-клетками островков Лангерганса. Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей (А и В), содержащих 21 и 30 аминокислотных остатков соответственно; цепи инсулина связаны между собой двумя дисульфидными мостиками. Образуется инсулин из белка-предшественника (препроинсулина) путём частичного протеолиза (см. рисунок 4). После отщепления сигнальной последовательности образуется проинсулин. В результате ферментативного превращения удаляется фрагмент полипептидной цепи, содержащий около 30 аминокислотных остатков (С-пептид), и образуется инсулин.
Стимулом для секреции инсулина является гипергликемия – повышение содержания глюкозы в крови (например, после приёма пищи). Главные мишени для инсулина – клетки печени, мышц и жировой ткани. Механизм действия – дистантный.
Рецептор инсулина
представляет собой сложный белок – гликопротеин, расположенный на поверхности клетки-мишени. Этот белок состоит их двух α-субъединиц и двух β-субъединиц, связанных между собой дисульфидными мостиками. β-Субъединицы содержат несколько аминокислотных остатков тирозина. Рецептор инсулина обладает тирозинкиназной активностью, т.е. способен катализировать перенос остатков фосфорной кислоты от АТФ на ОН-группу тирозина (рисунок 5).
В отсутствие инсулина рецептор не проявляет ферментативной активности. При связывании с инсулином рецептор подвергается аутофосфорилированию, т.е. β-субъединицы фосфорилируют друг друга. В результате изменяется конформация рецептора и он приобретает способность фосфорилировать другие внутриклеточные белки. В дальнейшем комплекс инсулина с рецептором погружается в цитоплазму и его компоненты расщепляются в лизосомах.
64
Образование гормон-рецепторного комплекса повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы и аминокислот. Под действием инсулина в клетках-мишенях:
а) снижается активность аденилатциклазы и увеличивается активность фосфодиэстеразы, что приводит к понижению концентрации цАМФ;
б) повышается скорость окисления глюкозы и снижается скорость глюконеогенеза;
в) увеличивается синтез гликогена и жиров и подавляется их мобилизация;
г) ускоряется синтез белка и тормозится его распад.
Все эти изменения направлены на ускоренное использование глюкозы, что приводит к снижению содержания глюкозы в крови. Инактивация инсулина происходит главным образом в печени и заключается в разрыве дисульфидных связей между цепями А и В.
Под действием инсулина увеличивается активность фосфодиэстеразы, гликогенсинтетазы, ферментов пируватдегидрогеназного комплекса ( пируваткарбоксилаза, трансаминаза, дигидролипоилдегидрогеназа), аминотрансферазы, пептидилтрансферазы, глюкозо-6-фосфатазы, гексокиназы, глюкокиназы; уменьшается активность аденилатциклазы. Фосфорилазы гликогена, липазы печени и жировой ткани, пептидазы. Пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируваткиназы, фруктодифосфотазы, фосфоглюкоизомеразы.
Тканями мишенями для инсулина служат печень, жировая ткань, мышцы. Плазматические мембраны клеток этих тканей содержат наибольшее число рецепторов инсулина.
Рецептор инсулина представляет собой тетрамер, состоящий из 2-х - и 2-х -субъединиц , связанных между собой дисульфидными мостиками. -субъединицы целиком расположена вне клеток и ответственны за связывание инсулина. -субъединицы– трансмембранные белки, обладающие ферментативной активностью, и отвечают за передачу внутрь клетки гормонального сигнала. Цитоплазматическая часть -субъединицы обладает киназной активностью, т.е. способна фосфорилировать белки за счет АТФ. Фосфорилирование внутриклеточных белков запускает каскад реакций, приводящих к изменению активности большого числа ферментов, через которые реализуется регуляторный эффект инсулина на обмен белков, углеводов, липидов. Одновременно инсулин снижает уровень ц-АМФ в клетках.
65
Сахарный диабет
1)Снижение использования глюкозы клетками, усиление мобилизации гликогена и активация глюконеогенеза приводит к увеличению содержания глюкозы в крови(гипергликемия) и преодолении его почечного порога(глюкозурия)
2) усиление липолиза, избыточное образование ацетил-КоА с последующим поступлением в кровь холестерола(гиперкетонемия) и кетоновых тел(гиперкетонемия); кетоновые тела легко проникают в мочу(кетонурия)
3) снижение скорости синтеза белка и усиление катаболизма АК в тканях приводит к повышению концентрации мочевины и других азотистых веществ в крови(азотемия) и увеличению их выделения с мочой(азотурия)
4) Выделение почками больших количеств глюкозы, кетоновых тел и мочевины сопровождается увеличением диуреза(полиурия)
Величина почечного порога 160мг%
Длительная гипергликемия способствует неферментативное гликозилирование белков, накоплению холестерола в стенке сосудов(атеросклероз) , кетоацидоз, потери натрия и калия.
Диабет 1типа- инсулинзависимый, нарушение синтеза инсулина.
Диабет 2типа-инсулиннезависимый, дефицит инсулинзависимых рецепторов у клеток- мишеней.
66
Кальцитонин
— гормон пептидной природы, синтезируется в парафолликулярных клетках щитовидной железы в виде препрогормона. Активация происходит путём частичного протеолиза. Секреция кальцитонина стимулируется при гиперкальциемии и понижается при гипокальциемии. Мишенью гормона является костная ткань. Механизм действия — дистантный, опосредованный цАМФ. Под влиянием кальцитонина ослабляется деятельность остеокластов (клеток, разрушающих кость) и активируется деятельность остеобластов (клеток, участвующих в формировании костной ткани). В результате этого тормозится резорбция костного материала — гидроксиапатита — и усиливается его отложение в органическом матриксе кости. Наряду с этим кальцитонин предохраняет от распада и органическую основу кости — коллаген — и стимулирует его синтез. Это приводит к снижению уровня Са2+ и фосфатов в крови и уменьшению выведения Са2+ с мочой (рисунок 10).
Паратгормон
— гормон пептидной природы, синтезируемый клетками паращитовидных желёз в виде белка-предшественника. Частичный протеолиз прогормона и секреция гормона в кровь происходит при снижении концентрации Са2+ в крови; наоборот, гиперкальциемия снижает секрецию паратгормона. Органы-мишени паратгормона — почки, кости и желудочно-кишечный тракт. Механизм действия — дистантный, цАМФ-зависимый. Паратгормон оказывает активирующее действие на остеокласты костной ткани и угнетает деятельность остеобластов. В почках паратгормон повышает способность образовывать активный метаболит витамина D3 — 1,25-дигидроксихолекальциферол (кальцитриол). Это вещество повышает всасывание в кишечнике ионов Са2+ и Н2РО4- , мобилизует Са2+ и неорганический фосфат из костной ткани и увеличивает реабсорбцию Са2+ в почках. Все эти процессы приводят к повышению уровня Са2+ в крови (рисунок 10). Уровень неорганического фосфата в крови не повышается, так как паратгормон тормозит реабсорбцию фосфатов в канальцах почек и приводит к потере фосфатов с мочой (фосфатурия).
Гиперпаратиреоз
— повышенная продукция паратгормона паращитовидными железами. Сопровождается массивной мобилизацией Са2+ из костной ткани, что приводит к переломам костей, кальцификации сосудов, почек и других внутренних органов.
Гипопаратиреоз
— пониженная продукция паратгормона паращитовидными железами. Сопровождается резким снижением содержания Са2+ в крови, что приводит к повышению возбудимости мышц, судорожным сокращениям.
