Jeżeli chcesz otrzymywać informacje z naszego portalu podaj swój e-mail
ZGUBNA BIOCHEMIA CUKRU Wykład prof. dr hab. Waldemara Karnafla, kierownika Katedry i Kliniki Gastroenterologii i Chorób Przemiany Materii AM w Warszawie, zanotowała Ewa Biernacka.
Czy mogłabym prosić o przystępny dla „zwykłego” śmiertelnika wykład na temat biochemicznego podłoża patogenezy cukrzycy, w którym omówiłby Pan Profesor elementy składowe prawidłowego procesu działania insuliny oraz kolejne fazy zaburzeń prowadzące do stanów przedcukrzycowych i klinicznie jawnej cukrzycy? Gdybyśmy zaczęli od insuliny…
Insulina Insulina jest bardzo starym, w rozwoju gatunków, hormonem – budującym, anabolicznym, wpływającym na wszystkie funkcje organizmu. Bez insuliny nie ma istnienia, nie ma życia. Jest potrzebna do funkcjonowania mózgu, do rozwoju płodu. Bierze udział w gospodarce węglowodanowej, tłuszczowej i białkowej organizmu. Pod jej nadzorem są więc takie procesy, jak utylizowanie glukozy, synteza: glikogenu, DNA, białka i wolnych kwasów tłuszczowych, zużytkowywanie aminokwasów, transport jonów, hamowanie lipolizy (spalania tłuszczów) i glukoneogenezy (produkcji glukozy de novo) oraz apoptozy (zaprogramowanej śmierci komórki). Na temat niezwykle skomplikowanego działania receptora insulinowego na reakcje biochemiczne jest rocznie ok. 1500 doniesień naukowych. Insulina rządzi w czasie dnia, tańcząc wokół tego, żeby stężenia cukru były optymalne – tzn. nie za wysokie i nie za niskie. Organizm ma doskonały program genetyczny, wie, że dla niego niedobry jest zarówno za wysoki, jak i za niski cukier. Dlatego hormon ten pilnuje poziomu cukru jak źrenicy oka. W nocy stężenie glukozy jest stabilne, insulina śpi, jest tylko jej maleńkie cykliczne wydzielanie.
Jak działa insulina? W środku trzustki są zgrupowane komórki B, a na zewnątrz komórki A. Wydzielający się hormon insuliny działa na komórki A, które produkują glukagon, w ten sposób hamując jego wydzielanie. Gdy insulina dociera do wątroby, hamuje tam produkcję glukozy de novo. A jak wygląda wydzielanie insuliny w komórce B? Ta komórka to – w warunkach prawidłowych – najczulszy, najbardziej precyzyjny sensor świata. Glukoza dochodzi do komórki B, co powoduje, że zmienia się układ nukleotydów ADP do ATP, co z kolei powoduje zamknięcie kanału potasowego ATP-zależnego, a na skutek tego następuje zmiana stanu elektrycznego błony komórkowej. Wtedy otwiera się kanał wapniowy, wapń wchodzi do komórki, gdzie „czeka już” insulina w postaci ziarnistości, a następnie jest wydzielona drogą egzocytozy na zewnątrz. Wydzielanie insuliny jest dwufazowe. Faza pierwsza to natychmiastowa odpowiedź po dotarciu do trzustki pierwszej porcji glukozy czy aminokwasów. Faza druga jest odsunięta w czasie, trwa znacznie dłużej i zależy od wielkości posiłku oraz sprawności komórek B.
Na prawidłowe funkcjonowanie wysp trzustkowych składają się: wczesna faza wydzielania insuliny, czyli szybki nagły jej wzrost, początek 1-3 min. po wzroście glikemii, powrót do wartości podstawowych po ok. 10 min. Druga fizjologiczna faza to insulina wydzielana wolno na stałym poziomie, co powoduje hamowanie wątrobowej produkcji glukozy, ograniczenie poposiłkowej glikemii, ograniczenie późnej hiperinsulinemii. Ta druga faza trwa od kilku minut do godziny, pochodzi z insuliny wytwarzanej de novo, a utrzymuje się tak długo, jak długo podwyższona jest glikemia. Ziarnistości pracują stale, jeśli spożywamy kilka – co najmniej trzy, a dla chorego na cukrzycę najlepiej pięć – niewielkich posiłków. Organizm wtedy optymalnie korzysta z pierwszej fazy wydzielania insuliny, a wyspy trzustkowe nie muszą nadmiernie pracować. W cukrzycy typu 2. następuje zanik pierwszej fazy i opóźnienie drugiej fazy, spłaszczenie lub zanik oscylacyjnego wydzielania insuliny, ilościowe zaburzenie jej wydzielania, nadmiar prekursorów insuliny. Insulina powstaje z proinsuliny, a ta działa aterogennie (miażdżycorodnie) i kilkakrotnie słabiej, mniej efektywnie niż insulina i u chorych na cukrzycę jest jej zbyt dużo. U zdrowego człowieka jest jej tylko kilka procent, u chorego na cukrzycę typu 2. może jej być aż 30%. Gdy w organizmie jest spadek insuliny, albo na skutek insulinooporności występuje niemożność jej działania a glukagonu jest dużo, to stymuluje on wątrobową produkcję glukozy i np. w kwasicy ketonowej wątroba produkuje jej w nadmiarze, nawet 700 g w ciągu kilku godzin.
Glukagon Nocą „króluje” glukagon wydzielany przez komórki A wysp trzustkowych. Jest hormonem antagonistycznie działającym wobec insuliny, czyli podwyższa poziom cukru we krwi. Powoduje zmianę energii pochodzącej z trzech magazynów organizmu w glukozę, uruchamiając proces przemiany zmagazynowanych węglowodanów. Glukagon jakby uzupełnia insulinę. Jej wyrzut hamuje jego wydzielanie. W nocy insuliny jest bardzo mało, glukagonu dużo. Co robi glukagon? Przede wszystkim rozpuszcza tłuszcze, powodując, że triglicerydy wypływają z komórek tłuszczowych i powstają z nich wolne kwasy tłuszczowe oraz glicerol – jeden z produktów potrzebnych do tworzenia glukozy de novo. Drugim takim produktem jest kwas mlekowy, powstający z krwinek czerwonych. Kolejnym jest alanina, powstająca z mięśni. Z tych trzech substratów „uruchomionych” przez glukagon powstaje glukoza de novo - drogą glukoneogenezy.
Magazynowanie energii Przemiana węglowodanów z pożywienia umożliwia magazynowanie w postaci glikogenu i jego użytkowanie w celu utrzymania prawidłowego stężenia glukozy we krwi i jako źródło energii. Magazyny energii w organizmie to wątroba (75 g glikogenu), mięśnie szkieletowe (400 g, czyli pięć razy więcej) i tkanka tłuszczowa - w tym tkanka tłuszczowa trzewna, dzięki której przetrwaliśmy jako gatunek; pozwalała przetrwać okresy głodu, ale teraz, przy obfitości jedzenia jest zbędna; jest nie tylko magazynem, wydziela też 40 różnych substancji – obecnie nauka bardzo stara się poznać jej endokrynną funkcję. Na przykład 70-kilogramowy mężczyzna musi w ciągu godziny wyprodukować 10 g glukozy. Taka jej ilość jest potrzebna do podtrzymania funkcji życiowych podczas snu, kiedy organizm nie pełni żadnych funkcji. Z tej puli 6 g idzie do mózgu, a 4 g do wszystkich innych narządów ciała. Nasze magazyny energii pozwalają na funkcjonowanie organizmu w dzień i nocą. Tkanka tłuszczowa to spiżarnia 12 tys. kalorii, glikogen wątrobowy to zapas 75 g, a mięśnie gromadzą go 400 g. Jedna trzecia glukozy de novo powstaje też w nerkach. Glikogen w wątrobie jest różny od tego w mięśniach. Ten pierwszy organizm może zmienić w glukozę w razie potrzeby w każdej chwili, do przetworzenia tego w mięśniach może wyzwolić jedynie, spalając go. Dlatego tak ważny jest wysiłek fizyczny. Glukoza krążąca po posiłku w organizmie jest – po uwolnieniu na skutek działania insuliny odpowiednich enzymów – w odpowiednim czasie wchodzi do magazynów - w wątrobie, mięśniach i tkance tłuszczowej. Każdy nadmiar pożywienia, który nie ulega spaleniu, jest tam magazynowany.
