Регуляція рівня глюкози в крові

У нормі через декілька годин після їди концентрація глюкози в крові людини складає 3, 33-5, 55 ммоль/л. При споживанні вуглеводної їжі вона зростає до 8-9 ммоль/л, а через 2 год повертається до норми. Голодування протягом декількох діб майже не відбивається на рівні глюкози в крові.

Постійність концентрації глюкози дуже важлива з огляду на високу вірогідність порушення функцій головного мозку при гіпоглікемії. Це зумовлюється рядом обставин:

1) енергетичні потреби головного мозку забезпечуються тільки глюкозою (лише на пізній стадії голодування – кетоновими тілами);

2) запаси глікогену в головному мозку дуже незначні;

3) шляхом глюконеогенезу глюкоза в клітинах мозку не ­син­тезується;

4) глюкоза надходить із крові в клітини головного мозку шляхом незалежної від інсуліну дифузії за градієнтом концентрації, при гіпоглікемії надходження стає недостатнім для нормального функціонування мозку. Швидкий розвиток гіперглікемї також може зумовити порушення функцій мозку.

Концентрація глюкози в крові залежить від рівноваги між надхо­дженням її в кров і споживанням тканинами. Оскільки виведення ­глюкози з організму з сечею в нормі дуже незначне, то підтримка сталості концентрації у відносно вузьких межах за значних коливань надходження з їжею забезпечується процесами обміну в тканинах. ­Система регуляторних механізмів включає гормони інсулін, глюкагон, адреналін, глюкокортикоїди, а також взаємодії між тканинами (печінкою, м'язами, мозком тощо).

Після споживання вуглеводної їжі підвищена концентрація глюкози в крові стимулює поглинання її тканинами. Швидкість надходження в клітини печінки, м'язів, мозку й інших тканин прямо пропорційна концентрації глюкози в позаклітинній рідині. Крім того, висока концентрація глюкози в циркулюючій крові стимулює секрецію B-клітинами підшлункової залози інсуліну, який підвищує проникність глюкози через клітинні мембрани скелетних м'язів, жирової тканини.

У клітинах інсулін стимулює утилізацію глюкози різними шляхами:

А. У печінці й м'язах синтезується глікоген (інсулін індукує синтез глюкокінази печінки, активує гексокіназу і глікогенсинтазу).

Б. У жировій тканині й печінці глюкоза перетворюється в жирні кислоти, які утворюють тканинні резерви у вигляді тригліцеридів жирової клітковини.

В. Для всіх органів і тканин у період травлення й абсорбції катаболізм глюкози служить основним джерелом енергії. Посилюються гліколіз і аеробний розпад глюкози до СО₂ і Н₂О. Так, після прийому їжі наближення дихального коефіцієнта до одиниці вказує на більшу інтенсивність окиснення глюкози. Величина катаболізму вуглеводів буде залежати від потреби організму в енергії. Крім того, в цей період високе відношення інсулін/глюкагон в крові стримує глюконеогенез. У результаті концентрація глюкози в крові наближається до норми, опускаючись іноді нижче вихідного рівня. Секреція інсуліну поступово припиняється.

При припиненні надходження вуглеводів їжі концентрація глюкози в крові протягом декількох днів майже не знижується завдяки двом процесам: розпаду глікогену печінки і глюконеогенезу. Зменшення концентрації глюкози в крові до нижньої межі норми ініціює виділення підшлунковою залозою глюкагону, який активує фосфорилазу печінки. Зростають розпад глікогену і вихід глюкози в кров. Розпад глікогену печінки підтримує нормальний рівень глюкози в крові не більше 24 год, але вже через 5-6 год після прийому їжі починається повільне підвищення глюконеогенезу із амінокислот і гліцерину, а через 24 год глюконеогенез перебігає з максимальною активністю. Разом із глюкагоном, який активує ферменти глюконеогенезу, включаються глюкокортикоїди, які стимулюють синтез ферментів глюконеогенезу в печінці й посилюють розпад білків у інших тканинах, що забезпечує процес глюконео­генезу субстратами. Внаслідок низького відношення в крові інсулін/глюкагон під час голодування глюкоза не захоплюється печінкою, скелетними м'язами, міокардом, жировою тканиною. Перераховані чинники забезпечують в умовах голодування надходження глюкози в головний мозок у необхідній кількості. При тривалому голодуванні головний мозок, як і інші тканини, використовує як джерело енергії кетонові тіла.

Крім глюкагону і глюкокортикоїдів, концентрацію глюкози в крові підвищує ще ряд гормонів. Адреналін – гормон мозкової частини надниркових залоз – виділяється в стресових ситуаціях і через каскадний механізм викликає швидкий і сильний розпад глікогену печінки до вільної глюкози. Підвищенням рівня глюкози в крові супроводжується дія гормону росту, адренокортикотропіну, тироксину. Таким чином, концентрацію глюкози в крові знижує тільки інсулін, а підвищує ряд гормонів. Існування групи надійних дублюючих механізмів підкреслює той факт, що най­ближчі результати гіпоглікемії небезпечніші, ніж наслідки гіперглікемії.

Узгоджена дія різних гормонів зумовлює досконалість регуляції ­гомеостазу глюкози, забезпечує пристосування обміну вуглеводів у ­всьому організмі до змін харчування, фізичної активності й інших фізіологічних умов.

https://www.youtube.com/watch? v=VLiTbb6MaEU& NR=1

https://www.youtube.com/watch? v=nBJN7DH83HA& feature=related

Підвищена концентрація глюкози в крові внаслідок споживання вуглеводної їжі (аліментарна гіперглікемія) і внаслідок стресу (емоційна гіперглікемія) швидко знижується до норми.Стійка гіперглікемія може розвинутись при цукровому діабеті, який виникає в результаті абсолютної чи відносної недостатності інсуліну. Інші причини гіперглікемії – надлишкова секреція гормону росту, глюкокортикоїдів, іноді ураження ЦНС, порушення мозкового кровообігу, захворювання печінки, підшлункової залози.

Гіперглікемію при цукровому діабеті можна розглядати як корисне пристосування, яке сприяє використанню глюкози клітинами мозку, міокарда, еритроцитами, тобто інсулінонезалежними тканинами. Однак у скелетні м'язи, печінку та інші інсулінозалежні тканини глюкоза не надходить. При високій концентрації глюкози в крові підвищується швидкість зв'язування її з білками (глікозилювання білків), що зумовлює порушення їх функцій, тому тривала гіперглікемія викликає ряд віддалених ускладнень цукрового діабету

При діагностиці цукрового діабету кров для аналізу краще брати після голодування протягом хоча б 10 год. Концентрація глюкози в плазмі крові, взятої натщесерце, вища за 8 ммоль/л, свідчить про вірогідність цукрового діабету. Якщо концентрація глюкози знаходиться в межах 6‑ 8 ммоль/л, то досліджують кров після цукрового навантаження (дають випити 75 г глюкози, розчиненої у воді). Концентрація через 2 год після навантаження 10 ммоль/л і вище вказує на цукровий діабет, а концентрація від 8 до 10 ммоль/л – на знижену толерантність до глюкози. У частини осіб із порушеною толерантністю до глюкози можливий розвиток діабету.

У хворих на цукровий діабет глюкоза може виділятись із сечею, зо­крема після споживання їжі, при тяжких формах хвороби і під час голодування. Саме глюкозурія послужила основою для назви захворювання. У сечі здорових людей концентрація глюкози дуже низька, менша 0, 8 ммоль/л (150 мг/л), оскільки клітини проксимальних відділів ниркових канальців майже повністю реабсорбують глюкозу з первинної сечі. Такий низький рівень глюкози в сечі виявляється лише високочутливими методами. Коли концентрація глюкози в плазмі крові й клубочковому фільтраті перевищує 10 ммоль/л, реабсорбційна здатність ниркових канальців стає недостатньою і певна кількість глюкози виділяється із сечею. Гіперглікемічна глюкозурія спостерігається не тільки при цукровому діабеті, а й при всіх захворюваннях, які супроводжуються рівнем гіперглікемії, вищим за нирковий поріг. Але в ряді випадків глюкозурія не розвивається, хоч вміст глюкози в плазмі крові перевищує нирковий поріг. Це спостерігається тоді, коли об'єм клубочкового фільтрату малий, загальна кількість глюкози, що надходить у ниркові канальці, низька і ­повністю реабсорбується.

Глюкозурія може бути і за нормальної чи дещо підвищеної концентрації глюкози в плазмі крові, якщо виникає дефект мембрано­транспортного механізму в канальцях (ниркова глюкозурія). У даному випадку нирковий поріг знижений. Ниркова глюкозурія спостерігається іноді при вагітності, спадковій недостатності проксимальних відділів ниркових канальців, дії на клітини проксимальних канальців токсичних речовин (важких металів, органічних розчинників тощо)

Гіпоглікемія виникає при таких патологічних станах:

1) надмірно високому вмісті інсуліну внаслідок пухлин чи гіперплазії клітин острівців підшлункової залози;

2) гіпофункції надниркових залоз;

3) гіпофункції гіпофіза;

4) багатьох типах злоякісних пухлин, локалізованих поза підшлунковою залозою;

5) тяжких ураженнях печінки, нервової системи, шлунка і ­кишечника;

6) у ранньому дитячому віці при спадкових порушеннях обміну вуглеводів – галактоземії, непереносимості фруктози, деяких типах глікогенозів.

Крім того, гіпоглікемію можуть спричиняти деякі ліки, споживання значної кількості алкоголю. Найпоширенішими в клінічній практиці є гіпо­глікемії, викликані надмірним введенням інсуліну хворим на цукровий діабет, а також прийомом ряду інших лікарських середників. Гіпоглікемію, зумовлену надмірним введенням інсуліну чи високою продукцією ендогенного інсуліну, діагностують шляхом визначення вмісту інсуліну. Симптоми гіпоглікемії розвиваються, коли концентрація глюкози в плазмі крові стає нижчою 2, 5 ммоль/л (45 мг/дл). Спостерігаються запаморочення, корчі та інші неврологічні порушення аж до гіпоглікемічної коми. Прояви посилюються при значному фізичному навантаженні чи при тривалих перервах між споживанням їжі.

«При стресових ситуаціях може підвищуватися глюкоза крові. Справа в тому, що організм у відповідь на гостру ситуацію виділяє стрес-гормони, які, у свою чергу, підвищують глюкозу крові»,

Головний мозок є інтегратором усієї інфор­мації, яка надходить з організму і навколишньо­го середовища. Завдяки його функції постійно­го аналізу і синтезу у ньому формується той чи інший варіант відповіді. В основі адекватного сприймання дійсності лежить кореляція резуль­татів діяльності багатьох аналізаторів. Крім того, вища нервова діяльність зумовлює існування людини не тільки як біологічного організму, а й як соціальної Істоти. Загибель кори великого мозку призводить до загибелі людини як со­ціальної істоти і визначається як соціальна, або духовна, смерть.

В організмі функціонування всіх основних органів і систем (серцево-судинної, дихальної, видільної та ін.) спрямовано насамперед на підтримку нормальної функції, а отже, метаболіз­му головного мозку.

Метаболізм головного мозку залежить від його перфузії, яка в нормі становить 700 — 750 мл/хв (15 % ХОС). Ефективність перфузії визначаєть­ся рівнем перфузійного тиску, який зберігається навіть під час шоку.

Головний мозок має постійну інтенсивність метаболізму, що підтримується за рахунок ауто-регуляцїї його перфузії за коливань AT від 50 до 150 мм рт. ст. Судини головного мозку швидко реагують на зміни церебрального перфузійно­го тиску (ЦПТ). ЦПТ — це різниця між се­реднім AT і внутрішньочерепним тиском (у нормі 80 — 90 мм рт. ст.). Зниження ЦПТ викликає розширення судин, а його підвищення — спазм їх. У разі зниження мозкового кровотоку менше 70 % нормального рівня електрична активність мозку припиняється.

Нормальне функціонування головного мозку залежить не тільки від його перфузії, а й від рівня внутрішньочерепного тиску (ВЧТ). ВЧТ — це гідростатичний тиск цереброспінальної рідини в системі шлуночків головного мозку І субарахно-

їдальному просторі. ВЧТ залежить від серце­вого і дихального циклу і в нормі становить 1 — 10 мм рт. ст. Під час систолічного скорочення ВЧТ підвищується на 2 мм рт. ст. і залежить від об'єму мозкового кровотоку. Під час вдиху ВЧТ знижується, під час видиху — підвищується. У разі значного підвищення ВЧТ стискуються тонкостінні вени, що призводить до зниження об'єму венозної крові в мозку — це є компенса­торним механізмом у випадках патологічного збільшення об'єму мозку. Рідина реабсорбується повторно, при виснаженні механізмів реабсорбції і стисканні вен настає II фаза порушень -обструкція каналів цереброспінальної рідини і стискання венозних пазух, що підвищує веноз­ний тиск і призводить до зниження градієнта тиску через ворсинки павутинної оболонки і лікворосорбцію.

Важливу роль у підтриманні внутрішньомозкового гомеостазу відводять також гематоенцефалічному бар'єру (ГЕБ). ГЕБ — це фізіоло­гічний механізм, який вибірково регулює обмін речовин між кров'ю, цереброспінальною рідиною і тканиною мозку.

ГЕБ виконує захисну функцію і запобігає проникненню в мозок окремих сторонніх речо­вин і проміжних продуктів обміну речовин, які утворюються при патологічних станах.

Морфологічним субстратом ГЕБ є анатомічні елементи, які розміщені між кров'ю і нервовими клітинами (міжендотеліальні контакти). Вони охоплюють клітину у вигляді тісного кільця, за­побігаючи проникненню і впливу на неї шкідли­вих речовин із капілярів. Відростки гліальних клітин (кінцеві ніжки астроцитів), які оточують капіляр, стискають його стінку, що зменшує фільтраційну поверхню капіляра і запобігає ди­фузії макромолекул.

Важливого значення у функціонуванні ГЕБ надають ферментативному бар'єру. У стінках мікросудин мозку і сполучнотканинній стромі, яка оточує їх, а також у судинних сплетеннях віднай­дено ферменти, що сприяють нейтралізації і роз­паду шкідливих речовин, які надходять із крові.

Гсматоенцефалічний бар'єр розглядають як саморегулювальну систему, стан якої залежить від потреб невронів і рівня метаболічних про­цесів не тільки у мозку, а й у інших органах і тканинах організму.

Енергетичні потреби мозку досить високі: 100 г тканини головного мозку споживають 3, 3 — 3, 8 мл кисню за 1 хв. Головний мозок споживає близько 20 % всього кисню, що надходить до організму, в той час як його маса не перевищує 2 % маси тіла.

Кисень є своєрідним акцептором електронів у біосистемах. Він розчинений у воді, ліпідах, ліпо-протеїдах (особливо мітохондрій). Це сприяє його дифузії усередину клітини й окиснснню речовин. Молекула кисню після приєднання електронів перетворюється на негативно заряджений йон. Ці процеси відбуваються в мітохондріях, де відбу­вається трансформація хімічної енергії в енергію мембранного потенціалу і подальше її викорис­тання у тій або іншій формі для синтезу АТФ, транспорту йонів проти градієнта концентрації, а також для утворення тепла.

Сутність мікросомного окислення полягає у приєднанні кисню до хімічної речовини, а при мітохондричному окисленні — кисень бере участь у біоенергетичних процесах для утворення цілої низки речовин.

Основним енергетичним субстратом головно­го мозку є глюкоза, яка утилізується без інсулі­ну. У нормі споживання глюкози головним моз­ком становить 5, 4 мл/хв на100 г його тканини (приблизно 78 г на добу). Під час сну ЇЇ спожи­вання не знижується, а під час розумової робо­ти — підвищується. Для нормальної діяльності головного мозку рівень глікемії не повинен бути < 2, 3 ммоль/л. Глюкоза проникає через ГЕБ без витрат енергії. У зв'язку зі швидким надхо­дженням глюкози у фізіологічних умовах вона є єдиним енергетичним субстратом, проте під час голодування або у разі гіпоглікемії можуть бути використані кетонові тіла. Утилізація кетонових тіл забезпе­чує близько ЗО % енергії, необхідної для окисно­го метаболізму, що замало для нормального об­міну. У резервах головного мозку є 1 ммоль/кг тканини мозку вільної глюкози і 3 ммоль/кг глікогену. Цих резервів вистачає на 2 — 3 хв, якщо виникає раптове припинення надходження глю­кози з кров'ю (зупинка серця).

При гіпоглікемії від 1, 7 до 2, 3 ммоль/кг свідомість зберігається і споживання кисню за­лишається без змін. Під час коми швидкість поглинання глюкози тканиною головного мозку може знизитися у 2 рази за незначного знижен­ня споживання кисню.

Гіпоксія призводить до метаболічного аци­дозу, швидкого гідролізу клітинних АМФ і АТФ та підвищення концентрації гіпоксантину. Це порушує роботу ионного насоса і підвищує концентрацію Na+, Са2+ у цитоплазмі невронів. Підвищення Са2+ активує протеази і перетворює ксантиндсгідрогсназу на ксантин-оксидазу. Продукція супсррадикалів і перокси-ду гідрогену внаслідок акумулювання гіпоксан­тину і гіпоксантиноксидази поглиблює ішемію мозку. II радикали ушкоджують мем­брани й органи, порушують функцію невронів, ушкоджують ендотелій судин І викликають на­бряк мозку. Крім того, джерелом утворення пероксидних радикалів є активація фосфоліпази А2, яка при­зводить до утворення ейкозаноїдів з арахідоно­вої кислоти.