Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий

Итак, после каждого приема пищи печень создает запасы гликогена, в промежутках между едой гликоген расщепляется, и в результате уровень глюкозы в крови остается на постоянной отметке. Правда, есть кое-что еще, но об этом мы поговорим позднее.

Создание и расходование запасов гликогена происходят в несколько этапов, каждый протекает под управлением определенного фермента. Деятельность всех ферментов часто так слажена, что мы принимаем сложные химические процессы в организме как должное. Однако в редких случаях, когда не хватает одного из ферментов, последствия могут быть ужасными.

Например, одним из ключевых ферментов при расщеплении гликогена в глюкозу является фермент под названием глюкозо-6-фосфатаза. Очень редко рождаются дети, у которых не вырабатывается этот фермент. Организм такого ребенка может легко запасать гликоген, но не в состоянии его расщеплять. Постепенно печень переполняется гликогеном, и развивается состояние под названием «гликогеновая болезнь».

Организм ребенка пытается справиться с этим состоянием. Он использует глюкозу, поступающую прямо из кишечника. Глюкоза вырабатывается из запасов гликогена, не расположенных в печени, например из мышц. Но все равно обычно такие дети раньше или позже умирают, в зависимости от степени дефицита фермента. Если его недостаточность умеренная, то больной может дожить до зрелого возраста. Обычно смерть наступает еще до достижения подросткового возраста.

Другой пример редких заболеваний этого типа — это врожденный дефицит фермента, отвечающего за превращение галактозы в глюкозу в клетках кишечника. Поскольку младенцы питаются в основном молоком, отсутствие этого фермента вызывает большие затруднения. Молочный сахар — лактоза расщепляется на две части — глюкозу и галактозу, обе из которых усваиваются организмом. Неспособность переваривать галактозу приводит к тому, что этот сахар попадает в кровь в первозданном виде. Это состояние называется галактоземией.

Когда галактоза наполняет кровь и попадает в клетки, происходит беда. Галактоза очень похожа на глюкозу, и ферменты, предназначенные для усваивания глюкозы, могут по ошибке прикрепиться к галактозе. Такое сочетание бесполезно, однако в этом случае фермент уже не может присоединиться к глюкозе, как и полагается. Галактоза, опередив глюкозу, уменьшает или сводит на нет действие фермента. Этот процесс называется конкурентным ингибированием.

Таким образом, вы видите, что отсутствие одного фермента ведет к нарушению деятельности остальных, поэтому симптомы галактоземии различны. Например, по непонятной причине развивается катаракта. Более легко объяснить воздействие галактоземии на мозг. Из всех тканей мозг больше зависит от глюкозы, и его деятельность нарушается вследствие неправильной работы ферментов. Поэтому при галактоземии часто происходит снижение умственной активности.

К счастью, при раннем обнаружении этих симптомов, если устранить из рациона молоко, можно исправить ситуацию. Галактоза содержится только в молоке.

Это очень редкие заболевания. У большинства людей в организме есть все ферменты. Но даже при наличии всех ферментов необходима их слаженная работа. Что управляет согласованностью их действия? Что заставляет их работать как единое целое, вызывая при необходимости отложение запасов гликогена или его расщепление?

Как обычно бывает в таких случаях, ключом к разгадке служат гормоны.

Поджелудочная железа — сравнительно большой орган, о котором я уже упоминал в связи с пищеварением. Она вырабатывает поджелудочный сок, выделяющийся по специальному протоку в тонкую кишку. Если поджелудочную железу удалить, то можно подумать, что будет нарушено только пищеварение и ничего более серьезного не произойдет. Однако в 1899 году два немецких физиолога, удалив поджелудочную железу у собаки, обнаружили, что, кроме расстройства пищеварения, у животного начались смертельно опасные сбои в работе организма, очень напоминающие одну болезнь человека, известную с древних времен.

Эта болезнь относится к группе заболеваний, объединенных названием «диабет», потому что вызывает усиленное мочеиспускание (см. главу 8). Моча больных этой разновидностью диабета имеет необычно сладкий вкус, и 1500 лет назад индийский врач заметил, что она привлекает пчел и мух. Поэтому болезнь стала называться сахарным диабетом. Это самая распространенная разновидность диабета, и именно ее, как правило, имеют в виду, говоря слово «диабет».

Больные сахарным диабетом испытывают повышенное чувство голода и жажды, однако быстро теряют вес, слабеют, становятся уязвимы для инфекций, имеют множество других неприятных симптомов и в конце концов умирают. Голодание удлиняет продолжительность их жизни, и тридцать лет назад оно было единственной надеждой для таких больных.

Когда выяснилось, что удаление поджелудочной железы вызывает диабет у собак, внимание обратилось к этой железе, в особенности к одной ее части.

Еще в 1869 году немецкий физиолог Пауль Лангерганс обнаружил в поджелудочной железе необычные клетки, расположенные в виде отдельных «островков», окруженных со всех сторон обычными клетками. Каждый островок был маленький, всего около ста микронов в диаметре, поэтому если в среднем поджелудочная железа содержит примерно два миллиона таких островковых клеток, то они составляют всего 1 % от массы всей железы. Сегодня название этих островков звучит романтически — островки Лангерганса.

Причиной всех бед оказались именно островки, остальные клетки не играли в развитии диабета никакой роли. Можно было перекрыть проток, чтобы прекратилось выделение поджелудочного сока, в то время как сама железа оставалась в теле животного. Это препятствовало пищеварению, но не вызывало диабета. При этом от бездействия со временем большая часть поджелудочной железы дегенерировала, по островки оставались нетронутыми. Они по-прежнему выполняли свою функцию.

В начале 1900 года было высказано предположение, что островки представляют собой железу в железе, так сказать, и что эта внутренняя железа, в отличие от основной, не имеет протоков и выделяет гормон, который контролирует переработку углеводов в организме. Этот гормон получил название « инсулин» от латинского слова, означающего «остров».

Это предположение было с готовностью принято. Тогда казалось очевидным то, что диабетом страдают люди, неспособные вырабатывать достаточное количество инсулина. Если инсулин удастся получить из поджелудочной железы домашних животных, то его можно будет вводить больным диабетом.

Проблема заключалась в том, чтобы успеть выделить инсулин из клеток до того, как он расщепится под действием других пищеварительных ферментов. В 1922 году это удалось сделать двум канадским ученым Ф. Бантингу и Ч. Бесту, которые перевязали протоки поджелудочной железы, дождались, когда дегенерируют те ее участки, которые вырабатывают пищеварительный сок, чтобы пищеварительные ферменты не разрушили инсулин, и выделили этот гормон. Таким образом, инсулин стал доступен, а в 1923 году Бантинг и Бест получили Нобелевскую премию в области медицины.

Инсулин является самым важным регулятором химических реакций, поддерживающих баланс глюкозы в крови. Выделение в кровь инсулина островками Лангерганса вызывает снижение концентрации глюкозы, потому что часть ее откладывается в клетках печени в виде гликогена, а часть поглощается другими клетками для получения энергии. Если островки не выделяют инсулина, происходит обратный процесс. Печень и другие клетки снижают поглощение глюкозы, и уровень глюкозы в крови повышается.

Мы вновь сталкиваемся с примером обратной связи (см. главу 9). Высокий уровень глюкозы в крови стимулирует выделение инсулина для уменьшения уровня глюкозы. И наоборот, слишком низкий уровень глюкозы сдерживает выделение инсулина, и тогда глюкозы в крови становится больше.