Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №19/2001

ЧЕЛОВЕК И ЕГО ЗДОРОВЬЕ

С.Ю. АФОНЬКИН

Диабет и миф о сладком яде

Жизнь – не сахар

Спросите у старшеклассников, какова связь между сахаром и диабетом, и половина класса ответит, что если есть много сладкого, то можно заработать это неприятное заболевание – диабет. Лозунг «сахар – белый яд» краток, афористичен и поэтому прочно впечатывается в сознание не хуже любой навязчивой рекламы. Покупая очередной торт или пирожные, обыватель, не обремененный медицинскими знаниями, порой думает: «А не вредно ли мне есть так много сладкого?» Но представления о наличии прямой связи между количеством сахара в пище и развитием диабета – не более чем очередной миф! Он основан на плохом знании школьной программы. Достаточно полистать учебник биологии старших классов, чтобы выяснить – глюкоза является одним из основных источников энергии для большинства клеток, не способных использовать энергию солнечных лучей.

Все это так, но ведь сахар не глюкоза! Сразу возникают сомнения. Может, без глюкозы и не обойтись, а вот сахар... Тут случай особый. Он может только навредить здоровью и кровеносной системе. Так ли это? Давайте разбираться!

Белый кристаллический порошок, который мы кладем в чай, правильнее называть не сахаром, а сахарозой. Это вещество состоит из спаренных колец моносахаридов – глюкозы и фруктозы. В чистом виде глюкозы и фруктозы много в соке различных ягод и фруктов, в меде. В пищеварительном тракте человека сахароза под воздействием ферментов распадается на глюкозу и фруктозу. Эти два моносахарида быстро всасываются и попадают в кровяное русло. Кстати, «молочный сахар» – содержащаяся в молоке лактоза – тоже состоит из двух моносахаридов - глюкозы и галактозы.

Моносахариды – очень важные для жизни углеводороды. Без всякого преувеличения можно сказать, что это «топливо», на котором работают наши клетки, причем топливо чрезвычайно эффективное. Достаточно сказать, что для восполнения энергопотерь в результате получасового бега человеку достаточно выпить всего один стакан молока! Запомните этот факт, он нам еще пригодится.

Клетки постоянно перерабатывают глюкозу, которая ежесекундно и бесперебойно поставляется в самые отдаленные уголки нашего тела. Энергию химических связей глюкозы клетки используют для осуществления всех форм движения – от мышечных сокращений и транспорта химических соединений до изменения пространственной формы белков. Неудивительно поэтому, что в кровяном русле постоянно должен поддерживаться определенный уровень глюкозы (6–7 ммоль/л). В пересчете на объем эта величина оказывается на удивление малой – всего около 1 г глюкозы в 1 л крови. Не надо забывать, однако, что глюкоза, наподобие бензина в едущем автомобиле, постоянно расходуется на поддерживание нашей жизнедеятельности, а ее количество в кровяном русле все время пополняется за счет пищи и внутренних запасов, о которых речь пойдет чуть ниже.

Более половины всех молекул глюкозы, поступающей в организм вместе с пищей, по кровеносным сосудам поставляется в мозг. Его нервные клетки в случае прекращения снабжения глюкозой и кислородом уже через несколько минут начинают погибать. Клетки других органов более терпеливо относятся к перебоям в снабжении глюкозой, хотя и здесь существуют границы «терпения». Вроде бы получается, что чем больше в крови будет сахара (вернее, глюкозы), тем лучше. К сожалению, это не так.

У больных диабетом людей увеличение концентрации глюкозы в крови с 6–7 до 8–12 ммоль/л приводит к повреждению кровеносных сосудов и в результате к различным сердечно-сосудистым нарушениям. В частности, поражаются периферические артерии, что нередко ведет к нарушению кровоснабжения конечностей и к гангрене. Страдают почки, ослабевает цветовое зрение, ухудшается проведение нервных сигналов и уменьшается мышечная масса тела. Наблюдаются расстройства работы желудочно-кишечного тракта. У мужчин порой наступает импотенция. У больных диабетом нередки поражения кожи, в частности у них возникают фурункулы, карбункулы, гнойничковые поражения кожи. Среди диабетиков в 2–3 раза выше смертность от поражений кровеносной системы, в 10 раз чаще возникает слепота, в 20 раз – гангрена нижних конечностей. Чрезмерное увеличение содержания глюкозы в крови, или гипергликемия, может привести к коме.

Эти печальные факты убеждают в том, что избыток глюкозы в крови приводит к тяжелейшим последствиям, вроде бы мрачно подтверждая расхожее мнение о том, что сахар – белый яд. Но ведь без него не обойтись, раз глюкоза – основной источник энергии для клеток. Более того, не надо быть ханжой, чтобы признать – большинство людей любят сладкое. Почему же сложилась такая ситуация, ведь избыток глюкозы вреден? Дело в том, что у наших эволюционных обезьяноподобных предков было не так уж много возможностей получать глюкозу и фруктозу в чистом виде и в большом количестве. Поскольку глюкоза – энергетически ценный продукт, в эволюции закрепился механизм поиска сладковатой пищи. Представьте себе, сколько надо современной горилле сжевать стеблей, чтобы получить такое же количество сахара, которое мы добываем одним движением ложки, ныряющей в сахарницу. Не могла же эволюция предугадать, что развитие технологии столь эффективно решит для человека проблему получения сахаров практически в неограниченных количествах!

Другими словами, для жизни нужен сахар, нормально жить без него ни клетки, ни организм не могут. Как же быть? Как регулируется концентрация сахара в кровяном русле? Что оказывает на нее влияние и что надо делать, чтобы обезопасить себя от развития гипергликемии? Ответы на многие подобные вопросы удалось найти, изучая больных диабетом.

Серия открытий

Еще за пятнадцать веков до Рождества Христова врачи Древнего Египта, Индии и Китая имели пациентов, страдавших от постоянной жажды и обильного отделения мочи. Создавалось впечатление, что выпитая вода буквально протекала без всякой пользы через их тело. Не случайно поэтому в Древнем Риме такой недуг называли греческим словом диабет, что в переводе означает «протекающий» (от греч. dia – через, сквозь).

На причину заболевания указывало второе, латинское наименование болезни – меллитус, которое дали ему римские врачи Аретеус и Цельсус. В переводе с латыни это слово означает «медовый». Следовательно, уже тогда врачи знали, что моча диабетиков имеет сладковатый привкус. Для того чтобы зафиксировать этот факт научным образом, медицине потребовалось более полутора десятков веков! Лишь в середине XVII в. один из основателей Лондонского королевского общества естествоиспытателей, английский врач Томас Виллис, обследуя таких больных, документально подтвердил факт, хорошо известный медикам предшествующих поколений. Он обнаружил в моче диабетиков какое-то вещество, придававшее ей сладковатый привкус.

Наука в то время развивалась неспешно, и потребовалось еще целое столетие для того, чтобы английский же врач Добсон достоверно установил, что в такой моче действительно присутствует сахар. В медицине утвердилось новое понятие – глюкозурия, т.е. сахарное мочеизнурение (от греч. glycus – сладкий и uron – моча). Еще в прошлом веке диагноз «диабет» означал верную смерть, наступавшую в результате комы. Порой больные с симптомами сахарного мочеизнурения за несколько месяцев буквально сгорали как свечки. Врачи были бессильны помочь таким пациентам, поскольку причина болезни оставалась неясной.

Приподнять покров тайны, как это нередко случается в науке, помог случай. В 1889 г. немецкие физиологи Йозеф фон Меринг и Оскар Минковски изучали роль поджелудочной железы в пищеварении. Методы их работы были достаточно безыскусны и радикальны – они удаляли эту железу у подопытных собак и регистрировали последствия такой операции. Несчастные животные гибли десятками. Ухаживая за одним из таких обреченных псов, старый лабораторный служитель обратил внимание на скопище мух, круживших вокруг прооперированного животного. Он рассказал о своем наблюдении Мерингу и Минковски, и те быстро нашли объяснение этого феномена – моча собаки содержала сахар в высокой концентрации. Так был установлен первый важный факт – удаление поджелудочной железы ведет к развитию диабета.

У человека поджелудочная железа весит 70–80 г и имеет вид крупной толстой морковки, располагающейся позади желудка на 5–10 см выше пупка. Внутри по всей ее длине проходят два протока, один поменьше, другой побольше. Оба они открываются в двенадцатиперстную кишку.

Узнав об опытах Меринга и Минковски, русский патолог Л.В. Соболев попытался вызвать диабет, перевязывая у подопытных животных эти протоки, однако в этой ситуации сахарное мочеизнурение почему-то не развивалось. Не возникало оно и в результате атрофии железистых клеток, выделяющих в двенадцатиперстную кишку ферменты, необходимые для нормального пищеварения.

Разобраться в этой запутанной ситуации помогли наблюдения двух других исследователей, также работавших в конце XIX в. Один из них, француз Шарль Броун-Секар, впервые обратил внимание врачей и ученых на органы, похожие на железы, но не имеющие отводного канала вроде протока поджелудочной железы. Эти крупные скопления клеток были густо оплетены кровеносными сосудами. Создавалось впечатление, что выделяемые этими железами вещества могли попадать непосредственно в кровяное русло. Броу-Секар назвал их железами внутренней секреции.

Примерно в это же время немецкий медик Пауль Лангерганс открыл в поджелудочной железе небольшие группы клеток, которые не выделяли пищеварительные ферменты. В поджелудочной железе было около 1 млн таких похожих на островки скоплений, и каждое состояло примерно из 3 тыс. клеток. Коль скоро эти клетки не принимали участия в выработке пищеварительных ферментов, быть может, именно их гибель вызывала диабет?

В 1902 г. еще два ученых – Уильям Мэддок Бейлис и Эрнест Генри Старлинг – разработали концепцию биологически активных веществ, способных проникать в кровь и оказывать влияние на самые разные функции организма. Такие вещества они предложили называть гормонами (от греч. hormao – привожу в действие, побуждаю). Поскольку все полученные до того времени факты указывали на существование подобного вещества в поджелудочной железе, в 1916 г. Шарпли Шейфер предложил гипотетический, еще не открытый гормон назвать инсулином (от лат. insula – остров).

Скандальная премия

Дело с выделением гипотетического гормона поначалу шло туго. Получить его можно было только из поджелудочной железы, а она буквально пропитана веществами, разрушающими белки пищи – так называемыми протеолитическими ферментами. При неизбежном в таких случаях измельчении исходного материала высвобождавшиеся из клеток ферменты разрушали гормоны поджелудочной железы. Этим, кстати, объясняются неудачные попытки врача Кохера лечить диабет экстрактами поджелудочной железы, которые он предпринимал в XIX в. Задача аккуратного и точного отделения миллиона выделяющих гипотетический инсулин островков Лангерганса от остальных клеток поджелудочной железы была по плечу разве только сказочной Золушке, да и то заручившейся помощью волшебницы – ее крестной.

Ситуация изменилась только в 1920 г., когда 29-летний преподаватель фармакологии, ассистент университета Западного Онтарио канадец Фредерик Грант Бантинг прочел статью, в которой утверждалось, что при закупорке протока поджелудочной железы основная масса ее клеток перерождается и дегенерирует, а островки Лангерганса остаются целыми. Диабет в такой ситуации не развивался. Этот факт настолько взволновал молодого исследователя, что тот долго не мог заснуть, раздумывая над тайнами диабета.

В два часа ночи в его голову пришла плодотворная идея, которую он тут же записал на листочке: «перевязать протоки поджелудочной железы у собак, подождать 6–8 недель, покуда не произойдет дегенерация, извлечь ее остаток и экстрагировать». Так Фредерик нашел перспективный прием, с помощью которого можно было бы избежать разрушения гипотетического инсулина в процессе его выделения и очистки. Он немедленно обратился к своему шефу, руководителю кафедры физиологии университета в Торонто профессору Дж.Маклеоду и предложил начать подобные опыты. Бантинг не только заручился полной поддержкой Маклеода, но и получил в помощь студента 5-го курса Чарльза Беста, отлично владевшего химическими методами определения сахара в крови.

Через год, в 1921 г., Бантинг и Бест выделили из поджелудочной железы собак вещество, инъекции которого почти мгновенно помогали страдавшим от диабета подопытным животным. Бантинг хотел назвать его айлитином (от англ. islet – островок), но Маклеод настоял на сохранении старого названия, которое существовало еще до выделения этого гормона, – инсулин. 23 января 1922 г. 14-летний юноша-диабетик был выведен из комы инъекцией этого чудодейственного препарата, полученного из поджелудочной железы коровы. Фактически открытие Бантинга спасло жизнь этому молодому человеку, который благодаря инсулину прожил еще 13 лет, скончавшись от воспаления легких. До сих пор его измененная заболеванием поджелудочная железа хранится в анатомическом музее одного из институтов Торонто как научная историческая реликвия.

Так началась новая эпоха изучения сахарного мочеизнурения и борьбы с этим смертельно опасным недугом. Открытие Бантинга было высоко оценено научной общественностью, и в 1923 г. ему и Маклеоду была присуждена Нобелевская премия по медицине. Правда, ее вручение не обошлось без скандала. Ходили слухи, что Маклеод ни разу не появлялся в лаборатории во время проведения решающих экспериментов, схему которых придумал безвестный студент 3-го курса университета в Торонто. Как бы там ни было, ни один из лауреатов лично не появился в Стокгольме на церемонии вручения премии, которая была в результате передана послу Великобритании. К чести ученых надо отметить, что своей частью вознаграждения Бантинг честно поделился с Бестом, а Маклеод передал половину своей доли Дж.Колипу – сотруднику лаборатории, разработавшему наиболее эффективный метод выделения инсулина из разрушенных клеток с помощью спиртовой экстракции.

Трижды первый

Инсулин оказался первым гормоном, для которого была четко установлена белковая природа. Он был первым гормоном, у которого была расшифрована последовательность составляющих его аминокислот. Наконец, это был первый гормон, который удалось получить синтетическим путем.

За этими короткими фразами стоят годы упорного труда ученых, прекрасно сознававших, что результаты их открытий способны спасти сотни тысяч пациентов во всем мире, страдающих от диабета. Первым в рядах этих исследователей стоял английский химик Фредерик Сэнгер, взявшийся за расшифровку строения инсулина. К этому времени уже было ясно, что в состав гормона входит около полусотни аминокислот. Нужно было определить их последовательность. Количество же возможных вариантов их цепочек при длине всего в шесть звеньев уже равно 64 млн!

Сэнгера не смущало это рассуждение, поскольку он в совершенстве владел методом определения одной из двух концевых аминокислот в любом белке. Чтобы ускорить свой анализ, он расщеплял инсулин на фрагменты разной длины и определял их концевые аминокислоты. Трудность стоявшей перед ним задачи можно оценить, если представить себе белок в виде текста без знаков препинания и промежутков между словами. Что именно это за текст, неизвестно. Однако его можно резать на части и узнавать в результате только последние буквы каждого из полученных фрагментов. На решение подобной головоломки в случае с инсулином у Сэнгера ушло 8 лет. В 1953 г. аминокислотная последовательность инсулина была полностью определена. Чуть позже, в 1958 г., за эту титаническую работу Фредерик Сэнгер получил Нобелевскую премию по химии.

В результате работы Сэнгера выяснилось, что инсулин состоит из двух белковых цепочек. Одна из них (A-цепь) составлена из 21-й аминокислоты, для построения другой (B-цепи) требуется 30 аминокислот. Обе цепи соединены двумя химическими связями между атомами серы.

Разобравшись со строением инсулина, можно было попытаться синтезировать его в лаборатории. Эта задача была вскоре успешно решена группой западногерманских химиков из Аахена, которые «собрали» инсулин из отдельных аминокислот с помощью процесса, состоявшего из 221 стадий. К сожалению, методика такого синтеза не позволяла четко контролировать положение связей между атомами серы, а оно оказывало существенное влияние на активность гормона. Большинство полученных немецкими исследователями образцов инсулина работало в 100 раз хуже гормонов, выделенных из поджелудочных желез быков, коров и свиней. Эти результаты по сути показали, что химический синтез инсулина является бесперспективным путем для массового получения этого гормона. Гораздо проще было пользоваться готовым сырьем, получаемым из животных. Так, кстати, уже давно и поступали некоторые фармацевтические компании.

Еще в первой четверти XX в., меньше чем через год после открытия Бантинга, используя разработанную Дж. Колипом методику экстракции инсулина спиртом, американская фирма «Эми Лилли» наладила производство инсулина из экстрактов поджелудочных желез крупного рогатого скота.

Дальнейшие исследования показали, что аминокислотный состав «животного» инсулина немного отличается от человеческого. Иммунная система человека может такие отличия обнаруживать и реагировать на вводимый инсулин как на чужеродный белок, вырабатывая на него антитела. Инсулин быков, к примеру, отличается от человеческого по трем аминокислотам. В крайних случаях у получающих такие препараты пациентов развивалась острая аллергия.

Наиболее схожим с человеческим оказался свиной инсулин, у которого была обнаружена всего одна иная аминокислота. Поэтому до сих пор именно свиной инсулин является наиболее распространенным среди инсулинов животного происхождения, применяемых в терапии. Человеческий инсулин многие фармацевтические компании производят в наши дни с помощью методов генной инженерии. В частности, в нашей стране производство человеческого инсулина с помощью бактерий было освоено в Институте биоорганической химии РАН.

Инсулин и диабет

Итак, на концентрацию сахара в крови влияет гормон инсулин, который выделяется в поджелудочной железе. Именно он регулирует захват глюкозы клетками из кровяного русла. Следовательно, все проблемы со стойким повышением уровня сахара в крови связаны не с его потреблением, а со скоростью утилизации глюкозы. Эта скорость определяется именно инсулином. Возникают проблемы с синтезом и выделением инсулина – возникает диабет.

Как осуществляется инсулиновый контроль, точно не известно до сих пор. На поверхности мышечных и некоторых других клеток биологам удалось выявить специальные рецепторы к инсулину, однако разобраться в процессах, которые происходят после их связывания с этим гормоном, непросто. На схемах, показывающих пути сигнала, поступающего в клетку после рецепции инсулина, биохимики рисуют множество стрелок, связывающих между собой около полутора десятков различных веществ, и наверняка эта картина далека до завершения.

Среди прочих гормонов инсулин оказался удивительно талантливым клеточным дирижером. Он не только регулирует поступление глюкозы в клетки, но и оказывает влияние еще по меньшей мере на два десятка реакций обмена веществ. В частности, инсулин усиливает синтез белков и жиров, ускоряет синтез гликогена из глюкозы, одновременно замедляя его распад. Это неудивительно, ведь гликоген является у животных и у человека резервной формой хранения сахара в клетках печени.

При недостатке инсулина наступает состояние, которое врачи образно называют «гибелью среди изобилия». Запасов сахара в крови предостаточно, но мышечные и жировые клетки не могут ими воспользоваться в полной мере. Они пытаются восполнить недостаток глюкозы за счет ее синтеза из своих внутренних резервов. Клетки принимаются «разбирать» собственные белки для того, чтобы пустить высвободившийся строительный материал на внутриклеточное производство глюкозы. В результате аминокислоты, из которых состоят белки, начинают поступать из клеток в кровь. Вместе с ними клетки теряют ионы калия, что ведет в конечном счете к снижению интенсивности мозгового кровообращения, которое может закончиться потерей сознания и комой.

Страдающие от глюкозного голодания клетки приступают также и к активной разборке жиров. Составляющие их жирные кислоты в большом количестве попадают в кровь. Организм оказывается не в состоянии полностью их переработать, и в результате в крови появляются продукты неполного окисления жирных кислот – кетоны, к которым относится и ацетон. Избыток кетонов начинает выделяться с мочой, а дыхание больного диабетом приобретает характерный запах. Это было бы еще не такой страшной бедой, если бы образование кетонов (кетогенез) не сопровождалось потерей клетками ионов натрия, что ведет к потере ими воды и в конечном счете к той же коме. При концентрации сахара в кровяном русле 10–12 ммоль/л почечные канальцы уже не способны откачивать глюкозу обратно в кровь из первичной мочи и она попадает в мочу. Ежедневная ее потеря может доходить до 200 г в сутки! Одновременно в результате диабета у людей порой развивается и тяжелая почечная недостаточность.

Печальная статистика и польза знаний

По данным Всемирной Организации Здравоохранения в настоящее время в мире страдают от диабета более 100 млн человек, а в первой четверти XXI в. эта цифра должна утроиться. Только в США, где диабет считается третьей причиной смертности после нарушений работы сердечно-сосудистой системы и онкологических заболеваний, регистрируется до 13 тыс. новых случаев заболевания ежегодно. Данные статистики говорят о том, что из каждых 100 человек, проживающих в США, четверо больны диабетом, но только двое из этих четырех знают о своем диагнозе! При этом смертность среди диабетиков в 2–3 раза выше, чем в среднем по стране.

От диагноза «диабет» не застрахован практически ни один человек. Риск заболевания в среднем составляет 0,1–0,2 %. Вроде бы не так много, но в масштабах страны это дает колоссальные цифры. Достаточно сказать, что на борьбу с диабетом развитые державы тратят до 10% национальных бюджетов здравоохранения.

В России 1,5–3% людей страдают от тех или иных форм диабета. По счастью, пока не россияне держат лидерство по приросту новых случаев этого недуга. Наибольший вклад в эту печальную статистику вносят Китай и Индия, а наименьший, как это ни покажется странным, – бывшие соцстраны и экономически развитые державы Запада. В первом случае возникновение диабета в некоторой степени тормозится вынужденными ограничениями в рационе, а во втором срабатывают программы, активно пропагандирующие спорт и здоровый образ жизни.

Однако главная проблема в борьбе с диабетом сводится к повышению уровня информированности населения о данном заболевании. Парадоксальный факт – лишь около половины больных диабетом знают о своем диагнозе! Вместе с тем проверить свое состояние не так уж и сложно. Достаточно с помощью врачей исследовать, насколько быстро ваш организм утилизирует глюкозу, поступающую с пищей.

Классический тест

Классический тест состоит в приеме 100 г глюкозы, растворенной в стакане теплого чая. Далее опытный специалист определяет уровень сахара в крови через 30, 60, 90, и 120 мин после такого чаепития. В результате чертится плавная кривая, обычно с пиком на отметке в 60 мин. Если через 1 ч уровень глюкозы составляет около 8,8 ммоль/л, а к 2 ч падает до 6,6 ммоль/л, значит, с островками Лангерганса у вас все в порядке и избыток сахара в крови не будет подтачивать вашу кровеносную систему, что бы вы ни ели. Если же уровень глюкозы поднимается до 9,0 ммоль/л или выше и упорно не опускается ниже 8,0 ммоль/л, значит, надо обращаться к врачу-эндокринологу, который назначает соответствующие препараты и высчитывает суточный калораж – количество углеводов, белков и жиров, которые больной диабетом может себе позволить за каждым приемом пищи.

Как правило, диабетики быстро становятся сведущими специалистами во всех этих калориях, часах, миллимолях и так называемых хлебных единицах, в которых измеряется энергетическая ценность питания. Благо информации на эту тему хватает. Важно лишь знать, где ее получить. В наши дни быть больным диабетом – это значит вести определенный образ жизни, который в большинстве случаев внешне почти не отличается от образа жизни обычных людей. А для этого надо быть хорошо информированным пациентом.

Всемирное диабетическое сообщество уже много лет подряд проводит глобальную кампанию для улучшения информированности людей об этом заболевании. Ежегодно под его эгидой проводятся Всемирные дни диабета, каждый из которых посвящен определенной теме. В 1994 г. проводилась дискуссия «Диабет и старение», в 1997 г. – «Глобальное сознание – ключ к лучшей жизни», в 1998 г. – «Диабет и права человека». Много полезной практической информации о диабете можно почерпнуть из сети Интернет. В нашей стране четыре раза в год выходит популярный журнал «Диабет. Образ жизни», который доступен каждому в крупных библиотеках и подписку на который можно оформить в любом отделении связи.

Продолжение следует

 

Рейтинг@Mail.ru