Действие инсулина на клетки-мишени начинается после его связывания со специфическими димерными мембранными рецепторами (рис. 6.22), при этом внутриклеточный домен рецептора обладает тирозинкиназной активностью. Инсулин-рецепторный комплекс не только передает сигнал внутрь клетки, но и частично путем эндоцитоза поступит внутрь клетки к лизо-сомам. Под влиянием лизосомальной протеазы инсулин отщепляется от рецептора, при этом последний либо разрушается, либо возвращается к мембране и вновь встраивается в нее. Многократное перемещение рецептора от мембраны к лизосомам и обратно к мембране носит название рециклизация рецептора. Процесс рециклизации важен для регуляции колич-ства инсулиновых рецепторов, в частности обеспечения обратной зависимости между концентрацией инсулина и количеством мембранных рецепторов к нему.
Образование инсулин-рецепторного комплекса активирует тирозинкиназу, запускающую процессы фосфорилирования внутриклеточных белков. Происходящее при этом аутофосфорилирование рецептора ведет к усилению первичного сигнала. Инсулин-рецепторный комплекс вызывает активирование фосфолипазы С, образование вторичных посредников инозитолтрифосфата и диацилглицерола, активацию протеинкиназы С, ингибирование цАМФ. Участие нескольких систем вторичных посредников объясняет многообразие и различия эффектов инсулина в разных тканях.
Рис. 6.22. Схема механизма действия инсулина на клетку-мишень.
Инсулин оказывает влияние на все виды обмена веществ, способствует анаболическим процессам, увеличивая синтез гликогена, жиров и белков, тормозя эффекты многочисленных контринсулярных гормонов (глюкагона, катехоламинов, глюкокортикоидов и соматотропина). Все эффекты инсулина по скорости их реализации подразделяют на 4 группы: очень быстрые (через несколько секунд) — гиперполяризация мембран клеток (за исключением гепатоцитов), повышение проницаемости для глюкозы, активация Na-K-АТФазы, входа К+ и откачивания Na , подавление Са-насоса и задержка Са2+; быстрые эффекты (в течение нес кольких минут) — активация и торможение различных ферментов, подавляющих катаболизм и усиливающих анаболические процессы; медленные процессы (в течение нескольких часов) — повышенное поглощение амиминокислот, изменение синтеза РНК и белков-ферментов; очень медленные эффекты (от часов до суток) — активация митогенеза и размножения клеток.
Важнейшим эффектом инсулина в организме является увеличение в 20—50 раз транспорта глюкозы через мембраны мышечных и жировых клеток путем облегченной диффузии по градиенту концентрации с помощью чувствительных к гормон) мембранных белковых переносчиков, называемых ГЛЮТ. В мембранах разных видов клеток выявлены 6 типов ГЛЮТ (рис. 6.23), но только один из них — ГЛЮТ-4 — является инсулинозависимым и находится в мембранах клеток скелетных мышц, миокарда, жировой ткани.
Инсулин влияет на угле водный обмен, что проявляется:
1) активацией утилизации глюкозы клетками,
2) усилением процессов фосфорилирования;
3) подавлением распад; и стимуляцией синтеза гликогена;
4) угнетением глюконеогенеза;
5) активацией процессов гликолиза;
6) гипогликемией.
Действие инсулина на белковый обмен состоит в: 1) повышении проницаемости мембран для аминоокислот; 2) усилении синтеза иРНК; 3) активации в печени синтеза aминокислот; 4) повышении синтеза и подавлении распада белка.
Рис. 6.23. Схема транспорта глюкозы через клеточные мембраны. Переносчики имеют общее название ГЛЮТ-1, 2, 3, 4, 5, 6. Только ГЛЮТ-4 является инсулинозависимым.
Основные эффекты инсулина на липидный обмен:
• стимуляция синтеза свободных жирных кислот из глюкозы;
• стимуляция синтеза липопротеиновой липазы в клетках эндотелия сосудов и благодаря этому активация гидролиза связанных с липо-протеинами крови триглицеридов и поступления жирных кислот в клетки жировой ткани;
• стимуляция синтеза триглицеридов;
• подавление распада жира;
• активация окисления кетоновых тел в печени.
Благодаря влиянию на клеточную мембрану инсулин поддерживает высокую внутриклеточную концентрацию ионов калия, что необходимо для обеспечения нормальной в возбудимости клеток.
Читайте также: Свойства хлопковой ткани таблица
Широкий спектр метаболических эффектов инсулина в организме свидетельствует о том, что гормон необходим для осуществления функционирования всех тканей, оргаганов и физиологических систем, реализации эмоциональных и поведенческих актов, поддержания гомеостазиса, осуществления механизмов приспособления и защиты организма от неблагоприятных факторов среды.
Недостаток инсулина (относительный дефицит по сравнению с уровнем контринсулярных гормонов, прежде всего глюкагона) приводит к сахарному диабету. Избыток инсулина в крови, например при передозировке, вызывает гипогликемию с резкими нарушениями функций центральной нервной системы, использующей глюкозу как основной источник энергии независимо от инсулина.
Сахарный диабет: влияние на метаболизм костной ткани
Резюме. И причина повышения риска переломов костей
Осложнения сахарного диабета и переломы костей, обусловленные остеопорозом, являются одними из наиболее важных причин заболеваемости и смертности у пациентов пожилого возраста и имеют множество особенностей, включая генетическую предрасположенность, молекулярные механизмы и факторы окружающей среды. Связь между этими двумя хроническими заболеваниями обусловливает вероятность того, что некоторые антидиабетические методы лечения могут влиять на метаболизм костной ткани.
Как гликемический, так и костный гомеостаз контролируются общими регуляторными факторами, которые включают инсулин, накопление конечных продуктов гликирования, гастроинтестинальные гормоны, остеокальцин и др. Этот фон позволяет отдельным фармакологическим агентам в рамках антидиабетической терапии влиять на метаболизм костной ткани из-за их косвенного воздействия на дифференцировку клеток и процесс ремоделирования кости. Исходя из этого, важно рассматривать переломы костей по причине их хрупкости как еще одно осложнение сахарного диабета и более подробно обсудить потребность в адекватном скрининге и профилактических мерах.
Сахарный диабет 2-го типа связан с повышенным риском перелома костей, хотя минеральная плотность костной ткани, согласно заявлениям некоторых ученых, не подвержена его влиянию или даже выше у пациентов с сахарным диабетом. Такая причинность обусловлена вероятностью сочетания признаков, включая продолжительность заболевания сахарным диабетом, недостаточный гликемический контроль, более высокий риск падения вследствие гипогликемии, остеопению, нарушения минеральной плотности костей и побочные эффекты лекарственных средств, что может привести к более высокому риску развития хрупкости и переломам костей.
К сожалению, в настоящее время имеется недостаток научных знаний о влиянии сахарного диабета и большинства антидиабетических методов лечения на костную ткань и риск переломов костей. В связи с этим бразильские ученые провели обзор с целью изучения влияния сахарного диабета 2-го типа на метаболические и механические свойства костной ткани и риск переломов костей, результаты которого опубликованы 19 октября 2017 г. в журнале «Diabetology & Metabolic Syndrome».
Распространенность сахарного диабета повысилась с ростом эпидемии ожирения главным образом из-за изменений образа жизни, навязанных современными условиями. Пациенты с плохо контролируемым сахарным диабетом 2-го типа подвержены повышенному риску развития осложнений этого заболевания, включая макрососудистые заболевания, ретинопатию, нефропатию, нейропатию и др. В последнее время некоторые ученые считают повышенный риск переломов костей по причине их хрупкости еще одним серьезным осложнением сахарного диабета.
Согласно результатам Роттердамского исследования, у лиц с сахарным диабетом 2-го типа выявлен повышенный (на 69%) риск переломов костей по сравнению со здоровыми людьми. Хотя, как это ни парадоксально, отмечено, что у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа повышена минеральная плотность костной ткани шейки бедренной кости и поясничного отдела позвоночника.
Остеопороз является одной из наиболее важных причин снижения минеральной плотности костной ткани, его диагностируют у около 200 млн женщин во всем мире. На долю женского населения в возрасте старше 50 лет приходится более 8,9 млн случаев переломов костей в год. Как сахарный диабет 2-го типа, так и остеопороз — хронические заболевания, которые значительно прогрессируют с возрастом, с возможным одновременным течением, распространенность которых стремительно повышается во всем мире.
Читайте также: Махровая ткань для халатов пушистая
Некоторые ученые отмечают, что сахарный диабет 2-го типа негативно влияет на прочность костей, причем независимо от минеральной плотности костной ткани. Более высокий риск перелома продемонстрирован в одном из исследований, где указано, что относительный риск перелома костей составляет 1,64 (95% доверительный интервал 1,07–2,51) у пациентов с сахарным диабетом по сравнению со здоровыми людьми даже после коррекции по минеральной плотности костей и дополнительным факторам риска их перелома.
В одном из перекрестных исследований с участием больных сахарным диабетом 2-го типа при помощи периферической количественной компьютерной томографии высокого разрешения и магнитно-резонансной томографии выявлены дефекты как кортикальной, так и трабекулярной кости. Также нарушается ремоделирование костной ткани, что подтверждается гистоморфометрическим ее анализом и является дополнительным фактором повышения риска переломов костей по причине их хрупкости у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа.
Эти же пациенты имеют повышенный риск всех клинических типов переломов костей, особенно это касается афроамериканской и латиноамериканской популяций. Старение, переломы костей в анамнезе, применение глюкокортикостероидов, более длительная продолжительность сахарного диабета и плохой гликемический контроль являются лишь некоторыми из множества возможных факторов. Как осложнения сопутствующих заболеваний, так и диабетические осложнения, такие как сенсорная нейропатия и нарушение зрения, предполагают больший риск падения. Кроме того, риск падения может также ассоциироваться, по крайней мере частично, с повышением частоты развития гипогликемии, постуральной артериальной гипотензии и сосудистых заболеваний, что способствует росту риска перелома костей по причине их хрупкости.
Изучено влияние уровня витамина D в крови на гликемический контроль и минеральную плотность костей у женщин с сахарным диабетом 2-го типа в постменопаузальный период. Витамин D играет фундаментальную роль в метаболизме костной ткани и может влиять как на риск развития сахарного диабета 2-го типа, так и на эффективность лечения пациентов с этим заболеванием. В некоторых исследованиях сообщается об обратной взаимосвязи между уровнями гликозилированного гемоглобина и витамина D в сыворотке крови, в то время как другие ученые выявили, что повышение уровня витамина D в крови улучшает гликемический контроль у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа.
Витамин D, по-видимому, стимулирует экспрессию рецепторов инсулина, поэтому дефицит этого витамина может быть связан с инсулинорезистентностью. Ученые попытались оценить влияние уровней витамина D в крови на гликемический контроль и метаболизм костной ткани, однако не смогли продемонстрировать четкую связь между уровнями этого витамина и контролем глюкозы или переломами костей по причине остеопороза, хотя сообщалось, что пациенты с низким гликемическим контролем имели более низкие уровни витамина D, чем лица в группе контроля.
Глюкозозависимый инсулинотропный полипептид и глюкагоноподобные пептиды-1 и -2 представляют собой гормоны, высвобождаемые кишечными энтероэндокринными K-клетками в двенадцатиперстной кишке, проксимальном отделе тощей кишки и из L-клеток, расположенных в дистальном отделе подвздошной и поперечно-ободочной кишке соответственно. Глюкозозависимый инсулинотропный полипептид и глюкагоноподобный пептид-1 секретируются сразу после приема пищи. Они сразу попадают в кровоток в их активной гормональной форме и взаимодействуют с рецепторами, связывающими G-белки, присутствующими в некоторых клетках и тканях-мишенях. Однако биоактивность этих двух гормонов ограничена быстрой деградацией и инактивацией ферментом дипептидилпептидазой-4, который присутствует в плазме крови и экспрессируется во многих тканях.
Читайте также: Ткань для фуршетной юбки
Глюкозозависимый инсулинотропный полипептид и глюкагоноподобный пептид-1 стимулируют высвобождение инсулина из β-клеток поджелудочной железы с целью ингибирования продукции глюкагона α-клетками. Эти гормоны активно влияют на метаболизм костной ткани, поскольку, как только пища поступает в организм, резорбция костной ткани подавляется. Во время поступления энергии в организм и избытка питательных веществ баланс склоняется к образованию костной ткани, тогда как при отсутствии энергии и питательных веществ усиливается ее резорбция.
Исходя из этого, глюкозозависимый инсулинотропный полипептид и, возможно, глюкагоноподобные пептиды-1 и -2 могут объяснять взаимосвязь между потреблением питательных веществ и подавлением резорбции или стимуляцией формирования костной ткани. Исследования показывают, что глюкагоноподобный пептид-2 может влиять на метаболизм костной ткани, действуя главным образом в качестве антирезорбтивного гормона, тогда как глюкозозависимый инсулинотропный полипептид может действовать как антирезорбтивный и анаболический гормон.
Дополнительным подходом к изучению влияния сахарного диабета на метаболизм костной ткани является оценка маркеров костного метаболизма в сыворотке крови, в частности остеокальцина и амино-терминального пропептида проколлагена I типа, уровень которых в крови снижается у пациентов с сахарным диабетом и обратно коррелирует с уровнями глюкозы в крови и количеством жировой ткани. Эта концепция поддерживает идею о том, что биохимические показатели формирования костной ткани ниже у пациентов с сахарным диабетом.
Указывается, что остеокальцин также играет весомую роль в энергетическом обмене. В своей определенной форме он стимулирует секрецию инсулина и повышает чувствительность как жировой, так и мышечной ткани к инсулину. Продемонстрирована обратная взаимосвязь между уровнем остеокальцина в крови и метаболическим синдромом, что указывает на то, что его пониженные уровни могут влиять на патофизиологию сахарного диабета 2-го типа.
Склеростин, экспрессируемый остеоцитами, также является негативным регулятором костного метаболизма. Отмечается, что пациенты с сахарным диабетом 2-го типа имеют более высокие уровни склеростина в сыворотке крови, что связано с повышенным риском переломов костей. Исследования также показывают, что уровни склеростина напрямую связаны как с продолжительностью сахарного диабета 2-го типа, так и с уровнем гликозилированного гемоглобина и обратно пропорциональны уровням маркеров метаболизма костной ткани.
Резюмируя результаты обзора, авторы пришли к выводам, что пациенты с сахарным диабетом 2-го типа имеют повышенный риск переломов костей по причине их хрупкости, которые не прогнозируемы измерениями минеральной плотности костной ткани. Этот более высокий риск, вероятно, является многофакторным. Несмотря на эти особенности, в настоящее время нет рекомендаций относительно целенаправленного рутинного скрининга или назначения профилактических препаратов при остеопорозе у пациентов с сахарным диабетом.
Адекватный гликемический контроль снижает этот риск, а также риск развития микро- и макрососудистых осложнений, что, следовательно, может способствовать снижению продукции конечных продуктов гликирования, уменьшению повреждения сосудов в целом и в костной ткани в частности, а также снижению риска падения. Сообщается о тесной взаимосвязи между костным и энергетическим метаболизмом, причем эта связь развивается с момента дифференцировки адипоцитов и остеобластов из одних и тех же мезенхимальных стволовых клеток.
У пациентов с гипергликемией процесс образования костной ткани угнетается, а все описанные механизмы способствуют худшему формированию и «качеству» костной ткани, что повышает риск переломов костей. По мнению ученых, в настоящее время важно рассматривать переломы костей по причине их хрупкости как дополнительное осложнение сахарного диабета и необходимо признать заболевание костей при сахарном диабете как специфическую патологию, а также более подробно обсудить необходимость адекватного скрининга и профилактических мер.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом