Глава 10 Сахар и островки

Глава 10

Сахар и островки

Теперь нам нужно рассмотреть органические компоненты пищи, которые не могут всасываться стенкой кишечника, пока не будут расщеплены на мелкие молекулы при помощи пищеварительных ферментов. Именно эти органические соединения обеспечивают организм топливом, они содержат атомы углерода и водорода, которые, объединяясь с кислородом, высвобождают энергию.

Органические компоненты в пище можно разделить на три группы: 1) углеводы, 2) белки и 3) жиры. Это разделение было придумано еще до того, как химикам стало известно строение молекул, и строилось оно главным образом на поведении веществ в воде, нежели на других их признаках.

Углеводы легко растворяются в воде или, по крайней мере, в кислоте. Жиры не растворяются в воде, и расщепить их можно только длительным нагреванием с щелочью. И жиры, и углеводы лучше растворяются в горячей воде, чем в холодной. Белки обычно растворимы в холодной воде, но могут совершенно не растворяться в горячей.

Простой химический анализ также выявляет различия между ними. Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода в приблизительной пропорции 10:20:10. Молекулы жиров состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, но в пропорции 10:20:1, то есть в них намного меньше кислорода. Белки также состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, но, кроме того, содержат азот и часто серу.

В наше время можно с большей точностью обнаружить структурные изменения, однако это не учебник по химии, и двух предыдущих параграфов будет вполне достаточно.

Начнем с углеводов.

Самым распространенным углеводом является крахмал. Это белое порошкообразное вещество, безвкусное и нерастворимое в холодной воде. В качестве основного органического компонента крахмал присутствует во многих растительных продуктах питания, таких, как картофель, рис, кукуруза, пшеница, морковь, бананы и так далее. В пище животного происхождения крахмала практически нет.

Крахмал может различаться по величине гранул в разных растениях и даже по химическому составу. Однако у всех видов крахмала есть нечто общее. Во-первых, все они состоят из крупных молекул из тысяч и даже миллионов атомов. Во-вторых, их молекулы состоят из шестиуглеродных элементов, объединенных между собой иногда в виде прямых цепочек, а иногда разветвленных.

Крахмал, нагретый в воде, с добавлением небольшого количества кислоты, расщепляется в местах соединения шестиуглеродных элементов, сами элементы при этом сохраняются. Этот процесс называется гидролизом, от латинских слов, означающих «расщепление в воде». Отдельным элементом, одинаковым во всех видах крахмала, является глюкоза.

Процесс гидролиза ускоряется пищеварительными ферментами, но это происходит в два этапа. В слюне находится фермент — слюнная амилаза, а в соке поджелудочной железы фермент — панкреатическая амилаза, обе амилазы очень похожи. Они производят постепенное расщепление крахмала на фрагменты, состоящие из двух элементов. (Слово «амилаза» происходит от латинского «крахмал».) Этот двуэлементный фрагмент глюкоза-глюкоза называется мальтозой.

Когда пища попадает в тонкую кишку, почти весь крахмал представляет собой мальтозу, и на этом заканчивается первый этап переваривания крахмала. Но даже молекула мальтозы слишком велика, чтобы пройти сквозь оболочки кишечника. Наступает вторая стадия пищеварения, когда в дело вступает еще один фермент пищеварительного сока. Этот фермент — мальтаза вызывает гидролиз молекулы мальтозы на две молекулы глюкозы. (Суффикс «аза» характерен для названий всех ферментов, кроме тех, которые были открыты и названы до того, как этот суффикс ввели в употребление.)

С образованием глюкозы начинается ее всасывание, крахмал достаточно расщепился и может теперь поступать в организм.

Когда крахмал при помощи кислоты или деятельности ферментов расщепляется на маленькие молекулы глюкозы, происходит два вида изменений его свойств: он становится более растворимым в воде и сладким на вкус. Мальтоза и глюкоза растворяются в воде и обладают умеренно сладким вкусом. Слово «глюкоза» происходит от греческого «сладкий». Маленькие молекулы углеводов, сладкие на вкус и растворимые в воде, обычно называются сахарами.

Еще одной гигантской углеводной молекулой, встречающейся в растениях и в нашей пище, является целлюлоза, о которой в предыдущей главе я говорил, что она не переваривается. Странно, но и она, подобно крахмалу, состоит из длинных цепочек, состоящих из молекул глюкозы. Однако в целлюлозе они соединяются, говоря языком химии, конденсируются, несколько иным способом. В организме животного нет ферментов, способных переварить целлюлозу, поэтому ее молекула прочнее, чем молекула крахмала.

Это пример многогранности проявления живой природы: объединенные одним способом строительные блоки могут служить пищей для растений и животных, а объединенные по-другому становятся надежной опорой для деревьев высотой несколько метров и крепкими конструкциями для наших домов.

Существует два вида сахаров, играющих важную роль в питании человека. Во-первых, это обычный столовый сахар — сахароза, выражаясь терминами профессиональных химиков. Как и мальтоза, сахароза состоит из двух шестиуглеродных молекул, которые отличаются одна от другой. Одна из них — глюкоза, а другая — фруктоза, еще один шестиуглеродный сахар, похожий на глюкозу, но с расположенными в ином порядке двумя атомами водорода. Свойства соединения зависят не только от вида атомов и их количества, но и от их точного расположения в молекуле. Нечто подобное наблюдается в нашей системе исчисления: сразу заметна разница между двумя числами — 120 и 210.

Сахароза, как и мальтоза, не усваивается в тонкой кишке, она также должна подвергнуться расщеплению. В пищеварительном соке существует фермент — сахараза, который расщепляет сахарозу на отдельные молекулы — легко усваиваемые глюкозу и фруктозу.

Иногда для выявления небольших изменений в расположении атомов не требуется сложный химический анализ. Даже незначительные изменения могут ярко проявляться. Например, фруктоза, хотя почти и не отличается от глюкозы, однако вдвое слаще ее. Порошок фруктозы, поглощая воду из воздуха, превращается в твердый конгломерат, а глюкоза в порошке остается относительно сухой и рассыпчатой. Поэтому их можно отличить и по виду.

Второй вид сахара находится только в молоке и называется лактозой (от латинского «молоко») или иногда молочным сахаром. Как и сахароза, он состоит из двух молекул, одной из которых является глюкоза. Однако вторая — галактоза (от греческого «молоко») — еще один шестиуглеродный сахар, лишь слегка отличающийся от глюкозы и фруктозы расположением атомов. Лактоза сама по себе не усваивается, однако пищеварительный фермент лактаза расщепляет ее на глюкозу и галактозу.

Лактоза является необычным сахаром: она почти безвкусна. Возможно, потому, что это одна из важнейших составных частей молока, где ее содержится до 4 %. Молоко — основной продукт питания детенышей млекопитающих и, возможно, должно быть почти безвкусной пищей, чтобы в дальнейшей жизни у детеныша не выработалось вкусовых ассоциаций, связанных с молоком.

Прежде чем я закончу разговор об углеводах в нашей пище, нужно сказать, что глюкоза и фруктоза в виде отдельных молекул находятся в некоторых фруктовых соках. Иногда глюкозу называют виноградным сахаром, а фруктозу — фруктовым сахаром. После сбора нектара пчелы расщепляют сахарозу на глюкозу и фруктозу и превращают эту смесь в мед. Во фруктах и меде содержится некоторое количество глюкозы и фруктозы, которые, как вода и ионы минералов, могут проходить сквозь стенки кишечника без изменений.

Все сводится к одному: хотя в пищеварительный тракт углеводы попадают в разных видах, только фруктоза, глюкоза и галактоза проникают сквозь стенки кишечника. Оказавшись внутри клеток, фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу (организм может легко изменять расположение атомов водорода), и только она попадает из клеток в кровь.

В итоге весь процесс переваривания и усвоения углеводов заканчивается следующим образом: в кровь попадает исключительно глюкоза. По этой причине ее иногда называют сахаром крови.

Оказавшись в крови, глюкоза растворяется в плазме и переносится к клеткам организма, так же как и кислород переносится эритроцитами. Клетки берут необходимые им глюкозу и кислород и, объединяя их, вырабатывают углекислый газ, воду и энергию. Глюкоза является топливом клеток, а кровь — конвейером, переносящим это топливо и кислород клеткам, каждая из которых может брать то, что нужно, и столько, сколько нужно, но не больше.

Существует значительное различие между накоплением кислорода и накоплением глюкозного топлива. Человек в минуту делает шестнадцать вдохов, поэтому запас кислорода постоянно обновляется и его содержание в крови находится на постоянном уровне. Однако в среднем мы едим всего три раза в день, к тому же с разными интервалами. После одного приема пищи в кровь попадает глюкоза, но потом пополнения ее запаса может не происходить несколько часов или даже дней.

В любой крайности таится смертельная опасность. Слишком маленькое количество глюкозы приведет к голоданию клеток, а слишком большое превратит кровь в густой сироп, который не сможет течь по сосудам. Крайностей следует избегать, и в этом нам помогает печень.

Вот как происходит этот процесс. Различные капилляры, пронизывающие ворсинки стенок кишечника, несут свою порцию глюкозы в большой кровеносный сосуд — воротную вену. По ней кровь поступает в печень. Там воротная вена разделяется на многочисленные мелкие сосуды, которые крупнее капилляров и которые называются синусоидными. Таким образом, кровь по сложным запутанным ходам проходит через каждую дольку печени.

Для того чтобы пройти через всю печень, требуется некоторое время, и клетки печени в этот период усваивают почти всю глюкозу, находящуюся в крови. Пройдя через печень, кровь попадает в другой сосуд — печеночную вену, которая ведет в нижнюю полую вену, оттуда в сердце и в конце концов вступает в круг кровообращения.

Покинув печень, кровь несет в себе необходимый для обеспечения организма запас глюкозы. Это около 0,9 грамма глюкозы на литр крови или примерно 5 граммов в общем запасе крови взрослого человека.

Вам это количество может показаться большим, однако это не так. Каждый день взрослый человек потребляет, как минимум, 1700 килокалорий энергии. Если у вас сидячая работа, вы потребляете 2500 килокалорий, если же вы заняты физическим трудом, то 4000 килокалорий или больше.

Но 5 граммов глюкозы содержат всего 20 килокалорий. Это достаточно для поддержания жизнедеятельности организма в течение десяти или пятнадцати минут даже при легкой работе. Конечно, какое-то время пищеварительный тракт продолжает передавать в кровь свежие запасы глюкозы, которая избежала усвоения печенью, так что вы сможете продержаться немного дольше. Но рано или поздно усвоение пищи закончится, и запасы глюкозы иссякнут. До следующего приема пищи могут пройти часы, дни или даже недели, однако уровень глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне. Как же это происходит? Прежде всего печень выполняет две обязанности. Она не только поглощает глюкозу, но и отдает ее.

Как только кровь в воротной вене наполняется глюкозой после завершения процесса пищеварения, печень начинает забирать глюкозу из крови. Какую-то часть она использует для своих нужд, но основное количество просто запасает. Печень не может хранить глюкозу в том виде, в каком она есть, то есть как растворимое соединение, потому что в таком случае глюкоза будет как входить, так и выходить из клеток печени, что сделает невозможным протекание нормальных химических процессов.

Для того чтобы остаться в клетке, глюкоза должна превратиться в нерастворимое вещество, которое можно, так сказать, положить куда-нибудь в уголок, чтобы оно никому не мешало. Для этого клетки печени соединяют молекулы глюкозы в большую цепочку, как у крахмала. Тогда получается новое соединение, которое иногда называют животным крахмалом, но гораздо чаще — гликогеном.

Пока продолжается пищеварение, в клетках печени откладывается много гликогена в виде маленьких крахмалистых гранул. Но наступает время, когда вся пища переварена и усвоена и кишечник временно опустел. Кровь, проходящая из кишечных капилляров по воротной вене, уже не насыщена глюкозой, потому что она обошла весь организм, и все его клетки забрали свою долю глюкозы.

Когда такая кровь начинает проходить по синусоидным сосудам печени, начинается обратный процесс превращения гликогена. Молекулы гликогена расщепляются, образуется глюкоза, которая выходит в кровь через мембрану клеток печени. Таким образом, уровень глюкозы в крови увеличивается до необходимого значения — не больше и не меньше. Кстати, слово «гликоген» в переводе с греческого означает «производящий сладость».

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.

Чтобы это равновесие регулировалось еще более тонко, в процессе участвует второй гормон, также выделяемый островками Лангерганса. Островки состоят из двух видов клеток — альфа-клеток и бета-клеток, по первым двум буквам греческого алфавита. Инсулин вырабатывают бета-клетки. Альфа-клетки вырабатывают гормон глюкагон.

Глюкагон обладает противоположным инсулину эффектом, поэтому на концентрацию глюкозы в крови реагируют две противоположные силы. Клетки островков отвечают на уровень глюкозы выделением того или иного гормона, и тогда концентрация глюкозы изменяется в нужном направлении.

Почему же из этих двух гормонов именно инсулин является самым важным регулятором этого баланса? (Возможно даже, что не один из двух, а один из трех, поскольку есть еще гормон гипофиза, обладающий сходными с глюкагоном свойствами.) Причина — трудно сказать какая, но при диабете сбои происходят именно в выработке инсулина, а не других гормонов, и поэтому именно он в данном случае так важен для человека.

У больных диабетом островки теряют способность вырабатывать инсулин. Снижения уровня глюкозы не происходит, поэтому ее концентрация в крови все время возрастает. Если этот уровень доходит до определенного значения (обычно на 50 % выше обычного), то достигается почечный порог. Через почечные канальцы проходит так много глюкозы, что она не успевает всасываться обратно в кровь. С одной стороны, это хорошо, поскольку слишком высокий уровень содержания глюкозы в крови может нанести вред. Однако глюкоза начинает выделяться с мочой, и, хотя почки действуют как защитный клапан, это показатель неспособности организма перерабатывать глюкозу.

В крайних случаях в моче содержится столько глюкозы, что она становится сладкой на вкус. Поэтому вполне оправдано название диабета — «сахарный».

При некоторых обстоятельствах можно проверить наличие диабета, взяв анализ мочи на сахар. Например, несколько капель мочи нагреваются с раствором Бенедикта (он среди всего прочего содержит сульфат меди и имеет насыщенный голубой цвет). Если в моче нет сахара, цвет раствора не изменится. Если же в ней присутствует глюкоза, через несколько минут при нагревании сульфат меди перейдет в закись меди. Это кирпично-красное вещество не растворяется в воде, поэтому оно выпадает в осадок, опускающийся на дно пробирки. Голубой цвет исчезает, что свидетельствует о «положительном» результате.

Сегодня существует еще более доступный метод. Выпускаются специальные полоски длиной около пяти сантиметров, пропитанные двумя ферментами — дегидрогеназой глюкозы и пероксидазой, а также органическим веществом, которое называется ортотолидином. Если такую полоску опустить в мочу, не содержащую глюкозы, полоска сохранит свой исходный желтоватый цвет.

Что случится, если в моче есть глюкоза? Из-за присутствия на полоске дегидрогеназы глюкоза в моче вступит в реакцию с кислородом в воздухе, вследствие чего образуется перекись водорода. В присутствии пероксидазы перекись водорода присоединится к ортотолидину и образуется насыщенно-голубое вещество. Все это звучит очень запутанно, однако если опущенная в мочу полоска станет синей, значит, у человека далеко не все в порядке со здоровьем.

Результаты этой пробы более надежны, чем анализ с помощью раствора Бенедикта. Иногда в моче содержатся вещества, не имеющие отношения к диабету, которые переводят сульфат меди в закись меди. В итоге получается ложный положительный результат. Шансы появления такого результата при проверке полоской практически равны нулю.

Обычно моча проверяется на сахар, когда человек хочет получить медицинскую страховку или его призывают в армию. Врачи должны постоянно проводить такие анализы. Диабет — самое распространенное нарушение обмена веществ, которое может настигнуть каждого человека в любом возрасте, хотя часто оно передается по наследству.

Слово «метаболизм» обозначает все химические реакции, происходящие в живых тканях, поэтому нарушения метаболизма вызывают расстройство деятельности всего организма. В отличие от инфекционных заболеваний, при которых химические процессы задействованы косвенно в результате внедрения в организм чужеродных микроорганизмов, нарушениями метаболизма нельзя «заразиться». С другой стороны, против них также нельзя сделать прививку. С появлением антибиотиков и современных инсектицидов количество инфекционных болезней уменьшилось, но на смену им пришли нарушения обмена веществ.

Диабет, как и многие другие заболевания, намного легче лечить, если он обнаружен на ранней стадии. В этом случае велики шансы, что при помощи диеты и упражнений удастся избежать применения инсулина. Для этого недостаточно одних анализов мочи. Когда содержание глюкозы в крови переходит почечный порог и сахар попадает в мочу, диабет находится уже в запущенном состоянии.

Более точным анализом является тест на переносимость глюкозы. У здорового человека уровень глюкозы в крови несколько поднимается после еды, когда глюкоза попадает в воротную вену, но быстро снижается до нормального уровня, когда глюкоза стимулирует выделение инсулина. Однако у человека с начальной стадией диабета повышенный уровень глюкозы после еды понижается значительно медленнее, потому что выработка инсулина идет более вяло.

Этот эффект можно сделать более ярко выраженным, если на голодный желудок дать человеку выпить раствор глюкозы. Содержание глюкозы в крови быстро поднимается, и островки должны работать активнее, чтобы снизить ее уровень. Перед анализом, а также после него через определенные промежутки времени берутся пробы крови. У здорового человека содержание глюкозы в крови опустится до нормального уровня в течение двух часов. Если через три часа и более уровень глюкозы остается высоким, вероятно, у пациента начальная стадия диабета.

Иногда такие показатели наблюдаются у тучных людей и приходят в норму после снижения веса. С другой стороны, случаи возникновения диабета у полных людей встречаются намного чаще, чем у людей с нормальным весом. Это одна из опасностей, подстерегающих людей, любящих поесть, и еще не самая страшная.

Диабет нельзя вылечить. Невозможно заставить островки Лангерганса функционировать нормально. Однако больной может вести обычный образ жизни и не иметь неприятных симптомов, если в его организм инсулин будет поступать извне.

У инсулиновой терапии есть и свои сложности. Опасно введение слишком большой или слишком маленькой дозы гормона, поскольку нельзя допускать слишком сильного снижения уровня глюкозы в крови. Слишком большое количество инсулина и, как следствие, падение концентрации глюкозы ниже нормальных значений вызывает потерю сознания (инсулиновый шок), поэтому больной диабетом должен всегда носить с собой сахар, чтобы быстро восстановить уровень глюкозы при первых признаках недомогания.

Количество инсулина зависит от степени активности ослабленных островков и должно определяться врачом. Обычно используются специальные препараты инсулина, чтобы он не слишком быстро оказывал свое действие. В сочетании с неактивным белком он будет оказывать более длительное воздействие, так как для отделения инсулина от белка необходимо время. Такие препараты пролонгированного действия можно вводить реже.

Больной должен тщательно следить за своей диетой и даже взвешивать то, что он ест, поскольку если он съест слишком много или мало, то изменит свою потребность в инсулине. Переедание еще опаснее, и в странах с низким уровнем жизни, где обычно полуголодное существование, диабет встречается реже. В странах с высоким уровнем жизни, где происходило временное снижение качества жизни из-за войны, как в Великобритании в начале 1940-х годов, также снижалось и количество случаев заболевания диабетом. Диабет — одно из немногих заболеваний обмена веществ, которые чаще поражают женщин, чем мужчин, и причина этого неизвестна.

Все вышесказанное свидетельствует о хрупкости нашего организма и о его совершенстве, когда он работает правильно. У здорового человека секреция инсулина регулируется островками, с тем чтобы содержание гормона в крови соответствовало уровню глюкозы. Если мы попробуем контролировать этот процесс, так сказать, вручную, когда отказывают естественные механизмы, то результат обычно бывает непредсказуемым, хотя, конечно, это лучше, чем ничего.

Одним из недостатков инсулиновой терапии является то, что препараты инсулина необходимо вводить в виде инъекций. Это неизменно влечет за собой наличие шприца, необходимость делать укол и прочие неудобства. Дела обстояли бы намного проще, если бы инсулин выпускали в виде порошка или таблетки и его можно было проглотить. К сожалению, это исключено. Молекула инсулина представляет собой белок, который в пищеварительном тракте быстро переваривается, не оказывая воздействия.

Пока также отсутствуют заменители инсулина, которые бы не разрушались в желудке и выполняли непосредственные функции инсулина. Более пятидесяти лет назад группа британских химиков под руководством Фредерика Сенгера занялась изучением молекулы инсулина, пытаясь определить ее точную структуру. Они использовали те же общие методы, которые описаны в главе 7 в связи с определением аминокислотного состава гемоглобинов. Именно группа Сенгера довела эти методы до совершенства.

К 1953 году исследования увенчались успехом. Самый маленький вариант инсулиновой молекулы состоит из сорока восьми аминокислот, положение каждой из них точно установлено. К сожалению, на этом работа застопорилась. Ничто в молекулярной структуре не говорило о том, что можно создать нечто более простое. Любые изменения молекулы инсулина, даже не нарушающие ее сложное строение, полностью лишали ее активности. Биохимики зашли в тупик.

Однако существовал совершенно иной подход к этой проблеме, который возродил надежду на возможность внутреннего использования препарата. Гормон должен не только быстро вырабатываться по мере необходимости, но и столь же быстро уничтожаться. Если уровень глюкозы в крови падает и островки снижают выработку инсулина, концентрация глюкозы восстанавливается. Однако скорость реакции сдерживается тем, что в крови и тканях еще есть инсулин, выделенный островками. Если этот «старый» инсулин можно уничтожить одновременно с выделением «нового», быстрота и точность реакции будут увеличены.

Инактивация «старого» инсулина производится при помощи фермента — инсулиназы. Больные, чей организм вырабатывает недостаточно инсулина, не могут вырабатывать его больше при помощи известного нам лечения, но можно сдерживать инактивацию инсулина, если будет найдено вещество, уменьшающее активность инсулиназы, но не препятствующее работе других ферментов.

Такие инсулиназы, снижающие активность вещества, были найдены. Они в неизменном виде усваиваются организмом с пищей, поэтому их можно принимать внутрь. Их можно синтезировать без особых трудностей, поэтому нет необходимости убивать животных, у каждого из которых только одна поджелудочная железа. Остается только убедиться, что организму не будет нанесен вред.

Конечно, чтобы такие «таблетки от диабета» действовали, организм должен вырабатывать хотя бы ничтожное количество инсулина. Обычно так происходит с людьми, у которых диабет развивается в зрелом возрасте. У детей диабет протекает более тяжело, и часто у них вовсе не вырабатывается инсулин. Снижение активности инсулиназы у детей ни к чему не приведет, и пока ничто не может заменить им инъекций инсулина.

Я уже упомянул, что инсулин вызывает поступление глюкозы из крови в клетки. Существует два взгляда на то, как это удается инсулину. Согласно одному из них инсулин воздействует на определенный фермент.

Например, сразу после проникновения глюкозы в клетку она превращается в соединение, которое носит название глюкозо-6-фосфата. Эта реакция протекает под управлением фермента — глюкокиназы. Если ткань, содержащую этот фермент, снабдить глюкозой и другими необходимыми веществами, глюкоза исчезнет, а ее место займет глюкозо-6-фосфат. Если добавить немного инсулина, реакция пройдет еще быстрее.

Очевидно, инсулин ускоряет действие глюкокиназы или нейтрализует воздействие другого гормона, снижающего активность глюкокиназы, в любом случае результат один и тот же. Как только в клетке печени образуется глюкозо-6-фосфат, он, пройдя несколько этапов химических преобразований, превращается в гликоген и откладывается про запас. Если он формируется в других клетках, то может распасться до углекислого газа и воды с высвобождением энергии для нужд клетки.

В любом случае глюкоза быстро исчезает из клетки, и туда из крови должны поступать новые порции глюкозы.

Если инсулина недостаточно, глюкокиназа малоактивна и глюкозо-6-фосфат образуется медленно. Глюкоза из клетки исчезает также очень медленно, и так же вяло протекает процесс поступления ее в клетки. Глюкоза накапливается в крови, и возникают симптомы диабета.

В настоящее время больше принята другая точка зрения, согласно которой инсулин выполняет более общую функцию. Дело в том, что клеточная мембрана — не просто пассивная граница между клеткой и внешним миром, не просто барьер с микроскопическими отверстиями, через которые могут проникнуть одни молекулы и не могут другие.

В предыдущей главе, рассказывая об ионах натрия и калия, я заметил, что большинство ионов калия сосредоточены в клетке, а большинство ионов натрия остаются за ее пределами, хотя оба вида ионов свободно проникают сквозь клеточные мембраны.

Очевидно, у клетки есть какой-то механизм, позволяющий одним молекулам или ионам проникать сквозь мембрану, в то время как другие такого же размера через нее не проходят. Более того, молекулы или ионы могут проходить через мембрану только в одном направлении. Такой процесс, неизбежно влекущий за собой затраты энергии, не может выполняться мертвой клеткой, и называется он активным транспортиртом. Некоторые ученые считают, что в мембране существуют особые белки — пермеазы, которые обеспечивают односторонний транспорт ионов через мембрану.

Точно установлено, что глюкоза попадает в клетки при помощи активного транспортирта. Она проникает в клетки кишечника из пищеварительного тракта намного быстрее подобных ей сахаров даже меньшего размера. С такой же быстротой и легкостью она попадает из крови в клетки.

Правда, средством, используемым для этой цели, может быть снижение концентрации глюкозо-6-фосфата в клетке, что приведет к дополнительному захвату ею глюкозы. Однако биохимики, придерживающиеся второй точки зрения, утверждают, что быстрое проникновение глюкозы в клетку зависит от клеточной мембраны. Они утверждают, что молекулы инсулина, взаимодействуя с клеточной мембраной, изменяют ее свойства.

Лично мне больше по душе вторая точка зрения: если она верна, то можно объяснить деятельность гормонов вообще. Каждый гормон, взаимодействуя с мембраной клетки, способен управлять скоростью прохождения различных веществ через нее и тем самым контролировать функции всего организма.