Сахарный диабет и его патохимия

Среди эндокринной патологии сахарный диабет (СД) занимает одно из первых мест. В настоящее время число больных СД превышает 100 млн., в России страдает более 8 млн. По определению экспертов ВОЗ, это состояние хронической гипергликемии, обусловленной длительным воздействием экзогенных или генетических факторов, или их комплексом.

Выделяют две формы СД:

Инсулинзависимый сахарный диабет (ИЗСД) – встречается чаще у детей и у лиц молодого возраста, в основе лежит абсолютный дефицит инсулина, обусловленный, в первую очередь, генетической предрасположенностью;

Инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНСД) – (диабет пожилых) провоцируется обычно относительным недостатком инсулина.

Установлен полигенный характер наследования, следствием чего могут быть:

синтез биологически неактивного инсулина из-за нарушения аминокислотной последовательности;

замедление конверсии препроинсулина в активный гормон;

снижение количества рецепторов к инсулину;

уменьшение их сродства (аффинности) к гормону;

аутоиммунные процессы (выработка аутоантител к инсулину или рецепторам).

Среди факторов, провоцирующих развитие СД, следует выделять:

диетические погрешности – нарушение баланса между количеством поступающих с пищей энергоисточников и количеством выделенной и использованной энергии в пользу первых, что сопровождается ожирением;

деструкция поджелудочной железы (травма, панкреатит, гемохроматоз);

стрессовые ситуации;

хроническая гиперсекреция контринсулярных гормонов (АКТГ, СТГ, глюкокортикостероиды, катехоламины, тироидные гормоны);

действие вирусов, запускающих аутоиммунные реакции и др.

Полисимптомная клиника СД объясняется многоликими нарушениями в метаболизме, возникающими вследствие абсолютного или относительного дефицита инсулина. Основными органами-мишенями этого гормона являются печень, жировая и мышечная ткани. После взаимодействия его с рецептором образовавшийся комплекс внедряется в клетку путем пиноцитоза. Основным механизмом действия инсулина является его способность стимулировать активный транспорт глюкозы, ВЖК, аминокислот, нуклеотидов, фосфатов, К+ через плазмолемму, что обеспечивает их использование в клетке (схема 1, табл. 1.). Длительный дефект действия данного биологически активного вещества приводит к повреждению этого механизма. Чтобы восстановить в клетке энергоисточники, в первую очередь, глюкозу, увеличивается выброс контринсулярных гормонов, усиливающих или гликогенолиз, или глюконеогенез (схема 2, табл. 2.) – оба процесса стремятся нормализовать гомеостаз вышеуказанного углевода. Но часть из них воздействует через цАМФ, фосфорилируя ферменты, или активирует (фосфорилазу гликогена), или ингибируют тем самым (пируват-, ацетилкарбоксилазу) их.

Таблица 1 Эффекты инсулина в органах-мишенях

Таблица 2 Действие гормонов на процессы метаболизма

Схема 1. Пути использования глюкозы гепатоцитом

Схема 2. Синтез глюкозы из неуглеводных компонентов (глюконеогенез)

Биохимические признаки СД

Гипергликемия. В норме содержание глюкозы в крови довольно стабильно (натощак в пределах 3,5 – 5,5 ммоль/л). Источником эндогенной глюкозы служат гликогенолиз и глюконеогенез, происходящие в печени, откуда глюкоза, предварительно лишившись с помощью глюкозо-6-фосфатазы кислотного остатка, способна преодолеть мембрану и попасть в общий кровоток. Дефицит инсулина вызывает угнетение активности гексокиназы, ферментов гликолиза, гликогеногенеза, пентозофосфатного пути (ПФП), сопровождается усилением секреции контринсулярных гормонов, стимулирующих глюконеогенез, гликогенолиз – в целом все перечисленное провоцирует гипергликемию (схема 1).

Гиперлактацидемия. В норме величины молочной кислоты в крови не превышают 2,2 ммоль/л. Она образуется в клетках только из ПВК, источниками последней служат гликогенолиз и последующий гликолиз. Обычно последний процесс происходит в аэробных условиях и заканчивается образованием ПВК, которая или вступает в окислительное декарбоксилирование, или преобразуется в оксалоацетат (ОА) (схема 1). Оба продукта ОА и ацетиКоА, конденсируясь, запускают цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). При СД фосфорилирование пируваткарбоксилазы, вызванное избыточной секрецией контринсулярных гормонов, обусловливает угнетение использования ПВК в синтезе ОА. Гликозилированный гемоглобин (Hb) (см. ниже) – приводит к развитию гипоксии, что провоцирует подавление аэробных процессов (ЦТК, окислительного декарбоксилирования ПВК). Указанные моменты сопровождаются накоплением восстановленного НАД+, который используется в лактатдегидрогеназной реакции с получением молочной кислоты.

Гликозилирование биополимеров (полисахаридов, полипептидов). При хронической гипергликемии изменяется соотношение глюкозы клетки и глюкозы крови в пользу последней, поэтому данный моносахарид преодолевает мембрану клетки-мишени путем облегченной диффузии. Но для того, чтобы он мог быть использован для нужд клетки, его необходимо фосфорилировать. Активность мембранной гексокиназы из-за недостаточности инсулина угнетена, а активность цитоплазматического варианта этого фермента невелика, что не позволяет всей глюкозе использоваться обычным путем. Она начинает преобразовываться инсулин-независимыми способами. Часть ее в начале восстанавливается в сорбит, который потом может окислиться во фруктозу. Появление и накопление этих веществ (глюкозы, сорбита, фруктозы) в необычных количествах грозит патологическим ростом осмотического давления. Но главная опасность в способности глюкозы реагировать с ОН-, NH2-группами белков, полисахаридов даже в отсутствии ферментов (реакция называется гликозилированием), что приводит к нарушению конфигурации их молекул, к изменению свойств.

В эритроцитах здорового человека может находиться до 6% гликозилированного Hb (HbAic), у больных СД его количество увеличено. Он обладает повышенным сродством к кислороду и обусловливает развитие гипоксии в различных тканях.

Гликозилирование альбуминов и глобулинов характеризуется повреждением их транспортной функции (перенос Fe, Cu, билирубина). Подобная модификация коллагена нарушает функции всех видов соединительных тканей (мелких и крупных сосудов – ангиопатии, сосудистых клубочков почек – нефропатии, хрящевой ткани – парадонтоз, артриты и артрозы). Гликозилирование ЛПНП снижает их сродство к рецепторам фибробластов, отвечающих за их катаболизм. Накопление ЛПНП грозит не только развитием атеросклероза. Их мицеллы, агрегируя на эритроциты, увеличивают толщину их плазмолемм, уменьшают тем самым скорость диффузии кислорода, способствуют гипоксии. Гликозилирование кристаллина и глюкозаминогликанов хрусталика повреждает его прозрачность (провоцирование катаракты). Подобная реакция с белками миелиновой оболочки нарушает функционирование нервных волокон (нейропатии). При взаимодействии фибрина с глюкозой замедляется скорость его деградации. Даже сам инсулин тоже гликозилируется, естественно, также меняются его свойства.

Увеличение уровня высших жирных кислот (ВЖК) в крови. Этот симптом обусловлен дефицитом инсулина, поэтому нарушается транспорт ВЖК в клетки-мишени. Мало того, параллельная гиперсекреция контринсулярных гормонов, обладающих липолитическим действием (адреналин, тироидные гормоны, СТГ) (схема 2) – увеличивает в крови концентрацию свободных жирных кислот.

Изменение массы тела. Если дефицит инсулина носит первичный характер, следовательно заторможен синтез липидов, угнетена диффузия ВЖК в липоциты, угнетенно окислительное декарбоксилирование ПВК и ПФП (поставщики ацетил-КоА и восстановленного НАДФ+ соответственно) – основные участники биосинтеза ВЖК. Если при этом регистрируется гиперсекреция контринсулярных гормонов, то еще усиливается и липолиз. Такой вариант диабета встречается чаще у детей и юношества (диабет худых). ИНСД развивается обычно в зрелом возрасте, его провоцирует переедание, панкреатит, усиленная выработка контринсулярных гормонов, стрессы – результатом чего служит гипергликемия, индуцирующая повышенную секрецию инсулина, который обеспечивает преобразование избыточной глюкозы в нейтральный жир (ожирение). Однако такая работа поджелудочной железы в форсированном режиме быстро истощает ее, что и заканчивается развитием СД, но на фоне ожирения.

Гиперкетонемия. В крови здорового человека регистрируется ацетоуксусная и в-оксимасляная кислоты – продукты альдольной конденсации ацетил-КоА. При СД скорость этой реакции возрастает, т.к. нарушено взаимодействие ацетил-КоА с ОА для своевременного запуска ЦТК. Это обусловлено нарушением стехиометрии ацетил-КоА и ОА, т.к. угнетено преобразование ПВК в ОА (схема 1) из-за подавления активности пируваткарбоксилазы (см. выше – гиперсекрецию контринсулярных гормонов). Мало того, в развитии гиперкетонемии свой вклад вносит усиление использования с энергетической целью аминокислот (т.к. снижена скорость гликолиза и сопряженных с ним аэробных процессов катаболизма), а метаболитами распада кетогенных аминокислот (валина, лейцина, изолейцина, фенилаланина, тирозина) являются кетоновые тела. Чтобы предотвратить высокую гиперкетонемию, организм используя особенности строения и свойств ацетоацетата, декарбоксилирует последний. Образовавшиеся при этом СО2 и ацетон легко выделяются через легкие.

Гиперхолестеринемия. Обычно у больных СД уровень холестерина в крови превышает 6 ммоль/л. Это объясняется тем, что образовавшийся в печени цитрат из ацетил-КоА и ОА по большей своей части не способен распадаться в ЦТК из-за гипоксии. Поэтому, выходя из митохондрий, он в цитоплазме расщепляется на свои исходные соединения. Цитоплазматический ацетил-КоА (схема 1) может служить субстратом в синтезе или ВЖК, или холестерина. Но, чтобы индуцировать образование ВЖК, требуется получить малонил-КоА путем карбоксилирования ацетил-КоА. Как отмечено выше, фермент этой реакции угнетается контринсулярными гормонами, и весь вышедший из митохондрий ацетил-КоА направляется на синтез холестерина.

Гипертриацилглицеролемия. Наблюдающаяся у больных СД повышенная концентрация ВЖК в крови (см. выше) способствует их проникновению в цитоплазму гепатоцитов. Но использования ВЖК с энергетической целью не растет, т.к. они не могут преодолеть мембрану митохондрий (из-за дефицита инсулина нарушена работа переносчика – карнитиновой системы). И накапливаясь в цитоплазме клеток, жирные кислоты используются в липогенезе (жировое перерождение печени), включаются в ЛПОНП и выделяются в кровь.

Дислипопротеидемия. Все выше перечисленные сдвиги в липидном метаболизме (усиленный синтез холестерина, гликозилирование ЛП) способствуют накоплению ЛПОН, ЛПНП с одновременным снижением значений ЛПВП.

Нарушение перекисного гомеостаза. Как известно, гипоксия, характерная для СД, служит одним из индукторов ПОЛ. Мало того из-за угнетения ПФП снижается восстановление НАДФ+, так необходимого в качестве компонента антирадикальной защиты.

Гиперазотемия. Традиционно этим термином обозначают сумму величин низкомолекулярных азотсодержащих соединений (мочевину, аминокислоты, мочевую кислоту, креатин, креатинин и др.). Гипераминоацидемия при СД обусловлена: 1) нарушением проницаемости мембран для аминокислот; 2) замедлением использования аминокислот в биосинтезе белков, т.к. снижена скорость ПФП – источника рибозо-5-фосфата – облигатного компонента мононуклеотидов – участников синтеза РНК – матрицы в синтезе протеинов (схема 1). Оба (1,2) повреждения обусловлены дефицитом инсулина. А многие контринсулярные гормоны в избытке обладают катаболическим эффектом (табл. 2), т.е. активируют протеолиз, что также обеспечивает гипераминоацидемию.

Кроме того, нарушение использования глюкозы с энергетической целью при СД за счет действия тех же контринсулярных гормонов вызывает усиление глюконеогенеза (схема 2), в первую очередь, из аминокислот и ускорение распада кетогенных аминокислот с образованием кетоновых тел – неплохих источников энергии. Одним из конечных продуктов обоих преобразований будет аммиак, обезвреживаемый путем синтеза мочевины. Следовательно, при СД в крови регистрируется повышенный уровень этого вещества (гиперкарбамидемия).

Снижение защитных сил. Вследствие дефицита инсулина замедлена скорость синтеза белков (см. выше), в том числе иммуноглобулинов. Мало того часть, из них после гликозилирования (см. выше) теряет свои свойства, отсюда объяснимо развитие у больных гнойничковых заболеваний, фурункулеза и т.д.

Повышение осмотического давления крови из-за накопления различных низкомолекулярных соединений (глюкозы, амино-, кетокислот, лактата, ПВК и т.д.).

Дегидротация (обезвоживание) тканей, вследствие повышения осмотического давления крови.

Ацидоз, из-за накопления кислых продуктов (ацетоацетата, в-оксибутирата, лактата, пирувата и т.д.).

Различные – урии. Глюкозурия, кетонурия, аминоацидурия, лактатацидурия и т.д. – из-за превышения их величинами почечного порога.

Повышение удельной плотности мочи, из-за развития различных – урий.

Полиурия. а) Для выведения различных веществ требуется дополнительное количество воды;

б) из-за полидипсии.

Полидипсия. Повышена жажда из-за увеличения осмотического давления в плазме крови и из-за повышенных потерь воды с мочой.

Полифагия. Один из первых и главных симптомов СД. Из-за дефицита инсулина повреждена проницаемость мембран для глюкозы, аминокислот, ВЖК, т.е. кровь “сытая”, а клетки “голодные”.

Подобные сдвиги в метаболизме грозят развитием самых различных осложнений (острых и хронических).

Наиболее серьезные острые осложнения:

Диабетический кетоацидоз

Диабетический лактацидоз

Гиперосмолярная бескетонная кома

Гипогликемическая кома.

Главными звеньями диабетического кетоацидоза являются гипергликемия (больше 10 ммоль/л), отсюда глюкозурия, гиперосмолярность плазмы, гиперкетонемия, последний симптом обусловливает метаболический ацидоз (снижение содержания бикарбонатов плазмы крови). Поэтому в почках – задержка Н+, что усугубляет ацидоз, возбуждает дыхательный центр, углубляется и урежается дыхание – дыхание Куссмауля, выводится СО2, что уменьшает выраженность ацидоза, но при этом усиливается дефицит бикарбонатов. Классический признак при этом – запах ацетона изо рта. Кетоацидоз провоцируется пищей, богатой жирами, и тормозится в присутствии углеводов.

В основе диабетического лактацидоза лежит развитие высокой гиперлактацидемии (см. выше), чему способствуют тканевая гипоксия и нарушение кислотно-щелочного состояния.

Гиперосмолярная безкетонная кома чаще встречается у больных среднего и пожилого возраста. Для нее характерна высокая гипергликемия (более 55 ммоль/л), естественно, отсюда резкий подъем осмолярности плазмы крови, появление глюкозы в моче, что обусловливает осмотический диурез (потерю воды и электролитов). В отличие от первого осложнения у подобных больных не регистрируются гиперкетонемия и кетонурия.

Гипогликемическая кома развивается при хронической передозировки инсулина, пропуске или задержке приема пищи, при длительной физической нагрузке в сочетании с беременностью.

Среди хронических осложнений выделяют, в первую очередь, сосудистые (микро- и макроангиопатии). Чаще поражаются сосудистая оболочка глаз, клубочки в нефроне, сосуды головного мозга, миокарда, периферических нервов, нижних конечностей (механизм см. выше). Свой вклад в развитие макроангиопатий вносит прогрессирование при СД атеросклеротического процесса (см. выше).