Углеводы. Моносахариды. Лекция 11

1.

Тема 11. УГЛЕВОДЫ
• Ларионова Ирина Валерьевна
• кандидат медицинских наук,
• доцент кафедры природных соединений, фармацевтической и
медицинской химии
• [email protected]

2.

Углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей всех живых организмов представителей
растительного и животного мира, составляя (по массе) основную часть органического вещества на Земле.
Источником углеводов для всех живых организмов является процесс фотосинтеза, осуществляемый растениями.
По своему строению углеводы являются многоатомными спиртами с альдегидной или кетоновой группой
(полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны). Наиболее известные углеводы (крахмал, глюкоза, гликоген)
обладают эмпирической формулой (CH2O)6. Другие представителя класса не соответствуют данному
соотношению, и даже могут включать атомы азота, серы, фосфора.
Моносахариды подразделяются на альдозы и кетозы в
зависимости от наличия альдегидной или кетогруппы.
Альдозы и кетозы, в свою очередь, разделяются в
соответствии
с
числом
атомов
углерода
в
молекуле: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д.
Олигосахариды делятся по числу моносахаридов в
молекуле: дисахариды, трисахариды и т.д.
Полисахариды подразделяют на гомополисахариды, т.е.
состоящие
из
одинаковых
моносахаров,
и гетерополисахариды, состоящие из различных
моносахаров.

3.

Моносахариды
Моносахариды – это углеводы, которые не могут быть гидролизованы до более простых форм углеводов.
Простые углеводы, как правило, представляют собой многоатомные спирты, содержащие ОН-группу у каждого
атома углерода, кроме одного, несущего альдегидную или кетогруппу. Это видно на примере глюкозы, которая
имеет 6 атомов углерода, при этом первый — в составе альдегидной группы, а остальные несут ОН-группы.
Наиболее распространенными моносахаридами являются глюкоза, или виноградный сахар, и фруктоза, или
фруктовый сахар. Они являются изомерами и имеют одну и ту же общую формулу С6H12O6 .
Пентозы и гексозы способны замыкаться в 5- или 6-членные кольца, переходя в циклическую форму.
Длина углеродной цепи в моносахаридах, встречающихся в живых организмах, колеблется от 3 до 8 атомов,
хотя большинство из них содержит 3, 5 или 6 атомов углерода. В зависимости от количества атомов углерода
моносахариды разделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы. Моносахариды хорошо
растворимы в воде, образуют кристаллы и имеют сладкий вкус.
Глюкоза
Фруктоза

4.

5.

Моносахариды подразделяются:
•на стереоизомеры по конформации асимметричных атомов углерода – например, Lи D-формы,
•в зависимости от конформации НО-группы первого атома углерода – α- и β-формы,
•в зависимости от числа содержащихся в их молекуле атомов углерода –
триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы,
•в зависимости от присутствия альдегидной или кетоновой группы –
кетозы и альдозы.

6.

Пространственное строение молекул
Например, фермент, который «настроен» на глюкозу,
ничего не будет делать с галактозой!
С точки зрения привычной нам номенклатуры оба эти
вещества: это 2,3,4,5,6-пентагидроксигексаналь. Казалось
бы, у них одинаково всё: и углеродный скелет, и
расположение старшей группы, и позиции гидроксильных
групп, только гидроксильные группы записаны как-то
странно.
Такие вот вещества, как глюкоза и галактоза –
стереоизомеры друг другу, точнее диастереомеры.
Пространственную структуру молекулы трудно отразить на
бумаге, поэтому для отличия разных диастереоизомеров
применяют особый тип записи формул моносахаридов:
проекцию Фишера

7.

Второй тип стереоизомеров – это оптические изомеры, или
энантиомеры. Энантиомеры являются зеркальными
отражениями друг друга, которых нельзя «наложить» друг
на друга.
Разные энантиомеры по-разному ведут себя с
поляризованным светом, поэтому их еще называют
оптическими изомерами.
У каждого моносахарида есть энантиомеры, условно обозначаемые символами D и L.
Все природные моносахариды – это D-энантиомеры, например, природная глюкоза – это именно Dглюкоза. Если в организм попадет L-глюкоза, ферменты не смогут ее использовать в биологических
процессах.
Если не указан конкретный энантиомер углевода, подразумевается, как правило, D-энантиомер (реже –
смесь изомеров).

8.

9.

Нуклеиновые кислоты
Большое
биологическое
значение
имеют
пентозы рибоза и дезоксирибоза, которые входят в
состав РНК и ДНК, соответственно.
Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием
одного кислорода при 2-м атоме С («дез» — без,
«окси» — указывает на кислород). Атомы этих сахаров
в составе ДНК и РНК нумеруют со штрихами, чтобы в
нуклеотидах была сквозная нумерация атомов (без
штрихов нумеруют атомы в другой части нуклеотида
— азотистом основании).

10.

Дисахариды
Дисахариды — сложные органические соединения, одна из основных групп углеводов, при гидролизе каждая
молекула распадается на две молекулы моносахаридов, являются частным случаем олигосахаридов. По
строению дисахариды представляют собой гликозиды, в которых две молекулы моносахаридов соединены друг
с другом гликозидной связью, образованной в результате взаимодействия гидроксильных групп (двух
полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой). В зависимости от строения дисахариды делятся
на две группы: восстанавливающие (мальтоза, лактоза, целлобиоза) и невосстанавливающие (сахароза).
Например, в молекуле мальтозы у второго остатка моносахарида (глюкозы) имеется свободный полуацетальный
гидроксил, придающий данному дисахариду восстанавливающие свойства.
Сахароза – пищевой сахар, в которой остатки α-глюкозы и β-фруктозы связаны α1,2-гликозидной связью.
Присутствует в большинстве фруктов, в ягодах и в некоторых овощах, в наибольшем количестве содержится в
сахарной свекле и сахарном тростнике, в моркови, ананасах, сорго.
Мальтоза – промежуточный продукт гидролиза крахмала и гликогена, в ней два остатка α-глюкозы
связаны α1,4-гликозидной связью, содержится в солоде, проростках злаков.

11.

Лактоза – молочный сахар, остаток β-галактозы связан с α- или β-глюкозой β1,4-гликозидной связью.
В некоторых ситуациях (например, беременность) может появляться в моче.
Целлобиоза – промежуточный продукт гидролиза целлюлозы в кишечнике, в котором остатки βглюкозы связаны β1,4-гликозидной связью. Здоровая микрофлора кишечника способна
гидролизовать часть поступающей сюда целлюлозы до свободной глюкозы, которая либо
потребляется самими микроорганизмами, либо всасывается в кровь.

12.

Полисахариды
Полисахариды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов,
молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.
С точки зрения общих принципов строения в группе полисахаридов возможно
различить гомополисахариды, синтезированные из однотипных моносахаридных
единиц и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или нескольких
типов мономерных остатков.

13.

Крахмал
Крахмал – гомополимер α-D-глюкозы. Находится в злаках, бобовых, картофеле и некоторых других
овощах. Синтезировать крахмал способны почти все растения.
Двумя основными компонентами крахмала являются амилоза (15-20%) и амилопектин (8085%). Амилоза представляет собой неразветвленную цепь с молекулярной массой от 5 до 500 кДа, в
которой
остатки
глюкозы
соединены
исключительно
α-1,4-гликозидными
связями. Амилопектин содержит α-1,4- и α-1,6-гликозидные связи, имеет массу не менее 1 млн Да и
является разветвленной молекулой, причем ветвление происходит за счет присоединения небольших
глюкозных цепочек к основной цепи посредством α-1,6-гликозидных связей. Каждая ветвь имеет длину
24-30 остатков глюкозы, веточки возникают примерно через 14-16 остатков глюкозы в цепочке.

14.

Гликоген
Гликоген — полисахарид, построенный из остатков альфа-D-глюкозы — главный резервный полисахарид высших
животных и человека, содержится в виде гранул в цитоплазме клеток практически во всех органах и тканях,
однако, наибольшее его количество накапливается в мышцах и печени. Молекула гликогена построена из
ветвящихся полиглюкозидных цепей, в линейной последовательности которых, остатки глюкозы соединены
посредством альфа-1,4-связями, а в точках ветвления межцепочечными альфа-1,6-связями. Эмпирическая
формула гликогена идентична формуле крахмала. По химическому строению гликоген близок к амилопектину с
более выраженной разветвлённостью цепей, поэтому иногда называется неточным термином «животный
крахмал».
В организмах животных является структурным и функциональным аналогом полисахарида растений —
крахмала. Гликоген образует энергетический резерв, который при необходимости восполнить внезапный
недостаток глюкозы может быть быстро мобилизован — сильное разветвление его молекулы ведёт к наличию
большого числа концевых остатков, обеспечивающих возможность быстрого отщепления нужного количества
молекул глюкозы. В отличие от запаса триглицеридов (жиров) запас гликогена не настолько ёмок (в калориях на
грамм). Только гликоген, запасённый в клетках печени (гепатоцитах) может быть переработан в глюкозу для
питания всего организма, при этом гепатоциты способны накапливать до 8 процентов своего веса в виде
гликогена, что является максимальной концентрацией среди всех видов клеток. В мышцах гликоген
расщепляется на глюкозу исключительно для локального потребления и накапливается в гораздо меньших
концентрациях (не более 1 % от общей массы мышц), тем не менее общий запас в мышцах может превышать
запас, накопленный в гепатоцитах.

15.

Целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) — наиболее распространённый структурный полисахарид растительного мира,
состоящий из остатков альфа-глюкозы, представленных в бета-пиранозной форме. Таким образом, в
молекуле целлюлозы бета-глюкопиранозные мономерные единицы линейно соединены между собой
бета-1,4-связями. При частичном гидролизе целлюлозы образуется дисахарид целлобиоза, а при полном
— D-глюкоза. В желудочно-кишечном тракте человека целлюлоза не переваривается, так как набор
пищеварительных ферментов не содержит бета-глюкозидазу. Тем не менее, наличие оптимального
количества растительной клетчатки в пище способствует нормальному формированию каловых масс.
Обладая большой механической прочностью, целлюлоза выполняет роль опорного материала растений,
например, в составе древесины её доля варьирует от 50 до 70 %, а хлопок представляет собой
практически стопроцентную целлюлозу.
Используется в качестве наполнителя в таблетках в фармацевтике. Целлюлозу и её эфиры используют для
получения искусственного волокна (вискозного, ацетатного, медно-аммиачного шёлка, искусственного
меха). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы (до 99,5 %), идёт на изготовление тканей.
Древесная целлюлоза используется для производства бумаги, пластмасс, кино- и фотоплёнок, лаков,
бездымного пороха и т. д.

16.

Ветвления крахмала
Нить целлюлозы

17.

Хитин
Хитин — структурный полисахарид низших растений, грибов и беспозвоночных животных (в основном
роговые оболочки членистоногих — насекомых и ракообразных). Хитин, подобно целлюлозе в растениях,
выполняет опорные и механические функции в организмах грибов и животных. Молекула хитина построена
из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой бета-1,4-гликозидными связями.
Макромолекулы хитина неразветвлённые и их пространственная укладка не имеет ничего общего с
целлюлозой.
Хитин — один из наиболее распространённых в природе полисахаридов. По некоторым оценкам, каждый
год на Земле в живых организмах образуются и разлагаются миллиарды тонн хитина.
-Выполняет защитную и опорную функции, обеспечивая жёсткость клеток — содержится в клеточных стенках
грибов.
-Главный компонент экзоскелета членистоногих.
-Также хитин образуется в организмах многих других животных — разнообразных червей,
кишечнополостных и т. д.

18.

Гетерополисахариды
Большинство гетерополисахаридов характеризуется наличием
повторяющихся дисахаридных остатков. Эти дисахариды
включают в себя уроновую кислоту и аминосахар. Дублируясь,
они образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. В
биохимии
используются
синонимы
–
кислые
гетерополисахариды (так как имеют много кислотных
групп), гликозаминогликаны (производные глюкозы, содержат
аминогруппы).
Гликозаминогликаны
входят
в
состав протеогликанов (мукополисахаридов) – сложных белков,
функцией которых является заполнение межклеточного
пространства и удержание здесь воды, что обеспечивает тургор
тканей и эластичность хрящей, также они выступают как
смазочный и структурный компонент суставов, хрящей, кожи. В
частности, гиалуроновая кислота находится в стекловидном теле
глаза, в синовиальной жидкости, в межклеточном пространстве.
Основными
представителями
гетерополисахаридов
(гликозаминогликанов)
являются
гиалуроновая
кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансул
ьфаты, гепарин.

19.

Функции углеводов
• Энергетическая – преимущество углеводов состоит в способности глюкозы окисляться как в
аэробных, так и в анаэробных условиях;
• Защитно-механическая – основное вещество трущихся поверхностей суставов, в сосудах,
слизистых;
• Опорная – целлюлоза в растениях, хондроитинсульфат в кости;
• Структурная – в соединительной ткани, оболочке бактериальных клеток. Остатки
олигосахаридов, находящиеся на поверхности клеток в составе гликопротеинов и
гликолипидов, играют важную роль в межклеточном взаимодействии и адгезии —
организации клеток в ткани.
• Гидроосмотическая и ионрегулирующая – мукополисахариды обладают высокой
гидрофильностью, отрицательным зарядом и, таким образом, удерживают Н2О, Са2+, Mg2+,
Na+, в межклеточном веществе и определяют тургор кожи, упругость тканей;
• Кофакторная – гепарин является кофактором липопротеинлипазы плазмы крови и ферментов
свертывания крови (инактивирует тромбокиназу).
• Запасающая (резервная) функция. Важнейшие резервные углеводы — крахмал (у растений) и
гликоген (у животных и грибов).
• Транспортная функция: в форме углеводов осуществляется основной транспорт веществ в
многоклеточных организмах, например в крови животных (глюкоза) или в флоэме высших
растений (сахароза).

20.

Обмен углеводов
Обмен углеводов в организме человека и высших животных складывается из нескольких
процессов:
• Гидролиз (расщепление) в желудочно-кишечном тракте полисахаридов и дисахаридов пищи
до моносахаридов, с последующим всасыванием из просвета кишки в кровеносное русло.
• Гликогеногенез (синтез) и гликогенолиз (распад) гликогена в тканях, в основном в печени.
• Аэробный (пентозофосфатный путь окисления глюкозы или пентозный цикл) и анаэробный
(без потребления кислорода) гликолиз — пути расщепления глюкозы в организме.
• Взаимопревращение гексоз.
• Аэробное окисление продукта гликолиза — пирувата (завершающая стадия углеводного
обмена).
• Глюконеогенез — синтез углеводов из неуглеводистого сырья (пировиноградная, молочная
кислота, глицерин, аминокислоты и другие органические соединения).

21.

Переваривание углеводов
Ротовая полость
Со слюной сюда поступает кальций-содержащий фермент α-амилаза. Оптимум ее рН 7,1-7,2,
активируется ионами Cl–. Являясь эндоамилазой, она беспорядочно расщепляет внутренние α1,4гликозидные связи и не влияет на другие типы связей.
В ротовой полости крахмал и гликоген способны расщепляться α-амилазой до декстринов –
разветвленных (с α1,4- и α1,6-связями) и неразветвленных (с α1,4-связями) олигосахаридов. Некоторая
часть декстринов может расщепляться до мальтозы и изомальтозы, но эти дисахариды ничем не
гидролизуются.
Желудок
Из-за низкой рН амилаза инактивируется, хотя некоторое время расщепление углеводов продолжается
внутри пищевого комка.
Кишечник
В полости тонкого кишечника работает панкреатическая α-амилаза, гидролизующая в крахмале и
гликогене внутренние α1,4-связи с образованием мальтозы, мальтотриозы и декстринов.

22.

Кроме полостного, имеется еще и пристеночное
пищеварение, которое осуществляют:
• сахаразо-изомальтазный комплекс (рабочее название
сахараза) – в тощей кишке гидролизует α1,2-, α1,4-,
α1,6-гликозидные связи, расщепляет сахарозу,
мальтозу, мальтотриозу, изомальтозу,
• β-гликозидазный комплекс (рабочее название лактаза)
– гидролизует β1,4-гликозидные связи в лактозе между
галактозой и глюкозой. У детей активность лактазы
очень высока уже до рождения и сохраняется на
высоком уровне до 5-7 лет, после чего снижается,
• гликоамилазный комплекс – находится в нижних
отделах тонкого кишечника, расщепляет α1,4гликозидные связи и отщепляет концевые остатки
глюкозы в олигосахаридах с восстанавливающего конца.

23.

Всасывание углеводов
Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тонкой и
подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки
слизистой оболочки кишечника может осуществляться путём
диффузии (рибоза, ксилоза, арабиноза), облегчённой диффузии
с помощью белков переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза),
и путем вторичноактивного транспорта (галактоза, глюкоза).
Вторично-активный транспорт галактозы и глюкозы из просвета
кишечника в энтероцит осуществляется симпортом с Na+. Через
белок-переносчик Na+ двигается по градиенту своей
концентрации и переносит с собой углеводы против их
градиента концентраций. Градиент концентрации Na+ создаётся
Nа+/К+-АТФ-азой.
Глюкоза из просвете кишечника транспортируется в энтероцит
только активным транспортом. Скорость всасывания: галактоза >
глюкоза > фруктоза > другие моносахариды. Моносахариды
выходят из энтероцитов в направлении кровеносного капилляра
с помощью облегченной диффузии через белки-переносчики.

24.

Транспорт глюкозы из крови в клетки
Глюкозные транспортёры (англ. Glucose transporter,
сокр. GLUT или ГЛЮТ)
Глюкоза поступает из кровотока в клетки путём облегчённой диффузии с помощью
белков-переносчиков - ГЛЮТов.
Глюкозные транспортёры ГЛЮТы имеют доменную организацию и обнаружены во
всех тканях. Выделяют 5 типов ГЛЮТов:
• ГЛЮТ-1 - преимущественно в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике;
•ГЛЮТ-2 - преимущественно в печени, почках, β-клетках поджелудочной железы,
энтероцитах, есть в эритроцитах.
•ГЛЮТ-3 - во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки. Обладает большим,
чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе;
• ГЛЮТ-4 - инсулинзависимый, в мышцах (скелетной, сердечной), жировой ткани;
• ГЛЮТ-5 - много в клетках тонкого кишечника, является переносчиком фруктозы.

25.

ГЛЮТы, в зависимости от типа, могут находиться преимущественно как в
плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах.
Трансмембранный перенос глюкозы происходит только тогда, когда ГЛЮТы
находятся в плазматической мембране.
Встраивание ГЛЮТов в мембрану из цитозольных везикул происходит под
действием инсулина.
При снижении концентрации инсулина в крови эти ГЛЮТы снова перемещаются в
цитоплазму.
Ткани, в которых ГЛЮТы без инсулина почти полностью находятся в цитоплазме
клеток (ГЛЮТ-4, и в меньшей мере ГЛЮТ-1), оказываются инсулинзависимыми
(мышцы, жировая ткань), а ткани, в которых ГЛЮТы преимущественно находятся
в плазматической мембране (ГЛЮТ-3) - инсулиннезависимыми.
Известны различные нарушения в работе ГЛЮТов. Наследственный дефект этих
белков может лежать в основе инсулинонезависимого сахарного диабета.

26.

27.

Нарушение переваривания и всасывания углеводов
Недостаточное переваривание и всасывание переваренных продуктов называют мальабсорбцией. В
основе мальабсорбции углеводов могут быть причины двух типов:
1) Наследственные и приобретенные дефекты ферментов, участвующих в переваривании. Известны
наследственные дефекты лактазы, α-амилазы, сахаразноизомальтазного комплекса. Без лечения эти
патологии сопровождаются хроническим дисбактериозом и нарушениями физического развития ребёнка.
Приобретённые нарушения переваривания могут наблюдаться при кишечных заболеваниях, например
гастритах, колитах, энтеритах, после операций на ЖКТ. Дефицит лактазы у взрослых людей может быть
связан со снижением экспрессии гена лактазы, что проявляться непереносимостью молока - наблюдается
рвота, диарея, спазмы и боли в животе, метеоризм. Частота этой патологии составляет в Европе 7—12%, в
Китае — 80%, в Африке — до 97%.
2) Нарушение всасывания моносахаридов в кишечнике.
Нарушения всасывания могут быть следствием дефекта какого-либо компонента, участвующего в системе
транспорта моносахаридов через мембрану. Описаны патологии, связанные с дефектом натрийзависимого белка переносчика глюкозы. Синдром мальабсорбции сопровождается осмотической
диареей, усилением перистальтики, спазмами, болями, а также метеоризмом. Диарею вызывают
нерасщеплённые дисахариды или невсосавшиеся моносахариды в дистальных отделах кишечника, а
также органические кислоты, образованные микроорганизмами при неполном расщеплении углеводов.

28.

Взаимопревращения углеводов
Цель этого процесса – создание только одного субстрата для реакций метаболизма, а именно α-Dглюкозы, что позволяет сэкономить ресурсы, не образовывать множество ферментов для каждого
вида моносахарида. Реакции образования свободной глюкозы протекают в эпителии кишечника и, в
основном, в гепатоцитах.
Поскольку в кишечнике всасываются все поступающие с пищей моносахариды (фруктоза, галактоза,
манноза и т.п.), то перед организмом встает задача превратить полученные гексозы в глюкозу для ее
дальнейшего использования в реакциях метаболизма – происходит превращение сахаров. При
дефекте соответствующих ферментов возникает накопление моносахаридов в крови –
галактоземия и фруктоземия.

29.

Превращение галактозы
Галактоза сначала подвергается фосфорилированию по 1му атому углерода. Отличительной особенностью является
превращение в глюкозу не напрямую, а через синтез УДФгалактозы из галактозо-1-фосфата. Источником УМФ
является УДФ-глюкоза, имеющаяся в клетке. Образованная
УДФ-галактоза впоследствии изомеризуется в УДФ-глюкозу
и далее ее судьба различна.
Она может:
• участвовать в реакции переноса УМФ на галактозо-1фосфат,
• превращаться в свободную глюкозу и выходить в кровь,
• отправляться на синтез гликогена.

30.

Превращение фруктозы

31.

Судьба глюкозы
После активации (фосфорилирования) глюкоза, в зависимости от
условий и вида клетки, превращается по различным направлениям:
• часть глюкозы обязательно используется в энергетическом
обмене, она сгорает в реакциях аэробного и анаэробного
гликолиза для синтеза АТФ,
• при достаточно большом количестве глюкоза запасается в виде
гликогена, к синтезу гликогена способны большинство тканей,
• в гепатоцитах (при высокой концентрации), в миоцитах и в
адипоцитах
глюкоза
перенаправляется
на
синтез
триацилглицеролов,
• в печени и иных тканях глюкоза используется для синтеза
холестерола,
• при определенных условиях часть глюкозы идет в реакции
пентозофосфатного пути, в котором образуются рибозо-5фосфат и НАДФН,
• некоторая доля глюкозы используется для синтеза глюкозаминов
и далее структурных или иных гетерополисахаридов.

32.

Глюкоза в крови
Обмен глюкозы регулируют два гормона —
инсулин и глюкагон. Инсулин вырабатывается в
поджелудочной железе в ответ на повышение
сахара в крови. Он действует для глюкозы как
ключ — помогает ей из кровотока попасть в
клетки, которым нужна энергия. Благодаря
инсулину в норме в крови нет избытка сахара.
Глюкагон тоже синтезируется в поджелудочной
железе, но действует ровно наоборот: он
«следит», чтобы сахара в крови не было
слишком мало.
В норме система «глюкоза — инсулин — глюкагон»
находится в динамическом балансе: после еды уровень
глюкозы повышается, в ответ на это вырабатывается
инсулин. Если глюкозы из-за голода или действия инсулина
становится слишком мало, то высвобождается глюкагон и
повышает уровень глюкозы.

33.

34.

Сахарный диабет
Сахарный диабет — группа эндокринных заболеваний, связанных с нарушением усвоения глюкозы
вследствие абсолютной или относительной (нарушение взаимодействия с клетками-мишенями)
недостаточности гормона инсулина. В результате развивается гипергликемия — стойкое увеличение
содержания глюкозы в крови. Заболевание характеризуется хроническим течением, а также нарушением
всех видов обмена веществ: углеводного, жирового, белкового, минерального и водно-солевого
Первые описания этого патологического состояния выделяли прежде всего наиболее яркие его
симптомы — потеря жидкости (полиурия) и неутолимая жажда (полидипсия). Термин
«диабет» (лат. diabetes mellitus) впервые был использован греческим врачом Аретеем из
Каппадокии (II век до н. э.), происходит от др.-греч. διαβαίνω, что означает «проходить
насквозь».
Таково в то время было представление о диабете — состоянии, при котором человек
непрерывно теряет жидкость и её восполняет, «как сифон», что относится к одному из
основных симптомов диабета — полиурии (избыточное выделение мочи). В те времена
сахарный диабет рассматривался как патологическое состояние, при котором организм
утрачивает способность удерживать жидкость

35.

Сахарный диабет
•I тип: инсулинозависимый или детский диабет.
Обычно развивается в детском или
подростковом возрасте. Обусловлен нехваткой
инсулина в организме, на фоне повреждения
клеток поджелудочной железы. Людям с этим
типом диабета требуется постоянное введение
инсулина извне.
•II тип: неинсулинозависимый или взрослый диабет.
Чаще всего развивается во взрослом возрасте, но
сейчас также стал распространенным среди детей и
подростков. Обусловлен невосприимчивостью тканей
организма к инсулину, в результате чего они перестают
нормально усваивать глюкозу. Люди с этим типом
диабета могут контролировать уровень сахара в крови с
помощью правильного питания, физической активности
и сахароснижающих препаратов. В тяжелых случаях
может потребоваться использование инсулина.
Степень тяжести диабета зависит от уровня контроля уровня сахара в крови и наличия осложнений. Существует
несколько классификаций, основная из которых основана на уровне гликированного гемоглобина (HbA1c). Это
показатель, отражающий средний уровень сахара в крови за последние 2-3 месяца.
•Легкая степень (HbA1c менее 6,5%): уровень сахара в крови находится в пределах нормы или близок к норме,
проявления патологии минимальны.
•Средняя степень (HbA1c 6,5-7,9%): уровень глюкозы немного повышен, есть специфические симптомы или
начальные признаки осложнений.
•Тяжелая степень (HbA1c 8% и выше): характеризуется значительным уровнем гликемии, выраженными
симптомами и осложнениями.

36.

Панкреатическая недостаточность (1-й тип диабета)
Первый тип нарушений характерен для диабета 1-го типа (устаревшее название — инсулинозависимый диабет).
Отправным моментом в развитии этого типа диабета является массивное разрушение эндокринных клеток
поджелудочной железы (островков Лангерганса) и, как следствие, критическое снижение уровня инсулина в
крови.
Массовая гибель эндокринных клеток поджелудочной железы может иметь место в случае вирусных инфекций,
онкологических заболеваний, панкреатита, токсических поражений поджелудочной железы, стрессовых
состояний, различных аутоиммунных заболеваний, при которых клетки иммунной системы вырабатывают
антитела против β-клеток поджелудочной железы, разрушая их. Этот тип диабета в подавляющем большинстве
случаев характерен для детей и лиц молодого возраста (до 40 лет).
У человека это заболевание зачастую является генетически детерминированным и обусловленным дефектами
ряда генов, расположенных в 6-й хромосоме. Эти дефекты формируют предрасположенность к аутоиммунной
агрессии организма к клеткам поджелудочной железы и отрицательно сказываются на регенерационной
способности β-клеток.
В основе аутоиммунного поражения клеток лежит их повреждение любыми цитотоксическими агентами.

37.

Внепанкреатическая недостаточность (2-й тип диабета)
При этом типе диабета инсулин производится в нормальных или даже в повышенных количествах, однако
нарушается механизм взаимодействия инсулина с клетками организма (инсулинорезистентность).
Главной причиной инсулинорезистентности является нарушение функций мембранных рецепторов
инсулина при ожирении (основной фактор риска, 80 % больных диабетом имеют избыточную массу тела) —
рецепторы становятся неспособными взаимодействовать с гормоном в силу изменения их структуры или
количества. Также при некоторых видах диабета 2-го типа может нарушаться структура самого инсулина
(генетические дефекты). Кроме ожирения, факторами риска для сахарного диабета 2-го типа также
являются: пожилой возраст, курение, употребление алкоголя, артериальная гипертония, хроническое
переедание, малоподвижный образ жизни. В целом этот вид диабета наиболее часто поражает людей
старше 40 лет.
В основе заболевания лежит ускорение инактивации инсулина или же специфическое разрушение
рецепторов инсулина на мембранах инсулинзависимых клеток.

38.

39.

Клинические признаки диабета
К основным симптомам относятся:
• Полиурия — усиленное выделение мочи, вызванное повышением осмотического давления мочи за
счёт растворённой в ней глюкозы (в норме глюкоза в моче отсутствует). Проявляется учащённым
обильным мочеиспусканием, в том числе и в ночное время.
• Полидипсия (постоянная неутолимая жажда) — обусловлена значительными потерями воды с мочой
и повышением осмотического давления крови.
• Полифагия — постоянный неутолимый голод. Этот симптом вызван нарушением обмена веществ при
диабете, а именно неспособностью клеток поглощать и перерабатывать глюкозу в отсутствие инсулина
(голод среди изобилия).
• Похудение (особенно характерно для диабета первого типа) — частый симптом диабета, который
развивается несмотря на повышенный аппетит больных. Похудение (и даже истощение) обусловлено
повышенным катаболизмом белков и жиров из-за выключения глюкозы из энергетического обмена
клеток.
Основные симптомы наиболее характерны для диабета 1-го типа. Они развиваются остро. Пациенты, как
правило, могут точно назвать дату или период их появления.

40.

Диагностика
Диагностика диабета 1-го и 2-го типа облегчается присутствием основных симптомов: полиурии,
полифагии, похудения. Однако основным методом диагностики является определение концентрации
глюкозы в крови. Для определения выраженности декомпенсации углеводного обмена используется
глюкозотолерантный тест.
Диагноз «диабет» устанавливается в случае совпадения данных признаков:
• концентрация сахара (глюкозы) натощак (8-14 часов голода) в капиллярной крови ≥6,1 либо в
венозной крови ≥7,0 ммоль/л.
• в результате проведения глюкозотолерантного теста уровень сахара крови превышает 11,1 ммоль/л
(в стандартном повторе).
• При случайном определении уровень глюкозы ≥11,1 ммоль/л.
• уровень гликозилированного гемоглобина ≥6,5 %.
• в моче присутствует сахар.
• в моче содержится ацетон (Ацетонурия (ацетон может присутствовать и без сахарного диабета)).

41.

Патогенез осложнений
Независимо от механизмов развития, общей чертой всех типов диабета является стойкое повышение уровня глюкозы в крови и
нарушение метаболизма тканей организма, неспособных более усваивать глюкозу.
Неспособность тканей использовать глюкозу приводит к усиленному катаболизму жиров и белков с развитием кетоацидоза.
Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к повышению осмотического давления крови, что обусловливает
серьёзную потерю воды и электролитов с мочой.
Стойкое повышение концентрации глюкозы в крови негативно влияет на состояние многих органов и тканей, что в конце
концов приводит к развитию тяжёлых осложнений, таких как диабетическая нефропатия, нейропатия, офтальмопатия,
микро- и макроангиопатия, различные виды диабетической комы и других.
У больных диабетом наблюдается снижение реактивности иммунной системы и тяжёлое течение инфекционных заболеваний.
Органы дыхания. Сахарный диабет часто сочетается с туберкулёзом лёгких. У больных сахарным диабетом туберкулёз может
возникать в результате заражения или эндогенной активизации скрытых очагов. Сопротивляемость организма снижена, и
туберкулёзом лёгких чаще всего заболевают больные сахарным диабетом в молодом возрасте.
Половая система. При сахарном диабете поражаются и половые органы. У мужчин нередко понижается или исчезает половое
влечение, наступает импотенция; у женщин отмечаются бесплодие, самопроизвольные аборты, преждевременные роды,
внутриутробная гибель плода, аменорея, вульвиты, вагиниты.
Нервная и мышечная системы. Б. М. Гехт и Н. А. Ильина выделяют следующие формы нервно-мышечных расстройств при
сахарном диабете: 1) симметричные полиневропатии; 2) единичные или множественные невропатии; 3) диабетические
амиотрофии. Наиболее частым и специфическим поражением нервной системы при диабете является периферическая
диабетическая невропатия, или диабетический полиневрит (симметричные полиневропатии).

42.

В отсутствие лечения диабет 1-го типа быстро прогрессирует и приводит к возникновению тяжёлых
осложнений, таких как кетоацидоз и диабетическая кома.
Диабетическая кома — состояние, развивающееся в результате повышения уровня глюкозы в крови у
больных сахарным диабетом. Дефицит инсулина или снижение чувствительности к нему ведут к
повышению концентрации глюкозы в крови и «голоду» периферических инсулинозависимых тканей, не
способных утилизировать глюкозу без участия инсулина. В ответ на «голод» организма в печени начинается
синтез глюкозы (глюконеогенез) и кетоновых тел из ацетил-КоА — развивается кетоз, а при недостаточной
утилизации кетоновых тел и усугублении ацидоза — кетоацидоз. Накопление недоокисленных продуктов
метаболизма, в частности лактата ведёт к развитию лактатацидоза. В некоторых случаях грубые нарушения
метаболизма на фоне декомпенсации сахарного диабета приводят к развитию гиперосмолярной комы.