Диабет глазами химика

Сахарный диабет был известен врачам еще в Древней Греции. Тогда, да и потом, в Средние века, диабет был редким заболеванием. Его диагностировали на последних стадиях болезни, пробуя мочу на вкус. Сладкий вкус звучал как приговор — с сахарным диабетом пациент жил один, два года. Наши почки начинают пропускать сахар в мочу, если его содержание в крови выше 180 мг/%, это так называемый «почечный порог». Сладкий вкус мочи указывает на значительно более высокие цифры.

 

Слово «диабет» с древнегреческого означает «проходить сквозь», что отражало реальную картину заболевания — человек худел, несмотря на обильное питание, ослабевал, часто мочился. К концу XIX века число диабетиков стало заметно увеличиваться, что связано с широкой доступностью сахара в рационе развитых стран. Никогда ранее человек не потреблял сахар в чистом виде.

На скамье подсудимых — сахар

Самыми концентрированными сладкими продуктами были мед и виноградный сок. Мед представляет собой так называемый конвертированный сахар, то есть сахар, уже расщепленный на две свои составляющие — глюкозу и фруктозу. Этот процесс расщепления идет не только при заборе меда у пчелы, но и у человека уже во рту под действием фермента амилазы. Виноградный сок — это 20-25%-ный раствор глюкозы. Как мед, так и виноградный сок были нечастыми гостями на столе как древнего человека, так и жителя Средних веков.

Открытие способа получения сахара из тростника, а затем и из свеклы было настоящей «сахарной революцией» и сделало сахар продуктом, потребляемым ежедневно и в больших количествах. Понятно, что на таком фоне люди с непривычной к высокой сахарной нагрузке поджелудочной железой начинают заболевать сахарным диабетом. В Европе эта болезнь из редкой превратилась в обычную уже в конце XIX века, и процесс этот продолжается, вовлекая ранее отсталые страны в число «продвинутых» по мере продвижения в эпоху пищевого изобилия.

В США афро-американцы наиболее часто болеют диабетом, на втором месте идут коренные жители Центральной и Южной Америки. Показателен пример одного и того же индейского племени Pima, одна половина которого живет в Мексике, а другая — в США в штате Аризона. Жизнь мексиканских индейцев не сильно изменилась за последние 100 лет, тогда как их соплеменники в Аризоне полностью освоили достижения западной цивилизации, в том числе и питание в условиях изобилия. Итог довольно печальный — число больных сахарным диабетом у индейцев племени Pima в США достигло 50%, это самый высокий показатель в мире. Их мексиканские соплеменники имеют этот показатель в шесть раз ниже.

Случись такая «сахарная революция» лет на сто раньше, и человечество потеряло бы половину своей численности за несколько лет такой «эпидемии сахарного диабета». Зато остались бы «избранные» — с крепкой поджелудочной железой, не боящейся высоких сахарных нагрузок. Пошло бы такое улучшение рода человеческого ему на пользу или нет — сказать трудно. Слава Богу, что самоотверженный поиск многих врачей подвел черту беспощадному шествию сахарного диабета и привел к открытию инсулина в 1921 году канадскими врачами Бантингом и Бестом.

Нужно отметить, что призывы потреблять меньше сахара как со стороны врачей, так и со стороны масс-медиа приносят результаты. Если в 1970 году средний американец съедал 102 фунта сахара, то к 2000 году этот показатель снизился до 65 фунтов и продолжает опускаться. Помимо высокой сахарной нагрузки, возникновению диабета способствует интенсивная психическая напряженность жизни, то есть стресс, который часто является последней каплей в развитии и выявлении диабета. Острая психологическая травма сродни тем стрессам, которые в животном мире выражаются в суицидальных поступках, таких как выброс китов на берег или гибель пчелы, когда она жалит противника. Сходные рудиментарные проявления случаются и у человека, что выражается в остановке работы поджелудочной железы.

Дело не в инсулине. Проблема в рецепторах.

Такие острые и ранние признаки диабета диагностировались вплоть до 80-х годов минувшего века, но затем все чаще стали отмечаться случаи медленно текущего и часто не замечаемого другого типа диабета. Его особенностью было слабое влияние инъекций инсулина на уровень сахара крови. Такой диабет стали называть «диабет 2-го типа» или «инсулинрезистентный» диабет.

Полагают, что поджелудочная железа при диабете-2 вырабатывает инсулин, но чувствительность рецепторов в клеточных стенках всего организма к инсулину постепенно снижается. Поэтому лекарства, даваемые таким диабетикам, повышают не синтез инсулина, а чувствительность рецепторов к инсулину. На сегодняшний день созданы лекарства в дозе 10-20 мг, способные стабильно поддерживать нормальный уровень сахара. Принимаемые в виде таблеток, они удобнее инъекций. Тем не менее таблетки так же, как и инсулин, могут вызывать состояние гипогликемии.

Обратная сторона медали

Гипогликемия случается у диабетика, если сахар крови опускается ниже 50мг/%. Проявляется это в замедлении речи, затрудненной ориентации и даже может привести к потере сознания. Опасные симптомы быстро проходят при приеме сахара, конфет или глюкозы. Причиной гипогликемии при диабете-1 является либо избыточная доза инсулина либо не принятая вовремя пища. При диабете-2 хотя и значительно реже, и в более слабой форме, но также возможно возникновение гипогликемии. Вызвано это тем, что при высоком сахаре здоровая поджелудочная железа начинает вырабатывать много инсулина, и когда от приема таблеток сахар устремляется в клетки, то уровень его в крови может опуститься до опасного предела. Здесь причина гипогликемии та же — избыточная доза лекарства или человек пропустил прием пищи.

В связи с увеличением продолжительности жизни диабет-2 обогнал юношеский диабет-1 и стал одним из самых распространенных заболеваний в развитых странах.

Многочисленные попытки лечить сахарный диабет предпринимались давно. Было установлено, что именно в поджелудочной железе вырабатывается какое-то вещество, регулирующее усвоение сахара, даже были найдены участки железы, где это вещество образуется. Они были названы «островки Лангерганса» по имени немецкого врача, открывшего их. Однако извлечь это вещество смог только в 1921 году канадский ученый Бантинг со своим сотрудником Бестом.

Как «работает» инсулин

А теперь попробуем ответить на вопрос: как работает инсулин в человеческом организме? Ведь все клетки человеческого тела нуждаются в глюкозе как в источнике энергии, но попасть в клетку сама по себе глюкоза не может. Она растворима в воде (в плазме крови), а клеточная стенка имеет два слоя — жирный и водный, и через жировой слой глюкоза пройти не может. В клеточной двухслойной стенке имеются специальные канальцы. При входе в такие канальцы стоят рецепторы, которые открываются только при контакте с инсулином. В открытые канальцы устремляется глюкоза. Внутри клетки глюкоза окисляется, выделяя энергию. Эта энергия выделяется в виде мышечной, тепловой и химической энергии.

Если глюкоза в клетку попасть не может, то энергия начинает вырабатываться за счет окисления жиров и протеинов. Окисление жиров обычно происходит ночью, когда человек спит и энергия расходуется только на поддержание температуры тела. Если же мышцы нуждаются в быстрой выработке энергии, то в норме именно глюкоза служит источником этой «быстрой» энергии. Быстрое окисление жиров сопровождается их неполным сжиганием, при этом образуются так называемые кетоновые тела. Их еще называют по имени простейшего кетона — «ацетон». Присутствие «ацетона» легко обнаруживается по характерному запаху. Длительное воздействие ацетона может повредить жизненно важные органы, поэтому при подозрении на запах ацетона следует сразу идти к эндокринологу.

На особом положении

Имеются два органа, поглощающие глюкозу без инсулина. Это мозг и печень. Мозг наиболее остро нуждается в глюкозе, так как при резком снижении концентрации глюкозы (гипогликемия) человек может потерять сознание. В печени глюкоза откладывается в виде гликогена — полимеризованной формы глюкозы. Гликоген служит для быстрого выделения сахара в кровь. При голодании весь гликоген расходуется за первые сутки, и только потом наступает очередь жиров и белков. При строгом голодании с целью похудения, особенно в пожилом возрасте, нередко наблюдается кетонурия, то есть выделение кетоновых тел с мочой. Такой путь к снижению веса нельзя признать здоровым и полезным. Более правильным будет больший расход энергии (физкультура, ходьба, плавание), чем поступление ее с пищей (избегать жиров, меньше Сахаров и уменьшать размеры порции). Такой дисбаланс расходуемой и поступающей с пищей энергии приведет к снижению веса хотя и медленным, но физиологически более здоровым путем.

Изобретение инсулина сделало лечение диабета процедурой, которую называют «заместительная терапия», то есть вводится не лекарство, а вещество, которое или вырабатывается самим организмом в недостаточном количестве, или вообще не вырабатывается.

Фокусы генной инженерии

Промышленный способ извлечения инсулина использовал большую по размеру и содержанию инсулина бычью поджелудочную железу. Кроме того, в ней было значительно меньше пепсина и трипсина, поскольку жвачные не ели мяса. Позже, когда были выяснены состав и структура человеческого инсулина, стали изучать структуру инсулина других животных. Оказалось, что инсулин свиньи наиболее близок человеческому, отличаясь только одной аминокислотой. Свиной и бычий инсулины стали основными на период, предшествующий выпуску человеческого инсулина.

Последним достижением генной инженерии стал синтез человеческого инсулина. Основные ступени этого синтеза включали установление гена в человеческой ДНК, ответственного за синтез инсулина, «удаление» этого гена и «пересадка» его в ДНК кишечной палочки E.coli. Такая генетически модифицированная кишечная палочка, находясь в питательной среде, где присутствуют все необходимые аминокислоты, начинает производить инсулин, не отличимый от человеческого. Его эффективность оказалась выше и бычьего, и свиного инсулина, и сегодня под названием Humulin такой инсулин составляет основу большинства применяемых препаратов. На этом химики не остановились, они продолжают модифицировать человеческий инсулин, пытаясь улучшить его свойства.

Отметим, что предпринимались попытки вводить инсулин не в виде уколов, а другим, менее болезненным способом. Капсулы и таблетки со специальным покрытием, которые бы проходили желудок нетронутыми, а раскрывались бы только в кишечнике и выпускали бы инсулин там, а он бы проникал сквозь тонкие стенки в кровь, оказались не действующими по многим причинам. Во-первых, инсулин — довольно большая молекула и не проходит через стенки кишечника, во-вторых, даже в кишечнике инсулин подвергается разрушению.

Лучшие результаты показал способ, когда инсулин входил в состав ректальных свечей. Он быстро проникал через стенки прямой кишки и поглощался в крупных кровеносных сосудах. Непреодолимой оказалась проблема точной дозировки инсулина, вводимого таким способом. Эта же причина не могла быть преодолена, когда инсулин впрыскивался через кожу.

«Exubera» упрощает жизнь

Успех пришел сравнительно недавно, в начале 2006 года, когда правительственная организация FDA утвердила использование инсулина путем ингаляции, то есть путем вдыхания. Этот инсулин носит название «Exubera» и предназначен как быстродействующая добавка перед едой к инсулину длительного действия. «Exubera» была проверена на 2500 пациентах с диабетом-1 и 2 в условиях клиники. Эффект от такого вдыхаемого инсулина наступал уже через 50 минут после приема, тогда как обычный инсулин начинает действовать через полтора-два часа. Для диабета-2 «Exubera» может быть использована как дополнение к применяемым лекарствам, также может полностью заменить их. «Exubera» не рекомендуется курильщикам и страдающим астмой, бронхитом или эмфиземой.

Обычный инсулин пролонгированного действия, будучи введенным, начинает растворяться и поступать в кровь с постоянной скоростью вне зависимости от уровня глюкозы в крови. Такое снабжение организма инсулином сильно отличается от естественного поступления инсулина из поджелудочной железы в кровь только тогда, когда уровень сахара начинает превышать норму.

С целью приближения к натуральному поступлению инсулина врачи рекомендуют больным делать уколы перед каждой едой с помощью портативного шприца, напоминающего карандаш. Такой шприц многоразового пользования позволяет уверенно регулировать сахар крови, но при этом в течение дня необходимо три-четыре раза измерять кровь на сахар.

Идеям нет конца

В конце девяностых годов был создан механический заменитель поджелудочной железы. Небольшой по размеру прибор устанавливался на теле пациента или крепился к одежде. Этот прибор сам измеряет уровень сахара крови и подкачивает инсулин в соответствующей дозе. Именно такой прибор носит на себе Ни-коль Джонсон — мисс Америка 1999 года, с детства страдающая сахарным диабетом-1. Неудобством такой механической поджелудочной железы является постоянно воткнутая под кожу игла. Принятие ванны, душа или купание требует отсоединения иглы, тем не менее число диабетиков, предпочитающих именно такой способ контроля своего сахара, постоянно растет.

Возможно, что наиболее перспективным лечением диабета-1 может стать пересадка островков Лангерганса от здорового человека больному. Такая успешная операция была осуществлена недавно в Японии, когда 27-летней женщине были пересажены около полумиллиона островков Лангерганса от ее 56-летней матери. Клетки сразу прижились и заработали. Через 22 дня пациентка впервые после 12 лет болезни смогла отказаться от инъекций инсулина. Ни у матери, ни у дочери последующие наблюдения не выявили каких-либо осложнений. Пересадка от прямого родственника снижала риск отторжения.

Тайное оружие

Современный подход к лечению и предотвращению диабета помимо лекарственной терапии большое внимание уделяет высокой доле клетчатки в каждодневном меню человека. Поскольку клетчатка не переваривается, раньше ее считали балластной частью пищи. Сегодня роль клетчатки высоко оценена не только потому, что она формирует и позволяет проталкивать кишечную массу по длинному 15-метровому тонкому кишечнику, абсорбирует на себе отмершие клетки и даже удерживает собой ионы тяжелых металлов. Помимо этого клетчатка, как недавно доказано, способна удерживать сахара от их быстрого поступления в кровь из кишечника. Такое удержание происходит из-за того, что сахара имеют большое сродство к клетчатке, «прилипают» к ней и в значительной степени уносятся с пищевыми отходами. Каждый может поставить такой опыт, подтверждающий способность клетчатки удерживать сахар. В стакане воды растворите пол-ложки сахара. Отлейте половину этой сладкой, воды в другой стакан. Оторвите половину листа обычного бумажного полотенца и примните его чайной ложкой в один из стаканов, помешайте намокшую бумагу минуту-другую и сравните сладость обоих растворов. Вы без труда заметите, что вода, обработанная бумагой, будет менее сладкой, чем исходный раствор. Ведь бумага — это чистая клетчатка, и она извлекла сахар из раствора на себя. Так же работает и клетчатка-файбер в нашем кишечнике.

Помимо сахаров клетчатка способна уносить и желчные кислоты, которые, в свою очередь, образуются из холестерина. Снижение уровня желчных кислот побуждает организм снова синтезировать их из холестерина. В итоге холестерина в организме становится меньше.

В чем же содержится клетчатка и как увеличить ее дозу в своем рационе? Чемпионами по содержанию клетчатки являются все виды капусты — белокочанная, брюссельская, брокколи, кольраби и другие. Брокколи еще важна и тем, что в ней накапливаются ионы металлов хрома и цинка, абсолютно необходимые для эффективной работы инсулина. Много клетчатки в зеленых яблоках, в цитрусовых, в зеленых овощах — сельдерее, зеленом луке, в цельных зернах и в бобовых.

Гликемический индекс

Характеристикой продукта по его способности поднимать сахар крови служит так называемый гликемический индекс (ГИ, или по-английски GI). Величина ГИ была получена как результат измерения сахара крови у большой группы здоровых мужчин и женщин после принятия 100 г каждого продукта. После этого замеряли сахар через каждые 15 минут в течение 2 часов. За это время сахар поднимался, достигал максимума, около 180 мг/%, и далее опускался до нормы. Площадь, очерченная такой кривой при принятии 100 г глюкозы, была принята за 100, остальные продукты получили свои соответствующие значения ГИ. Диабетикам рекомендованы продукты с ГИ ниже 50. Приведем значения ГИ некоторых продуктов.

Картофель отварной — 65, рис отварной коричневый — 55, каша гречневая — 40, пшеничная — 50, овсяная — 40, овсяная из «Геркулеса» — 55, манная — 75, хлеб ржаной — 60, пшеничный — 65, капуста белокочанная — 15, цветная отварная — 15, кабачки — 15, морковь — 85, свекла отварная — 70, помидоры — 20, макароны — 46, вермишель — 35, мясо жареное свиное, говяжье, баранина — 50, молоко цельное и снятое — 30, йогурт без сахара — 15, яблоки — 35, сахар — 64, фруктоза — 22, мед — 62.

Всего лишь образ жизни

Ну и, наконец, что говорит наука об образе жизни диабетиков. А наука говорит, что этот образ жизни ничем не должен отличаться от среднего нормального здорового ее образа. Более того, он должен быть более здоровым в плане физической и психической нагрузки. Обязательные ежедневные прогулки на свежем воздухе не менее часа в день, занятия спортом, плаванием в особенности. Следует избегать конфликтных ситуаций, не ставить перед собой невыполнимых задач, больше находиться в компании веселых, оптимистичных друзей, регулярно самому проверяться на сахар, и жизнь будет долгой и счастливой, как и до того как...