УДК: 616-008.615, 616-008.9 DOI: 10.12737/10812
ИНСУЛИН И КЛЕТОЧНАЯ СМЕРТЬ Р.Т. МАКИШЕВА
ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», медицинский институт, ул. Болдина, д. 128, Тула, Россия, 300028
Аннотация. В обзоре собственных работ и литературных источников проведено обсуждение накопившихся противоречий действия сахарного диабета на клеточную смерть. Предложена концепция повреждающего влияния избытка инсулина на клетки с разной степенью чувствительности. Основой для рассуждений приняты следующие аксиомы. Инсулин необходим всем клеткам всех живых организмов. Инсулин является главным регулятором пиноцитоза в клетке. Энергетические и пластические потребности ткани повышают количество и чувствительность рецепторов к инсулину. Избыток инсулина возникает при приеме стимуляторов секреции, деструкции р-клеток, передозировке инсулина. Избыток инсулина способствует быстрому поступлению веществ в клетку, набуханию и некрозу. Механизмами защиты от избытка гормона являются увеличение связывания инсулина жировыми клетками, инсулинорезистентность и увеличение ростовых факторов. Это приводит к снижению апоптоза клеток, ускорению ангиогенеза и уменьшению барьерных функций тканей. При сахарном диабете все клетки подвержены воздействию повышенных концентраций инсулина, но чаще повреждаются клетки эндотелия в связи с их постоянным делением. Апоптоз клеток тканей при сахарном диабете вызван белково-энергетической недостаточностью. Апоптоз р-клеток необходим для снижения избытка инсулина.
Ключевые слова: сахарный диабет II типа, инсулин, клеточный гомеостаз, тканевой метаболизм, апоптоз.
INSULIN AND THE CELLULAR DEATH
R.T. MAKISHEVA
Tula State University, Medical Institute, 128, Boldin street, Tula, Russia 300028
Abstract. In the review of their own work and the literature it discussed accumulated contradictions of the effect of diabetes mellitus on cell death. The author proposes the concept of the damaging effects of excess insulin on cells with different degrees of sensitivity. The basis for reasoning adopted the following axioms. Insulin is needed by all cells of all living organisms. Insulin is the main regulator of pinocytosis into the cells. Energy and plastic tissue needs increase the number and sensitivity of insulin receptors. Excess insulin occurs when taking stimulants, secretion, degradation of P-cells, insulin overdose. Excess insulin promotes the rapid flow of substances into the cell, then swelling and necrosis. Protection mechanisms against excess hormone are increased binding of insulin, fat cells, insulin resistance and increased growth factors. This leads to reduced apoptosis, accelerated angiogenesis, and reduction of the barrier functions of tissues. In diabetes, all the cells are exposed to elevated concentrations of insulin, but most of the cells are damaged endothelium in connection with their regular division. Apoptosis of tissue cells in diabetes mellitus is caused by protein-energy deficiency. Apoptosis of p-cells is necessary to reduce excess insulin.
Key words: diabetes mellitus type II, insulin, cellular homeostasis, tissue metabolism, apoptosis.
Светлой памяти Натальи Анатольевны Швырковой посвящается.
В 1991 году в журнале «Проблемы эндокринологии» опубликована работа Н.А. Швырковой «"Мозговой" инсулин и центральная нервная система» [71]. Эта и другие работы Н.А. Швырковой [69, 70, 72], а также личное общение оказали структурирующее системообразующее воздействие на мышление автора и продолжают вызывать его благодарность.
Современное течение заболеваний сопровождается признаками длительной дезадаптации организма в кардинально изменившихся условиях постиндустриального информационного мира. Смена социальной парадигмы всеобщего блага на парадигму индивидуального благополучия привела к возрастанию в жизни современного человека темпа внешних притязаний, к дефициту времени для адаптации, игнорированию сигналов организма, сокращению времени отдыха и самореализации, отказу от традиционных профилактических методов сохранения здоровья. Напряжение в организме сместилось с двигательного аппарата на психоэмоциональный. Мы вынуждены признать, что процессы урбанизации изменили состав воздуха, воды и питания, изменили характер взаимодействия организма с внешней средой. В организме исподволь истощаются пластические резервы целостной реакции, и накапливается энергетический дефицит. Можно говорить о постоянном углеводном пищевом «давлении», оказывающем влияние на все большую часть населения. Это происходит вследствие того, что люди в избытке потребляют углеводистую и жирную пищу и относительно мало белков. В настоящее время показано, что не только гипергликемия вследствие сахарного диабета (СД), но и постпрандиальная (постпищевая) гликемия может играть важную роль в формировании условий для развития неинфекционных заболеваний человека, включая онкологические заболевания [7]. Именно эти причины, на наш взгляд, приводят к эпидемическому росту заболеваемости СД.
Современная теория СД игнорирует саногенные механизмы регуляции организма, считая их патологическими, генетически детерминированными, работающими против адаптации. Большинство исследователей СД воспринимают заболевание как «сбой» системы гомеостаза, лечебные мероприятия направляются на искусственное (насильственное) восстановление его параметров. В качестве критериев компенсации используются гомеостатические показатели здорового, а, следовательно, находящегося в других условиях жизнедеятельности организма. Нарушено целостное восприятие развития заболевания, акцент перенесен от изучения этиологии и физиологии сахарного диабета на анализ причин, приводящих к гипергликемии и уменьшению биологического действия инсулина [31]. Клиническая медицина уклонилась в сторону статистических и аналитических исследований, что привело к накоплению фрагментарных научных фактов.
Еще 30 лет назад численность больных СД в мире составляла около 30 миллионов больных, треть которых страдала СД 1 типа (СД1), среди причин смерти СД располагался на 17-ом месте. СД 2 типа (СД2) казался неопасным заболеванием, нуждающимся в коррекции диеты, физической активности и таблетированных препаратах. Сегодня распространенность СД стремится к полумиллиарду больных, в основном 2 типа, среди причин смерти СД 2 занял третье место после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Учитывая, что СД 2 увеличивает риск смерти от сосудистых катастроф в 6 раз, а от онкологии в 4 раза, то доминирующее влияние СД на общую смертность становится очевидным [34]. В лечении СД2 стали широко применять препараты инсулина.
При изучении причин смерти и сопутствующей патологии по результатам аутопсий больных СД2 в возрасте 68-80лет выявлена высокая распространенность патологии сердечно-сосудистой системы (ССС) - 94,37%, цереброваскулярной болезни - 50,66%, дыхательной системы - 25,8%, избыточного веса и ожирения - 21,5%, желчнокаменной болезни - 19,86%, злокачественных новообразований -16,2%, гиперплазии предстательной железы - 42,17%, гинекологической патологии - 10,5%, инфекционно-воспалительных поражений почек и мочевыводящих путей - 8,6% [62]. Риск смерти, обусловленный наличием СД, относится также к молодым больным с хорошим исходным состоянием ССС [74]. Происходит угрожающее увеличение СД2 среди лиц молодого возраста, что по мнению экспертов в области СД и будет главной проблемой в течении данного заболевания в следующем десятилетии. Чрезвычайно агрессивное в отношении сосудистых осложнений течение СД2, диагностированного в детском и подростковом возрасте, требует проведения своевременного, патогенетически обоснованного эффективного лечения [21].
Считается, что причиной СД являются генетические изменения, и тому обнаруживаются всё большие подтверждения [83]. Принимая во внимание, что одним из основных путей адаптации организмов к изменяющимся условиям окружающей среды является регуляция экспрессии генов [36], генетические исследования никогда не будут безрезультатны. Генетический фатализм привел к тому, что поиск излечения СД заменен на управление течением заболевания, позволяющее отсрочить проявления осложнений. Символом принято считать образ управления седоком повозки, влекомой тремя скакунами - диетой, физической активностью и лекарственной терапией. Образом сложившегося на сегодняшний день положения в ведении больных СД может стать легенда о Фаэтоне, потерявшем управление повозкой Зевса, что привело к вселенскому коллапсу.
Сегодняшнее понимание патогенеза СД 2 складывается из следующих нарушений:
- Секреторная дисфункция р-клеток - замедление «раннего» прандиального выброса инсулина.
- Инсулинорезистентность (ИР) - снижении чувствительности и числа рецепторов инсулина (РИ).
- Гиперпродукция глюкозы печенью - гипергликемия натощак.
- Истощение продукции инсулина р-клетками и дефицит инсулина.
Несмотря на это, клиническое ведение пациентов СД не выявляет дефицита действия инсулина, но контролируется по уровню глюкозы, который не отражает эффективности инсулина. Гипергликемия при СД складывается из влияния октета механизмов, повышающих уровень глюкозы в ответ [77] на системный энергетический запрос. До 1990-х годов высказывались серьезные сомнения о том, стоит ли снижать гликемию до нормального уровня, если ее умеренное повышение не сопровождается выраженными симптомами. Фундаментальными диабетологическими рандомизированными исследованиями БССТ (19831993 гг.) и иКРБ8 (1986-1998) была доказана польза снижения гликемии до недиабетического уровня.
Достижение гликемии, близкой к норме, стало рекомендуемой целью лечения. Лечение стало интенсифицироваться до цели.
Исследования ACCORD, ADVANCE, VADT не выявили существенных преимуществ агрессивного гликемического контроля с позиций сердечно-сосудистого прогноза, несмотря на снижение рисков микрососудистых осложнений. Современным итогом интенсивной терапии СД стал метаболический парадокс: при достижении эугликемии на фоне лечения - микроциркуляторные повреждения сохраняются [35]. Возникли серьезные опасения, что жесткий контроль за концентрацией HbAlc в плазме крови (в среднем на уровне около 7% и ниже) может ассоциироваться с ухудшением показателя выживаемости пациентов с сердечной недостаточностью (СН) независимо от их возраста, и, напротив, повышение уровня HbAlc у пациентов с СД и уже имевшейся манифестной СН сопровождается улучшением прогноза [79, 4]. Очевидная выгода от интенсивного снижения уровня HbAlc в плазме крови все же отсутствует [76]. Авторы консенсуса EASD 2012 по лечению СД2 попытались понемногу отойти от глюкоцен-трической теории и заменить ее концепцией «персонифицированной медицины» - ожидаемый сахарос-нижающий эффект должен быть сбалансирован таким образом, чтобы оставаться удобным для пациента. Такое положение заставляет задуматься о том, что современная концепция СД2 несостоятельна [23].
Применяя аксиоматический метод познания, остановимся на перечислении незыблемых постулатов биологии и сформулируем концепцию регуляции инсулином клеточного гомеостаза. Такой подход позволяет увидеть приспособительное значение механизмов, ограничивающих действие инсулина и распространенных при СД. Нормальная клетка, находящаяся в покое, поддерживает оптимальный метаболический уровень, соответствующий условиям (требованиям) среды [17]. Стабильность морфологических структур организма в меняющихся условиях внешней среды обеспечивают механизмы гомеостаза, сохраняя структуру, обмен веществ, энергии и информации. При действии более сильного раздражителя или повышенной реактивности центральной нервной системы (ЦНС) организм переходит на другой тип реагирования, целью которого является поддержание функции в новых условиях среды, так называемый энантиостаз [38, 65]. При этом, параметры гомеостаза не выходят за пределы максимально допустимых значений, а метаболическая активность и функциональные возможности клетки могут значительно повышаться. Возрастает, или наоборот, снижается активность действующих программ, включаются новые, раннее репрессированные, что приводит к увеличению синтеза ферментов, белков, вплоть до увеличения количества клеточных органоидов и их гипертрофии. Таким образом, включая механизмы адаптации (а это не что иное, как комплекс защитно-приспособительных реакций) клетка может длительное время выполнять свою функцию в полном объеме, но в уже изменившихся условиях. Принципиальных различий между механизмами адаптации к физиологическому или патогенному раздражителю нет [l7].
Представления о патогенезе СД2 значительно расширяются благодаря исследованиям, проводимым на клеточном уровне [20]. Клетка является целостной биологической системой, имеющей все проявления жизни в сложном организме. Ее функционирование представляет собой реализацию определенных генетических программ, активность или пассивность которых определяется влиянием внешней среды, микроокружением и внутренними потребностями клетки [17]. Химия и физика живой клетки базируются на двух основных классах веществ: а) нуклеиновых кислотах и нуклеотидах и б) белках [59]. Показано, что пациенты с СД имеют больший риск развития нутриционных нарушений [3]. Взаимосвязь белково-энергетической недостаточности (БЭН) с наличием СД выявляется даже в условиях несоблюдения рациона. Концентрация инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1) в сыворотке находится под влиянием пищевого белка и энергообеспеченности, достоверно снижается при недостаточном питании и коррелирует с антропометрическими показателями пищевого статуса, что позволяет использовать его в качестве маркера состояния питания [22]. На наш взгляд, причины увеличения БЭН при СД следующие: 1) белки поступают в клетки вместе с глюкозой и другими субстратами при интенсифицированной саха-роснижающей терапии; 2) белки расходуются на глюконеогенез; 3) при СД происходит гликирование белков плазмы, 4) потери белка с мочой вследствие полиурии; 5) происходит снижение поступления белков в связи с оценкой питания в основном по углеводам.
Современные биохимические механизмы несут отпечаток эволюционного прошлого [59]. Филогенез инсулина интересует исследователей механизмов СД2 [63, 50]. Уже древние одноклеточные организмы использовали метаболиты для межклеточных коммуникаций. Впоследствии они стали выполнять функции гормонов [5]. При производстве инсулина генномодифицированные штаммы E.coli выделяют человеческий инсулин в среду [56]. Гормоны обнаружены у растений и животных разных уровней развития. Структура гормонов в основном не изменялась [5]. Инсулин можно обнаружить у бактерий, одноклеточных, растений, кольчатых червей, моллюсков, насекомых и других организмов, не имеющих панкреатической железы, и у всех млекопитающих. Последовательность аминокислотных остатков в молекуле инсулина изучена более чем у 25 видов животных [31,47]. Установлено наличие инсулина и РИ в неоплодотворенных куриных яйцах и эмбрионах цыплят 2-3 дневного возраста, в плаценте, эмбрионах и желточном мешке крысы, слюнных железах. В эмбриогенезе многоклеточных ряд гормонов выявляется в первые часы и дни развития. В процессе дробления они регулируют течение клеточного цикла. Позже - перемещение клеток и образование межклеточных контактов, действуя аутокринно и паракринно. Инсулин участвует в увеличении синтеза РНК и ДНК, активации митогенеза, размножении, дифференцировке, построении, росте клеток, регулирует органогенез и дифференцировку у плода. Инсулин, ИФР-1 и релаксин - пептиды инсулинового семейства, имеющие структурно-функциональное сходство [86]. ИФР-1 оказывает преимущественно ростстимулирующий эффект, а также регулирует глюкозный гомеостаз и применяется при лечении сахарного диабета (СД) [84]. Релаксин, функционально близкий к инсулину, регулирует у позвоночных репродуктивную систему, и его уровень положительно коррелирует с чувствительностью организма к инсулину, особенно при СД 2 [85].
Обеспечение секреции ß-клеткой зависит от инсулина в той же мере, как и любых других клеток организма, ß-клетки поджелудочной железы имеют на своей клеточной мембране РИ [6,12]. Секретированный инсулин взаимодействует с РИ на поверхности, возможно, его же секретировавшей ß-клетки. Пополняя ß-клетку необходимыми субстратами, инсулин инициирует синтез веществ, обеспечивающих ее функцию. Взаимодействие инсулина с РИ ß-клетки стимулирует её основную функцию - синтез инсулина. При снижении секреторного ответа ß-клетки на стимуляцию глюкозой может сохраняться ответ на стимуляцию аминокислотами.
На протяжении многих лет головной мозг рассматривался как инсулиннезависимый орган, способный утилизировать глюкозу без участия инсулина, однако эта точка зрения радикально пересмотрена, и в настоящее время инсулинрегулируемые процессы в ЦНС интенсивно изучаются в физиологических условиях и при развитии патологии [57]. Многими авторами признано, что нарушения активности РИ меняют электровозбудимость клеток и ключевые межклеточные взаимодействия в ЦНС. Инсулин транспортируется в физиологических условиях через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) [82]. Транспорт инсулина через ГЭБ затруднен при нейродегенерации, старении, голодании, ожирении, однако при некоторых формах СД и в периоде неонатального развития скорость транспорта инсулина в головной мозг увеличивается [57]. Присутствие инсулина в культуре жизнеспособности шванновских клеток обеспечивает ее поддержание и увеличение уровня пролиферации клеток при регенерации периферических нервов. Действие инсулина в клетках головного мозга протекает по тем же механизмам, что и в периферических тканях [31]. Доказательство наличия в эритроцитах инсулина, стало причиной интенсивного исследования метаболизма этого гормона в клетках, считавшихся до этого узкоспециализированными переносчиками кислорода [в 44]. Полагаем, что инсулиннезависимых тканей не существует, поскольку РИ обнаруживаются практически во всех клетках организма, их строение и связывающие свойства не зависят от типа ткани и вида животного.
В диабетологии доминирует мнение о том, что инсулин, главным образом, регулирует утилизацию глюкозы. На наш взгляд, такое представление исторически связано с её четким вкусом, это запустило исследовательский поиск методов гликометрии. Затем на формирование глюкозоцентричной модели СД оказывало влияние представление об энергетической ценности глюкозы в качестве источника АТФ.
Двойственный смысл использования глюкозы рассмотрен В.П. Скулачевым [59]. В подавляющем большинстве дошедших до нас организмов функцию легко мобилизуемого энергетического резерва выполняют не полифосфаты, а углеводы. Преимущество углеводов перед полифосфатами состоит в том, что в них запасены не только энергия, но и «строительный материал». Расщепление углеводов (гликолиз) дает, помимо АТФ, карбоновые кислоты, такие, как пировиноградная кислота, которые могут использоваться клеткой при биосинтезе самых разнообразных соединений при БЭН.
Полагают, что начальным этапом в развитии патологических изменений в органах при СД являются следующие процессы: а) повреждение мембраны, вызванное свойственными СД нарушениями; б) увеличенная фильтрация через сосудистую стенку плазменных белков, их отложение в ней; в) физическое повреждение основной мембраны повышенным гидростатическим давлением в микроциркуляции [31]. Повреждение плазматической мембраны типично для перекисного окисления, гидролиза мембран, механо-осмотического растяжения и адсорбции на мембране полиэлектролитов. Это вызывает изменение функции рецепторов, ионных каналов, пиноцитоз, выход внутриклеточных метаболитов (синдром цитолиза - АДФ, ионов, ферментов, субстратов клеток); изменяет мембранный потенциал (ведет к набуханию клеток из-за нарушения транспортных систем ионов) к баллонной дистрофии и сглаживанию градиентов ионов; способствует входу ионов Na и Са2+, активирует мембранную фосфилипазу А и изменяет синтез и баланс лейкотриенов - простагландинов [17].
Фундаментальные свойства мембран - полупроницаемость, способность избирательно аккумулировать вещества, способность сохранять осмотическую стабильность и способность генерировать электрические потенциалы - опровергает физическая теория Гильберта Линга [24]. Методами электронной микроскопии и гистохимии не подтвердилось наличие ионных каналов на мембране. Следовательно, в возможности избирательного проникновения в клетки глюкозы, минуя инсулиновую регуляцию ее транспорта, можно усомниться.
Связь инсулина с РИ способствует поступлению внутрь клетки не только глюкозы, но аминокислот, свободных жирных кислот и триглицеридов, нуклеотидов, ионов калия, магния, кальция, фосфатов [68], что делает инсулин главным регулятором анаболических процессов в клетке. Инсулин регулирует важнейшее свойство мембран - проницаемость (способность пропускать в клетку компоненты обмена веществ), осуществляющая осморегуляцию и поддерживающая гомеостаз цитоплазмы. Косвенные подтверждения данного факта заключаются в гормональной и лекарственной полирезистентности у больных с ИР.
Во внеклеточной жидкости гормоны присутствуют в очень низкой концентрации - обычно в пределах 10-15-10-19 моль/л. Концентрация инсулина в крови 10-10-10-9 М, т.е. ниже, чем усредненное сродство связывания инсулина с РИ 10-2-10-4 ЕД. Норма инсулина в крови составляет 3,0-25,0 мкЕд/мл. Для максимального биологического эффекта инсулина в большинстве тканей достаточно связи с 5-10% РИ [31]. РИ постоянно синтезируются и распадаются; их период полужизни составляет 7-12 ч, но в присутствии инсулина уменьшается до 2-3 ч. Период полураспада свободного инсулина около 5 минут. РИ имеет высоко консервативную структуру, еще более консервативную, чем структура самого инсулина. РИ образуют кластеры по 3-12 молекул в окаймленных ямках цитоплазматической мембраны. Эти ямки есть почти у всех клеток животных, занимая, как правило, около 2% клеточной поверхности [8]. Их количество меняется в зависимости от потребности клетки, при ее снижении погружая этот участок в эндоплазматический ретикулум (ЭР). РИ обнаружены на мембранах ЭР, комплекса Гольджи и ядер. РИ ядерных мембран меньше, у них пониженное сродство к инсулину, чем у РИ плазматических мембран. Наряду с РИ плазматических мембран РИ ядерных мембран принимают участие в связывании гормона и в реализации его биологической активности. Поэтому поиски так называемых нарушений пострецепторного механизмов действия инсулина не увенчались успехом [31], но показали высокую экономичность и пластичность взаимодействия инсулина с тканями. Пострецепторным сигналом являются субстраты питания. Действие инсулина на клетки не требует синтеза вторичного посредника, некоторые метаболические эффекты инсулина могут реализовываться и без участия тирозинкиназного каскада, часто одна и та же молекулярная стратегия используется для достижения разных эффектов.
РИ обнаруживаются на клетках почти всех типов, но в разном количестве [58]. Огромное число РИ имеют клетки печеночной и жировой тканей, больше всего их на гепатоцитах (до 250 000 рецепторов на одну клетку) и на адипоцитах (до 50 000); на моноцитах (16 000), а на эритроцитах их совсем немного (40). Поэтому активность инсулина зависит не только от его концентрации, но и от количества РИ на клетке. Экзогенный инсулин при лечении СД связывает резерв РИ. Действие метаболической секреции инсулина зависит от энергетических потребностей клеток; прандиальная секреция инсулина обусловлена необходимостью запасания энергии. Полагаем, что гепатоциты, адипоциты и миоциты являются участниками регуляции уровня инсулина в крови, их ИР включается при возрастании потребностей жизненно важных тканей в питании.
Интернализация РИ происходит при избытке поступления глюкозы в организм. Введение крысам 300 мг глюкозы вызывает пятикратное увеличение уровня инсулина в плазме и последующее уменьшение его связывания с плазматическими мембранами печени на 20-25%, но повышение его связывания с мембранами комплекса Гольджи - на 50-70%. Эти изменения максимальны через 5-15 минут и полностью исчезали через 1 час. Они были обусловлены увеличением числа РИ во фракции комплекса Голь-джи и снижением их числа в плазматических мембранах. Повышение концентрации инсулина в крови приводит к быстрой и обратимой транслокации РИ с поверхности клетки внутрь гепатоцитов без изменения их общего числа [в 58]. Такие факты позволяют задуматься о том, что ИР может быть вызвана нарушениями гомеостаза и гиперинсулинемией. Так осуществляется защита от повышенной проницаемости мембраны клетки.
После связывания и кластерирования лигандов в покрытые окаймленные ямки начинается температурно- и, вероятно, энерго- зависимый процесс закрытия шейки этой ямки. Следующая стадия - образование эндосом. В последующем эндосома отрывается от окаймленной ямки и направляется либо в комплекс Гольджи, либо сливается с лизосомами [30] В лизосомах под влиянием протеолитических ферментов происходит диссоциация инсулинорецепторного комплекса, и РИ возвращаются к мембране клетки (функция шатла). Прежде чем РИ подвергнется деградации, он успевает несколько раз переместиться от мембраны к лизосомам и обратно (рециклизация РИ). Одна из важных функций эндоцитоза и лизосом связана с регуляцией количества мембранных рецепторов и их интернализации. Можно представить 3D конвейер мембраны с нанизанными кластерами рецепторов, причем возможно не рецептор смещается по мембране, а сама мембрана то погружается в клетку, то выходит на ее поверхность. Далее эндоцитозный пузырек сливается с лизосомой, и инсулин во вторичной лизосоме разрушается. РИ тоже могут разрушаться или возвращаться в плазматическую мембрану. Во многих типах клеток инсулин стимулирует эндоцитоз и деградацию РИ. Этот процесс можно рассматривать как механизм отрицательной кооперативности РИ: уменьшение количества РИ на мембране. Концепция о захватывании пептидных гормонов, связанных со специфическими рецепторами, системой «покрытые углубления - лизосо-мы» хорошо известна. Во многих классических исследованиях показано, что эта система важна для транспорта питательных и чужеродных веществ внутрь клетки. Только эти процессы не связывали напрямую с инсулином.
При исследовании механизма воздействия инсулина на рибосомный синтез белка на модели бесклеточной системы было установлено, что нативный инсулин не влиял на синтез белка, тогда как фрагменты инсулина, образовавшиеся под действием печеночной инсулиназы, увеличивали в два раза включение Н3-метионина в синтезированные de novo белки [44]. Анаболическое влияние инсулина указывает на его необходимость для осуществления функционирования всех тканей, органов и физиологических систем, реализации эмоциональных и поведенческих актов, поддержания гомеостаза, осуществления механизмов приспособления и защиты от неблагоприятных факторов среды. В монографии «Физиология сахарного диабета» [31] собраны разнообразные факты эффектов инсулина в организме. Инсулин обеспечивает потребности клеточного гомеостаза, стимулирует синтез, тормозит распад, активирует геном, регулирует экспрессию ранних генов с-fos и с-jun; может выполнять антиоксидантные функции в организме, in vivo и in vitro вызывает торможение перекисного окисления липидов, проявляет антилиполитический и антиоксидантный эффекты, которые имеют возрастные и дозозависимые различия. Инсулин потенцирует свойства возбудимых тканей, регулирует процессы свертывания крови, обнаружена прямая корреляция между содержанием в крови инсулина и фибриногена, обратная зависимость с содержанием активатора плазминогена. Инсулин участвует в регуляции водно-солевого обмена: регуляции секреции альдостерона, обнаружена инсулинзависимость осморецепторов; стимулирует транспорт натрия в проксимальных и дистальных канальцах почек, активируя Na-К-АТФазу, повышает содержание натрия и мочевины в интерстициальной ткани мозгового вещества и почечном сосочке, задерживает натрий в организме, усиливая реабсорбцию, блокируя его экскрецию почками; модулирует центральную регуляцию артериального давления; является вазоактивным пептидом, вызывая дилатацию сосудов скелетной мускулатуры, ослабляя вазоконстрикцию через альфа-2-адренергический путь. Инсулин активирует гуморальные и клеточные иммунные реакции и гемопоэз, регулирует органогенез и дифференцировку у плода, участвует в регуляции функции яичника. РИ и ИФР-1 обнаружены в яичниках животных и человека, где оба вещества оказывают митогенный эффект, стимулируя пролиферацию клеток гранулезы в яичниках коров и свиней (но не мышей) in vitro; усиливают стероидогенез в яичниках, потенцируя эффект гонадотропинов; стимулируют синтез эстрадиола и прогестерона, индуцированный ФСГ, в клетках грану-лезы и ЛГ-индуцированный синтез андростендиона в клетках теки и стромы, эти эффекты зависимы от дозы и времени. При совместном введении эти вещества не усиливают действие друг друга. Отмечено прямое индуцирующее и активирующее влияние инсулина и ИФР-1 на ароматазу. Выявлено усиление ФСГ-зависимой выработки ЛГ-рецепторов в клетках гранулезы на фоне действия инсулина и ИПФР-1. Инсулин, способствует восприятию мозгом информации о состоянии углеводного обмена и уровня массы тела, влияет на организацию процессов внимания, памяти, моторной активности, ориентировочно-исследовательских реакций, питьевого и пищевого поведения, обучения, социального поведения, коммуникабельности, агрессивности, болезненного пристрастия, регулирует пищевую мотивацию и насыщение. Показано повышение болевых порогов у здоровых животных при введении инсулина в желудочки мозга. Эффекты инсулина многообразны, поскольку ни одна функция клеток, тканей и организма не происходит без субстратно-энергетического обеспечения, а значит и без инсулина.
Изучено действие инсулина на сократимость миокарда сусликов Citellus undulatus, использующих механизм обратимой сезонной изменчивости чувствительности к инсулину как адаптационный механизм [39-43]. Прояснены некоторые аспекты способности ИФР-1 и инсулина стимулировать клеточный рост и ингибировать апоптоз в культурах фибробластоподобных клеток [53]. Изучены эритроциты как депо и система транспорта экзогенного инсулина [66]. Особенность транспорта инсулина по сравнению с транспортом других белковых гормонов заключается в равноценном использовании сывороточного и эритроцитарного механизмов. Показано, что при СД1 вклад эритроцитарной системы увеличивается [51]. Полагаем, такие результаты связаны с БЭН при СД. Продолжительность действия инсулина при экспериментальном диабете продлевается за счет увеличения синтеза ингибитора инсулиназы в гепатоцитах и эритроцитах [44]. Это исследование показывает адаптацию организма к снижению уровня инсулина.
Избыточное действие инсулина способствует набуханию. Установлено, что инсулин вызывает набухание клеток в печени, изменяя процессы проникновения и выхода электролитов из них [85]. За десятилетия инсулиновой эры лечения СД мы «уверовали» в инсулин как в абсолютное благо и приписываем ему «непогрешимость». Однако, следует исходить из главного биологического действия инсулина -осуществления питания клетки путем формирования вакуолей. До настоящего времени не осмыслено положение, что этот процесс может оказаться избыточным, если происходит совпадение по времени двух факторов: 1) высокой потребности в субстратах и энергии; 2) увеличения концентрации инсулина. Следствием сочетания этих двух факторов является гибель клеток по всему организму. Повышение концентрации инсулина в крови может быть вследствие 1) стимуляции секреции, например, углеводами, 2) деструкции инсулоцитов, например, нитрозаминами (их уровень повышают курение, копчености, консерванты), 3) уменьшения связи инсулина с рецепторами, например мышц при снижении физической активности; 4) ятрогенной хронической передозировки инсулина и секретагогов.
Избыточность связана и с повышением чувствительности тканей. Клетки с разным содержанием РИ реагируют по-разному на одну и ту же концентрацию инсулина. Повышение количества РИ и их афинности наблюдается у здоровых вечером и ночью, в фолликулярную фазу менструального цикла, при физической нагрузке, беременности. Энергетические и пластические потребности ткани повышают количество РИ на мембране и их чувствительность к инсулину. Причины стойкого повышения чувствительности тканей к инсулину: БЭН, дезадаптация, обезвоживание. Уменьшение количества РИ происходит в пожилом возрасте, при ожирении, ацидозе, циррозе печени, гиперкортицизме.
В наших исследованиях 1994-1997 гг. было показано, что введение инсулина на поведенческом уровне ухудшает приспособление организма к условиям внешней среды, замедляет темпы освоения нового навыка и реализации прошлого опыта. В условиях стресса действие инсулина снижало выживаемость животных [29]. Тогда была выдвинута гипотеза приспособительного значения механизмов развития СД [25-28, 30-31]. Физиологическая регуляция концентрации инсулина в крови, как одной из констант гомеостаза, подчиняется гомеостатическому принципу антагонистической регуляции функций. Следовательно, увеличение уровня инсулина, а также увеличение чувствительности тканей к инсулину, запускает системогенез ограничения избыточного действия инсулина на клетки организма [25-28, 31].
Проведено исследование [32] влияния инсулина на транспорт катионов через клеточную оболочку бактерий. Рост культур E.coli и St. Epidermidis в стандартной среде Тироде. и в модифицированных по гипо- изо- и гипертонической концентрации катионов калия средах, влияние инсулина в концентрации 0,5МЕ/л среды замедляло рост E.coli, но не оказывало действия на рост St Epidermidis. Типирование культур по темпам роста выявило стимулирующее действие инсулина на рост слабо растущих культур (СРК) и подавляющее - на рост хорошо растущих культур (ХРК). СРК имеют большую потребность в питании, присутствие инсулина потенцировало их рост. ХРК быстрее потребляют питательные вещества из среды, но действие инсулина, увеличивающее транспорт катионов через мембрану, губительно действовало на микробные клетки. Морфологические признаки бактерий в мазке культуры: E.coli приобретали овоидную форму, иногда располагаясь группами. В среде с гипертонической концентрацией калия инсулин потенцировал набухание микробных клеток и угнетение их способности к размножению.
Морфологические исследования тканей головного мозга белых крыс разного возраста после внутримышечного введения инсулина в дозе 1 МЕ/кг были типичны для гипоксического поражения нервной ткани и описали гибель корковых нейронов, выраженный отек ткани мозга, нарушение проницаемости сосудов, появление тромбообразований и кровоизлияний [33].
Продукция любого гормона контролируется субстратом, уровень которого регулируется этим гормоном. Продукция инсулина контролируется глюкозой и аминокислотами. Стимулируют секрецию инсулина: желудочный ингибиторный пептид, холецистокинин, глюкагоноподобный пептид и др. Действие инсулина не антагонистично, а синергично активизирует катаболические и анаболические гормоны: адреналин, гормоны гипофиза (АКТГ, ГР, ТТГ, пролактин, вазопрессин) кортизол и тироксин. Установлено, что многократное введение высоких доз инсулина вызывает в организме в целом катаболические изменения. Катаболические процессы призваны восполнить потери гомеостаза в связи с усилением, благодаря инсулину, поступления питания в клетки. Перечисленные анаболические гормоны поступают внутрь клетки вместе с питанием и активно стимулируют синтез. Их резерв в крови должен быть восполнен, что стимулирует их секрецию.
Постоянство внутренней среды организма поддерживается различными адаптивными реакциями: синтоксической (обеспечивающей сосуществование организма с внешним или внутренним раздражителем) и кататоксической (при которой инициируется гибель чужеродного для организма агента). Проведенные исследования показали наличие в организме двух систем, реализующихсинтоксические и кататоксические программы: гипоталамо-гипофизарно-репродуктивной - ответственной за синтоксические программы адаптации (СПА), и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой - модератора кататоксических программ адаптации (КПА). Эти управляющие программы с позиции системного синтеза координируются еще одной - допамин-ГАМК-эргической системой [16, 18].
В эндокринной системе содержание кортикотропина (АКТГ) и кортизола сопряжено с активностью симпатической нервной системы. Кортизол обеспечивает: увеличение содержания в крови лейкоцитов и эритроцитов, нейтрофилез, гипергликемию, активацию гликолиза и избыток пирувата в крови, усиление глюконеогенеза, катаболизма белков и уве