Витамин Д необходим для нормального метаболизма глюкозы. Он непосредственно усиливает образование инсулина в поджелудочной железе. Витамин D регулирует поступление глюкозы в миоциты и адипоциты, уменьшая инсулинорезистентность. Для нормального действия инсулина необходим Cr (III), который облегчает взаимодействие инсулина со своим рецептором на поверхности ячейки. Гликогемоглобин – это гемоглобин, который связан с глюкозой. Уровень гликогемоглобина повышается в красных кровяных клетках лиц с слабо управляемым сахарным диабетом. Поскольку остается прикрепленной к гемоглобину в течение жизни эритроцита (около 120 дней), то уровень гликогемоглобина отражает средний уровень гликемии за последние 3 месяца.
Нормальный уровень гликогемоглобина в крови — менее чем 7%. Уровни выше 9% говорят о слабом контроле гликемии, а уровни выше 12% — об очень плохой терапии пациента с сахарным диабетом. При наличии сахарного диабета или риска развития данного заболевания рекомендуется измерение гликогемоглобина через каждые 3 в 6 месяцев. Показано, что диабетики, которые поддерживают уровни гликогемоглобина близко к 7%, имеют значительно лучший шанс для предотвращения осложнений диабета (ретикулопатия, нефропатия, нейропатия), чем люди с уровнями 8% или выше.
Ключевые слова: гликогемаглобин, глюкотранспортеры (ГЛУТ),сахарный диабет.
Keywords: glycohemoglobin, glycotransferase, diabetes mellitus.
Введение
Сахарный диабет (СД) характеризуется очень богатой клинической картиной. Выявляются все новые его молекулярные механизмы, которые помогают своевременно уловить начало заболевания и многочисленных его осложнений. За последние годы особое внимание привлекают изменения уровня гликированного гемоглобина, а также ряда других гликированных белков при СД. Гемоглобин является основным содержанием эритроцитов. Он незаменим по многим признакам, главным из которых является транспорт кислорода из легких ко всем тканям. Без него данная функция невозможна.
Присоединение глюкозы к гемоглобину, в конечном счете, нарушает перенос кислорода, приводя к кислородному голоданию (гипоксии) органов и тканей. При гипоксии нарушаются процессы обмена веществ и многие защитные механизмы. Гликированный гемоглобин представляет собой соединение молекулы глюкозы с молекулой гемоглобина. Такой гемоглобин есть у всех людей – с диабетом и без диабета. У здоровых людей с глюкозой связано 4-6,5% гемоглобина.
Повышенное содержание гликированного гемоглобина говорит о нарушениях углеводного обмена, наличии сахарного диабета или о плохой компенсации и неправильной схеме лечения при сахарном диабете. Чем выше уровень сахара в крови и чем дольше он повышен, тем больше уровень гликогемоглобина. Поэтому у людей с диабетом этот показатель часто превышает 6,5%. При контроле за лечением диабета рекомендуется поддерживать уровень гликированного гемоглобина менее 7% и пересматривать терапию при содержании гликированного гемоглобина более 8%.
На схеме ниже приведены краткие сведения о том, что такое гемоглобин.
Как поступает глюкоза в клетки?
Сахар (глюкоза) – это очень важный продукт для всех живых клеток. Он легко окисляется и используется не только как источник энергии. И из его промежуточных соединений в клетках образуются другие вещества, такие как заменимые аминокислоты, жирные кислоты, холестерин и структурные элементы (гликопротеины). Но дело в том, что глюкоза, как и очень многие другие соединения, не способна проникать через клеточную мембрану. Для ее переноса внутрь клетки необходимы специальные белки, которые называются транспортерами глюкозы, глюкотранспортеры, сокращенно ГЛУТ (GLUT).
Известно около полутора десятков типов ГЛУТ. Все они очень похожи между собой, но имеются и различия. Отдельные ГЛУТ используются разными типами клеток. Их еще разделяют на инсулин-зависимые (это единственный тип ГЛУТ-4) и инсулин-независимые (все остальные ГЛУТ, за исключением ГЛУТ-4). ГЛУТ-4 находится только в трех типах клеток: жировых клетках, мышечных и в клетках миокарда. В указанные клетки глюкоза может поступать и через ГЛУТ-1,но их способность в них очень невелика, поэтому при дефектах ГЛУТ-4 сердце и мышцы получают недостаточно глюкозы, и она тогда накапливается в крови (выше 6 ммоль/л) и развивается гипергликемия.
Пояснение к рисунку : нормальное функционирование инсулина, т.е. транспорт глюкозы в клетки сердца, скелетных мышц и адипоциты зависят от действия адекватных доз витаминов Д и А, которые стимулируют синтез и секрецию клетками костной ткани остеобластами гормона остеокальцина. Остеокальцин через кровь, помимо ряда других стимулирующих эффектов, способствует синтезу и секреции гормона адипоцитов адипонектина, который, по всей видимости, является ключевым регулятором гена (генов?), кодирующего инсулин-зависимый транспортер глюкозы, т.е. ГЛУТ-4.
Дефект на любой из приведенных на схеме фаз может способствовать нарушению утилизации глюкозы клетками мышц и жировой ткани, которые в общей массе составляют основу человеческого тела. Если в них глюкоза не поступает, то она накапливается в крови, развивается гипергликемия. Часть глюкозы при этом может выводиться через почки с мочой, но основная масса ее неудержимо стремится в инсулин-независимые типы клеток, потому что они содержат в мембранах другие типы ГЛУТ. И получается, что при СД глюкоза почти не попадает в сердце, скелетные мышцы и жировую ткань (при этом они не сильно страдают, так как большую часть необходимой энергии получают за счет окисления жирных кислот), а в другие ткани ее “заплывает” чрезмерное количество. В результате сладкая молекула становится горечью и отравой.
Роль хрома в проведении
сигнала инсулина
(Может ли дефицит хрома привести к инсулинорезистентности?)
GTF – трехвалентный хром (Cr+++) в окружении двух молекул пиколиновой кислоты, очень напоминающей никотиновую кислоту (витамин В3), и трех аминокислот (возможно, глутаминовой кислоты, цистеина и глицина) был впервые выявлен в пивных дрожжах, которые являются одним из самых богатых источников органического хрома. Хотя было сделано немало попыток, чтобы изолировать или синтезировать GTF, но ни одна из них не была успешной. Ученые синтезировали «биологически активные комплексы» хрома, которые будут изготовлены в виде добавок, но эти соединения только выглядят подобно, но не идентичны природным ГТФ — комплексам.
Точная структура GTF остается неизвестной . Хромодулин — трансферрин + низкомолекулярная хром связывающая субстанция (LMWCr). Хром абсорбируется с помощью механизма активного транспорта и переносится в печень, будучи связанный с трансферрином. Предполагается, что существуют обратные соотношения между транспортом трансферрином атомов хрома и железа. У пациентов с гемохроматозом отмечается явный дефицит хрома. У таких людей часто развивается сахарный диабет. Высокоуглеводная диета повышает скорость обмена хрома и выделение его с мочой – неорганический хром всасывается с большим трудом (от 0,2- 2%). Органический хром, в частности, пиколинат-хром, всасывается намного интенсивней – до 16%.
А) Предполагаемый механизм активации киназной активности рецептора инсулина хромодулином в ответ на инсулин. Неактивная форма инсулинового рецептора (IR) превращается в активную форму при связывании с инсулином. Это запускает перемещение хромодулина (преимущественно в форме хромодулин-трансферрин, Cr-Tf) из крови в инсулин-зависимые клетки, которые, в свою очередь, приводят к связыванию хрома с апохромомодулином, неактивным олигопептидом. Холохромодулин (апохромодулин –Cr) или, хромодулин, прикрепляется к рецептору инсулина (к его цитоплазматическому домену, сформированному обеими внутриклеточными участками бета-цепей рецептора инсулина, способствуя быстрой активации рецепторной тирозинкиназы. Сам апохромодулин не способен связываться с рецептором инсулина и активировать рецепторную киназу. Когда концентрация инсулина падает, холохромодулин освобождается от клетки, способствуя снижению перечисленных эффектов.
Б) Молекулярный механизм действия хрома.
Атомы хрома взаимодействуют с субстанцией, называемой низко-молекулярной массы хром связывающей субстанцией low-molecular weight chromium (LMWCr) binding substance, имеющей м.м 1500 ( другое наименование данной субстанции – хромодулин) и состоящей из остатков аминокислот глицина, цистеина, аспарагиновой кислоты и глутамата. Это природный олигопептид, выделенный из многих объектов животных, особенно из печени и почек. Этот широко распространенный олигопептид способен прочно связывать 4 атома хрома.
Считается, что хромодулин существует в неактивной форме, или апоформе (апохромодулин) в цитозоле и ядрах инсулин-чувствительных клеток. Главное предназначение хромодулина – потенцировать действие инсулина. Когда концентрация инсулина в крови повышается (обычно при гипергликемии), инсулин связывается с внеклеточными субъединицами (альфа-цепи рецептора инсулина) рецепторного белка и индуцирует конформационные изменения в них. Эти изменения приводят к аутофосфорилированию остатков тирозина, локализованных во внутриклеточных участках бета-субъединиц рецептора. При этом активируется рецепторная тирозинкиназа, готовая и способная активировать в свою очередь внутриклеточные вторичные посредники инсулина, которые называются субстратами рецептора инсулина (IRS).
Далее активированные (фосфорилированные) IRS сами становятся активными тирозинкиназами, стимулирующими большое количество внутриядерных и цитоплазматических процессов, в том числе и транслокацию ГЛУТ-4 из цитоплазмы в структуру мембраны клетки, обусловливая перемещение глюкозы из межклеточной жидкости внутрь клеток миокарда, скелетных миоцитов и адипоцитов. Нельзя не сказать, что это очень сложные процессы. Напомним, что в организме ничто не происходит просто.
Дефицит хрома или дефект LMWCr может способствовать проявлению инсулинорезистентности.
Таким образом, фактор толерантности к глюкозе (ГТФ = GTF) может стать одним из новых перспективных антидиабетических средств. GTF эффективно снижает повышенный уровень глюкозы в крови у больных сахарным диабетом животных и человека. Он также снижает уровень триглицеридов и ЛПНП-холестерола и повышает уровень холестерина ЛПВП у пациентов с диабетом.
Эти явления могут быть следствием снижения гликемии и ликвидации условий для развития осложнений СД 2 типа. GTF-лечение также предотвращает осложнения диабета, такие как нефропатия и ретинопатия. Это не белок, поэтому ГТФ можно принимать внутрь. ГТФ представляется как имитатор инсулина и инсулин-потенцирующее соединение: он может уменьшить уровень глюкозы и липидов в крови при введении без дополнительного лекарства, но также может активировать действие инсулина: небольшая доза инсулина становится более эффективной при введении с дозой ГТФ. Когда ГТФ добавляется с инсулином, – обнаруживается более интенсивный транспорт глюкозы в клетки. Эти результаты показывают, что GTF в качестве потенциального природного источника для нового перорального антидиабетического лекарства в будущем имеет большие перспективы.
Исследователи США нашли, что у здоровых взрослых людей, которым назначали 200 микрограммов хрома в день, обнаруживается весьма значительное снижение уровня общего холестерина. Это позволило авторам говорить о том, что хром может быть полезен при заболеваниях сердца и при гипергликемии. Пиколинат хрома назначается по 1-2 капсулы 2 раза в сутки или по 10-20 капель во время еды 2 раза в сутки. Суточная доза препарата не должна превышать 1 мл, то есть не более 200 мкг хрома. Длительность курса лечения составляет 10-25 дней (Источник: http://www.neboleem.net/pikolinat-hroma.php).
Разумеется, для правильного применения препаратов хрома необходимо исследование его уровня в крови. Наиболее подходящим методом исследования хрома на сегодняшний день является Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС).
В данном методе исследования вещество подвергается ионизации (воздействию на него заряженных частиц), в процессе чего связи между атомами вещества разрываются и оно распадается на ионы. Ионы исследуемого вещества разделяются в зависимости от массы и заряда. Полученный детектором ионов сигнал пропорционален концентрации определяемых частиц. Информация, касающаяся референтных значений показателей, а также сам состав входящих в анализ показателей, может несколько отличаться в зависимости от лабораторий. Встречаются следующие сведения по данному вопросу: 0,7 — 28,0 — мкг/л х 19,2 (13,4 — 538 нмоль/л), а также 0,05 — 0,5 мкг/мл.
Что такое инсулинорезистентность?
Инсулинорезистентность представляет собой нарушение метаболического ответа на эндогенный или экзогенный инсулин. Данное состояние приводит к повышенной концентрации инсулина в плазме крови по сравнению с физиологическими значениями для имеющейся концентрации глюкозы. Данное понятие применимо ко всем физиологическим эффектам инсулина, его влиянию на белковый, жировой обмен, состояние эндотелия сосудов. Резистентность может развиться как к одному из эффектов инсулина независимо от других, так и комплексно.
Клинический синдром инсулинорезистентности (синдром X), — это сочетание резистентности к инсулин-зависимому захвату глюкозы, ожирения, дислипидемии, нарушенной толерантности к глюкозе, а также сахарного диабета 2 типа. Чаще всего данное состояние развивается у лиц с избыточной массой тела и склонностью к артериальной гипертензии. Инсулинорезистентность в большинстве случаев остается не распознанной до возникновения метаболических нарушений и появления заметных клинических симптомов.
Патологии, приводящие к инсулинорезистентности, могут развиваться на следующих уровнях: 1) пре-рецепторном (аномальный инсулин), 2) рецепторном (снижение количества или аффинности рецепторов), 3) на уровне транспорта глюкозы (снижение количество молекул GLUT-4, 4) пост-рецепторном (нарушения передачи сигнала и фосфорилирования b-цепей рецептора инсулина, так называемого цитоплазматического домена), 5) при дефектах метаболизма хрома и др.
В настоящее время считается, что основной причиной развития данного патологического состояния являются нарушения на пост-рецепторном уровне, т.е. при СД 2. Инсулинорезистентность чаще развивается при ожирении. В связи с тем, что жировая ткань обладает достаточно высокой метаболической активностью, чувствительность тканей к инсулину снижается на 40% при превышении идеальной массы тела на 35-40%. Одной из продвинутых гипотез инсулинорезистентности при ожирении является следующая: при ожирении резко падает секреция гормона адипоцитов адипонектина, который необходим для стимуляции гена(генов), кодирующего ГЛУТ-4. Стимуляция секреции адипонектина гормоном остеокальцином способствует снижению проявлений СД 2 типа.
Почему неверно часто слышимое утверждение: при сахарном диабете глюкоза не поступает в клетки?
Плазматическая мембрана непроницаема для глюкозы.
Глюкоза в клетки может попадать только через специальные транспортеры белковой природы. Они обозначаются как ГЛУТ или ГЛЮТ (GLUT).Известны более 10 различных ГЛУТ.
Глюкозные транспортеры – это белки, переносящие глюкозу через мембрану. Их называют белками-переносчиками, а также рецепторами глюкозы. Эти белки образуют гидрофильные трансмембранные каналы. Главное отличие между ГЛУТ-4 и остальными типами ГЛУТ заключается в том, что при нормальной гликемии, характеризующейся гипо-инсулинемией, ГЛУТ-4 локализуются в цитоплазме клеток миокарда, миоцитов и адипоцитов. А без участия ГЛУТ глюкоза не способна пройти через мембраны клеток.
Когда же инсулина достаточно (это чаще всего состояние гипергликемии) и он способен без помех провести свой сигнал, ГЛУТ-4 перемещаются в структуру мембраны указанных клеток и готовы транспортировать глюкозу внутрь клеток. Остальные типы ГЛУТ постоянно находятся на (в) мембранах и способны пропускать глюкозу в клетки без задержек. Все транспортеры глюкозы по аминокислотному составу похожи друг на друга и выглядят так:
Из сказанного читатель мог усвоить, что при нормальном уровне глюкоза в инсулин-зависимые клетки не поступает, а в инсулин-независимые клетки глюкозы проникает тем больше, чем выше уровень гликемии. Следовательно, при дефиците инсулина (СД 1 типа) или при неспособности инсулина проводить свой сигнал внутрь клеток указанных тканей (СД 2 типа), сердце, мышцы и жировая ткань получают крайне мало глюкозы, она накапливается в крови и поступает в другие инсулин-независимые клетки (через другие, кроме ГЛУТ4, транспортеры глюкозы) в очень больших количествах. Накопление глюкозы в крови или внутри клеток – вот источник и основа всевозможных осложнений при СД.
Наиболее изучены следующие 5 типов транспортеров глюкозы:
ГЛУТ-1 (эритроцитарный тип) обеспечивает стабильный поток глюкозы в глиальные клетки мозга. В настоящее время имеется информация о синдроме генетического дефекта ГЛУТ-1: в клетки, экспрессирующие ГЛУТ-1, глюкозы поступает недостаточно, отчего страдает функция соответствующих органов и тканей, в том числе и ЦНС.
ГЛУТ-2 (печеночный тип) обнаружен в клетках органов, выделяющих глюкозу в кровь. Именно при участии ГЛУТ-2 глюкоза переходит в кровь из энтероцитов и печени. ГЛУТ-2 участвует в транспорте глюкозы в β-клетки поджелудочной железы. В то же время ГЛУТ-2 обеспечивает проникновение глюкозы из крови в клетки печени (гепатоциты) по механизму облегченной диффузии. Там глюкоза превращается в активное вещество глюкозо-6-фосфат, участвующее в обмене углеводов, жиров и в энергетическом обмене (образование и использование аденозитрифосфорной кислоты за счет окисления).
ГЛУТ-3 (мозговой тип) обладает большим, чем ГЛУТ-1, сродством к глюкозе. Он также обеспечивает постоянный приток глюкозы к клеткам нервной и других тканей.
ГЛУТ-4 (мышечно-жировой тип) – главный переносчик глюкозы в клетки мышц и жировой ткани. Это единственный переносчик, регулируемый инсулином, поэтому мышцы и жировую ткань называют инсулин-зависимыми тканями. ГЛУТ-4 почти полностью находятся в цитоплазме клеток. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ, к плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию этих белков-транспортеров в мембрану. После этого становится возможным облегченный транспорт глюкозы в эти клетки. Скорость потребления глюкозы возрастает в 30-40 раз. После снижения концентрации инсулина в крови транспортеры глюкозы снова перемещаются в цитоплазму, и поступление глюкозы в клетку прекращается.
ГЛУТ-5 (кишечный тип) встречается, главным образом, в клетках тонкого кишечника.
Как показано на следующей схеме, в жировые и мышечные клетки глюкоза поступает в основном с помощью ГЛУТ-4. Некоторые другие типы инсулин-независимых ГЛУТ также обнаружены на указанных клетках, но их мощность оказывается очень слабой, поэтому при нарушениях инсулинового сигналирования (= инсулинорезистентность) развивается жестокая гипергликемия
Какие процессы происходят в
клетках, когда в них поступает
слишком много глюкозы?
Белки, в том числе и гемоглобин, если их долго выдерживать в растворе, содержащем глюкозу, связываются с ней, и такое связывание происходит самопроизвольно – без участия ферментов (параметаболически). Гликозилированный (точнее гликированный) гемоглобин (далее – HbA1c) образуется в результате такой медленной, неферментативной реакции между гемоглобином А, содержащимся в эритроцитах, и глюкозой внутри этих эритроцитов.
Есть, по крайней мере, три варианта гликированных гемоглобинов: НbA1a, HbA1b, HbA1c, но только вариант HbA1c количественно преобладает и дает более тесную корреляцию со степенью выраженности сахарного диабета. Всякое, даже кратковременное увеличение концентрации глюкозы в крови, оставляет своеобразный след в виде повышенного содержания гликилированного гемоглобина. И такой след обнаруживается при исследовании уровня HbA1c. HbA1 состоит из трех компонентов: HbA1а; HbA1b; HbA1c. Количественно преобладает HbA1c.
Избыток глюкозы в крови или внутри клеток способен вызывать различные нарушения:
1. Повышение активности альдозоредуктазы (накопление внутри клеток сорбитола и фруктозы), как следствие – выраженные и часто необратимые изменения в клетках.
2. Образование активных форм кислорода (аутоокисление глюкозы или свободно- радикальный путь) – приводит к развитию тяжелого окислительного стресса, повреждающего многие типы клеток (липиды, белки, ДНК, углеводы).
3. Повышенное гликирование белков и образование продвинутых (конечных) продуктов гликации (КПГ) — это наиболее разрушительное осложнение хронической гипергликемии.
4. Активацию протеинкиназы С (ПКС) – это молекулярно-генетические нарушения, запускающие развитие пролиферативных процессов.
Все указанные явления развиваются самопроизвольно, т. е. без участия соответствующих ферментов, неконтролируемо.
Некоторые механизмы развития и проявления отмеченных путей при гипергликемии и какое отношение к ним имеет гликирование гемоглобина
1. Глюкоза внутри клеток может подвергаться целому ряду превращений. Но для этого она должна активироваться под действием фермента глюкокиназы (гексокиназа): от АТФ (аденозинтрифосфорная кислота – универсальный источник энергии) отщепляется фосфорная кислота и прикрепляется к 6-ому атому углерода молекулы глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Но внутри клеток, оказывается, активность данного фермента лимитирована, т.е. не все молекулы глюкозы активируются, поэтому они накапливаются в клетках. Зато активируется “дремавшая” до сих пор альдозоредуктаза. А это приводит к превращению глюкозы в сорбитол и фруктозу, которые в клетках, за исключением гепатоцитов, далее не метаболизируются. В клетках повышается осмотическое давление. Они набухают, с нарушением их функций. Это – начало всяких повреждений (рис. 6).
2. Установлено, что гексокиназа, или глюкокиназа, которая делает глюкозу активной (в форме глюкозо-6-фосфата), т.е. способной метаболизироваться до конечных продуктов (СО2 и Н2О), в клетках тканей имеет лимитированную мощность. Она не способна превращать в глюкозо-6-ф. все молекулы поступившей глюкозы, когда их наплыв в клетки становится чрезмерно большим, т.е. при СД. И тогда глюкоза, при задержке ее метаболизма, самопроизвольно начинает окисляться с образованием свободных радикалов, способных стимулировать процессы оксидативного стресса, повреждающих липиды мембран клеток и липопротеинов (окисление холестерола в составе липопротеинов низкой плотности, нарушение сродства к своему рецептору на клетках и, вследствие этого, развивается гиперхолестеролемия), белки (разрушение различных белковых молекул, например, аполипопротеина В, который определяет сродства к рецепторам ЛПНП), углеводы и ДНК (изменение структуры отдельных нуклеотидов, обусловливая мутации и др.).
Кроме того, при этом развивается эндотелиальная дисфункция, снижаюся образования оксида азота, основного вазодилататора. Все эти нарушения приводят к развитию атеросклероза, повышению тромботической активности, к сосудистым осложнениям и т.д..В целом, окислительный стресс, обусловленный дисбалансом прооксидантов и антиоксидантов в органах и тканях, повреждает многие биомолекулы в них и указывает на серьезные кардиоваскулярные риски.
3. Особым коварством глюкозы является ее неудержимая способность крепко прикрепляться к свободным аминогруппам (-NH2). В природе нет ни одного белка без такой свободной аминогруппы, т.е. глюкоза может “испортить” потенциально все белки в организме.
Глюкоза является химически активной молекулой, в основном, благодаря альдегидной группе при первом атоме углерода (НС=О). И она легко находит группу -NH2 белков, аминокислот и гемоглобина среди множества других соединений. По мере накопления глюкозы в среде она все яростнее атакует такие группы и прикрепляется к ним.
При этом изменяются структуры белков и их функции. Этот процесс происходит и у здоровых людей, но ограниченно. Чем выше уровень гликемии, тем интенсивнее и пагубнее гликирование белков. К сожалению, как только глюкоза окажется в составе белковой молекулы, она как бы приобретает второе дыхание и совместно с остатком аминогруппы формирует ряд циклических, весьма реакционно способных соединений. Поскольку одним из патогенетических факторов развития этих изменений является гликирование белков, понятен повышенный интерес исследователей к изучению процессов накопления и распределения продуктов гликирования в органах и тканях организма в условиях диабета.
Надо отметить, что основная масса работ посвящена изу-чению гликирования белков плазмы крови. Гликирование тканевых белков изучено не достаточно. При взаимодействии глюкозы с аминогруппами образуются продукты Амадори. Реакция Майларда способствует медленной продукции высокореактивных токсичных соединений неизвестной структуры, называемых «конечные продукты прогрессирующего гликозилирования» – AGE (advanced glycation end products). Продуктом Амадори является также пентозидин, соединение, образующееся в результате перекрестных сшивок между аргинином, лизином и пентозой. Его концентрацию в крови и тканях обычно определяют по интенсивности флуоресценции при длинах волн возбуждения и эмиссии 385 и 444 нм соответственно. Накопление пентозидина – следствие повышенного уровня глюкозы.
Его содержание увеличивается в тканях диабетиков и стареющего организма. Внеклеточные скопления амилоидного β-пептида (Аβ) ассоциированы с нейродегенеративным процессом, характерным для старческого возраста (болезнь Альцгеймера). Образование Аβ сопряжено с возрастными изменениями обмена глюкозы. Нейрофибриллярные сплетения и сенильные бляшки в ткани мозга пациентов с болезнью Альцгеймера содержат такие AGE, как пиррамин и пентозидин, которые не обнаруживаются у здоровых людей. КПГ играют центральную роль в развитии диабета и сердечно-сосудистых рисков. Они вызывают большие повреждения в клетках и тканях, такие как необратимые нарушения функционирования многих белков и значительное сокращение продолжительности жизни (многие годы).
Основные осложнения СД ( нейропатия, ретикулопатия, нефропатия, ангиопатии и др.) обусловливаются прежде всего конечными продуктами гликации белков, которые не только обусловливают те или иные метаболические и структурные изменения в организме больного СД 2 типа, но также связываются с формирующимися при этом мультиспецифическими рецепторами (R-AGE) в различных отделах ряда клеток и дополняют каскад метаболических и кардиоваскулярных рисков.
Для оценки степени формирования КПГ используется также инструментальный способ, а именно AGE-Reader (рис. 8). Это – неинвазивный метод, позволяющий измерять уровень КПГ в коже, что свидетельствует о степени гликации разных белков во всем организме.
4. Активируемая при сахарном диабете 2 типа протеинкиназа С (ПКС) играет ведущую роль в развитии тяжелых осложнений. Это показано в схемах и рисунках приводимых в данной работе. Активная ПКС инициирует пролиферативные процессы, наиболее выраженные при опухолевом росте.
Итак, при сахарном диабете, особенно при СД 2 типа, в организме пациента развивается огромная масса разнообразных нарушений и отклонений от нормы.
В настоящей работе о многих из них говорится лишь поверхностно, потому что перед автором была поставлена задача показать, по каким лабораторным анализам можно точно оценить клиническое состояние пациента или уверенно предположить об уже имеющихся или о пока скрытых, нарастающих угрозах, которые в большинстве современных лабораторий все еще не исследуются целенаправленно. Такой метод, к счастью, имеется, и его использование в клинической лаборатории позволяет не только выявить СД у обследуемого, но также судить о молекулярных изменениях и рисках.
Гликогемоглобиновый тест
Глюкоза в эритроциты поступает независимо от инсулина (через ГЛУТ-1). При гипергликемии эритроциты заполняются глюкозой, поэтому взаимодействие между нею и гемоглобином становится неминуемым. Гликированный гемоглобин – надежная замена теста для определения уровня глюкозы крови.
На сегодня для диагностики сахарного диабета используют два теста: натощак измеряют уровень глюкозы крови и проводят глюкозотолерантный тест.
Тем не менее, остается некоторый процент невыявленного сахарного диабета. Проблема в том, что уровень глюкозы в крови – показатель очень зыбкий: глюкоза может резко подскочить, или, наоборот, упасть. И остается высокая вероятность недостоверного исследования по таким показателям. К тому же такой показатель, как глюкоза крови, дает представление об уровне глюкозы крови только на момент исследования. Пока тест на гликированный гемоглобин не столь широко применяется, как анализ глюкозы в крови.
ВОЗ рекомендует тест на гликированный гемоглобин как необходимый при сахарном диабете: пациентам с этим заболеванием нужно измерять уровень гликированного гемоглобина не реже, чем раз в 3 месяца. Анализ крови на гликированный гемоглобин является эффективным методом диагностики и контроля лечения сахарного диабета. В основе сахарного диабета лежит нарушение функции контроля уровня глюкозы в крови в организме человека.
Тест на гликогемоглобин является бесценным инструментом для мониторинга уровня глюкозы в крови в течение долгого времени, и он играет ключевую роль в диагностике, мониторинге и терапии СД. Гликогемоглобин формируется чаще всего путем реакции между глюкозой и N-концевой областью гемоглобина (Hb) β цепей, где размещается остаток валина. Гликация гемоглобина – это необратимая и не-ферментативная реакция между глюкозой и гемоглобином A, основного типа Hb у нормальных взрослых, он происходит в течение продолжительность жизни эритроцита.
Полученный HbA 1с (гликированный гемоглобин) является стабильным соединением, и его общая сумма напрямую зависит от средней концентрации глюкозы в течение двух-трех месяцев перед измерением. Эритроциты, содержащие определенное количество гликированных молекул гемоглобина, не погибают, продолжают доживать положенные им свои 120 дней. Эритроциты, циркулирующие в крови, имеют разный возраст, поэтому для усредненной характеристики уровня гликогемоглобина ориентируются на полупериод жизни эритроцитов – 60 суток. Таким образом, уровень гликированного гемоглобина показывает, какой была концентрация глюкозы в предшествующие 4-8 недель и это является показателем компенсации углеводного обмена на протяжении этого периода.
Измерение концентрации HbA1с позволяет ретроспективно оценить выраженность гипергликемии при сахарном диабете. Эффект гликирования не зависит от суточного ритма колебаний уровня глюкозы в крови, от физиологической активности организма, характера пищи, физических нагрузок. Его определяет только величина и длительность гипергликемии. У больных сахарным диабетом при стойкой гипергликемии концентрация НbА1с значительно возрастает. Лечение диабета проводят с помощью лекарств, понижающих содержание глюкозы в крови лишь на ограниченный промежуток времени, поэтому очень важно подобрать такие схемы терапии, которые позволили бы добиться стойкой нормализации гликемии.
Чем лучше компенсирован диабет, тем меньше риск развития таких осложнений диабета, как поражение глаз – ретинопатия, поражение почек – нефропатия, поражение периферических нервов и сосудов, ведущее к гангрене. Таким образом, стратегическая цель лечения сахарного диабета – обеспечить постоянное поддержание глюкозы в пределах нормы. Измерение сахара в капиллярной крови позволяет оценить сиюминутный уровень глюкозы, определение НbА1с дает интегрированное представление об уровне гликемии. Выше уже говорилось, что гликирование белков, как химический ковалентный процесс, изменяет их конформацию. Гемоглобин также является белком, сложным белком, состоящим из двух альфа-цепей по 141 аминокислоте, и двух бета-цепей по 146 аминокислот.
Непосредственно реагирующей с молекулярным кислородом в молекуле Hb структурой является окрашенный Fe-гем. Гликирование гемоглобина изменяет конформацию всего гемоглобина, вследствие чего значительно возрастает его сродство к кислороду: гемоглобин жадно и крепко притягивает к себе молекулярный кислород в артериальной крови и не расстается с ним в венозной крови, что он обязан делать постоянно “по уставу”. И поэтому, на фоне изобилия оксигемоглобина (HbO2) в крови, органы и ткани организма испытывают гипоксию, которая усугубляется еще и обтурацией многих капилляров вследствие поперечных сшивок их коллагеновых стенок продуктами гликирования. Таким образом, чем выше уровень гликогемоглобина, тем выраженнее клиническая картина заболевания, обусловленного гипоксией.
Не все врачи замечают причину такой ситуации своевременно, так как уровень гемоглобина по результатам общего анализа крови при этом может быть не измененным. Гликированный гемоглобин, – при лабораторном анализе – цианметгемоглобиновый метод – ведет себя как обычный гемоглобин, т.е. уровень общего Hb не уменьшается на величину гликированного гемоглобина, поэтому наличие у больного с СД гипоксии невозможно раскрыть, не исследуя концентрацию HbA1c .
Определение НbА1с имеет большое значение у больных диабетом женщин при планировании беременности и во время беременности. Установлено, что уровень НbА1с на протяжении 6 месяцев до зачатия и в течение I триместра беременности коррелирует с ее исходом. Жесткий контроль за уровнем гликемии позволяет снизить частоту пороков развития плода с 33% до 2%.
Методы измерения уровня
гликированного гемоглобина
Показатели уровня гликированного гемоглобина могут различаться в зависимости от способов, которые применяет та или иная лаборатория для его измерения. Поэтому для скрининга при сахарном диабете желательно пользоваться услугами одного и того же заведения во избежание совершения ложных выводов. Забор крови для анализа на гликированный гемоглобин желательно производить натощак. Тест нецелесообразно проводить после кровотечений, переливания крови.
Гликированный гемоглобин:
расшифровка значений
Норма гликированного гемоглобина: 4,5-6,5% от общего содержания гемоглобина.
Диагностические значения повышенных уровней HbA1с
• 5,5-8% – хорошо компенсированный сахарный диабет;
• 8-10% – достаточно хорошо компенсированный сахарный диабет;
• 10-12% – частично компенсированный сахарный диабет;
* >12% – некомпенсированный сахарный диабет.
Диагностические значения пониженных уровней HbA1с:
Гипогликемия, гемолитическая анемия, кровотечения, переливание крови.
Ложно пониженные значения HbAlc : уремия, острые и хронические геморрагии, а также при состояниях, связанных с уменьшением жизни эритроцитов (например, при гемолитической анемии), при дефектах ГЛУТ-1.
Клинические исследования с использованием сертифицированных методов показывают, что рост доли гликированного гемоглобина на 1% связан с изменением, в среднем, уровня глюкозы плазмы примерно на 2 ммоль/л.
Результаты анализа могут быть искажены при некоторых состояниях больного и проведенных процедурах, например:
Повышение уровня HbA1С:
1. дефицит железа;
2. спленэктомия.
Снижение уровня HbA1С:
1. гипогликемия;
2. гемолитическая анемия, кровотечения, переливание крови.
Показания для определения гликированного гемоглобина:
1. Диагностика сахарного диабета.
2. Скрининг сахарного диабета (возраст старше 40 лет, избыточная масса тела, наследственная предрасположенность, инфаркт миокарда, инфаркт головного мозга в анамнезе, резистентный к лечению фурункулез и воспалительные заболевания, женщины с нарушением менструальной функции).
3. Долговременный мониторинг течения и контроля за лечением больных сахарным диабетом.
4. Определение уровня компенсации сахарного диабета.
5. Обследование беременных женщин на диабет.
Служение медицине не терпит
равнодушия и суетливости!
Гликирование гемоглобина и другие тяжелые осложнения СД развиваются параллельно.!!
Регулярные измерения уровня гликогемоглобина могут “открыть глаза” врачу, особенно неопытному, на многие “скрытые” нарушения в организме пациента. Посмотрите повнимательней, без суеты, на предлагаемую ниже схему о значении гликогемоглобинового теста.
Краткие пояснения к схеме: гипергликемия и связанные с ней гликирование белков, аутоокисление глюкозы, накопление внутри клеток сорбитола и фруктозы, способствуют адекватному гликированию гемоглобина. Гликогемоглобин “выводится” из сферы транспорта кислорода, что способствует развитию гипоксии, ретинопатии, может привести к диабетической стопе и нейропатии (болезнь Альцгеймера), нефропатии, о которой можно, конечно, судить также по наличию микроальбуминурии. Но, может быть, самое страшное – сахарный диабет “очень славится” ранним и тяжелым развитием сердечно — сосудистой патологии.
Задача медика – обнаружить или предугадать грозящую пациенту беду. В современных условиях очень часто развитие ССЗ приписывают гиперхолестеролемии. Гиперхолестеролемия сама по себе не возникает и не развивается. Глюкоза крови, свободные радикалы (H2O2,OH- и их производные), образующиеся при самопроизвольном окислении глюкозы, приводят к гликированию липопротеинов крови, в том числе и ЛПНП, богатых холестеролом.
ЛПНП при этом модифицируются так, что теряют сродство к своим рецепторам на поверхности периферических клеток, следовательно, они не могут поглощаться клетками, а накапливаются в крови, окисляются с привлечением макрофагов и других клеток крови. ЛПНП и другие ЛП пожираются макрофагами, которые превращаются в пенистые клетки и погибают с высвобождением непереработанных липидов, особенно холестерола.
В наших клетках, в том числе и макрофагах, нет ферментов, которые могли бы утилизировать холестерол до конечных продуктов (СО2 и Н2О). Поэтому холестерол формирует “залежи”-бляшки в местах гибели макрофагов – пенистых клеток. Такими местами чаще всего являются стенки артерий. Каскад различных многочисленных процессов, развивающихся при этом, приводит к известным итогам ССЗ – инсульту, инфаркту и др..
При нормальном метаболизме ЛП используются клетками для своих нужд. Неиспользованный или лишний холестерол с помощью липопротеинов высокой плотности доставляется в печень, откуда он выделяется в желчный пузырь, а далее – в кишечник. При СД данная логистика холестерола не работает. Зная же о том, что повышенный уровень гликогемоглобина может свидетельствовать и о превращении обычных, нормальных ЛПНП в гликированные, окисленные, т.е. модифицированные, никому не пригодные ЛПНП, необходимо целенаправленно контролировать гликемию, а не принуждать больного-диабетика с обнаруженной гиперхолестеролемией к приему статинов, которые во всем мире уже “прославились” большим списком побочных эффектов. Не правда ли, данный пример иллюстрирует перефразированный афоризм “Незнание, невежество – страшная сила”?
Какими методами измеряют уровень гликогемоглобина в лабораториях?
Существует ряд способов для исследования HbA1c, в том числе и специальные анализаторы, такие, как:
Выводы
1. Исследование HbA1c позволяет оценить уровень гликемии у больного сахарным диабетом за 60-90 дней предшествующих исследованию, а также историю болезни человека, находящегося в бессознательном состоянии.
2. Гликозилированный гемоглобин – не только маркер СД, но он также свидетельствует об уровне гипоксии у больного, объясняет механизмы развития некоторых видов гиперхолестеролемии и развития атеросклероза, указывает на степень накопления поздних продуктов гликирования в организме, т.е это интегрированный маркер общего клинического состояния больного.
3. Данное исследование дает возможность проводить мониторинг течения заболевания и контролировать адекватность проводимого лечения.
4. Исследование гликированного гемоглобина необходимо проводить для оценки риска развития осложнений у больного сахарным диабетом – не реже 1 раза в 3 месяца.
5. Только измерение гликогемоглобина, а не гликемии, даже при отсутствии клинических признаков СД, позволяет лечащему врачу не пропустить начало заболевания, т.е. это незаменимый маркер для выявления преддиабета.
Литература:
Федеральная целевая программа «Сахарный диабет». Методические рекомендации. М., 2002.
American Diabetes Association: Clinical Practice Recommendation (Position Statement). Diabetes Care, 24 (Suppl. 1): S33-S55, 2001
Association of glycaemia with macro vascular complications of type 2 diabetes (UKPDS 35): prospective observational study. BMJ, 321, p. 405-412, 2000
Calisti L., Tognetti S. (2005) Measure of glycosylated hemoglobin. Acta Biomed Ateneo Parmense. 76, Suppl. 3:59-62. PMID 16915800
Cefalu W.T., Hu F.B.: Role of chromium in human health and in diabetes. Diabetes Care 27:2741- 2751, 2004
John B. Vincent. The Nutritional Biochemistry of Chromium (III) First edition 2007
Krejpcio Z. Essentiality of Chromium for Human Nutrition and Health Polish Journal of Environmental Studies Vol. 10, No. 6 (2001), 399-404
Molinaro R. J. Targeting HbA1c: standardization and clinical laboratory measurement. Med. Lab. Obs., 1, p. 10-19, 2008.
Pechova, L. Paviata Chromium as an essential nutrient: a review Veterinarni Medicina, 52, 2007 (1): 1–18 Review
Maria E. Trujillo and Philipp E. Scherer Adipose Tissue-Derived Factors: Impact on Health and Disease Endocrine Reviews. First published ahead of print December 7, 2006 as doi:10.1210/er.2006-0033
Отправить рукопись