6.2.2. Обмен углеводов

Печень играет важную роль в обмене глюкозы. Она обеспечивает депонирова­ние глюкозы при повышении ее концент­рации в крови воротной вены после при­ема пищи, а также в системном кровото­ке. Кроме того, печень обеспечивает под­держание нормальной концентрации глю­козы в крови при голодании. В этом за­ключается глюкостатическая функция печени. Скорость поглощения глюкозы из крови или высвобождения в кровь про­порциональна степени гипер- или гипо­гликемии. При этом ведущим механизмом регуляции нормальной концентрации глю­козы в крови является обратимый двусто­ронний процесс: гликогенез (образование гликогена из поступающих в печень из ки­шок моносахаридов) и гликогенолиз (об­разование глюкозы крови из депо глико­гена в печени). В течение суток синтези­руется и расщепляется приблизительно 65 — 70 % гликогена, что свидетельствует о значительной динамичности его состояния.

Первым этапом синтеза гликогена яв­ляется образование глюкозо-6-фосфата. Глюкоза, из которой синтезируется глю-козо-6-фосфат, поступает в печень, как и в клетку головного мозга, по градиенту кон­центрации. Инсулин непосредственно на этот процесс влияния не оказывает. Глю­коза как моносахарид свободно диффун­дирует через мембрану печеночных кле­ток, поэтому она не может служить резер­вуаром углеводов в печени. Поскольку фосфатные эфиры глюкозы не так легко проникают через мембраны, фосфори-лирование создает «ловушку», изолируя

реакции в пределах внутриклеточного сек­тора. Однако фосфаты Сахаров не могут накапливаться в больших количествах в печени, поскольку из-за осмоса увеличе­ние запасов подобных растворимых соеди­нений будет сопровождаться накоплением больших количеств воды. Создание в пе­чени запаса недиффундирующей глюкозы без сопутствующего осмотического набу­хания органа объясняется способностью печени превращать избыток углеводов в нерастворимый полимер с большой моле­кулярной массой — гликоген.

Инсулин непосредственного влияния на проникновение глюкозы в клетку не ока­зывает, но дальнейшее превращение глю­козы в глюкозо-6-фосфат уже является ферментативным процессом: его катали­зирует глюкокиназа. Исходно она обла­дает более низким сродством к глюкозе по сравнению с аналогичными фермента­ми в других органах и тканях. Но актив­ность глюкокиназы индуцирует инсулин, секретируемый в ответ на повышение кон­центрации глюкозы в циркулирующей кро­ви. Таким образом, во время голодания вследствие сниженной секреции инсулина в печеночной клетке, несмотря на свобод­ное поступление через мембрану клетки глюкозы, ее дальнейшее превращение за­медлено. Но после приема пищи, повыше­ния концентрации глюкозы и увеличения секреции инсулина печеночная клетка ин­тенсивно превращает глюкозу в гликоген.

Содержание гликогена в печени состав­ляет 2 —8 % (в среднем 5 %) массы этого органа, или 100—125 г. Печень не един­ственное депо гликогена в организме. Его содержат и другие ткани. Количество гли­когена в скелетных мышцах, находящих­ся в состоянии покоя и получающих доста­точное количество питательных веществ, достигает 1 % их общей массы. Посколь­ку общая масса мышц в организме чело­века велика, суммарные запасы гликогена в мышцах примерно в пять раз больше, чем в печени, однако его невозможно ис­пользовать для ликвидации гипогликемии из-за отсутствия необходимых для этого ферментов. Гликоген в мышцах исполь­зуется для энергетических потребностей клетки. Депо гликогена в печени, наоборот, служит быстромобилизуемым источ­ником глюкозы как для крови, питающей

; другие ткани, так и для нужд самой пече­ни. В течение первых 12 — 24 ч после при­ема пищи потребности организма в угле­водах в основном удовлетворяются за счет распада гликогена в печени.

При исчерпании запасов гликогена (го­лодание в течение примерно 24 ч) глюкоза

i синтезируется в печени из углеводных и неуглеводных исходных продуктов (глю-конеогенез). Набор ферментов, необходи­мых для этого процесса, содержат печень, почки и слизистая кишок. Среди них пе­чень играет главную роль. После длитель­ного голодания замедленная реакция гли-когенолиза в печени на действие эндокрин­ных факторов приводит к усиленному син­тезу ферментов глюконеогенеза.

Исходными субстратами для глюконео­генеза в печени могут быть пируват и его предшественники (аминокислота аланин, жирные кислоты), оксалоацетат и его пред­шественники (аминокислоты аспартат, глу-тамат), лактат, образующийся в других органах и тканях и попадающий в печень с током крови. Суммарные реакции обра­зования глюкозы в ходе глюконеогенеза выглядят так:

-

Примером роли печени в глюконеоге-незе с участием лактата является взаимо­связь печени и скелетных мышц в цикле Кори. Во время напряженной работы ске­летных мышц лактат образуется в таком избытке, что митохондрии мышц не справ­ляются с окислением пирувата и НАД х х Н, анаэробный гликолиз преобладает над аэробным катаболизмом. Лактат диффун­дирует в кровоток и достигает других ор­ганов, в частности печени и сердца. Сер­дечная мышца содержит большое количе­ство митохондрий, поэтому она способна окислять не только пируват, образующий-

ся в результате протекающего в ней самой гликолиза, но и лактат, поступивший извне.

В печени лактат не окисляется, а исполь­зуется для получения глюкозы при глюко-

неогенезе. Образующаяся при этом глюко­за поступает в кровоток, а оттуда — в

ра­ботающие мышцы, завершая цикл Кори.

Существует предположение, что одной из возможных причин внезапной смерти новорожденного является недостаток фер­ментов глюконеогенеза. Этим может объяс­няться неспособность организма ребенка поддерживать нормальный уровень глике­мии в промежутках между кормлениями и возможность внезапного летального исхода.

Указанные механизмы помогают под­держивать постоянство уровня глюкозы в крови и стабильность обеспечения глюко­зой такого чувствительного к гипо- и ги­пергликемии органа, как головной мозг. Этому же способствуют и особенности усвоения глюкозы другими органами и тканями. Так, быстрой нормализации гли­кемии после увеличения концентрации глюкозы в крови способствует поступле­ние глюкозы в жировую клетчатку и в клетки мышц. В противоположность ее по­ступлению в печень и головной мозг этот процесс активизируется инсулином. Эти явления не наблюдаются при относитель­ной или абсолютной недостаточности ин­сулина в условиях сахарного диабета. Кроме этого, фермент гексокиназа, содер­жащийся в клетках жировой ткани и мышц, который, как и глюкокиназа, стимулирует превращение внутриклеточной глюкозы в глюкозо-6-фосфат, имеет более высокое сродство к глюкозе, что обеспечивает в ука­занных клетках участие глюкозы в реак­циях обмена веществ при более низких концентрациях, чем в печени.

Избыток глюкозы печень превращает не только в гликоген, но и в триглицериды жировой ткани, участвуя в создании ткане­вых энергетических резервов (рис. 6.2). Из глюкозы синтезируются входящие в со­став триглицеридов жирные кислоты (син­тез глицеринового компонента триглице­ридов из глюкозы осуществляется непо­средственно в жировой ткани). Образовав­шиеся в печени триглицериды в дальней­шем транспортируются в составе липопротеидов особо низкой плотности в жиро­вую клетчатку, где они подвергаются гид­ролизу, катализируемому липопротеинли­пазой. Высвобождающиеся жирные кисло­ты (печеночного происхождения) конден­сируются с глицерол-3-фосфатом, образу­ющимся из глюкозы, которая поступает в жировую ткань под действием инсулина, и накапливающиеся триглицериды состав­ляют тканевой резерв, в котором сохраня­ется значительно больше энергии, чем в запасе гликогена. При парентеральном питании и введении избыточного количе­ства растворов глюкозы возможно возник­новение жировой дистрофии печени.

Печень также играет главную роль в превращении галактозы и фруктозы в глю­козу.

При нарушении ее функции способ­ность организма использовать галактозу и глюкозу уменьшается. На этом основа­на ранее широко используемая функцио­нальная проба печени с нагрузкой галак­тозой и фруктозой.