В. Почему снижение концентрации глюкозы в крови сопровождается, прежде всего, нарушением деятельности мозга?

А. А. 1) После приема пищи источником глюкозы в крови являются углеводы пищи.

Повышение глюкозы в крови после приема углеводной пищи активирует ферментативный процесс синтеза гликогена в печени, а понижение ее уровня усиливает распад гликогена в печени до глюкозы с последующим выделением ее в кровь. У здорового человека величина содержания сахара в крови через час после нагрузки на 50—75% превышает уровень сахара в крови натощак. Нисходящая часть гликемической кривой отражает продукцию инсулина и зависит от состояния парасимпатической нервной системы обследуемого, функции поджелудочной железы, печени и других органов. Этот отрезок гликемической кривой носит название гипогликемической фазы. Последняя точка на гликемической кривой, определяемая через 2,5-3 ч, обусловлена состоянием равновесия всех систем организма, участвующих в регуляции содержания сахара в крови В норме она должна совпадать с уровнем сахара в крови у обследуемого натощак.

 

2) В период углеводного или полного голодания поставщиком глюкозы в крови является глюконеогенез из соответствующих субстратов.

Первичные субстраты глюконеогенеза — лактат, аминокислоты и глицерол.

Важнейшей функцией глюконеогенеза является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок.

 

 

3) В период между приемами пищи и при стрессе источником глюкозы в крови является гликоген печени.

Гликоген печени выполняет важную функцию в поддержании физиологической концентрации глюкозы в крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи. Функция мыщечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозы в самой мышце. Гликоген локализирован в цитозоле клеток в форме гранул, которые кроме гликогена содержат ферменты, участвующие в его обмене. 

Б. 1-ой реакцией превращения глюкозы является ее фосфорилирование с образованием глюкозо-6-фосфата, которая протекает в клетках разных тканей и катализируется гексокиназой или глюкокиназой (в печени):

	фермент

                                        

Глюкоза + АТФ                                         глюкозо-6-фосфат + АДФ

Синтез гликогена начинается с затраты молекулы АТФ для фосфорилирования глюкозы с образованием глюкозо -6 – фосфата. Фосфорилирование свободной глюкозы в мышцах идет при участии фермента гексокиназы, а в печени – глюкокиназы.

Существуют принципиальные отличия метаболизма глюкозы в печени от других тканей. Это объясняется рядом причин и, в частности, наличием в тканях различных изоферментов гексокиназы. Для печени характерен особый изофермент гексокиназа IV, получивший собственное название – глюкокиназа. Отличиями этого фермента от гексокиназ других тканей являются:

•   низкое сродство к глюкозе (в 1000 раз меньше), что ведет к захвату глюкозы печенью только при ее высокой концентрации в крови (после еды),

•   продукт реакции глюкозо-6-фосфат не ингибирует фермент, в то время как в других тканях гексокиназа чувствительна к такому влиянию. Это позволяет гепатоциту в единицу времени захватывать глюкозы больше, чем он может сразу же утилизовать,

•   чувствительность к действию инсулина – фермент активируется этим гормоном.

Благодаря таким отличиям гепатоцит может эффективно захватывать глюкозу после еды, накапливать и впоследствии метаболизировать ее в любом направлении:

•   синтез гликогена (гликогеногенез),

•   получение рибозо-5-фосфата (пентозофосфатный путь),

•   окисление до ацетил-SКоА и синтез из него жирных кислот и холестерина

Более показательным примером фермента, который может находиться во множестве разных форм, является гексокиназа.

Гексокиназа мозга характеризуется низким значением константы Михаэлиса для глюкозы (/См = 0,05 мМ). Она способна, следовательно, фосфорилировать глюкозу, обеспечивая дальнейший метаболизм этого субстрата, даже когда концентрация глюкозы в мозге падает до очень низкого уровня.

 

Сходство между Гексокиназой и Глюкокиназой

-И гексокиназа, и глюкокиназа используют АТФ во время катализа.

-Они вызывают структурные изменения.

-Оба реагируют с глюкозой.

-Оба являются изозимами.

-Они превращают глюкозу в глюкозо-6-фосфат.

 

Разница между Гексокиназой и Глюкокиназой.

Гексокиназа и глюкокиназа являются изозимами, которые катализируют одну и ту же реакцию. Однако гексокиназа присутствует в большом количестве во всех типах тканей, кроме печени и бета-клеток поджелудочной железы, тогда как глюкокиназа присутствует в печени и в бета-клетках поджелудочной железы. Это ключевое различие между гексокиназой и глюкокиназой.

Кроме того, гексокиназа имеет низкие значения Km и Vmax по сравнению с глюкокиназой. Сродство к глюкозе у гексокиназы является высоким в отличие от глюкокиназы. Кроме того, гексокиназа работает даже при низкой концентрации глюкозы. Но глюкокиназа работает только при высокой концентрации глюкозы.

 

 

В. Низкое содержание глюкозы в крови прежде всего сказывается на состоянии ЦНС. Известно, что глюкоза является преобладающим, а в физиологических условиях единственным субстратом метаболизма головного мозга. В связи с этим снижение концентрации глюкозы в крови до уровня 1,7 - 2,6 ммоль/л приводит к уменьшению потребления глюкозы мозгом и энергетическому голоду нервных клеток, то есть к нейрогликопении. Особенно не адаптированы к последствиям гипогликемии клетки серого вещества коры головного мозга, интенсивность обменных процессов в которых наибольшая. Этим обстоятельством объясняется факт наличия признаков нейрогликопении в клинической картине всех более или менее выраженных гипогликемических состояний. При выраженной гипогликемии скорость потребления глюкозы мозгом снижается в 2 - 3 раза, а кислорода лишь незначительно. Однако, несмотря на относительно удовлетворительное потребление кислорода мозгом при гипогликемии, количественное снижение главного субстрата метаболизма приводит к развитию глубоких функциональных изменений в структурах нервной системы, в норме обеспечивающих процессы сознания. Этим объясняется факт довольно частого развития ступора или комы на фоне гипогликемических состояний. Часто повторяющиеся, а особенно глубокие гипогликемические состояния рано или поздно приводят к необратимому поражению нейронов коры головного мозга, в частности - ответственных за исполнительные функции лобной доли, что клинически может проявляться цереброастенией и снижением интеллекта  

79