История изучения диабета и открытия инсулина

Загадка диабета — из древнейших. Разрешить же ее можно только с помощью современной науки, поняв, как происходят сбои на межклеточном, молекулярном уровнях. Предлагаемая статья рассказывает о гипотезах и достижениях в этой области.

Известный греческий врач древности Аретей Каппадокийский писал о том, что у некоторых больных выпитая жидкость не задерживается в теле, проходя как бы сквозь него. Состояние это он назвал «диа-байно» — проходить сквозь.

Английский врач Томас Уиллис (середина XVII века) попробовал «биологическую жидкость» (то есть мочу) на вкус. И определил, что она сладкая. Так диабет был назван «сахарным». Однако через двадцать лет коллега Уиллиса Листер стал утверждать, что у его пациентов, страдающих мочеизнурением, моча «инсипида», то есть, безвкусная (от латинского «сапидус» — вкусный, приятный; «инсипидус» — пресный, несладкий).

Прошло еще много лет, прежде чем диабет был окончательно разделен на сахарный и несахарный. В 1929 году «Большая медицинская энциклопедия» определяла диабет как состояние, при котором «почки к себе привлекают воду и пропускают ее в мочу». И добавляла: «Диабет несахарный ничего общего с настоящим сахарным не имеет». Правда, не уточнялось, что конкретно имеется в виду — в ту пору это сделать было просто невозможно.

Сегодня термин «диабет» входит в название целого ряда заболеваний. Общим у них остается: «прохожу сквозь» — вода или другие химические вещества.выделяются у больного с мочой в больших количествах. Рассмотрим два наиболее частых заболевания — несахарный и сахарный диабеты.

Пью — все мне мало

При описании симптомов этой болезни обязательно присутствуют два слова — «мучительная» и «изнурительное». Первое касается жажды — настолько сильной, что больной, если не найдет чистой воды, может пить воду после мытья посуды или из ванны. Второе касается мочеиспускания (диурез): количество суточной мочи колеблется от 4 до 12 литров, у некоторых больных достигает 40 литров. Ограничение приема жидкости быстро приводит к тяжелым осложнениям: потере веса, общей слабости, головной боли. Длительное ограничение питья может вызывать психические нарушения и коллапс (резкое угнетение жизненных функций организма).

Причина болезни — в патологиях, связанных с особым антидиуретическим гормоном — вазопрессином. Название гормона состоит из двух слов: «ваза» — сосуд, и «пресс» — давление, тем самым подчеркивается одна из его физиологических функций в организме: вазопрессин поддерживает нормальное артериальное давление за счет своевременного удаления избытка жидкости из крови. Это осуществляется в почках, где поначалу образуется так называемая первичная моча, а затем вода вновь всасывается обратно в кровь (из 100—150 литров первичной мочи выделяется в сто раз меньше).

Обратное всасывание воды происходит в дистальных извитых канальцах почечного нефрона под действием вазопрессина.
Не стоит забывать, что клетка — элементарная частица организма, ей в минимальном объеме присуще то, что характеризует целый организм. И многие патологические процессы связаны с нарушением элементарных клеточных функций, — таких, скажем, как движение, узнавание, создание специфических контактов. В основе таких нарушений лежат определенные дефекты биологических молекул. При несахарном диабете может быть нарушен синтез вазопрессина в гипоталамусе и как следствие недостаток его поступления в гипофиз, а оттуда — в кровь. Возможно нарушение в системе «транспорта» вазопрессина — продукт есть, а доставить его некому. У некоторых больных клетки дистальных канальцев нефрона, то есть почечной единицы, участвующей в формировании мочи, оказываются нечувствительными к действию вазопрессина. При этом почки не могут концентрировать первичную мочу, и поэтому выводят огромные количества воды из организма. Недаром такой вид диабета еще называют нефрогенным.

Ген рецептора вазопрессина располагается в длинном плече X хромосомы. Этим объясняется то, что данный вид диабета связан с мужским полом (поскольку у мужчин нет второй Х’ хромосомы). У одного из канадских больных мутация в участке хромосомы привела к преждевременному окончанию синтеза белка — рецептора. В результате этого рецептор состоит не из 371 аминокислоты, как это должно быть в норме, а из 348. Такой белок оказывается неспособным нормально реагировать на присоединение молекулы вазопрессина. Определены еще восемь мутаций, которые в той или иной мере приводят к синтезу белка, неспособного функционировать должным образом.

Ученые проследили генеалогию заболевшего диабетом канадца. Выяснилось, что у его бабушки была сестра, которая тоже передала своему сыну мутантный ген. Он умер от диабета, не оставив после себя потомства. Мать больного была здорова, но ее брат, дядя больного, также умер от несахарного диабета. Удивительно то, что брат больного не страдает диабетом. Вполне возможно, что произошло генетическое «чудо» — обратная мутация, в результате чего и родился мальчик с нормальными генами.

Это пример врожденного наследственного заболевания. Но несахарный диабет может развиться и в результате опухолей мозга, острых респираторных заболеваний, при туберкулезе, сыпном, брюшном и возвратном тифе, коклюше, скарлатине, малярии и даже пневмонии.

Прогноз при несахарном диабете, как правило, зависит от причин, вызвавших его. Бывает, что к выздоровлению приводит избавление от основного заболевания, но нередко болезнь тянется всю жизнь. Однако при специальной гормональной терапии она уже не становится ни мучительной, ни изнурительной.

Глюкоза и инсулин в энергетических машинах

Примерно половина энергетических потребностей организма должны быть удовлетворены за счет углеводов. Точнее, — за счет глюкозы, в которую превращаются принимаемые с пищей углеводы. Многие ткани организма способны воспользоваться и альтернативными источниками энергии, прежде всего свободными жирными кислотами. Но мозг человека, эритроциты крови и кора почек требуют достаточного количества глюкозы. Недостаток глюкозы приводит к гипогликемической коме, а ее избыток — к гипергликемической, когда мозг отравляется недоокисленными продуктами. Нейрон погибает без получения энергии в виде глюкозы (или без кислорода, который окисляет ее) уже через пять минут. Глюкоза необходима клеткам для получения — при ее окислении, — молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), этой энергетической «валюты» клеток. Окисление глюкозы осуществляется в митохондриях — особых органеллах клетки, имеющих причудливые внутренние перегородки, на которых сидят молекулы белковых ферментов, вырабатывающих АТФ за счет энергии окисления глюкозы.

Но для того, чтобы ткани организма начали поглощать глюкозу, обязательно нужен специальный гормон — инсулин. Можно представить себе это несколько упрощенно: как мотор не начнет усваивать энергию бензина без искры, так клетки не станут усваивать глюкозу из крови без инсулина.

Инсулин соединяется со своим рецептором, состоящим из четырех белковых цепей, пронизывающих мембрану клетки. В ней открывается канал, через который глюкоза поступает в клетку. Устремляются молекулы глюкозы в клетку не сами, а переносятся небольшими белковыми переносчиками, состоящими примерно из полутысячи аминокислот. При добавлении инсулина к культуре клеток перенос глюкозы внутрь клетки увеличивается в 15 раз. В мембране красной кровяной клетки – эритроцита – переход молекулы-переносчика из одного состояния в другое при добавлении глюкозы осуществляется чуть ли не 1000 раз в секунду.

В истории открытия и использования инсулина немало замечательных страниц. При исследованиях инсулина был выявлен механизм формирования пространственной структуры белков. Инсулин оказался также первым белком, синтезировать который удалось химическим путем, и первым гормоном, промышленное производство которого осуществили методами генной инженерии. Инсулин спас и спасает жизнь миллионам людей, больных сахарным диабетом. Достаточно сказать, что в доинсулиновый период дети, заболев сахарным диабетом, жили в среднем один-два года.

В конце прошлого века два немецких физиолога, занимаясь изучением процессов пищеварения, удаляли у подопытных собак поджелудочную железу. Служитель, убиравший клетки обратил внимание что на мочу прооперированных животных слетается очень много мух. Оказалось, что в моче собак содержится чрезвычайно большое количество сахара. В результате возникла идея о том, что поджелудочная железа выделяет особое вещество, которое ограничивает накопление сахара в крови. В 1901—1902 годах русский исследователь Л. В. Соболев доказал, что данное вещество вырабатывается особыми образованиями в ткани поджелудочной железы — островками Лангерганса.

Выделить инсулин из поджелудочной железы удалось не сразу. Так как эта железа имеет еще одну важнейшую функцию: она вырабатывает специальные ферменты и для пищеварения. В вытяжках из поджелудочной железы, которыми ученые пытались вылечить подопытных животных от диабета, эти ферменты немедленно расщепляли инсулин.

В 1921 году, применив методы, рекомендованные Л. В. Соболевым, канадцы Ч. Бест и Ф. Бантинг, получили гормон в чистом виде и назвали его инсулин — от латинского «инсула» — островок. Они применили такой прием: перевязали проток, который выводит сок поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку, и несколько недель спустя ткани, образующие фермент, распались. Экстракт, полученный из такой железы, содержал неразрушенный инсулин. Этот метод, разумеется, не годился для промышленного производства инсулина, но исследования Ф. Бантинга, получившего Нобелевскую премию, открыли дорогу для практического применения «гормона жизни» для диабетиков.

Хорошего дня желает Вам «Книга Здоровья»!