Зачем нужна глюкоза в организме

Содержание

• 1 Роль глюкозы в организме
• 2 Физиологическая регуляция уровня глюкозы в организме
• 3 Нарушение толерантности к глюкозе

“Ты, бабушка, сначала напои, накорми дорожного человека, а потом уж и спрашивай”, — пенял в сказке Алексея Толстого Иван Бабе-яге, и был совершенно прав. Когда мы голодны, мозг функционирует в аварийном режиме: ему остро не хватает питания, и выполнять сложные задачи он не способен.

Основным топливом для мозга, в отличие от других органов, служит исключительно глюкоза, которую организм добывает из съеденной нами пищи. И скромными аппетиты мозга не назовешь: хотя его масса составляет около 2% от массы тела, на работу этого органа уходит примерно 20% всех полученных организмом калорий. Хранилищ или запасных складов у мозга нет, поэтому ему необходим постоянный приток глюкозы: для бесперебойной работы наше серое вещество должно ежедневно поглощать около 120 граммов этого сахара, что эквивалентно 420 ккал (эти цифры особенно рекомендуются к ознакомлению вечно стройнеющим девушкам, стремящимся в азарте похудательной гонки сократить дневной рацион примерно до нуля килокалорий, а в идеале и вовсе до отрицательных значений).

Глюкоза — универсальный (хотя и не единственный) источник энергии для всего человеческого организма. В результате сложного биохимического процесса под названием “гликолиз” глюкоза расщепляется до более простых молекул, а полученная при этом энергия запасается в форме АТФ — особой клеточной “батарейки”, которая питает все метаболические процессы. Мозг производит АТФ из глюкозы “по требованию”: если в данный момент энергия нужна, например, зрительной коре, то туда начинает активно поступать сахар, который превращается в энергию на месте. Основная часть (около 60–70%) полученных из глюкозы килокалорий нужна мозгу для того, чтобы проводить нервные импульсы. Кроме того, он постоянно тратит энергию на синтез нейромедиаторов — небольших, но крайне важных молекул, которые управляют всеми аспектами работы мозга и через его посредничество — остального организма, и их рецепторов.

Долгое время считалось, что концентрация глюкозы в разных отделах мозга примерно одинакова. Однако в последние годы были разработаны сверхточные методы, которые позволяют определять содержание этого сахара в отдельных регионах мозга. И оказалось, что наблюдаемая однородность была всего лишь следствием несовершенных измерений. Точно так же Марс веками казался астрономам ровным и гладким, но появились мощные телескопы — и наблюдатели с удивлением выяснили, что его поверхность сплошь покрыта кратерами, горными хребтами, рытвинами и каньонами. Для решения некоторых задач глюкоза расходуется буквально в режиме реального времени Более того, отдельные мозговые процессы буквально “высасывают” глюкозу, причем ее содержание падает не в целом по мозгу, а только в зонах, которые ответственны за решение конкретной задачи. Например, у крыс, которые пытались выучить, как расположены проходы в лабиринте, уровень сахара в гиппокампе — области мозга, которая участвует в обработке и хранении пространственной информации, падал на 30%.

Чтобы восполнить запас глюкозы, нужно время — и, собственно, глюкоза. Проверить, что происходит с сахаром в мозгу у людей, пока не получается: новые высокоточные методы, о которых говорилось в предыдущем абзаце, всем хороши, но требуют, чтобы подопытный был представлен в виде срезов тканей. Зато увидеть, как голодающий мозг вытягивает глюкозу из крови, вполне можно. Например, если заставить добровольцев последовательно вычитать семерки из ста и параллельно брать у них образцы крови. Тест с семерками был придуман в 1942 году и с тех пор активно используется (вместе с некоторыми другими заданиями) докторами, которые подозревают у пациентов деменцию и другие нарушения работы мозга. Психиатры и неврологи считают, что тест не сложен, но в нем легко ошибиться, если нарушена концентрация внимания. Измерения концентрации глюкозы в крови добровольцев до и после вычитания показывают, что на вроде бы простые арифметические усилия расходуется огромное количество сахара. Если перед математическим испытанием напоить участников сладкой водой, уровень глюкозы в крови после теста все равно упадет, зато с заданием они справятся куда лучше.

Глюкоза, без всяких преувеличений, одно из самых важных веществ в нашем организме, и нарушения его метаболизма приводят к тяжелейшим последствиям для всех органов, в том числе и мозга. Несколько упрощая, можно сравнить глюкозу с бензином: сколь бы сложной ни была машина, каким бы мощным ни был ее бортовой компьютер, если в баке нет топлива, никакие из этих наворотов не помогут. Читатель может резонно возразить, что если бензин есть, то BMW последней модели по всем характеристикам обгонит старенькую “девятку”. Это, безусловно, верно, но так же верно и то, что если у BMW проблемы в системе подачи бензина к органам управления автомобилем, то ездить она будет не намного лучше “девятки”.

Глюкоза в организм попадает вместе с пищей, затем она всасывается пищеварительной системой и попадает в кровь, которая, в свою очередь, разносит ее ко всем органам и тканям. Это главный источник энергии для человеческого организма, ее можно сравнить с бензином, на котором работает большинство автомобилей, или электричеством, необходимым для функционирования техники. Чтобы глюкоза проникала в клетки, она, находясь в кровеносной системе, помещается в оболочку из инсулина.

Инсулин – это специальный гормон, который производит поджелудочная железа. Без него глюкоза не сможет попасть внутрь клеток, а значит, не будет усвоена. Если начинается проблема с вырабатыванием инсулина, то человек заболевает сахарным диабетом. Он нуждается в постоянных инъекциях. Кровь больного диабетом будет перенасыщена глюкозой, пока организм не получит недостающий гормон извне. Инсулиновая капсула необходима для усваивания глюкозы мышечной и жировой тканями, печенью, но некоторые органы способны получать глюкозу и без него. Это сердце, почки, печень, хрусталик, нервная система, в том числе и мозг.

В пищеварительной системе глюкоза усваивается очень быстро. Это вещество – мономер, из которого состоят важные полисахариды, такие как гликоген, целлюлоза и крахмал. В организме человека глюкоза окисляется, вследствие чего образуется выброс энергии, которая расходуется на всевозможные физиологические процессы.

Если в организм поступает избыточное количество глюкозы, то она достаточно быстро утилизируется, превращаясь в запасы энергии. На ее основе образуется гликоген, который затем откладывается в различных местах и тканях организма, как запасной источник энергии. Если гликогена в депо клеток и без того достаточно, то глюкоза начинает превращаться в жир и откладываться в организме.

Гликоген жизненно необходим мышцам. Именно он при распаде дает энергию, нужную для работы и восстановления клеток. В мышцах он расходуется постоянно, но запасы при этом не уменьшаются. Это происходит благодаря тому, что из печени постоянно поступают новые порции гликогена, чтобы его уровень всегда оставался постоянным.

Нормальным считается содержание глюкозы в крови натощак от 3,5 до 6,1 ммоль/литр. Повышенное содержание сахара в крови – это гипергликемия. Причинами такого состояния могут быть различные болезни, в числе которых сахарный диабет и нарушения функций обмена веществ. Обычно это диагностируется посредством анализа мочи, через которую организмом и будет выводиться сахар. Кратковременная гипергликемия может вызвана различными явлениями, такими как перенапряжение, употребление большого количества сладостей, и другими, это нормально.

Слишком низкая концентрация в крови глюкозы называется гипогликемия. Кратковременная гипогликемия возникает, когда человек съест много быстроусвояемых углеводов, тогда уровень сахара сначала резко подскакивает, а потом резко падает. Постоянна гипогликемия появляется из-за нарушений обмена веществ, заболеваний печени или почек, а также при недостатке углеводов в питании. Симптомы – слабость, дрожь в конечностях, головокружение, голод, бледность, чувство страха.

Глюкоза (или декстроза) является важнейшим простым сахаром, который входит в состав всех важных полисахаридов (гликоген, целлюлоза, декстрин, крахмал и т.д.) и участвует в обменных процессах организма. Это вещество относится к подклассу моносахаридов класса сахаридов (углеводов) и представляет собой бесцветные кристаллы, обладающие сладким вкусом и хорошо растворяющиеся в различных жидкостях: воде, аммиачном растворе гидроксида меди, концентрированных растворах хлорида цинка и серной кислоты.

Глюкоза содержится в ягодах и полученных из фруктов соках, в овощах, различных частях растений, а также в тканях живых организмов. Благодаря высокому содержанию в плодах винограда (глюкоза содержится в них в количестве 7,8%) ее также иногда называют виноградным сахаром.

Роль глюкозы в организме

Глюкоза в организме животных и человека играет роль важнейшего источника энергии и обеспечивает нормальное течение метаболических процессов. Все без исключения клетки живых организмов обладают способностью усваивать ее, в то время как способностью использовать в качестве источников энергии свободные жирные кислоты, фруктозу, молочную кислоту или глицерин наделены лишь некоторые их типы.

Глюкоза – это наиболее распространенный в животных организмах углевод. Она является связующей нитью между энергетическими и пластическими функциями углеводов, поскольку именно из глюкозы образуются все остальные моносахариды, и в нее же они превращаются. В печени в глюкозу способны конвертироваться молочная кислота, большинство свободных жирных кислот, глицерин, аминокислоты, глюкуроновая кислота, гликопротеины. Этот процесс носит название глюконеогенеза. Другой способ конвертации – гликогенолиз. Он протекает путем нескольких метаболических цепочек, а его суть заключается в том, что источники энергии, не имеющие прямого пути биохимической конвертации в глюкозу, используются печенью для синтеза аденозинтрифосфатов (АТФ) и в последующем задействуются в процессах энергетического обеспечения глюконеогенеза (процесса образования глюкозы в организме клетками печени и, в незначительной мере, корковым веществом почек), ресинтеза глюкозы из молочной кислоты, а также энергетического обеспечения синтеза гликогена из мономеров глюкозы.

Свыше 90% растворимых низкомолекулярных углеводов, содержащихся в крови живых организмов, приходится на глюкозу. Оставшиеся несколько процентов составляют фруктоза, мальтоза, манноза, пентоза, связанные с белками полисахариды, а в случае развития каких-либо патологических процессов – еще и галактоза.

Наиболее интенсивное потребление глюкозы в организме происходит в тканях центральной нервной системы, в эритроцитах, а также в мозговом веществе почек.

Основной формой хранения глюкозы в организме является гликоген – полисахарид, образующийся из ее остатков. Мобилизации гликогена в организме начинается, когда снижается количество содержащейся в клетках и, следовательно, в крови, свободной глюкозы. Синтез гликогена происходит практически во всех тканях организма, однако, наибольшее его количество содержится в печени и скелетных мышцах. Процесс накопления гликогена в мышечной ткани начинается в периоды восстановления после физических нагрузок, в особенности после приема пищи, богатой углеводами. В печени же он накапливается непосредственно после еды или при гипергликемии.

Однако, энергии, которая высвобождается вследствие «сгорания» гликогена, у среднестатистического человека со средним физическим развитием при достаточно бережном ее расходовании хватает не более, чем на одни сутки. Поэтому гликоген – это своего рода «аварийный резерв» организма, рассчитанный на экстренные ситуации, когда по какой-то причине прекращается поступление глюкозы в кровь (в том числе во время вынужденных ночных голоданий и в интервалах между приемами пищи). В таких случаях наибольшая доля потребления глюкозы в организме приходится на головной мозг Глюкоза вообще является единственным энергетическим субстратом, обеспечивающим его жизнедеятельность. Это связано с тем, что клетки головного мозга не обладают способностью самостоятельно синтезировать ее.

Использование глюкозы в организме, полученной вследствие распада гликогена, начинается примерно спустя три часа после приема пищи, сразу же после него вновь начинается процесс накопления. Дефицит глюкозы проходит для человека относительно безболезненно и без серьезных негативных последствий в тех случаях, когда в течение суток ее количество удается нормализовать при помощи питания.

Физиологическая регуляция уровня глюкозы в организме

Способность организма сохранять нормальную концентрацию глюкозы в крови представляет собой один из наиболее совершенных механизмов поддержания относительного постоянства внутренней среды (гомеостаза), которыми он наделен. Его нормальное функционирование обеспечивается:

• Печенью;
• Отдельными гормонами;
• Внепеченочными тканями.

Регуляция уровня глюкозы в крови осуществляется продуктами 30-40 генов. Благодаря их взаимодействию необходимая концентрация глюкозы поддерживается даже тогда, когда продукты, являющиеся ее источником, включаются в рацион нерегулярно и неравномерно.

В интервале между приемами пищи количество содержащейся глюкозы находится в пределах от 80 до 100 мг/100 мл. После приема пищи (в особенности, содержащей большое количество углеводов) этот показатель составляет 120-130 мг/100 мл. В периоды голодания уровень глюкозы в организме опускается до отметки в 60-70 мг/100 мл. Понижению его могут также способствовать процессы метаболического распада, в особенности, в стрессовых ситуациях, при увеличении уровня физической активности, а также при повышении температуры тела.

Нарушение толерантности к глюкозе

Нарушение толерантности к глюкозе является предпосылкой развития некоторых заболеваний (например, сахарный диабет II типа) или комплексного нарушения функции сердечнососудистой системы и обменных процессов (так называемый метаболический синдром). При нарушениях углеводного обмена и развитии метаболического синдрома могут возникнуть осложнения, способные преждевременно привести к смерти человека. Среди них наиболее часто встречаются гипертония и инфаркт миокарда.

Толерантность к глюкозе, как правило, нарушается на фоне других патологических процессов в организме. В значительной мере этому способствуют:

• повышение уровня артериального давления;
• повышенный показатель холестерина;
• повышенный показатель триглицеридов;
• повышение уровня липопротеидов низкой плотности;
• снижение уровня холестерина липопротеидов высокой плотности.

Для того чтобы снизить вероятность нарастания нарушений, пациентам рекомендуется соблюдать ряд мер, среди которых контроль массы тела (в частности, при необходимости, ее снижение), включение в рацион питания здоровой пищи, повышение уровня физической активности, здоровый образ жизни.