Гликогенолиз и глюконеогенез

Существует всего три способа поступления глюкозы в кровь. Первый (нефизиологический путь)заключается во введении глюкозы либо внутривенным, либо каким-то иным парентеральным способом. Такой путь может приобретать особое значение в диагностике и лечении больных, а также при некоторых экспериментальных подходах. Второй (и привычный) путь– это всасывание глюкозы в пищеварительном тракте. В обычных условиях человек и животное обладают двумя основными источниками калорий: жировой тканью и содержимым пищеварительного тракта. Легко убедиться, что нарушение всасывания глюкозы или других углеводов нарушает систему поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови, чем характеризуются некоторые заболевания человека. Третий путьпоступления глюкозы в кровь открыт Клодом Бернаром и заключается во «внутренней секреции» глюкозы печенью. Было установлено, что даже в отсутствие явных гормональных эффектов печень обладает определенной степенью автономии в отношении количества сахара, выделяемого в печеночные вены или задерживаемого в ткани. Однако этот автономный контроль моделируется множеством гормональных сигналов. При необходимости в ответ на соответствующие гормональные сигналы печень может поддерживать постоянную концентрацию глюкозы в крови даже в отсутствие всасывания глюкозы в пищеварительном тракте.

Способность печени секретировать глюкозу в кровьобусловлена в основном двумя процессами. Первый из них – гликогенолиз– протекает в течение минут, тогда как второй – глюконеогенез– в течение часов и суток.

Гликогенолиз– это просто распад накопившегося в печени гликогена до глюкозо-6-фосфата. Последний под действием специфической фосфатазы (содержащейся в печени, но не в мышцах) расщепляется с высвобождением в кровь свободной глюкозы.
Это высвобождение глюкозы из печени, по-видимому, служит адекватным средством адаптации к острым потребностям, но постоянная концентрация глюкозы в крови не могла бы сохраняться длительное время, даже если бы весь гликоген из печени поступил в кровь в виде глюкозы. Масса печени человека – около 1500 г; если на долю гликогена приходится даже 4% массы органа, то полный гликогенолиз мог бы обеспечить поступление в кровь не более 60 г глюкозы (или всего 240 калорий) в условиях длительного лишения глюкозы (при голодании) или в отсутствие реабсорбции глюкозы в почках (при флоридзиновом диабете), для эффективного поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови необходимо участие какого-то иного механизма. Этот другой, длительный процесс, происходящий в печени, называется глюконеогенез.

Глюконеогенез– это трансформация дезаминированных остатков аминокислот, глицерола и лактата в глюкозу. Как правило, глюконеогенез сопровождается быстрым поступлением новообразованной глюкозы в кровь, поскольку те физиологические условия, которые характеризуются высокой скоростью глюконеогенеза, обусловливают и «гипертрофию» фермента глюкозо-б-фосфатазы в печени, как бы ставящей штамп «только на экспорт» на большем, чем в норме, количестве молекул глюкозо-б-фосфата. Печень обладает уникальной способностью извлекать из притекающей крови определенные аминокислоты. Источником аминокислот, используемых для длительного подержания постоянной концентрации глюкозы в крови при голодании и других состояниях, служат белки других тканей организма, особенно мышц, на долю которых приходится около 50% общей массы тела. Важную роль в мобилизации белка периферических тканей с поступлением в печень аминокислот, большинство которых используется для глюконеогенеза, играют глюкокортикоиды. Часть аминокислот, несомненно, используется и для синтеза определенных белков в печени и других тканях.

Природа гормональных эффектов, определяющих блокаду периферического окисления глюкозы при голодании, точно не известна. В «торможении» утилизации глюкозы мышцами важное значение придается глюкокортикоидам и гипофизарному гормону роста.

Если бы в условиях углеводного голодания или хронической потери сахара через почечные канальцы скорость утилизации глюкозы тканями (кроме ЦНС) оставалась столь же высокой, как и в состоянии сытости, то проблема постоянного снабжения глюкозой мозга приобретала бы большую остроту, чем это есть на самом деле. Поэтому при голодании периферические ткани адаптивно снижают потребление глюкозы. Отчасти это происходит за счет общего снижения интенсивности обмена. На примере мышц голодающих или получающих жировой рацион крыс можно наблюдать и истинную адаптацию тканей. Такие мышцы, инкубируемые in vitro с глюкозой и радиоактивно меченными жирными кислотами, окисляют меньше глюкозы и больше жирных кислот, чем мышцы контрольных сытых животных. Окисление углеводов в периферических тканях блокируется, и они начинают в большей степени использовать жирные кислоты. Это конечно, существенно облегчает задачу печени по поддержанию постоянной концентрации глюкозы в крови путем глюконеогенеза, поскольку большая доля новообразуемой глюкозы может поступать в жизненно важные ткани, особенно нуждающиеся в ней.