ХІМІЧНА РЕГУЛЯЦІЯ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ

«Організм вищих тварин – це механізм надзвичайної складності. Багаточисленні його приводи задовольняють найбільш тонкі і найбільш складні потреби. Дія цих приводів повинна бути надзвичайно координованою і пристосованою до різноманітних непередбачуваних умов». Це вступ із статті відомого фізолога Л. Фредеріка «Хімічна координація в життєвих явищах» (1912р). В статті термін «ендокринологія» відсутній. Але сама стаття переконує, що ендокринологія як галузь фізіології до того часу уже сформувалась. [1. с. 56 - 57]

Ендокринологія – наука про будову та функції залоз внутрішньої секреції (ендокринних залоз), продукти їх діяльності (гормони), про шляхи їх утворення та дії на організм тварин та людини, а також захворювання, викликані порушенням функцій цих залоз або дії таких гормонів.

Ендокринологія – одна із найбільш молодих галузей медицини яка інтенсивно розвивається. [2. с. 8]

Діабетологія – розділ ендокринології, що вивчає процеси виникнення, розвитку, протікання, діагностики, лікування та профілактики цукрового діабету та його ускладнень.

Діабетологія виділилась із загальної ендокринології у зв’язку з одержанням за останні десятиліття принципово нових даних про етіологію та патогенез цукрового діабету, остаточним формуванням уявлення про дане захворювання як про поліморфний хронічний синдром, обумовлений абсолютною або відносною недостатністю інсуліну [3. с. 3], складністю корекції порушень метаболізму та надзвичайною важливістю і соціальною значимістю проблеми цукрового діабету в усьому світі.

В поемі Гомера «Одісея» говориться про улюбленця богів, сина Зевса Тантала. Своїми вчинками він накликав кару богів. Громовержець (Зевс) скинув Тантала в похмуре царство брата свого Аїда. Там він відбуває страшну кару. Мучений спрагою й голодом, стоїть він у прозорій воді. Вода доходить йому до самого підборіддя. Треба йому тільки нахилитися, щоб утамувати свою нестерпну спрагу. Та ледве нахилиться Тантал, як зникає вода, і під ногами його лише суха чорна земля. Над головою Тантала схиляються віти родючих дерев, соковиті фіги, рум’яні яблука, гранати, груші та оливи висять низько над його головою. Майже торкаються його волосся важкі стиглі грона винограду. Зморений голодом Тантал простягає руки за чудовими плодами, але налітає порив бурхливого вітру і відносить плодоносні віти. [4. с. 49 - 50]

Не виключено, що підставою для народження цього міфу послужили страждання хворих на цукровий діабет. Ще в давні часи лікарі звернули увагу на хворих, що страждали найсильнішою спрагою, незважаючи на велику кількість води, яку випивали. Багато хто з них худнув, хоча їжі було вдосталь. Уважалося, що причина недуги – занадто швидке проходження через нирки випитої води, тому хворобу назвали діабетом (від грецького «діабайно» - «протікати». У боротьбі з цією хворобою лікарі були зовсім безсилі. Лише в першій половині ХІХ століття французький хімік Мішель Етен Шеврель виділив із сечі хворих на діабет цукристу речовину й довів її ідентичність виноградному цукру – глюкозі. Після робіт Шевреля діабет почали називати також цукровою хворобою, або цукровим діабетом [5. с. 97]

Глюкоза утворюється в організмі людини з вуглеводів їжі, наприклад із крохмалю, на який багата картопля, хліб та інші борошняні продукти.

Тому хворим на діабет пропонувалася найсуворіша дієта: вони мали відмовитися від тих продуктів, які містять або з яких може утворитись цукор, і обмежитися в основному тваринною їжею. Відповідна дієта – це було все, що могли запропонувати лікарі хворому.

У ХІХ столітті з’ясували, що глюкоза на засвоюється хворим через неправильну роботу підшлункової залози. У 1869р. німецький анатом Пауль Лангерганс (1847-1888) виявив у підшлунковій залозі групи клітин, які рівномірно розсіяні по всій залозі у вигляді острівців. Їхтак і назвали – острівці Лангерганса.

В історії відкриття інсуліну вирішальну роль відіграла спостережливість не самих вчених, а працівники лабораторії який доглядав за віварієм. В кінці ХІХ століття німецькі фізіологи О. Минковський і Й. фон Меринг займалися вивченням регуляції процесів травлення. Під час експериментів вони видаляли собакам підшлункову залозу. Згаданий працівник, прибираючи клітки прооперованих собак, звернув увагу на те, що на їх сечу злітається велика кількість мух. Факт ніби незначний але вчені ним зацікавились. Вони зробили аналізи і виявили, що в сечі собак міститься надзвичайно велика кількість цукру. Зразу ж виникла ідея, що підшлункова залоза виділяє в кров якусь речовину. Вона обмежує накопичення цукру в крові. В 1901 – 1902 роках Л.В. Соболєв (російський лікар і біолог) довів, що острівці Лангерганса відіграють роль залоз внутрішньої секреції й важливі для вуглеводневого обміну.

Виділити з підшлункової залози інсулін вдалось не відразу. У 1916 році гормон, який виробляється в острівцях Лонгерганса, одержав назву інсуліну (латиною insula – «острів»). Нарешті в 1921 році викладач фармакології Торонтського університету (Канада) Фредерік Бантінг і його асистент Чарлз Бест, працюючи в лабораторії професора фізіології Джона Маклеода, виділили інсулін у чистому вигляді. 23 січня 1922 року ін’єкція інсуліну врятувала першого безнадійного хворого. Це був 14-річний юнак, що перебував у стані діабетичної коми. З того часу число врятованих обчислюється мільйонами, а Бантінг і Маклеод у 1923 році були визнані гідними Небелівської премії з фізіології й медицини. [6. с.91]. Фізіологи Маклеод і Бантінг використовували для лікування хворих на цукровий діабет екстракт підшлункової залози тварин. Але хіміків завжди цікавило, як саме побудована та чи інша сполука. Інсулін у кристалічному вигляді вперше зумів одержати в 1926 році Дж. Абель. Саме завдяки його роботам вдалося налагодити промислове виробництво препарату.

Всі згадані роботи підготували вирішальний етап, який дозволив з’ясувати, як побудована молекула інсуліну. Розв’язати цю задачу вдалося американському біохіміку Сенджеру. Спочатку він розробив спосіб ідентифікації кінцевих аміногруп у білковій молекулі шляхом обробки в лужному середовищі динітрофторбензолом. Пізніше цей метод став класичним. Потім він буквально розібрав на частинки всю молекулу інсуліну і визначив склад одержаних амінокислот за допомогою найбільш сучасних методів – електрофорезу, розробленого А. Тізеліусом (Нобелівська премія, 1948р.) та хроматографії, удосконаленої А. Мартіном та Р. Сінгом (нобелівські лауреати, 1952 р.). Однак встановити, з яких амінокислот зібрана білкова молекула, це лише частина справи. Сенджер розробив план, за яким з допомогою ферментів проводив розщеплення білкового ланцюга на невеликі відрізки, а потім співставляв їх склад. У 1958 році вченому була присвоєна Небелівська премія за роботи по структурі «протеїнів, особливо інсуліну».

Інсулін синтезується в бета-клітинах острівців Ларгенганса звичайним механізмом синтезу білка. Трансляція інсуліну починається на рибосомах, зв’язаних з ендоплазматичним реліктумом, з утворення препрогормону інсуліну. Цей вихідний препрогормон з молекулярною масою 11500 в ендоплазматичній сітці розщеплюється до проінсуліну з молекулярною масою близько 9000. Далі в апараті Гольджі більша частина його ділиться на інсулін і пептидний фермент. Недостача інсуліну в організмі призводить до порушення не тільки вуглеводного, але й жирового та білкового обміну. При цьому людина часто швидко худне, навіть якщо добре харчується. Крім того, порушення жирового обміну приводить до підвищення вмісту ацетону в крові, що отруює організм. У важких випадках у видихуваному хворим повітрі можна навіть відчути запах ацетону.

За даними В003, в економічно розвинутих державах світу до 4-6 відсотків населення хворіє на цукровий діабет. В Європі питома вага таких хворих становить близько 4 відсотків. Унаслідок поширення цукрового діабету рівень смертності підвищився в 2-3 рази, а тривалість життя зменшилась на 10-30 відсотків. Відзначаючи загрозу, яку становить для людства цукровий діабет, Генеральна Асамблея ООН прийняла 20 грудня 2006 року Резолюцію про цукровий діабет, відповідно до якої витрати пов’язані з наданням медичної допомоги хворим, оцінюються більш як у 2-3 відсотки загальних видатків з охорони здоров’я.

В Україні на 1 січня 2011 року зареєстровано 1 221 300 хворих на цукровий діабет (2,4 відсотка численності населення). Проте кількість людей з недіагностованою патологією перевищує у 3-4 рази. За даними Міжнародної організації діабету 2011 року кількість хворих на цукровий діабет у світі досягла рекордної цифри – 366 мільйонів, а в 2030 році становитиме 55 мільйонів. Найвищі показники захворюваності в Україні у Хмельницькій, Черкаській, Чернівецькій областях. Найнижчі – у Волинській, Львівській, Черніговській області.

Отже, інсулін це гормон пептидної будови. Молекула інсуліну складається з двох ланцюгів (один містить 21, а другий – 30 амінокислотних залишків), сполучених дисульфідними містками – S – S -. Інсулін контролює метаболізм цукрів в організмі. Його недостача або відхилення у просторовій будові призводить до діабету. [7. с. 479]

Інсулін – перший білок, для якого була встановлена послідовність чергування амінокислотних залишків.

Інсулін – перший білок, який вдалося синтезувати хімічним шляхом. Цього видатного результату досягнула група китайських хіміків.

Інсулін – перший фармакологічний препарат, промисловий випуск якого був налагоджений за допомогою методів генетичної інженерії. [1. с. 71]

На допомогу лікарям прийшли хіміки. Вони винайшли досить прості методи визначення глюкози в сечі й у крові. Проте такі аналізи робили тільки в поліклініках. Хворий, маючи направлення лікаря-ендокринолога, має прийти рано-вранці (аналіз треба робити натще) у поліклініку й здати кров на анліз. Потім у лабораторії за допомогою спеціальних реактивів визначають у крові вміст глюкози. Сучасні досягнення аналітичної хімії дозволяють подолати ці труднощі. Хіміки розробили ряд простих тестів, що дозволяють швидко визначити концентрацію глюкози в крові або сечі. В одному з найпростіших тестів краплю сечі наносять на смужку паперу, що містить чотири спеціальні реактиви. У присутності глюкози йдуть реакції з утворенням сполуки, забарвленої у синьо-фіолетовий колір. За інтенсивністю забарвлення смужки можна приблизно судити про концентрації глюкози в сечі (аналогічні тести існують і для визначення глюкози в крові). Для більш точного визначення концентрації глюкози в поліклініках використовують спеціальний прилад – фотоелектричний колориметр, що вимірює інтенсивність забарвлення.

В останні роки хіміки-аналітики розробили більш точний і простий за виконанням метод вимірювання. Хворому досить мати вдома маленьку коробочку-глюкометр розміром із мікрокалькулятор, а також набір тестів-смужок, щоб самому в будь-який час визначити вміст глюкози у крові. Ось як діє глюкометр. На тест-смужку – маленьку пластмасову пластинку нанесено два електроди – дві тонкі срібні смужки. Наприкінці пластинки між електродами розташована мініатюрна реакційна камера, у яку заздалегідь поміщена суміш реактивів. Перед проведенням аналізу тест-смужку вставляють у глюкометр, що автоматично включається, коли срібні електроди торкнуться електричних контактів усередині приладу. Потім треба злегка вколоти палець, видавити маленьку крапельку крові й доторкнутися до неї кінчиком тест-смужки. Під дією капілярних сил – тих самих, які змушують підземні води підніматися до верхівок найвищих дерев, - крапелька крові швидко засмоктується через тонкий канал усередину «реактора». У ході хімічної реакції генерується слабкий електричний струм, що і вимірюється глюкометром. Оскільки величина струму прямо пропорційна концентрації глюкози, на табло приладу висвічується вміст глюкози в крові – у мілімолях на літр або в старих одиницях – «міліграм – відсотках» (тобто в міліграмах глюкози на 100 мл. Розчину; 1 ммоль/л = 18 мг %). Коли смужку виймають із глюкометра, прилад сам відключається. Весь аналіз займає ледве більше хвилини! [6. с. 92 - 94]

14 листопада Всесвітній день боротьби з цукровим діабетом. Це день, який служить нагадуванням всьому прогресивному людству про те, що поширеність захворювання невпинно зростає. Вперше Всесвітній день боротьби з цукровим діабетом був проведений IDF (Міжнародною діабетичною федерацією) і ВООЗ 14 листопада 1991 року для координації боротьби з цукровим діабетом у всьому. Проводиться щорічно 14 листопада – дата обрана в знак визнання заслуг одного із відкривачів інсуліну Фредеріка Бантинга, який народився 14 листопада 1891 року. Починаючи з 2007 року, відмічається під егідою Організації Об’єднаних Націй. Був проголошений Генеральною Асамблеєю ООН в спеціальній резолюції № А/RES/61/225 від 20 грудня 2006 року.

Література:

1. Галактионов С. Биологически активные / С. Галактионов – М.: Молодая гвардия. 1988. – 270 с.

2. Старкова Н.Т. Клиническая эндокринология: руководство. / Н.Т. Старкова. СП Питер.2002.-578 с.

3. Ефимова А.С. Клиническая диабетология. / А.С.Ефимова. М.А.Скорбонская. – К. Здоровье. 1998. – 320 с.

4. Антична література. Греція. Рим / Хрестоматія / Упорядники: Михед Т.В. Якубіна Ю.В. – К.: Центр навчальної літератури.2006.-952 с.

5. Джуа М. История химии / М.Джуа. – М.: Мир. 1966. – 452с.

6. Бобрівник Л.Д. Органічна хімія. – підручник / Л.Д. Бобрівник., В.М. Руденко., Г.О. Лезенко. – К.; Ірпінь: ВТФ Перун, 2005. – 544с.

7. Лєєнсон І.А. Дивовижна хімія. – Х.: Ранок. 2011. – 176 с.