Глава пятая
Гормоны-инженеры
«Гормоны-инженеры» – это гормоны, которые регулируют метаболизм, обмен веществ и энергии в нашем организме (для простоты чаще говорят «обмен веществ», не упоминая об энергии).
Для начала – немного биологии и химии.
Обмен веществ и энергии состоит из двух взаимосвязанных процессов: пластического обмена (или ассимиляции), суть которого заключается в синтезе органических веществ в организме с использованием внешних источников энергии (солнечного света у растений или пищи у животных), и энергетического обмена (или диссимиляции), представляющего собой процесс распада органических веществ с выделением нужной организму энергии.
Слишком сложно? Можно сказать и проще – из пищи наш организм получает энергию, которую использует для выработки нужных ему веществ.
В организме постоянно идут процессы синтеза и распада.
В регуляции этих процессов принимают участие гормоны.
Продукты, которые мы употребляем в пищу, состоят из белков, жиров и углеводов.
Что представляют собой белки, жиры и углеводы с химической точки зрения?
Белки – это высокомолекулярные вещества, состоящие из аминокислот. «Высокомолекулярные» означает, что молекула белка огромная, что она содержит большое количество атомов. Четкой границы, то есть – точного количества атомов, начиная с которого вещество считается высокомолекулярным, не существует. Но в любом случае счет атомам в молекулах высокомолекулярных веществ идет на сотни или на тысячи.
Что такое аминокислота? Это соединения, в молекулах которых одновременно содержатся карбоксильные (-СООН) и аминные (-NH2) группы.
Аминокислот, входящих в состав белков, «всего» 20, но это количество обеспечивает великое множество комбинаций, так что двух абсолютно одинаковых белков в природе не существует. Одни аминокислоты наш организм может вырабатывать, а другие – нет. Не вырабатываемые организмом аминокислоты носят название «незаменимых». Их мы получаем только с пищей.
Белки в организме распадаются на аминокислоты, которые используются для выработки других, нужных организму белков. «Лишние» аминокислоты, то есть те, которые не были использованы в процессах синтеза, распадаются до воды, углекислого газа и прочих конечных продуктов обмена веществ или же превращаются во всегда нужную организму глюкозу. Если в данный конкретный момент глюкоза (то есть – энергия) организму не нужна, то ее можно отложить впрок в печени или в скелетных мышцах в виде гликогена.
Важно понимать следующее – молекулы веществ представляют собой нечто вроде аккумулятора. Химические связи, то есть связи между атомами в молекулах, образуются с поглощением энергии, а разрываются – с выделением. Почему реакции образования сложных веществ из более простых в пробирке зачастую проходят только при нагревании до определенных температур или (реже) – на свету? Потому что тепловая или световая энергия нужна для образования новых химических связей.
Как уже было сказано выше, при расщеплении 1 грамма белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии. Но белки используются нашим организмом в первую очередь как источник «строительных материалов», то есть как источник аминокислот, необходимых для синтеза наших собственных белков. В качестве «топлива», то есть – для получения энергии, используются только те аминокислоты, которые организму в данный момент не нужны. Откладывать аминокислоты впрок наш организм не в состоянии.
В случае выраженного истощения, когда запасы жира полностью исчерпаны, организм начинает «бросать в топку» белки, извлекая из них нужную для жизнедеятельности энергию. Но надо понимать, что такое происходит только в патологическом (болезненном) состоянии. В нормальном состоянии собственные белки для извлечения энергии организмом не используются. Образно говоря, «топить печку» белками – это все равно что топить ее ассигнациями. Опять же – все белки в организме находятся «при делах», входят в состав той или иной структуры, участвуют в том или ином процессе. Если белки изымаются для получения энергии, то страдают те структуры или процессы, в которых они участвуют. Примером может служить дистрофия скелетных мышц при истощении, вызванном длительным хроническим недоеданием.
Рис. 18. Схематическое изображение химической формулы аминокислоты
С белками мы закончили.
Переходим к жирам, нашим Главным Хранителям Энергии, при распаде 1 грамма которых этой самой энергии выделяется аж 38,9 кДж!
Все знают, что жиры – это высококалорийный продукт, но мало кто понимает, насколько высока планка калорийности жиров. Так, например, калорийность 100 грамм сала составляет почти 800 килокалорий, а калорийность 100 грамм сливочного масла – около 720 килокалорий!
Кстати говоря, при спокойной прогулке организм тратит от 150 до 200 килокалорий. Худеющие люди часто позволяют себе съесть что-нибудь запретное, высококалорийное, утешаясь тем, что «покроют грех» повышенной физической активностью. Так вот, имейте в виду, что для нейтрализации одного (одного!) бутерброда с салом «среднего» размера (это примерно 40 грамм сала) придется гулять полтора-два часа.
Это было вступление, дающее представление о том, как много энергии хранят жиры. А теперь давайте познакомимся с жирами поближе.
Жиры или триглицериды – это вещества, состоящие из молекул карбоновых кислот и трехатомного спирта глицерина (отсюда и «три – глицериды»). Вообще-то жиры состоят не из молекул, а из остатков молекул карбоновых кислот и трехатомного спирта глицерина, точно так же, как белки состоят из остатков аминокислот, потому что при «объединении», то есть при образовании более сложного вещества, исходные молекулы теряют какие-то атомы и при помощи высвободившихся связей связываются между собой. Но нам в такие сложности вдаваться нет необходимости, поэтому мы говорим – «состоящие из молекул».
Вот пример образования жира из глицерина и пальмитиновой кислоты:
Одна молекула жира образована одной молекулой глицерина и тремя молекулами карбоновой кислоты. Карбоновыми кислотами называются вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп (-COOH). Это так, для общего сведения.
Жирные кислоты могут использоваться нашим организмом в качестве «строительного материала» (среди жирных кислот так же, как и среди аминокислот, есть незаменимые). А еще жиры являются «топливом», источником энергии для организма. Кроме того, при недостатке воды жиры могут служить ее источником – при разложении 1 грамма жира образуется 1,1 мл воды. Наш организм способен запасать энергию в виде жира и гликогена, но гликоген играет в этом деле незначительную роль. Интересный факт – жировые запасы откладывает не только организм в целом, но и отдельные клетки, не относящиеся к жировым, у которых в цитоплазме (полужидкой внутренней среде клетки) находятся капельки жира – их «собственный», «личный» энергетический запас.
Обратите внимание на то, что жиры, полученные с пищей, не могут непосредственно откладываться в виде запасов. Пищевые жиры в организме расщепляются, а про запас откладываются те жиры, которые синтезированы организмом.
Может возникнуть вопрос – зачем организму нужно тратить время и ресурсы сначала на расщепление пищевых жиров, а затем на синтез своих собственных жиров? Не проще было бы сразу откладывать то, что получено с пищей?
Нет, не проще!
Во-первых, жир жиру рознь. Жиры – это общее название для большой группы веществ, отдельные представители которой весьма сильно отличаются друг от друга по строению и свойствам. Клетки жировой ткани генетически «настроены на определенную волну», то есть способны накапливать конкретные виды жиров. Только так и никак иначе.
Во-вторых, жиры не могут циркулировать в крови, это опасно для жизни. Жир нерастворим в воде и соответственно в состоящей из воды плазме крови тоже. Молекулы однородных жиров могут группироваться вместе, образуя жировые шарики (капельки). Вспомните про «пятна» жира на поверхности супа, чтобы представить, какие крупные конгломераты могут образовывать жиры. Иногда весь жир, находящийся в тарелке с супом, сливается в одно большое пятно. Так вот, эти шарики жира могут закупоривать кровеносные сосуды (по-научному это называется «жировая эмболия») и лишать питаемые ими участки кровоснабжения. Нарушение кровоснабжения приводит к повреждению тканей. Если страдают такие жизненно важные органы, как головной мозг, сердце или легкие, то дело может закончиться не просто болезнью, а смертельным исходом. К счастью, жиры расщепляются в желудочно-кишечном тракте на молекулы глицерина и жирных кислот, которые всасываются в кровь и вреда организму нанести не могут.
Основным источником энергии в нашем организме являются углеводы – вещества, содержащие карбонильную группу (-С=О) и несколько гидроксильных групп (-ОН). Низкомолекулярные углеводы называются «сахарами».
Не путайте основной источник энергии с основной формой ее запаса! Под «источником» имеется в виду пища. Углеводы же являются основным источником потому, что их доля в суточном рационе вдвое превышает вместе взятые доли белков и углеводов. Соотношение белков, жиров и углеводов в рационе здорового взрослого человека составляет 1:1:4.
Необходимое уточнение – то, что мы привыкли называть «сахаром» в быту, на самом деле является сахарозой, дисахаридом (двойным сахаром) из группы олигосахаридов (низкомолекулярных сахаров), состоящим из остатков двух моносахаридов (одинарных сахаров): глюкозы и фруктозы.
Глюкоза или виноградный сахар – самый распространенный источник энергии в живых организмах. Глюкоза может существовать в двух формах: открытой и циклической. В растворе глюкозы эти формы находятся в равновесии друг с другом. В твердом состоянии глюкоза имеет циклическое строение.
В крови у нас находится глюкоза, а не какое-то другое вещество из группы сахаров. Поэтому неправильно, то есть – неграмотно говорить об «уровне содержания сахара в крови». Нужно говорить об уровне содержания глюкозы! Кровь доставляет глюкозу клеткам нашего организма, а в клетках происходит процесс разложения глюкозы для получения энергии.
Глюкоза образует три высокомолекулярных вещества – крахмал и целлюлозу, характерные для растений, а также гликоген, служащий основным запасным углеводом (то есть основной формой хранения глюкозы) у животных. Больше всего гликогена содержится в печени и мышцах.
Крахмал у растений служит для запаса глюкозы, а целлюлоза образует жесткий каркас, заменяющий растениям скелет. Несмотря на то, что крахмал и целлюлоза сделаны из одного и того же мономера – глюкозы, эти вещества сильно различаются по своим свойствам и главное различие заключается в том, что крахмалом мы с вами можем питаться, а целлюлозой – нет, поскольку наш организм не в состоянии расщеплять молекулы целлюлозы[12]. Только у некоторых видов животных, которые способны питаться древесиной (например – у термитов) или травой (все жвачные животные), в организме есть ферменты, способные разлагать целлюлозу на молекулы глюкозы.
Углеводы, которые мы употребляем в пищу, – это гликоген, крахмал и сахара – сахароза, глюкоза, фруктоза, галактоза и др. В конечном итоге в процессе обмена веществ все сложные углеводы расщепляются до моносахаридов, главным образом – до глюкозы. Фруктоза, галактоза и другие моносахариды (в компании с глюкозой) могут использоваться организмом для синтеза других веществ. Те моносахариды, которые не служат «строительным материалом», превращаются в печени либо в глюкозу, либо в промежуточные продукты ее обмена, которые затем разлагаются до углекислого газа и воды с выделением энергии.
Неиспользованную глюкозу организм в норме не выводит наружу, а откладывает про запас в виде гликогена или жира. Запасы гликогена ограниченны, то есть его невозможно накопить чрезмерно много, а вот жировые запасы могут расти до бесконечности. Условно – до бесконечности. На деле в определенный момент жировые запасы становятся несовместимыми с нормальной жизнедеятельностью организма и убивают его.
Гликоген вырабатывается в печени и скелетных мышцах, а жировые запасы образуются – по месту своего отложения. Кровь жировые запасы к месту хранения не транспортирует. Где запасы образовались, там они и хранятся.
Вводная часть почти закончена. Для того, чтобы картина была полной, осталось сказать о том, сколько глюкозы в норме содержится в крови взрослого человека, и объяснить, что такое гликемический индекс.
У взрослого человека уровень сахара в крови в норме натощак колеблется от 3,2 ммоль/л до 5,5 ммоль/л.
Гликемический индекс отражает скорость, с которой углеводы, содержащиеся в продукте питания, усваиваются организмом и повышают уровень глюкозы в крови. Пример – если мы съедим 50 грамм глюкозы и 50 грамм мякиша белого хлеба или, скажем, картофеля (то есть – крахмала), то в первом случае уровень содержания глюкозы в крови начнет возрастать буквально сразу же, а во втором – далеко не сразу, поскольку крахмал сначала надо переработать. Поэтому гликемический индекс белого хлеба из муки высшего сорта в среднем равен 80 единицам, а гликемический индекс глюкозы – 100 единицам.
Знакомство с гормонами-инженерами мы начнем с инсулина, белкового гормона поджелудочной железы (вспомните про островки Лангерганса), регулирующего обмен веществ в организме.
Рис. 19. Схематическое изображение работы белкового канала клеточной мембраны
Обратите внимание – инсулин регулирует обмен веществ, а не только обмен глюкозы! Глюкоза – основной, но не единственный «объект» инсулина.
Про инсулин, наверное, слышали все. Это наиболее изученный и самый популярный из гормонов. Даже совершенно далекие от медицины люди скажут: «а, знаем-знаем, при недостатке инсулина развивается сахарный диабет». Да, все так – если в организме недостаточно инсулина, то развивается заболевание, называемое сахарным диабетом первого типа.
Из-за недостатка инсулина, помогающего клеткам усваивать глюкозу, содержащуюся в крови, клетки совсем перестают усваивать глюкозу или делают это гораздо с меньшим энтузиазмом. В результате повышается уровень содержания глюкозы в крови. Организм пытается бороться с этим повышением, выводя глюкозу с мочой. В норме в моче глюкозы нет. Нарушение обмена глюкозы запускает цепь метаболических (обменных) нарушений в организме. Вспомните про принцип домино, когда одна падающая костяшка валит следующую в цепи и так продолжается до тех пор, пока все костяшки не упадут. При нарушении обмена глюкозы одно нарушение обмена веществ следует за другим до тех пор, пока не разладится весь обмен веществ в организме. Заодно с углеводным обменом нарушается также обмен белков и обмен жиров, в котором тоже участвует инсулин.
С сахарным диабетом первого типа все ясно сразу, то есть – все предельно логично. Недостаток инсулина приводит к развитию болезни.
А поверите ли вы, если вам скажут, что диабет может развиваться и при нормальном содержании инсулина в крови, при выработке его островками Лангерганса в достаточном количестве?
Скорее всего, не поверите, потому что в массовом сознании сахарный диабет тесно связан (можно даже сказать – скован одной цепью) с недостаточной выработкой инсулина. Мало инсулина – диабет, инсулин в норме – диабета нет, как-то так.
Тогда давайте на минуточку отвлечемся от гормонов и болезней и рассмотрим такую ситуацию – может ли автомобиль не заводиться при наличии в баке топлива? Конечно же может! Топливо для работы автомобиля необходимо, но его наличие всего лишь одно из условий этого процесса. Для того, чтобы автомобиль завелся, нужна слаженная работа нескольких узлов.
Примерно так же обстоит дело и с обменом глюкозы, да и вообще со всеми процессами, которые регулируются гормонами. Мало иметь в организме требуемое количество гормона, нужно еще чтобы этот гормон воспринимался рецепторами клеток, чтобы клетки были бы чувствительны к нему. Иначе будет гормон «бездельничать», будет циркулировать по организму невостребованным.
Давайте разберемся, почему возникает нечувствительность (по-научному это называется «резистентность») к тому или иному гормону?
Обратите внимание на то, что мы сейчас говорим не о недостаточной выработке гормона, а о нечувствительности к нему, о ситуации, когда гормон вырабатывается в достаточном количестве, но не оказывает нужного действия на организм.
Причин может быть четыре.
Во-первых, к возникновению резистентности может приводить врожденный дефект строения молекулы гормона, возникший в результате мутации – изменения наследственной информации, которая хранится в генах. Наследственная информация закодирована в виде определенной последовательности фрагментов в молекуле ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Поменялись два фрагмента местами – вот вам и мутация, в результате которой вместо «нормального» инсулина будет вырабатываться «ненормальный», очень похожий, но не такой.
Во-вторых, в крови может присутствовать какой-либо фактор, мешающий взаимодействию молекул гормона с рецепторами, фактор, который связывается с молекулами гормона и тем самым делает их неспособными выполнять свое предназначение, то есть – нейтрализует их. Например – токсические продукты, накапливающиеся в крови при хронической почечной недостаточности, когда почки не успевают выводить все ненужное из организма с мочой, могут связываться с молекулами инсулина или соматотропина.
Часто в роли нейтрализующего фактора выступают антитела – белки, вырабатываемые органами иммунной системы в ответ на проникновение в организм чужеродных агентов (антигенов). В результате какого-то сбоя иммунная система принимает «свой», вырабатываемый в организме гормон за чужеродный агент и начинает вырабатывать против него нейтрализующие антитела. В результате гормон выделяется в кровь, но до рецепторов не доходит или же доходит в недостаточном количестве, поскольку по дороге его «перехватывают» антитела. Если эндокринная система увеличит выработку гормона, то иммунная в ответ увеличит выработку антител – возникает своеобразный замкнутый круг, который без постороннего вмешательства (то есть – без медицинской помощи) разорвать невозможно. С таким же успехом и по такой же схеме антитела могут блокировать рецепторы, связываясь с ними вместо молекул гормона, но эта причина уже относится к следующей, третьей группе причин.
В-третьих, может нарушаться взаимодействие молекул гормона с рецепторами. Например, если рецепторы изменились в результате мутации или утратили свою чувствительность, то есть – способность создавать определенный сигнал для клетки после взаимодействия с молекулой гормона. Или же если (как только что было сказано) вместо гормона с рецептором связалось другое вещество.
В-четвертых, и с молекулами гормона и с рецепторами все может быть в порядке, они будут взаимодействовать должным образом и в результате будет возникать правильный сигнал, но вот сигнал этот не дойдет до места назначения, до той клеточной структуры, которой он предназначался, из-за нарушения передачи сигнала внутри клетки. Телеграфист сидит у исправного аппарата и старательно передает сообщение, но вот беда – где-то провод оборван и сообщение по назначению не доходит.
Что станет делать организм при инсулинорезистентности (так по-научному называют снижение реакции рецепторов на инсулин)? Если вы вспомните о том, что любой организм представляет собой саморегулирующуюся систему, стремящуюся к устранению всех неполадок, то ответите, что в этом случае выработка инсулина в организме увеличится. Но тем не менее, разовьется сахарный диабет – сахарный диабет второго типа, диабет, при котором инсулина вырабатывается даже больше, чем нужно.
Инсулинорезистентность может быть не только патологической (то есть – болезненной), но и физиологической, возникающей в здоровом организме в пубертатный период или при беременности.
При беременности в крови матери должна быть высокая (повышенная) концентрация глюкозы для того, чтобы обеспечить транспорт глюкозы к плоду посредством диффузии – процесса самопроизвольного выравнивания концентрации вещества в двух растворах, разделенных полунепроницаемой мембраной. Из крови матери, где глюкозы содержится больше, молекулы переходят в кровь плода, где глюкозы меньше.
В пубертатном же периоде, как вы уже знаете, в организме вырабатывается много соматотропина, который по своему действию на углеводный обмен является антагонистом инсулина, поскольку препятствует усвоению глюкозы жировыми, печеночными и мышечными клетками. В данном случае резистентность клеток к инсулину можно рассматривать в качестве «побочного действия» соматотропина, которое устраняется повышением выработки инсулина в поджелудочной железе.
Итак, при недостаточной выработке инсулина развивается сахарный диабет первого типа, а при нарушении чувствительности клеток к инсулину – сахарный диабет второго типа. Сахарный диабет первого типа называется инсулинозависимым, а сахарный диабет второго типа – инсулиннезависимым.
Повышение усвояемости глюкозы мышечными и жировыми клетками выражается в том, что инсулин увеличивает проницаемость клеточных мембран для глюкозы и активирует ферменты, принимающие участие в ее расщеплении. Глюкоза попадает в клетку не путем диффузии через поры (для этого ее молекулы слишком велики), а через специальные белковые каналы, количество которых увеличивает инсулин.
Мышечная и жировая ткани наиболее чувствительны к действию инсулина и потому называются «инсулинозависимыми тканями». На прочие ткани инсулин действует слабо.
Кроме того, инсулин стимулирует ферменты, участвующие в образовании в печени и мышцах гликогена – «животного крахмала», формы запаса глюкозы. Одновременно инсулин подавляет активность ферментов, которые расщепляют гликоген, то есть этот гормон работает только на создание запасов глюкозы по принципу «чем больше, тем лучше». Известно же, что запасы (как и деньги) лишними не бывают.
Инсулин стимулирует выработку жирных кислот в организме, то есть – способствует образованию жира и одновременно угнетает фермент липазу, которая расщепляет жир. Также инсулин способствует превращению глюкозы в жир. Но не стоит думать, что этим самым инсулин наносит вред нашему организму, способствует ожирению. Образование жиров – часть нормального обмена веществ и энергии. Жиры входят в состав ряда клеточных структур, в первую очередь – в состав клеточных мембран. Жиры нужны организму для нормальной жизнедеятельности. А к ожирению приводит не инсулин, а переедание с гиподинамией.
Аналогичным способом (то есть – путем создания дополнительных белковых каналов) инсулин повышает проницаемость клеточных мембран для аминокислот, ионов калия, ионов магния и фосфат-ионов (PO43-).
Инсулин стимулирует образование белков.
Есть у инсулина еще одна функция, о которой кроме врачей и биологов никто не знает, несмотря на то, что эта функция настолько же важна для организма, как и регуляция обмена глюкозы. А пожалуй, даже и важнее – инсулин стимулирует репликацию ДНК – процесс синтеза новой молекулы ДНК на базе материнской молекулы. Это делается для того, чтобы дочерней клетке, образовавшейся при клеточном делении, достался бы по наследству от материнской полный набор ДНК. Не будет репликации – не будет клеточного деления, а без этого деления организм существовать не может.
Вероятно, некоторые из читателей сейчас удивятся и скажут: «Это растущий организм не может существовать без деления клеток, а взрослый – вполне, разве что волосы и ногти расти перестанут».
Нет! И во взрослом организме, рост которого уже прекратился, постоянно происходит деление клеток. Клетки постоянно самообновляются. Срок жизни у разных клеток различный. Так, например, клетки слизистой оболочки тонкой кишки (никогда не говорите «тонкий кишечник», это неправильно) живут в среднем всего 36 часов, а эритроциты на их фоне выглядят настоящими «долгожителями», поскольку они живут около четырех месяцев. Некоторые клетки иммунной системы живут годами, а нервные клетки могут жить в течение всего периода жизни организма.
Клетки делятся постоянно, и в этом им помогает инсулин.
Попробуйте решить одну загадку, не имеющую прямого отношения к теме нашего разговора, но имеющую отношение к инсулину. Вопрос на сообразительность – почему не существует инсулина в таблетках или капсулах? Почему многим диабетикам приходится по нескольку раз в день делать себе инъекции инсулина? Наука дошла до невероятных высот, фармацевтическая промышленность творит настоящие чудеса, а вот инсулин приходится вводить только инъекционным путем. Скоро исполнится сто лет употребления инсулина в лечебных целях, а воз и ныне там, то есть – приходится орудовать шприцем. А ведь таблетка – это не только удобство, но и безопасность, ведь при инъекциях всегда существует риск инфицирования.
Подсказка – дело не в том, что инсулин должен вводиться прямо в кровь и никак иначе. Тем более, что инъекции инсулина делаются не внутривенно, а подкожно. Дело в самом инсулине…
Ответ на этот вопрос будет дан в конце главы перед резюме.
Все гормоны важны, недостаток любого гормона приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности организма, но инсулин можно назвать «важнейшим из важных», поскольку он является Главным Управляющим Энергоресурсами в нашем организме.
А кто управляет Главным Управляющим Энергоресурсами? Иначе говоря – какие факторы управляют выработкой инсулина?
Главным стимулятором выработки инсулина является повышение уровня содержания глюкозы в крови. Это самый мощный стимулятор. Кроме глюкозы выработку инсулина стимулирует повышение уровня содержания в крови калия, кальция, свободных жирных кислот и аминокислоты. Из гормонов способствуют образованию инсулина адренокортикотропный гормон, эстрогены и глюкагон, также вырабатываемый в островках Лангерганса поджелудочной железы.
Подобно инсулину, глюкагон является белком.
Подобно инсулину, глюкагон регулирует обмен глюкозы, но глюкагон является антагонистом инсулина. Если инсулин понижает уровень содержания глюкозы в крови, способствуя ее усвоению клетками и стимулируя синтез гликогена в печени, то глюкагон стимулирует распад гликогена в печени, что повышает уровень содержания глюкозы в крови.
Интересная особенность – на гликоген, запасенный в мышцах, глюкагон никакого воздействия не оказывает, поскольку в мышцах нет чувствительных к глюкагону рецепторов.
Также глюкагон стимулирует выработку глюкозы клетками печени. Обратите внимание – речь идет о синтезе глюкозы из более простых веществ, а не о высвобождении ее в результате распада гликогена.
Глюкагон стимулирует выработку инсулина и понижает активность фермента инсулиназы, которая разрушает инсулин. Можно сказать, что глюкагон просто обязан так поступать, обязан содействовать повышению уровня содержания инсулина в крови, поскольку он (глюкагон) повышает уровень содержания глюкозы. Должен же кто-то (то есть – инсулин) способствовать использованию этой глюкозы!
Глюкагон стимулирует сердечную мышцу, в результате чего возрастают частота и сила сердечных сокращений и повышается артериальное давление (если насос начинает работать более интенсивно, то давление в системе понижается). Однако в больших дозах глюкагон артериальное давление понижает, поскольку расслабляет мускулатуру сосудистых стенок, а также мускулатуру внутренних органов, в частности – кишечника.
А еще глюкагон является стрессовым гормоном. В главе, посвященной этим гормонам, о глюкагоне не было упомянуто намеренно, потому что рассказывать об этом гормоне удобнее «в связке» с инсулином. Так вот, в стрессовых ситуациях глюкагон повышает проницаемость мембран клеток скелетных мышц для глюкозы и ряда других «энергоносителей» – свободных жирных кислот и кетокислот.[13] Повышение проницаемости, так же как и в случае с инсулином, происходит посредством увеличения количества белковых каналов в мембранах.
Обратите внимание на то, что белковый канал не является каналом в прямом смысле слова, то есть не является узким протяженным полым пространством в толще клеточной мембраны. Нет, канал представляет собой молекулу белка, которая соединяется (осуществляет захват) с молекулой транспортируемого вещества у наружной поверхности мембраны и переносит его ко внутренней поверхности (то есть – внутрь клетки), где соединение «белок – транспортируемое вещество» разрывается.
Стимуляция сердечной деятельности также важна во время стрессовых ситуаций, когда нужно или бить, или убегать.
И третье, последнее, «стрессовое» действие – глюкагон стимулирует выработку адреналина, норадреналина и допамина в надпочечниках, а также повышает чувствительность клеток организма к этим веществам.
А теперь давайте вспомним о хорошо известном нам (правда – с другой стороны) кортизоле, который помимо прочего является регулятором обмена веществ в нашем организме.
Кортизол стимулирует распад жиров, но вместе с тем увеличивает жировой запас опосредованным путем, поскольку повышает уровень содержания глюкозы в крови, стимулируя ее выработку клетками печени. Повышенное содержание глюкозы стимулирует выработку инсулина островками Лангерганса. А инсулин, как было сказано выше, стимулирует выработку жирных кислот, угнетает фермент липазу, которая расщепляет жир и способствует превращению глюкозы в жир. Таким образом, кортизол увеличивает жировой запас при помощи инсулина.
Способность кортизола повышать аппетит также имеет значение для отложения жира. Примечательно, что под действием кортизола происходит характерное перераспределение жира, который преимущественно откладывается в области головы, шеи, лица и туловища, но практически не откладывается на нижних конечностях – наблюдается ожирение верхней части туловища.
Гормоны, влияющие на обмен веществ, в быту неверно называют «гормонами, влияющими на вес». Почему неверно? Да потому что гормоны регулируют не вес как таковой, а обмен веществ и энергии. Изменение веса является результатом нарушения энергетического баланса в организме, но не является «заслугой» того или иного гормона, например – кортизола. Да, кортизол повышает аппетит и способствует отложению жировых запасов, но если человек не будет переедать, то кортизолу нечего будет откладывать про запас, даже при повышенном уровне содержания гормона в организме. Нашим весом управляет один простой «универсальный» принцип. Если организм получает с пищей больше энергии, чем ему необходимо, то он станет откладывать излишек энергии в виде жирового запаса, то есть вес будет расти. Если организм получает с пищей меньше энергии, чем ему необходимо, то он станет получать недостающую энергию путем окисления («сжигания») запасенных жиров и вес при этом будет уменьшаться. Если организм получает с пищей ровно столько энергии, сколько ему необходимо, то вес не изменяется. Фразы вроде: «у меня нарушен обмен веществ, поэтому я прибавляю в весе, несмотря на то, что ем мало» по существу являются ложью. Да, нарушения обмена веществ могут приводить к ожирению, но в любом случае нужен материал для образования жиров, которые откладываются про запас, нужны определенные количества некоторых веществ и энергии. Материала нет – жира не будет. Как-то так и никак иначе.
Рис. 20. Кортизоловое ожирение
И раз уж мы заговорили о весе, то вот вам вопрос, который любят задавать студентам на экзамене по эндокринологии: «Почему характерным признаком диабета первого типа является болезненная худоба, а при диабете второго типа очень часто наблюдается ожирение?».
Ну, с диабетом первого типа, то есть – с инсулинозависимым диабетом, все ясно сразу. Недостаток инсулина нарушает усвоение глюкозы в организме, то есть – организм испытывает недостаточность питания, «сжигает» жировой запас и ничего более впрок не откладывает. Но вроде бы и при диабете второго типа должно наблюдаться нечто подобное, однако почему-то этого не происходит и вместо худобы развивается ожирение…
Вопрос был коварным, с подвохом. Студентам на экзамене обычно такие и задают. Дело в том, что при сахарном диабете второго типа ожирение является не следствием заболевания, а причиной его возникновения. Ожирение – это основной, важнейший фактор риска развития сахарного диабета второго типа. С каждым лишним килограммом риск заболеть сахарным диабетом второго типа увеличивается примерно на 4,5 %! Причина в том, что в силу ряда причин, разбирать которые мы не станем, чтобы не увязнуть в них надолго, ожирение повышает инсулинорезистентность. (Тот, кто хочет углубиться в эту тему, может набрать в поисковике «Ожирение и сахарный диабет второго типа» и изучить найденную информацию.) Точнее говоря, инсулинорезистентность повышает жировая ткань. Не думайте, что жировые клетки служат всего лишь в качестве депо энергии. Нет, эти клетки вырабатывают много биологически активных веществ, некоторые из них способствуют развитию инсулинорезистентности. В ряде случаев при нормализации веса проявления сахарного диабета второго типа исчезают.
Интересны взаимоотношения гормона роста соматотропина и инсулина. В регуляции углеводного обмена соматотропин выступает в роли антагониста инсулина, поскольку вызывает выраженное повышение уровня содержания глюкозы в крови. Непримиримая вражда налицо, и никакой мир в этом случае невозможен. Но вот в регуляции белкового обмена соматотропин с инсулином участвуют сообща – для проявления стимулирующего действия соматотропина на синтез белков необходимо присутствие инсулина. Вот такие получаются «пирожки» – там враждуем, а здесь дружим.
Гормон щитовидной железы трийодтиронин (тироксин) называют «универсальным гормоном», поскольку он оказывает влияние практически на все клетки нашего организма, а не на какие-то отдельные клетки-мишени. Тироксин обладает способностью проникать через клеточные мембраны и стимулировать выработку белков в клетке.
Тироксину в клетке оказывается высокое доверие. Его допускают в святая святых – к стимуляции синтеза РНК (рибонуклеиновой кислоты).
В клетке есть сферические образования, не имеющие своей мембраны, которые называются рибосомами. Рибосомы выполняют очень важную функцию – синтезируют белки из аминокислот, в соответствии с информацией, записанной в молекуле рибонуклеиновой кислоты. Молекулы РНК образуются по матрице – части молекулы ДНК. Проще говоря, молекула ДНК копирует отдельные свои фрагменты в несколько упрощенном виде для того, чтобы эти фрагменты управляли бы синтезом белков. Количество рибосом в клетке может достигать десятков миллионов, а молекула ДНК – всего одна и на части ей не разорваться. Вот и приходится синтезировать молекулы РНК.
Выработка белков – основа клеточной жизнедеятельности.
Клетки делятся, обновляют свои структуры, вырабатывают какие-то вещества, получают энергию для жизнедеятельности посредством химических реакций, выводят конечные продукты обмена… И так далее. И все эти процессы происходят при участии тех или иных белков. Недаром же человека называют «белковым телом», а нашу цивилизацию «белковой формой жизни» (хотя правильнее говорить об «углеродной» или «углеводородной» форме).
Трийодтиронин стимулирует как сам процесс, так и синтез молекул РНК, необходимых для этого процесса. Великое дело делает трийодтиронин! Честь ему за это и хвала, или, как принято говорить нынче – респект и уважуха!
Но это не все. Способствуя синтезу белка в рибосомах, трийодтиронин стимулирует в клетке окислительные процессы. Окислительными процессами называются химические реакции, в результате которых происходит присоединение атомов кислорода к атомам других элементов. Можно сказать и проще – трийодтиронин способствует разложению белков, жиров и углеводов, которое происходит с участием кислорода. В быту этот процесс называют «сжиганием» и в общем-то называют верно, потому что горение представляет собой быстро протекающую реакцию окисления. Быстро протекающую! Благодаря этой быстроте при горении за короткое время выделяется значительное количество тепла и процесс сопровождается ярким свечением – пламенем. При медленном течении реакции свечение не наблюдается, а тепло выделяется не столь интенсивно, но выделяется, поскольку превращение сложных веществ в простые всегда сопровождается разрывом связей и выделением энергии.
А теперь давайте подумаем о том, куда девается лишняя энергия, высвободившаяся при разрывах химических связей. С той энергией, которая заключена в химических связях глюкозы, жирных кислот и прочих веществ, все ясно – организм переработает эти вещества в жиры, сохранив таким образом энергию про запас. Но вот с той ненужной энергией, которая уже высвободилась из химических связей в результате интенсивного «сжигания» веществ, организм уже ничего сделать не может. Излишек энергии отдается в окружающее пространство в виде тепла – повышается температура тела. Повышение температуры тела – это характерный признак повышенной функции (по-научному – гиперфункции) щитовидной железы. Железа работает «на повышенных оборотах», выбрасывая в кровь большое количество гормонов. Возрастает потребление глюкозы. Для того, чтобы восполнить недостаток глюкозы, в печени и мышцах происходит усиленный распад гликогена. Интенсивно окисляются жиры, отложенные про запас. И так далее… А в результате организм начинает интенсивнее выделять тепло, но пользы ему от этого никакой нет.
При инфекционных заболеваниях от повышения температуры тела польза есть – гибнут возбудители заболеваний, для которых температуры от 38 °C и выше являются неблагоприятными. А при гиперфункции щитовидной железы организм просто сильнее обогревает окружающее пространство, не более того. Уловить это «утекающее сквозь пальцы» тепло мы не в состоянии.
Бытует мнение, будто горячий суп калорийнее холодного, поскольку тепло – это калории, то есть разновидность энергии. Да – калории, но мы не можем их усваивать, поскольку в нашем организме нет специфических «теплоуловителей», преобразующих тепловую энергию (инфракрасное излучение) в энергию химических связей. Точно так же мы не в состоянии усваивать энергию солнечного излучения. Так что для нас с вами калорийность супа определяется его составом, но ни в коем случае не его температурой.
Некоторые читатели могут возразить, сказав, что температура все же может влиять на калорийность пищи. Когда мы съедаем мороженое, организму приходится тратить некоторое количество калорий на нагрев холодной пищи до температуры тела. Теоретически – да, но практически нет, поскольку масса съеденного мороженого во много раз меньше массы тела и потеря калорий на ее нагрев будет сравнительно мала, настолько мала, что можно не принимать ее в расчет. Похудеть, лакомясь мороженым, не получится.
Но зато получится похудеть, принимая препараты гормонов щитовидной железы! Похудеть без особого напряжения, без интенсивных физических нагрузок и без ограничений в рационе. Небольшое неудобство в виде повышенной температуры тела можно потерпеть, это в сущности пустяки.
Казалось бы, что снижение веса при помощи гормональных препаратов – замечательный выход. Особенно с учетом того, что «щитовидные» препараты доступны и недороги. Сто таблеток тироксина стоят менее двухсот рублей. Да, конечно, все гормональные препараты отпускаются по рецепту, но… Ну, вы понимаете, что при сильном желании добыть рецепт не представляет труда.
Казалось бы… Все знают, как надо поступать, если что-то кажется? То-то же. Следующий абзац «закапслочен» намеренно, для того, чтобы выделялся. Прочтите его несколько раз, чтобы запомнить на всю жизнь.
ЛЮБЫЕ ГОРМОНАЛЬНЫЕ ПРЕПАРАТЫ СЛЕДУЕТ ПРИНИМАТЬ ТОЛЬКО ПО НАЗНАЧЕНИЮ ВРАЧА И ТОЛЬКО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ КАКИХ-ТО ИМЕЮЩИХСЯ НАРУШЕНИЙ ГОРМОНАЛЬНОГО БАЛАНСА, НО НЕ ДЛЯ ПОХУДЕНИЯ, НАРАЩИВАНИЯ МУСКУЛАТУРЫ И ПРОЧИХ ПОДОБНЫХ ЦЕЛЕЙ. ИСКЛЮЧЕНИЕМ ИЗ ЭТОГО ПРАВИЛА ЯВЛЯЮТСЯ ТОЛЬКО ПРОТИВОЗАЧАТОЧНЫЕ ГОРМОНАЛЬНЫЕ ПРЕПАРАТЫ, НО И ИХ ПРИЕМ НУЖНО ОБСУДИТЬ С ВРАЧОМ.
Но почему?
А вот почему.
Во-первых, наш организм представляет собой саморегулируемую сбалансированную систему и вмешиваться в эту саморегуляцию можно только в том случае, если что-то пошло не так, то есть – в случае заболевания. Если все идет нормальным образом, вмешиваться нельзя, пользы от этого не будет, только один вред. Ускорение обмена веществ по сути дела представляет собой НАРУШЕНИЕ НОРМАЛЬНОГО ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ, давайте уж будем называть вещи своими именами.
Во-вторых, подавляющее большинство гормонов, как вы уже успели убедиться, имеют несколько профессий, «отвечают» не за один какой-то процесс, происходящий в организме, а за много разных процессов. Пожалуй, только либерины и статины, которые вырабатываются в гипоталамусе, имеют одну функцию – влияют на выработку тех или иных гормонов гипофиза (вспомните о соматолиберине, который стимулирует выработку соматотропина). Но можно с большой долей уверенности допустить, что и у либеринов со статинами есть по нескольку функций, только они пока еще не открыты и не изучены. Эндокринология – молодая наука. Тот же соматолиберин был впервые выделен из гипоталамуса в 1964 году, но его химическую структуру удалось установить только в середине восьмидесятых.
Что же касается тироксина, широко используемого в узких кругах для снижения веса, то у тироксина-трийодтиронина помимо ускорения обмена веществ есть и такие действия, как учащение сердцебиения или утолщение слизистой оболочки матки у женщин.
При учащении сердечных сокращений возрастает потребность сердечной мышцы в кислороде. Если кровеносные сосуды, питающие сердечную мышцу, сужены, то кровоснабжение может не успевать обеспечивать возросшую потребность в кислороде. Не получая требуемого, мышечные клетки погибают… Наверное, нет смысла объяснять, что такое инфаркт миокарда?
Умно ли худеть «без проблем» (кавычки не случайны), подвергая риску сердечную мышцу? Навряд ли.
При утолщении слизистой оболочки матки могут возникать боли в нижней части живота или кровотечения, не связанные с менструацией, а также может нарушаться менструально-овариальный цикл[14]. Нужен ли к снижению веса такой «бонус»? Тоже навряд ли.
В-третьих, регулярное введение гормона извне подавляет его секрецию, в организме срабатывает принцип обратной связи, при котором результат, то есть в нашем случае – уровень содержания гормона в крови, управляет его выработкой.
В-четвертых, если не менять пищевые и двигательные привычки, то есть – не ограничивать себе в еде и не стараться больше двигаться, то все «сожженное» при помощи тироксина очень скоро вернется на свои места. А вот если меньше есть и больше двигаться, то можно спокойно сбросить вес и без гормонов.
Все, что было сказано о снижении веса при помощи тироксина, можно отнести и к наращиванию мышц при помощи анаболических средств. Повторяться нет необходимости. Лучше давайте посмотрим, как влияют на обмен веществ мужские и женские половые гормоны. «Второстепенным», то есть – слабо действующим, половым гормонам, мы внимания уделять не станем, познакомимся только с самыми сильными, самыми яркими представителями обеих групп – тестостероном и эстрадиолом. Тем более, что все мужские половые гормоны подражают тестостерону, действуя так же, как и он, но слабее, а все женские – эстрадиолу.
Галантно пропуская дам вперед, начнем с эстрадиола.
Эстрадиол (как и тестостерон) относится к стероидным гормонам. Вот его формула:
Эстрадиол влияет на обмен веществ в клетках костной ткани. Клетки эти разные, среди них выделяют три типа – остеобласты, остеокласты и остеоциты.
Остеобласты – это молодые клетки костной ткани, которые вырабатывают твердое межклеточное вещество и по мере накопления этого вещества оказываются словно замурованными в нем. «Замурованные» взрослые клетки называются остеоцитами.
Если кто-то создает костную ткань, то, значит, кто-то должен ее разрушать, верно? Разрушением костной ткани занимаются остеокласты – гигантские (по клеточным масштабам) пожиратели.
Эстрадиол всячески угнетает остеокласты – мешает их формированию, понижает их активность, и даже сокращает продолжительность их жизни. А вот к юным остеобластам эстрадиол относится иначе – холит их и лелеет, способствует их формированию, стимулирует их активность, продлевает их жизнь. Также эстрадиол стимулирует всасывание кальция из тонкой кишки в кровь, а также усвоение кальция остеобластами.
Проще говоря, эстрадиол способствует образованию костной ткани и угнетает ее распад. Больше эстрадиола – кости прочнее, меньше эстрадиола – кости слабее. Спустя 3–5 лет после менопаузы выработка женских половых гормонов практически прекращается, что приводит к развитию остеопороза, заболевания для которого характерно снижение плотности (повышение хрупкости) костей вследствие обменных нарушений в костной ткани.
Раз уж речь зашла о костной ткани, то сделаем небольшое отступление и вспомним о паратиреоидном гормоне, вырабатываемом околощитовидными железами (о нем было упомянуто в ходе обзорного знакомства с эндокринной системой), и о гормоне кальцитонине, вырабатываемом щитовидной железой.
Стимулом для секреции паратиреоидного гормона является понижение уровня содержания кальция в крови. Отсюда можно сделать вывод о том, что паратиреоидный гормон этот уровень повышает. Он стимулирует развитие и активность остеокластов, способствуя тем самым разрушению костной ткани и выбросу кальция в кровь. Попутно паратиреоидный гормон стимулирует всасывание кальция в кишечнике и его обратное всасывание в почках. То есть паратиреоидный гормон является антагонистом эстрадиола по действию на костную ткань.
Кальцитонин, гормон белковой природы, вырабатывается особыми клетками щитовидной железы в ответ на повышение концентрации кальция во внеклеточной жидкости. Этот гормон подавляет активность остеокластов, то есть подавляет разрушение ими костной ткани, в результате чего отток кальция из костей уменьшается.
Укрепляя кости, что безусловно хорошо, эстрадиол стимулирует образование жира и, соответственно, его отложение про запас, что далеко не всегда хорошо. Но ничего не поделаешь – женским половым гормонам по определению положено обеспечивать организм запасами «на черный день» точно так же, как мужским половым гормонам положено стимулировать развитие мускулатуры. С биологической точки зрения главным предназначением любого организма является произведение потомства. Женщина вынашивает потомство, поэтому ее организму нужны запасы энергии. Задача мужчины – защищать и добывать пропитание, поэтому ему нужна развитая мускулатура. В природе все логично, а то, что кажется нам нелогичным, мы пока еще просто не в состоянии объяснить.
В жировой ткани есть чувствительные к эстрогену рецепторы, стимуляция которых приводит к увеличению образования жиров. Больше всего этих рецепторов содержится в жировой ткани бедер и ягодиц. Соответственно и жира там откладывается больше, чем на животе, благодаря чему женская фигура отличается от мужской большей шириной бедер. После менопаузы, в отсутствие эстрадиола и других женских половых гормонов, происходит относительное перераспределение жировых отложений. В области бедер их становится меньше, а в области живота – больше.
Интересная деталь – избыток углеводов и недостаток жиров в рационе могут угнетать выработку эстрадиола настолько, что дело может дойти до прекращения менструаций.
Эстрадиол обладает способностью задерживать в организме натрий, увеличивая его обратное всасывание в почках, что приводит к отекам, поскольку вместе с натрием задерживается и вода. Именно задержка натрия и воды, вызванная высоким содержанием эстрадиола и других женских половых гормонов в крови, обуславливает физиологические отеки беременных. Причина в гормонах, а не в том, что сердце беременной женщины якобы не справляется с нагрузками.
Эстрадиол оказывает выраженное антиатеросклеротическое действие, то есть – препятствует отложению холестерина и других веществ (жиров и липопротеинов низкой плотности[15]) на внутренних поверхностях сосудистых стенок. Это достигается посредством снижения концентрации холестерина и всей его компании в крови. Поэтому у женщин репродуктивного возраста очень редко развивается атеросклероз. (Давайте вспомним, что холестерин является предшественником всех стероидных гормонов, то есть они синтезируются из холестерина, мы об этом уже говорили.)
Тестостерон, если вы не в курсе, практически ничего в организме не делает. Толку от него ноль целых, ноль десятых и пять сотых, то есть – совсем чуть-чуть.
Это не опечатка. Так оно и есть. Дело в том, что прославленный тестостерон, подобно тироксину, имеет практически нулевую биологическую активность. Для того, чтобы обрести мощь, то есть стать биологически активным, тестостерон должен превратиться в дигидротестостерон. Этот процесс происходит непосредственно «на местах», то есть – в органах. Если с химической точки зрения разница между тестостероном и дигидротестостероном невелика (вы сами можете убедиться в этом, сравнив формулы обоих веществ), то с биологической точки зрения разница просто огромна. Вялый лентяй-неумеха тестостерон по мановению волшебной палочки, которая называется ферментом 5-альфа-редуктазой, превращается в профессионала-трудоголика.
Мы будем говорить «тестостерон», так привычнее и проще, но на самом деле речь будет идти о дигидротестостероне. Читатели, изучавшие литературу во времена СССР, сейчас могли вспомнить из Маяковского: «Мы говорим «Ленин», подразумеваем – партия, мы говорим «партия», подразумеваем – Ленин».
Основное влияние тестостерона на обмен веществ проявляется в его способности стимулировать выработку белков. Тестостерон стимулирует выработку белков практически по всему организму, во всех клетках, но особенно это действие выражено в клетках органов, ответственных за развитие половых признаков мужского организма, как первичных, так и вторичных.
Проникнув в клетку, тестостерон связывается с белком-рецептором, который находится в цитоплазме. Затем комплекс «гормон-рецептор» проникает в клеточное ядро, где стимулирует выработку РНК – матрицы, по которой в клетке «штампуются» белки. Также стимулируется самокопирование ДНК, что ускоряет деление клеток. То есть тестостерон не просто увеличивает выработку белка, а стимулирует клеточное деление. Оно и логично – а что же еще делать с большими количествами выработанных белков, как не использовать их в деле «строительства» новых клеток?
Вот вам вопрос на сообразительность – в 1 мм? крови у мужчин содержится до 5,5 миллиона эритроцитов, а у женщин «всего лишь» до 4,7 миллиона. Почему так происходит? Чем обусловлена подобная разница?
Конечно же тем, что в организмах мужчин содержится больше тестостерона, стимулирующего деление клеток, в том числе и кровяных. Помимо всего прочего, тестостерон управляет и образованием сперматозоидов в семенниках (яичках). А их ежесуточно созревает около 100 миллионов, то есть – примерно 1000 в секунду! Потрясающая интенсивность, не правда ли? А уж как растут под влиянием тестостерона мышцы… Как растут! Буквально как на дрожжах!
Предупреждение – использовать тестостерон для приобретения рельефной мускулатуры не стоит. Потеряете много больше, чем приобретете. Со здоровьем, пока оно есть, лучше не шутить, себе дороже.
В небольшой степени тестостерон обладает способностью увеличивать обратное всасывание натрия в почках. Но к отекам эта способность гормона не приводит, поскольку она выражена весьма слабо.
Давайте попутно развенчаем одно заблуждение, связанное с тестостероном. Большинству читателей должно быть известно выражение, практически – пословица: «То, что каждый профессор был студентом, не означает, что каждый студент станет профессором». Причинно-следственные связи нельзя выворачивать наизнанку. То, что тестостерон стимулирует синтез белков в организме, еще не означает того, что избыток белка в рационе будет стимулировать выработку тестостерона.
Подобно эстрадиолу, тестостерон стимулирует развитие костной ткани, правда не в такой степени, как развитие мышц. Причем стимуляция эта происходит весьма интересным, если не сказать – волшебным, образом. Для того, чтобы оказать влияние на костную ткань, тестостерону сначала нужно превратиться в эстрадиол. (Сравнив приведенные выше формулы обоих веществ, вы увидите, что они весьма схожи друг с другом.) Превращение происходит в жировой ткани под влиянием фермента, который называется ароматазой.
Сам собой напрашивается вопрос – почему этот фермент получил такое название? За свой необычный аромат? Нет, дело в том, что органические соединения, молекулы которых содержат ароматическое или бензольное кольцо (см. рисунок), относятся к так называемым ароматическим соединениям. Первые представители этой группы веществ, то есть – первые открытые наукой, обладали приятным запахом, почему их и назвали «ароматическими».
А теперь посмотрите на формулы молекул тестостерона и эстрадиола. В результате превращения тестостерона в эстрадиол в молекуле появляется бензольное кольцо (внизу слева). То есть происходит ароматизация. Потому и фермент называется ароматазой, несмотря на отсутствие у него какого-либо запаха. Любят эти химики все запутать, скажу я вам. Их хлебом не корми, только дай навести тень на плетень, напустить побольше туману.
Кстати говоря, все женские половые гормоны образуются из мужских. То есть андрогены являются биохимическими предшественниками эстрогенов. В следующей главе мы поговорим о метаморфозах половых гормонов более подробно, а эту главу, пожалуй, пора заканчивать, иначе она вырастет в целую книгу. Самое главное, то есть – основные гормоны, влияющие на обмен веществ, мы рассмотрели, попутно поговорили о куче разных вещей, не имеющих прямого отношения к обмену веществ, так что пора уже и закругляться. А если о чем-то и не было упомянуто, то это не страшно. У нас в конце концов идет легкий разговор о гормонах на уровне дружеского трепа, а не пишется учебник эндокринологии или биохимии.
В следующей главе мы поговорим о гормонах-сводниках, которые формируют половые различия и половое влечение. Вы уже знакомы с ними, но до сих пор они представали перед вами в добропорядочном ракурсе, если так можно выразиться. Укрепляли кости, способствовали росту мышц, а не толкали на разные безумства и непотребства. Но час пробил и пора срывать маски, пора воздать каждому по заслугам…
ОТВЕТ НА ВОПРОС: Инсулин представляет собой белок, который переваривается в желудочно-кишечном тракте, расщепляется на аминокислоты. Наш организм воспринимает принятый внутрь инсулин не как лекарство, а как пищу. Кстати говоря, современная наука уже практически решила проблему защиты инсулина от переваривания в желудочно-кишечном тракте. Изобретен комплексный наполнитель для таблеток, который защищает инсулин, правда не весь содержащийся в таблетках инсулин, а только часть его, достаточную для оказания лечебного эффекта. Этот инсулин всасывается в кровь в толстой кишке, где интенсивность процессов переваривания низка, а вот всасывание идет интенсивно. Но у любой проблемы есть экономический аспект. Каждая таблетка должна содержать значительное количество инсулина, которое закладывается с большим запасом, с учетом потерь «в пути», в процессе продвижения таблетки к толстой кишке. «По адресу», то есть до толстой кишки, несмотря на чудесный наполнитель, доходит меньшая часть инсулина, содержащегося в таблетке. Бо?льшая часть теряется по дороге. А инсулин – весьма дорогой препарат и потому таблетки с высоким содержанием инсулина имеют высокую себестоимость, которая непременно скажется на востребованности препарата на рынке. Мало кому будет по карману постоянно приобретать столь дорогой препарат. Так что проблему инсулиновой таблетки пока что можно считать решенной лишь теоретически.
Длинное-предлинное резюме (а что делать, ведь глава получилась большой)
Самым популярным из гормонов является инсулин, белковый гормон поджелудочной железы, вырабатываемый скоплениями клеток, которые называются островками Лангерганса.
Инсулин увеличивает проницаемость мембран мышечных и жировых клеток для глюкозы и активирует ферменты, принимающие участие в расщеплении глюкозы.
Инсулин стимулирует ферменты, участвующие в образовании в печени и мышцах гликогена – «животного крахмала», а также подавляет активность ферментов, которые расщепляют гликоген.
Инсулин стимулирует выработку жирных кислот в организме, и одновременно угнетает фермент липазу, которая расщепляет жир.
Инсулин способствует превращению глюкозы в жир.
Инсулин повышает проницаемость клеточных мембран для аминокислот, ионов калия, ионов магния и фосфат-ионов (PO43-).
Инсулин стимулирует образование белков.
Инсулин стимулирует репликацию ДНК – процесс синтеза новой молекулы ДНК на базе материнской молекулы.
Белковый гормон глюкагон, вырабатываемый в островках Лангерганса поджелудочной железы вместе с инсулином, стимулирует распад гликогена в печени, что повышает уровень содержания глюкозы в крови. На гликоген, запасенный в мышцах, глюкагон никакого воздействия не оказывает, поскольку в мышцах нет чувствительных к глюкагону рецепторов.
Глюкагон стимулирует выработку глюкозы клетками печени.
Глюкагон стимулирует выработку инсулина и понижает активность фермента инсулиназы, которая разрушает инсулин.
Глюкагон стимулирует сердечную мышцу, в результате чего возрастают частота и сила сердечных сокращений и повышается артериальное давление. Однако в больших дозах глюкагон артериальное давление понижает, поскольку расслабляет мускулатуру сосудистых стенок, а также мускулатуру внутренних органов, в частности – кишечника.
Глюкагон также является стрессовым гормоном. В стрессовых ситуациях глюкагон, во-первых, повышает проницаемость мембран клеток скелетных мышц для глюкозы и ряда других «энергоносителей» – свободных жирных кислот и кетокислот. Повышение проницаемости, так же как и в случае с инсулином, происходит посредством увеличения количества белковых каналов в мембранах. Во-вторых, глюкагон стимулирует сердечную деятельность. В-третьих, глюкагон стимулирует выработку адреналина, норадреналина и допамина надпочечниками, а также повышает чувствительность клеток организма к этим веществам.
Кортизол стимулирует распад жиров, но вместе с тем увеличивает жировой запас опосредованным путем, поскольку повышает уровень содержания глюкозы в крови, стимулируя ее выработку клетками печени. Повышенное содержание глюкозы стимулирует выработку инсулина, который, в свою очередь, способствует образованию жиров. Способность кортизола повышать аппетит также имеет значение для отложения жира. Примечательно, что под действием кортизола происходит характерное ожирение верхней части туловища, практически не затрагивающее нижние конечности.
В регуляции углеводного обмена гормон роста соматотропин выступает в роли антагониста инсулина, поскольку вызывает выраженное повышение уровня содержания глюкозы в крови. А в регуляции белкового обмена соматотропин с инсулином участвуют сообща – для проявления стимулирующего действия соматотропина на синтез белков необходимо присутствие инсулина.
Гормон щитовидной железы трийодтиронин (тироксин) стимулирует процесс выработки белков в клетке, а также стимулирует синтез молекул РНК, необходимых для этого процесса. Одновременно с этим трийодтиронин способствует разложению белков, жиров и углеводов.
Женские половые гормоны, в первую очередь – эстрадиол, обладают следующими «обменными» функциями:
– влияют на обмен веществ в клетках костной ткани, стимулируя молодые растущие костные клетки остеобласты и угнетая остеокласты, разрушающие костную ткань, а также стимулируют всасывание кальция из тонкой кишки в кровь и усвоение кальция остеобластами;
– стимулируют образование жира, главным образом в области бедер и ягодиц;
– задерживают в организме натрий и воду, что приводит к отекам;
– оказывают выраженное антиатеросклеротическое действие, снижая концентрацию холестерина, жиров и липопротеинов низкой плотности в крови.
Тестостерон, превращаясь в органах в свою биологически активную форму дигидротестостерон, стимулирует выработку белков практически по всему организму, но особенно это действие выражено в клетках органов, ответственных за развитие первичных и вторичных половых признаков мужского организма. Попутно тестостерон ускоряет деление клеток, стимулируя самокопирование ДНК.
В небольшой степени тестостерон обладает способностью увеличивать обратное всасывание натрия в почках. Но к отекам эта способность гормона не приводит, поскольку она выражена весьма слабо.
Подобно эстрадиолу, тестостерон стимулирует развитие костной ткани, правда не в такой степени, как развитие мышц. Для того, чтобы оказать влияние на костную ткань, тестостерону сначала нужно превратиться в эстрадиол. Превращение происходит под влиянием фермента, называемого ароматазой.
