Исследовательская работа «О глюкозе замолвите слово» (стр. 3 )

Когда клетка дышит кислородом, глюкоза «сгорает» в ней, превращаясь в воду и углекислый газ, и выделяет энергию. Но, предположим, животное долго бежит, или человек быстро выполняет какую-то тяжёлую физическую работу, например, колет дрова. Кислород не успевает попасть в клетки мышц. Тем не менее, клетки «задыхаются» не сразу. Начинается любопытный процесс – гликолиз (что в переводе означает “расщепление сахара”). При распаде глюкозы образуется не вода и углекислота, а более сложное вещество – молочная кислота. Каждый, кто пробовал кислое молоко или кефир, знаком с её вкусом.

Энергии при гликолизе выделяется в 13 раз меньше, чем при дыхании. Чем больше молочной кислоты накопилось в мышцах, тем сильнее человек или животное чувствует их усталость. Наконец, все запасы глюкозы в мышцах истощаются. Необходим отдых. Поэтому, перестав колоть дрова или взбежав по длинной лестнице, человек обычно «переводит дух», восполняя недостаток кислорода в крови. Именно молочная кислота сделала невкусным мясо животного, подстреленного героями Жюля Верна. [5]

ГЛАВА 2 ГЛЮКОЗА И ЗДОРОВЬЕ

В свободном виде в организме человека и животных глюкоза содержится в крови, лимфе, цереброспинальной жидкости, тканях головного мозга, в сердечной и скелетных мышцах. В моче в норме содержание глюкозы ничтожно. Содержание этого углевода в крови здорового человека находится под контролем ц. н.с. и эндокринной системы.

Повышение концентрации глюкозы в крови (гипергликемии)  может быть вызвано поступлением больших количеств углеводов с пищей, усилением распада гликогена в печени при тяжелой и продолжительной физической нагрузке, эмоциональном стрессе, недостатком инсулина, различного рода заболеваниями. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы – инсулина, уменьшающего содержание этого углевода в крови.

Снижение концентрации глюкозы в крови ниже нормы (гипогликемия) обусловлено ее интенсивным окислением в тканях, повышенным выведением с мочой при заболеваниях почек, а также с нарушением обмена гликогена в печени и мышцах, и повышенным превращением глюкозы в жиры и белки.

Глюкоза занимает одно из центральных мест в обмене веществ человека. Она хорошо растворяется в воде и поэтому легко транспортируется по клеткам и тканям организма. Сложные углеводы (сахар, крахмал), попадающие в организм с пищей, под влиянием ферментов расщепляется до глюкозы, которая всасывается через ворсинки кишечника. Попав в кровь, она разносится к тканям организма как вещество, несущее необходимую энергию (выполняет энергетическую функцию), и как строительный материал для синтеза аминокислот, жиров, гликогена (выполняет пластическую функцию). Глюкоза является первичным топливом для биологических клеток, поэтому более сложные сахара и крахмал,  прежде всего, превращаются в глюкозу, и она в тот же момент становится источником энергии. Глюкоза играет связующую роль между энергетической и пластической функцией углеводов, поскольку из нее могут образовываться все другие моно-, олиго-, полисахариды. Кроме того, из углеводов могут быть синтезированы некоторые липиды и аминокислоты. В свою очередь глюкоза может поступать в организм не только как составная часть углеводов или в чистом виде, но и образовываться из аминокислот и глицерина, входящего в состав жиров.

В живом организме происходит окисление глюкозы кислородом воздуха, в результате которого выделяется большое количество энергии, необходимой для функционирования клетки. Характер окисления ступенчатый, идет через десятки стадий, каждая из которых катализируется особым ферментом. Энергия выделяется постепенно, порциями на каждой стадии. Это позволяет организму сохранять постоянную температуру тела. Если бы реакция шла в одну стадию, то выделение большого количества теплоты привело бы к перегреву организма и опасным последствиям. Таким образом, глюкоза является своеобразным аккумулятором солнечной энергии. На 1 моль (180г) глюкозы выделяется 2870 кДж энергии. Из курса биологии известно, что большая часть энергии, выделяемой при окислении глюкозы (55%) идет на образование аденазинтрифосфорной кислоты (АТФ). В молекулах АТФ аккумулируется получаемая организмом энергия. За счет неё, вновь выделяющейся при последующем распаде АТФ, осуществляется сокращение мышц, секреция, синтез разнообразных соединений в клетках.

2.1. ДИАБЕТ: ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

В основе этого заболевания лежат нарушения углеводного обмена: понижается способность печени и мышц накапливать гликоген и, вместе с тем, снижается способность тканей утилизировать сахар как источник энергии. Вследствие этого в крови возрастает содержание сахара и он начинает выделяться с мочой.  Основной симптом сахарного диабета – нехватка инсулина, в результате чего происходит повышение сахара в крови. Инсулин отвечает за определенные функции в организме: регулирует уровень глюкозы (сахара) в крови, помогает ее поступлению в клетки, отвечает за процесс роста. В свою очередь, глюкоза является источником энергии, без которой люди не могли ба жить, двигаться, работать. Инсулин помогает глюкозе проникнуть в клетки, Когда наблюдается его недостаток, она не может попасть в клетки и накапливается в крови. В итоге происходит клеточное голодание (энергетический голод). Кроме инсулина, уровень глюкозы в крови регулируют также другие гормоны – такие, как адреналин, вырабатываемый надпочечниками, и глюкагон, выделяемый поджелудочной железой. Вышеперечисленные гормоны считаются противоинсулярными, поскольку они, в отличие от инсулина, способствуют повышению сахара в крови.

При диабете возрастает использование жиров в качестве источника энергии. Сахарный диабет - это серьезное заболевание, которое пока еще полностью не излечивается, однако при соблюдении правил лечения, питания и личной гигиены можно добиться значительного улучшения самочувствия. Ученые всего мира интенсивно ищут пути и способы лечения диабета.

2.2. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ БОЛЕЗНИ

Заболевание «сахарный диабет» известно с древнейших времен. В 3-м тысячелетии до нашей эры китайские врачи описывали симптомы похожей болезни. Знали о ней и в Древнем Египте, Древней Греции, Месопотамии, Риме. Сахарный диабет был впервые описан в I в. н. э. римскими врачами Цельсом и Аретом, которые отмечали у некоторых больных обильное мочеотделение, чрезмерную жажду и потерю веса. Слово «диабет» в переводе с греческого означает «истечение» и, следовательно, выражение «сахарный диабет» обозначает, фактически, «истекающий сахаром» или «теряющий сахар», что отражает одну из характерных черт заболевания - потерю сахара с мочой. Люди пытались найти какое-либо лечение диабета, они могли определить симптомы диабета, но причины болезни были неизвестны. Те, у кого обнаруживался сахарный диабет, были обречены на гибель. Само слово «диабет» впервые употребил эллинский врач Артей Каппадокийский, что означает «прохожу сквозь». Такое название заболеванию было дано потому, что больной страдал учащенным и обильным мочеиспусканием, то есть, словно вся принятая внутрь жидкость быстро проходила сквозь организм. В старинных медицинских книгах  эту болезнь называют термином «сифон». Лечить это заболевание люди пытались с давних времен. Но все методы были малоэффективны, поскольку истинная причина болезни бала неизвестна. Только в 1921 году произошло открытие инсулина, сделанное канадскими учеными Чарльзом Бестом (рис.4, приложение) и Фредериком Бантингом (рис.5, приложение). Химическое строение этого вещества было определено в 50-х годах XX века, а в1969 году Дороти Ходжкин (рис.6, приложение) описала его структуру. Впервые для лечения диабета его применил английский врач Лоренс, сам страдающий этим заболеванием. В 1934 году он вместе со своим  единомышленником и пациентом основал Диабетическую ассоциацию.

Хронология исследования болезни

В 3-м тысячелетии до нашей эры китайские врачи описывали симптомы похожей болезни.

В I в. н. э. сахарный диабет был впервые описан римскими врачами Цельсом (рис.7, приложение) и Аретом.

В 1776 г. английский врач Добсон (1731-1784 г. г.) выяснил, что сладковатый вкус мочи больных связан с наличием в ней сахара, и с тех пор диабет, собственно, и стал называться сахарным.

С 1796 г. врачи начали говорить о том, что больным сахарным диабетом необходима особая диета. Для лечения диабета стали применять физические нагрузки

В 1841 г. был впервые разработан метод определения сахара в моче. Затем научились определять уровень сахара и в крови.

В 1921 г. был впервые открыт инсулин.

В 1922 г. впервые инсулин, полученный из поджелудочных желез крупного рогатого скота,  введен человеку.

В 1923 г. Ф. Бантинг и  Д. Маклеод (рис. 8, приложение) удостоены Нобелевской премии за открытие инсулина. В 1934 г. основана Диабетическая ассоциация.

В 1964 г. изучена структура инсулина. Дороти Ходжкин (рис. 6, приложение) стала вторым Нобелевским лауреатом за исследования, посвященные инсулину. Вместе со своими сотрудниками с помощью рентгеноструктурного анализа она установила трехмерную структуру инсулина.

Первый инсулин

Но переломным годом в истории сахарного диабета стал 1921, именно тогда молодой канадский ученый Фредерик Бантинг и студент-медик Чарльз Бест выделили из поджелудочной железы собаки инсулин. День рождения Бантинга, 14 ноября, отмечается как Всемирный день борьбы с сахарным диабетом. Впоследствии Бантинг научился получать инсулин из поджелудочных желез крупного рогатого скота, а в 1922 г. ученые решились ввести полученное вещество человеку. 11 января 1922 года, после множества успешных испытаний с собаками, страдающему диабетом 14-летнему Леонарду Томпсону была сделана первая в истории инъекция инсулина.

Леонард Томпсон был госпитализирован в городскую больницу

Торонто в тяжелом состоянии, с уровнем глюкозы 28 ммоль/л (в норме количество глюкозы в крови не должно превышать 5,5 ммоль/л).

Однако первый опыт применения инсулина оказался неудачным. Экстракт оказался недостаточно очищенным, и это привело к развитию аллергии, поэтому инъекции инсулина были приостановлены. Следующие 12 дней ученые напряжённо работали в лаборатории над улучшением экстракта. А 23 января Леонарду была введена вторая доза инсулина. На сей раз, успех был полным, не только не было явных побочных действий, но и у больного перестал прогрессировать диабет. Это смелое вмешательство спасло мальчику жизнь и открыло новую эру в эндокринологии.