Интересный факт: люди, живущие в высокогорьях, где уровень кислорода в воздухе ниже, чем на равнинах, меньше страдают нарушениями углеводного обмена, включая сахарный диабет. Однако их механизм защиты от этой широко распространенной патологии до последнего времени оставался загадкой. И лишь недавно исследователи выяснили, что «лишнюю» глюкозу активно используют красные кровяные клетки – эритроциты
Нарушения углеводного обмена – одни из самых распространенных в мире. Среди них – и стойкое повышение уровня глюкозы в крови (гипергликемия), и нарушение толерантности к глюкозе (предиабет), и, в первую очередь, сам сахарный диабет, который в последнее время принимает масштабы неинфекционной эпидемии. Множество ученых исследуют механизмы развития сахарного диабета и ищут способы влиять на обмен углеводов, в первую очередь глюкозы.
Ранее ученые из США обнаружили в экспериментах на мышах, что уровень глюкозы в крови становится значительно ниже нормы при дыхании воздухом с низким содержанием кислорода. Это хороший знак, так как быстрое
снижение уровня глюкозы в крови после еды говорит о снижении риска
развития сахарного диабета. Но куда исчезает эта «лишняя» глюкоза?
Сначала было высказано предположение, что гормон инсулин, как обычно, «дает указание» мышечным и жировым клеткам извлекать глюкозу из крови. Но с помощью методов ПЭТ/КТ-сканирования выяснилось, что в крупных внутренних органах фиксировалось лишь около 30% от всей поглощенной глюкозы.
Ученые выдвинули и затем проверили гипотезу, что эту избыточную глюкозу аккумулируют красные кровяные клетки – эритроциты, которые из-за своего постоянного движения практически «невидимы» при ПЭТ/КТ-сканировании.
Эритроциты – это наиболее многочисленный тип клеток в организме человека. Зрелые эритроциты представляют собой высокоспециализированные клетки, лишенные ядер, где содержится наследственный материал в виде ДНК, а также митохондрий, вырабатывающих энергию. Содержимое этих клеток в основном представляет собой белок гемоглобин, необходимый для тканевого дыхания, молекула которого способна нести до четырех молекул кислорода. Но хотя из-за отсутствия митохондрий энергетическое «снабжение» эритроцитов полностью зависит от гликолиза – анаэробного расщепления глюкозы, эритроциты никогда не рассматривали как активных участников обмена этого углевода.
Как известно, гипоксия (недостаток кислорода) вызывает в организме компенсаторное увеличение количества эритроцитов. В новых экспериментах исследователи отбирали у мышей, живущих при гипоксии, порции крови так, чтобы уровень эритроцитов в их крови поддерживался на нормальном уровне. В результате характерный для гипоксии пониженный уровень глюкозы в крови животных также вернулся к норме. Затем, в «обратном» эксперименте, ученые перелили дополнительные эритроциты мышам, дышащим обычным воздухом, и уровень глюкозы в крови у них понизился. Так была доказана активная роль эритроцитов в углеводном обмене.
Как выяснилось, эритроциты мышей, подвергшихся гипоксии, содержат
больше белков-переносчиков глюкозы. А так как зрелые эритроциты не имеют
ядра и не могут синтезировать новые белки, ученые предположили, что
этот процесс идет еще на этапе созревания эритроцитов в костном мозге.
Известно, что красные кровяные клетки постоянно образуются в костном мозге и полностью обновляются примерно каждые три месяца. И оказалось, что эритроциты, сформировавшиеся в условиях дефицита кислорода, «программируются» на усиленную выработку транспортных белков, помогающих
глюкозе проникать внутрь этих клеток. Повышенное содержание глюкозы в
эритроцитах приводит у них к усилению синтеза промежуточного продукта
гликолиза (2,3-ДФГ), что способствует активному высвобождению кислорода
из гемоглобина и помогает организму адаптироваться к кислородному
голоданию.
Открытие способности эритроцитов активно поглощать глюкозу создает
фундамент для развития новых терапевтических подходов к лечению
сахарного диабета. Сами исследователи на основе полученных данных
разработали низкомолекулярное соединение HypoxyStat, имитирующее
эффект гипоксии (оно увеличивает сродство гемоглобина к кислороду,
ограничивая поступление последнего в ткани). В эксперименте HypoxyStat успешно нормализовал уровень сахара в крови у мышей с сахарным диабетом, вызванным диетой с высоким содержанием жиров.
Фото: https://www.publicdomainpictures.net
Публикации по теме:
Cахарный диабет – эволюционная ловушка?
«Ядерная» диагностика: увидеть невидимое