Глюкоза — это простейший сахар, углевод, состоящий всего из одного шестичленного кольца, и главный источник энергии для нашего тела. Из кишечника глюкоза, в отличие от большинства других углеводов, всасывается в кровь без изменений. И даже другие простые углеводы, такие как фруктоза, добираются до печени и тоже претерпевают трансформацию в глюкозу. Для переработки глюкозы органами и тканями нужен гормон инсулин, который вырабатывается в поджелудочной железе, в бета-клетках, скопления которых являются частью островков Лангерганса. Большинство органов и тканей являются инсулинзависимыми, то есть могут перерабатывать глюкозу только при наличии инсулина. А вот мозг и нервная система — это инсулиннезависимые органы, так как они умеет усваивать глюкозу и без помощи этого белка. Глюкоза может запасаться в виде гликогена — тоже при помощи инсулина. Гликоген откладывается в печени и мышцах, чтобы при необходимости снова трансформироваться в глюкозу.

Когда в организм человека поступает еда, концентрация глюкозы в крови по мере ее переваривания возрастает. Это запускает процессы выработки инсулина бета-клетками. Клетки скелетной мускулатуры и жировой ткани для переноса глюкозы внутрь имеют специальный белок-транспортер ГЛЮТ-4. Пока инсулина нет — ГЛЮТ-4 плавает в цитоплазме клеток. Как только начинает вырабатываться инсулин, ГЛЮТ-4 транспортируется к клеточной мембране и образует с другими белками «ворота» для молекул глюкозы. Без таких «ворот» глюкоза в клетку попасть не может.

Итак, инсулин обеспечивает проникновение глюкозы внутрь инсулинзависимых органов, угнетает процесс производства глюкозы печенью, а также запускает процессы утилизации и хранения глюкозы в ней. Напомним, что печень при низких концентрациях инсулина (когда человек голодный) вырабатывает глюкозу, чтобы поддерживать нормальный уровень сахара в крови. А когда инсулин растет, печень, напротив, глюкозу запасает. А если глюкоза поступает из пищи, но при этом никуда не расходуется, ее концентрация в крови растет, и развивается гипергликемия — опасное для человека состояние.

Бета-клетки перестают вырабатывать инсулин в нужных объемах В 2014 году ученые из Центра диабета при Калифорнийском университете в Сан-Франциско (UCSF) обнаружили, что если лишить мышей гена VHL (это один из маркеров поступления в клетки кислорода в достаточном количестве), то их бета-клетки будут считать, что находятся в условиях острой нехватки кислорода (гипоксии), что приведет к нарушению у них выработки инсулина. У людей тоже встречается сходная ситуация, и это объясняет некоторые случаи развития диабета у худощавых взрослых пациентов. Если у них на протяжении длительного времени постепенно развивается снижение функции бета-клеток, то тогда даже небольшое увеличение массы тела, требующее дополнительной выработки гормона, превышает возможности бета-клеток и провоцирует развитие диабета. Развивается повреждение бета-клеток Бета-клетки могут трансформироваться при инсулиноме — довольно редкой доброкачественной опухоли. При этом они начинают бесконтрольно вырабатывать инсулин, что приводит к патологическому снижению уровня сахара в крови. Врачи в этом случае говорят о тощаковом гипогликемическом синдроме. Нарушение выработки инсулина происходит при разных вариантах MODY-диабета. Эта болезнь — результат мутации некоторых генов, кодирующих белки, необходимые для производства инсулина. Происходит аутоиммунное разрушение бета-клеток Разрушение бета-клеток происходит при аутоиммунном варианте диабета, когда собственная иммунная система человека начинает атаковать их и постепенно уничтожает вовсе. Именно этот вариант называется сахарным диабетом 1 типа. Среди причин, активирующих иммунную систему против собственной поджелудочной железы, называют генетические факторы, некоторые вирусные инфекции, ряд лекарственных препаратов.

Нарушение синтеза инсулина Даже незначительное изменение аминокислотной последовательности в процессе синтеза предшественника инсулина — проинсулина приводит к производству аномального, неработающего инсулина. Другой вариант — сбой при превращении проинсулина в собственно инсулин. Такие патологии объединяют в группу инсулинопатий. Рецепторов к инсулину слишком мало или они не работают Рецепторы к инсулину нефункциональны при синдроме Донохью (лепречаунизм) — это генетическое заболевание, которое убивает своего носителя в течение года-двух, а также при синдромах Рабсона—Менделхолла, инсулинорезистентности типа А и других генетических патологиях. Не хватает белков-транспортеров глюкозы ГЛЮТ И в этом случае причин может быть множество: мутации генов, кодирующих выработку ГЛЮТ, сбой при передаче сигнала от инсулина к транспортеру, и др. Нарушена реакция организма на регуляторы выработки инсулина Известно, что одна из причин развития инсулинорезистентности — ожирение. Как так получается? Производство инсулина может быть запущено гормоном голода лептином, который коннектится с центрами голода и насыщения в гипоталамусе и является связующим звеном между клетками жировой ткани (адипоцитами) и бета-клетками островков Лангерганса. Чем больше у человека жира, тем выше в его крови концентрация лептина — развивается гиперлептинемия. На фоне длительной гиперлептинемии угнетается работа мРНК инсулина. С чувствительностью тканей к инсулину связан и уровень адипонектина — гормона, который тоже вырабатывается в белой жировой ткани. При ожирении его концентрация снижается, развивается гипоадипонектинемия и, как результат, снижение чувствительности к инсулину.

В 2011 году ученые из Newcastle University (Великобритания) продемонстрировали, что болезнь можно обратить вспять путем ограничения ежедневного объема потребляемых калорий до 625-850 ккал, причем в основном в виде жидкой пищи. По выдвинутой ими теории причина нарушения выработки инсулина и развития резистентности к нему кроется в избыточном накоплении липидов в печени и в поджелудочной железе. Действительно, переведя пациентов на ограниченную по калориям диету, исследователи уже через неделю добились восстановления чувствительности клеток к глюкозе и печеночному инсулину натощак до пределов нормы, а уменьшения показателей печеночных липидов — на 30%.За 8 недель функция бета-клеток практически нормализовалась. По данным другого исследования, остановить и даже обратить вспять диабета 2 типа можно при помощи бариатрической операции (уменьшение объема желудка хирургическим путем) — это также приводит к восстановлению функции бета-клеток. После похудения обнаружилось, что бета-клетки в их поджелудочной способны снова начать вырабатывать инсулин. Причем шунтирование желудка и рукавная гастропластика оказались более эффективными, чем бандажирование желудка. А в 2014 году команда ученых из Центра диабета UCSF обнаружила, что у животных с пораженными бета-клетками и с нарушенной функцией производства инсулина можно восстановить концентрацию и глюкозы в крови, и инсулина практически до нормального уровня. Для этого надо вводить мышам два конкретных цитокина — цилиарный нейротрофический фактор и эпидермальный фактор роста. Это приводит к перепрограммированию клеток поджелудочной железы, обычно вырабатывающих пищеварительные ферменты (ациноциты), в клетки, способные продуцировать инсулин. Полученные результаты подтвердили, что можно перепрограммировать аноциты в бета-клетки при помощи фармацевтических препаратов.

Давно доказано, что избыток жировой ткани — один из ключевых факторов нарушений метаболизма и различных эндокринных патологий. Изменение принципов питания, переход на строгий подсчет калорий, выполнение рекомендаций диетолога — все эти способы помогут избавиться от лишнего веса. Исследования показывают, что принципиальной разницы между диетами для похудения нет — ключевым моментом является ограничение калорий. Противоречивые данные существуют насчет кетогенной диеты: хотя она эффективно помогает бороться с лишним весом, но в 2018 году швейцарские ученые показали, что даже кратковременный переход на кетогенную диету приводит к увеличению резистентности к инсулину. К диете следует добавить физическую активность. Физические нагрузки повышают чувствительность мышечных волокон к инсулину. По расчетам экспертов, даже несложные регулярные физические нагрузки на протяжении 2,5 часов в неделю на 30% уменьшают вероятность перехода преддиабета в диабет 2 типа. В половине случаев сочетание диеты и нагрузок при уже имеющемся диабете позволило восстановить нормальный уровень сахара в крови без помощи лекарств. И, конечно, физическая активность помогает справиться с лишним весом. В целом, изменение образа жизни в сторону правильного питания и регулярной активности уменьшало вероятность перехода преддиабета в диабет на 58%.