Опишите поведение эритроцитов при 310 к в растворе глюкозы

Обучающие задачи и эталоны их решения

Задача 4.Что произойдет с эритроцитами при 310 К в 2%-ном растворе глюкозы (ρ=1,006 г/мл)?

Решение.Эритроциты в гипотонических растворах за счет эндоосмоса лопаются, происходит гемолиз, а в гипертонических растворах — сморщиваются (цитолиз).

Осмотическое давление 2%-ного раствора глюкозы определяется по закону Вант-Гоффа:

Ответ: π 2%-ного раствора глюкозы значительно меньше осмотического давления крови, поэтому с эритроцитами в таком растворе произойдет гемолиз («осмотический» шок).

Схема. Виды гемолиза

Задача 5.Рассчитайте осмотическое давление 20%-ного водного раствора глюкозы (ρ = 1,08 г/мл) при 310 К, применяемого для внутривенного введения, например при отеке легкого. Каким будет этот раствор (гипо-, гипер-, изотоническим) по отношению к крови, если учесть, что π крови равно 740-780 кПа?

2.4. Ионная сила. Коэффициент активности (теория Дебая—Хюккеля)

Неподчинение растворов сильных электролитов закону действия масс, а также законам Рауля и Вант-Гоффа объясняется тем, что этизаконы применяются к идеальным газовым и жидким системам. При выводе и формулировке этих законов не учитывались силовые поля частиц, т.е. активность (Льюис предложил внести в науку понятие «активность»). Активностью (α) называется эффективная (кажущаяся) концентрация вещества (иона), соответственно которой ионы проявляют себя в химических процессах в качестве реальной действующей массы.

Активность иона а (моль/л) связана с его молярной концентрацией в растворе См соотношением: α=γСм, где γ (или f)– коэффициент активности иона (безразмерная величина).

Для характеристики зависимости активности ионов от концентрации всех находящихся в растворе ионов введено понятие «ионная сила» Ионная сила раствора (I или μ) равна половине суммы ионных концентраций С₊ и С_—, каждая из которых умножена на квадрат зарядности иона:

Если в растворе содержатся только однозарядные ионы, то ионная сила численно равна общему молярному содержанию их в растворе (I=с).

Например, вычислить ионную силу 0,01 М раствора хлорида калия КСI. Решение.

,

Зависимость коэффициентов активности ионов от ионной силы раствора для очень разбавленных растворов электролитов вычис­ляется по приближенной формуле Дебая—Хюккеля

(6) где А — множитель, величина которого зависит от температуры (при 15°С А=0,5).

При значениях ионной силы раствора до 0,005 величина 1 + √μ очень близка к единице. В этом случае формула Дебая—Хюккеля приобретает более простой вид:

(7)

Ионная сила раствора по Льюису рассчитывается с использованием моляльных концентраций ионов с_m (моль/кг):

(8) где n(Х) — количестворастворенного вещества в растворе; m( S) — масса растворителя.

Моляльную концентрацию используют для количественной характеристики растворов любых веществ. При приготовлении очень разбавленных растворов можно пренебречь изменением объема раствора, т. е. считать, что объем растворителя и раствора одинаков, и изменением плотности. Очевидно, что в этом случае молярная концентрация и моляльная концентрации примерно равны, однако при увеличении концентрации растворенного вещества расхождения в численных значениях двух способов выражения концентрации возрастают. Для пересчета пользуются следующими формулами:

(9) (10)

где с(Х) — молярная концентрация; M/(Х) — молярная масса вещества; ρ — плотность раствора (г/мл или кг/л).

Известно, что объем при изменении температуры изменяется, а масса — нет, поэтому значение молярной концентрации несколько изменяется при изменении температуры, а моляльная концентрация от температуры не зависит. При небольших концентрациях плотность раствора отличается от плотности воды незначительно, поэтому в данном случае можно считать, что с(Х) =с_m(Х).

Ионная сила плазмы равна 0,167; эта величина поддерживается постоянной, поэтому практически все кровезаменители готовят таким образом, чтобы их ионная сила была примерно равна ионной силе плазмы.

Задача 8. Водный раствор сульфата меди (П) с массовой долей 1% (ρ=1,009 г/мл) назначают в малых дозах для улучшения кро­ветворной функции. Вычислите активность ионов меди в таком растворе (Т = 298К).

Решение:

Коэффициент активности γможно рассчитать по уравнению Дебая—Хюккеля второго приближения:

Закон Рауля и его следствия

2.5.1. Первый закон Ф. Рауля

Давление пара над раствором нелетучего вещества в каком-либо растворителе всегда ниже, чем над чистым растворителем при одной и той же температуре. Согласно закону Рауля, относительное понижение давления пара растворителя над раствором (депрессия раствора) равно молярной доле растворенного вещества N_h:

(11)

где р_А° — давление пара над чистым растворителем при данной температуре; р_А — парциальное давление пара растворителя над раствором при той же температуре; пb — число молей растворенного вещества; п_а — число молей растворителя. Таким образом, относительное понижение давления пара растворителя над раствором (или депрессия раствора) зависит только от концентрации раствора, no не зависит от температуры.

Источник

Обучающие задачи с решениями.

1.Что произойдет с эритроцитами при 310 К в 2-%-ном растворе глюкозы

Осмотическое давление 2-%-ного раствора глюкозы определяется по закону Вант-Гоффа:

V_р = m_р/ρ = 100г:1,006г/мл = 99,4мл = 0,0994л

Р_осм = С(Х)RT, где С(Х) = = 0,111моль/л

Р_осм = 0,111∙ 10 3 моль/м 3 ∙ 8,31 Дж/(моль ∙ К) ∙ 310 К = 285947 Па =

Ответ: Pосм 2-%-ного раствора глюкозы значительно меньше давления крови, 740-780 кПа, поэтому с эритроцитами в таком растворе произойдет гемолиз («осмотический» шок).

2. Рассчитайте осмотическое давление раствора KCl, в котором

C(KCl)= 0,01 моль/л при 310 К, если изотонический коэффициент (i) равен 1,96. Каким будет этот раствор по отношению к плазме крови?

Решение: Для растворов электролитов в уравнении Вант-Гоффа вводится изотонический коэффициент (i) для учета электролитической диссоциации:

Ответ: раствор KCl при C(KCl)= 0,01 моль/л гипотоничен плазме крови.

3. Осмотическое давление крови в норме равно 740-780 кПа. Вычислите осмолярность крови при 310 К.

Решение: По уравнению Вант-Гоффа

С_осм = 287,3 осмоль/м 3 = 0,287 осмоль/л

С_осм = 302,8 осмоль/м 3 ≈ 0,303осмоль/л

Ответ: 0,287-0,303 осмоль/л.

4. При несахарном диабете выделяются большие объемы разбавленной мочи, осмолярность которой снижается до 0,06 осмоль/л. Вычислите осмотическое давление такой мочи при 310 К.

Решение: Р_осм = С(Х)RT = 0,06 ∙ 10 3 осмоль/м 3 ∙ 8,31 Дж/(моль ∙ К) ∙ 310 К =

= 154566 Па = 154,6 кПа

Ответ: осмотическое давление разбавленной мочи значительно ниже осмотического давления плазмы крови.

5. Вычислите температуру кипения и замерзания водного раствора фруктозы, массовая доля которого 5%.

b (фруктозы) = = 0,29 моль/кг;

∆ t_кип = 0,52 град∙кг/моль∙0,29 моль/кг = 0,15 град;

∆ t_кип = 100 о С + 0,15 о С = 100,15 о С;

∆ t_зам = 1,86 град∙кг/моль∙0,29 моль/кг = 0,54 град;

Ответ: 5-%-ный раствор фруктозы закипит при 100,15 о С, а замерзнет

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1. При растворении 2,76 г неэлектролита в 200 г воды температура замерзания раствора понизилась на 0,279С. Вычислите молярную массу неэлектролита. Криоскопическая константа К(Н)=1,86 град

Ответ: С= 0,317 осмоль/кг; Р_осм= 816 кПа.

Задача 3. Вычислите изотонический коэффициент и степень ионизации KCl в растворе, если его моляльная концентрация в растворе равна 1 моль/кг, а температура кипения составила 100,94С.

Ответ: i(KCl) =1,68; α = 0,68

Задача 4. Рассчитайте осмотическое давление при 310 К 4%-ного водного раствора глюкозы (1г/мл). Будет ли этот раствор изотоничен плазме крови?

Ответ: Р_осм = 572 кПа; нет.

Задача 5. Осмотическое давление крови 740-780 кПа. Какова молярная концентрация глюкозы в растворе, изотоничным крови при 37С?

Источник

Задачи для самостоятельной работы

Задача 1.Вычислить молярную, моляльную, моль-эквивалентную концентрации и молярную долю фосфорной кислоты в 10% её водном растворе с плотностью 1,075 г/мл.

Задача 2. Глицерин массой 5,66г растворили в воде массой 200г. Определите температуру кипения и замерзания данного раствора (К_Э(вода) =0,52К×кг/моль, К_{зам. (вода)} =1,86 К×кг/моль)

Ответ:Т_кип =100,16 0 С, Т_зам. =—0,57 0 С

Задача 3.Рассчитайте осмотическое давление при t=37 0 С 10% водного раствора маннита (С₆Н₁₄О₆) с плотностью 1,04 г/мл, применяющегося для понижения внутричерепного давления. Каким является этот раствор (гипо-, гипер-, или изотоническим) по отношению к плазме крови.

Ответ:П_осм= 1472 кПа

Задача 4.Хлорид калиявводятвнутривенно при аритмиях, гипокалиемии. Рассчитайте, сколько граммов хлорида калия необходимо для приготовления 200мл раствора изотоничного плазме крови. Степень диссоциации хлорида калия 95%.

Ответ:2,31г.

Задача 5.Опишите поведение эритроцитов при 310К в растворе глюкозы с ω=3% (плотность 1,006 г/мл). Ответ подтвердите расчётами.

Ответ: гемолиз, П_осм= 432 кПа

Задача 6.При несахарном диабете выделяются очень большие количества разбавленной мочи, осмотическое давление которой может снижаться до 155кПа. Вычислите осмомолярность такой мочи при 310 К.

Ответ:С_осм = 0,06 осмоль/л

Задача 7.Плазме крови изотоничен раствор хлорида натрия с массовой долей 0,9%. Плотность раствора 1,005г/мл. Вычислите изотонический коэффициент хлорида натрия в этом растворе.

Читайте также:  Рецепт квашеной капусты при сахарном диабете

Источник

КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Коллигативными свойствами растворов называются свойства, обусловленные некоторыми общими причинами. Количественное выражение этих свойств зависит только от числа находящихся в растворе частиц растворённого вещества и количества растворителя.

К коллигативным свойствам относятся:

— понижение давления пара над раствором;

— повышение точки кипения раствора;

— понижение температуры замерзания раствора;

— осмотическое давление растворов.

I закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворённого вещества:

(1)

II закон Рауля: повышение t°_кип и понижение t°_зам разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

Измерение понижения t° начала замерзания раствора по сравнению с t° замерзания чистого растворителя называется криоскопией. Измерение повышения t° кипения раствора — эбулиоскопией.

На измерениях t°_зам и t°_кип растворов основаны криоскопический и эбулиоскопический методы определения относительной молекулярной массы, а также молярной массы электролитов.

Если через мембрану между двумя растворами может свободно проходить растворитель, но не может пройти растворённое вещество, выравнивание концентраций будет происходить лишь за счёт перемещения молекул растворителя. Такая односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану под действием разности концентраций называется осмосом. Возникающее при этом избыточное гидростатическое давление, противодействующее проникновению молекул воды в раствор, называется осмотическим давлением.

У растений, некоторых морских животных и рыб осмотическое давление меняется в зависимости от внешней среды.

У высших животных и человека осмотическое давление внутренней среды постоянно и равно 7,7 атм [770-780 кПа, 280-310 мосм/л].

Изоосмию поддерживают ткани печени, подкожной клетчатки, почки. Регулируют изоосмию нервная система и железы внутренней секреции.

Понижение осмотического давления ведёт к рвоте и судорогам, повышение — вызывает отёки.

Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими; более высокое осмотическое давление — гипертоническими; более низкое — гипотоническими растворами.

0,9% раствор NaCl, 5% раствор глюкозы относительно крови являются изотоническими.

При помещении клеток в изотонический раствор клетки сохраняют свой размер и нормально функционируют.

При помещении клеток в гипертонический раствор вода из клеток уходит в более концентрированный раствор, клетка теряет воду, уменьшается в объёме, в ней нарушается нормальное течение физических и химических процессов — происходит плазмолиз.

При помещении клеток в гипотонический раствор вода из менее концентрированного раствора переходит внутрь клеток. Это приводит к их набуханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого. Это лизис.

В случае эритроцитов этот процесс называется гемолизом. При этом образуется «лаковая кровь» — раствор ярко-красного цвета, окрашенный гемоглобином.

Чтобы использовать законы идеальных растворов для количественного описания коллигативных свойств электролитов, Вант-Гофф ввёл в соответствующие уравнения поправочный коэффициент i — изотонический коэффициент Вант-Гоффа.

(5)

Для растворов элекролитов i > 1, для растворов неэлектролитов i = 1.

Примеры решения задач

Пример 1.

Определите температуру замерзания раствора, содержащего 0,6 г мочевины (NH₂)₂CO в 50 г воды. К_кр = 1,86 кг∙К/моль.

1) Найдем количество вещества мочевины, содержащееся в 50 г воды по формуле n = m / M: n = 0,6г / 60г/моль = 0,01 моль;

2) Найдем количество вещества мочевины, содержащееся в 1000 г воды:

n = 0,01моль∙1000г / 50г = 0,2 моль;

3) Найдем понижение температуры замерзания раствора по формуле

∆Т_зам. = К_кр.∙ С, где С – моляльная концентрация раствора:

∆Т_зам.= 1,86 кг∙К/моль∙ 0,2 моль/кг = 0,237 0

3) Найдем температуру замерзания раствора по формуле

Пример 2.

Рассчитайте осмотическое давление 2% раствора глюкозы при 310К, ρ = 1,006 г/мл? Что произойдет с эритроцитами в этом растворе?

1) Найдем массу 1000 мл раствора глюкозы по формуле: m = V∙ρ:

m = 1000 мл∙1,006 г/мл = 1006 г;

2) Найдем массу глюкозы, содержащуюся в 1006 г раствора, зная, что в 100

г раствора содержится 2 г чистого вещества:

m = 2 г ∙ 1006 г /100 г = 20,12 г;

3) Найдем количество вещества глюкозы по формуле n = m / M, равное

молярной концентрации С раствора:

n = 20,12 г / 180 г/моль = 0,11 моль;

4) Найдем осмотическое давление раствора глюкозы по формуле Р = С∙R∙Т:

Р = 0,11 моль/л ∙ 8,314Дж/моль∙К ∙ 310К = 283,4 кПа

5) Сравним осмотическое давление с нормой, равной 770-780 кПа. Давление

ниже нормы, раствор гипотонический, произойдет гемолиз эритроцитов.

Ответ: 283,4 кПа, гемолиз.

Пример 3.

Какой из растворов является изотоническими плазме крови: 0,1М глюкозы С₆Н₁₂О₆ или 0,1M CaCl₂? Рассчитайте осмолярность этих растворов в мОсм/л.

1) Найдем молярную концентрацию растворов в ммоль/л, умножив на 1000:

С (CaCl₂) = 0,1моль/л ∙ 1000 = 100 ммоль/л

2) Найдем осмолярность растворов по формуле С_осм. = i ∙ С, где i –

изотонический коэффициент, равный числу частиц в растворе.

i (С₆Н₁₂О₆) = 1, т.к. это раствор неэлектролита, i (CaCl₂) = 3.

С_осм.( CaCl₂) = 3 ∙ 100 = 300 мОсм/л

2) Сравним осмолярность растворов с нормой 280-300 мОсм/л.

Изотоничным крови является раствор CaCl₂.

Задачи для самостоятельного решения

1. При какой температуре замерзает раствор хлорида кальция с моляльной концентрацией 0,025моль/кг, если изотонический коэффициент равен 2,8 (К_кр = 1,86 кг∙К/моль).

2. Рассчитайте, на сколько ниже давление насыщенного пара воды над плазмой крови, общее содержание растворенных веществ в которой можно принять равным 0,31 мольных долей при температуре человеческого тела (310 К), чем над чистой водой при той же температуре (61,78 кПа).

3. Рассчитайте температуру кипения 0,134 моляльного раствора уксусной

5. Рассчитайте осмотическое давление 20 % водного раствора глюкозы, ρ = 1,08 г/мл при 310К, применяемого для внутривенного введения при отеке легкого. Каким будет этот раствор по отношению к крови гипо-, гипер- или изотоническим? М_{глюкозы}= 180 г/моль.

7. При какой температуре замерзает раствор, в 100 г которого растворено 0,022

моль мальтозы? К_кр = 1,86 кг∙К/моль.

9. Определите осмотическое давление 5% раствора сахарозы при 15 0 С, ρ = 1,019 г/мл.

10. Определите, будут ли при одной и той же температуре изотоническими 3%-ные водные растворы сахарозы (С₁₂Н₂₂О₁₁) и глицерина (С₃Н₈О₃). Плотности растворов принять равными 1г/мл.

11. Вычислите температуру кипения и замерзания 0,9% раствора хлорида натрия, применяемого в медицинской практике в качестве изотонического, если i = 1,95, К_кр = 1,86 кг∙К/моль, К_эб=0,52 кг∙К/моль.

12. Вычислите давление насыщенного пара над раствором, содержащим 6,4г нафталина (С₁₀Н₈) при 20 0 С в 90 г бензола (С₆Н₆). Давление насыщенного пара над бензолом при данной температуре 9953,82 Па.

13. При 298К осмотическое давление раствора, содержащего 2,8 г ВМС в 200 мл раствора равно 0,7 кПа. Найдите молярную массу растворенного вещества.

14. Опишите поведение эритроцитов в растворе нитрата натрия с массовой долей 1% (ρ=1,005 г/мл). Изотонический коэффициент равен 1,81. Опыт проводится при 35 0 С.

15. Рассчитайте осмолярность 3%-ных растворов глюкозы и хлорида натрия, ρ=1,0 г/мл. Какими они будут по отношению к крови?

16. Вычислите изотонический коэффициент, если раствор, содержащий 0,608 г бензойной кислоты (С₆Н₅COOH) в 25 г воды, кипит при температуре 100,104 0 С. К_эб = 0,52 кг×К/моль.

17. Рассчитате осмолярность 5% растворов глюкозы и мочевины (молярная масса соответвственно равна 180 и 60 г/моль), ρ=1,0 г/мл. Будут ли эти растворы изотоничны с кровью?

18. Вычислите массу мочевины (NH₂)₂CO, содержащейся в 1 л раствора при 23 0 С, если осмотическое давление раствора мочевины составляет 183620 Па.

19. При какой температуре осмотическое давление раствора, содержащего 30г анилина С₆Н₅NH₂ в 2 л достигнет 232408 Па?

20. При 0 0 С осмотическое давление раствора сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ равно 3,55 кПа. Сколько граммов сахарозы содержится в 100 мл раствора?

Источник

Глюкоза в эритроцитах

По определению Международного Экспертного Комитета по диагностике и классификации сахарного диабета (1997), сахарный диабет – это группа метаболических (обменных) заболеваний, характеризующихся гипергликемией, которая является результатом дефектов секреции инсулина, действия инсулина или обоих этих факторов. Хроническая гипергликемия при диабете сочетается с повреждением, дисфункцией и недостаточностью различных органов, особенно глаз, почек, нервов, сердца и кровеносных сосудов.

В развитие диабета вовлечены несколько патогенетических процессов: от аутоиммунного повреждения b-клеток поджелудочной железы с последующим дефицитом инсулина до нарушений, провоцирующих резистентность к действию инсулина. Инсулинорезистентность – результат неадекватной секреции инсулина и/или сниженного тканевого ответа на инсулин в одной или нескольких точках на сложных путях действия гормона. Нарушение секреции инсулина и дефекты его действия часто сосуществуют у одного и того же больного, и порой неясно, какое нарушение является первичной причиной гипергликемии.

Симптомы выраженной гипергликемии включают полиурию, полидипсию, снижение веса, иногда с полифагией, и снижение остроты зрения. Ухудшение роста и восприимчивость к инфекциям также могут сопровождать хроническую гипергликемию. Острые, угрожающие жизни осложнения диабета – гипергликемия с кетоацидозом, гиперосмолярный синдром без кетоза, лактоацидоз, а также гипогликемическая кома.

Хронические осложнения диабета включают ретинопатию с возможным развитием слепоты; нефропатию, ведущую к почечной недостаточности; периферическую нейропатию с риском образования язв на нижних конечностях и ампутации, а также сустава Шарко; автономную нейропатию, вызывающую гастроинтестинальные, урогенитальные, сердечно-сосудистые симптомы и половую дисфункцию. Среди больных диабетом высока частота атеросклеротических поражений сосудов сердца, периферических и церебральных сосудов. Часто у больных обнаруживается гипертония, нарушения метаболизма липопротеидов и парадонтоз. Эмоциональное и социальное влияние диабета и потребности лечения могут вызвать существенную психосоциальную дисфункцию у больных и членов их семей.

Подавляющее большинство случаев диабета относится к двум обширным этиопатогенетическим категориям (более детально обсуждающимся ниже). Причина диабета I типа (I категории) – абсолютный дефицит секреции инсулина. Лица с высоким риском развития этого типа диабета часто могут быть идентифицированы по серологическим признакам аутоиммунного патологического процесса в панкреатических островках, а также по генетическим маркерам. При диабете II типа (II категории, более распространенной) причина заключается в комбинации резистентности к инсулину и неадекватного компенсаторного инсулин-секреторного ответа. В этой категории степень гипергликемии достаточна, чтобы привести к патологическим и функциональным изменениям в органах-мишенях, но эта гипергликемия может не вызывать клинических симптомов и может существовать в течение длительного периода времени до момента выявления диабета. В течение этого бессимптомного периода можно обнаружить нарушение углеводного обмена путем определения уровня глюкозы плазмы натощак или после пероральной нагрузки глюкозой.

Классификация сахарного диабета (ВОЗ, 1999)
Тип СД	Характеристика заболевания
Сахарный диабет 1 типа · Аутоиммунный · Идиопатический	Деструкция b-клеток поджелудочной железы, обычно приводящая к абсолютной инсулиновой недостаточности.
Сахарный диабет 2 типа	С преимущественной инсулинорезистентностью и относительной инсулиновой недостаточностью или преимущественным дефектом секреции инсулина с инсулинорезистентностью или без нее.
Гестационный сахарный диабет	Возникает в период беременности
Другие типы сахарного диабета	· Генетические дефекты функции b-клеток · Генетические дефекты в действии инсулина · Болезни экзокринной части поджелудочной железы · Эндокринопатии · Диабет, индуцированный лекарствами или химикатами · Диабет, индуцированный инфекциями · Необычные формы иммуно-опосредованного диабета · Другие генетические синдромы, сочетающиеся с сахарным диабетом.

Диабет I типа (деструкция b-клеток, обычно ведущая к абсолютному дефициту инсулина)

Эта форма диабета, прежде обозначавшаяся терминами инсулинзависимый диабет (ИЗСД), диабет 1 типа является результатом клеточно-опосредованной аутоиммунной деструкции b-клеток поджелудочной железы. Чаще диабет 1 типа встречается у детей и подростков, с чем и было связано ранее употреблявшийся термин «юношеский диабет», однако заболеть могут люди любого возраста. Отдельную группу диабета 1 типа представляют больные, у которых диабет развился в более позднем возрасте (35-75 лет) и который характеризуется наличием аутоантител к различным антигенам островка поджелудочной железы. Учитывая особенности клинического течения этого типа диабета и наличие в сыворотке крови таких больных цитоплазматических и других антител, L. C. Groop и соавторы еще в 1986г. назвали его латентным диабетом 1 типа. Значительно позже в 1993 T. Tuomi и соавторы показали, что латентный аутоиммунный диабет взрослых (LADA), который часто симулирует сахарный диабет 2 типа, характерно медленное ухудшение метаболического профиля и постепенный переход в инсулинозависимость. Кроме того, для него характерно наличие в сыворотке крови, помимо цитоплазматических антител, аутоантител к глютаматдекарбоксилазе. На основании приведенных данных этот тип диабета был отнесен к 1 типу сахарного диабета.

Эндокринная функция поджелудочной железы связана в основном с островками Лангерганса, которые занимают 2-3 % от массы поджелудочной железы (рис. 11).

В 1980-90 гг получены убедительные данные, что в крови здоровых людей присутствуют сотни разных по антигенной направленности естественных физиологических аутоантител: к гормонам, рецепторам, комплексам межклеточного матрикса, белкам цитоскелета, ДНК, гистонам, многим ферментам и другим эндогенным соединениям. Аутоантитела синтезируются в основном CD5+-лимфоцитами, составляющими 20-30 % общей В-клеточной популяции. В организме человека на протяжении всей жизни производится сотни миллиграммов аутоантител разной специфичности, синтез которых не является потенциально опасным. Естественные антитела, вероятно, выполняют важные регуляторные функции – специфически и обратимо меняют функциональную активность своих мишеней, предупреждают лабильные молекулы гормонов от преждевременной протеолитической деградации, обеспечивают адресную доставку соответствующих молекул к участкам специфического связывания, в которых происходит диссоциация комплексов антиген-антитело и взаимодействие пептидных лигандов со специализированными высокоаффинными рецепторами. Потективная роль антител в подобных случаях проявляется не только в экранировании пептидов от атаки протеолитических ферментов, но и предотвращает их неэффективное диффузное размазывание по множеству участков низкоаффинного неспецифического связывания. В результате биологическая эффективность действия гормонов резко возрастает.

Состояние физиологической нормы определяется поддержанием «золотой середины» концентрации любых регуляторных молекул, в том числе естественных аутоантител. Если же продукция и концентрация аутоантител выходит за физиологически допустимые пределы, то развиваются патологические изменения, в том числе деструктивные аутоиммунные процессы. Из-за высокой специфичности антител их гиперпродукция определяет характерные клинические особенности.

Специфические антиинсулиновые антитела выполняют по отношению к инсулину транспортно-протективную функцию, являются нормальным компонентом сыворотки здорового человека. Их физиологическая концентрация близка к значениям 1 – 5 мкг/мл. У больных СД I типа сывороточное содержание аутоантител к инсулину класса IgG повышено примерно у половины пациентов, в 10 – 15 % случаев гиперпродукция антител достигает 200 % и более. Динамические наблюдения показывают, что периодическое аномальное повышение содержания таких антител является характерной особенностью большинства, если не всех больных СД I типа.

Достаточно уверенно можно констатировать, что деструкция b-клеток поджелудочной железы является клеточно-опосредуемым иммунопатологическим процессом. Антипанкреатические антитела (к инсулину, островковой глутаматдегидрогеназе, некоторым мембранным белкам и другим антигенам) обычно регистрируются за годы до клинической манифестации болезни. По-видимому, на ранних стадиях развития заболевания именно антитела к антигенам островков Лангерганса выступают в качестве триггеров аутодеструктивных процессов, выдавая команду на уничтожение собственных островковых клеток антигеннеспецифичным макрофагам и NK-клеткам. Этот процесс может продолжаться годами, длительно оставаясь компенсированным. Антигенспецифичные цитотоксические Т-клетки вовлекаются в процессы аутодеструкции на более поздних стадиях, в результате вялотекущий процесс завершается быстрым разгромом b-клеток, что переводит заболевание в стадию клинической манифестации, это происходит когда уже 80-85% массы b-клеток погибла.

Маркеры иммунной деструкции b-клеток включают аутоантитела к островковым клеткам (ICAs), аутоантитела к инсулину (IAAs), аутоантитела к декарбоксилазе глютаминовой кислоты (GAD₆₅) и аутоантитела к тирозин-фосфатазам IA-2 и IA2b. Один вид, а обычно более, этих аутоантител присутствует у 85-90% больных СД 1 типа при первоначальном обнаружении гипергликемии натощак.

ICAs – это антитела к антигенам, локализованным в цитоплазме клеток островков Лангерганса. Они определяются в сыворотке 0,2 – 3,5 % здоровых людей, у 2 – 6 % лиц без диабета, но являющихся кровными родственниками больных СД 1 типа, и у 70 – 80 % больных с диагностированным СД 1 типа. Чем моложе пациент, у которого обнаружены ICAs и чем выше их титр, тем большая вероятность развития СД 1 типа.

GAD₆₅ – аутоантитела к глютаматдекарбоксилазеопределяются у 70 – 80 % больных СД 1 типа. Мишенью для этих антител является белок с молекулярной массой 65 кД. GAD могут выявляться за несколько месяцев и даже лет до манифестации СД 1 типа.

Заболевание имеет также четкую ассоциацию с HLA, связанную с генами DQA и В, а также на него влияют гены DRB. Эти аллели HLA-DR/DQ могут быть как предрасполагающими, так и протективными. Показано, что после вирусной инфекции резко возрастает частота проявления сахарного диабета I типа, это, в частности, характерно для вируса коксаки В4, цитомегаловируса, врожденной краснухи и некоторых других вирусов, которые относятся к этиологическим факторам I типа СД. Воспаление островков поджелудочной железы (инсулиты) приводят к повреждению b-клеток и снижению синтеза в них инсулина. Доказано, что Т-клеточная реакция, направленная против вирусных антигенов, может затрагивать клеточные антигены островков и тем самым вызывать повреждения клеток. Ведущую роль в развитии каскада иммунологических реакций, приводящих в деструкции b-клеток, отводят макрофагальным элементам, в том числе, входящим в структуру островков Лангерганса. Под влиянием вирусов, химических агентов на поверхности b-клеток экспрессируется антиген. Макрофаги опознают этот антиген как чужеродный, вместе с Т-хелперами они выбрасывают интерлейкины и лимфокины (ИЛ-1, g-интерферон, ФНО), которые активируют иммунокомпетентные клетки. В результате всего в поджелудочной железе развивается аутоиммунное воспаление. Последовательность патогенетических факторов сахарного диабета 1 типа представлена в виде схемы на рис. 12.

Рис. 12. Патогенетические факторы сахарного диабета 1 типа.

Выявление доклинической стадии сахарного диабета 1 типа является важной задачей, поскольку влияет на дальнейшее течение заболевания. При снижении секреторной активности β-клеток на их поверхности появляется меньше антигенов, распознаваемых иммунной системой как аллоантигены. Для снижения секреторной активности β-клеток лицам в доклинический период назначают малые дозы продленного инсулина, что делает течение диабета в будущем более управляемым и является профилактикой кетоацидоза при манифестации заболевания

Диагностика доклинического периода манифестации заболевания достигается с помощью определения аутоантител (ICA, GAD-65, GAD-67) или по оценке инсулинового ответа на внутривенную нагрузку глюкозой. Уже на стадии доклинических проявлений деструкции исчезает первая фаза инсулинового ответа на глюкозную нагрузку. Разработана так называемая модель двойных параметров (увеличение JCA + снижение I фазы секреции инсулина + антитела к инсулину). Если эти положительные признаки сочетаются с наследственной предрасположенностью (HLA типирование), то можно с большой вероятностью поставить диагноз деструкции инсулярного аппарата на доклинических этапах СД I типа. Возможны различные варианты клинической манифестации СД I типа. У некоторых, особенно у детей и подростков, в манифестации заболевания может быть представлен кетоацидоз. Другие имеют умеренную гипергликемию натощак, которая может быстро смениться выраженной гипергликемией и/или кетоацидозом при присоединении инфекций или стрессов. В то же время иные, особенно взрослые, могут сохранять остаточную функцию b-клеток на уровне, достаточном для предотвращения кетоацидоза в течение многих лет. Многие больные с такой формой диабета I типа в конечном счете становятся жизненно зависимыми от инсулина и находятся в состоянии риска по кетоацидозу. На этой последней стадии заболевания секреция инсулина мала или отсутствует, что проявляется низким или неопределяемым уровнем С-пептида плазмы. Эти больные также часто склонны к другим аутоиммунным заболеваниям, таким как болезнь Грейвса, тиреоидит Хашимото, болезнь Аддисона, витилиго и пернициозная анемия.

Для некоторых форм диабета I типа этиологические факторы не известны. У ряда таких больных постоянно регистрируется инсулинопения и наклонность к кетоацидозу, но у них отсутствуют показатели аутоиммунного процесса. Такое течение сахарного диабета I типа характерно для некоторых популяций людей африканского или азиатского происхождения. У пациентов с этой формой диабета эпизодически бывает кетоацидоз, между периодами обострения выявляется разная степень инсулинодефицита. Эта форма диабета имеет четкое наследование, но не ассоциирована с HLA. Абсолютная потребность в заместительной инсулинотерапии у этих больных может появляться и исчезать.

Диабет II типа (от преобладающей инсулинрезистентности с относительным инсулинодефицитом до преобладающего дефекта секреции инсулина с инсулинрезистентностью)

Эта форма диабета, которую прежде обозначали как инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНСД), диабет II типа, диабет со «взрослым» началом, протекает с резистентностью к инсулину и обычно относительной (чаще, чем абсолютной) недостаточностью инсулина. Изначально, а часто на всем протяжении жизни, в лечении этих больных инсулин не является жизненно необходимым. Существует, по-видимому, много различных причин этой формы диабета, по прогнозам доля больных этой категории в будущем будет увеличиваться.

Кетоацидоз редко спонтанно развивается при этом типе диабета, а когда наблюдается, обычно связан со стрессом в результате другого заболевания, например, инфекции. Эта форма диабета часто остается недиагностированной многие годы, так как гипергликемия развивается постепенно, ранние стадии подчас недостаточно выражены, чтобы больной мог отметить какие-либо из классических симптомов диабета. Тем не менее, такие больные находятся в состоянии повышенного риска макро- и микрососудистых осложнений.

В развитии заболевания роль наследсвенности не вызывает сомнения, так как в многочисленных исследованиях было показано, что вероятности возникновения заболевания у однояйцевых близнецов достигает 100%. Однако генетические факторы четко не определены. Несколько генов, которые могли бы иметь ключевое значение в развитии диабета, были идентифицированы, в том числе гены, ответственные за функцию гексокиназы и трансмембранный перенос глюкозы. Выявлено несколько генных ассоциаций, наличие которых увеличивает склонность к развитию СД II типа. Ожирение, развивающиеся в результате снижения физической активности и избыточного питания, усугубляет генетически заложенную инсулинорезистентность и способствует реализации генетических дефектов, которые приводят к развитию сахарного диабета. Хотя большинство больных сахарным диабетом 2 типа имеют ожирение, однако возможно развитие заболевания у людей с нормальной массой тела. Это связано с тем, что действие инсулина коррелирует не с общим количеством жировой ткани, а с ее распределением, то есть с распределением по висцеральному типу. Именно висцеральные адипоциты имеют повышенную чувствительность к липолитическому действию катехоламинов и сниженную чувствительность к антилиполитическому действию инсулина. Все это приводит к усилению процесса липолиза и повышенному поступлению свободных жирных кислот в портальную систему. На уровне печени свободные жирные кислоты нарушают связывание инсулина с печеночными клетками, что способствует развитию системной гиперинсулинемии, усугубляет инсулинорезистентность гепатоцитов и препятствуют ингибирующему действию гормона на печеночный глюконеогенез и стимулирует гликогенолиз. Повышенный процесс гликогенолиза обуславливает постоянно повышенную продукцию глюкозы печенью. Кроме того, высокая концентрация свободных жирных кислот в крови вызывает инсулинорезистентность на уровне скелетных мышц, результатом чего является гипергликемия и компенсаторная гиперинсулинемия. Таким образом, формируется порочный круг инсулинорезистентность-гипергликемия-возрастающая гиперинсулинемия- усугубление инсулинорезистентности. Компенсаторные возможности организма, по-видимому ограничены и компенсировать инсулинорезистентность после определенного периода скрытого течения патологии уже не способны. Возможно развитие инсулинорезистентности у здоровых людей, однако это далеко не у всех приводит к гипергликемии. Последняя возникает при снижении секреции инсулина, то есть сахарный диабет развивается при двух одномоментно протекающих процесса: инсулинорезистентности и нарушение функции β-клеток. Таким образом, инсулинорезистентность еще не означает обязательного развития сахарного диабета 2 типа, для возникновения которого необходим относительный дефицит секреции инсулина.

Резистентность к инсулину может уменьшиться в результате снижения веса и/или фармакотерапии гипергликемии, однако она редко восстанавливается до нормальной. Она возникает чаще у женщин с предшествовавшим сахарным диабетом беременных и у пациентов с гипертонией и дислипидемией, ее частота варьирует в разных расовых и этнических подгруппах. Некоторые характеристики сахарного диабета I и II типов представлены в таблице 7. Жизненно важно обращать внимание не только на обмен глюкозы, но и на ожирение, гипертонию, нарушение липидного обмена, курение, сердечно-сосудистую патологию, инфекции, побочные эффекты терапии.

Основные признаки сахарного диабета I и II типов
Признак	I тип (ИЗСД)	II тип (ИНСД)
преобладание	0,2-0,5 %, оба пола поражаются одинаково	2-4 %, женщины болеют чаще мужчин
возраст возникновения болезни	дети, молодые люди	старше 40 лет
развитие симптомов	острое	постепенное (месяцы, годы)
телосложение	худые	часто ожирение
потеря веса при заболевании	как правило, происходит	похудение очень редко
запах кетонов изо рта	бывает часто	обычно запаха нет
моча	глюкоза и ацетон	глюкоза
концентрация инсулина в плазме	низкая или не определяется	часто нормальная; может быть повышенная
антитела к островковым клеткам	присутствуют	отсутствуют
наследственность	поражено 20% родственников I степени родства, конкордантность среди близнецов 90-100 %
ассоциация с HLA	B8, B15, Dw3, Dw4, DR3, DR4	нет ассоциации
лечение (основное)	инсулин	диета, физическая нагрузка, сахароснижающие препараты, инсулин.

Метаболический синдром Х. Инсулинорезистентность сочетается с рядом метаболических или сосудистых заболеваний. Одним из таких заболеваний является сидром Х или метаболический синдром. Метаболический синдром характеризуется сочетанием нарушенной толерантностью к глюкозе или СД II типа, гипертонической болезни (АД > 140/90 мм Нg), ишемической болезни сердца (ИБС), ожирения абдоминального типа, гиперинсулинемией, гиперурикемией (мочевая кислота > 476 мкмоль/л), дислипидемией (холестерин > 6,5 ммоль/л, холестерин-ЛПВП 2,3 ммоль/л). Кроме того, в сывоотке содержание фибриногена выше 3 г/л (норма 2-4 г/л), имеет место альбуминурия (> 20 мг/л мочи). Основной причиной инсулинорезистентности является периферическая нечувствительность инсулин-зависимых тканей (печень, мышцы, жировая ткань) к гормону. Инсулин оказывает свое действие на клетки этих тканей путем связывания со специфическими рецепторами на клеточной мембране. При этом запускается ряд внутриклеточных процессов, направленных на захват глюкозы клеткой (фосфорилирование белков-транспортеров) и внутриклеточный метаболизм глюкозы. Резистентность может проявляться на рецепторном и пострецепторном уровнях. Поскольку клетки инсулинзависимых тканей испытывают энергетический голод, происходит усиленный синтез инсулина (гиперинсулинемия). При этом инсулин вначале продуцируется в нормальном или избыточном количестве, однако хроническая гипергликемия сохраняется и может привести к нарушению функции b-клеток путем их истощения, поэтому предложен термин «глюкотоксичность», который отражает влияние гипергликемии в развитии СД II типа.

Ранняя диагностика синдрома инсулинорезистентности может помочь в профилактике и лечении СД II типа и его осложнений. Проводить обследование на инсулинорезистентность необходимо при наличии факторов риска у пациентов (гипертоническая болезнь, ИБС у родителей, ожирение, индекс массы тела более 30 кг/м 2 поверхности тела, увеличение триглицеридов, снижение ЛПВП).

Для определения наличия и степени выраженности инсулинорезистентности применяется несколько методик:

· Эугликемическая клэмп методика с использованием биостатора.

· Определение коэффициента инсулинорезистентности по Каро – отношение базальной концентрации имунореактивного инсулина в сыворотке крови к содержанию глюкозы натощак.

· Определение индекса инсулинорезистентности по Дункан:

Индекс инсулинорезистентности = (гликемия натощак) х (базальный уровень ИРИ) : 25.

· Оценка снижения уровня глюкозы в крови в ответ на в/в введение инсулина (проба с инсулином из расчета 0,1 ед. инсулина на 1 кг массы тела)

· Определение гиперинсулинемии при базальных условиях и при проведения теста толерантности к глюкозе (ТТГ). В ТТГ проводят определение инсулина и С-пептида натощак и через 2 ч после дачи 75 г глюкозы. Даже при нормальном ответе со стороны глюкозы в ТТГ существенное увеличение инсулина и С-пептида свидетельствует о наличии инсулинорезистентности.

Рис. 13. Алгоритм диагностики метаболического синдрома.

Источник