Как инсулин влияет на глюкозу
Для обеспечения жизнедеятельности человеческому организму необходима энергия, которая вырабатывается за счёт сложного процесса превращения углеводов, в частности, глюкозы. Основным источником поступления в кровь глюкозы является пища, которая содержит такие углеводы, как лактоза, сахароза, крахмал и другие. Как правило, большая часть этих углеводов в процессе пищеварения превращается в глюкозу.
Глюкоза представляет собой простой сахар, состоящий из шести атомов углерода, и является важным энергетическим источником для всего организма и единственным – для головного мозга. В свободном состоянии глюкоза практически не присутствует в пищевых продуктах, однако она входит в состав сахарозы и крахмала, из которых она выделяется в процессе пищеварения, давая организму необходимую энергию.
Входящие в состав пищи углеводы поставляют в организм около 60% энергии. Попав в желудочно-кишечный тракт, сложные углеводы расщепляются ферментами до простых молекул, называемых моносахаридами, которые затем всасываются в кровь. К моносахаридам относятся глюкоза, галактоза и фруктоза. Из всех моносахаридов 80% принадлежит глюкозе, к тому же, большая часть галактозы и фруктозы в процессе пищеварения также превращаются в глюкозу. В итоге, все поступающие с пищей углеводы в ходе метаболизма расщепляются до глюкозы.
Глюкоза может служить источником энергии, только функционируя внутри клетки. Каждая клетка организма запасает энергию посредством метаболического окисления глюкозы до углекислого газа и воды. Под воздействием этого процесса аккумулируемая в молекуле глюкозы энергия используется для образования энергоёмкого соединения – молекулы АТФ. Заключённая в молекуле АТФ энергия в последующем может использоваться организмом для осуществления химических внутриклеточных реакций.
Проникнув внутрь клеток, глюкоза берёт на себя центральную метаболическую роль, снабжая энергией многие биохимические реакции, необходимые для осуществления клеточных функций. Головной мозг, в отличие от других тканей, не способен синтезировать глюкозу и обеспечение его энергетических нужд полностью зависит от поступления глюкозы из крови. Чтобы головной мозг функционировал нормально, уровень глюкозы в крови должен составлять не менее 3.0 ммоль/л. Однако, он не должен быть слишком высоким. Поскольку глюкоза является осмотически активным веществом, то при возрастании её уровня в крови в соответствии с законами осмоса из тканей в кровь начинает поступать вода, а почки начинают активно выводить глюкозу, если её уровень достигает 10 ммоль/л. В результате организм лишается глюкозы – главного источника энергии.
Поговорим о том, как же глюкоза проникает внутрь клеток. В результате пищеварения и сложного обмена углеводов в крови оказывается повышенное содержание глюкозы. Это служит своеобразным сигналом поджелудочной железе для выработки ферментов и гормонов.
Клетки поджелудочной железы имеют разное строение и выполняют разные функции. Существуют так называемые бета-клетки, которые синтезируют гормон инсулин. При повышении в крови уровня глюкозы, инсулин выбрасывается в кровь, открывая ей своеобразный шлюз для попадания внутрь клеток, где в последующем она сможет использоваться организмом, как источник энергии. Но клетки организма нуждаются в постоянной энергетической подпитке, а не только во время еды, поэтому нормальная секреция инсулина у здорового человека идёт постоянно с показателем 0.5-1 в час.
Прием пищи стимулирует дополнительный выброс инсулина. Причём, это происходит практически моментально, что не приводит к повышению уровня сахара в крови. Между приемами пищи организму также необходим энергетический материал в виде глюкозы, и для этого печень резервирует необходимое количество углеводов, переработанных в гликоген, и по мере необходимости преобразует его обратно в глюкозу.
Одной из функций поджелудочной железы является регулирование уровня глюкозы в крови. Для этой цели в её клетках вырабатываются два гормона – антагониста: инсулин и глюкагон. То есть, если глюкозы в крови много – инсулин спешить провести её внутрь клеток, а энергетический излишек с помощью печени зарезервировать в гликоген. Если глюкозы в крови мало – глюкагон блокирует выработку гликогена, начиная активно перерабатывать его обратно в глюкозу, чтобы обеспечить необходимое энергетические питание организма. Таким образом, благодаря нормальной работе поджелудочной железы, поддержание уровня глюкозы в крови подвергается строгому контролю.
Кроме регулирования углеводного обмена, роль инсулина в нормальной работе организма невозможно переоценить. Инсулин – единственный гормон, помогающий поступившей в кровь глюкозе пройти печёночные, жировые и мышечные клетки. Если инсулина недостаточно, то происходит, приблизительно, то же, что может произойти с автомобилем; для запуска процесса сгорания топлива необходимо включить зажигание, но оно не работает, и топливо заливает двигатель. Функцию зажигания в организме выполняет именно инсулин. Если его не хватает, глюкоза не сгорает, не перерабатывается в энергию, а накапливается в крови и нарушает работу всего организма. Возникает инсулиновый голод среди сахарного изобилия.
Кроме того, инсулин помогает печени в образовании резервного энергетического запаса гликогена, играет огромную роль в обеспечении энергетического баланса организма, препятствуя переходу аминокислот в сахара, улучшает синтез белков, способствует преобразованию углеводов в жиры, то есть участвует практически во всех жизненно важных процессах. Если же, после переработки глюкозы и отложения гликогена в печени, показатель уровня сахара в крови остаётся высоким, то его избыток жировые клетки превращают в жир, что, соответственно, приводит к ожирению.
Однако, при длительном, неправильно составленном рационе питания, с большим количеством «быстрых» углеводов и рафинированных продуктов, работа поджелудочной железы может нарушиться. Это грозит развитием такого серьёзного заболевания, как сахарный диабет. Если клетки не могут усвоить глюкозу, поступившую в кровь при переваривании пищи, то её уровень постепенно повышается. Существует два типа сахарного диабета. I тип (инсулинозависимый) требует введения в организм инсулина извне, так как поджелудочная железа практически не вырабатывает инсулин. При II типе (инсулиннезависимом) вырабатывается достаточное количество инсулина, но он не работает должным образом. Поскольку клетки не получают необходимого количества энергии, возникает слабость и быстрое переутомление.
Если показатель уровня сахара в крови выше 10 ммоль/л, то к его выводу из организма подключаются почки. Поскольку увеличивается мочеотделение, появляется чувство постоянной жажды. В конце концов, организм переключается на другие виды горючего: жиры и белки. Но их расщепление происходит тоже под воздействием инсулина, которого катастрофически не хватает, поэтому жиры сгорают не до конца, что приводит к отравлению всего организма и может спровоцировать кому.
Поэтому, чтобы сохранить здоровье, необходимо тщательно следить за качеством рациона питания и, прежде всего, углеводов. Существует такое понятие, как гликемический индекс (ГИ) продуктов. Он показывает, с какой скоростью в организме расщепляется и преобразуется в глюкозу тот или иной продукт. При этом, чем быстрее расщепление, тем выше гликемический индекс. Так называемые «быстрые» углеводы заставляют поджелудочную железу реагировать выбросом рекордного количества инсулина. Употребление «быстрых» углеводов всегда ведёт к развитию ожирения, поскольку излишек глюкозы организм непременно отложит про запас в виде жира. Совсем другое дело обстоит с «медленными» углеводами, которые постепенно расщепляясь, позволяют инсулину равномерно проводить глюкозу в клетки, обеспечивая долговременное чувство сытости и необходимую энергетическую подпитку.
Таким образом, процесс обмена углеводов идёт по двум направлениям: преобразование пищевых веществ в энергию и перераспределение их избытка в энергетические резервы для подпитки между приемами пищи. Если энергетический резерв полон, а в крови ещё присутствует глюкоза, то организм её откладывает в виде жирового запаса. Поэтому очень важно подпитывать организм энергией, употребляя «медленные» углеводы. При правильной работе пищеварительной системы и поджелудочной железы, показатель содержания сахара в крови всегда будет оставаться в норме, способствуя сохранению здоровья и активного образа жизни.
Эксперимент заключается в исследовании содержания глюкозы в крови крыс с аллоксановым диабетом и в крови здорового животного при введении в организм инсулина. Инсулин – гормон эндокринной части поджелудочной железы – способствует усвоению глюкозы и переводу ее в гликоген. При недостатке этого гормона в организме развивается сахарный диабет, при котором концентрация глюкозы в крови возрастает (гипергликемия) и она появляется в моче (глюкозурия). Экспериментальный диабет вызывается инъекцией животному аллоксана (т.н. аллоксановый диабет)
На первом этапе эксперимента мы должны получить калибровочную кривую для определения концентрации глюкозы. Для этого в части 1 виртуального опыта мы будем измерять концентрацию вещества в растворах глюкозы, разбавленных различным количеством дистиллированной воды.
В верней части экрана выбираем Experiment и затем Insulin and diabetes – Part I. Появится оборудование для построения калибровочной кривой.
Рисунок 32. Оборудование для формирования калибровочной кривой. Программа «Инсулин и диабет. Часть 1.
Часть 1.
С помощью мышки из банка пробирок слева переместите по очереди 5 пробирок в штатив.
С помощью мышки заполните каждую пробирку раствором глюкозы, выбирая пипетку с глюкозой на полке с растворами (Glucose standard). Программа наполнит пробирки различным количеством глюкозы.
Добавьте в первые четыре пробирки дистиллированной воды (Deionized Water).
Нажмите «Mix» для перемешивания раствора в пробирках.
Нажмите «Centrifuge» для центрифугирования содержимого пробирок.
Нажмите «Remove Pellet» для удаления осадка.
Добавьте в каждую пробирку цветной индикатор (Enzyme Color Reagent).
Нажмите «Incubate» для начала инкубации содержимого пробирок.
Открыть шторку спектрофотометра справа – нажмите «Set Up».
Переместите первую пробирку в держатель спектрофотометра и нажмите кнопку «Analise». На экране появится красная точка, показывающая концентрацию глюкозы в первой пробирке. Зарегистрируйте результат в таблице, нажав Record Data
Перенесите пробирку из спектрофотометра в контейнер для тары слева (Test Tube Washer).
Повторите измерения концентрации раствора в остальных пробирках. Не забывайте после окончания каждого измерения выбрасывать пробирку в контейнер и нажимать «Record Data».
Запишите результаты в протокол и постройте калибровочную кривую, нажав кнопку «Graph» под экраном спектрофотометра
Часть 2.
В верней части экрана выбираем Experiment и затем Insulin and diabetes – Part II. Появится оборудование для измерения концентрации глюкозы в крови. В этой модели, кроме спектрофотометра, контейнера для пробирок и штатива, имеются клетки с экспериментальными животными и шприцы с различными веществами (инсулин, физраствор, аллоксан), которые Вы будете вводить крысам.
Рисунок 33. Оборудование для измерения концентрации глюкозы в крови.
Программа «Инсулин и диабет. Часть 2.
1. Выберите с помощью мышки шприц с физиологическим раствором (Saline) и сделайте инъекцию контрольной крысе. Заберите пробирку из контейнера и перенесите ее к основанию хвоста контрольного животного для забора крови. Затем пометите пробирку с кровью в первую лунку штатива.
2. Выберите с помощью мышки шприц с аллоксаном (Alloxan), который блокирует выделение инсулина бета-клетками поджелудочной железы, и сделайте инъекцию экспериментальной крысе. Заберите пробирку из контейнера и перенесите ее к основанию хвоста экспериментального животного для забора крови. Затем пометите пробирку с кровью во вторую лунку штатива.
3. Сделайте инъекции инсулина (Insulin) обеим крысам и заберите их кровь так же, как и раньше. Пробирки с кровью пометите в 3-ю ( контроль) и 4-ю (опыт) лунки штатива.
Нажмите (Obtain reagents) для перехода к процедуре анализа. Клетки с животными исчезнут, вместо них появятся необходимые растворы.
Добавьте в каждую пробирку дистиллированную воду (Deionized wather), гидроксид бария (Barium hydroxide) и гепарин (Heparin).
Нажмите Mix для перемешивания раствора в пробирках.
Нажмите Centrifuge для центрифугирования содержимого пробирок.
Нажмите Remuve Pellet для удаления осадка.
Добавьте цветного индикатора (Enzyme Color Reagent)
Нажмите Incubate для начала инкубации содержимого пробирок.
Открыть шторку спектрофотометра справа – нажмите Set Up.
Нажмите «Graph Glucose Standard» под экраном спектрофотометра для появления калибровочной кривой.
Переместите первую пробирку в держатель спектрофотометра и нажмите кнопку «Analise». На экране появится горизонтальная линия, показывающая показатель экстинции прибора. С помощью мышки переместите вертикальную линию в точку пересечения горизонтали с калибровочной кривой. Эта точка соответствует концентрации глюкозы в первой пробирке. Зарегистрируйте результат в таблице, нажав Record Data
Перенесите пробирку из спектрофотометра в контейнер для тары слева (Test Tube Washer).
Повторите измерения концентрации раствора в остальных пробирках (как в пункте 13). Не забывайте после окончания каждого измерения выбрасывать пробирку в контейнер и нажимать Record Data.
Запишите результаты в протокол и сделайте выводы.
Таблица 3. Влияние инсулина на концентрацию глюкозы в крови.
В природе человека есть необъяснимое стремление наклеивать на все, что угодно, этикетки "плохой", или "хороший". Этот слишком «близорукий» подход часто приносит больше вреда, чем пользы. Можно было бы надеятся, что люди уже выучили этот урок в 1980-х годах, когда ошибочно обвиняли во всех грехах содержащийся в продуктах питания жир, но, увы.
Сейчас страстные борцы с ожирением навесили инсулину этикетку гормона-злодея, который делает нас толстыми, препятствуя сжиганию жира. С другой стороны, те, кто сконцентрирован на наращивании мышц, относят инсулин к анаболикам, так как он обеспечивает анти-катаболический эффект.
Как же простой гормон может быть несчастьем для толстых, и секретным оружием худых?
Дело в том, что инсулин, как женщина: иногда она любит вас, иногда — ненавидит. Однако, в отличие от поведения женщины, поведение инсулина мы можем прогнозировать довольно точно.
Немного биохимии
Инсулин — это анаболический гормон. Фактически, он даже бОльший анаболик, чем гормон роста. Проблема в том, что он неразборчивый анаболик, и ему все равно — накапливать жир или увеличивать мышечную массу. Но обвинять инсулин в этом не стоит. Этот гормон просто делает свою работу. И основная его работа заключается в поддержании безопасного и стабильного уровня глюкозы в районе 80-100 мг/децилитр. Когда уровень глюкозы в крови становится более 100, поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин. Всегда готовый прийти на помощь, инсулин "отбирает" из крови излишнюю глюкозу, и направляет ее в хранилища.
В организме для хранения избыточной глюкозы имеются три «склада»:
Конечно, мы предпочли бы, чтобы использовалось первое хранилище, а не последнее, но реальность заключается в том, что инсулину это безразлично. Он просто делает то, на что запрограммирован.
Положительные свойства инсулина для фигуры
1. Инсулин наращивает мышцы. Инсулин стимулирует синтез белка, активируя его производство рибосомами.
Мышцы состоят из белков (аминокислот). Белки производится рибосомами. Рибосомы активируются инсулином. Каким-то, необъяснимым способом, инсулин «включает» механизмы рибосом. В отсутствие инсулина рибосомы просто перестают работать. Означает ли все это, что инсулин помогает наращиванию мышечной массы? Нет, это означает всего лишь тот факт, что для увеличения мышц требуется инсулин.
2. Инсулин препятствует катаболизму белков. Инсулин препятствует разрушению мышц. Хотя это может звучать и не очень волнующе, но анти-катаболическая природа инсулина ничуть не менее важна, чем его анаболические свойства.
Любой человек, разбирающийся в финансах, скажет вам, что важно не только, сколько денег вы зарабатываете. Важно также, сколько денег вы тратите. То же самое верно и для мышц.
Ежедневно наше тело синтезирует некоторое количество белков, и в то же время разрушает старые. Удастся ли вам со временем набрать мышечную массу, или нет, зависит от «физиологической арифметики». Для увеличения мышц вы должны синтезировать больше белка, чем разрушать его в процессе катаболизма.
3. Инсулин переносит аминокислоты в мышечные клетки. Инсулин активно переносит определенные аминокислоты в мышечные клетки. Речь идет про BCAA. Аминокислоты с разветвленными цепочками «персонально» доставляются инсулином в мышечные клетки. И это очень хорошо, если вы намерены наращивать мышечную массу.
4. Инсулин активизирует синтез гликогена. Инсулин увеличивает активность энзимов (например, гликогенсинтазы), которые стимулируют образование гликогена. Это очень важно, поскольку помогает обеспечивать запас глюкозы в мышечных клетках, тем самым улучшая их производительность, и восстановление.
Хватит о хорошем, пора взглянуть на другую сторону медали.
Отрицательные свойства инсулина для фигуру
1. Инсулин блокирует гормонорецепторную липазу. Инсулин блокирует энзим, называемый горомонорецептоной липазой, который отвечает за расщепление жировой ткани. Очевидно, что это плохо, так как если организм не может расщепить хранимый жир (триглицериды), и превратить его в форму, которую можно сжечь (свободные жирные кислоты), вы не похудеете.
2. Инсулин снижает использование жира. Инсулин снижает использование жира для получения энергии. Вместо этого он способствует сжиганию углеводов. Проще говоря, инсулин "сохраняет жир".
Хотя это оказывает отрицательное влияние на вид нашего тела, такое действие имеет смысл, если вспомнить, что основной функцией инсулина является избавления от лишней глюкозы в крови.
3. Инсулин увеличивает синтез жирных кислот. Инсулин увеличивает синтез жирных кислот в печени, что является первым шагом в процессе накопления жира. Но это также зависит от доступности избыточных углеводов — если их объем превысит определенный уровень, они, либо немедленно сжигаются, либо сохраняются в виде гликогена.
4. Инсулин активирует липопротеинлипазу. Инсулин активирует энзим, называемый липопротеинлипаза. Если вы знакомы с медицинской терминологией, то это может поначалу восприняться, как положительная характеристика инсулина. Ведь липаза, это энзим, который расщепляет жир, поэтому, почему бы не увеличить его объемы?
Вспомните, что мы только что обсуждали, как инсулин усиливает синтез жирных кислот в печени. Как только эти дополнительные жирные кислоты преобразуются в триглицериды, они захватываются липопротеинами (например, белками VLDL — липопротеинами очень низкой плотности), выбрасываются в кровь, и ищут место для своего хранения.
Пока все идет хорошо, поскольку триглицериды не могут быть абсорбированы жировыми клетками. Так что, хотя у вас в крови может быть достаточно триглицеридов, вы, на самом деле, не будете накапливать жир. до тех пор пока в дело не вступает липопротеинлипаза.
Как только она активируется инсулином, липопротеинлипаза расщепляет эти триглицериды в абсорбируемые жирные кислоты, которые быстро и легко впитываются жировыми клетками, снова преобразуются там в триглицериды, и остаются в жировых клетках.
5. Инсулин способствует переносу глюкозы в жировые клетки. Инсулин способствует проникновению глюкозы в жировые клетки через их мембраны жировых клеток. Как можно себе представить, хранение избыточной глюкозы в жировых клетках, не приводит ни к чему хорошему.
Решение инсулиновой загадки
Инсулин — это просто анаболический транспортный гормон, выполняющий свою работу. Он не хороший, и не плохой. Его не интересует, накапливаете ли вы жир, или наращиваете мышцы. Все, о чем он заботится, это поддержание уровня глюкозы в крови в нормальном диапазоне. Когда этот уровень становится высоким, вырабатывается инсулин, который быстро обеспечит восстановление нормального уровня глюкозы.
Инсулин, сам по себе, не обязан вырабатываться по графику в определенное время суток. Вы самостоятельно стимулируете высвобождение инсулина в нужное время, и в нужных объемах. И существует способы контролировать этот процесс.
Вы должны решить, что вас интересует больше — наращивание мышц, или избавление от жира.
"Я хочу только нарастить мышцы!"
Если вашей основной целью является наращивание мышц, придется позаботится о высоком уровне инсулина в течение всего дня.
Особенно важно обеспечить высокий уровень инсулина сразу после тренировки, т.к. в это время мембраны мышечных клеток особенно проницаемы для инсулина и всего того, что он несет с собой (например, глюкозу, ВСАА).
"Я хочу избавиться от жира!"
Если вашей целью является только потеря жира, нужно, чтобы в течение всего дня у вас был, в среднем, низкий уровень инсулина.
Первой мыслью у некоторых людей будет то, что способ избавления от жира заключается в том, чтобы удерживать инсулин на низком уровне весь день, каждый день. Да, но только если ваши представления о тренировках сводятся к прогулкам по аллее.
Даже если вас и не интересует наращивание мышц, все равно очень важно инициировать хоть какую-то выработку инсулина после силовых тренировок. Это остановит вызванный тренировками катаболизм, а также направит глюкозу и аминокислоты в мышечные клетки. Иначе вы обнаружите, что теряете ценную мышечную ткань, и, следовательно, мешаете работе метаболического механизма, который сжигает жир.
Вы же не хотите после похудения быть похожим на обтянутый кожей скелет, не так ли? А именно в это вы и превратитесь, если не будете давать своим мышцам крайне нужные им углеводы и аминокислоты.
"Я хочу и мышцы нарастить, и от жира избавиться. "
Печально, но многие не верят, что невозможно наращивать мышцы, теряя при этом жир.
Когда уровень глюкозы в крови высок, начинает вырабатываться инсулин, и глюкоза отправляется на хранение в гликоген мышц, или в гликоген печени. Когда уровень глюкозы в крови низок, выработка инсулина снижается, и основным источником энергии для тела становится жир.
Инсулин похож на переключатель, который управляет тем, с какого, и до какого момента мы сжигаем жир, или наращиваем мышцы. Для того чтобы подобное изменение произошло, не требуется целого дня. Фактически, на это тратятся минуты!
Это означает, что вы можете планировать свой день таким образом, чтобы в нем были периоды времени, нацеленные на поддержание мышц, и периоды времени, нацеленные на сжигание жира. И вы можете манипулировать длиной этих периодов, изменяя, тем самым, скорость, с которой вы набираете мышечную массу, и теряете жир.
Вы хотите быстрее нарастить мышцы? Увеличьте объем вырабатываемого инсулина. И сделать это лучше непосредственно после силовых тренировок. Причин тому много, и одна из них заключается в том, что инсулин не будет преобразовывать глюкозу в жир, если он сможет сразу сохранить ее в виде гликогена. После интенсивных тренировок с отягощением, гликоген, как в мышцах, так и в печени истощается, и они готовы принять большое количество глюкозы. Поэтому, в этот время можно не скромничать с углеводами.
Для еще более надежного удержания мышечной массы, вы должны также резко увеличивать уровень инсулина еще один-два раза в течение дня. Этого легко достичь, включая в приемы пищи много углеводов. Можно съесть одно блюдо до тренировки, а другое — после, или оба блюда — после тренировки (и после того, как утолите жажду, возникшую в результате тренировки).
Затем, чтобы обеспечить ту часть уравнения, которая отвечает за потерю жира, всю остальную часть дня удерживайте низкий уровень инсулина.
Чтобы понять какие продукты вызывают больший или меньший выброс инсулина следует ознакомиться со статьей про гликемический индекс продуктов питания.
Переключайте инсулин
Независимо от того, стремитесь вы к наращиванию мышц, или к максимальной потере жира, инсулин является тем выключателем, которым вы должны научиться пользоваться: "включено" для наращивания мышц, "выключено" для снижения объема жира.
Что бы вы ни выбрали, помните, что этот выключатель не должен оставаться в одном положении месяцами. Манипулируйте инсулином в течение дня, и вы сможете получить выигрыш, избежав недостатков.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
