1.2.1. Vai trò của glucid đối với cơ thể
- Glucid chiếm tû lệ cao nhất trong khẩu phần ăn hàng ngày. Trên 50% năng lượng của khẩu phần ăn là từ glucid. Glucid là nguồn năng lượng chủ yếu và trực tiếp cho mọi hoạt động của mọi tế bào, mô và cơ quan. Glucid dưới dạng glycogen cũng là nguồn năng lượng dự trữ quan trọng nhất để sử dụng ngay của cơ thể, ở người glucid tồn tại dưới 3 dạng:
- Dạng dự trữ: glycogen, tập trung nhiều ở gan và cơ.
- Dạng vận chuyển: glucose trong máu và các dịch ngoại bào.
- Dạng tham gia cấu tạo tế bào và các chất khác: Pentose trong thành phần Acid nucleic (ADN, ARN) glucid phức tạp tham gia cấu tạo màng tế bào, màng các bào quan (glycoprotein, glycolipid) axit Hyaluronic là một disaccaride có trong dịch tinh thể của mắt, trong cuống rau, có tác dụng ngăn chặn sự xâm nhập của các chất độc hại ... chuyển hoá glucid cung cấp nhiều sản phẩm trung gian quan trọng, liên quan chặt chẽ với chuyển hoá các chất khác, là nguồn tạo lipít và acid amin [6],[16],[18].
1.2.2. Gan và chức năng chuyển hoá
Gan là một tuyến tiêu hoá lớn nhất trong cơ thể với hai chức năng quan trọng: chức năng ngoại tiết và chức năng nội tiết, vừa là kho dự trữ của nhiều chất, vừa là trung tâm chuyển hoá quan trọng của cơ thể như chuyển hoá
protit, lipit, glucid, chuyển hoá nước, thải độc, đông máu…Glucose được chuyển hoá chủ yếu ở tế bào nhu mô gan, còn các tế bào không phải nhu mô gan như tế bào Kuffer, tế bào nội mô xoang, tế bào hình sao tham gia vào chuyển hoá insulin. Gan có trên 300 loại enzym khác nhau, nên chức năng rất đa dạng, hơn nữa gan lại nhận máu từ hệ tiêu hoá nên chịu nhiều tác nhân gây bệnh khác nhau [4],[5],[8],[12].
Tuy nhiên gan có khả năng bù trừ rất mạnh, do đó các xét nghiệm chức năng gan có thể bình thường khi nhu mô chỉ còn 30% hoạt động. Mann và Magath đã chứng minh được rằng khi cắt bỏ hoàn toàn gan ở chó, thì chó sẽ chết trong vòng vài giờ vì hạ đường máu [1],[25],[62].
Chuyển hoá glucid là một trong những quá trình chuyển hoá quan trọng nhất trong cơ thể sống, nó là nguồn cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động, đồng thời cung cấp nhiều sản phẩm chuyển hoá trung gian quan trọng, nó còn liên quan chặt chẽ với chuyển hoá lipid, acid amin…Nhu cầu glucid ở người trưởng thành trung bình 300-400g/24 giờ. Glucid trong cơ thể chủ yếu là glucose khi tham gia phản ứng trong vòng krebs sẽ chuyển hoá thành carbon diocid, nước và giải phóng năng lượng
1.2.3. Tiêu hoá, hấp thụ, vận chuyển glucid
- Nhờ các men tụy và ruột các polysacaride và disararide thức ăn biến thành monosararide: glucose, galactose, fructose, pentose. Còn tinh bột và glycogen được biến thành maltose, isomaltose, dextrin đều được hấp thu ở ruột.
Các monosarcaride được hấp thụ ngay ở đoạn đầu của ruột non theo 2 cơ chế.
+ Khuyếch tán thụ động: do sự chênh lệch nồng độ của các
monosarcaride có trong lòng ruột so với trong tế bào của màng ruột.
+ Vận chuyển tích cực: ở ruột non glucose, galactose được hấp thụ rất
nhanh qua màng của tế bào thành ruột.Tốc độ hấp thu phụ thuộc vào sự có mặt của ion natri. Năng lượng cung cấp cho sự vận chuyển tích cực này,
chính là năng lượng vận chuyển ion natri qua màng đáy tế bào (bơm natri) để nồng độ natri trong tế bào luôn luôn thấp. Sau khi hấp thu, các monosaccaride theo hệ thống tĩnh mạch cửa đến gan và phần lớn được giữ lại ở đây để chuyển thành dạng cao phân tử glycogen dự trữ. Ngoài ra, gan còn sản xuất một lượng glucid từ các acid amin (của thức ăn hoặc do sự thoái biến protein trong cơ thể) gọi là sự tân tạo glucid [6],[16],[18],[45].
Dù nhận loại monosaccarid nào, nhưng khi thoái biến glycogen thì gan chỉ phóng thích glucose vào máu.
- Glucose ở máu khuếch tán tự do qua vách mao mạch vào gian bào một số tế bào như: Hồng cầu, tế bào gan, tế bào não, glucose thấm vào một cách dễ dàng, không cần có mặt của insulin. Hầu hết các tế bào khác, muốn thu nhận được glucose đòi hỏi phải có insulin.Trong tế bào, glucose được chuyển thành glucose - 6 - phosphat nhờ Hexokinase và sau đó biến thành năng lượng (ATP) để sử dụng cho hoạt động của tế bào.
- Nếu cơ thể được bổ sung quá nhiều glucid, phần thừa sẽ được biến thành axit béo và một số acid amin. Ngược lại nếu bổ sung thiếu thì cơ thể thoái biến lipit và Protein để bù đắp sự hao hụt năng lượng. Khi glucose trong máu vượt 1,6g/l nó sẽ bị đào thải qua thận vì quá khả năng hấp thu của ống thận [6],[16],[18],[45].
1.2.4. Chuyển hoá
- Khi vào tế bào glucose, frutose và galactose biến thành glucose - 6 phosphat (G-6-p) dưới tác dụng của men hexokinaza. Từ đây, tuỳ theo nhu cầu, tuỳ từng loại tế bào, G-6-p có thể đi theo các con đường sau:
- Thoái biến thành acid pyruric rồi acetyl CoA vào chu trình Krebs cho năng lượng, CO2 và H2O xẩy ra tại ty lạp thể của mọi tế bào, nhất là tế bào thần kinh.
- Tham gia chu trình pentose và tạo ra axit béo: xẩy ra ở gan và mô mỡ với sự hỗ trợ của insulin.
- Khử phosphat cung cấp lại glucose cho máu: xẩy ra ở tế bào gan. - Oxy hoá glucose, chủ yếu theo con đường đường phân. Còn con đường pentose chỉ chiếm tỷ lệ 7-10%. Riêng ở hồng cầu, tế bào gan, tổ chức mỡ, tế bào tuyến sữa đang thời kỳ hoạt động thì glucose được oxy hoá theo con đường pentose chiếm ưu thế. Chu trình pentose cho NADPH2 (Nicotinamid Adenin Dinucleotid Phosphat), cung cấp hydro cho các phản ứng để tổng hợp acid béo, cholesterol, hormone steroid, cung cấp pentose phosphate là nguyên liệu tổng hợp acid nucleic. Ngoài ra NADPH2 còn có vai trò đặc biệt quan trọng: Chống sự oxy hoá trong hồng cầu [6],[16],[18],[45].
1.2.5. Sự tổng hợp và tân sinh glucose
Gan chẳng những có khả năng tổng hợp glucose từ fructose, galactose, manose mà còn có khả năng tổng hợp glucose từ các sản phẩm chuyển hoá trung gian, kể cả các sản phẩm không phải carbonhydrate. Theo những con đường này, các sản phẩm thoái hoá của glucose trong chu trình yếm khí từ các mô cơ theo máu đi về gan để chuyển hoá. Gan là tổ chức chính đảm nhiệm con đường này vì ở đó mới có các enzym cần thiết có khả năng tổng hợp glucose trong mọi điều kiện và từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, quá trình này chính là quá trình tân sinh glucose [6],[16],[18],[45].
Bình thường, 70% lượng glucose ra khỏi gan có nguồn gốc từ thủy phân glycogen và 30% từ tân sinh glucose. Glucose rất quan trọng đối với não và hồng cầu. Khi bị đói, glycogen dự trữ ở gan chỉ cung cấp glucose cho não khoảng nữa ngày, do đó tân sinh glucose đặc biệt quan trọng trong thời gian đói hoặc trong thời gian hoạt động cơ bắp nhiều. Ngoài glycogen, glucose được cung cấp từ các acid amin do thoái hoá protein, lipid. Ngoài ra, tân sinh glucose còn xẩy ra ở võ thận, nhưng lượng glucose được hình thành ở đây chỉ chiếm khoảng 10% [6],[16],[18],[45].
1.2.6. Điều hoà cân bằng glycogen máu
- Bình thường nồng độ glycose máu khoảng 1g/l. Khi cơ thể sử dụng mạnh mẽ glucid (lao động, sốt, kích thích thần kinh…) thì glucose máu có thể lên tới 1,2 - 1,5 g/l. Khi cơ thể nghỉ ngơi, ngủ, glucose máu có thể giảm xuống 0,8g/l nếu vượt quá 1,6g/l thì glucose sẽ bị thải trừ qua thận, nếu giảm xuống 0,6g/l thì tế bào (nhất là tế bào thần kinh) thiếu năng lượng có thể dẫn tới hôn mê và tử vong. Vì vậy, cơ thể có nhiều cơ chế tham gia điều hoà glucid, đảm bảo duy trì glucose huyết ở mức thích hợp 0,8 - 1,2 g/l. Cơ quan trực tiếp điều hoà là hệ nội tiết và hệ thần kinh [6],[16],[18],[45].
1.2.6.1. Hệ nội tiết
Một số nội tiết tố có tác dụng lên một số enzyme chuyển hoá glucid nên ảnh hưởng đến mức glucose máu. Có hai nhóm đối lập nhau:
- Một bên là insulin làm giảm glucose máu.
- Một bên là một tập hợp gồm nhiều nội tiết tố và một số chất khác có tác dụng làm tăng glucose máu.
Insulin
Do tế bào của đảo tuỵ tiết có tác dụng làm giảm glucose máu nhanh và mạnh có tác dụng:
- Làm glucose nhanh chóng vào tế bào và nhanh chóng được sử dụng (thoái hoá cho năng lượng, tổng hợp glycogen, mỡ, axit amin).
- Tăng khả năng thấm ion kali và phosphate vô cơ vào tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phosphoryl hoá và sử dụng glucose.
- Trực tiếp chuyển glycogen synthetase từ dạng không hoạt động sang dạng hoạt động để tổng hợp glycogen từ glucose.
- Ức chế một số enym xúc tác tân tạo đường như pyruvat carboxylase. - Gắn với thụ thể đặc hiệu trên tế bào đích, tạo nên chất trung gian (mediator) là oligoglypeptid có tác dụng vận chuyển glucose vào tế bào.
- Hoạt hoá hexokinase làm glucose nhanh chóng vào tế bào.
Hệ đối kháng với insulin
Có tác dụng làm tăng glucose máu.
+ Adrenalin: Có vai trò hoạt hoá men phosphatase của gan do làm thoái biến glycogen và làm tăng glucose rất nhanh và cao trong máu.
+ Glucagon: Có tác dụng tương tự như adrenalin nhưng làm glucose máu tăng kéo dài và ổn định hơn.
+ Glucocorticoid: Ngăn cản glucose ngấm vào tế bào từ tế bào não) tăng hoạt hoá G - 6 - phosphatase làm tăng giải phóng Glucose ở gan vào máu, tăng tân tạo glucose từ protid, ACTH gây tăng glucose máu thông qua chất trên.
+ Thyroxin: Tăng hấp thụ đường ở ruột, tăng phân huỷ glucogen.
+ STH: Tăng thoái hoá glycogen bằng cách ức chế enzym hexokinase, hoạt hoá insulinase.
+ Insulinase và kháng thể chống insulin: trực tiếp huỷ insulin (gặp trong một số bệnh lý) [14].
1.2.6.2. Hệ thần kinh
Thí nghiệm cổ điển của Claude - Bernard châm vào sàn não thất 4 làm tăng đường huyết. Bykov gây tăng đường huyết bằng phản xạ có điều kiện.
- Hưng phấn vỏ não và hệ giao cảm (stress xúc động hồi hộp, sợ hãi ...) - Vai trò của vùng dưới đồi: Đến nay người ta đã phát hiện được hai trung tâm (A và B) ở vùng dưới đồi tham gia vào điều hoà đường huyết thông qua hormon.
+ Trung tâm A: gồm những tế bào thần kinh không cần insulin cũng thu nhận đầy đủ glucose từ máu. Trung tâm này đại diện cho các tế bào không cần insulin (não, gan, hồng cầu) khi glucogen máu giảm xuống 0,8g/l, trung tâm A kích thích tiết glucagon, adrenalin, ACTH ... để tăng tạo glucose cho đạt nồng độ 1g/l.
+ Trung tâm B: đại diện cho tất cả các tế bào còn lại của cơ thể, cần insulin mới thu nhận được glucose ở mức 0,8 - 1,2g/l. Mặt khác, tế bào loại này sử dụng được ceton như một nguồn năng lượng bổ sung quan trọng. Khi thiếu insulin, trung tâm B sẽ huy động mọi cơ chế nội tiết làm glucose máu tăng rất cao, đủ thẩm thấu vào tế bào nhờ sự chênh lệch lớn về nồng độ glucose trong và ngoài tế bào. Mặt khác, huy động mỡ rất mạnh (thoái biến mỡ tăng tổng hợp thể ceton ...) và huy động protit (thoái biến tân tạo glucose) [14].
1.2.7. Rối loạn chuyển hoá glucid
Gan là cơ quan điều hoà, chuyển hoá glucid trong cơ thể. Nó tiếp nhận glucose từ ruột để sản xuất glycogen và đưa glucose vào máu khi nồng độ ở máu thấp hơn 0,8g/l và nhận từ máu nếu nồng độ trên 1,2/l.
1.2.7.1. Rối loạn chuyển hoá đường
Gan là kho dự trữ glucid dưới dạng glycogen được tổng hợp tại gan từ những loại glucid khác nhau, như galactose, fructose ... glucose hấp thụ từ ống tiêu hoá vào, ngoài ra glycogen còn được tổng hợp tại gan từ những sản phẩm thoái biến của glucose (acid lactic, pyruvit) từ các axit amin sinh đường alamin, glycin ... và từ lipit [6],[40].
Bình thường gan cùng một số bộ phận khác của cơ thể làm nhiệm vụ điều hoà đường máu, khi gan bị bệnh, các cơ quan khác có khả năng bù mạnh, cho nên đường máu thay đổi không rõ lắm ngay cả thời kỳ cuối của bệnh nhân xơ gan hiện tượng giảm đường máu cũng hiếm gặp [25],[40].
Khi gan bị bệnh, chuyển hoá glucid bị rối loạn như sau:
+ Khả năng chuyển hoá đường mới hấp thụ từ ruột vào thành glycogen dự trữ giảm, do đó trong thử nghiệm gây tăng đường máu, thấy một đường biểu hiện tăng vọt rồi nhanh chóng tụt xuống.
+ Khả năng biến galactose thành glucose giảm do đó sau khi uống hay tiêm, galactose thấy đường này xuất hiện nhiều trong nước tiểu.
+ Khả năng dự trữ đường dưới dạng glycogen giảm, cho nên ngoài bữa ăn, khi đói đường máu có hơi giảm và nặng thì có khả năng hôn mê, hay gặp ở thời kỳ cuối của xơ gan.
+ Các sản phẩm chuyển hoá trung gian của (acid lactic, pyruvic) tăng trong máu do gan suy không còn khả năng biến vitamin B1 thành thiamin pyrophosphat (TPP) để đưa các sản phẩm trên vào vòng krebs.
Ngoài ra, chuyển hoá glucid không hoàn toàn càng ảnh hưởng đến chuyển hoá các chất khác (giảm tổng hợp protein, lipit và ure) do đó trong giai đoạn cuối của suy gan thường phát sinh nhiễm độc axit [10],[15],[20],[40].
1.2.7.2. Một số đặc điểm cần lưu ý
- Tế bào nhu mô gan rất dễ bị tổn thương khi thiếu O2 hay nhiễm độc, song có khả năng bù trừ rất mạnh và tái sinh rất cao.
Trong thực nghiệm, cắt bỏ một thuỳ gan của con vật, thấy sau một thời gian ngắn gan to lại như cũ. Do tái sinh rất mạnh để bù cho chỗ mất đi. Cho nên khi gan bị tổn thương bộ phận (U ác tính, túi mũ lớn ...) biểu hiện bên ngoài hoạt động của gan vẫn tốt hoặc tương đối tốt, vì bộ phận lành cố gắng bù đắp và tái sinh mạnh mẽ thay thế chỗ bị huỷ hoại, trái lại, khi viêm, nhiễm độc, xơ hoá thấy phát sinh rối loạn chức năng gan, và trong trường hợp này hầu hết như mô gan bị tổn thương dù là nhẹ [25].
- Tế bào của tổ chức đệm, tế bào kuffercũng phản ánh trước yếu tố gây tổn thương nhu mô. Chúng tăng sinh rất mạnh vì chúng làm nhiệm vụ thực bào và sản sinh kháng thể trước sự tấn công của yếu tố bệnh lý, đặc biệt là nhiễm khuẩn.
- Một số chuyển hoá xẩy ra ở gan, còn thấy ở một số cơ quan và tổ chức khác (tuỳ mức độ khác nhau) như thận cũng chuyển hoá Potein, cũng chống độc, hệ võng nội mô ngoài gan cũng sản xuất kháng thể. Chưa có một xét nghiệm nào có tính chất đặc hiệu phản ánh trung thực hoạt động của gan [14].
- Trạng thái không đồng đều trong các chức năng gan như: Chức năng tổng hợp Protein rất dễ bị rối loạn, song chức năng khử amin lại có khả năng bù mạnh.
1.3.TỔNG QUAN VỀ INSULIN 1.3.1.Cấu trúc hoá học của insulin
Từ năm 1953 Sanger đã nghiên cứu, tinh chế insulin và lần đầu tiên xác định được hoàn toàn cấu trúc phân tử của insulin đó là một protein gồm 51 acid amin, được phân làm 2 chuỗi peptit. Chuỗi A gồm 21 acid amin và chuỗi B gồm 30 acid amin nối với nhau bởi hai cầu nối disulfur (s-s). Ngoài ra còn có cầu nối disulfur nối acid amin ở vị trí số 6 và số 11 của chuỗi A. Trọng lượng phân tử insulin của người là 5808 [13].
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử insulin
1.3.2. Chuyển hoá insulin
Sự tổng hợp insulin bắt đầu từ sự phiên mã gen insulin, nằm ở nhánh ngắn nhiễm sắc thể 11. Dưới sự điều khiển của AND/RNA hệ võng nội mạc của tế bào bêta. Trong suốt quá trình phiên mã, hai intron được tách ra khỏi chuỗi RNA, và nó mã hoá cho một protein có độ dài 110 acid amin, sản phẩm sơ khai này được gọi là preproinsulin ở dạng bất hoạt, có trọng lượng phân tử
11500 và nó có chứa peptit tín hiệu dài 24 acid amin, giúp cho preproinsulin xuyên qua màng tế bào dễ dàng. Một khi preproinsulin đến được lưới nội mô, thì enzym protease sẽ cắt đi peptit tín hiệu để hình thành nên proinsulin có