- Исследование показывает, что в условиях низкого содержания кислорода эритроциты могут действовать как «поглотитель глюкозы» и поглощать значительно больше глюкозы из кровотока, чем считалось ранее.
- И количество эритроцитов, и их поглощение глюкозы увеличивались в условиях низкого содержания кислорода, усиливая их общее влияние на метаболизм глюкозы во всем организме.
- Воздействие гипоксии, например, на большой высоте, улучшило толерантность к глюкозе у мышей и обратило вспять высокий уровень сахара в крови, что предполагает потенциальную новую терапевтическую стратегию лечения диабета.
Контроль уровня сахара в крови, или гликемический контроль, является центральным компонентом лечения диабета. Основная цель состоит в том, чтобы
Это комплексная ежедневная работа, которая сочетает в себе мониторинг, корректировку образа жизни и, при необходимости, прием лекарств.
Физическая активность может быть полезной стратегией контроля уровня глюкозы в крови. Он работает за счет повышения чувствительности к инсулину, позволяя клеткам использовать доступный инсулин для поглощения глюкозы в кровотоке во время и после активности.
Аналогичным образом, некоторые лекарства от диабета помогают контролировать уровень глюкозы в крови, улучшая чувствительность к инсулину или увеличивая выработку инсулина.
Теперь исследования показывают, что другой компонент, присутствующий в крови, также играет роль в регулировании уровня сахара в крови, действуя как «глюкозная губка» и впитывая сахар из кровотока.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале «Cell Metabolism», сообщает, что эритроциты могут значительно увеличивать поглощение глюкозы в средах с низким содержанием кислорода, что может служить потенциальным объяснением снижения риска диабета, наблюдаемого на больших высотах.
Почему высота может иметь значение для уровня сахара в крови
Предыдущие наблюдательные исследования показали, что люди, живущие на возвышенностях, обычно имеют меньшую заболеваемость диабетом 2 типа.
Биологический механизм этого защитного эффекта неясен, но исследование, проведенное учеными из Института Гладстона, может дать ответ.
Изучая это наблюдение дальше, исследователи обнаружили, что при нехватке кислорода эритроциты адаптируются, вытягивая больше глюкозы из кровотока.
Этот эффект «поглотителя глюкозы» не только удовлетворяет собственные энергетические потребности клеток, но и снижает уровень сахара в крови.
Старший автор исследования Иша Джайн, доктор философии, младший исследователь Института Гладстона и научный сотрудник (профессор UCSF) рассказали о результатах исследования Медицинские новости сегодня.
«Мы выявили два механизма. Во-первых, количество эритроцитов увеличивается при хронической гипоксии, тем самым увеличивая общую способность потребления глюкозы. Во-вторых, отдельные эритроциты из гипоксической среды поглощают больше глюкозы на клетку из-за более высоких уровней переносчика глюкозы типа 1 (GLUT1)», — сказал Джайн.
«Мы выявили два механизма. Во-первых, количество эритроцитов увеличивается при хронической гипоксии, тем самым увеличивая общую способность потребления глюкозы. Во-вторых, отдельные эритроциты из гипоксической среды поглощают больше глюкозы на клетку из-за более высоких уровней переносчика глюкозы типа 1 (GLUT1)».
– Иша Джайн, доктор философии
«Мы также обнаружили, что гипоксические эритроциты быстрее метаболизируют глюкозу с образованием 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ), молекулы, которая помогает гемоглобину выделять кислород в ткани», — добавила она.
«Механизм включает в себя вытеснение дезоксигенированного гемоглобина глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (ГАФД) из клеточной мембраны, устраняя тормоз гликолиза», — пояснил исследователь.
Неожиданная роль эритроцитов
В ходе исследования ученые подвергали мышей воздействию условий, имитирующих высотную гипоксию. Это описывает ситуацию, когда ткани тела лишены достаточного количества кислорода.
Команда заметила, что уровень глюкозы в крови быстро падал, развивалась лучшая толерантность к глюкозе, а традиционные ткани, потребляющие глюкозу, такие как мышцы, мозг и печень, не могли полностью объяснить, куда уходит сахар.
Используя передовые методы визуализации, исследователи обнаружили, что эритроциты поглощают значительное количество сахара из кровообращения.
В условиях низкого содержания кислорода мыши не только производили больше эритроцитов, но и каждая клетка поглощала больше глюкозы, чем при нормальном уровне кислорода.
Исследователи предполагают, что эритроциты поддерживают доставку кислорода, одновременно снижая уровень сахара в крови, направляя глюкозу в пути, которые помогают генерировать молекулы, необходимые для эффективного выделения кислорода тканям.
«Хотя мы показали, что гипоксия обращает вспять гипергликемию на моделях диабета у мышей, мы не знаем, как эти результаты отражаются на физиологии человека или какая продолжительность и интенсивность воздействия потребуются», — сказал Джайн.
«Эпидемиологические связи интригуют и согласуются с нашими выводами, но многие факторы различаются между высокогорными и низкогорными популяциями, помимо уровня кислорода, включая диету, модели активности, генетику, доступ к здравоохранению», — сказала она нам.
«Для людей с диабетом, которые планируют заняться высотными видами спорта, безопасность должна оставаться главным приоритетом», — добавил автор исследования.
Может подойти не для всех типов диабета
Однако этот потенциально полезный эффект может подойти не всем людям, живущим с диабетом.
Люди, живущие с диабетом 1 типа, чаще страдают гипогликемией или низким уровнем сахара в крови, чем люди с диабетом 2 типа. Предыдущие исследования показали, что большая высота над уровнем моря может увеличить риск гипогликемии у людей с диабетом 1 типа, особенно во время физических упражнений.
Вероятно, это связано с комбинацией факторов, таких как роль эритроцитов на больших высотах, а также с потерей контррегуляторной гормональной реакции у людей, живущих с диабетом 1 типа.
Джайн отметил, что в исследовании изучалась хроническая адаптация к гипоксии у мышей, не получавших лекарств от диабета, поэтому пока неизвестно, как это может повлиять на людей, живущих с диабетом 1 типа.
«Люди с диабетом 1 типа, получающие инсулинотерапию, сталкиваются с совершенно другим физиологическим контекстом. Люди с диабетом, планирующие высотные мероприятия, должны тесно сотрудничать со своими медицинскими работниками», — сказала она нам.
Потенциальные последствия для лечения диабета
В дополнение к пониманию физиологии высоты, исследование предлагает потенциальные терапевтические возможности для управления уровнем сахара в крови.
Ученые протестировали небольшую молекулу под названием HypoxyStat, которая недавно была разработана в лаборатории Джайна. Этот препарат имитирует эффекты низкого содержания кислорода, изменяя способ связывания гемоглобина с кислородом. Плотнее захватывая кислород, он предотвращает его попадание в ткани.
В ходе исследования HypoxyStat смог обратить вспять гипергликемию или высокий уровень сахара в крови на мышиных моделях диабета, действуя даже лучше, чем некоторые существующие лекарства.
Когда его спросили, какие группы населения могут извлечь наибольшую пользу из этих результатов, Джайн ответил:
«Нам потребуются тщательно контролируемые исследования на людях, прежде чем рекомендовать терапию на основе высоты или гипоксии для конкретных групп пациентов, но выявленные нами механизмы могут когда-нибудь вдохновить терапевтические стратегии, не требующие воздействия на высоте».
«Мы показали, что HypoxyStat, небольшая молекула, разработанная нашей лабораторией, обращает вспять гипергликемию у мышей с диабетом, имитируя эффекты гипоксии. Это предполагает потенциальные фармакологические подходы без риска фактического воздействия гипоксии», — объяснила она.
Хотя эти результаты еще ранние и получены на моделях мышей, они поднимают интригующие вопросы о реакции организма на уровень кислорода и о том, смогут ли однажды методы лечения диабета использовать эти механизмы у людей.
«На данном этапе мы не можем утверждать, что эта работа поддерживает конкретные вмешательства, такие как гипоксическая тренировка или гипобарические камеры. Это потребует строгих клинических испытаний для установления безопасности и эффективности», — сказал Джайн.
«Наша работа обеспечивает ранее неизвестный механизм, связывающий уровень кислорода с гомеостазом глюкозы через эритроциты. Более непосредственным результатом может стать понимание динамики глюкозы у людей, которые уже живут на высоте или имеют условия, влияющие на количество эритроцитов», — отметил исследователь.