В 1921 году произошло событие, изменившее историю медицины – открытие инсулина, регулирующего уровень сахара в крови. Инсулин – это гормон, вырабатываемый поджелудочной железой. Наш организм улавливает малейшие колебания уровня глюкозы и поддерживает его постоянство за счет выделения этого гормона.
Диабет возникает либо из-за недостатка инсулина, либо из-за сниженной чувствительности организма к нему – так называемой инсулинорезистентности. Когда концентрация глюкозы в крови повышается, разница в осмотическом давлении приводит к притоку воды в сосуды. Избыток глюкозы выводится с мочой, что и дало название болезни – «сахарный диабет»[22].
В человеческом организме более 100 видов гормонов, но лишь один из них – инсулин – способен снижать уровень сахара в крови. В то же время гормонов, повышающих сахар, гораздо больше: гормон роста, кортикостероиды, адреналин, тиреоидные гормоны, глюкагон, соматостатин и другие. Такое преобладание вполне объяснимо с эволюционной точки зрения – организм животного должен быть готов к периодам нехватки пищи.
Современное человечество представляет собой редкий в исторической перспективе случай животного, не знающего проблем с пропитанием.
Сахарный диабет имеет несколько типов, среди которых наиболее важны диабет 1-го и 2-го типа. На долю 2-го типа приходится 90 % всех случаев заболевания, и именно он ассоциируется с привычным понятием «диабет» как болезни образа жизни. Диабет 2-го типа представляет собой хроническое заболевание, при котором сочетаются генетическая предрасположенность с такими факторами среды, как переедание, ожирение и недостаток физической активности, что приводит к инсулинорезистентности и снижению секреции инсулина.
Длительное воздействие повышенного уровня сахара вызывает повреждения различных органов. Наиболее характерны поражения нервов, глаз и почек. Повреждение периферических нервов проявляется онемением конечностей и снижением чувствительности. Кроме того, страдают мелкие сосуды по всему организму: повреждение капилляров сетчатки приводит к диабетической ретинопатии, которая в тяжелых случаях может вызвать слепоту. В Японии диабет занимает третье место среди причин потери зрения [6; 7].
Диабетическая нефропатия, вызванная повреждением почечных сосудов, постепенно разрушает функции почек и в конечном счете приводит к необходимости диализа. Среди заболеваний, требующих назначения диализа, диабет занимает первое место, составляя около 40 % случаев [8].
Высокий уровень сахара также ослабляет иммунную функцию, из-за чего небольшие раны на ногах могут незаметно перерасти в серьезные инфекции. В сочетании с плохим кровообращением в мелких сосудах это приводит к гангрене – типичному осложнению диабета, иногда требующему ампутации. У пациентов с диабетом вероятность ампутации ноги в 30 раз выше, чем у остальных [9].
Как видно из описания, диабет 2-го типа – это хроническое заболевание, медленно разрушающее организм. В то же время диабет 1-го типа имеет совершенно другие особенности. Он не связан с образом жизни и чаще проявляется в детском или подростковом возрасте. Его причина – разрушение бета-клеток поджелудочной железы, вырабатывающих инсулин, что приводит к абсолютному дефициту гормона. В большинстве случаев это происходит из-за ошибочной атаки иммунной системы на собственную поджелудочную железу.
Главная проблема – почти полное отсутствие выработки инсулина. Без его инъекций пациент не может выжить. В начале XX века, когда инсулин еще не открыли, люди с этим диагнозом жили недолго и умирали в течение нескольких лет после появления симптомов.
Что же происходит в организме при отсутствии инсулина?
Хотя мы и называем инсулин гормоном, снижающим уровень сахара в крови, точнее сказать, что это гормон, который обеспечивает поступление глюкозы из крови в клетки, где она используется как источник энергии. Снижение уровня сахара в крови – лишь следствие этого процесса. Без инсулина организм не может эффективно производить энергию и быстро теряет вес [7].
Когда глюкозу невозможно использовать как источник энергии, организм начинает в больших количествах расщеплять жиры для производства энергии. При этом побочным продуктом становятся кетоновые тела – кислые вещества, которые накапливаются в организме, смещая pH крови в кислотную сторону. Это состояние называется диабетическим кетоацидозом и без срочного введения инсулина приводит к коме и смерти [8]. Для нормальной работы всех органов человеческого тела кровь должна постоянно поддерживаться в нейтральном диапазоне pH.
До открытия инсулина сахарный диабет 1 типа был неизлечимой болезнью, которая забирала жизни молодых людей в кратчайшие сроки [9].
История диабета насчитывает тысячелетия. В папирусах Древнего Египта, датируемых XV веком до н. э., упоминался характерный симптом диабета – полиурия (обильное мочеиспускание). Гиппократ также описывал симптомы этого заболевания. В Японии известно, что Фудзивара-но Митинага, живший в эпоху Хэйан, страдал от проявлений диабета. Однако не только существование инсулина, но даже связь поджелудочной железы с диабетом оставалась неизвестной вплоть до второй половины XIX века. Из более чем трехтысячелетней истории болезни лишь недавно раскрыли ее истинную природу.
Переломный момент в изучении диабета наступил в 1889 году. Немецкий врач Оскар Минковский заметил, что у собак с удаленной поджелудочной железой развивается диабет. Животные проявляли характерные симптомы: чрезмерную жажду и полиурию, впадали в кому и погибали. Хотя было известно, что поджелудочная выделяет пищеварительные соки в двенадцатиперстную кишку, ее роль в регуляции уровня сахара в крови обнаружили лишь тогда.
Многие исследователи пытались выделить лечебное вещество из поджелудочной железы, но сталкивались с трудностями – пищеварительные ферменты панкреатического сока разрушали белковый гормон. Неожиданное открытие инсулина произошло в 1920 году. Двадцатидевятилетний канадский хирург Фредерик Бантинг, не имевший опыта лечения диабета, готовился к лекции для студентов. Изучая литературу об углеводном обмене, он пришел к гениальной идее.
Бантинг предположил: если перевязать выводной проток поджелудочной железы у животных, разрушив тем самым клетки, вырабатывающие пищеварительные ферменты, можно выделить чистый гормон. По своей природе гормоны – это вещества, поступающие непосредственно в капилляры, минуя выводные протоки (такие, как панкреатический). Перевязка протока приведет к повышению давления панкреатического сока, что разрушит только клетки, производящие ферменты, и позволит выделить гормон, не поврежденный пищеварительными ферментами.
Рис. 52. Ф. Бантинг
Рис. 53. Выделение инсулина из поджелудочной железы
Чтобы воплотить свою идею, в ноябре 1920 года Бантинг впервые встретился с профессором физиологии Торонтского университета Джоном Маклеодом. Из-за того что у Бантинга было мало знаний о диабете и недостаточно опыта в экспериментах, Маклеод неохотно предоставил ему лабораторное оборудование. Это решение впоследствии привело к открытию, которое назовут «Торонтским чудом».
В 1921 году Бантингу удалось выделить гормон из поджелудочной железы собаки, используя описанный метод. Когда его ввели другой собаке с диабетом, результат оказался поразительным. Собака по кличке Марджори, несмотря на полное удаление поджелудочной железы, прожила более 70 дней и стала самым известным лабораторным животным в мире.
Уже в январе 1922 года инсулин впервые применили для лечения 14-летнего мальчика с диабетом 1 типа, что привело к резкому улучшению его состояния. Вскоре, благодаря сотрудничеству Торонтского университета с американской фармацевтической компанией Eli Lilly, началось массовое производство инсулина из поджелудочных желез свиней, что позволило спасать жизни диабетиков по всему миру.
Всего через три года после своего открытия, в 1923 году, Бантинг совместно с Маклеодом получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Совершивший настоящий научный подвиг Бантинг трагически погиб в авиакатастрофе в феврале 1941 года в возрасте всего 49 лет.
Дата 14 ноября, объявленная Всемирным днем борьбы с диабетом, ежегодно отмечается по всему миру масштабными акциями подсветки зданий. В Японии более 100 объектов по всей стране освещаются синим светом, параллельно проводятся просветительские мероприятия. Этот день выбран неслучайно: 14 ноября – день рождения Фредерика Бантинга.
Рис. 54. Д. Маклеод
После открытия инсулина для лечения диабета долгое время использовали инсулин животного происхождения – бычий и свиной. Однако средства, полученного от домашних животных, было явно недостаточно для удовлетворения долгосрочных потребностей всех пациентов. Только один больной диабетом в год требовал инсулина, извлеченного из 70 свиней. Кроме того, животный инсулин иногда вызывал аллергические реакции.
В 1970-х годах прогресс в генной инженерии позволил решить эту проблему. Благодаря технологии рекомбинантной ДНК стало возможным химически синтезировать человеческий инсулин. Метод заключался в массовом выращивании кишечной палочки с внедренным геном инсулина, заставляя бактерии производить гормон.
В 1983 году компания Eli Lilly совместно с биотехнологическим стартапом Genentech, созданным специально для разработки лекарств методами генной инженерии, выпустила первый в мире препарат человеческого инсулина «Хумулин». Это стало первым в истории лекарством, созданным с помощью технологии рекомбинантной ДНК. С этого момента множество препаратов начали производить аналогичным способом.
Сегодня технологии генной инженерии незаменимы в разработке лекарственных препаратов, и ключевую роль в процессе играют бактерии. Они с удивительной легкостью производят в огромных количествах вещества, которые человек никогда не смог бы синтезировать самостоятельно [10].
Инсулиновые препараты значительно усовершенствовались, чтобы точнее имитировать естественную секрецию инсулина в организме. Были созданы различные типы инсулинов, которые сейчас применяются в огромных количествах по всему миру. Помимо них, существует множество других препаратов для лечения диабета, которые подбираются индивидуально в зависимости от состояния пациента.
Однако достижение идеального контроля уровня сахара в крови остается крайне сложной задачей, а упомянутые ранее осложнения по-прежнему представляют серьезную проблему. Если раньше диабет 1 типа приводил к ранней смерти, теперь он превратился в хроническое заболевание, что, в свою очередь, привело к длительному риску развития осложнений.
Согласно данным Международной диабетической федерации (IDF) за 2019 год, в мире насчитывается 463 миллиона заболевших – то есть каждый 11-й человек [10]. Основные причины – глобальная урбанизация, старение населения и ожирение.
Борьба с диабетом, история которого насчитывает более 3000 лет, по сути, только начинается.