Biologie bovenbouw · Grades 10–12
32Bloedglucose en diabetes
Vijf liter bloed, één gram glucose in elke liter: vijf gram in totaal, ongeveer een suikerklontje. Alleen de hersenen al verbranden die hoeveelheid elk uur, dag en nacht, en kunnen niets anders gebruiken. Toch houdt iemand die een dag lang niets eet, of in één keer een hele taart opeet, de concentratie op enkele tienden van een gram per liter na op dezelfde waarde — en iemand van wie de alvleesklier het heeft laten afweten niet, met gevolgen die van dorst tot coma reiken. Dit hoofdstuk gaat over het nauwkeurigst bewaakte getal van het lichaam, de organen die het vasthouden, en wat er in de twee vormen van diabetes gebeurt wanneer zij dat niet kunnen.
32.1 Een geregelde constante
Definitie 32.1 (Bloedglucosespiegel)
De bloedglucosespiegel is de concentratie glucose in het bloedplasma: ongeveer () vóór een maaltijd bij een gezond mens, oplopend tot binnen een uur na het eten en binnen twee uur weer terug, en dalend tot na een dag vasten. Onder falen de hersenen (verwarring, dan coma); boven lekt er glucose in de urine, en jaren boven beschadigen vaten en zenuwen. De bloedglucosespiegel is een geregelde grootheid: een waarde die bij een streefwaarde wordt gehouden door een stelsel dat haar meet en bijstuurt.
Propositie 32.2 (De glucosevoorraad en haar stromen)
De glucose in het bloed vormen een voorraad waar grote stromen doorheen gaan. Toevoer: de darm na een maaltijd (tot in een uur), en tussen de maaltijden de lever, die glucose afgeeft uit haar opgeslagen glycogeen (, een halve dag voorraad) en nieuwe glucose maakt uit aminozuren en lactaat. Afvoer: de hersenen (, constant), de spieren (van enkele grammen tot bij inspanning), andere weefsels, en de opslag als glycogeen in de lever en de spieren of als vet. Een voorraad van die met tientallen grammen per uur wordt gevuld en geleegd, is alleen stabiel omdat de stromen van minuut tot minuut worden bijgesteld.
Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎
Voorbeeld 32.3 (Een dag bloedglucose)
Ontbijt om 8 uur: de spiegel stijgt van tot tegen 9 uur en is om 10 uur terug op , waarbij het overschot in het glycogeen van lever en spieren is verdwenen. Van 10 tot 13 uur geeft de lever glycogeen af en blijft de waarde rond . Een rondje hardlopen om 17 uur trekt in een uur de spieren in; de lever leegt de helft van haar voorraad om bij te blijven, en de waarde zakt naar . ’s Nachts maakt de lever nieuwe glucose uit aminozuren, en om 7 uur is de waarde . Er is driehonderd gram door een voorraad van vijf gegaan.
32.2 De alvleesklier houdt de balans
Propositie 32.4 (Twee hormonen uit de eilandjes)
Verspreid door de alvleesklier, tussen de cellen die verteringsenzymen maken, liggen een miljoen kleine trosjes cellen, de eilandjes. Hun cellen meten de bloedglucosespiegel van het bloed dat langsstroomt en scheiden er twee hormonen in af:
- insuline, uit de -cellen, wanneer de spiegel stijgt: zij laat spier- en vetcellen glucose opnemen, en de lever en de spieren haar als glycogeen opslaan; de spiegel daalt;
- glucagon, uit de -cellen, wanneer zij daalt: het laat de lever glycogeen afbreken en glucose afgeven; de spiegel stijgt.
De twee werken op dezelfde organen in tegengestelde richting; hun verhouding, om de paar minuten opnieuw ingesteld door de gemeten spiegel, is de regeling. Insuline is het enige hormoon dat de bloedglucosespiegel verlaagt; verscheidene verhogen haar.
Bewijsmateriaal. De alvleesklier van een hond weghalen (1889) maakt hem binnen een dag suikerziek: zijn spiegel verdrievoudigt en er verschijnt glucose in zijn urine; de buis afbinden die de verteringsenzymen afvoert doet dat niet, dus is het gevolg niet van de vertering. Een uittreksel van de eilandjes inspuiten (1921) verlaagt binnen enkele uren de spiegel van een suikerzieke hond, en van een suikerziek kind; de werkzame stof, de insuline, werd hetzelfde jaar gezuiverd. Losgemaakte eilandjes in een schaaltje scheiden insuline af wanneer de glucose van het medium wordt verhoogd en glucagon wanneer zij wordt verlaagd. Ingespoten glucagon verhoogt binnen enkele minuten de spiegel van iemand die vast, en alleen als de lever glycogeen bezit. ∎
Voorbeeld 32.5 (De lus aan het werk)
Na een maaltijd klimt de spiegel; binnen enkele minuten geven de -cellen insuline af, openen de spieren en de vetcellen hun glucosepoorten, schakelt de lever over op glycogeen maken, en zakt de waarde terug — waarop ook de afgifte van insuline daalt. Tussen de maaltijden wordt de neiging omlaag door glucagon beantwoord, wordt er glycogeen afgebroken, en houdt de waarde stand. Geen van beide hormonen is ooit afwezig; hun verhouding schuift, en de bloedglucosespiegel volgt haar binnen een smalle band.
32.3 Wanneer de lus faalt: diabetes
Definitie 32.6 (Diabetes)
Diabetes is een blijvend teveel aan bloedglucose: boven nuchter, of boven twee uur na een standaardhoeveelheid glucose. De vroege tekenen volgen uit dat teveel: glucose in de urine, die water met zich meesleept (veel urine, dorst), en gewichtsverlies wanneer cellen de glucose om hen heen niet kunnen gebruiken. De late schade — aan de kleine vaten van oog en nier, aan zenuwen, aan de slagaders — komt van jaren waarin glucose met eiwitten reageert. Twee ziekten delen die naam.
Propositie 32.7 (Type 1 en type 2)
- Diabetes type 1 (ongeveer 10% van de gevallen) is de vernietiging van de -cellen door het eigen afweersysteem van de patiënt, meestal op kinder- of jeugdleeftijd: de insuline ontbreekt. De spiegel stijgt ongeremd, er wordt vet verbrand bij gebrek aan bruikbare glucose en de zure producten daarvan hopen zich op; zonder ingespoten insuline is de ziekte binnen enkele maanden dodelijk. De behandeling is insuline, meermaals per dag, gedoseerd op de maaltijden en de gemeten spiegel, levenslang.
- Diabetes type 2 (ongeveer 90%) ontwikkelt zich bij volwassenen, meestal met overgewicht en weinig beweging: de weefsels reageren steeds minder op insuline (insulineresistentie), de -cellen maken dat goed door er meer af te scheiden, en na jaren raken zij uitgeput. De insuline is er wel maar volstaat niet. De aanleg is deels erfelijk (Hoofdstuk 16); de aanleiding is de manier van leven, en de eerste behandeling is die veranderen — afvallen en bewegen — vóór medicijnen en, laat, insuline.
Bewijsmateriaal. Patiënten met type 1 hebben jaren vóór de klachten al antistoffen tegen hun eigen eilandjescellen, en bij de diagnose zijn hun eilandjes vrijwel leeg van -cellen en doortrokken van witte bloedcellen; hun insuline in het bloed is niet te meten en zij reageren meteen op ingespoten insuline. Patiënten met type 2 hebben bij de diagnose een normale of hoge insuline; hun spier- en vetcellen nemen bij eenzelfde hoeveelheid insuline minder glucose op dan die van een gezond mens; eeneiige tweelingen delen de ziekte in 70% van de gevallen, en afvallen of alleen al een wandelprogramma herstelt bij vele vroege gevallen een normale spiegel. ∎
Voorbeeld 32.8 (Een dag met type 1 sturen)
Een meisje met type 1 meet vóór elke maaltijd haar bloedglucose met een druppel bloed, telt de koolhydraten op haar bord, en spuit een dosis snelle insuline in die daarmee evenredig is — ongeveer één eenheid per — plus één keer per dag een trage insuline voor de achtergrond. Te veel insuline, of een overgeslagen maaltijd, en de waarde zakt onder : zweten, beven, verwarring, in enkele minuten verholpen met suiker. Te weinig, en de waarde blijft boven met dorst en vermoeidheid, en de vaten lopen in stilte de schade op. Zij doet met de hand wat haar -cellen met terugkoppeling deden.
Methode 32.9 (Een verslag van bloedglucosewaarden lezen)
- Zoek de streefwaarde en de band: nuchter , na maaltijden onder ; twee uur na een hoeveelheid glucose onder (gezond), (verminderd), boven (diabetes).
- Vraag je bij elke stijging af wat er glucose in bracht (maaltijd, lever) en wat haar eruit zou moeten halen (de doelwitten van de insuline); bij elke daling, wat haar eruit haalde (hersenen, spier) en wat haar terug zou moeten brengen (glucagon, de lever).
- Lees de hormonen samen met de glucose: de insuline hoort met de spiegel te stijgen en het glucagon te dalen; afwezige insuline betekent type 1, hoge insuline bij een hoge spiegel betekent resistentie.
- Reken de eenheden om waar nodig: glucose is .
Opmerking 32.10 (Een model van regeling)
Voeler, streefwaarde, twee tegengestelde uitvoerders, negatieve terugkoppeling: de regeling van de bloedglucose heeft hetzelfde ontwerp als de regeling van het testosteron in Hoofdstuk 20, en als het ontwerp van de meeste constanten van het lichaam — temperatuur, water, bloeddruk, zuurgraad. Diabetes is hoe een geregelde constante eruitziet wanneer haar lus is gebroken: de waarde reageert nog altijd op wat er binnenkomt, maar niets brengt haar terug. De krommen van dit hoofdstuk lezen is oefening in het lezen van elk van hen.
32.4 Oefeningen
Oefening 32.1 ★
Geef de normale nuchtere bloedglucosespiegel in en in , en de twee gevaargrenzen.
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.1.
Ongeveer , dus . Onder falen de hersenen; boven gaat er glucose in de urine (en jaren boven beschadigen de vaten).
Oefening 32.2 ★
Noem de twee hormonen van de eilandjes, de cellen die hen maken, en het gevolg van elk voor de bloedglucosespiegel.
Oefening 32.3 ★
Welk orgaan kan glucose zowel opslaan als afgeven? In welke vorm slaat het haar op?
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.3.
De lever, als glycogeen (en zij kan ook nieuwe glucose maken uit aminozuren en lactaat).
Oefening 32.4 ★
Noem in telkens één zin het wezenlijke verschil tussen diabetes type 1 en type 2.
Oefening 32.5 ★
Lees in de figuur van de tolerantietest de drie krommen op 120 minuten af en deel elk in.
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.5.
Gezond ongeveer ; verminderde tolerantie ongeveer (tussen 1.4 en 2); type 2 ongeveer (boven 2).
Oefening 32.6 ★★
De hersenen gebruiken glucose per uur en het bloed bevat er . Leg uit waarom iemand een uur na een maaltijd niet buiten bewustzijn raakt, en noem het orgaan en het hormoon die daarvoor zorgen.
Oefening 32.7 ★★
Leg uit waarom de alvleesklier weghalen diabetes veroorzaakt en haar buis afbinden niet, en wat dat laat zien over waar de insuline wordt gemaakt en hoe zij reist.
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.7.
De buis voert verteringsenzymen naar de darm; die afsluiten laat de spiegel normaal, dus loopt het gevolg van de alvleesklier voor de glucose niet via de vertering. Het hele orgaan weghalen haalt de eilandjes weg: de insuline wordt in de alvleesklier gemaakt en bereikt haar doelwitten via het bloed en niet via de buis.
Oefening 32.8 ★★
Iemand die vast krijgt een inspuiting glucagon: de spiegel stijgt in 20 minuten met . Dezelfde inspuiting na drie dagen vasten doet niets. Verklaar dat.
Oefening 32.9 ★★
Waarom plast iemand met diabetes veel en heeft hij dorst?
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.9.
Boven ongeveer kunnen de nieren niet alle glucose die zij filteren weer opnemen; die gaat in de urine en trekt door osmose water mee. Het verloren water moet worden aangevuld: dorst.
Oefening 32.10 ★★
Een patiënte met type 1 spuit haar gebruikelijke dosis insuline in en slaat dan de lunch over. Voorspel wat er de volgende twee uur gebeurt en waarom.
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.10.
De insuline drijft glucose de spieren en de vetcellen in en stopt de afgifte door de lever, maar er komt geen glucose binnen: de spiegel zakt binnen een uur of twee onder , met zweten, beven en verwarring; meteen suiker nemen verhelpt dat.
Oefening 32.11 ★★
Leg uit waarom beweging de bloedglucosespiegel van iemand met type 2 verlaagt, zelfs zonder enige verandering in de insuline, met behulp van Hoofdstuk 10.
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.11.
Een werkende spier neemt glucose uit het bloed op langs een weg die geen insuline nodig heeft, en een getrainde spier wordt tussen de sessies weer gevoeliger voor insuline; de spiegel daalt tijdens en na de inspanning, en de resistentie van de weefsels, de oorzaak van de ziekte, wordt kleiner.
Oefening 32.12 ★★★
Twee patiënten hebben nuchter een spiegel van . De ene heeft geen meetbare insuline; de andere heeft drie keer de normale insuline. Stel bij elk de diagnose, en zeg wat de eilandjes van elke patiënt doen.
Oefening 32.13 ★★★
Teken, of beschrijf, de krommen van de bloedglucose en van de insuline over de drie uur na een maaltijd bij een gezond mens, bij een onbehandelde patiënt met type 1, en bij een patiënt met type 2. Verklaar elk verschil.
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.13.
Gezond: de spiegel stijgt na 30–60 minuten tot ongeveer en is na 2 uur terug; de insuline stijgt en daalt met haar mee. Onbehandeld type 1: de spiegel klimt boven en blijft daar; de insuline blijft op nul — niets haalt de glucose weg. Type 2: de spiegel stijgt hoog en daalt traag; de insuline stijgt hoger dan normaal en blijft hoog — veel hormoon, weinig gevolg.
Oefening 32.14 ★★★
Een maaltijd bevat koolhydraten. Wat zou de bloedglucosespiegel worden als die allemaal in één keer in het bloed kwamen? Leg uit waarom dat nooit gebeurt, en noem de bestemmingen van de glucose in de eerste twee uur.
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.14.
in : . Dat gebeurt nooit omdat de opname een uur of twee duurt, en terwijl de glucose binnenkomt stuurt de insuline haar naar het leverglycogeen, het spierglycogeen en het vet, terwijl de hersenen en de weefsels er wat van verbranden: de voorraad bevat nooit meer dan een paar gram boven de normale waarde.
Oefening 32.15 ★★★
Vergelijk de regeling van de bloedglucose met die van het testosteron in Hoofdstuk 20: voeler, streefwaarde, uitvoerders, teken van de terugkoppeling. Wat is er bijzonder aan twee tegengestelde hormonen?
Oplossing
Oplossing van Oefening 32.15.
Beide: een voeler (cellen van de eilandjes; hypothalamus en hypofyse), een streefwaarde, uitvoerders, en negatieve terugkoppeling die het signaal wegneemt. De bloedglucose heeft twee tegengestelde hormonen die op dezelfde organen werken, zodat de grootheid actief zowel omhoog als omlaag kan worden geduwd; de lus van het testosteron heeft één hormoon en stuurt vooral bij met meer of minder daarvan. Twee tegengestelde uitvoerders geven een snellere, strakkere sturing van een grootheid die in beide richtingen snel verandert.
32.5 Probleem: Vijf gram suiker
Probleem 32.1
Weekendprobleem — de glucose van het bloed een dag lang verantwoord: de voorraad en haar stromen, een tolerantietest gelezen, een dosis insuline berekend, en een lus die met de hand moet worden vervangen
Neem een bloedvolume van , een verbruik van de hersenen van glucose, een voorraad leverglycogeen van , en spierglycogeen van . Eén eenheid snelle insuline verwerkt ongeveer koolhydraten.
Deel I — De voorraad.
- Bereken de massa glucose in het bloed bij , en dezelfde concentratie in (glucose ).
- Hoe lang zou de glucose van het bloed alleen de hersenen strekken, als er niets voor in de plaats kwam?
- Tussen de maaltijden vervangt de lever haar. Hoe lang strekt het glycogeen van de lever voor de hersenen? Wat gebeurt er daarna?
- Het spierglycogeen is vier keer dat van de lever, maar spieren kunnen geen glucose aan het bloed afgeven. Leg uit waarom spierglycogeen de hersenen niet helpt, en waar het voor dient.
- Een maaltijd levert in een uur glucose. Wat zou de spiegel bereiken als er niets werd weggehaald? Wat haalt haar werkelijk weg, en waar gaat zij heen?
Deel II — De test. Een patiënt drinkt glucose. Gemeten bloedglucose en insuline:
| minuten | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 180 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| bloedglucose (g/L) | 1.15 | 1.8 | 2.05 | 2.0 | 1.85 | 1.6 |
| insuline (% van een gezonde piek) | 90 | 140 | 180 | 200 | 190 | 160 |
- Deel de patiënt in met de grenzen van Methode 32.9.
- Ontbreekt de insuline? Wat faalt er dan wel?
- Noem de ziekte, en geef twee zaken uit de voorgeschiedenis van de patiënt die je zou verwachten.
- Hoe zou dezelfde tabel eruitzien bij een onbehandelde patiënt met type 1?
- Welke behandeling wordt als eerste voorgeschreven, en langs welk mechanisme werkt zij?
Deel III — De lus met de hand draaien. De bloedglucose van een patiënte met type 1 is vóór het avondeten; de maaltijd bevat koolhydraten.
- Bereken de dosis snelle insuline voor de maaltijd.
- Zij spuit die in maar eet maar de helft van de maaltijd. Schat hoe ver de spiegel kan zakken, en noem de klachten en het middel.
- Zij spuit niets in en eet de hele maaltijd. Schat de spiegel als de allemaal in een voorraad van kwamen, en zeg wat de nieren boven doen.
- Waarom moet zij ’s nachts, wanneer zij niets eet, ook een trage insuline inspuiten?
- Leg uit in welk opzicht de meter en de pen de -cel vervangen, en wat zij niet kunnen vervangen.
Deel IV — De lus, doordacht.
- Een medicijn zet de -cellen aan om meer insuline af te scheiden. Bij welk type diabetes kan het werken, en waarom niet bij het andere?
- Iemand met type 2 valt af en wandelt een uur per dag; zes maanden later is de tolerantietest normaal. Leg uit welk deel van de lus is hersteld.
- Leg uit waarom de insuline en het glucagon van een gezond mens nooit allebei hoog zijn, en wat een eilandje in een schaaltje doet wanneer de glucose van het medium op wordt gezet.
- Glucagon, adrenaline, cortisol en groeihormoon verhogen allemaal de bloedglucose; alleen insuline verlaagt haar. Stel voor waarom het lichaam verscheidene beveiligingen tegen een lage spiegel heeft en één tegen een hoge.
- Geef het resultaat: de glucose in het bloed, de uren die de lever kan overbruggen, de diagnose van deel II, en de dosis van deel III.
Oplossing
Oplossing van Probleem 32.1.
1. ; .
2. Eén uur.
3. uur. Daarna maakt de lever nieuwe glucose uit aminozuren (en lactaat), ten koste van de eiwitten van het lichaam.
4. Spiercellen missen het enzym dat vrije glucose uit glycogeen aan het bloed afgeeft; hun glycogeen wordt ter plekke verbrand, voor hun eigen samentrekking.
5. in : . De insuline stuurt de glucose naar het lever- en spierglycogeen en naar het vet, en de weefsels verbranden er wat van; de spiegel piekt rond .
6. Nuchter (onder 1.26) maar op 120 minuten (tussen 1.4 en 2): verminderde tolerantie, op de drempel van diabetes.
7. Nee: de insuline zit op twee keer een gezonde piek. De reactie van de weefsels erop faalt — insulineresistentie.
8. Type 2 (of het waarschuwende stadium). Verwacht: volwassen, overgewicht, weinig beweging, vaak met suikerzieke familieleden.
9. Een spiegel die boven begint, boven stijgt en niet zakt; de insuline blijft de hele tijd bij nul.
10. Afvallen en geregeld bewegen: zij herstellen de gevoeligheid van de weefsels voor insuline en laten werkende spieren glucose opnemen zonder haar.
11. eenheden.
12. De dosis verwerkt maar er komt maar binnen: de overtollige insuline duwt de spiegel omlaag met het equivalent van in de voorraad en de opslag — ruim onder : zweten, beven, verwarring; meteen suiker.
13. als er niets werd weggehaald; in werkelijkheid enkele . Boven laten de nieren glucose in de urine, met water mee: veel urine en dorst.
14. Tussen de maaltijden zou de lever anders ongeremd glucose afgeven (glucagon werkt, niets houdt het tegen) en zouden de weefsels vet verbranden met zure producten: er is een achtergrond van insuline nodig voor de basisbalans, niet alleen voor de maaltijden.
15. De meter meet de bloedglucose zoals de -cel dat deed; de pen levert de insuline die zij zou hebben afgescheiden. Zij kunnen de voortdurende bijstelling van minuut tot minuut niet vervangen: de patiënt meet een paar keer per dag en schat, terwijl de cel onophoudelijk mat en precies reageerde.
16. Type 2, waarvan de -cellen er zijn en kunnen worden aangezet. Bij type 1 zijn er geen -cellen om aan te zetten.
17. De reactie van de weefsels op insuline — de uitvoerderskant van de lus: met minder vet en actieve spieren geeft een normaal insulinesignaal weer een normale opname, en de -cellen krijgen lucht.
18. Elk wordt afgescheiden als antwoord op de tegengestelde afwijking van dezelfde grootheid: een hoge spiegel roept insuline en legt glucagon stil, een lage andersom. Bij scheidt het eilandje ze allebei in een laag, evenwichtig tempo af — zijn rusttoestand.
19. Een lage spiegel doodt de hersenen binnen enkele minuten, een hoge beschadigt traag over jaren: het acute gevaar heeft verscheidene onafhankelijke wachters, het trage één — en daarom is het uitvallen van de insuline alleen al genoeg om een ziekte te veroorzaken, en daarom is diabetes veelvoorkomend.
20. Ongeveer glucose in het bloed; het glycogeen van de lever overbrugt ongeveer 20 uur; de patiënt van deel II heeft een verminderde tolerantie op de rand van diabetes type 2; de dosis van deel III is 9 eenheden.