Одним з інтегральних показників внутрішнього середовища, що відображає обмін в організмі вуглеводів, білків і жирів, є концентрація в крові глюкози. Вона є нетільки джерелом енергії для синтезу жирів і білків, а й субстратом для їх синтезу. У печінці відбувається новоутворення вуглеводів з жирних кислот і амінокислот.
Нормальне функціонування клітин нервової системи, поперечносмугастих і гладких м'язів, для яких глюкоза є найважливішим енергосубстратов, можливо за умови, що приплив до них глюкози забезпечить їх енергетичні потреби. Це досягається при вмісті в літрі крові у людини всередньому 1 г (08-12 г) глюкози (рис. 12.2). Зі схеми на цьому малюнку випливає, що при нормальному рівні вмісту глюкози в крові відбувається утворення глікогену в печінці і м'язах, синтез жирів, її споживання клітинами мозку, м'язами та іншими тканинами. В умовах гіперглікемії надмірна кількість глюкози видаляється з крові через нирки, збільшується синтез глікогену. При гіпоглікемії посилюється глікогеноліз під впливом адреналіну і глюкагону.
Зрушення вконцентрації глюкози в крові від «заданого» (константного) значення сприймаються глюкорецептори гіпоталамуса, який реалізує свої регулюючі впливу на клітини через симпатичний і парасимпатичні відділи вегетативної нервової системи. Ці впливи обумовлюють термінове підвищення або зниження вироблення інсуліну, глюкагону і адреналіну ендокринною апаратом підшлункової залози і надниркових залоз. Більш повільний ефект гіпоталамічних впливів здійснюється через гормонигіпофіза. Для підтримки константного рівня концентрації глюкози існує і більш коротка петля зворотного зв'язку - вплив глюкози, що циркулює в крові, безпосередньо на бета-клітини острівців Лангерганса підшлункової залози, що виробляють гормон інсулін.
При зниженні вмісту глюкози в літрі крові до рівня менше 05 г, викликаному голодуванням, передозуванням інсуліну, має місце недостатність постачання енергією клітин мозку. Порушення їхфункцій виявляється почастішанням серцебиття, слабкістю і тремором м'язів, запамороченням, посиленням потовиділення, відчуттям голоду. При подальшому зниженні концентрації глюкози в крові вказаний стан, іменоване гіпоглікемією, Може перейти в гіпоглікемічну кому, Що характеризується пригніченням функцій мозку аж до втрати свідомості. Введення в кров глюкози, прийом сахарози, ін'єкція глюкагону попереджають або послаблюють ці проявигіпоглікемії. Короткочасне підвищення рівня глюкози в крові ( Гіперглікемія ) Не становить загрози для здоров'я людини.
У крові організму людини звичайно міститься близько 5 г глюкози. При середньодобовому споживанні з їжею дорослою людиною, що займаються фізичною працею, 430 г вуглеводів в умовах відносного спокою, тканинами щохвилини споживається близько 03 г глюкози. При цьому запасів глюкози вциркулюючої крові достатньо для живлення тканин на 3-5 хв і без її заповнення неминуча гіпоглікемія. Споживання глюкози зростає при фізичному і психоемоційної навантаженнях. Так як періодичний (кілька разів на день) прийом вуглеводів з їжею не забезпечує постійного і рівномірного притоку глюкози з кишечнику в кров, в організмі існують механізми, що заповнюють спад глюкози з крові в кількостях, еквівалентних її споживання тканинами. При достатньому рівні концентраціїглюкози в крові вона частково перетворюється в запасається форму - глікоген. При рівні більше 18 г в літрі крові відбувається виведення її з організму з сечею.
Надлишок глюкози, Що надійшла з кишечника в кров ворітної вени, поглинається гепатоцитами. При підвищенні в них концентрації глюкози активуються ферменти вуглеводного обміну печінки, що перетворюють глюкозу в глікоген. У відповідь на підвищення рівня цукру в крові, що протікає через підшлункову залозу, зростає секреторна активність бета-клітин острівців Лангерганса. У кров виділяється більша кількість інсуліну - єдиного гормону, що володіє різким знижувальним концентрацію цукру в крові дією. Під впливом інсуліну підвищується проникність для глюкози плазматичних мембран клітин м'язової та жирової тканин. Інсулін активує в печінці і м'язах процеси перетворення глюкози в глікоген, покращує її поглинання і засвоєння скелетними, гладкими і серцевої м'язами. Під впливом інсуліну в клітинах жирової тканини із глюкози синтезуються жири. Одночасно виділяється у великих кількостях інсулін гальмує розпад глікогену печінки і глюконеогенез.
Вміст глюкози в крові оцінюється глюкорецептори переднього гіпоталамуса, а також його полісенсорна нейронами. У відповідь на підвищення рівня глюкози в крові вище «заданого значення» (> 12 г /л) зростає активність нейронів гіпоталамуса, які за допомогою впливу парасимпатичної нервової системи на підшлункову залозу посилюють секрецію інсуліну.
При зниженні рівня глюкози в крові зменшується її поглинання гепатоцитами. У підшлунковій залозі знижується секреторна активність бета-клітин, зменшується секреція інсуліну. Гальмуються процеси перетворення глюкози в глікоген в печінці і м'язах, зменшується поглинання і засвоєння глюкози скелетними і гладкими м'язами, жировими клітинами. За участю цих механізмів сповільнюється або запобігає подальше зниження рівня глюкози в крові, яке могло б привести до розвитку гіпоглікемії.
При зменшенні концентрації глюкози в крові має місце підвищення тонусу симпатичної нервової системи. Під її впливом посилюється секреція в мозковій речовині надниркових залоз адреналіну і норадреналіну. Адреналін, стимулюючи розпад глікогену в печінці і м'язах, викликає підвищення концентрації цукру в крові. Норадреналін має слабко здатністю підвищувати рівень глюкози в крові.
Під впливом симпатичної нервової системи стимулюється вироблення альфа-клітинами підшлункової залози глюкагону, Який активує розпад глікогену печінки, стимулює глюконеогенез і призводить до підвищення рівня глюкози в крові.
Зниження в крові концентрації глюкози, Що є для організму одним з найбільш важливих енергетичних субстратів, викликає розвиток стресу. У відповідь на зниження рівня цукру крові глюкорецепторние нейрони гіпоталамуса через рилізинг-гормони стимулюють секрецію гіпофізом у кров гормону росту і адренокортикотропного гормону.
Під впливом гормону росту зменшується проникність клітинних мембран для глюкози, Посилюється глюконеогенез, активується секреція глюкагону, у результаті чого рівень цукру в крові збільшується.
Секретуються під дією адренокортикотропного гормону в корі надниркових залоз глюкокортикоїди активують ферменти глюконеогенеза і цим сприяють збільшенню вмісту цукру в крові.
Регуляція обміну речовин і енергії в організмі знаходиться під контролем нервової системи та її вищих відділів. Про це свідчать факти умовно-рефлекторного зміни інтенсивності метаболізму у спортсменів в передстартовому стані, у робітників перед початком виконання важкої фізичної роботи, у водолазів перед їх зануренням у воду. У цих випадках збільшується швидкість споживання організмом кисню, зростає хвилинний об'єм дихання, хвилинний об'єм кровотоку, посилюється енергообмін.
Розвивається при зниженні в крові вмісту глюкози, Вільних жирних кислот, амінокислот почуття голоду обумовлює поведінкову реакцію, спрямовану на пошук і прийом їжі і заповнення в організмі поживних речовин.