Patologija_obmiena-2012

Наши пищевые вещества должны быть лечебным средством, а наши лечебные средства должны быть пищевыми веществами.

Гипократ

Глава 1.

ПАТОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА. САХАРНЫЙ ДИАБЕТ

Биологическая роль углеводов в организме

Углеводы (крахмал, гликоген и др.) относятся к группе макропитательных веществ. В организме они выполняют важные функции:

1.Энергетическая – углеводы являются одним из основных источников энергии, обеспечивая организм энергией на 65%.

2.Пластическая – углеводы входят в состав оболочек субклеточных структур и мембран клеток, где они определяют межклеточные контакты. Они входят в состав сложных органических веществ (гликопептиды, гликопротеины, гликолипиды, липополисахариды и т.д.), выполняющих в организме важные функции.

3.Резервная – депо глюкозы – гликоген, используемый по мере необходимости, находится в печени и мышцах.

4.Защитная – осуществляется гликозаминогликанами (мукополисахаридами), входящими в состав секретов слизистых желез, а также антител.

Углеводы (пентозы) в составе антигенов мембран эритроцитов определяют групповую принадлежность крови, являются составными частями нуклеиновых кислот (рибозы и дезоксирибозы), обладают антикоагулянтной активностью (гепарин), участвуют в проведении нервных импульсов и др.

11

Нарушение расщепления и всасывания углеводов

Пищевой крахмал состоит из двух гомополисахаридов: линейного – амилозы и разветвленного – амилопектина (рис.1).

Расщепление углеводов (крахмала и гликогена) происходит в ротовой полости под действием α-амилазы слюны, а также бетта-амилазы поджелудочной железы до дисахаридов. Дисахариды типа сахарозы, мальтозы и галактозы расщепляются до моносахаридов (глюкозы, галактозы, фруктозы, маннозы и пентоз) под действием высокоспецифических дисахаридаз (инвертазы, мальтазы, лактазы и сахаразы) щеточной каемки.

Рис.1. Расщепление углеводов в желудочно-кишечном тракте

Главным продуктом расщепления углеводов у взрослых в желудочно-кишечном тракте является глюкоза (Гл), которая в нормальных условиях жизнедеятельности организма является основным энергетическим субстратом, особенно для клеток головного мозга.

Перед всасыванием происходит фосфорилирование глюкозы и галактозы с участием ионов Na+, активирующих АТФ-азу. Всасывание этих моносахаридов происходит по электрохимическому градиенту для Na+. Фруктоза поступает в энтероциты путем облегченной диффузии, манноза и пентозы – путем простой диффузии.

12

Нарушение всасывания углеводов может возникать

при:

недостаточной выработке дисахаридаз кишечника: лактазы, сахаразы, мальтазы и изомальтазы.

поражении поджелудочной железы и слизистой кишечника;

дефиците ионов Na+ вследствие понижения эндокринной функции коры надпочечников;

отравлениях ферментными ядами (монойодацетатом, флоридизином), блокирующих процессы фосфорилирования;

Большая часть всосавшихся моносахаридов с током крови через воротную вену доставляется в печень, где глюкоза утилизируется для синтеза гликогена и триглицеридов (ТГ), а также вовлекается в другие метаболические пути. Гликоген образуется и содержится в большинстве органов и тканей организма, преимущественно в мышцах и печени.

Лактазная недостаточность

Лактаза – это фермент, который расщепляет лактозу. Лактоза – молочный сахар (углевод), который в больших количествах содержится в грудном молоке, молочных смесях, коровьем молоке и существенно меньше его в кисломолочных продуктах. Следует отметить, что значительную долю лактазы (до 80%) вырабатывают бактерии нормальной кишечной микрофлоры (бифидобактерии, лактобакерии, кишечная палочка с нормальной ферментативной активностью). Дефицит этого фермента в организме (лактазная недостаточность) приводит к нарушению всасывания лактозы и плохой переносимости продуктов питания, содержащих молочный сахар (лактозная непереносимость).

13

Лактазная недостаточность бывает первичной (наследственной) или вторичной (на фоне общей ферментативной незрелости).

Первичная или истинная лактазная недостаточность – врожденный дефицит фермента. Истинная лактазная недостаточность встречается только у 10% населения Земли. Обычно при первичной лактазной недостаточности отмечается непереносимость молочных продуктов у кого-то из взрослых родственников ребенка (родители, бабушки, дедушки, старшие братья и сестры).

Вторичная лактазная недостаточность особенно распространена среди детей первого года жизни и часто является следствием дисбактериоза кишечника и незрелости поджелудочной железы. Вторичная лактазная недостаточность проходит после коррекции дисбактериоза или с возрастом (транзиторная) и в более старшем возрасте молочные продукты нормально усваиваются.

Признаки лактазной недостаточности: жидкий (часто пенистый) стул, который может быть как частым (более 8

–10 раз в сутки), так и редким или отсутствовать без стимуляции; беспокойство ребенка во время или после кормления (особенно, если ребенок питается грудным молоком или молочными смесями); вздутие живота; в тяжелых случаях лактазной недостаточности ребенок плохо набирает вес или теряет в весе, не развивается.

Лактазную недостаточность можно выявить по содержанию углеводов в кале. У ребенка до года содержание углеводов (в основном – лактозы) в кале составляет: 0

–0,25%. Отклонения от нормы могут быть незначительными – 0,3-0,5%; средними – 0,6-1,0%; существенными – более 1%. У детей первых 2-3 месяцев нормальных показателей углеводов в кале нет, т.к. в этом возрасте еще только происходит становление ферментативных процессов и формирование микробной биопленки, которая возь-

14

мет на себя существенную часть ферментативного процесса в кишечнике.

Другие наследственные нарушения углеводного обмена

Непереносимость фруктозы обнаруживается при переводе детей на грудное вскармливание и проявляется судорогами, рвотой, потерей сознания, тяжелыми поражениями печени и почек, большей частью со смертельным исходом. Обусловлена отсутствием в печени, почках и слизистой кишечника фруктозо-1-фосфат-альдолазы.

Наследственный дефект ферментов, принимающих участие в углеводном обмене фруктозы и галактозы, приводит к фруктозурии, галактоземии.

Эссенциальная фруктозурия обусловлена дефици-

том фермента фруктокиназы в печени.

Галактоземия обусловлена дефицитом фермента га- лактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. Избыточное накопление галактозы в печени приводит к ее циррозу, также развивается катаракта, умственная отсталость.

Пентозурия обусловлена дефицитом фермента НАДФ-зависимой ксилулозоредуктазы, восстанавливающего L-ксилулозу до ксилолита.

Мукополисахаридозы характеризуются отложением глюкозоаминогликанов (дефицит лизосомальной гидролазы), что приводит к повышению их в мозге, приводит к умственной отсталости, поражению печени, кровеносных сосудов.

15

Повышение в крови содержания МК и ПК способствует развитию ацидоза и снижению выработки АТФ. Причинами могут быть различные гипоксические состояния, заболевания поджелудочной железы, поражения печени, недостаток коферментов (особенно витамина В1), сахарный диабет.

Нарушения межуточного обмена углеводов

Этапы межуточного обмена углеводов

Одним из этапов обмена углеводов в организме является межуточный обмен – окисление углеводов в тканях организма до конечных продуктов – СО2 и Н2О. Процесс окисления Гл идет по двум основным путям: анаэробный гликолиз и аэробный гликолиз (рис. 2).

Распад Гл в анаэробных условиях и при непрямом превращении протекает почти одинаково до образования пировиноградной кислоты (ПК).

Входе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы завершилось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представляющих собой эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы.

Ванаэробных условиях ПК восстанавливается в молочную кислоту (МК), которая в печени участвует в глюконеогенезе и ресинтезируется через цикл Кори в Гл. В крови здоровых людей содержание МК составляет 0,6- 1,7 ммоль/л.

16

Рис. 2. Основные этапы межуточного обмена углеводов.

1.– гликогенез

2.– гликогенолиз

3.– пентозо-фосфатный путь (образование пентоз)

4.– образование гетерополисахаридов

5.– образование заменимых аминокислот

6.– образование триглицеридов

7.– аэробный (до CO2 и Н2О) и анаэробный (до пирувата (ПК) и лактата (МК)) пути

Входе эволюции развился механизм, обеспечиваю-

щий полное окисление глюкозы до CO2 и воды – аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 молекул АТФ на каждую окисленную молекулу глюкозы (рис. 3). Этот процесс потребления клетками кислорода для образования богатых энергией соединений известен как клеточное дыхание (аэробное).

17

Рис.3. Образование АТФ при полном окислении глюкозы

Вотличие от анаэробного процесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях.

Вмитохондриях пировиноградная кислота окисляет-

ся до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор – кофермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД).

18

Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоновых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар электронов отщепляется от молекулы глюкозы в ходе ее окисления.

В аэробных условиях при участии пируватдегидрогеназного комплекса и 5 коферментов (тиаминдифосфата, рибофлавина, пантотеновой и липоевой кислот, никотинамида) происходит окисление пировиноградной кислоты до ацетил-КoА, который затем подвергается дальнейшим превращениям в цикле Кребса, конечными продуктами которого является СО2, Н2О.

Печень обладает свойством синтезировать глюкозу из других сахаров, например фруктозы и галактозы, или из других продуктов промежуточного метаболизма. Превращение лактата в глюкозу в цикле Кори и аланина в глюкозу в глюкозо-аланиновом цикле играет особую роль в обеспечении глюкозой эритроцитов и мышечных клеток.

Синтез глюкозы de novo (до 250 г в сутки) происходит в основном в печени. Процесс глюконеогенеза может идти в почках, однако из-за небольших размеров почек их вклад в синтез глюкозы составляет всего 10%.

Глюконеогенез контролируется гормонами. Кортизол, глюкагон и адреналин стимулируют этот процесс, а инсулин, напротив, подавляет.

В печени наиболее важными субстратами в глюконеогенезе являются лактат, поступающий из мышечной ткани и эритроцитов, аминокислоты – из желудочнокишечного тракта (глюкогенные аминокислоты) и мышц (аланин), а также глицерин – из жировой ткани. В почках основным субстратом являются аминокислоты (глутамин и другие), а также лактат, глицерин и фруктоза.

19

Независимо от процесса глюконеогенеза в почках идет процесс реабсорбции глюкозы из первичной мочи. Это энергозависимый процесс, сопряженный с гидролизом АТФ. Вместе с тем он сопровождается сопутствующим транспортом ионов Na+ (по градиенту, так как концентрация Na+ в первичной моче выше, чем в клетках). Этот процесс получил название «вторичного активного транспорта».

Таблица 1 – Основные клинико-биохимические показатели крови, характеризующие обмен углеводов

Показатель		нормы в системе СИ
Глюкоза плазмы	3,3	– 6,4 mМ (3,3 – 5,5 mM в
натощак	крови)
Пируват (пировиноградная	56,8 – 113,6 mМ
кислота)
Лактат	0,6	– 1,7 mМ

Таблица 2 – Показатели углеводного обмена в сыворотке крови у детей различного возраста

Показатель	возраст
	новорожденные	1 мес –	2–14 лет
		1 год
Глюкоза мм/л	2,87	3,0-5,28	3,5-5,0
	4,44-6,67
Пируват, мкм/л	171-319	57-125	46-125
Лактат мМ/л	2,0-2,44	1,33-1,78	1,0-1,67

20