Патофизиология углеводного обмена

В механизмах нарушения углеводного обмена выделяют 4 стадии:

1. Нарушение переваривания

2. Нарушение всасывания

3. Нарушение промежуточного обмена

4. Нарушение нейрогормональной регуляции

Нарушение переваривания

Переваривание углеводов до дисахаридов начинается в ротовой полости под влиянием амилазы слюны. Уже на этой стадии могут возникать нарушения. Расстройства могут возникать при воспалительных процессах слизистой ротовой полости, воспалении слюнных желез, наличии камней в протоках слюнных желез, врожденном дефекте желез. Углеводы в виде дисахаридов из ротовой полости поступают в желудочно-кишечный тракт, и под влиянием ферментов поджелудочной железы (амилазы, лактазы, мальтазы, карбоангидразы) расщепляются до глюкозы. Нарушение переваривания углеводов в кишечнике может быть связано с воспалительными процессами в поджелудочной железе и ее протоках, закупоркой протоков камнями, сдавлении или спазме протоков, интоксикациях, инфекционных процессах, ишемии поджелудочной железы. Проявляются нарушения переваривания углеводов в виде синдрома бродильной диспепсии, спазма кишечника, метеоризма, болей, развития диарреи.

Нарушение всасывания

Всасывание глюкозы тесно связано с процессами переваривания и происходит в тонком кишечнике. Ведущим механизмом всасывания являются процессы диффузии. Всасывание - процесс активный и энергозависимый. В процессе всасывания играют роль ионы натрия, белки-переносчики и Nа⁺ - К⁺ - зависимая АТФаза. Энергетическая недостаточность или дефицит ионов натрия отражается на активном транспорте глюкозы из кишечника в кровь. Основные причины нарушения всасывания: воспалительные процессы в кишечнике, энтериты, атрофия слизистой кишечника. Нарушение всасывания глюкозы сопровождается бродильной диспепсией, гипогликемией (снижение содержания глюкозы в крови менее 3,5-5,7 мМоль/литр), головной болью головокружением, слабостью. При уменьшении содержания глюкозы до 2,5 мМоль/литр и менее развивается гипогликемическая кома.

Иногда при воспалении в связи с повышенной проницаемостью кишечника глюкоза в избытке поступает в кровь и способствует развитию гипергликемии.

Нарушение промежуточного обмена

Нарушение этого этапа отражает расстройство тканевого обмена глюкозы. Выделяют 3 основных проявления нарушений:

1. Глюкоза в цикле Кребса в присутствии кислорода окисляется до углекислого газа и воды с образованием энергии в виде АТФ. Если возникает дефицит кислорода, то образуются промежуточные продукты, такие как лактат: развивается внутриклеточный лактат-ацидоз.

цикл Кребса ------- СО₂ + Н₂О + АТФ

Глюкоза 0₂

Лактат

2. Глюкоза при окислении проходит стадию образования пировиноградной кислоты и ацетил-коэнзима А (АцКоА). На стадии перехода пирувата в АцКоА играет роль фермент пируватдегидрогекназа. Активность этого фермента снижается при недостатке витамина В₁. В организме накапливается пируват: он влияет на ЦНС, вызывая нарушение ее функции. Наблюдаются также расстройства функций периферической нервной системы в виде невритов, болей в мышцах, парезов, нарушений движений.

Глюкоза -------Пируват --------------------------------АцКоА --------- цикл Кребса

пируватдегидрогеназа

витамин В₁

(тиамин)

3. На стадии промежуточного обмена нарушается процесс гликогенолиза (распада гликогена). В норме глюкоза при участии гексокиназы превращается в гликоген, который откладывается в печени. Гликоген под влиянием глюкозо-6-фосфатазы вновь распадается до глюкозы. При дефиците глюкозо-6-фосфатазы глюкоза в избытке переходит в гликоген и накапливается в печени. При этом содержание гликогена возрастает не только в клетках печени, гепатоцитах, но и в соединительной ткани, мышцах, миокарде, почках. Избыточное накопление гликогена приводит к развитию гликогеноза. При этом нарушаются функции различных систем. Дефицит глюкозо-6-фофатазы может быть наследственного характера. У детей в этом случае развивается болезнь Гирке.

Гексокиназа

Глюкоза Гликоген

Глюкозо-6-фосфатаза

Нарушение нейрогормональной регуляции

Нарушение на этой стадии проявляются в виде гипергликемии - увеличения содержания в крови глюкозы свыше 5,7 мМоль/литр. Основные формы гипергликемий: 1) алиментарная - при избыточном поступлении в организм углеводов, 2) эмоциональная - при стрессе, неврозах, 3) гормональная - при гиперсекреции большинства гормонов, 4) при дефиците инсулина, 5) при умеренной физической нагрузке, 6) при некоторых видах наркоза. Центральной патологией этой стадии является сахарный диабет. Основным симптомом заболевания является гипергликемия. Если содержание глюкозы в крови превышает нормальную величину в 2 раза, то глюкоза появляется в моче - развивается глюкозурия. Для сахарного диабета характерна полиурия - повышение диуреза. Полиурия развивается по механизму осмотического диуреза. Это приводит к развитию дегидратации и возбуждению. питьевого центра - повышенной жажде - полидипсии. Несмотря на гипергликемию, глюкоза не поступает в клетки. Это приводит к полифагии - избыточному потреблению пищи.

Согласно классификации экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) различают сахарный диабет I типа (инсулинозависимый, панкреатический) и II типа (инсулинонезависимый, внепанкреатический). В основе развития сахарного диабета I типа лежит дефицит выработки инсулина в  -клетках поджелудочной железы. Этот тип сахарного диабета чаще встречается у детей и в молодом возрасте до 35 лет. У людей старшего возраста чаще наблюдается инсулинонезависимый сахарный диабет (II типа). Развитию диабета II типа способствуют избыточный вес, эмоциональный стресс, наследственная предрасположенность.

Панкреатическая инсулиновая недостаточность

Это - инсулинозависимый сахарный диабет, диабет I типа.

Этиология

Среди этиологических факторов играют роль нарушение функции  -клеток инсулярного аппарата при психоэмоциональном стрессе, перенапряжении инсулярного аппарата, перегрузке организме глюкозой, аутоиммунные процессы. В -клетках поджелудочной железы вырабатывается белок 64-КД. Иммунная система может отреагировать на этот белок как чужеродный, развивается аутоаллергический процесс. Существуют -тропные вирусы, имеющие сродство к -клеткам. Это вирусы, вызывающие краснуху, корь, респираторные аденовирусы. Они способны образовывать промежуточные антигены с белками  -клеток и вызывать развитие аутоаллергического процесса, что приводит к нарушению выработки инсулина. Этот процесс очень медленный и вызывает развитие скрытого сахарного диабета.

Для диагностики скрытого сахарного диабета используется сахарная нагрузка. При скрытом сахарном диабете содержание глюкозы в крови натощак составляет 4,5-5 мМоль/литр. После нагрузки алиментарной глюкозой через 1 час ее концентрация в крови резко увеличивается, но через 2 часа в отличие от здорового человека (I) не снижается до нормы (II). Механизмы развития сахарного диабета I типа

В механизмах развития сахарного диабета I типа играют роль:

1. Нарушение трансмембранного переноса глюкозы в клетку

2. Нарушение механизмов внутриклеточного превращения глюкозы

Нарушение трансмембранного переноса глюкозы

Глюкоза поступает в клетку благодаря специфическому белку-переносчику, активность которого зависит от ионов натрия и Nа⁺-К⁺ -насоса. Этот процесс энергозависим: играет роль Nа⁺ -К⁺ -зависимая АТФаза.

Перенос глюкозы в клетку обеспечивается также инсулином. При дефиците инсулина нарушается процесс переноса глюкозы в клетку и глюкоза остается в крови, развивается гипергликемия.

Нарушение механизмов внутриклеточного превращения глюкозы

Инсулин

- 4 раза - 9 раз

Гексокиназа Гликогенсинтетаза

ГЛЮКОЗА ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТ ГЛИКОГЕН

Глюкозо-6- фосфорилаза

фосфатаза

Пентозофосфатный

цикл СНС

НАДФ.Н Катехоламины

- 40%

Цикл Кребса ----------------- АцКоА ЖИРЫ

липаза Адреналин

Холестерин Кетоновые тела

(ацето-ацетат, -оксибутират, ацетон)

Глюкоза в крови с участием гексокиназы превращается в глюкозо-6-фосфат.Глюкозо-6-фосфат с участием гликогенсинтетазы превращается в гликоген в печени. Гликоген с участием фосфорилазы расщепляется до глюкозо-6-фосфата. Часть глюкозо-6-фосфата при участии глюкозо-6-фосфатазы вновь превращается в глюкозу, а часть его переходит в АцКоА. АцКоА как промежуточный продукт обмена веществ включается в цикл Кребса, переходит в жир с участием никотинамиддинуклеотид фосфат восстановленный (НАДФ.Н). Этот фермент активируется в пентозофосфатном цикле. Активность этого цикла зависит от содержания глюкозо-6-фосфата. Из АцКоА образуется некоторое количество холестерина и кетоновых тел в виде ацето-ацетата,  -оксибутирата и ацетона.

При инсулиновой недостаточности в 4 раза снижается активность гексокиназы и одновременно активируется распад глюкозо-6-фосфата под влиянием глюкозо-6-фосфатазы. В 9 раз тормозится активность гликогенсинтетазы и активируется распад гликогена. При дефиците инсулина на 40% снижается активность цикла Кребса, в результате чего образуются промежуточные кислые метаболиты - лактат и пируват. Развивается внутриклеточный ацидоз. При инсулиновой недостаточности в 5 раз уменьшается активность пентозофосфатного цикла и НАДФ.Н. В связи с этим под влиянием липазы активируется распад жиров до жирных кислот. В этих условиях АцКоА преимущественно идет на образование холестерина и кетоновых тел. Развивается гиперкетонемия (свыше 100  Моль/литр) и гиперкетонурия (свыше 1000 Моль/литр). Накопление в крови кетоновых тел вызывает развитие кетоацидоза. Развитие кетоацидоза характерно при сахарном диабете у детей. При избыточном образовании холестерина развиваются атеросклеротические изменения микрососудов глазного дна. Развивается диабетическая ретинопатия, происходит снижение зрения. При сахарном диабете повышается сосудистая проницаемость, происходит нарушение соотношения плазменных белков, что приводи к гиалинозу. В результате всех этих процессов может развиваться ишемическая болезнь сердца, атеросклероз, почечная недостаточность.

В ряде случаев при сахарном диабете может наблюдаться жировая дистрофия печени. Это возникает в том случае, когда при уменьшении содержания гликогена в печени активируется СНС, освобождаются катехоламины, в частности, адреналин. Он активирует тканевую липазу и способствует распаду жиров до жирных кислот. Образовавшиеся нейтральные жирные кислоты поступают в печень, способствуя развитию жировой дистрофии печени. Таким образом, наличие при сахарном диабете гиперкетонемии, гиперкетонурии, внутриклеточного ацидоза и жировой дистрофии печени вызывает развитие синдрома кетоза. Если в печень вместо нейтральных жиров поступают фосфолипиды, то жировая дистрофия печени не развивается.

Инсулинонезависимый сахарный диабет

Это - внепанкреатический сахарный диабет, диабет II типа. Он не связан с поражением -клеток. В этом случае содержание инсулина в крови нормальное.

В развитии этого типа сахарного диабета играют роль факторы риска: 1) избыточное питание (ожирение), 2) генетические дефекты инсулиновых рецепторов, 3) патология эндокринных желез.

Выделяют 2 механизма:

1. Механизмы инсулиновой резистентности клеток

2. Контринсулярный механизм

Механизмы инсулиновой резистентности клеток

Клетки имеют инсулиновые рецепторы. Они определяют активность перехода глюкозы в клетку. Инсулиновые рецепторы могут быть ареактивны. Они могут быть блокированы жирными кислотами. При избыточном питании углеводами рецепторы могут разрушаться и становиться аутоаллергенами. Аутоаллергены вызывают выработку аутоантител (Ig G) и, как следствие, образование патоиммунного комплекса, который блокирует рецепторы. Может быть генетический дефект рецепторов.

Контринсулярный механизм

Адреналин, глюкагон, тироксин

Глюкоза -------------------------------------------------------------- Гликоген

СТГ, АКТГ, кортизол

Аминокислоты

В этом механизме играют роль гормоны противоположные по своему действию инсулину. Это - СТГ, АКТГ, тироксин, кортизол, глюкагон, адреналин.

Адреналин, глюкагон и тироксин стимулируют распад гликогена до глюкозы (процесс гликогенолиза). Развивается гипергликемия. Избыточное образование глюкозы также возможно из аминокислот (процесс гликонеогенеза) вследствие стимуляции этого процесса под влиянием СТГ, АКТГ, кортизола.

Патофизиология водно-солевого обмена

Функции воды в организме:

1. В жидкой среде происходят обменные процессы

2. Вода входит в состав слюны, желудочного и кишечного соков, крови, лимфы

3. Вода выводит из организма метаболиты

4. Вода выполняет механическую функцию

5. Вода выполняет терморегуляторную функцию

6. Вода выполняет транспортную функцию

Содержание воды у новорожденного составляет 70% массы тела.

Вода - 70%

Внеклеточная Внутриклеточная

вода - 40% вода - 30%

У взрослых содержание воды меньше и составляет 60% массы тела.

Вода - 60%

Внеклеточная Внутриклеточная

вода - 20% вода - 40%

При этом основную массу воды (40%) составляет внутриклеточная вода.

Патология водно-солевого обмена связана с нарушением обмена внутриклеточной воды. Уменьшение или увеличение ее на 10% опасно для клеток, на 20% - смертельно, клетки погибают.

Изменение водного баланса в организме проявляется в виде:

I. Положительного водного баланса (гипергидратации)

II. Отрицательного водного баланса (гипогидратации, дегидратации, обезвоживания).

Положительный водный баланс

Выделяют:

I. Генерализованную (общую) гипергидратацию

II. Регионарную (местную) гипергидратацию

Генерализованная гипергидратация характеризуется тем, что количество воды увеличивается во всех тканях и органах. Генерализованная гипергидратация характеризуется накоплением воды с разной концентрацией осмотических веществ, в первую очередь, натрия.

Различают:

1. Гиперосмолярную гипергидратацию

2. Изоосмолярную гипергидратацию

3. Гипоосмолярную гипергидратацию

Гиперосмолярная гипергидратация

Гиперосмолярная гипергидратация развивается при трансфузии гипертонических растворов, при употреблении морской воды. В этом случае происходит накопление в организме не только воды, но и электролитов. В норме содержание солей в организме 280-320 мосм/литр. При этой форме гипергидратации содержание солей в межклеточном пространстве увеличивается. Повышение осмотического давления в межклеточном пространстве вызывает переход воды из клеток в сторону высокого осмотического давления. Уменьшвается количество воды в клетках. Нарушается функция клеток. Таким образом, гиперосмолярная гипергидратация сочетается с дегидратацией (обезвоживанием) клеток.

Изоосмолярная гипергидратация

При этой форме гипергидратации происходит накопление в организме изоосмолярной жидкости. Осмолярность плазмы примерно равна 300 мосм/литр. Изоосмолярная гипергидратация возникает при трансфузии изоосмолярных растворов. Различают также алиментарную форму. Такая форма изоосмолярной гипергидратации наблюдается при избыточном потреблении углеводов. 1 молекула углеводов связывает 3 молекулы воды. Особенно часто такая форма наблюдается у детей. Дети рыхлые, пастозные; нарушается клеточный метаболизм. Изоосмолярная гипергидратация развивается при избытке в организме жирных кислот и холестерина. Они способны образовывать с водой комплекс "Вода+жирные кислоты", "Вода+холестерин". При изоосмолярной гипергидратации увеличивается и межклеточная, и внутриклеточная вода.

Гипоосмолярная гипергидратация

При этой форме гипергидратации концентрация осмолярных веществ в межклеточном пространстве ниже 270 мосм/литр. Гипоосмолярная гипергидратация возникает при массивных трансфузиях гипотонических растворов. В развитии гипоосмолярной гипергидратации играет роль антидиуретический гормон (АДГ). При гиперсекреции АДГ усиливается реабсорбция воды в почечных канальцах. Вода накапливается в межклеточном пространстве, и осмолярность интерстициальной жидкости снижается. Содержание же солей в клетке выше, чем во внеклеточном пространстве, и жидкость поступает из межклеточного пространства в клетку. Развивается внутриклеточная гипергидратация. Набухание клеток вызывает нарушение всех функций систем и органов. Происходит снижение активности ферментов, развивается гипоксия, нарушается обмен веществ. Развивается отек мозга, явления аутоинтоксикации. Все эти расстройства можно охарактеризовать как синдром водного отравления.

Регионарная гипергидратация

При регионарной гипергидратации происходит накопление жидкости в межклеточном пространстве. Регионарная гипергидратация относится к изоосмолярной гипергидратации и характеризуется развитием отеков.

Отек - это типовой патологический процесс, характеризующийся регионарным увеличением содержания воды в межклеточном пространстве в результате нарушения общих (нейрогормональных) и местных механизмов регуляции водно-солевого обмена в организме.

Основные виды отеков

1. Сердечные отеки (при сердечной недостаточности)

2. Почечные отеки (нефритические и нефротические)

3. Аллергические отеки

4. Воспалительные отеки

5. Нейрогенные отеки (при неврозах, истерии - отек гортани, крапивница)

6. Эндокринные отеки (при микседеме)

7. Токсические отеки

8. Кахектические отеки (при голодании , дефиците белка)

Если отечная жидкость скапливается в полостях, развивается водянка. Примером водянки может служить скопление жидкости в брюшной полости и развивается асцит. При накоплении жидкости в подкожно-жировой клетчатке развивается анасарка.

Механизмы развития отеков

Различают:

1. Общие (нейрогормональные) механизмы

2. Местные механизмы (факторы Старлинга).

Общие механизмы развития отека

Накопление воды в организме происходит по механизму патологического осморегулирующего рефлекса. Он включает надпочечниковый и гипоталамо-гипофизарный механизмы.

Пусковым фактором в задержке воды в организме является вторичный гиперальдостеронизм. Включение этого механизма происходит рефлекторно. Раздражение волюморецепторов при уменьшении объема циркулирующей крови (ОЦК), нарушении почечного кровотока стимулирует выработку альдостерона. Альдостерон задерживает ионы натрия. Повышение концентрации ионов натрия вызывает раздражение осморецепторов. В гипоталамусе стимулируется выработка АДГ. Антидиуретический гормон усиливает реабсорбцию воды в проксимальных канальцах. Происходит задержка воды в организме и развивается отек.

Альдостерон Задержка Раздражение Освобождение

натрия осморецепторов АДГ

Раздражение

волюморецепторов Ренин-АТ-2

Реабсорбция

Отек воды в почечных

канальцах

Надпочечниковый и гипоталамо-гипофизарный механизмы контролируются Na-уретическим гормоном. При изменении (уменьшении) внутрисердечного объема крови, возникающем при сердечной недостаточности, снижается активность натрий-уретического гормона. Это приводит к гиперсекреции АДГ и альдостерона. Альдостерон задерживает ионы натрия, АДГ стимулирует реабсорбцию воды в почечных канальцах, что приводит к задержке воды в межклеточном пространстве и развитию отека

АДГ Усиление

реабсорбции

Na-уретический

гормон Отек

Альдостерон Задержка

натрия

Местные механизмы развития отека

Это - факторы Старлинга. Они определяют локализацию отека.

1. Гидродинамический фактор

2. Нарушение лимфообращения

3. Осмотический фактор

4. Онкотический фактор

5. Повышение проницаемости сосудистой стенки

6. Гидрофильность коллоидов

7. Снижение противодавления тканей

Гидродинамический фактор

На артериальном конце капилляра жидкость выходит в межклеточное пространство под влиянием эффективного фильтрационного давления, равного 14 мм рт.столба; на венозном конце капилляра реабсорбционное давление равно -6 мм рт.ст., и жидкость возвращается в сосудистое русло. При сердечной недостаточности возрастает венозное давление и часть транссудата не возвращается в сосудистое русло, а остается в межклеточном пространстве. Этот механизм играет роль в развитии сердечных отеков, а также при тромбозе, у беременных. При левожелудочковой недостаточности возникает застой крови в малом круге кровообращения, развивается отек легких.

Нарушение лимфообращения

Часть межклеточной жидкости поступает в лимфатическую систему ("систему сброса"). Нарушение лимфооттока при закупорке лимфатических сосудов филяриями вызывает возрастание давления в лимфатической системе и приводит к развитию отека. Этот механизм играет роль в развитии слоновости. Нарушение лимфооттока возникает при повышении давления в верхней полой вене при сердечной недостаточности.

Осмотический фактор

Развитие отека при участии этого фактора обусловлено увеличением содержания ионов натрия в организме вследствие вторичного гиперальдостеронизма, введении гипертонических растворов. Этот механизм играет роль в возникновении почечных (нефритических) отеков.

Онкотический фактор

В крови онкотическое давление равно 22 мм рт.ст. Если оно снижается, то сила реабсорбции уменьшается. При гипопротеинемии вода задерживается в межклеточном пространстве. Этот механизм играет роль в развитии нефротических и кахектических (голодных) отеков.

Проницаемость сосудистой стенки

Повышение проницаемости сосудистой стенки возникает при избыточном освобождении биологических активных веществ (гистамина, брадикинина). Этот механизм является пусковым в развитии воспалительных и аллергических отеков. При воздействии токсических веществ повышается проницаемость сосудистой стенки и развиваются токсические отеки.

Гидрофильность коллоидов

Коллоиды способны связывать воду при ацидозе, микседеме. Этот механизм играет роль в развитии эндокринных отеков.

Противодавление тканей

Развитие отека происходит при уменьшении противодавления тканей. Низким противодавлением обладают ткани легких, головной мозг (при открытой черепно-мозговой травме), подкожно-жировая клетчатка. Именно в этих тканях развиваются отеки.

Распространение отеков ведет к развитию отечной болезни.

Отрицательный водный баланс

Дегидратация, обезвоживание, гипогидратация.

Основные формы:

1. Гиперосмолярная гипогидратация

2. Изоосмолярная гипогидратация

3. Гипоосмолярная гипогидратация

Гиперосмолярная гипоргидратация

Гиперосмолярная гипогидратация возникает при ограничении поступления воды в организм или избыточной ее потери. В этом случае происходит накопление солей в межклеточном пространстве

Гиперосмолярная гипогидратация наблюдается при диабетическом эксикозе (несахарном диабете). Возникновение несахарного диабета связано с дефицитом АДГ. С мочой выводится большое количество воды низкой плотности. Дефицит АДГ возникает при патологии ЦНС, когда нарушается выработка гормона в супраоптическом ядре гипоталамуса.

Основные причины: опухоли, нейроинфекции, черепно-мозговая травма. Это - центральный механизм. Периферический механизм связан с пониженной реактивностью рецепторов почечного эпителия к АДГ. Потеря воды и задержка солей в межклеточном пространстве способствует выходу воды из клеток. Клетки обезвоживаются, развивается внутриклеточная дегидратация. Клетки уменьшаются в объеме их функция нарушается.

Изоосмолярная гипогидратация

Основные причины: 1) потеря жидкости через желудок (гастрический эксикоз), 2) потеря жидкости через кишечник (энтеральный эксикоз), 3) потеря жидкости при потоотделении.

Гастрический эксикоз возникает при рвоте. Происходит потеря воды и солей. Уменьшается содержание межклеточной и внутриклеточной жидкости.

Энтеральный эксикоз связан с потерей воды и натрия через кишечник (при холере, дизентерии). В норме в просвет кишечника поступает до 8 литров жидкости., но она реабсорбируется. При энтеральном эксикозе процессы реабсорбции нарушаются, усиливается моторика кишечника, что вызывает потерю воды и солей.

Потоотделение: человек может терять воду с солями до 1,5 литров в час. Это наблюдается при перегревании, в странах с жарким климатом.

Гипоосмолярная гипогидратация

При этой форме гипогидратации наблюдается потеря ионов натрия. Остающаяся в организме жидкость гипотонична. Причиной гипоосмолярной гипогидратации является минералокортикоидная недостаточность, возникающая при инфекционных процессах, интоксикации. Уменьшение натрия в межклеточной жидкости сопровождается относительным увеличением концентрации солей в клетке. Развивается внутриклеточная гипергидратация. Происходит набухание клеток, нарушение их функции и метаболизма. Может развиться водное отравление.