Основные нарушения энергетического обмена

При различных расстройствах процесса распада простых и сложных органических веществ, имеющих разный запас богатых энергией химических связей, может нарушаться выделение энергии в виде либо первичного тепла, либо вторичного тепла. Первичное тепло образуется в результате диссимиляции либо поступивших в организм, либо вновь образованных в нем веществ. Вторичное тепло образуется в результате расходования на те или иные жизненные процессы ранее запасенных макроэргов (КРФ, АТФ, АДФ).

Нарушения энергетического обмена обычно проявляются следующими изменениями:

- количества и соотношения макроэргических соединений,

- скоростью обновления макроэргов,

- напряжения кислорода в тканях,

- характера и интенсивности клеточного дыхания, процессов биологического окисления, главным образом, интенсивности окислительного фосфорилирования (осуществляемого преимущественно в митохондриях), аэробного и анаэробного гликолиза (осуществляемого преимущественно в гиалоплазме),

- структурного состояния и проницаемости мембран митохондрий, ядра, лизосом и других внутриклеточных органелл, а также клеточных мембран.

Ведущим интегральным показателем нарушения характера и интенсивности энергетического обмена являетсяизменение основного обмена.

Под основным обменом (ОО) понимается минимальное количество энергозатрат, необходимых для поддержания метаболических, структурных и функциональных процессов, обеспечивающих минимальную жизнедеятельность организма или минимальное количество энергии, высвобождаемое организмом при полном психо-эмоциональном и физическом покое (т.е. в удобном месте, в удобном положении, лежа), утром (8-9 часов), через 12-14 часов после последнего приема пищи, при температурном комфорте (18-20⁰С) и нормальной влажности воздуха). ОО определяется обычно методом непрямой калориметрии (по данным газообмена, потреблению О₂ и выделению СО₂) и реже методом прямой калориметрии (измерению изменения температуры, отдаваемой организмом стенкам калориметра).

В условиях патологии ОО может как увеличиваться, так и снижаться. Отчетливые отклонения от нормы энергетического обмена и, в частности, ОО являются ведущими диагностическими признаками (клиническими симптомами) различных заболеваний, особенно, нервной, эндокринной, иммунной и пищеварительной систем.

Повышение ОО, обусловленное как активацией окислительных процессов, так и разобщением процесса окислительного фосфорилирования, наблюдается при гипертиреозе, тиреотоксикозе, гиперкатехоламинемии, гиперкортицизме, гиперпродукции СТГ, прогестерона, паратирина, вазопрессина, диэнцефалитах, умеренной гипоксии, стрессе, активации симпатического отдела автономной нервной системы, воспалительных заболеваниях, лихорадке, умеренных интоксикациях.

Понижение ОО, обусловленное угнетением окислительных процессов, отмечается при гипотиреозе, гипокортицизме, гипопродукции катехоламинов, гипо- и авитаминозах, повреждениях гипоталамуса, тяжелых формах гипоксии, длительном пищевом голодании, хронических воспалительных процессах, переохлаждении организма, отравлении его цианидами и др.

Изменения величины ОО может происходить в результате нарушений, возникающих на различных этапах энергетических превращений. Они наиболее выражены при расстройствах процессов окисления, процессов сопряжения окисления и фосфорилирования, процессов использования энергии богатых химических (главным образом, фосфатных) связей. Это может наблюдаться при самых различных видах патологии, сопровождающихся повреждениями (например, набуханием, разрушением) митохондрий.

Другим выраженным патогенетическим механизмом, приводящим к существенному уменьшению образования макроэргов (главным образом, КРФ и АТФ), а значит и использования их на многообразные специфические и неспецифические функции, в том числе, на обеспечение пластического обмена, является разобщение окислительного фосфорилирования.

Последнее обычно возникает в результате нарушений в клетках организма дыхательной цепи, главным образом, цикла трикарбоновых кислот Кребса. Это происходит под влиянием повреждающего действия вирусов (гриппа и др.), бактерий (золотистого стафиликокка), токсинов (стафилококкового, дифтерийного и др.), ядов (2,4-динитрофенола, урамицидина и др.). Разобщающим окислительное фосфорилирование действием обладают многие ФАВ, в частности, избыточные количества тиреоидных гормонов, паратирина, прогестерона, СТГ, вазопрессина, а также недостаток ряда витаминов, особенно, В₁, В₂, В₆, Е, С и др.

Важное место в генезе уменьшения образования и использования макроэргов в головном и спинном мозгу, сердце, печении других органах и тканях занимают различные виды гипоксии, лежащие в основе многих заболеваний и патологических процессов.

Так, при разных видах генерализованного возбуждения ЦНС, интенсивного стресса (дистресса), травматических (механических, термических, химических) повреждений, шока, коллапса, отравлениях, сердечной, дыхательной, печеночной, почечной, пищеварительной недостаточности имеют место ослабление процессов окислительного фосфорилирования в митохондриях и активация процессов гликолиза в гиалоплазме различных клеток организма. Итогом последнего является снижение в тканях и органах содержания макроэргов (особенно, КРФ и АТФ) и гликогена, отсутствие изменений или некоторое повышение содержания АДФ и/или АМФ, накопление неорганического фосфата, и различных недоокисленных веществ (лактата, пирувата, кетоновых тел, продуктов ПОЛ, свободных радикалов).

При значительных расстройствах как катаболических, так и анаболических процессов может возникать недостаток и субстратов, и макроэргов, необходимых для осуществления как окислительных, так и синтетических процессов.

ПАТОЛОГИЯ БЕЛКОВОГО ОБМЕНА

Введение.Расстройства обмена белков, возникающие при самых различных заболеваниях, патологических состояниях и процессах, отличаются большим разнообразием и биологической значимостью.

Известно, что белки занимают ведущее положение в организме, так как они составляют основу структурных, транспортных и функциональных единиц клеток и межклеточного вещества. Белки, в отличие от липидов и углеводов, не депонируются в организме. В этой связи используемые для обеспечения жизнедеятельности организма белки в результате их распада должны постоянно пополняться из внешней среды за счет соответствующих субстратов, из которых синтезируются специфичные для организма простые и сложные белковые вещества и соединения. Вместо ежесуточно теряемых около 100 г белков в организме должно синтезироваться такое же их количество.

В связи с тем, что все белки содержат атомы азота, о состоянии белкового обмена обычно судят по такому результирующему показателю каказотистый баланс.

У здорового человека имеется азотистое равновесие - количество азотистых веществ, выводимых из организма, равняется количеству азотистых веществ, потребляемых с пищей.

При активации анаболических процессов (или превалировании их над катаболическими) происходит накопление азота в организме, т.е. развивается положительный азотистый баланс. Последний может обнаруживаться как при физиологических состояниях (при беременности, растущем организме) или введении анаболических препаратов, так и при некоторых видах патологии (избыточной продукции андрогенов, минералокортикоидов, инсулина, гормона роста, активизации парасимпатического отдела автономной нервной системы и др.).

При активизации катаболических процессов (или превалировании их над анаболическими процессами) отмечается снижение количества азота в организме, т.е. развивается отрицательный азотистый баланс. Последний может обнаруживаться при интенсивном стрессе, интоксикациях, инфекциях, травмах, генерализованном возбуждении соматического или симпатического отделов нервной системы, активации симпатоадреналовой системы (САС), гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы (ГГАС), щитовидной железы или всей ГГТС, при полном или частичном голодании, общем охлаждении и перегревании организма.

Нарушения белкового обмена могут возникать вследствие раздельного или сочетанного расстройства следующих основных его этапов (связанных с основными этапами пищеварения):

- снижения поступления с пищей как общего количества белков, так и, особенно, незаменимых аминокислот,

- нарушения механического размельчения белковых пищевых продуктов в ротовой полости (с участием зубов, жевательных мышц, слюны),

- нарушения формирования полноценного пищевого комка и его глотания (с участием поперечно-полосатых мышц языка, жевательных мышц, мышц глотки, верхнего отдела пищевода и гладких мышц средних и нижних отделов пищевода);

- нарушения расщепления белков в желудке (с участием пепсинов и соляной кислоты; до полипептидов и олигопептидов), тонких кишках (с участием трипсинов поджелудочного и кишечного соков и бикарбонатов желчи, поджелудочного и кишечного соков) и толстых кишках (с участием микроорганизмов-сапрфитов);

- нарушения всасывания продуктов распада белков (главным образом, аминокислот) в верхних отделах тонких кишок в результате: угнетения транспортных систем микроворсинок, снижения процессов фосфорилирования в слизистой тонких кишок, развития воспалительных и дистрофических процессов в слизистых кишок, уменьшения поступления белков с пищей (при голодании), торможения процесса переваривания белков в желудочно-кишечном тракте, повышения перистальтики и ускорение эвакуации пищи из желудка и кишок;

- нарушения транспорта продуктов распада белков (главным образом, аминокислот);

- нарушения промежуточного обмена в слизистой кишок и разных тканей организма. Наряду с увеличением количества недоокисленных метаболитов это приводят к изменению содержания различных аминокислот в результате расстройств процессов: - трансаминирования аминокислот (а именно, образования новых аминокислот из-за нарушения обратимого переноса аминогруппы на a-кетокислоту без промежуточного образования свободного аммиака. Это происходит вследствие дефицита пиридоксина (витамина В₆), снижения активности трансаминаз, влияния кортикостероидов (главным образом, глюкокортикоидов) и тиреоидных гормонов (трийодтиронина и тироксина); - окислительного дезаминирования аминокислот (процесса разрушения использованных аминокислот путем отнятия аминогруппы). Это отмечается вследствие дефицита пиридоксина, рибофлавина (витамина В₂) или никотиновой кислоты (витамина РР), а также при гипоксии и пищевом голодании; - декарбоксилирования аминокислот (процесса образования СО₂ и биогенных аминов, в частности, нарушения образования гистамина из гистидина, серотонина из 5-окситриптамина). Это наблюдается при генетических дефектах, приводящих к недостаточности декарбоксилаз, при гиповитаминозе В₆. Активизация декарбоксилирования отмечается при гипоксии;

- нарушения синтеза белков в организме. Это происходит при уменьшении количества и нарушении качественного состава аминокислот, возникающего при расстройствах синтеза и активности различных ферментов, нарушениях иннервации (троякого нервного контроля), гормональной регуляции (уменьшении образования и действия СТГ и половых гормонов, увеличения продукции и активности глюкокортикоидов и тиреоидных гормонов и т.д.;

- нарушения конечного этапа белкового обмена, т.е. расстройства образования конечных азотсодержащих веществ (NH₃, NH₄, мочевины, мочевой кислоты, глютамина, креатина, креатинина, индикана), а также азотнесодержащих веществ (СО₂ и Н₂О).

О нарушениях конечного этапа белкового обмена обычно судят по усредненному показателю - уровню остаточного (небелкового) азота в крови, содержание которого в норме составляет 0,2 - 0,4 г/л). Остаточный азот на

50 % состоит из азота мочевины, на 25 % - из азота аминокислот и на 25 % - из других азотистых продуктов. Немочевинная часть азота (составляющая 50 % от всего остаточного азота) называется резидуальным азотом.

Увеличение остаточного азота в крови (гиперазотемия) может происходить как за счет возрастания количества резидуального (немочевинного) азота (что отмечается при некоторых видах патологии, особенно, печеночной недостаточности), так и за счет мочевинного азота, что отмечается при нарушении выделительной функции почек. Гиперазотемия часто возникает при гипоксии, травмах, интоксикациях, инфекциях.

В условиях патологии может наблюдаться увеличение содержания в крови токсичного аммиака (NH₃). Это, в частности, возникает при: - снижении мочевыделительной функции почек и мочевыводящих путей, - уменьшении NH₄- и мочевинообразовательной функций и печени, и почек, - угнетении глютаминообразовательной функции различных органов.

Патология обмена нуклеопротеидовтакже обусловлена развитием расстройств конечного этапа метаболизма белков, главным образом, пуриновых азотистых оснований, приводящих к нарушениям образования, отложения в тканях и выделения мочевой кислоты. В генезе патологии обмена нуклеопротеидов важное значение имеет повышение как образования и отложения, так и выделения из организма мочевой кислоты. Это сопровождается значительным увеличением ее содержания в крови (гиперурикимией) и отложением солей мочевой кислоты в виде кристаллов в тканях, главным образом, в сухожильных влагалищах, хрящах, различных суставах особенно кистей рук, что приводит к развитию хронического пролиферативного воспаления и нозологического заболевания, именуемого подагрой. Данное заболевание характеризуется также увеличением выделения с мочой кристаллов уратов (уратных камней). Отмечен положительный лечебный эффект от применения препаратов лития, уменьшающих образованием кристаллов и камней. Следует отметить, что и у здоровых лиц, особенно пожилого возраста, избыточно потребляющих мясо, пиво, орехи (содержащие пурины) также может отмечаться гиперурикемия. Расстройства обмена нуклеопротеидов, сопровождающиеся увеличением образования и отложения уратных кристаллов отмечаются и при других заболеваниях (атеросклерозе, ожогах, крупозной пневмонии, лейкозах).

Нарушения общего количества белков в крови и ее белкового составамогут проявляться гипо-, гипер- и диспротеинемией.

Гиперпротеинемия сопровождается повышением (более 85 г/л) содержания белков в плазме крови. Она может быть абсолютной (при миеломной болезни, хронических инфекциях, сопровождающихся гипергаммаглобулинемией, а также различных лимфопролиферативных состояниях) и относительной (при сгущении крови, обезвоживании организма).

Гипопротеинемия характеризуется снижением (ниже 65 г/л) содержания белков в плазме крови. Она возникает при снижении как поступления в организм, так и при уменьшении синтеза в нем белков (глобулинов и, особенно, альбуминов), а также при повышении их выделения с мочой - гиперпротеинурии (из-за повреждения почек (нарушение процессов фильтрации и реабсорбции) и мочевыделительных путей), либо при кровопотерях, геморрагиях, массивной экссудации и транссудации.

Диспротеинемия сопровождается изменением соотношения различных фракций белков как без изменения, так и с изменением содержания общего количества белков, например, увеличение или снижение альбумин/глобулинового (А/Г) коэффициента, в норме составляющего (1,2 -1,8):1.

В условиях патологии наиболее часто развивается снижение А/Г коэффициента как за счет уменьшения альбуминемии, так и за счет увеличения глобулинемии.

Снижение содержания в крови альбуминов возникает при многих заболеваниях и патологических процессах, в частности, при алиментарном (главным образом, белковом голодании), при обширных воспалительных процессах, ожогах, тяжелых и длительно протекающих инфекционных заболеваниях, нефрозах, циррозах печени и т.д.

Увеличение количества a₁- и a₂-глобулинов отмечается при многих острых инфекционных и деструктивно-некротических заболеваниях, остром ревматизме, нефрозах, различных злокачественных опухолях, особенно, при карциноме и т.д.

Повышение b-глобулинов в крови возникает при гепатитах, b-миеломе, нефрозах и др.

Возрастание содержания g-глобулинов в крови обнаруживается при различных хронических воспалительных заболеваниях, циррозах печени, g-миеломе и т.д. g-глобулинемии бывают: физиологическими и патологическими, врожденными и приобретенными, количественными и качественными.

Например, у новорожденного могут отмечаться и, и гипогаммаглобулинемия, и дигаммаглобулинемия. В процессе онтогенеза могут развиваться и гипергаммагглобулинемия, и гипогаммаглобулинемия, и агаммаглобулинемия, а также появляться физиологически инертные иммунглобулины или парапротеины (продуцируемые патологическим клоном иммунокомпетентных клеток, например, при миеломной болезни).

При гипоальбуминемии отмечается снижение онкотического давления крови, лабильного аминокислотного фонда организма, транспортной способности плазмы переносить различные катионы, анионы, соли, билирубин, жирные кислоты, гормоны, лекарственные вещества, ФАВ и различные комплексные соединения. При редко встречающейся гиперальбуминемии выявляется обратная картина.

Гипо-a₁-глобулинемия характеризуется уменьшением, а гипер-a₁-глобулинемия – увеличением способности плазмы переносить a₁-липопротеиды, a₁-гликопротеиды, транскортин (a₁-глобулин, связывающий кортикостероидные гормоны) и др.

Гипо-a₂-глобулинемия сопровождается снижением, а гипер-a₂-глобулинемия – повышением способности плазмы транспортировать a₂-липопротеиды, гаптоглобин (a₂-гликопротеид, способный связываться с гемоглобином, особенно при гемолизе, с образованием соединения, обладающего пероксидазной активностью), церулоплазмин (Cu²⁺-содержащий окислительный фермент), а также связываться с гемом гемоглобина, содержащим Fe²⁺ и др.

При дефиците β-глобулинов в крови наблюдается уменьшение, а при их повышении - увеличение содержания в плазме b-липопротеинов, трансферина (белка, транспортирующего железо в организме) и др.

Гипогаммаглобулинемия развивается за счет снижения одного или нескольких иммуноглобулинов (Ig G, Ig M, Ig A). Это сопровождается угнетением как системного, так и локального иммунитета, в частности, уменьшением выработки антител против вирусных и бактериальных токсинов, а также антител против некоторых видов микроорганизмов.

Нередко при дефиците белка в плазме крови и нарушении в ней соотношения белковых фракций (альбуминов, a₁, a₂, b₁, b₂, g-глобулинов) в организме возникают множественные порочные круги, способствующие усилению гипо- и диспротеинемии, а также развитию анемии, снижению количества и активности различных (структурных, транспортных и/или ферментных) белков, в том числе переваривающей, моторной, всасывательной, экскреторной и инкреторной активности пищеварительного тракта, еще больше нарушающих белковый обмен, а значит и различных как биологических, так и физиологических процессов.