Нарушения углеводного обмена
Нарушение гидролиза и всасывания углеводов
Всасывание углеводов нарушается при недостаточности амилолитических ферментов желудочно-кишечного тракта (амилаза панкреатического сока и др.) либо дисахаридаз. При этом поступающие с пищей углеводы не расщепляются до моносахаридов и не всасываются. Развивается углеводное голодание.
Всасывание углеводов страдает при нарушении фосфорилирования глюкозы в кишечной стенке, возникающем при воспалении кишечника, при отравлении ядами, блокирующими фермент гексокиназу.
Гликогенозы
Гликогенозы - группа наследственных заболеваний, обусловленная недостаточностью ферментов, участвующих в синтезе или распаде гликогена.
Гликогеноз О типа (агликеноз)развивается при недостаточности гликогенсинтазы. Характеризуется резким снижением запасов гликогена в печени, наблюдается гипогликемический синдром (вплоть до развития комы). При недостаточности гликогенсинтазы больные умирают в раннем возрасте.
Недостаточность ферментов, участвующих в распаде гликогена, приводит к его накоплению в органах и тканях (таблица 5).
Нарушения промежуточного обмена углеводов
1. Гипоксические состояния (при недостаточности дыхания или кровообращения, при анемиях и др.). Анаэробная фаза превращения углеводов преобладает над аэробной. Происходит избыточное накопление в тканях и крови молочной и пировиноградной кислот. Возникает ацидоз. Нарушаются ферментативные процессы. Снижается образование АТФ.
2. Расстройства функции печени, где в норме часть молочной кислоты ресинтезируется в глюкозу и гликоген. При поражении печени ресинтез нарушается. Развиваются гиперлакцидемия и ацидоз.
3. Гиповитаминоз В1. Нарушается окисление ПВК, т.к. витамин B1 входит в состав пируватдегидрогеназного комплекса. ПВК накапливается в избытке и частично переходит в молочную кислоту, содержание которой также возрастает. ПВК - яд для нервных окончаний. При увеличении ее концентрации в 2-3 раза возникают нарушения чувствительности, невриты, параличи и др. Уменьшается образование из ПВК ацетил-KoA.
При гиповитаминозе B1 нарушается пентозофосфатный путь обмена углеводов, в частности, образование рибозы.
Таблица 5. Болезни, связанные с нарушением обмена гликогена
| Название болезни | Причины | Симптомы |
| Болезнь Гирке, гликогеноз I типа | Наследственный дефект синтеза глюкозо-6-фосфатазы в печени и почках | Увеличение печени, почек, повышение концентрации пирувата и лактата в крови, ацидоз, гипогликемия, судороги, задержка роста. |
| Болезнь Помпе, гликогеноз II типа | Отсутствие фермента a-1,4-глюкозидазы | Аномальное накопление гликогена в клетках. Мышечная слабость. Увеличиваются размеры сердца, печени, почек, селезенки. |
| Болезнь Кори, гликогеноз III типа | Снижение активности амило-(1-6)-гликозидазы и (или) гликогенветвящего фермента | Накапливается остаточный разветвленный декстрин. Задержка роста, увеличение печени, мышечная слабость вследствие накопления остаточного декстрина в мышцах. |
| Болезнь Андерсена, гликогеноз IV типа | Нарушение активности гликогенветвящего фермента | Увеличение печени, желтуха, цирроз, гипогликемия. |
| Болезнь Мак-Ардла, гликогеноз V типа | Недостаточность мышечной фосфорилазы | Скелетные мышцы увеличиваются в объеме, становятся очень плотными. Мышечная слабость, мышечные спазмы, тахикардия при физической нагрузке. |
| Болезнь Херса, гликогеноз VI типа | Недостаточность фермента печеночной фосфорилазы | Увеличение печени в результате, задержка роста, гиперлипемия, гипергликемия. |
Гипер- и гипогликемия
При некоторых состояниях можно наблюдать повышение содержания глюкозы в крови - гипергликемию, или понижение концентрации глюкозы - гипогликемию.
Для диагностики гипергликемий исследуют изменения уровня глюкозы в крови во времени, обычно после приема 50 г или 100 г глюкозы, растворенной в теплой воде, - так называемая сахарная нагрузка. При оценке построенных гликемических кривых (рис. 43) обращают внимание на время максимального подъема, высоту этого подъема и время возврата концентрации глюкозы к исходному уровню.
 |
| Рис. 43. Гликемическая кривая в норме (1) и при сахарном диабете (2) |
У здорового человека после приема глюкозы содержание ее в крови нарастает, достигая максимума через 30-45 мин. Затем концентрация глюкозы в крови начинает падать и через 2 ч снижается до нормы, а через 3 ч оказывается даже несколько ниже нормы.
Для оценки гликемических кривых введено несколько показателей, из которых наиболее важное значение имеет коэффициент Бодуэна:
[(В-А)/А]х100, %,
где А - уровень глюкозы в крови натощак; В - максимальное содержание глюкозы в крови после нагрузки глюкозой.
В норме этот коэффициент составляет около 50%. Значения, превышающие 80%, свидетельствуют о серьезном нарушении обмена углеводов.
Гормональные гипергликемии возникают при нарушении функции эндокринных желез, гормоны которых участвуют в регуляции углеводного обмена.
Одна из причин гипергликемии – сахарный диабет.
Диабет 1 типа (инсулинзависимый диабет, ИЗСД) связан со снижением образования инсулина. Начинается обычно в юношеском возрасте как следствие аутоиммунного разрушения β-клеток в островках поджелудочной железы.
Диабет 2 типа начинается в зрелом возрасте, развивается постепенно. Повреждены механизмы передачи инсулинового сигнала, причем концентрация инсулина в крови может быть нормальной или даже повышенной (инсулинонезависимый диабет, ИНСД). Рецепторы клеток-мишеней теряют способность соединяться с молекулой инсулина.
Углеводный обмен при сахарном диабете характеризуется следующими особенностями:
1. Резко снижен синтез глюкокиназы и гликогенсинтетазы, что обусловливает резкое замедление синтеза гликогена.
2. Активность глюкозо-6-фосфатазы возрастает, поэтому глюкозо-6-фосфат дефосфорилируется и поступает в кровь в виде глюкозы.
3. Затруднено прохождение глюкозы через клеточные мембраны.
4. Ускоряется глюконеогенез, т.к. инсулин подавляет активность пируваткарбоксилазы и глюкозо-6-фосфатазы.
Т.о., при сахарном диабете имеют место избыточная продукция и недостаточное использование глюкозы тканями, вследствие чего возникает гипергликемия. Содержание глюкозы в крови при тяжелых формах диабета может достигать 4-5 г/л и выше. При этом возрастает осмотическое давление крови, что ведет к обезвоживанию клеток организма. В связи с обезвоживанием глубоко нарушаются функции центральной нервной системы (гиперосмолярная кома).
Гликемическая кривая при диабете по сравнению с таковой у здоровых значительно растянута во времени (рис. 43).
Гипергликемия развивается также при повышении продукции глюкагона - гормона α-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, который, активируя фосфорилазу печени, способствует гликогенолизу. Сходным действием обладает адреналин.
К гипергликемии ведет избыток глюкокортикоидов (стимулируют глюконеогенез и тормозят гексокиназу) и соматотропного гормона гипофиза (тормозит синтез гликогена, способствует образованию ингибитора гексокиназы).
Гипергликемия иногда наблюдается во время беременности, при органических поражениях ЦНС, расстройствах мозгового кровообращения, болезнях печени воспалительного или дегенеративного характера.
Гипогликемия связана с понижением функций тех эндокринных желез, повышение секреции которых приводит к гипергликемии. Гипогликемию можно наблюдать при гипофизарной кахексии, аддисоновой болезни, гипотиреозе, аденомах поджелудочной железы вследствие повышенной продукции инсулина. Гипогликемия может быть вызвана голоданием, продолжительной физической работой, приемом β-ганглиоблокаторов, иногда отмечается при беременности, лактации. Гипогликемия возникает при введении больным сахарным диабетом больших доз инсулина.
Глюкозурия
Глюкозурияявляется результатом нарушения углеводного обмена вследствие патологических изменений в поджелудочной железе (сахарный диабет, острый панкреатит и т.д.).
При тяжелых формах сахарного диабета содержание глюкозы в моче может достигать 8-10%. Осмотическое давление мочи повышается. Суточный диурез возрастает до 5-10 л и более (полиурия). Развивается обезвоживание организма и как следствие его - усиленная жажда (полидипсия).
Недостаточность резорбции глюкозы в почечных канальцах является причиной глюкозурии почечного происхождения.
Глюкозурия может возникнуть при некоторых острых инфекционных и нервных заболеваниях, после приступов эпилепсии, сотрясения мозга, при отравлениях морфином, стрихнином, хлороформом, фосфором.
Может быть глюкозурия алиментарного происхождения, глюкозурия беременных и глюкозурия при нервных стрессовых состояниях (эмоциональная глюкозурия).
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные пищевые источники углеводов. Какова суточная потребность в углеводах у взрослого человека?
2. Охарактеризуйте процесс переваривания и всасывания углеводов в пищеварительном тракте.
3. Приведите схему синтеза гликогена из глюкозы, перечислите ферменты, участвующие в этом процессе.
4. Рассмотрите механизм фосфоролитического расщепления гликогена. Какова роль гликогена в поддержании гомеостаза глюкозы?
5. Каковы основные этапы гликолиза? В чем сходство и различие между аэробным и анаэробным гликолизом?
6. Какова энергетическая ценность распада глюкозы в аэробных условиях?
7. Как функционируют глицеролфосфатный челночный механизм и малат-аспартатная челночная система?
8. Какие реакции включает цикл Кори? В чем его биохимическая функция?
9. В чем сходство и различие гликолиза и брожения?
10. Что понимают под глюконеогенезом? Каковы основные стадии этого процесса?
10. Какие вещества могут быть субстратами для глюконеогенеза?
11. Каковы особенности обмена фруктозы и галактозы?
12. Какие гормоны участвуют в регуляции гомеостаза глюкозы?
13. Каков химизм пентозофосфатного пути обмена глюкозы?
14. Какова биологическая роль восстановленных форм НАДФ, образующихся в пентозофосфатном пути?
15. Перечислите известные Вам нарушения обмена углеводов на стадии переваривания и всасывания. Могут ли эти нарушения иметь наследственный характер?
16. Какие причины могут привести к возникновению гипергликемии?
17. Каковы причины сахарного диабета?
18. Какими особенностями характеризуется углеводный обмен у больных сахарным диабетом?
19. Назовите причины гипогликемии.
20. Какие причины могут вызвать появление глюкозурии?
Литература
1. Березов, Т.Т. Биологическая химия. / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. - М.: ОАО «Издательство «Медицина»», 2007. - 704 с.
2. Биохимия. / Под ред. Е.С. Северина. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. - 768 с.
3. Биологическая химия с упражнениями и задачами. / Под ред. Е.С. Северина. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. - 624 с.
4. Зубаиров, Д.М. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. / Д.М. Зубаиров, В.Н. Тимербаев, В.С. Давыдов. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. - 392 с.
5. Шведова, В.Н. Биохимия. /В.Н. Шведова. – М.: Юрайт, 2014. – 640 с.
6. Николаев, А.Я. Биологическая химия. / А.Я. Николаев. - М.: Медицинское информационное агентство, 2004. - 566 с.
7. Кушманова, О.Б. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. / О.Б. Кушманова, Г.И. Ивченко. - М. - 1983.
8. Ленинджер, А. Основы биохимии / А. Ленинджер. - М., «Мир». - 1985.
9. Марри, Р. Биохимия человека. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл. - Т. 1. - М.: Мир, 1993. - 384 с.
10. Марри, Р. Биохимия человека. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл. - Т. 2. - М.: Мир, 1993. - 415 с.
11. Харитонов, Я.Ю. Аналитическая химия. Аналитика 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. / Я.Ю. Харитонов. – М.: ГЕОТАР-Медиа, 2014. – 656 с.
12. Алов, Н.В. Основы аналитической химии. / Н.В. Алов. - Под ред. Ю.А. Золотова. – Т. 2. - М.: Академия, 2012. - 416 с.
13. Филиппович, Ю.Б. Основы биохимии. / Ю.Б. Филиппович. - М.: Высшая школа, 1993. - 496 с.
14. Филиппович, Ю.Б. Упражнения и задачи по биологической химии. / Ю.Б. Филиппович, Г.А. Севастьянова, Л.И. Щеголева. - М.: Просвещение, 1986. - 144 с.