Долгих в.Т. Патофизиология обмена веществ (избранные лекции).

Учебное пособие для студентов медицинских вузов. Издание 2-е, перера­ботанное и дополненное. — М: Медицинская книга, Н.Новгород: Изд-во НГМД, 2002.

Автор: Долгих Владимир Терентьевич — академик Российской академии медико-технических наук, член-корреспондент СО АН высшей школы, Соросовский профессор, доктор меди­цинских наук, профессор, зав. кафедрой патофизиологии с курсом клинической патофизиологии Омской государствен­ной медицинской академии.

Лекция I

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА

1. Значение углеводов для организма

Углеводы — природные органические соединения, представляю­щие собой альдегидо- и кетоноспирты или продукты их конденса­ции. В организме они содержатся в свободном виде и в комплексах с белками и липидами. Углеводы — это легко утилизируемый источник энергии. Они играют особую роль в энергетике ЦНС — около 69% глюкозы, поступающей в кровоток из депо (печень, ске­летные мышцы), используется для обеспечения энергетических по­требностей ЦНС. Запасы углеводов (гликогена) в печени взрослого человека массой 70 кг составляют 45—75 г (максимум 150 г), а в мышцах — 280 г. При окислении всех углеводов, содержащихся в организме, образуется свыше 1500 ккал, и если их не пополнять, то энергии их окисления хватает лишь на 12 часов. В организме по­стоянно происходит образование глюкозы из белков (из таких глюкогенных аминокислот, как аланин, глютаминовая и аспарагиновая) и жиров.

Углеводы выполняют пластическую функцию, поскольку вхо­дят в состав других сложных соединений: липополисахаридов, мукополисахаридов, коферментов, адениловых нуклеотидов, РНК, ДНК и др. Так, углеводы, включаясь в пентозный цикл, образуют рибозо-5-фосфат, необходимый для синтеза рибонуклеотидов. К числу рибонуклеотидов относятся носители макроэргических связей аденозин- и инозиннуклеотиды, включая АТФ, коферменты (НАД и НАДФ). В процессе пентозного цикла образуется НАДФ Н₂, ко­торый обеспечивает восстановительные синтезы, в частности обра­зование высших жирных кислот из ацетил-КоА. Пентозный путь обмена углеводов в связи с внемитохондриальным образованием НАДФ Н₂ имеет большое значение для образования гормонов в коре надпочечников, семенниках, яичниках, передней доле гипофи­за и паращитовидных железах.

Углеводы являются важным элементом соединительной ткани. Они входят в нее в виде мукополисахаридов. Мукополисахарид ге­парин играет важную роль в гемостазе, а также в регуляции жиро­вого обмена, будучи активатором освобождения липопротеиновой липазы (фактор просветления сыворотки) при гиперлипемиях. Об­разующаяся из глюкозы и уридиндифосфата фосфоглюкуроновая кислота участвует в обезвреживающих синтезах в печени и построе­нии глюкоронидов соединительной ткани (глюкуроновая кислота).

2. Основные этапы обмена углеводов и их нарушение

Углеводный обмен складывается из следующих этапов:

1. Расщепление поступающих с пищей полисахаридов (крахмал, гликоген) и дисахаридов в полости рта; двенадцатиперстной кишке и в верхнем отделе тощей кишки до моносахаридов (глюкозы, фрук­тозы, галактозы). Всасывание моносахаридов в систему v. porta.

2. Образование и отложение в печени гликогена из моносахари­дов и продуктов их расщепления, в частности, лактата и пирувата.

3. Расщепление гликогена в печени до глюкозы (процесс гликогенолиза и глюкогенеза). Образование в печени глюкозы из про­дуктов расщепления жира (глицерин) и белка (аминокислоты) — процесс глюконеогенеза. Поступление глюкозы из печени в пече­ночные вены, а затем в общий кровоток.

4. Образование гликогена из глюкозы и продуктов ее расщепле­ния, прежде всего лактата, в тканях (в основном в мышцах). Рас­щепление глюкозы в органах и тканях до лактата и пирувата и дальнейшее окисление в цикле Кребса до конечных продуктов.

5. Выделение через клубочки почек с провизорной мочой глюкозы и полная реабсорбция глюкозы в почечных канальцах.

Обмен углеводов условно может быть разделен на два этапа:

I этап — транспорт углеводов, поступающих с пищей, к клеткам всех тканей организма. Он включает в себя расщепление угле­водов в желудочно-кишечном тракте, всасывание их из кишечника в кровь, депонирование в печени в виде гликогена (из моносахаридов и продуктов их расщепления — лактата и пирувата), расщеп­ление гликогена в печени до глюкозы и поступление ее в кровяное русло и распределение между клетками.

II этап — межуточный обмен углеводов в тканях, включающий в себя окисление углеводов с использованием образующейся энергии для процессов синтеза, выполнения специфических функций и поддержания температурного гомеостаза; использование углеводов и промежуточных продуктов обмена для синтеза других ве­ществ — белков, нуклеопротеидов, коферментов и т.д.

Нарушение обмена углеводов может произойти на любом эта­пе. Расщепление полисахаридов начинается еще в ротовой полости а-амилазой слюны, поэтому различные заболевания слюнных же­лез (воспалительные, опухолевые; обтурация выводных протоков) нарушают уже самый начальный этап обмена углеводов - гидро­лиз полисахаридов. В желудке (в условиях кислой среды) углеводы не претерпевают никаких изменений и поступают в кишечник, где на них действуют ферменты поджелудочной железы (диастаза, амилаза и др.), расщепляющие поли- и дисахариды до моносахари­дов. Нарушение выработки и выделения панкреатического сока приводит к нарушению расщепления и всасывания углеводов. При­чины: поражение ацинозной ткани поджелудочной железы (диффузный панкреатит), закупорка выводного протока камнем, опухо­лью. Показателем нарушенного усвоения полисахаридов является наличие в кале непереваренных зерен крахмала.

При нормальном расщеплении поли- и дисахаридов может на­рушаться всасывание моносахаридов (глюкозы) при поражении стенки кишечника. Углеводы проходят через стенку кишечника благодаря фосфорилированию ее гексокиназой в слизистой оболоч­ке, а затем дефосфорилированию фосфатазой, и только после это­го глюкоза поступает в v. porta. При воспалении или опухолевом перерождении слизистой оболочки кишки, отравлении ферментны­ми ядами (монойодацетат, флоритзин) выработка гексокиназы и фосфатазы нарушается либо снижается их активность, что законо­мерно ведет к нарушению всасывания углеводов. Возможна также и врожденная недостаточность этих двух ферментов.

Всосавшиеся углеводы частично идут на удовлетворение энер­гетических потребностей организма, а оставшиеся резервируются в печени и мышцах и в меньшей степени в других органах в виде гликогена. Уменьшение отложения гликогена наблюдается при по­вышенном его расщеплении в условиях недостаточного ресинтеза либо при нарушении его образования.

Усиленный распад гликогена (гликогенолиз) отмечается при возрастании энергетических затрат в организме в результате воз­буждения ЦНС (волнения, стрессы, неврозы) и выделения катехоламинов, активирующих фосфорилазу, катализирующую процесс гликогенолиза. При возбуждении ЦНС повышается функция ряда желез внутренней секреции (щитовидной, гипофиза, мозгового слоя надпочечников), гормоны которых активируют фосфорилазу печени. Повышенное выделение глюкагона а-клетками островков Лангерганса усиливает гликогенолиз. При ацидозе (активация фосфорилазы) и усиленной мышечной работе также повышается распад гликогена.

Уменьшение отложения гликогена может быть связано с нару­шением нервной трофики (страдает преимущественно парасимпати­ческая нервная система). Снижается образование гликогена при ги­поксии, что наблюдается при снижении рО2 в воздухе, при уменьше­нии дыхательной поверхности легких, анемии, декомпенсации кро­вообращения, при отравлении ядами (фосфором, СС14, дихлорэта­ном), нарушающими тканевое дыхание, при интоксикации продук­тами жизнедеятельности микроорганизмов. Торможение образова­ния и отложения гликогена наблюдается при гипо- и авитаминозах, при некоторых заболеваниях желез внутренней секреции (сахарный диабет, тиреотоксикоз, недостаточность коры надпочечников).

Часто имеет место сочетание нарушения образования гликогена и повышенное его расщепление — в итоге значительно истощаются запасы гликогена, особенно в печени. Это наблюдается при острых и хронических гепатитах, тиреотоксикозе, тяжелых инфекциях и ин­токсикациях, голодании, авитаминозе, различных видах шока. При этом происходит переключение тканевой энергетики с углеводного обмена на жировой и белковый обмен. Однако использование жиров в качестве основного источника энергии требует большого количества кислорода, что может вызвать гипоксию тканей.

Своеобразным нарушением обмена гликогена являются гликогенозы — группа наследственных энзимопатий, возникающих в связи с дефицитом ферментов, катализирующих процессы распада и синтеза гликогена и характеризующихся избыточным его накоп­лением в различных органах и тканях.

Патология углеводного обмена довольно часто связана с нару­шением его регуляции, осуществляемой нейроэндокринной систе­мой. Процессами регуляции углеводного обмена являются:

• отложение углеводов в тканях в виде гликогена и переход углеводов в жиры (резервирование их в качестве энергетического источника);

• распад гликогена в печени до глюкозы и образование глюко­зы из белков и жиров, т.е. глюконеогенез;

• анаэробный и аэробный распад углеводов с освобождением энергии.

Образование гликогена и жира из глюкозы стимулируется па­расимпатической нервной системой, влияющей как непосредствен­но на ферментативные процессы в тканях, так и через усиление влияния на поджелудочную железу и гиперпродукцию инсулина.

Гликогенолиз и глюконеогенез активируются импульсами, по­ступающими по симпатической нервной системе. Аналогичный эф­фект оказывают тироксин, адреналин, глюкагон. Они стимулиру­ют фосфорилазу, расщепляющую гликоген. Глюкокортикоиды по­вышают содержание глюкозы в крови за счет активации глюконеогенеза.