УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН

Перейти к: навигация, поиск

УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН — совокупность процессов превращения моносахаридов и их производных, а также гомополисахаридов, гетерополисахаридов и различных углеводсодержащих биополимеров (гликоконъюгатов) в организме животных, в т. ч. у человека. В результате У. о. происходит снабжение организма энергией (см. Обмен веществ и энергии), осуществляются процессы передачи биол. информации и межмолекулярные взаимодействия, обеспечиваются резервные, структурные, защитные и другие функции углеводов (см.). Синтез цепей углеводных полимеров часто приводит к образованию ветвистых и крайне разнообразных структур, к-рые могут быть ответственными за процессы морфогенеза, специфической адгезии и контактного торможения клеток и определяют особенности детерминант различных группоспецифических веществ (см.). Углеводные компоненты многих веществ, напр. гормонов (см.), ферментов (см.), транспортных гликопротеидов (см.), являются маркерами этих веществ, благодаря к-рым они «узнаются» специфическими рецепторами плазматических и внутриклеточных мембран.

Синтез и превращения глюкозы в организме

Один из наиболее важных углеводов — глюкоза (см.) является не только основным источником энергии, но и предшественником пентоз (см.), уроновых кислот (см.) и фосфорных эфиров гексоз (см.).

Рис. 1. Схема глюконеогенеза.
Рис. 1. Схема глюконеогенеза.

Глюкоза образуется из гликогена (см.) и углеводов пищи — сахарозы (см.), лактозы (см.), крахмала (см.), декстринов (см.); кроме того, глюкоза синтезируется в организме из различных неуглеводных предшественников (рис. 1). Этот процесс носит название глюконеогенеза и играет важную роль в поддержании нормального гомеостаза (см.). В процессе глюконеогенеза участвует множество ферментов и ферментных систем. Ферменты глюконеогенеза локализованы в различных клеточных органеллах: напр., фруктозо-1,6-дифосфатаза (КФ 3.1.3.11) и лактатдегидрогеназа (см.) — в цитоплазме, пируваткарбоксилаза (гексозодифосфатаза; КФ 6.4.1.1) — в митохондриях, глюкозо-6-фосфатаза (КФ 3.1.3.9) — в мембранах цитоплазматической сети. Глюконеогенез происходит гл. обр. в печени и почках. Фосфоролитический путь распада глюкозы — гликолиз называют еще путем Эмбдена — Мейергофа — Парнаса. Помимо гликолиза, существует окислительный путь превращений глюкозы (син.: пентозофосфатный путь, пентозный путь, гексозомонофосфатный шунт и др.). Из глюкозо-6-фосфата, образующегося в результате фосфорилирования глюкозы при участии гексокиназы (см.) и АТФ, образуется 6-фосфоглюконолактон, превращающийся затем в 6-фосфоглюконовую к-ту (см. Глюконовая кислота). Декарбок-силирование (см.) 6-фосфоглюконовой к-ты приводит к образованию рибулозо-5-фосфата, к-рый изомеризуется в рибозо-5-фосфат (см. Рибоза). Схематически пентозофосфатный путь выглядит так: глюкозо-6-фосфат —>6-фосфоглюконолактон —> рибулозо-5-фосфат—>рибозо-5-фосфат. В ходе пентозофосфатного пути происходит последовательное отщепление от углеродной цепи сахара по одному атому углерода в виде CO2. В структурных перестройках, к-рые сопровождают этот процесс, важную роль играют ферменты транскетолаза (КФ 2.2.1.1) и трансальдолаза (КФ 2.2.1.2). В то время как гликолиз играет важную роль не только в энергетическом аспекте, но и в образовании промежуточных продуктов синтеза липидов (см.), пентозофосфатный путь приводит к образованию рибозы и дезоксирибозы (см.), необходимых для синтеза нуклеиновых кислот (см.) и ряда коферментов (см.).

Синтез и распад гликогена

В синтезе гликогена — главного резервного полисахарида человека и высших животных — участвуют два фермента: гликоген-синтаза [уридиндифосфат (УДФ)глюкоза: гликоген-4-альфа-глюкозилтрансфераза; КФ 2.4.1.11], катализирующая образование полисахаридных цепей, в к-рых глюкозные остатки соединены альфа-1,4-связью, и 1,4-альфа-глюкан-ветвящий фермент (КФ 2.4.1.18), образующий в молекулах гликогена так наз. связи ветвлений (альфа-1,6-связи).

Для синтеза гликогена нужны «затравки». Их роль могут выполнять либо глюкозиды с различной степенью полимеризации, либо белковые предшественники, к к-рым при участии особого фермента — инициатора синтеза — присоединяются глюкозные остатки уридиндифосфатглюкозы (УДФглюкозы).

Рис. 2. Схема реакций гликогенолиза до глюкозы; цифрами обозначены реакции, катализируемые следующими ферментами: 1 — фосфорилазой; 2 — амило-1,6-глюкозидазой; 3 — фосфоглюкомутазой (КФ 2.7.5.1): 4 — глюкозо- 6-фосфатазой; 5 — альфа-амилазой; 6 — нейтральными альфа-глюкозидазами; 7 —- кислой альфа-глюкозидазой (гамма-амилазой); пунктиром обозначена реакция образования лактата из глюкозо-6-фосфата в мышцах в условиях отсутствия активности глюкозо-6-фосфатазы.
Рис. 2. Схема реакций гликогенолиза до глюкозы; цифрами обозначены реакции, катализируемые следующими ферментами: 1 — фосфорилазой; 2 — амило-1,6-глюкозидазой; 3 — фосфоглюкомутазой (КФ 2.7.5.1): 4 — глюкозо- 6-фосфатазой; 5 — альфа-амилазой; 6 — нейтральными альфа-глюкозидазами; 7 —- кислой альфа-глюкозидазой (гамма-амилазой); пунктиром обозначена реакция образования лактата из глюкозо-6-фосфата в мышцах в условиях отсутствия активности глюкозо-6-фосфатазы.

Распад гликогена осуществляется фосфоролитическим (гликогениолиз) или гидролитическим путем. Гликогенолиз представляет собой каскадный процесс, в к-ром участвует ряд ферментов фосфорилазной системы — протеинкиназа (см. Киназы), киназа фосфорилазы b, фосфорилаза b, фосфорилаза a (см. Фосфорилазы)), амило-1,6-глюкозидаза (КФ 3.2.1.33), глюкозо-6-фосфатаза. В печени в результате гликогенолиза образуется глюкоза из глюкозо-6-фосфата благодаря действию на него глюкозо-6-фосфатазы, отсутствующей в мышцах, где превращения глюкозо-6-фосфата приводят к образованию лактата. Гидролитический (амилолитический) распад гликогена (рис. 2) обусловлен действием ряда ферментов, называемых амилазами (см.). Известны альфа-, бета- и гамма-амилазы (альфа-глюкозидазы). В зависимости от локализации в клетке различают кислые (лизосомные) и нейтральные альфа-глюкозидазы.

Синтез и распад углеводсодержащих соединений

Синтез сложных сахаров и их производных происходит с помощью специфических гликозил-трансфераз (КФ 2.4), катализирующих перенос моносахаридов от доноров — различных гликозилиуклеотидов или липидных, переносчиков к субстратам-акцепторам (см. Трансферазы), к-рыми могут быть углеводный остаток, полипептид или липид в зависимости от специфичности трансфераз. Нуклеотидным остатком является обычно дифосфонук-леозид. Так, уридиндифосфатсахара (УДФсахара) являются донорами для гликозидов (см.) глюкозы, галактозы (см.), N-ацетилглюкозамина и N-ацетилгалактозамина (см. Глюкозамин), ксилозы (см.) и глюкуроновой к-ты (см. Гексуроновые кислоты); гуанозиндифосфатсахара являются донорами для синтеза соответствующих производных маннозы (см.) и фукозы (см.), а производные сиаловых кислот (см.) образуются из цитидинмонофосфата. Разнообразие олигосахаридных структур (см. Олигосахариды) в гликопротеидах, протеогликанах, гликолипидах (см.) и полисахаридах (см.) объясняется существованием различных специфических гликозилтрансфераз (ксилозилтрансфераз, галактозилтрансфераз. глюкуронилтрансфераз и т, д.). Появились данные о возможности неферментативного гликозилирования белков in vivo, напр. гемоглобина, белков хрусталика. коллагена и др. Есть сведения, что неферментативное гликозилирование играет важную патогенетическую роль при нек-рых заболеваниях (сахарном диабете, галактоземии и др.).

Ферментативное расщепление углевод-содержащих соединений происходит в основном гидролитическим путем с помощью гликозидаз, отщепляющих концевые углеводные остатки (экзогликозидазы) или олигосахаридные фрагменты (эндогликозидазы) от соответствующих гликоконъюгатов. Гликозидазы являются чрезвычайно специфическими ферментами. В зависимости от природы моносахарида, конфигурации его молекулы (их D- или L-изомеров) и типа гидролизуемой связи (альфа или бета) различают альфа-D-маннозидазы, альфа-L-фукозидизы, бета-D-галактозидазы и т. д. В клетках гликозидазы локализованы в различных клеточных органеллах. Многие из них локализованы в лизосомах (см). Лизосомные (кислые) гликозидазы отличаются от нейтральных не только локализацией в клетках, оптимальным для их действия значением pH и мол. весом (массой), но и электрофоретической подвижностью и рядом других физико-химических свойств.

Гликозидазы играют важную роль в различных биологических процессах; они могут, напр. оказывать влияние на специфический рост трансформированных клеток с вирусами и др.

Взаимопревращения углеводов в организме

В организме человека и животных существует много различных механизмов, ответственных за превращение одних углеводов в другие как в процессах гликолиза и глюконеогенеза. так и в отдельных звеньях пентозофосфатного пути. Уридиндифосфатгалактоза (УДФгалактоза) превращается путем эпимеризации в УДФглюкозу, эта реакция катализируется ферментом УДФглюкоза-4-эпимеразой (КФ 5.1.3.2). Образование фруктозы (напр., в семенных пузырьках) происходит из глюкозы, промежуточным продуктом в этом случае является сорбитол. Источником аминосахаров (см. Аминосахара) служат фруктозо-6-фосфат и глутамин: фруктозо-6-фосфат + глутамин = глюкозамин-6-фосфат + глутаминовая к-та.

Специфическая киназа (см. Киназы) катализирует превращение N-ацетилманнозамина в N-ацетилманнозаминфосфат, реакция конденсации к-рого с фосфоенолпируватом приводит к образованию N-ацетил-нейраминил-9-фосфата; последний, дефосфорилируясь, образует нейраминовую кислоту (см.). Печень млекопитающих содержит особую специфическую киназу, катализирующую переход D-ксилулозы в D-ксилулозо-5-фосфат, к-рый может включаться в обмен по пентозофосфатному пути.

Транспорт углеводов

В ротовой полости при участии гидролитических ферментов слюны (см.) начинается переваривание углеводов. В желудке продолжается гидролиз углеводов ферментами слюны [сбраживание углеводов пищевого комка (см. Брожение) предотвращается соляной к-той желудочного сока (см.)]. В двенадцатиперстной кишке под действием сока поджелудочной железы (см.) полисахариды пищи (крахмал, гликоген и др.) и сахара (олиго- и дисахариды) расщепляются при участии альфа-глюкозидазы и других гликозидаз до моносахаридов, к-рые и всасываются в тонкой кишке в кровь. Скорость всасывания углеводов различна, быстрее всего всасываются глюкоза и галактоза, медленнее — фруктоза, манноза и другие сахара.

Прохождение всасываемых углеводов через эпителиальные клетки кишечника и поступление в клетки периферических тканей осуществляются с помощью особых транспортных систем, функция к-рых заключается в переносе молекул сахаров через поверхностные клеточные мембраны. Существуют особые белки-переносчики — пермеазы, специфические по отношению к сахарам и их производным. Пермеазы называют также транслоказами (напр., транслоказа глюкозо-6-фосфата, УДФглюкуроновой к-ты и др.). Транспорт углеводов может быть пассивным и активным (см. Мембраны биологические, Проницаемость). При пассивном транспорте перенос углеводов осуществляется по градиенту концентрации (см. Градиент), так что равновесие достигается тогда, когда концентрации сахара в межклеточном веществе или межклеточной жидкости и внутри клеток выравниваются. Пассивный транспорт сахаров характерен для эритроцитов человека. При активном транспорте углеводы могут накапливаться в клетках и концентрация их внутри клеток может быть выше, чем в окружающей клетки жидкости. В организме человека и животных активный транспорт углеводов происходит гл. обр. в эпителиальных клетках слизистой оболочки кишечника (см. Всасывание) и в извитых канальцах (проксимальных отделах нефрона) почек (см. Почки, физиология). Система транспорта глюкозы и галактозы сопряжена с системой транспорта ионов Na+. Предполагают, что активное поглощение сахаров клетками отличается от пассивного тем, что последнее является Na+-независимым процессом. Мембранный транспорт сахаров изучен лучше in vitro (на суспензиях эритроцитов, препаратах различных участков кишечника, на срезах мозга, мышц и других тканей), чем in vivo. Несмотря на то что особенности этого процесса и его кинетика изучены достаточно полно, многое в нем еще неясно.

Регуляция углеводного обмена

Регуляция У. о. осуществляется при участии очень сложных механизмов, к-рые могут оказывать влияние на индукцию или подавление синтеза различных ферментов У. о. либо способствовать активации или торможению их действия. Инсулин (см.), катехоламины (см.), глюкагон (см.), соматотропный гормон (см.) и стероидные гормоны (см.) оказывают различное, но очень выраженное влияние на разные стороны У. о. Так, напр., инсулин, будучи гормоном универсального анаболического действия, способствует накоплению в печени и мышцах гликогена, активируя фермент гликогенсинтазу, и подавляет гликогенолиз и глюконеогенез. Антагонист инсулина — глюкагон стимулирует гликогенолиз. Адреналин (см.), стимулируя действие аденилатциклазы (КФ 4.6.1.1), оказывает влияние на весь каскад реакций фосфоролиза (см.).

Гонадотропные гормоны (см.) активируют гликогенолиз в плаценте (см.). Глюкокор тикоидные гормоны (см.) стимулируют процесс глюконеогенеза. В регуляции глюконеогенеза принимают участие ацетил-КоА и восстановленный никотинамидадениндинуклеотид (см.). Повышение содержания жирных кислот (см.) в плазме крови тормозит активность ключевых ферментов гликолиза — фосфофруктокиназы (КФ 2.7.1.11) и др. Соматотропный гормон оказывает влияние на активность ферментов пентозофосфатного пути и снижает утилизацию глюкозы периферическими тканями. В регуляции ферментативных реакций У. о. важную роль играют ионы Са2+, непосредственно или при участии гормонов, часто в связи с особым Са2+-связывающим белком — кальмодулином.

В регуляции активности многих ферментов углеводного обмена (напр., гликогенсинтазы, фосфорилазы, фосфофруктокиназы и др.) большое значение имеют процессы их фосфорилирования и дефосфорилирования (см. Фосфорилирование).

Патология углеводного обмена

Увеличение содержания глюкозы в крови — гипергликемия (см.) может наступать вследствие чрезмерно интенсивного глюконеогенеза либо в результате понижения способности утилизации глюкозы тканями, напр, при нарушении процессов ее транспорта через клеточные мембраны. Понижение содержания глюкозы в крови — гипогликемия (см.) может являться симптомом различных болезней и патол. состояний, причем особенно уязвимым в этом отношении является мозг: следствием гипогликемии могут быть необратимые нарушения его функций.

Генетически обусловленные дефекты ферментов У. о. являются причиной многих наследственных болезней (см.). Примером генетически обусловленного наследственного нарушения обмена моносахаридов (см.) может служить галактоземия (см.), развивающаяся в результате дефекта синтеза фермента галактозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы (КФ 2,7.7.10). Признаки галактоземии отмечают также при генетическом дефекте УДФглюкоза-4-эпимеразы. Первые симптомы заболевания отмечают у детей вскоре после рождения. Характерными признаками галактоземии являются гипогликемия, галактозурия, появление и накопление в крови наряду с галактозой (см.) галактозо-1-фосфата, а также снижение массы тела, жировая дистрофия и цирроз печени, желтуха, катаракта, развивающаяся в раннем возрасте, задержка психомоторного развития. При тяжелой форме галактоземии больные дети часто погибают на первом году жизни вследствие нарушений функций печени или пониженной сопротивляемости инфекциям. Диагноз галактоземии ставят на основании результатов определения активности галактозо-1-фосфат-уридилилтрансфе-разы в эритроцитах больных детей, а также их родителей — гетерозиготных носителей этого заболевания, наследуемого по аутосомноре-цессивному типу. Ранняя диагностика галактоземии чрезвычайно важна, т. к. может позволить избежать поражения ц. н. с. и развития катаракты. Исключение из пищи галактозы и соответствующая диетотерапия, применяемая в ранний период заболевания, дают выраженный терапевтический эффект.

Примером наследственной непереносимости моносахаридов является непереносимость фруктозы (см.), к-рая вызывается генетическим дефектом фруктозофосфат-альдолазы и в ряде случаев — снижением активности фруктозо-1,6-ди-фосфат-альдолазы (КФ 4.1.2.13), в результате чего процесс гликолиза блокируется на стадии образования диоксиацетон-фосфата и глицераль-дегид-3-фосфата из фруктозо-1,6-дифосфата. Болезнь характеризуется поражениями печени и почек; для клин, картины характерны судороги, частая рвота, иногда коматозное состояние. Признаки заболевания появляются в первые месяцы жизни при переводе детей на смешанное и искусственное питание. Нагрузка фруктозой вызывает резкую гипогликемию. Исключение из пищи продуктов, содержащих фруктозу, обеспечивает терапевтический эффект.

При генетической недостаточности фосфофруктокиназы (КФ 2.7.1.11) развивается так наз. эссенциальная фруктозурия (см.), сопровождающаяся фруктоземией, фруктозурией, но не имеющая клин, проявлений. При нагрузке фруктозой гипогликемии не наблюдают. В связи с тем что при эссенциальной фруктозурии дефект заключается в блокировании синтеза фруктокиназы, нарушение обмена фруктозы не сопровождается накоплением в крови непревращен-ного субстрата ферментативной реакции (фруктозо-6-фосфата).

Заболевания, вызванные дефектами в обмене олигосахаридов (см.), в основном заключаются в нарушении расщепления и всасывания углеводов пищи, что происходит гл. обр. в тонкой кишке. Мальтоза и низкомолекулярные декстрины (см.), образовавшиеся из крахмала и гликогена пищи под действием а-амилазы слюны и сока поджелудочной железы, лактоза (см.) молока, сахароза (см.), расщепляются дисахаридазами (см. Дисахариды), мальтазой (КФ 3.2.1.20), лактазой (КФ 3.2.1.23) и сахаразой (КФ 3.2.1.26 и 3.2.1.48) до соответствующих моносахаридов в основном в микроворсинках слизистой оболочки тонкой кишки, а затем, если процесс транспорта моносахаридов не нарушен, происходит их всасывание. Отсутствие или снижение активности дисахаридаз в слизистой оболочке тонкой кишки служит главной причиной непереносимости соответствующих дисахаридов, что часто приводит к поражению печени и почек, является причиной диареи, метеоризма (см. Мальабсорбции синдром). Особенно тяжелыми симптомами характеризуется наследственная непереносимость лактозы, обнаруживающаяся обычно с самого рождения ребенка. Для диагностики непереносимости сахаров применяют обычно нагрузочные пробы с введением натощак per os углевода, непереносимость к-рого подозревают. Гликемические кривые (см. Углеводы) у таких больных уплощены по сравнению с нормальными. Более точный диагноз может быть поставлен путем биопсии слизистой оболочки кишечника и определения в биопсийном материале активности дисахаридаз. Лечение состоит в исключении из пищи продуктов, содержащих соответствующий дисахарид. Более значительный эффект наблюдают, однако, при использовании ферментных препаратов (см. Энзимотерапия), что позволяет таким больным употреблять обычную пищу. В случае, напр., недостаточности лактазы, содержащий ее ферментный препарат желательно добавлять в молоко перед употреблением его в пищу. Правильный диагноз дисахаридозов, вызванных недостаточностью дисахаридаз, крайне важен. Наиболее частой диагностической ошибкой в этих случаях является установление ложного диагноза дизентерии и лечение антибиотиками, что приводит к быстрому ухудшению состояния больных детей и к тяжелым последствиям.

Заболевания, вызванные нарушением обмена гликогена, составляют группу наследственных энзимопатий (см.), объединенных под названием гликогенозы (см.) и характеризующихся избыточным накоплением гликогена в клетках. В обмене гликогена принимает участие большое число ферментов и ферментных систем. Нарушения в отдельных звеньях этих систем приводят к значительному снижению содержания гликогена в клетках либо, напротив, к его аномальному накоплению, к-рое может также сопровождаться изменением структуры молекул этого полисахарида. Почти полное отсутствие в клетках гликогена отмечают при агликогенозе. Причиной агликоге-ноза является сниженная активность гликогенсинтазы печени или полное отсутствие активности этого фермента. Гликогенозы (гликогенная болезнь) — заболевания, наследуемые по аутосомно-рецессивному или сцепленному с полом типу. В зависимости от того, дефект какого фермента является причиной нарушения обмена гликогена, различают гликогенозы разных типов. Всего пока известно 12 типов гликогено-зов. Кроме того, существуют разные формы (подтипы) этого заболевания, что определяется локализацией ферментного дефекта. Напр., при болезни Мак-Ардла аномальное накопление гликогена происходит только в скелетных мышцах из-за генетически обусловленного дефекта фосфорилазы (КФ 2.4.1.1) мышц. Болезнь Гирке, вызванная генетическим дефектом глюкозо-6-фосфатазы, представляет собой печеночную форму гликогеноза, имеющего 3 подтипа. При болезни Помпе, к-рая является следствием недостаточности или отсутствия лизосомной кислой альфа-глюкозидазы (у-амилазы), аномальное накопление гликогена наблюдают почти во всех органах больного (так наз. генерализованная форма гликогеноза). Болезнь Кори, вызванная дефектом амило-1,6-глюкозидазы — фермента, расщепляющего связи в точках ветвлений в молекулах гликогена, характеризуется накоплением структурно-аномальных гликогенов — лимитдекстринов, к-рые могут накапливаться в разных органах, обусловливая существование различных форм и подтипов этого заболевания. В зависимости от появления первых симптомов различают раннюю, юношескую и взрослую формы нек-рых типов заболевания. У одного и того же больного множественные ферментные дефекты наблюдаются редко. Гликогенозы относят к так наз. болезням накопления.

Клин, картина гликогенозов часто сходна с клин, картиной других заболеваний. Так, напр., нек-рые гликогенозы печеночной формы напоминают хрон. гепатит (см.), болезнь Гоше (см. Гоше болезнь), опухоли печени. Гликогенозы мышечной формы нередко сходны с прогрессирующей мышечной дистрофией и миопатиями различного происхождения (см. Миопатия), а гликогенозы генерализованной формы — с фиброэластозом эндокарда, миокардитом. В связи с этим диагностика гликогенозов не может быть основана только на клин, наблюдениях и требует специальных биохим. исследований. Окончательный диагноз заболевания может быть поставлен только после выявления энзиматического дефекта в ткани, полученной при биопсии пораженного органа. Лишь после установления диагноза возможно правильное лечение, различное при разных типах гликогеиоза. При генерализованной форме заболевания лечение пока не эффективно. При высокой степени риска рождения детей с такой патологией необходима пренатальная диагностика (см. Медико-генетическая консультация). Пренатальная диагностика генерализованных форм гликогенозов основана на определении активности соответствующих ферментов в культуре клеток амниотической жидкости беременных женщин с подозрением на носительство заболевания.

Заболевания, вызванные нарушением обмена различных гликоконъюгатов (углеводсодержащих биополимеров), в большинстве случаев являются следствием врожденных нарушений распада гликолииидов, гликопротеидов или гликозаминогли-канов (мукополисахаридов) в различных органах. Они также являются болезнями накопления. В зависимости от того, какое соединение аномально накапливается в организме, различают гликолипидозы, гликопротеинозы, мукополисахаридозы (см.). Многие лизосомные гликозидазы, дефект к-рых лежит в основе наследственного нарушения

У. о., существуют в различных молекулярных формах (см. Изоферменты). Заболевание может быть вызвано дефектом одного какого-либо изофермента. Так, напр., болезнь Тея — Сакса (см. Амавротическая идиотия) — следствие дефекта формы А N-ацетилгексозаминидазы (гексозаминидазы А), в то время как дефект форм А и В этого фермента приводит к болезни Сандгоффа (см. Гликозидозы).

Большинство болезней накопления протекает крайне тяжело, многие из них пока неизлечимы. Клин, картина при различных болезнях накопления может быть сходной и, напротив, одно и то же заболевание может проявляться по-разному у различных больных. Поэтому необходимо в каждом случае устанавливать энзиматический дефект, выявляемый большей частью в лейкоцитах и фибробластах кожи больных. В качестве субстратов применяют нативные или синтетические субстраты, специфические для определяемых ферментов. Синтетические субстраты обычно являются производными гликозидов. При различных мукополисахаридозах, а также при нек-рых других болезнях накопления (напр., при маннозидозе) с мочой выводятся различные по структуре олигосахариды в значительных количествах. Выделение этих соединений из мочи и их идентификация используются для диагностики болезней накопления. Определение активности фермента в культуре клеток из амниотической жидкости, получаемой при амниоцентезе при подозрении на болезнь накопления, позволяет ставить пренатальный диагноз.

Серьезные нарушения У. о. наступают вторично при нек-рых заболеваниях. Примером такого заболевания является сахарный диабет (см. Диабет сахарный), обусловленный либо поражением бета-клеток островкового аппарата поджелудочной железы, либо дефектами в структуре самого инсулина или его рецепторов на мембранах клеток инсулинчувствительных тканей. В организме существует прямая связь между У. о. и обменом белков (см. Азотистый обмен), липидов (см. Жировой обмен) и минеральных веществ (см. Минеральный обмен).

Подробно о болезнях, патогенез к-рых связан с нарушениями углеводного обмена,— см. статьи, посвященные отдельным заболеваниям, напр. Гаргоилизм, Гоше болезнь, Марото — Лами болезнь, Моркио болезнь, Санфилиппо болезнь, Фабри болезнь (см. Гликозидозы), Шейе болезнь и др., а также статьи с описаниями индивидуальных углеводов или их групп, напр. Гепарин, Гиалуроновые кислоты, Манноза, Сиаловые кислоты, Фу-коза и др.

Особенности углеводного обмена у детей

Состояние У. о. у детей в норме определяется степенью зрелости эндокринных механизмов регуляции и функций других систем и органов. В поддержании гомеостаза плода важную роль играет поступление к нему глюкозы через плаценту. Количество глюкозы, поступающей через плаценту к плоду, непостоянно, т. к. ее концентрация в крови матери может изменяться несколько раз в день. Изменение величины соотношения инсулин/глюкоза у плода может вызвать у него острые или длительные нарушения обмена веществ. В последнюю треть внутриутробного периода у плода значительно увеличиваются запасы гликогена в печени и мышцах, в этот период гликогенолиз и глюконеогене з уже имеют для плода существенное значение и как источник глюкозы.

Особенностью У. о. у плода и новорожденного, позволяющей им лучше адаптироваться к условиям гипоксии, является высокая активность процессов гликолиза. Интенсивность гликолиза у новорожденных на 30—35% выше, чем у взрослых; в первые месяцы после рождения она постепенно снижается. О высокой интенсивности гликолиза у новорожденных свидетельствует высокое содержание в крови и моче молочной кислоты (см.) — лактата и более высокая, чем у взрослых, активность лактатдегидрогеназы (см.) в крови. Значительная часть глюкозы у плода окисляется по пентозофосфатному пути.

Родовой стресс, изменение температуры окружающей среды, появление самостоятельного дыхания у новорожденных, возрастание мышечной активности и деятельности мозга увеличивают у них расход энергии в период родов и первые дни жизни, приводя к быстрому снижению содержания глюкозы в крови. Через 4—6 час. после рождения ее содержание достигает самого низкого значения — 40—60жг/100 мл, оставаясь на таком уровне в течение последующих 3—4 дней. Повышенное потребление глюкозы тканями у новорожденных и период голодания после родов приводят к усилению гликогенолиза и использованию резервного гликогена и жира. Запас гликогена в печени у новорожденного в первые 6 час. жизни резко сокращается (примерно в 10 раз), особенно при асфиксии (см.) и голодании. Содержание глюкозы в крови достигает возрастной нормы у доношенных новорожденных к 10 — 14-му дню жизни, а у недоношенных детей устанавливается лишь к 1 — 2-му месяцу жизни.

В кишечнике новорожденных ферментативный гидролиз основного углевода пищи в этот период — лактозы — несколько снижен и увеличивается в грудном возрасте. Обмен галактозы у новорожденных более интенсивен, чем у взрослых.

Нарушения У. о. у детей при различных соматических заболеваниях носят вторичный характер и связаны с влиянием основного патол. процесса на этот вид обмена. Лабильность механизмов регулции углеводного и жирового обмена в раннем детском возрасте создает предпосылки для возникновения гипо- и гипергликемических состояний, ацетонемической рвоты (см. Ацетопемия). Так, напр., нарушения У. о. при пневмонии у детей раннего возраста проявляются повышением в крови натощак концентраций глюкозы и лактата в зависимости от степени дыхательной недостаточности (см.). Интолерантность к углеводам выявляется при ожирении (см.) и обусловливается изменением секреции инсулина. У детей с кишечными синдромами часто выявляют нарушение расщепления и всасывания углеводов, при целиакии (см.) отмечают уплощение гликемической кривой после нагрузки крахмалом, дисахаридами и моносахаридами, а у детей раннего возраста с острыми энтероколитами и соледефицитным состоянием во время эксикоза наблюдают склонность к гипогликемии.

В крови детей старшего возраста в норме отсутствуют галактоза, пентозы и дисахариды, у детей грудного возраста они могут появляться в крови после приема пищи, богатой этими углеводами, а также при генетически обусловленных аномалиях обмена соответствующих углеводов или углеводсодержащих соединений. В подавляющем большинстве случаев симптомы таких заболеваний проявляются у детей в раннем и даже грудном возрасте.

Для ранней диагностики наследственных и приобретенных нарушений У. о. у детей применяют этапную систему обследования с использованием генеалогического метода (см.) и различных экспресс-тестов, а на последующих этапах — более углубленные биохим. исследования (см. Скрининг в медицине). На первом этапе обследования проводят определение в моче глюкозы, фруктозы, сахарозы, лактозы качественными и полу количественными методами, проверяют величину pH кала (см. Кал, методы исследования). При получении результатов, заставляющих подозревать патологию У. о. у ребенка, переходят ко второму этапу обследования: определению содержания глюкозы в моче и крови натощак количественными методами, построению гликемических и глюкозурических кривых, исследованию гликемических кривых после дифференцированных сахарных нагрузок, определению содержания глюкозы в крови после введения адреналина, глюкагона, лейцина, толбутамида. кортизона, инсулина; в части случаев осуществляют прямое определение активности дисахаридаз в слизистой оболочке двенадцатиперстной и тонкой кишок и хроматографическую идентификацию углеводов крови и мочи. Для выявления нарушений переваривания и всасывания углеводов после установления величины pH кала определяют толерантность к моно- и дисахаридам с обязательным измерением содержания сахаров в кале и их хроматографической идентификацией до и после нагрузочных проб углеводами. При энзимопатиях в крови и тканях определяют активность ферментов У. о., дефект синтеза или подавление активности к-рых подозревают клиницисты.

Для коррекции нарушенного У. о. при тенденции к гипергликемии применяют диетотерапию с ограничением углеводов и жиров и при необходимости инсулин или другие гипогли-кемизирующие препараты; средства, способствующие повышению содержания глюкозы в крови, отменяют. При гипогликемии необходимо предупреждать ее приступы диетой, богатой углеводами и белками. Во время приступов гипогликемии вводят глюкозу, глюкагон, адреналин. При непереносимости отдельных углеводов назначают индивидуальную диету с исключением соответствующих сахаров из пищи больных. Перспективной является разработка методов введения в организм недостающих ферментов У. о. в ли носом ах (см.). В случаях нарушений У. о.. носящих вторичный характер, необходимо лечение основного заболевания.

Для профилактики выраженных нарушений У. о. необходимо их своевременное обнаружение у детей. При вероятности наследственной патологии У. о. рекомендуется медико-генетическое консультирование (см. Медико-генетическая консультация). Выраженное неблагоприятное влияние декомпенсации сахарного диабета у беременных женщин на У. о. у плода и новорожденного (см. Диабет сахарный) диктует необходимость тщательной компенсации заболевания у матери на всем протяжении беременности и родов.

Изменение углеводного обмена в процессе старения

Начиная с 20—25 лет, нарушается толерантность к глюкозе, т. е. скорость ее использования тканями снижается. Снижение скорости утилизации глюкозы сочетается с увеличением в крови концентрации инсулина поело приема пищи. Этот процесс происходит быстрее у мужчин; у женщин до 40—-49 лег снижение толерантности периферических тканей к глюкозе развивается медленнее, но к 60 — 69 годам эти показатели у лиц обоего пола сравниваются.

Наряду со снижением толерантности к глюкозе при старении опаздывает поступление в кровь инсулина, в результате чего время достижения его максимальной концентрации в крови увеличивается с 60 мин. до 120 мин. Потому при постановке глюкозного теста с внутривенным введением 50 мл 50% р-ра глюкозы, когда концентрацию инсулина в крови определяют через 5-10 мин. после окончания введения глюкозы, возрастного повышения концентрации инсулина в крови не обнаруживают.

Сочетание возрастной гипергликемии и гиперинсулинемии указывает на снижение эффективности действия инсулина на ткани-мишени, Известно несколько причин, формирующих механизм этого нарушения: 1) усиление влияния контраинсулярных факторов, в частности кортизола , неэтерифицированных жирных кислот (НЭЖК) и соматотропного гормона (концентрация последнего в крови снижается при развитии возрастного ожирения); 2) уменьшение количества специфических рецепторов на плазматической, мембране клеток, что частично связано с развитием возрастного ожирения и обусловленного этим повышения базального уровня инсулина в крови; это приводит в соответствии с механизмом отрицательной обратной связи, между концентрацией гормона в крови и числом рецепторов к нему на клеточных мембранах к снижению их количества; 3) повышение с возрастом концентрации проинсулина (см. Инсулин) в крови, обладающего незначительным биол. эффектом (однако улучшение толерантности к углеводам под влиянием антидиабетического лекарственного препарата фенформина ставит под сомнение роль увеличения доли проинсулина в возрастном снижении толерантности к углеводам); 4) изменение механизма действии инсулина после связывания с рецепторами клеток-мишеней. Сочетание алиментарной гипергликемии и гиперинсулинемии ведет к развитию ожирения, что увеличивает липолиз и использование НЭЖК в качестве энергетического субстрата (см. Обмен веществ и энергии, в процессе старения). Это еще более ухудшает утилизацию глюкозы в мышечной ткани и стимулирует глюконсогенез. В свою очередь, избыток- в крови НЭЖК и инсулина ведет к увеличению синтеза в печени триглицеридов (см. Жиры) и холестерина (см.)' и соответственно к увеличению концентрации в крови липопротеидов очень низкой и низкой плотности (см. Липопротеиды). Это создает условия для развития атеросклероза, снижения активности иммунитета, а также, по-видимому, является одной из причин возрастного увеличения частоты возникновения рака. Поэтому выяснение причин включения .механизмов, приводящих к возрастному снижению толерантности тканей к углеводам, является столь важным. Прежнее объяснение этого возрастного феномена, связывающее его с истощением продукции инсулина, утратило свое значение; новые объяснения пока еще носят гипотетический характер.

Углеводный обмен в облученном организме

При воздействии ионизирующего излучения в дозах, вызывающих у экспериментальных животных острую лучевую болезнь (см.), возникают нарушения У. о., зависящие от радиочувствительности (см.) и физиол. особенностей отдельных тканей. К числу таких изменений относится увеличение содержания гликогена в печени с двумя пиками подъема содержания гликогена — на 1—2-е и 9—14-е сутки после облучения (ем.). Основной причиной аномального усиления отложения гликогена в печени является усиление глюконеогенеза в результате облучения, несмотря на то что в течение нескольких суток после облучения увеличивается активность ключевых ферментов гликолиза — гексокиназы, фосфофруктокиназы, глюкозофосфатизомеразы. Наряду с этим наблюдают торможение окислительного декарбоксилирования пирувата в цикле трикарбоновых к-т (см. Трикарбоновых кислот цикл). Тем не менее в ранний период острой лучевой болезни для печеночной ткани характерно изменение У. о. преимущественно по анаболическому типу. Параллельно увеличению содержания гликогена в печени в крови облученных животных повышается концентрация глюкозы. Пострадиационная гипергликемия обусловлена изменением гормонального фона в облученном организме. Окисление глюкозы до CO2 при этом значительно снижено. Гликемическая кривая после нагрузки глюкозой весьма характерна: выявляют двугорбостъ гликемической кривой и псевдодиабетическую задержку ее снижения. Инсулин только в максимальных дозах вызывает нормализацию окисления глюкозы, что свидетельствует о пониженной способности тканей утилизировать глюкозу. У. о. в радио резистентных тканях (скелетные мышцы, сердечная мышца, головной мозг, кожа, кости) при действии ионизирующего излучения не претерпевает существенных изменений. В лимфоидной ткани отмечают угнетение пентозо-фосфатного пути окисления глюкозы. В костном мозге происходит перестройка взаимосвязи между гликолизом и пентозофосфатным путем, увеличивается активность транскетолазы в сторону повышения синтеза фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата. Активность глюкозо-6-фосфат—дегидрогеназы в течение нескольких суток после облучения резко угнетается. Т. о., в кроветворной ткани происходит ингибирование пентозофосфатного пути и интенсификация гликолиза. Большинство из указанных нарушений У. о. в тканях зависит от дозы ионизирующего излучения. При массивном однократном облучении в нелетальных дозах эти нарушения сравнительно быстро исчезают. Хрон. облучение дозами низкой мощности (см. Мощность дозы излучения) вызывает относительно слабо выраженные изменения У. о., к-рые, однако, сохраняются длительное время после прекращения лучевого воздействия. Большинство из перечисленных нарушений У. о. носит обратимый характер. В целом У. о. характеризуется высокой устойчивостью к поражающему действию ионизирующего излучения.



Библиогр.: Бадалян Л. О., Таболин В. А. и Вельтищев Ю. Е. Наследственные болезни у детей, М., 1971; Видершайн Г. Я. Биохимические основы гликозидозов, М., 1980; Гормональная регуляция функций детского организма в норме и патологии, под ред. М. Я. Студеникина и др., с. 33, М., 1979; Дильман В. М. Трансформация программы развития в механизм возрастной патологии, Элевационная модель возрастной патологии и естественной смерти человека, Физиол. человека, т. 4, № 4, с. 579, 1978; Комаров Ф., Коровкин Б. Ф. и Меньшиков В. В. Биохимические исследования в клинике, с. 407, Л., 1981; Mецлер Д. Биохимия, пер. с англ., т. 2, М., 1980; Рачев Л., Тодоров Й. и Статева С. Обмен веществ в детском возрасте, пер. с болг., с. 68, 266, София, 1967; Розенфельд Е. Л. Молекулярная патология обмена углеводов, в кн.: Моле к. основы патол., под ред. В. Н. Ореховича, с. 80, М., 1966; Розенфельд Е. Л. и Попова И. А. Гликогеновая болезнь (биохимические основы), М., 1979; Справочник по функциональной диагностике в педиатрии, под ред-КЗ. Е. Вельтищева и Н. С. Кисляк, с. 107, М., 1979; Уайт А. и др. Основы биохимии, пер. с англ., т. 2, М., 1981; Черкасова Л. С. и Миронова Т. М. Влияние ионизирующей радиации на ферменты углеводного обмена, Радиобиология, т. 16, в. 5, с. 657, 1976; Biochemistry of carbohydrates, ed. bv W. J. Whelan, L., 1975; Carbohydrate metabolism and its disorders, ed. by F. Dickens a. o., v. 1 — 2, L. — N. Y., 1968; H a v W. W. Fetal glucose metabolism, Semin. Perinat., v. 3, p. 157, 1979; P o-1 у с 1) r o n a k о s С. а. о. Carbohydrate intolerance in children and adolescents with Turner syndrome, J. Pediat., v. 96, p. 1009, 1980.


Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание

Рекомендуемые статьи