Вуглеводи, їх значення в обміні речовин. Регуляція вуглеводного обміну.
Вуглеводи у вигляді полісахаридів входять до складу клітинних мембран, є обов’язковим компонентом нуклеїнових кислот, в цьому заключається їх структурна (пластична) роль, але головна функція – енергетична. З 1 г вуглеводів утворюється 16,7 кДж (4 ккал) енергії.
Людина отримує найбільше енергії за рахунок вуглеводів, оскільки вживає їх найбільше, ніж білків та жирів.
Добова потреба людини у вуглеводах – 400-500 г, основна частина з них (біля 70%) окислюється в тканинах до води і вуглекислого газу, 25-28% - перетворюється в жир, 2-5% - синтезується в глікоген (резервний вуглевод організму).
Вуглеводи їжі представлені головним чином полісахаридами. У травному тракті в результаті гідролізу утворюється 3 моносахариди: глюкоза та фруктоза і галактоза, які перетворюються в глюкозу і так транспортуються до тканин, де використовуються як джерело енергії, оскільки складні вуглеводи не можуть проникати через слизову оболонку кишечнику в кров та лімфу.
Отже, вуглеводи всмоктуються лише у вигляді моносахаридів в тонкому кишечнику і по системі ворітної вени током крові переносяться до печінки, м’язів і тканин.
В печінці з глюкози синтезується глікоген (тваринний крохмаль) цей процес називається глікогенезом. Глікогену може синтезуватися до 350-400 г.
При фізичних чи емоційних навантаженнях глікоген може розпадатись до глюкози, яка надходить в кров – глікогеноліз.
Крім цього, в печінці можуть утворюватись вуглеводи з продуктів їх розпаду (піровиноградної та молочної кислоти), а також з продуктів розпаду жирів та білків (амінокислот, гліцерину, жирних кислот) – гліконеогенез.
Ці три процеси, що відбуваються в печінці, тісно взаємопов’язані і забезпечують оптимальний рівень цукру в крові.
У вуглеводному обміні велике значення має м’язова тканина. М’язи, особливо під час їх підвищеної діяльності, захоплюють з крові велику кількість глюкози. В м’язах, так як і в печінці – синтезується глікоген. Розпад глікогену є одним з джерел енергії м’язового скорочення. При розпаді м’язового глікогену процес йде до утворення піровіноградної і молочної кислот – гліколіз. В фазі відпочинку з молочної кислоти в м’язовій тканині відбувається ресинтез глікогену. Частина молочної кислоти переходить в кров. Молочна кислота захоплюється іншими органами, частково печінкою. В печінці з молочної кислоти синтезується глікоген.
Глюкозу використовують всі клітини і тканини, як джерело енергії, але найбільше її потребує головний мозок, який містить невеликі запаси вуглеводів і потребує постійного надходження глюкози, близько 69%, виділяємої печінкою. Глюкоза в тканинах мозку окислюється, а невелика частина перетворюється в молочну кислоту. Енергетичні витрати мозку покривають виключно за рахунок вуглеводів. Зниження надходження в мозок глюкози супроводжується зміною обмінних процесів в нервовій тканині і порушенням функцій мозку.
Глікоген печінки використовується для підтримання концентрації глюкози в крові, її рівень коливається в межах 0,08-0,12%. Зменшення її вмісту нижче 0,07 – гіпоглікемія, а збільшення – гіперглікемія. Зниження нижче 0,05% призводить до різкого зниження працездатності, а при 0,04% відбувається порушення діяльності ЦНС.
Сучасна норма вмісту глюкози в крові здорової людини дорівнює 4,4-6,5 ммоль/л (80-120мг%), 3,3-5,5 ммоль/л. При вмісту 3-2,5ммоль/л виникає гіпоглікемічна кома, людина непритомніє, з’являються судоми. Таке явище може спостерігатись при голодуванні, нервовому перевантаженні, цукровому діабеті.
На вміст глюкози аналізи проводять зранку, натщесерце, оскільки під час травлення з кишечнику у кров всмоктується глюкоза і її рівень у крові, що відтікає від кишок, може різко зростати. Надлишок глюкози затримує печінка, перетворюючи її на глікоген, і від печінки відтікає кров з нормальним вмістом глюкози.
Отже, основну роль в регуляції вуглеводного обміну – печінка (депо вуглеводів) і м’язи (споживачі вуглеводів), а також нирки (виводить надлишки).
Нервово-гуморальна регуляція вуглеводного обміну.
Нервовий центр регуляції вуглеводного обміну знаходиться в гіпоталамусі, представлений скупченням гангліозних клітин, які тісно взаємопов’язані з гіпофізом. Гіпофіз стимулює діяльність залоз внутрішньої секреції, гормони яких впливають на вуглеводний обмін.
Інсулін здійснює перетворення глюкози на глікоген в печінці і в скелетних м’язах, підвищуючи проникність клітинної мембрани до глюкози, стимулюючи споживання глюкози всіма клітинами організму, крім клітин головного мозку. Т.ч., під дією інсуліну рівень глюкози в крові зменшується. При зниженні інсуліну в крові, підвищується рівень глюкози. При підвищенні рівня глюкози в крові до 9 ммоль/л (160мг%), вона з’являється в сечі, що призводить до виникнення хвороби цукровий діабет, але дане захворювання може виникнути і в результаті неспроможності печінки перетворювати глюкозу на глікоген. Короткочасне підвищення глюкози спостерігається при споживанні 150-200 г за один раз солодощів (глюкозурія).
При зниженні концентрації глюкози в крові, збудження від нейронів центру вуглеводного обміну через симпатичну нервову систему надходить до печінки і скелетних м’язів, де відбувається розщеплення глікогену і утворювана глюкоза виводиться в кров.
При підвищенні рівня глюкози в крові, імпульси з гіпоталамуса надходять через парасимпатичні нерви до підшлункової залози і стимулюють утворення інсуліну та до печінки, де активується утворення глікогену.
Інсулін – це єдиний гормон, який знижує рівень глюкози в крові. Інші гормони підвищують рівень глюкози в крові. Адреналін (гормон мозкового шару надниркових залоз) і глюкагон (гормон підшлункової залози) сприяє перетворенню глікогену на глюкозу. Всмоктуванню глюкози в кров сприяє глюкокортикоїдний гормон (гормон кори надниркових залоз), а соматотропін (гормони гіпофізу) сприяє утворенню глюкози з жирних кислот, гліцерину і амінокислот та гальмує виділення інсуліну. Тироксин (гормон щитоподібної залози) сприяє розщепленню глюкози до молочної кислоти, яке відбувається в м’язах.