Болезнь гирке (гликогеноз при дефиците г-6-Фазы)

Девочка 6 месяцев постоянно капризничала, имела болезненный вид, быстро утомлялась, впадала в сонливость, у нее часто возникали расстройства пищеварения, наблюдалось значительное увеличение печени.

Лабораторный анализ:

Глюкоза в крови (через 1 ч после кормления) - 3,5 ммоль/л (референтный диапазон  5 ммоль/л)

Через 4 ч после кормления на фоне признаков болезненного состояния при пульсе 110 в 1 мин уровень глюкозы составил 2 ммоль/л. Симптомы снимались после еды. Биопсия печени показала массивные отложения гликогена в цитоплазме гепатоцитов.

Поставлен диагноз - болезнь Гирке. Лечение включало частые кормления с уменьшением углеводов в пище и питание через назогастральный зонд по ночам.

ИСТОРИЯ БОЛЕЗНИ № 2

Болезнь мак-ардля (гликогеноз со снижением мышечной силы)

30-летний мужчина консультировался у врача по поводу хронических болей в мышцах ног и рук и судорог при физической нагрузке. У него отмечалась слабость в мышцах, поэтому он никогда не занимался спортом. Состояние не менялось до тех пор, пока он не решил укрепить мышцы, занимаясь спортом. При упорных физических упражнениях боли, как правило, проходили через 15-30 мин тренировки, и он мог дальше заниматься упражнениями.

Лабораторный анализ:

При лабораторном исследовании установлено, что при умеренной физической нагрузке уровень глюкозы в крови был нормальным, но повышенным была активность ММ фракции креатинкиназы (ММ-КК), что свидетельствует о повреждении мышц. При интенсивной мышечной работе уровень глюкозы в крови незначительно уменьшался, но при этом снижался и уровень лактата. Биопсия показала необычно высокое содержание гликогена в мышцах, что доказывает болезнь накопления гликогена.

Обсуждение:

В начальный период мышечной нагрузки всегда начинает интенсивно потребляться глюкоза, которая образуется из распадающегося гликогена. Однако при судорогах, возникающих при кислородной задолженности, в результате активации гликолиза должно происходить образование пирувата, который превращается в лактат и поступает в кровь. В этом же случае не было увеличения лактата, что доказывает нарушение мобилизации мышечного гликогена. Прекращение мышечных болей через 0,5 ч после нагрузки объясняется физиологической реакцией, вызванной освобождающимся при нагрузке адреналином, который способствует поступлению в мышцы из крови глюкозы и жирных кислот, компенсирующих недостаточное поступление глюкозы из мышечного гликогена.

Гликолиз. В анаэробных условиях гликлиз - основной метаболический путь расщепления глюкозы. В этом процессе при распаде 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пирувата. В тканях, где не обеспечивается полностью синтез АТФ за счет окислительного фосфорилирования, глюкоза является основным источником энергии. При интенсивной мышечной работе в мышцах углеводы расщепляются до лактата, вызывая, так называемую, кислородную задолжность и приводя к внутриклеточному закислению. Ряд лекарственных препаратов, в частности бигуаниды, сульфонилмочевинные препараты первой генерации, активируют гликолиз, поэтому при диабете могут быть дополнительными факторами, способствующими развитию лактоацидоза. В связи с этим, наряду с определением параметров КОС и газов крови, в экспресс-лабораториях при реанимационных отделениях рекомендуется определение лактата у больных с развивающейся гипоксией. Ингибиторами гликолиза являются монойодацетат и NaF - сильнодействующие яды. В эритроцитах гликолиз и пентозофосфатный цикл являются основными путями утилизации глюкозы, интенсивность их высокая, поэтому не рекомендуется при определении глюкозы оставлять сгусток с сывороткой или измерять глюкозу в стабилизированной ЭДТА крови более чем через 1 час. При необходимости хранить кровь рекомендуется использовать в качестве ингибитора гликолиза монойодацетат или NaF.

Аэробное окисление глюкозы. Глюкоза является одним из основных энергетических субстратов в организме. Скорость ее окисления в состоянии покоя натощак составляет около 140 мг/кг массы в течение 1 часа. Некоторые жизненно важные органы, в частности кора головного мозга, используют в качестве энергетического субстрата исключительно глюкозу. В процессе окисления она превращается через гликолитический путь обмена в пируват, который поступает в митохондрии, где декарбоксилируется до ацетил-коА. Дальнейшее окисление происходит в цикле Кребса и процессе окислительного фосфорилирования, в котором синтезируется АТФ и образуется эндогенная вода. Это основной путь образования энергии: 1 молекула глюкозы в процессе аэробного окисления дает возможность синтезироваться в 19 раз больше АТФ, чем при гликолизе, то есть 38 молекул АТФ Окисление глюкозы в аэробных условиях - наиболее эффективный путь использования кислорода для энергетических нужд. Эффективность основного обмена наиболее высока, когда окисляется глюкоза, поэтому она является важным компонентом при парентеральном питании.

Пентозофосфатный шунт. Биологическая роль этого цикла состоит в образовании пентозофосфатов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот, для генерирования восстановленных эквивалентов в виде НАДФН для синтеза жирных кислот и для обеспечения антиоксидантной системы клеток. Среди дефектов пентозофосфатного шунта наиболее распространен дефицит или аномалии фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. При этом не обеспечивается необходимое восстановление глютатиона. В мембране эритроцитов активируется перекисное окисление, накапливаются гидроперекиси, нарушается проницаемость клеточной мембраны, в результате наступает гемолиз.

Взаимосвязь между углеводным, белковым и липидным обменами. Важным общим промежуточным продуктом метаболизма углеводов, аминокислот и липидов является в клетках молекула ацетил-коА. Через ацетил-коА глюкоза и другие углеводы могут превращаться в жирные кислоты и триглицериды, в заменимые аминокислоты и наоборот глюкоза может синтезироваться через эту молекулу. Через пути взаимопревращений при разном питании организм синтезирует необходимые компоненты. Поэтому даже при исключительно углеводном питании может увеличиться масса жировой ткани. После приема пищи, также как после приема углеводов, не рекомендуется исследовать базальный уровень глюкозы в крови. Практически постоянно при гипертриглицеридемии имеется склонность к нарушению углеводного обмена вследствие развития инсулинорезистентности.

Глюконеогенез. Так называется метаболический процесс синтеза глюкозы из аминокислот и продуктов промежуточного обмена веществ. В процессе глюконеогенеза протекают те же реакции, что в гликолизе, но в обратном направлении. Исключение составляют 3 реакции, которые шунтируются. Полный набор ферментов глюконеогенеза содержится в клетках печени, почек, слизистой кишечника. Глюкокортикоиды, в частности кортизол, являются мощными стимуляторами синтеза ферментов глюконеогенеза, вызывая гипергликемию, за счет синтеза глюкозы из аминокислот при катаболизме белков.

РЕГУЛЯЦИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА.

Уровень глюкозы в крови является важнейшим фактором гомеостаза. Он поддерживается на определенном уровне функцией кишечника, печени, почек, поджелудочной железы, надпочечников, жировой ткани и других органов ( рис. 6 ).

МОЗГ

КИШЕЧНИК

МЫШЦЫ

ПЕЧЕНЬ

ЖИРОВАЯ ТКАНЬ

Гл-6-Ф

Гл-6-Ф

СО₂ + Н₂0

Инсулин

Глюкоза

ГЛЮКОЗА

Гликоген

Инсулин

Инсулин

Гл-6-Ф

Гл-6-Ф

Триозо-Ф

Жирные к-ты + Глицерол-Ф

Гликоген

Жирные к-ты + Глицерол-Ф

Триглицериды

Триозо-Ф

ЛПОНП

Триглицериды

Глицерин

АцетилКоА

Рис. 6. Метаболизм глюкозы после еды. Всосавшаяся в кишечнике глюкоза поступает в печень. Печень поддерживает постоянную доставку энергетических субстратов для других органов, в первую очередь для мозга. Поступление глюкозы в печень и мозг не зависит от инсулина, в мышцы и жировую ткань - инсулинзависимое. Во всех клетках первый этап метаболизма глюкозы - фосфорилирование. В печени инсулин стимулирует фермент глюкокиназу, инициируя образование гликогена. Избыток глюкозо-6-фосфата используется для синтеза аминокислот и липидов. В мышцах глюкоза запасается в виде гликогена, в жировой ткани переходит в триглицериды, в мозговой ткани глюкоза используется как энергетический субстрат.

Выделяют несколько типов регуляции углеводного обмена: субстратную, нервную, гормональную, почечную.

Субстратная регуляция.

Основным фактором, определяющим метаболизм глюкозы, является уровень гликемии. Пограничная концентрация глюкозы, при которой продукция ее в печени равна потреблению периферическими тканями, составляет 5,5 - 5,8 ммоль/л. При уровне меньшем этого печень поставляет глюкозу в кровь, при большем уровне наоборот доминирует синтез гликогена в печени и мышцах.

Нервная регуляция.

Возбуждение симпатических нервных волокон приводит к освобождению адреналина из надпочечников, который стимулирует расщепление гликогена в процессе гликогенолиза. Поэтому при возбуждении симпатической нервной системы уровень глюкозы повышается. Наоборот, раздражение парасимпатических нервных волокон сопровождается усилением выделения инсулина поджелудочной железой, поступлением глюкозы в клетку и снижением гликемии.

Почечная регуляция.

В клубочках почек глюкоза фильтруется, затем в проксимальных канальцах реабсорбируется энергозависимым механизмом. Величина канальцевой реабсорбции относительно постоянна, с возрастом имеется тенденция к снижению. Максимальное количество молекул глюкозы, реабсорбируемых из канальцевой жидкости в кровь, зависит от числа переносчиков глюкозы и скорости их оборота в мембране. Количество глюкозы, реабсорбируемой при максимальной загрузке ее переносчиков (TMg), служит важным показателем функционального состояния канальцев. Если глюкоза в крови превышает количество, которое может быть реабсорбировано в канальцах за счет функции TMg, то глюкоза появляется в моче. При превышении в сыворотке уровня 8,8 - 9,9 ммоль/л глюкоза выделяется с мочой. Показатель гликемии, при котором появляется глюкозурия, называется почечным порогом. С возрастом почечный порог для глюкозы повышается. Количество TMg снижается при хронических заболеваниях почек, при гипертонической болезни, при диабетической нефропатии. Это означает, что при этих заболеваниях глюкозурия может появляться при концентрации глюкозы в крови ниже пороговой. (< 8,8 ммоль/л). Поэтому по уровню глюкозы в моче нельзя ставить диагноз сахарный диабет. На выделение глюкозы с мочой также влияет скорость клубочковой фильтрации, которая в норме составляет примерно 130 мл/мин. При снижении фильтрации при почечной недостаточности или уменьшении кровоснабжения почек глюкоза будет отсутствовать в моче даже при гликемии, значительно превышающей почечный порог, так как фильтруется меньше глюкозы и вся она успевает реабсорбироваться в проксимальных канальцах почек.

Гормональная регуляция.

На уровень глюкозы в крови влияет широкий спектр гормонов, при этом практически только инсулин вызывает гипогликемический эффект. Контринсулярным действием с повышением уровня глюкозы крови обладают глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, СТГ, АКТГ, тиреоидные гормоны, глюкагон. Эффекты инсулина и контринсулярных гормонов в норме контролируют достаточно стабильный уровень глюкозы в крови. При низкой концентрации инсулина, в частности при голодании, усиливаются гипергликемические эффекты других гормонов, таких как гормон роста, глюкокортикоиды, адреналин и глюкагон. Это происходит даже, если концентрация этих гормонов в системе циркуляции не увеличивается, достаточно только уменьшения инсулина. В таблице 4 представлены основные эффекты гормонов на метаболизм глюкозы. Физиологически в регуляции обмена глюкозы наиболее важны 2 гормона - инсулин и глюкагон.

Инсулин - полипептид, состоит из 2 цепей; А-цепь содержит 21 аминокислоту, В-цепь - 30 аминокислот. Цепи соединены между собой 2 дисульфидными мостиками. Инсулины схожи у разных видов млекопитающих: так А-цепь идентична у человека, свиньи, собаки, кашалота. В-цепь идентична у быка, свиньи и козы. Фактически инсулин человека и свиньи отличаются только тем, что на карбоксильном конце В-цепи у свиньи находится аминокислота аланин, а у человека треонин. Поэтому «человеческий инсулин» производится путем замены аланина на треонин в инсулине свиньи.

Инсулин синтезируется в виде неактивной полипептидной цепи проинсулина, в этом виде он сохраняется в секреторных гранулах клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. После активации глюкозных рецепторов клеток происходит частичный протеолиз пептида проинсулина по Arg31 и Arg63 (рис. 7). В результате в эквимолярном количестве образуется инсулин и С-пептид (connecting peptide), которые выделяются в кровь. Однако не весь проинсулин гидролизуется, около 3 % проинсулина в неизменном виде также попадает в кровь. При патологии клеток поджелудочной железы этот процент может увеличиваться.

Таблица 4

Гормоны, контролирующие гомеостаз глюкозы
Гормон	Механизм действия	Ткань
Инсулин	увеличивает : потребление глюкозы клетками синтез гликогена синтез белков синтез жирных к-т и триглицеридов снижает : глюконеогенез гликогенолиз кетогенез липолиз катаболизм белка	мышцы, жировая ткань печень, мышцы печень, мышцы печень, жировая ткань печень печень печень жировая ткань мышцы
Глюкагон	увеличивает : гликогенолиз глюконеогенез кетогенез липолиз	печень печень печень жировая ткань
Адреналин	увеличивает : гликогенолиз липолиз	печень, мышцы жировая ткань
Гормон роста	увеличивает : гликогенолиз липолиз	печень жировая ткань
Кортизол	увеличивает : глюконеогенез синтез гликогена протеолиз снижает : потребление глюкозы клетками	печень печень мышцы мышцы, жировая ткань

NH2- -COOH Соединяющий пептид (С-пептид) В-цепь A-цепь
проинсулин инсулин С-пептид

Рис.7. Образование инсулина в поджелудочной железе. В результате частичного протеолиза проинсулина формируется в эквимолярных количествах инсулин и С-пептид. Инсулин состоит из 2 полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками.

Инсулин в крови находится в свободном (иммунореактивный инсулин, ИРИ) и в связанном с белками плазмы состоянии. Деградация инсулина происходит в печени (до 80 %), почках и жировой ткани. С-пептид также подвергается деградации в печени, но значительно медленнее. Базальная концентрация инсулина, определяемая радиоиммунологически, составляет у здоровых 6 - 20 мкЕд/мл (таблица 5). После пероральной нагрузки глюкозой уровень его через 1 ч повышается в 5 - 10 раз по сравнению с исходным. Скорость секреции инсулина натощак составляет 0,5 - 1 Ед/ч, после приема пищи увеличивается до 2,5 - 5 Ед/ч. У здоровых людей наблюдается 2 фазы секреции инсулина - ранний пик (через 3-10 мин после углеводной нагрузки) и поздний пик (через 20 мин). Раннее выделение инсулина осуществляется за счет гранул инсулина, располагающихся в непосредственной близости от мембраны -клетки. При постпрандиальном повышении глюкозы крови первоначально происходит выброс именно этой части внутриклеточных запасов инсулина. Далее следует вторая, постепенно нарастающая волна секреции инсулина, которая продолжается в течение всего периода стимуляции глюкозой. Таким образом, в норме максимум повышения глюкозы в крови и пик выброса инсулина наблюдаются одновременно. При сахарном диабете 2 типа происходит нарушение этой закономерности. Более того, подобные нарушения являются одним из проявлений островковой дисфункции, характерной для сахарного диабета 2 типа.

Таблица 5.

Референтные значения инсулина, С-пептида и проинсулина в сыворотке
12-часовое воздержание от еды
Инсулин С-пептид Проинсулин	6 – 25 мЕд/л 0,7 – 2,0 мкг/л < 25 нг/л	36 150 пмоль/л 0,2 – 0,6 нмоль/л < 3 пмоль/л
Продолжительное голодание со снижением глюкозы до уровня < 3,3 ммоль/л
Инсулин С-пептид Проинсулин	< 6 мЕд/л < 0,7 мкг/л < 25 нг/л	< 36 пмоль/л < 0,2 нмоль/л < 3 пмоль/л
Максимальное значение после стимуляции глюкозой или глюкагоном
Инсулин С-пептид Проинсулин	свыше 200 мЕд/л 2,7 – 5,7 мкг/л 77 - 102 нг/л	свыше 1200 пмоль/л 0,9 – 1,9 нмоль/л 8,5 – 11,3 пмоль/л

Секреция инсулина стимулируется, помимо гипергликемии, глюкагоном, а также полипептидными гормонами кишечника, включая желудочно-кишечный инсулинотропный полипептидный гормон (ЖИП), аминокислотами, свободными жирными кислотами, раздражением вагуса (рис. 8).

Метаболическое действие инсулина комплексное, оно включает прямые эффекты на обмен липидов, белков и особенно на метаболизм D-глюкозы. Инсулин усиливает мембранный транспорт глюкозы, аминокислот и К⁺, активирует многие внутриклеточные ферменты. В тоже время полипептидная молекула инсулина не способна проникнуть через клеточную мембрану, поэтому все эффекты инсулина осуществляются через специальные рецепторы на поверхности клеточной мембраны инсулинзависимых тканей. Инсулиновый рецептор комплексный, он состоит из 2-х  и  субъединиц, соединенных дисульфидными мостиками.