9.5.Нарушения энергетического обмена

Нарушения обмена энергии в виде макроэргов лежат в основе большинства функци­ональных и органических нарушений органов и тканей. Они могут возникать на всех этапах энергетических превращений вследствие отсутствия или недостатка субстрата, изменения количества или ак­тивности ферментов, в связи с генетическими дефектами, действием ингибиторов ферментов эндо- и экзогенного происхождения, недо­статочным поступлением в организм незаменимых аминокислот, жирных кислот, витаминов, микроэлементов и других веществ, не­обходимых для осуществления метаболических процессов или в результате повреждения регуляторных систем.

Нормальное течение обменных процессов на молекулярном уровне обусловлено динамическим взаимодействием процессов ка­таболизма и анаболизма.

Катаболизм может совершаться внеклеточно с помощью пище­варительных ферментов и внутриклеточно при участии лизосомальных гидролаз. Внутриклеточному распаду подвергаются собствен­ные макромолекулы, имеющие конформационные нарушения, приобретенные в результате случайных ошибок синтеза либо других повреждений, в частности перекисного окисления. Продукты их распада используются клеткой для синтеза других компонентов. Ге­нетическая недостаточность лизосомальных ферментов приводит к возникновению болезней накопления (мукополисахаридозы, сфинголипидозы, гликогенозы).

Частным примером внеклеточного распада макромолекул явля­ется протеолиз, который обеспечивает повышение функцио-нальной активности ферментов, гормонов, нуклеиновых кислот, первона­чально синтезирующихся в форме предшественников с боль-шей мо­лекулярной массой, чем у основной функционально активной моле­кулы (например, проинсулин — инсулин). Ферментативный процесс такого типа называется ограниченным протеолизом. Характерным примером его является функционирование каскадных систем: сис­темы комплемента, свертывания крови, фибринолиза, кининовой системы.

Наиболее эффективным в энергетическом отношении является окисление продуктов обмена в цикле Кребса, менее эфекгивными — Р-окисление, гликолиз.

При нарушении катаболических процессов прежде всего страда­ет регенерация АТФ, а также поступление необходимых для биосин­тетических процессов (анаболизма) субстратов. В свою очередь, повреждение анаболических процессов приводит к нарушению воспроизведения функционально важных соединений — ферментов, гормонов, необходимых для осуществления катаболизма. Наиболее выраженные нарушения катаболизма наблюдаются при поврежде­нии системы биологического окисления или механизмов сопряже­ния дыхания и окислительного фосфорилирования. Примерно на две трети сокращается выработка энергии при блокировании цикла трикарбоновых кислот (ингибирование фермента цитратсинтазы, дефицит пантотеновой кислоты, гипоксия). Ослабление гликолити- ческих процессов, например при сахарном диабете, нарушает ис­пользование углеводов, ведет к гипергликемии, переключению энергетики на липиды и белки, угнетению цикла трикарбоновых кислот (дефицит щавелевоуксусной кислоты), усилению распада белков, кетогенезу и т.д. Нарушение гликолитических процессов отрицательно сказывается на возможности организма адаптировать­ся к гипоксии.

Степень сопряженности дыхания и фосфорилирования в клетках является регулируемым процессом, связанным с состоянием мито­хондрий. В составе митохондриальных мембран имеются контрактильные белки, аналогичные актомиозиновому комплексу, которые обусловливают возможность активного «сокращения» или «набуха­ния» митохондрий (С.А.Нейфах).

В патологических условиях при нарушении сократительных свойств, как это бывает в раковых клетках, митохондрии могут дли­тельное время находиться в набухшем состоянии. Это также способ­ствует выходу факторов, стимулирующих гликолиз, усиливающих гликолитический путь обмена в тканях.

В некоторых условиях, особенно связанных с необходимостью поддержания постоянной температуры тела, например при действии холода, организм нуждается в срочной мобилизации тепла, которая происходит путем разобщения окислительного фосфорилирования и повышения удельного веса свободного окисления. К разобщаю­щим факторам относятся: паратирин, прогестерон, гормон роста, вазопрессин, некоторые компоненты дыхательной цепи, динитро - фенол, урамицидин и др.

Особый интерес представляют данные о разобщающем эффекте бактериальной интоксикации - дифтерийного токсина, золотистого стафилококка.

Калоригенный эффект тироксина тоже объяснялся разобщением окисления и фосфорилирования. Однако это не подтвердилось, хо­тя тироксин и вызывает существенные изменения в митохондриях, в том числе и набухание. Предполагается, что повышение теп­лопродукции при гипертиреозе связано с увеличением массы мито­хондрий и повышением активности окислительных ферментов. По-видимому, определенный вклад в этот процесс вносит од­новременная стимуляция ана- и катаболических процессов, в свя­зи с чем энергия, направляемая на процессы синтеза, бесполезно рассеивается и ресинтез АТФ затрудняется.

Окислительное фосфорилирование существенно нарушается при авитаминозах, особенно группы В, поскольку многие из вита­минов этой группы входят в состав коферментов цикла трикарбоно- вых кислот и переноса электронов вдыхательной цепи.

При болезни бери-бери, вызванной отсутствием или недостаточ­ностью тиамина, нарушается цикл Кребса и тем самым уменьшается количество субстратного материала для дыхательной цепи. Судороги и психозы, наблюдаемые при этом, являются клиническими симп­томами нарушения биологического окисления в мозге. Нарушения в дыхательной цепи, связанные с отсутствием никотинамидных и флавиновых дегидрогеназ, наблюдаются при пеллагре и арибофлавинозе.

Биоэнергетические процессы нарушаются при многих вирусных заболеваниях, в частности при вирусном гепатите, когда вирус ис­пользует для нужд своего роста ряд жизненно необходимых веществ (АТФ, АМФ, рибонуклеиновые кислоты, ацетил-СоА и др.). Дефи­цит рибонуклеиновых кислот приводит к нарушению синтеза белков клетки, в частности клеточных ферментов, а расходование свобод­ных нуклеотидов - к недостаточному образованию НАД и НАДФН.

Глубокие нарушения энергетического обмена возникают при ди­абете. При этом значительно уменьшается выработка макроергических соединений в связи с нарушением дыхательной цепи, обуслов­ленным ограничением мощности цикла Кребса.