Глава 10 патофизиология углеводного обмена

Углеводы — важнейший класс природных соединений, встречающийся повсеместно: у растений, животных и бактерий. Все органические вещества в конечном счете возникают из углеводов, образующихся в процессе фотосинтеза.

Основная роль углеводов определяется их энергетической функцией. Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. Быстрота ее распада и окисления, а также возможность быстрого извлечения из депо обеспечивают экстренную мобилизацию энергетических ресурсов при стремительно нарастающих затратах энергии (эмоциональное возбуждение, мышечные нагрузки и т.д.).

Уровень глюкозы в крови 3,9–5,5 ммоль/л является важнейшей гомеостатической константой организма. Особенно чувствительна к уровню сахара в крови ЦНС, поскольку ее метаболические и энергетические потребности покрываются почти целиком за счет глюкозы. Например, уже незначительная гипогликемия проявляется общей слабостью и быстрой утомляемостью. При снижении уровня сахара крови до 2,8–2,2 ммоль/л наступают судороги, бред, потеря сознания.

Глюкоза, поступающая в кровь из кишечника, транспортируется в печень, где из нее синтезируется гликоген. Гликоген печени — резервный, отложенный в запас, углевод. Количество его у взрослого человека достигает 200 г.

Уровень глюкозы в крови — это результирующая двух процессов:

1. Поступление глюкозы в кровь. Осуществляется печенью и кишечником. При этом важны процессы распада гликогена (гликогенолиз) и синтеза глюкозы из аминокислот (глюконеогенез). Гликогенолиз является быстро действующим источником глюкозы, а глюконеогенез — медленно действующим.

2. Выход глюкозы из крови. Это следствие потребления ее всеми органами для своего энергетического обмена, а также для синтеза гликогена.

Регуляция обмена углеводов. Изменения в содержании глюкозы в крови воспринимаются глюкорецепторами, сосредоточенными в основном в печени и сосудах, а также клетками вентромедиального отдела гипоталамуса. Центральным звеном регуляции уровня глюкозы является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются вегетативными нервами и гуморальным путем, включающим эндокринные железы.

Процессы поставки глюкозы в кровь стимулируются: катехоламинами (адреналин, норадреналин), глюкокортикоидами (кортизон, гидрокортизон), СТГ гипофиза, тироксином, глюкагоном (продуцируется a-клетками островковой ткани поджелудочной железы).

Процессы выхода глюкозы из крови в ткани стимулируются инсулином. Он единственный гипогликемический гормон.

Нарушение переваривания и всасывания углеводов. Во-первых, это происходит при недостаточности амилолитических ферментов пищеварительного тракта. При этом поступающие с пищей полисахариды не расщепляются до моносахаридов и не всасываются. Во-вторых, всасывание страдает при нарушении фосфорилирования глюкозы в кишечной стенке (недостаточность фермента гексокиназы при отравлениях некоторыми ядами, при тяжелых воспалительных процессах в кишечнике). Нефосфорилированная глюкоза не проходит через кишечную стенку и не усваивается.

Нарушения всасывания углеводов приводят к углеводному голоданию и к гипогликемии.

Нарушение расщепления и синтеза гликогена. Происходит по следующим причинам:

1) Усиление распада гликогена в печени. Наблюдается при сильном возбуждении ЦНС. Импульсы по симпатическим путям идут к депо гликогена, активируют гликогенолиз и мобилизацию гликогена. Усиление гликогенолиза происходит и при повышении продукции гормонов, стимулирующих этот процесс (СТГ, адреналин, глюкагон и т.д.).

2) Снижение синтеза гликогена. При тяжелых поражениях печеночных клеток (гепатиты, отравления ССL₄ и фосфором). Синтез гликогена снижается и при гипоксии, так как уменьшается количество необходимой для этого АТФ.

3) Патологическое усиление синтеза гликогена. Происходит это при гликогенозах. Гликогеноз — избыточное, патологическое накопление гликогена в органах и тканях. В основе — врожденный дефицит ферментов, катализирующих распад, или чрезмерная активация ферментов, усиливающих синтез гликогена. Выделено 12 типов гликогенозов. В качестве примера разберем один (наиболее частый) — гликогеноз гепатонефромегальный, или болезнь Гирке.

В основе этой патологии лежит врожденный дефицит в печени и почках фермента глюкозо-6-фосфатазы. Он отщепляет глюкозу от глюкозо-6-фосфата, что делает возможным ее трансмембранный переход из клеток печени и почек в кровь. При недостаточности фермента в клетках печени и почек накапливается гликоген, имеющий нормальную структуру. Заболевание выявляется вскоре после рождения. За счет накопления гликогена резко увеличиваются печень и почки. Развивается гипогликемия, резко повышается чувствительность к инсулину. Больные вынуждены часто принимать пищу. Возрастает содержание в крови молочной кислоты (в нее переходит глюкозо-6-фосфат), в результате возникает метаболический ацидоз и зачастую ацидотическая кома. Такие дети рано умирают.

Нарушения промежуточного обмена углеводов. К ним могут привести:

1) Гипоксические состояния — анаэробная фаза превращения углеводов преобладает над аэробной. В крови и тканях идет избыточное накопление молочной и пировиноградной кислот. При длительно существующей ситуации — ацидоз.

2) Нарушения функций печени, где часть молочной кислоты ресинтезируется в глюкозу и гликоген. При поражении печени ресинтез нарушается, следовательно, возникает гиперлакцидемия и ацидоз.

3) Гиповитаминоз B₁ (тиамина). Он в результате фосфорилирования превращается в кокарбоксилазу, которая является простетической группой ферментов, участвующих в углеводном обмене. При гиповитаминозе В₁ нарушается синтез ацетил-КоА из пировиноградной кислоты, в результате последняя накапливается. Эта кислота является фармакологическим ядом для нервных окончаний, кроме того, нарушается синтез ацетилхолина, а в результате — передача нервного импульса.

Гипогликемия — понижение уровня сахара крови ниже нормального. Развивается в результате недостаточного поступления сахара в кровь, ускоренного его выведения или вследствие того и другого.

К причинам гипогликемии относят:

1) углеводное голодание (алиментарная гипогликемия);

2) повышенную продукцию инсулина (при гиперплазии, инсулиноме);

3) недостаточное расщепление гликогена при гликогенозах;

4) поражение клеток печени (гепатиты);

5) недостаточность продукции гормонов, способствующих катаболизму углеводов: СТГ, тироксина, адреналина, глюкокортикоидов;

6) нарушение всасывания углеводов в кишечнике (при нарушении фосфорилирования);

7) так называемый почечный диабет. При этой патологии нарушено фосфорилирование глюкозы в результате генетически обусловленного дефекта фосфатазы или снижения ее активности при отравлениях сулемой, щавелевой кислотой, ураном и др. Глюкоза, процессы фосфорилирования которой нарушены, не реабсорбируется в канальцах и переходит в мочу (глюкозурия). Развивается гипогликемия;

8) гипогликемия у новорожденных (неонатальная гипогликемия). Развивается в течение нескольких суток или часов после рождения. Развитию способствует охлаждение ребенка. Обусловлена лабильностью механизмов регуляции углеводного обмена. У ребенка в период голодания после рождения резко возрастает гликогенолиз, запасы гликогена в печени резко снижаются. Гипогликемия может быть резко выраженной (до 1 ммоль/л). У ребенка появляется тремор, цианоз, возбуждение, судороги.

Гипергликемия— это повышение уровня сахара крови выше нормального. В зависимости от этиологического фактора различают следующие виды гипергликемии:

1) Алиментарная. Возникает после приема большого количества легкоусвояемых углеводов. При этом всасывается большое количество глюкозы, превышающее возможность печени и других тканей ассимилировать ее. Кроме того, рефлекторно усиливается расщепление гликогена в печени. Все это приводит к повышению глюкозы в крови. Если оно превышает 9 ммоль/л, глюкоза появляется в моче — глюкозурия (начинает фиксироваться в моче стандартными методами).

Алиментарную гипергликемию используют в качестве теста для оценки состояния углеводного обмена (сахарная нагрузка).

2) Эмоциональная гипергликемия (нейрогенная). Возникает при стрессе, боли. Имеет место такая последовательность реакций: возбуждение коры — иррадиация на нижележащие отделы — по симпатическим путям к печени — усиливается гликогенолиз и тормозится переход углеводов в жир.

3) Гипергликемия при судорожных состояниях. Происходит расщепление гликогена мышц и образование большого количества молочной кислоты, из которой в печени синтезируется глюкоза.

4) Гормональные гипергликемии. Развиваются при нарушении функций эндокринных желез, гормоны которых участвуют в регуляции углеводного обмена. Например, при повышении продукции глюкагона и СТГ, АКТГ и т.д.

5) Гипергликемия при некоторых видах наркоза (кетаминовом). Обусловлена возбуждением симпатических центров и выходом адреналина из надпочечников.

6) Гипергликемия при недостаточности инсулина. Является наиболее выраженной и постоянной. Недостаточность инсулина может быть панкреатической (абсолютной) и внепанкреатической (относительной). Инсулиновая недостаточность лежит в основе заболевания сахарным диабетом.

Инсулин и механизмы его действия. Инсулин представляет собой полипептид, состоящий из двух цепей: А и Б, соединенных двумя дисульфидными мостиками. Инсулин образуется и запасается b-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Разрушается он ферментами, восстанавливающими дисульфидные связи, их общее название — «инсулиназа». Затем протеолитические ферменты гидролизуют цепи до низкомолекулярных составных частей.

Образование инсулина регулируется, главным образом, двумя путями:

I. Угнетение секреции. Главным ингибитором секреции инсулина является сам инсулин, циркулирующий в крови, а также гипергликемические гормоны: глюкагон, адреналин, АКТГ, кортизол, СТГ, ТТГ.

II. Стимуляция секреции. Наиболее мощный стимулятор образования инсулина — глюкоза крови. Эффект глюкозы прямой, она проникает в клетки. Однако есть данные, что эффект глюкозы также связан с повышением уровня цАМФ. Подобный механизм стимуляции работает по принципу положительной обратной связи.

Механизм гипогликемического действия инсулина (влияние на углеводный обмен).

1) Инсулин облегчает перенос глюкозы через клеточную мембрану в инсулин-зависимых органах (мышцах, жировой ткани, лейкоцитах, корковом слое почек), так как мембраны многих клеток служат барьером для свободного передвижения глюкозы из внеклеточной жидкости в клетку.

Считают, что инсулин взаимодействует с рецептором мембраны, приводя к изменению ее проницаемости.

2) Инсулин снимает тормозящее влияние гипергликемических гормонов на внутриклеточную гексокиназу, фосфорилирующую глюкозу (глюкоза в нефосфорилированной форме неактивна), поскольку только в такой активированной форме глюкозо-6-фосфат может усваиваться тканями, реабсорбироваться почками. Изменяет активность внутриклеточных ферментов настолько, что стимулируются анаболические реакции.

3) Инсулин стимулирует синтез гликогена (активирует глюкокиназу), увеличивает поступление глюкозы в мышцы и жировую ткань, где стимулирует ее превращение в гликоген и жир.

Влияние инсулина на белковый обмен. 1) Инсулин стимулирует синтез белка и транспорт аминокислот в клетки. 2) Тормозит глюконеогенез (образование глюкозы из аминокислот), а все гипергликемические гормоны активируют глюконеогенез.

Влияние инсулина на липидный обмен. Инсулин во многих тканях стимулирует синтез жиров и ингибирует распад триглицеридлипидов. Этот эффект инсулина способствует накоплению быстро мобилизующегося материала — жира, который служит целям удовлетворения энергетических потребностей организма в неблагоприятных ситуациях.