Обмін вуглеводів

Вуглеводи є основним джерелом енергії: 1 г вуглеводів при повному їх розщепленні виділяє 16,7 кДж (4 ккал). Крім того, вуглеводи у вигляді мукополісахаридів входять до складу сполучної тканини, а у вигляді складних сполук (глікопротеїдів, липополисахаридов) є структурними елементами клітин, а також складовими частинами деяких активних біологічних речовин (ферментів, гормонів, імунних тіл і ін.).

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]

Вуглеводи в раціоні харчування

Частка вуглеводів у раціоні харчування дітей в значній мірі залежить від віку. У дітей першого року життя вміст вуглеводів, що забезпечує потребу в енергії, становить 40%. Після року воно зростає до 60%. У перші місяці життя потреба у вуглеводах покривається за рахунок молочного цукру - лактози, що входить до складу жіночого молока. При штучному вигодовуванні з молочними сумішами дитина отримує також сахарозу або мальтозу. Після введення прикорму в організм починають надходити полісахариди (крохмаль, частково глікоген), які в основному покривають потреби організму у вуглеводах. Такий характер харчування дітей сприяє як утворення амілази підшлунковою залозою, так і виділенню її зі слиною. У перші дні і тижні життя амілаза практично відсутня, а слиновиділення незначно, і лише з 3-4 міс починається секреція амілази і різко зростає слиновиділення.

Відомо, що гідроліз крохмалю відбувається при впливі амілази слини і панкреатичного соку; крохмаль розщеплюється до мальтози і ізомальтози.

Поряд з дисахаридами їжі - лактозою і сахарозою - мальтоза і изомальтоза на поверхні кишкових ворсинок слизової оболонки кишки під впливом дисахаридаз розщеплюються до моносахаридів: глюкози, фруктози і галактози, які піддаються резорбції через клітинну оболонку. Процес резорбції глюкози і галактози пов'язаний з активним транспортом, який полягає в фосфорилировании моносахаридів і перетворенні їх в глюкозофосфат, а потім в глюкозо-6-фосфат (відповідно, галактозофосфати). Така активація відбувається під впливом глюкозо або галактозокіназ з витратою однієї макроергічним зв'язку АТФ. На противагу глюкози і галактози, фруктоза резорбируется майже пасивно, шляхом простої дифузії.

Дісахарідази в кишечнику у плода формуються в залежності від терміну гестації.

Терміни становлення функцій шлунково-кишкового тракту, терміни виявлення і вираженість у відсотках від аналогічної функції у дорослих

Засвоєння вуглеводів	Перше виявлення ферменту, тижнів	Виразність,% від дорослого
α-Амілаза панкреатична	22	5
α-Амілаза слинних залоз	16	10
Лактаз	10	Більше 100
Сукразіт ізомальтаза	10	100
Глюкоамилаза	10	50
Всмоктування моносахаридів	11	92

Видно, що раніше наростає активність мальтази і сахарази (6-8 міс гестації), пізніше (8-10 міс) - лактази. Вивчено активність різних дисахаридаз в клітинах слизової оболонки кишки. Встановлено, що загальна активність дії всіх мальтази до моменту народження відповідає в середньому 246 мкмоль розщепленого дисахарида на 1 г білка в хвилину, загальна активність сахарази - 75, загальна активність ізомальтази - 45 і загальна активність лактази - 30. Ці дані становлять великий інтерес для педіатрів , так як стає зрозумілим, чому немовля добре перетравлює декстрінмальтозние суміші, в той час як лактоза легко викликає проноси. Щодо низькою активністю лактази в слизовій оболонці тонкої кишки пояснюється той факт, що лактазная недостатність спостерігається частіше, ніж недостатність інших дисахаридаз.

[10], [11], [12]

Порушення всисивванія вуглеводів

Зустрічаються як транзиторна мальабсорбция лактози, так і вроджена. Перша її форма обумовлена затримкою дозрівання кишкової лактази і тому з віком дитини зникає. Вроджена ж форма може спостерігатися тривалий час, але, як правило, найбільш сильно виражена з народження при грудному вигодовуванні. Це пояснюється тим, що вміст лактози в жіночому молоці майже в 2 рази більше, ніж у коров'ячому. Клінічно у дитини виникає діарея, для якої характерні поряд з рідким стільцем (більше 5 раз на добу) пінисті випорожнення кислої реакції (pH менше 6). Можуть спостерігатися і симптоми дегідратації, які проявляються важким станом.

У більш старшому віці відбувається так звана репресія лактази, коли її активність значно знижується. Цим пояснюється той факт, що значна кількість людей не переносять натуральне молоко, в той час як кисломолочні продукти (кефір, ацидофілін, кисле молоко) засвоюються добре. Лактазной недостатністю страждають близько 75% вихідців з Африки та індіанців, до 90% осіб азіатського походження і 20% європейців. Рідше спостерігається вроджена мальабсорбція сахарози і ізомальтози. Зазвичай вона проявляється у дітей при штучному вигодовуванні молочними сумішами, збагаченими сахарозою, і при введенні в раціон соків, фруктів або овочів, що містять цей дисахарид. Клінічні прояви сахаразной недостатності аналогічні таким при лактозною мальабсорбції. Дисахаридазная недостатність може носити і суто придбаний характер, бути наслідком або ускладненням широкого кола перенесених дитиною захворювань. Основні причини дисахаридазной недостатності наведені нижче.

Слідство впливу факторів:

• після ентеритів вірусної або бактеріальної етіології;
• особливе значення ротавірусної інфекції;
• недостатність харчування;
• лямбліоз;
• після некротичного ентероколіту;
• імунологічна недостатність;
• целіакія;
• цитостатична терапія;
• непереносимість білків коров'ячого молока;
• гіпоксичні стану перинатального періоду;
• жовтяниця і її фототерапія.

Незрелость щеточной каймы:

• недоношеність;
• незрілість при народженні.

Слідство хірургічних втручань:

• гастростомія;
• ілеостомія;
• kolostomiya;
• резекція тонкої кишки;
• анастомози тонкої кишки.

Аналогічні клінічні прояви описані і при порушенні активування моносахаридів - глюкози і галактози. Їх слід відрізняти від випадків, коли в раціоні харчування міститься дуже велика кількість цих моносахаридів, які, володіючи високою осмотичної активністю, викликають надходження в кишечник води. Оскільки всмоктування моносахаридів відбувається з тонкої кишки в басейн V. Portae, вони в першу чергу надходять до клітин печінки. Залежно від умов, які визначаються головним чином вмістом глюкози в крові, вони піддаються перетворенню в глікоген або залишаються у вигляді моносахаридів і розносяться з потоком крові.

У крові у дорослих вміст глікогену дещо менше (0,075-0,117 г / л), ніж у дітей (0,117-0,206 г / л).

Синтез резервного вуглеводу організму - глікогену - здійснюється групою різних ферментів, в результаті чого утворюються сильно розгалужені його молекули, що складаються з глюкозних залишків, які пов'язані 1,4- або 1,6-зв'язками (бічні ланцюга глікогену утворюються 1,6-зв'язками). При необхідності глікоген знову може розщеплюватися до глюкози.

Синтез глікогену починається на 9-му тижні внутрішньоутробного розвитку в печінці. Однак швидке його накопичення відбувається тільки перед народженням (20 мг / г печінки в добу). Тому концентрація глікогену в тканині печінки плода до народження дещо більше, ніж у дорослого. Приблизно 90% накопиченого глікогену використовуються в перші 2-3 годин після народження, а решті глікоген витрачається протягом 48 год.

Це, по суті, забезпечує енергетичну потребу новонароджених перших днів життя, коли дитина отримує мало молока. З 2-го тижня життя знову починається накопичення глікогену, і вже до 3-му тижні життя його концентрація в тканині печінки досягає рівня дорослого. Однак маса печінки у дітей значно менше, ніж у дорослого (у дітей у віці 1 року маса печінки дорівнює 10% від маси печінки дорослого), тому запаси глікогену у дітей витрачаються швидше, і вони повинні його заповнювати, щоб запобігти гіпоглікемії.

Співвідношення інтенсивності процесів глікогенезу і глікогенолізу в значній мірі визначає вміст цукру крові - гликемию. Ця величина дуже постійна. Гликемия регулюється складною системою. Центральною ланкою цієї регуляції є так званий цукровий центр, який потрібно розглядати як функціональне об'єднання нервових центрів, розташованих в різних відділах центральної нервової системи - корі головного мозку, підкірці (чечевичное ядро, смугасте тіло), гіпоталамічної області, довгастомумозку. Поряд з цим в регуляції обміну вуглеводів беруть участь багато ендокринні залози (підшлункова, надниркові залози, щитовидна).

Порушення обміну вуглеводів: хвороби накопичення

Однак можуть спостерігатися вроджені порушення ферментних систем, при яких синтез або розпад глікогену в печінці або м'язах може порушуватися. До цих порушень відноситься хвороба нестачі резервів глікогену. В основі її лежить дефіцит ферменту глікогенсинтетазу. Рідкість цього захворювання пояснюється, ймовірно, труднощами діагностики і швидким несприятливим результатом. У новонароджених дуже рано спостерігається гіпоглікемія (навіть в перервах між годуваннями) з судомами і кетозом. Найчастіше ж описують випадки глікогенній хвороби, коли в організмі накопичується глікоген нормальної структури або утворюється глікоген неправильної структури, нагадує целюлозу (амилопектин). Ця група, як правило, генетично детермінована. Залежно від дефіциту тих чи інших ферментів, які беруть участь у метаболізмі глікогену, виділяють різні форми, або типи, гликогенозов.

В основі I типу, до якого належить гепаторенальний глікогеноз, або хвороба Гірке, лежить недостатність глюкозо-6-фосфатази. Це найбільш важкий варіант гликогенозов без структурних порушень глікогену. Захворювання має рецесивну передачу; клінічно проявляється відразу після народження або в грудному віці. Характерна гепатомегалия, яка супроводжується гіпоглікемічними судомами і комою, кетозом. Селезінка ніколи не збільшується. Надалі спостерігаються відставання в рості, диспропорція статури (живіт збільшений, тулуб подовжене, ноги короткі, голова велика). У перервах між годуваннями відзначаються блідість, пітливість, втрата свідомості як результат гіпоглікемії.

II тип глікогенозу - хвороба Помпе, в основі якої лежить недостатність кислої мальтази. Клінічно проявляється незабаром після народження, і такі діти швидко вмирають. Спостерігаються гепато- і кардіомегалія, гіпотонія м'язів (дитина не може тримати голову, смоктати). Розвивається серцева недостатність.

III тип глікогенозу - хвороба Корі, зумовлена вродженим дефектом амило-1,6-глюкозидази. Передача рецессивно-аутосомальному. Клінічні прояви подібні з I типом - хворобою Гірке, але менш важкі. На відміну від хвороби Гірке, це обмежений глікогеноз, що не супроводжується кетозом і важкої гіпоглікемією. Глікоген відкладається або в печінці (гепатомегалія), або в печінці і одночасно в м'язах.

IV тип - хвороба Андерсена - обумовлений дефіцитом 1,4-1,6-трансглю- козідази, внаслідок чого утворюється глікоген неправильної структури, на-поминає целюлозу (амилопектин). Він є як би стороннім тілом. Спостерігаються жовтяниця, гепатомегалія. Формується цироз печінки з портальною гіпертензією. Внаслідок цього розвивається варикозне розширення вен шлунка і стравоходу, розрив яких викликає профузні шлункові кровотечі.

V тип - м'язовий глікогеноз, хвороба Мак-Ардла - розвивається в зв'язку з дефіцитом м'язової фосфорілази. Захворювання може проявлятися на 3-му місяці життя, коли відзначають, що діти не здатні довго смоктати груди, швидко втомлюються. У зв'язку з поступовим накопиченням глікогену в поперечно мускулатури спостерігається її помилкова гіпертрофія.

VI тип глікогенозу - хвороба Герца - обумовлений дефіцитом печінкової фосфорілази. Клінічно виявляється гепатомегалія, рідше виникає гіпоглікемія. Відзначається відставання в рості. Протягом більш сприятливе, ніж інших форм. Це найбільш часто зустрічається форма глікогенозу.

Спостерігаються й інші форми хвороб накопичення, коли виявляються моно- або поліферментні порушення.

[13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27]

Цукор в крові як показник вуглеводного обміну

Одним з показників обміну вуглеводів є вміст цукру в крові. У момент народження рівень глікемії у дитини відповідає такому у його матері, що пояснюється вільної трансплацентарной дифузією. Однак з перших годин життя спостерігається падіння вмісту цукру, що пояснюється двома причинами. Однією з них, більш суттєвою, є недолік контрінсулярнихгормонів. Це доводиться тим, що адреналін і глкжагон здатні підвищувати вміст цукру в крові в даний період. Іншою причиною гіпоглікемії у новонароджених є те, що запаси глікогену в організмі дуже обмежені, і новонароджений, якого прикладають до грудей через кілька годин після народження, витрачає їх. До 5-6-го дня життя вміст цукру підвищується, однак у дітей воно залишається відносно нижчою, ніж у дорослих. Підвищення концентрації цукру у дітей після першого року життя йде хвилеподібно (перша хвиля - до 6 років, друга - до 12 років), що збігається з посиленням їх зростання і більш високою концентрацією соматотропного гормону. Фізіологічний ліміт окислення глюкози в організмі становить 4 мг / (кг • хв). Тому добова доза глюкози повинна становити від 2 до 4 г / кг маси тіла.

Слід підкреслити, що утилізація глюкози при її внутрішньовенному введенні відбувається у дітей швидше, ніж у дорослих (відомо, що внутрішньовенно введена глюкоза утилізується організмом, як правило, протягом 20 хв). Тому толерантність дітей до навантаження вуглеводами вище, що потрібно враховувати при дослідженні глікемічних кривих. Так, наприклад, для дослідження глікемічний кривої застосовують навантаження в середньому 1,75 г / кг.

У той же час у дітей відзначається більш важкий перебіг цукрового діабету, для лікування якого, як правило, необхідно застосовувати інсулін. Цукровий діабет у дітей найбільш часто виявляється в періоди особливо інтенсивного зростання (перше і друге фізіологічне витягування), коли частіше спостерігається порушення кореляції ендокринних залоз (зростає активність соматотропного гормону гіпофіза). Клінічно діабет у дітей проявляється спрагою (полідипсія), поліурією, схудненням і часто підвищенням апетиту (поліфагія). Виявляються підвищення вмісту цукру в крові (гіперглікемія) і поява цукру в сечі (глюкозурія). Часті явища кетоацидозу.

В основі захворювання лежить недостатність інсуліну, яка ускладнює проникнення глюкози через оболонки клітин. Це викликає збільшення її вмісту в екстрацелюлярний рідини і крові, а також підсилює розпад глікогену.

В організмі розщеплення глюкози може відбуватися кількома способами. Найбільш важливими з них є гліколітична ланцюг і пентозний цикл. Розщеплення по гликолитической ланцюга може протікати як в аеробних, так і в анаеробних умовах. При аеробних умовах воно призводить до утворення піровиноградної кислоти, а при анаеробних - молочної кислоти.

У печінці і міокарді процеси протікають аеробно, в еритроцитах - анаеробно, в м'язах скелета при посиленій роботі - переважно анаеробний, під час спокою - переважно аеробно. Для організму економічніший аеробний шлях, так як в результаті його утворюється більше АТФ, що несе великий запас енергії. Менш економічний гліколіз. В цілому за допомогою гліколізу клітини можуть швидко, хоча і неекономно, забезпечуватися енергією незалежно від «підвезення» кисню. Аеробне ж розщеплення в комбінації гліколітична ланцюг - цикл Кребса є основним джерелом енергії для організму.

У той же час шляхом зворотного течії гликолитической ланцюга організм може здійснити синтез вуглеводів з проміжних продуктів обміну вуглеводів, наприклад з піровиноградної і молочної кислот. Перетворення амінокислот в пировиноградную кислоту, α-кетоглутарат і оксалацетатом може вести до утворення вуглеводів. Процеси гликолитической ланцюга локалізовані в цитоплазмі клітин.

Дослідження співвідношення метаболітів гліколітичної ланцюга і циклу Кребса в крові дітей показує досить значні відмінності в порівнянні з дорослими. У сироватці крові новонародженого і дитини першого року життя міститься досить значна кількість молочної кислоти, що вказує на переважання анаеробного гліколізу. Організм дитини намагається компенсувати надмірне накопичення молочної кислоти збільшенням активності ферменту лактатдегідрогенази, що перетворює молочну кислоту в пировиноградную з подальшим її включенням в цикл Кребса.

Є й деякі відмінності змісту ізоферментів лактатдегідрогенази. У дітей раннього віку вище активність 4-й і 5-й фракцій і нижче зміст 1-й фракції.

Іншим, не менш важливим, шляхом розщеплення глюкози є пентозний цикл, який починається з гликолитической ланцюга на рівні глюкозо-6-фосфату. В результаті одного циклу з 6 молекул глюкози одна повністю розщеплюється до вуглекислого газу і води. Це більш короткий і швидкий шлях розпаду, який забезпечує виділення великої кількості енергії. В результаті пентозного циклу утворюються також пентози, які використовуються організмом для біосинтезу нуклеїнових кислот. Ймовірно, цим і пояснюється, що у дітей пентозний цикл має істотне значення. Ключовим ферментом його є глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, що забезпечує зв'язок між гликолизом і пентозного циклом. Активність цього ферменту в крові у дітей у віці 1 міс - 3 роки - 67-83, 4-6 років - 50-60, 7-14 років - 50-63 ммоль / г гемоглобіну.

Порушення пентозного циклу розщеплення глюкози внаслідок дефіциту глюкозо-6-фосфатдегідрогенази лежить в основі несфероцітарние гемолітичної анемії (один з видів ерітроцітопатій), яка проявляється анемією, жовтяницею, спленомегалією. Як правило, гемолітичний криз провокуються прийомом медикаментів (хінін, хінідин, сульфаніламіди, деякі антибіотики і ін.), Що підсилюють блокаду цього ферменту.

Аналогічна клінічна картина гемолітичної анемії спостерігається внаслідок недостатності піруваткінази, що каталізує перетворення фосфоенолпіруват в піруват. Їх розрізняють лабораторним методом, визначаючи активність цих ферментів в еритроцитах.

Порушення гліколізу в тромбоцитах лежить в основі патогенезу багатьох тромбоастеній, клінічно проявляються підвищеною кровоточивістю при нормальному числі тромбоцитів, але порушеною їх функції (агрегації) і збережених факторах згортання крові. Відомо, що основний енергетичний метаболізм людини заснований на використанні глюкози. Решта ж гексози (галактоза, фруктоза), як правило, трансформуються в глюкозу і піддаються повному розщепленню. Перетворення цих гексоз в глюкозу здійснюють ферментні системи. Дефіцит ферментів, що трансформують це перетворення, лежить в основі гстактоземіі і Фруктоземія. Це генетично обумовлені ферментопатії. При гстактоземіі є дефіцит галактозо-1-фосфатуріділтрансферази. Внаслідок цього в організмі відбувається накопичення галактозо-1-фосфату. Крім того, з кругообігу витягується велика кількість фосфатів, що обумовлює недолік АТФ, що викликає пошкодження енергетичних процесів в клітинах.

Перші симптоми галактоземії з'являються незабаром після початку годування дітей молоком, особливо жіночим, що містить велику кількість лактози, в яку входять однакові кількості глюкози і галактози. З'являється блювання, погано збільшується маса тіла (розвивається гіпотрофія). Потім з'являються гепатоспленомегалия з жовтяницею і катаракта. Можливий розвиток асциту і варикозного розширення вен стравоходу і шлунка. При дослідженні сечі виявляється галактозурія.

При галактоземії необхідно виключити з раціону лактозу. Використовуються спеціально приготовлені молочні суміші, в яких різко зменшений вміст лактози. Це забезпечує правильний розвиток дітей.

При порушенні перетворення фруктози в глюкозу внаслідок дефіциту фруктозо-1-фосфатальдолази розвивається фруктоземія. Клінічні її прояви аналогічні таким при галактоземії, але виражені в більш легкому ступені. Найбільш характерними її симптомами є блювота, різке зниження апетиту (до анорексії), коли дітям починають давати фруктові соки, підсолоджені каші і пюре (в сахарозі містяться фруктоза і глюкоза). Тому клінічні прояви особливо посилюються при перекладі дітей на змішане та штучне вигодовування. У більш старшому віці хворі не переносять солодощі та мед, що містить чисту фруктозу. При дослідженні сечі виявляють фруктозурія. Необхідно виключити з раціону харчування сахарозу і продукти, що містять фруктозу.