Обмін вуглеводів

Вуглеводи є основним джерелом енергії: 1 г вуглеводів при повному розщепленні вивільняє 16,7 кДж (4 ккал). Крім того, вуглеводи у вигляді мукополісахаридів входять до складу сполучної тканини, а у вигляді складних сполук (глікопротеїни, ліпополісахариди) є структурними елементами клітин, а також компонентами деяких активних біологічних речовин (ферментів, гормонів, імунних тіл тощо).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Вуглеводи в раціоні

Частка вуглеводів у раціоні дітей значною мірою залежить від віку. У дітей першого року життя вміст вуглеводів, що забезпечує потребу в енергії, становить 40%. Після року він зростає до 60%. У перші місяці життя потреба у вуглеводах покривається молочним цукром - лактозою, що входить до складу грудного молока. При штучному вигодовуванні молочними сумішами дитина також отримує сахарозу або мальтозу. Після введення прикорму в організм починають надходити полісахариди (крохмаль, частково глікоген), які переважно покривають потребу організму у вуглеводах. Такий вид харчування дітей сприяє як утворенню амілази підшлунковою залозою, так і її виділенню зі слиною. У перші дні та тижні життя амілаза практично відсутня, а слиновиділення незначне, і лише з 3-4 місяців починається секреція амілази та різко зростає слиновиділення.

Відомо, що гідроліз крохмалю відбувається під впливом слинної амілази та панкреатичного соку; крохмаль розщеплюється на мальтозу та ізомальтозу.

Поряд з дисахаридами їжі – лактозою та сахарозою – мальтоза та ізомальтоза на поверхні кишкових ворсинок слизової оболонки кишечника під впливом дисахаридаз розщеплюються на моносахариди: глюкозу, фруктозу та галактозу, які резорбуються через клітинну мембрану. Процес резорбції глюкози та галактози пов'язаний з активним транспортом, який полягає у фосфорилюванні моносахаридів та перетворенні їх на глюкозофосфат, а потім на глюкозо-6-фосфат (відповідно, галактозофосфати). Така активація відбувається під впливом глюкозо- або галактозокіназ з витратою одного макроергічного зв'язку АТФ. На відміну від глюкози та галактози, фруктоза резорбується майже пасивно, шляхом простої дифузії.

Дисахаридази в кишечнику плода утворюються залежно від терміну гестації.

Час розвитку функцій шлунково-кишкового тракту, час виявлення та тяжкість у відсотках від тієї ж функції у дорослих

Засвоювання вуглеводів	Перше виявлення ферменту, тиждень	Тяжкість, % дорослих
А-амілаза підшлункової залози	22	5
Α-Амілаза слинних залоз	16	10
Лактаза	10	Більше 100
Сахароза та ізомальтаза	10	100
Глюкоамілаза	10	50
Всмоктування моносахаридів	11	92

Видно, що активність мальтази та сахарази зростає раніше (6-8 місяців вагітності), а пізніше (8-10 місяців) - лактази. Була досліджена активність різних дисахаридаз у клітинах слизової оболонки кишечника. Було виявлено, що загальна активність усіх мальтаз до моменту народження відповідає в середньому 246 мкмоль розщепленого дисахариду на 1 г білка за хвилину, загальна активність сахарази - 75, загальна активність ізомальтази - 45 та загальна активність лактази - 30. Ці дані становлять великий інтерес для педіатрів, оскільки стає зрозумілим, чому дитина на грудному вигодовуванні добре перетравлює декстриново-мальтозні суміші, тоді як лактоза легко викликає діарею. Відносно низька активність лактази у слизовій оболонці тонкого кишечника пояснює той факт, що дефіцит лактази спостерігається частіше, ніж дефіцит інших дисахаридаз.

[ 7 ], [ 8 ]

Порушення засвоєння вуглеводів

Розрізняють як тимчасову, так і вроджену мальабсорбцію лактози. Перша форма зумовлена затримкою дозрівання кишкової лактази і тому зникає з віком. Вроджена форма може спостерігатися тривалий час, але, як правило, найбільш виражена з народження під час грудного вигодовування. Це пояснюється тим, що вміст лактози в жіночому молоці майже в 2 рази вищий, ніж у коров'ячому. Клінічно у дитини розвивається діарея, яка характеризується, поряд з рідким стільцем (більше 5 разів на добу), пінистим стільцем кислої реакції (pH менше 6). Також можуть спостерігатися симптоми зневоднення, що проявляються як серйозний стан.

У старшому віці відбувається так звана репресія лактази, коли її активність значно знижується. Це пояснює той факт, що значна кількість людей не переносить натуральне молоко, тоді як кисломолочні продукти (кефір, ацидофілін, йогурт) добре засвоюються. Дефіцит лактази вражає близько 75% людей африканського та індійського походження, до 90% людей азійського походження та 20% європейців. Вроджена мальабсорбція сахарози та ізомальтози зустрічається рідше. Зазвичай вона проявляється у дітей при штучному вигодовуванні молочними сумішами, збагаченими сахарозою, та при введенні в раціон соків, фруктів або овочів, що містять цей дисахарид. Клінічні прояви дефіциту сахарози подібні до проявів мальабсорбції лактози. Дефіцит дисахаридази також може бути суто набутим, бути наслідком або ускладненням широкого спектру захворювань, перенесених дитиною. Основні причини дефіциту дисахаридази перелічені нижче.

Наслідки впливу шкідливих факторів:

• після ентериту вірусної або бактеріальної етіології;
• особливе значення ротавірусної інфекції;
• недоїдання;
• лямбліоз;
• після некротичного ентероколіту;
• імунологічна недостатність;
• целіакія;
• цитостатична терапія;
• непереносимість білка коров'ячого молока;
• гіпоксичні стани перинатального періоду;
• Жовтяниця та її фототерапія.

Незрілість щіткової облямівки:

• недоношеність;
• незрілість при народженні.

Наслідки хірургічних втручань:

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

Подібні клінічні прояви описані у випадках порушення активації моносахаридів – глюкози та галактози. Їх слід відрізняти від випадків, коли раціон містить занадто багато цих моносахаридів, які, маючи високу осмотичну активність, викликають надходження води в кишечник. Оскільки моносахариди всмоктуються з тонкого кишечника в пул V. portae, вони спочатку потрапляють у клітини печінки. Залежно від умов, які визначаються головним чином вмістом глюкози в крові, вони перетворюються на глікоген або залишаються у вигляді моносахаридів і розносяться з потоком крові.

У крові дорослих вміст глікогену дещо нижчий (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 високорозгалужені молекули, що складаються із залишків глюкози, які з'єднані 1,4- або 1,6-зв'язками (бічні ланцюги глікогену утворені 1,6-зв'язками). За необхідності глікоген знову може розщеплюватися на глюкозу.

Синтез глікогену починається на 9-му тижні внутрішньоутробного розвитку в печінці. Однак його швидке накопичення відбувається лише перед народженням (20 мг/г печінки на добу). Тому концентрація глікогену в тканині печінки плода при народженні дещо вища, ніж у дорослої людини. Приблизно 90% накопиченого глікогену використовується в перші 2-3 години після народження, а решта глікогену витрачається протягом 48 годин.

Це, власне, забезпечує енергетичні потреби новонароджених у перші дні життя, коли дитина отримує мало молока. З 2-го тижня життя знову починається накопичення глікогену, а до 3-го тижня життя його концентрація в тканині печінки досягає рівня дорослої людини. Однак маса печінки у дітей значно менша, ніж у дорослих (у дітей віком 1 рік маса печінки дорівнює 10% маси печінки дорослої людини), тому запаси глікогену у дітей витрачаються швидше, і вони повинні їх поповнювати, щоб запобігти гіпоглікемії.

Співвідношення інтенсивності процесів глікогенезу та глікогенолізу значною мірою визначає вміст цукру в крові – глікемію. Ця величина досить постійна. Глікемія регулюється складною системою. Центральною ланкою в цій регуляції є так званий цукровий центр, який слід розглядати як функціональне об'єднання нервових центрів, розташованих у різних відділах центральної нервової системи – корі головного мозку, підкірці (четчевицеподібне ядро, стріатум), гіпоталамічній області, довгастому мозку. Поряд з цим, у регуляції вуглеводного обміну беруть участь багато ендокринних залоз (підшлункова залоза, надниркові залози, щитовидна залоза).

Порушення вуглеводного обміну: хвороби накопичення

Однак можуть спостерігатися вроджені порушення ферментних систем, при яких може бути порушений синтез або розпад глікогену в печінці чи м'язах. До цих розладів належить глікогенодефіцитна хвороба. В її основі лежить дефіцит ферменту глікогенсинтетази. Рідкість цього захворювання, ймовірно, пояснюється складністю діагностики та швидким несприятливим результатом. Новонароджені дуже рано (навіть між годуваннями) переживають гіпоглікемію з судомами та кетозом. Частіше описуються випадки глікогенодефіциту, коли в організмі накопичується глікоген нормальної структури або утворюється глікоген неправильної структури, що нагадує целюлозу (амілопектин). Ця група, як правило, генетично обумовлена. Залежно від дефіциту певних ферментів, що беруть участь в обміні глікогену, розрізняють різні форми або типи глікогенозів.

Тип I, до якого належить гепаторенальний глікогеноз, або хвороба Гірке, має основу в дефіциті глюкозо-6-фосфатази. Це найважча форма глікогенозу без структурних порушень глікогену. Захворювання має рецесивний характер; клінічно проявляється одразу після народження або в немовлячому віці. Характерна гепатомегалія, яка супроводжується гіпоглікемічними судомами та комою, кетозом. Селезінка ніколи не збільшується в розмірах. Пізніше спостерігаються затримка росту та диспропорція тіла (живіот збільшений, тіло видовжене, ноги короткі, голова велика). У перервах між годуваннями спостерігаються блідість, пітливість, втрата свідомості внаслідок гіпоглікемії.

Глікогеноз II типу – хвороба Помпе, в основі якої лежить дефіцит кислої мальтази. Клінічно проявляється невдовзі після народження, і такі діти швидко помирають. Спостерігаються гепато- та кардіомегалія, м’язова гіпотонія (дитина не може тримати голову або смоктати). Розвивається серцева недостатність.

Глікогеноз III типу – хвороба Корі, спричинена вродженим дефектом аміло-1,6-глюкозидази. Передача рецесивно-аутосомна. Клінічні прояви подібні до I типу – хвороби Гірке, але менш тяжкі. На відміну від хвороби Гірке, це обмежений глікогеноз, що не супроводжується кетозом та тяжкою гіпоглікемією. Глікоген відкладається або в печінці (гепатомегалія), або в печінці та одночасно в м'язах.

IV тип – хвороба Андерсена – викликається дефіцитом 1,4-1,6-трансглюкозидази, в результаті чого утворюється глікоген неправильної структури, що нагадує целюлозу (амілопектин). Він подібний до чужорідного тіла. Спостерігаються жовтяниця та гепатомегалія. Розвивається цироз печінки з портальною гіпертензією. В результаті розвивається варикозне розширення вен шлунка та стравоходу, розрив яких викликає рясне шлункове кровотеча.

V тип – м’язовий глікогеноз, хвороба Мак-Ардла – розвивається через дефіцит м’язової фосфорилази. Захворювання може проявитися на 3-му місяці життя, коли відзначається, що діти не здатні довго смоктати м’яз, швидко втомлюються. Через поступове накопичення глікогену в поперечно-смугастих м’язах спостерігається їх хибна гіпертрофія.

Глікогеноз VI типу – хвороба Герца – спричинений дефіцитом печінкової фосфорилази. Клінічно виявляється гепатомегалія, рідше виникає гіпоглікемія. Відзначається затримка росту. Перебіг сприятливіший, ніж при інших формах. Це найпоширеніша форма глікогенозу.

Також спостерігаються інші форми хвороб накопичення, коли виявляються моно- або поліферментні порушення.

[ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ]

Рівень цукру в крові як показник вуглеводного обміну

Одним із показників вуглеводного обміну є рівень цукру в крові. На момент народження рівень глікемії дитини відповідає рівню глікемії її матері, що пояснюється вільною трансплацентарною дифузією. Однак з перших годин життя спостерігається зниження вмісту цукру, що пояснюється двома причинами. Одна з них, більш суттєва, – це брак контрінсулярних гормонів. Це доводиться тим фактом, що адреналін та глюкагон здатні підвищувати рівень цукру в крові в цей період. Ще однією 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 збільшується, але у дітей він залишається відносно нижчим, ніж у дорослих. Збільшення концентрації цукру у дітей після першого року життя має хвилеподібний характер (перша хвиля – до 6 років, друга – до 12 років), що збігається зі збільшенням їхнього росту та вищою концентрацією соматотропного гормону. Фізіологічна межа окислення глюкози в організмі становить 4 мг/(кг • хв). Тому добова доза глюкози повинна становити від 2 до 4 г/кг маси тіла.

Слід наголосити, що утилізація глюкози під час її внутрішньовенного введення у дітей відбувається швидше, ніж у дорослих (відомо, що внутрішньовенно введена глюкоза утилізується організмом, як правило, протягом 20 хвилин). Тому толерантність дітей до вуглеводного навантаження вища, що необхідно враховувати при вивченні глікемічних кривих. Наприклад, для вивчення глікемічної кривої використовується середнє навантаження 1,75 г/кг.

Водночас у дітей спостерігається важчий перебіг цукрового діабету, для лікування якого, як правило, необхідно використовувати інсулін. Цукровий діабет у дітей найчастіше виявляється в періоди особливо інтенсивного росту (перше та друге фізіологічні продовження), коли частіше спостерігається порушення кореляції ендокринних залоз (підвищується активність соматотропного гормону гіпофіза). Клінічно діабет у дітей проявляється спрагою (полідипсія), поліурією, втратою ваги та часто підвищенням апетиту (поліфагія). Виявляється підвищення рівня цукру в крові (гіперглікемія) та поява цукру в сечі (глюкозурія). Кетоацидоз є поширеним явищем.

В основі захворювання лежить дефіцит інсуліну, що ускладнює проникнення глюкози через клітинні мембрани. Це викликає збільшення її вмісту в позаклітинній рідині та крові, а також посилює розпад глікогену.

В організмі глюкоза може розщеплюватися кількома способами. Найважливішими з них є гліколітичний ланцюг і пентозний цикл. Розщеплення вздовж гліколітичного ланцюга може відбуватися як в аеробних, так і в анаеробних умовах. В аеробних умовах це призводить до утворення піровиноградної кислоти, а в анаеробних – молочної кислоти.

У печінці та міокарді процеси протікають аеробно, в еритроцитах – анаеробно, у скелетних м’язах під час інтенсивної роботи – переважно анаеробно, під час спокою – переважно аеробно. Аеробний шлях є більш економічним для організму, оскільки в результаті утворюється більше АТФ, який несе великий запас енергії. Анаеробний гліколіз менш економічний. Загалом, завдяки гліколізу клітини можуть швидко, хоча й неекономічно, забезпечуватися енергією незалежно від «доставки» кисню. Аеробний розпад у поєднанні гліколітичного ланцюга – циклу Кребса є основним джерелом енергії для організму.

Водночас, шляхом зворотного потоку гліколітичного ланцюга, організм може синтезувати вуглеводи з проміжних продуктів вуглеводного обміну, таких як піровиноградна та молочна кислоти. Перетворення амінокислот на піровиноградну кислоту, α-кетоглутарат та оксалацетат може призвести до утворення вуглеводів. Відростки гліколітичного ланцюга локалізовані в цитоплазмі клітин.

Дослідження співвідношення метаболітів гліколітичного ланцюга та циклу Кребса в крові дітей показує досить суттєві відмінності порівняно з дорослими. Сироватка крові новонародженого та дитини першого року життя містить досить значну кількість молочної кислоти, що свідчить про переважання анаеробного гліколізу. Організм дитини намагається компенсувати надлишкове накопичення молочної кислоти шляхом підвищення активності ферменту лактатдегідрогенази, який перетворює молочну кислоту на піровиноградну кислоту з подальшим включенням її в цикл Кребса.

Також існують деякі відмінності у вмісті ізоферментів лактатдегідрогенази. У дітей раннього віку активність 4-ї та 5-ї фракцій вища, а вміст 1-ї фракції нижчий.

Іншим, не менш важливим, способом розщеплення глюкози є пентозний цикл, який починається з гліколітичного ланцюга на рівні глюкозо-6-фосфату. В результаті одного циклу одна з 6 молекул глюкози повністю розщеплюється на вуглекислий газ і воду. Це коротший і швидший шлях розпаду, який забезпечує вивільнення великої кількості енергії. В результаті пентозного циклу також утворюються пентози, які використовуються організмом для біосинтезу нуклеїнових кислот. Це, ймовірно, пояснює, чому пентозний цикл має велике значення у дітей. Його ключовим ферментом є глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа, яка забезпечує зв'язок між гліколізом і пентозним циклом. Активність цього ферменту в крові дітей віком від 1 місяця до 3 років становить 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 несфероцитарної гемолітичної анемії (одного з видів еритроцитопатії), яка проявляється анемією, жовтяницею, спленомегалією. Як правило, гемолітичні кризи провокуються прийомом ліків (хінін, хінідин, сульфаніламіди, деякі антибіотики тощо), що посилюють блокаду цього ферменту.

Подібна клінічна картина гемолітичної анемії спостерігається внаслідок дефіциту піруваткінази, яка каталізує перетворення фосфоенолпірувату в піруват. Їх розрізняють лабораторним методом, визначаючи активність цих ферментів в еритроцитах.

Порушення гліколізу в тромбоцитах лежить в основі патогенезу багатьох тромбоастеній, клінічно проявляється підвищеною кровоточивістю при нормальній кількості тромбоцитів, але порушеній функції (агрегації) та збережених факторах згортання крові. Відомо, що основний енергетичний обмін людини базується на використанні глюкози. Решта гексоз (галактоза, фруктоза), як правило, трансформуються в глюкозу та піддаються повному розщепленню. Перетворення цих гексоз на глюкозу здійснюється ферментними системами. Дефіцит ферментів, що здійснюють це перетворення, лежить в основі гстактоземії та фруктоземії. Це генетично зумовлені ензимопатії. При гстактоземії спостерігається дефіцит галактозо-1-фосфатуридилтрансферази. В результаті в організмі накопичується галактозо-1-фосфат. Крім того, з кровообігу виводиться велика кількість фосфатів, що спричиняє брак АТФ, що призводить до пошкодження енергетичних процесів у клітинах.

Перші симптоми галактоземії з'являються невдовзі після початку годування дітей молоком, особливо грудним, яке містить велику кількість лактози, до складу якої входять рівні кількості глюкози та галактози. З'являється блювота, маса тіла слабо збільшується (розвивається гіпотрофія). Потім з'являються гепатоспленомегалія з жовтяницею та катарактою. Може розвинутися асцит та варикозне розширення вен стравоходу та шлунка. При дослідженні сечі виявляється галактозурія.

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

Фруктоземія розвивається, коли фруктоза не перетворюється на глюкозу через дефіцит фруктозо-1-фосфатальдолази. Її клінічні прояви схожі на прояви галактоземії, але виражені в легшому ступені. Найбільш характерними її симптомами є блювота, різке зниження апетиту (аж до анорексії), коли дітям дають фруктові соки, підсолоджені каші та пюре (сахароза містить фруктозу та глюкозу). Тому клінічні прояви особливо посилюються при переведенні дітей на змішане та штучне вигодовування. У старшому віці пацієнти не переносять солодощів та меду, який містить чисту фруктозу. Фруктозурія виявляється при дослідженні сечі. Необхідно виключити з раціону сахарозу та продукти, що містять фруктозу.