Метаболизъм на въглехидратите

Въглехидратите са основният източник на енергия: 1 g въглехидрати, когато се разградят напълно, освобождават 16,7 kJ (4 kcal). Освен това, въглехидратите под формата на мукополизахариди са част от съединителната тъкан, а под формата на сложни съединения (гликопротеини, липополизахариди) са структурни елементи на клетките, както и компоненти на някои активни биологични вещества (ензими, хормони, имунни тела и др.).

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

Въглехидрати в диетата

Делът на въглехидратите в диетата на децата до голяма степен зависи от възрастта. При децата от първата година от живота съдържанието на въглехидрати, което осигурява нуждата от енергия, е 40%. След една година то се увеличава до 60%. През първите месеци от живота нуждата от въглехидрати се покрива от млечна захар - лактоза, която е част от кърмата. При изкуствено хранене с млечни формули детето получава и захароза или малтоза. След въвеждането на допълнителни храни в организма започват да постъпват полизахариди (нишесте, частично гликоген), които покриват основно нуждата на организма от въглехидрати. Този вид хранене за деца насърчава както образуването на амилаза от панкреаса, така и нейната секреция със слюнка. В първите дни и седмици от живота амилазата практически липсва, а слюноотделянето е незначително и едва от 3-4 месеца започва секрецията на амилаза и слюноотделянето се увеличава рязко.

Известно е, че хидролизата на нишестето протича под въздействието на слюнчената амилаза и панкреатичния сок; нишестето се разгражда до малтоза и изомалтоза.

Заедно с хранителните дизахариди - лактоза и захароза - малтозата и изомалтозата по повърхността на чревните въси на чревната лигавица под въздействието на дизахаридази се разграждат до монозахариди: глюкоза, фруктоза и галактоза, които се резорбират през клетъчната мембрана. Процесът на резорбция на глюкоза и галактоза е свързан с активен транспорт, който се състои във фосфорилиране на монозахариди и превръщането им в глюкозофосфат, а след това в глюкозо-6-фосфат (съответно галактозни фосфати). Такова активиране се случва под въздействието на глюкозо- или галактозни кинази с изразходване на една макроергична връзка на АТФ. За разлика от глюкозата и галактозата, фруктозата се резорбира почти пасивно, чрез проста дифузия.

Дизахаридазите в червата на плода се образуват в зависимост от гестационната възраст.

Време на развитие на функциите на стомашно-чревния тракт, време на откриване и тежест като процент от същата функция при възрастни

Усвояване на въглехидрати	Първо откриване на ензима, седмица	Тежест, % от възрастните
А-амилаза на панкреаса	22	5
Α-Амилаза на слюнчените жлези	16	10
Лактаза	10	Повече от 100
Захараза и изомалтаза	10	100
Глюкоамилаза	10	50
Абсорбция на монозахариди	11	92

Видно е, че активността на малтазата и захаразата се увеличава по-рано (6-8 месеца от бременността), а по-късно (8-10 месеца) - на лактазата. Изследвана е активността на различни дизахаридази в клетките на чревната лигавица. Установено е, че общата активност на всички малтази към момента на раждане съответства средно на 246 μmol разцепен дизахарид на 1 g протеин в минута, общата активност на захаразата - 75, общата активност на изомалтазата - 45 и общата активност на лактазата - 30. Тези данни са от голям интерес за педиатрите, тъй като става ясно защо кърменото бебе смила добре декстрин-малтозните смеси, докато лактозата лесно причинява диария. Сравнително ниската активност на лактазата в лигавицата на тънките черва обяснява факта, че лактазният дефицит се наблюдава по-често от дефицита на други дизахаридази.

[ 7 ], [ 8 ]

Нарушена абсорбция на въглехидрати

Съществуват както преходна, така и вродена лактозна малабсорбция. Първата форма се причинява от забавяне на узряването на чревната лактаза и следователно изчезва с възрастта. Вродената форма може да се наблюдава дълго време, но като правило е най-силно изразена от раждането по време на кърмене. Това се обяснява с факта, че съдържанието на лактоза в човешкото мляко е почти 2 пъти по-високо, отколкото в кравето мляко. Клинично детето развива диария, която се характеризира, наред с разхлабени изпражнения (повече от 5 пъти на ден), с пенливи изпражнения с киселинна реакция (pH по-малко от 6). Могат да се наблюдават и симптоми на дехидратация, проявяващи се като сериозно състояние.

В по-напреднала възраст настъпва така наречената лактазна репресия, когато нейната активност е значително намалена. Това обяснява факта, че значителен брой хора не понасят натурално мляко, докато ферментиралите млечни продукти (кефир, ацидофилус, кисело мляко) се абсорбират добре. Лактазен дефицит засяга около 75% от хората от африкански и индийски произход, до 90% от хората от азиатски произход и 20% от европейците. Вродената малабсорбция на захароза и изомалтоза е по-рядко срещана. Обикновено се проявява при деца с изкуствено хранене с млечни смеси, обогатени със захароза, и с въвеждането в диетата на сокове, плодове или зеленчуци, съдържащи този дизахарид. Клиничните прояви на захарозен дефицит са подобни на тези на лактозната малабсорбция. Дизахаридазен дефицит може да бъде и чисто придобит, да бъде следствие или усложнение от широк спектър от заболявания, претърпени от детето. Основните причини за дизахаридазен дефицит са изброени по-долу.

Последици от излагане на вредни фактори:

• след ентерит с вирусна или бактериална етиология;
• специалното значение на ротавирусната инфекция;
• недохранване;
• ламблиоза;
• след некротичен ентероколит;
• имунологичен дефицит;
• цьолиакия;
• цитостатична терапия;
• непоносимост към протеини от краве мляко;
• хипоксични състояния на перинаталния период;
• Жълтеница и нейната фототерапия.

Незрялост на четковата граница:

• преждевременно раждане;
• незрялост при раждане.

Последици от хирургически интервенции:

• гастростомия;
• илеостомия;
• колостомия;
• резекция на тънките черва;
• анастомози на тънките черва.

Подобни клинични прояви са описани и в случаи на нарушена активация на монозахариди - глюкоза и галактоза. Те трябва да се разграничават от случаите, когато диетата съдържа твърде много от тези монозахариди, които, притежавайки висока осмотична активност, причиняват навлизане на вода в червата. Тъй като монозахаридите се абсорбират от тънките черва в басейна на V. portae, те първо навлизат в чернодробните клетки. В зависимост от условията, които се определят главно от съдържанието на глюкоза в кръвта, те се превръщат в гликоген или остават като монозахариди и се отнасят с кръвния поток.

В кръвта на възрастните съдържанието на гликоген е малко по-ниско (0,075-0,117 g/l), отколкото при децата (0,117-0,206 g/l).

Синтезът на резервния въглехидрат на тялото - гликоген - се осъществява от група различни ензими, което води до образуването на силно разклонени молекули, състоящи се от глюкозни остатъци, които са свързани чрез 1,4- или 1,6-връзки (страничните вериги на гликогена са образувани от 1,6-връзки). Ако е необходимо, гликогенът може отново да се разгради до глюкоза.

Синтезът на гликоген започва през 9-та седмица от вътрематочното развитие в черния дроб. Бързото му натрупване обаче се случва едва преди раждането (20 mg/g черен дроб на ден). Следователно, концентрацията на гликоген в чернодробната тъкан на плода при раждане е малко по-висока, отколкото при възрастен. Приблизително 90% от натрупания гликоген се използва през първите 2-3 часа след раждането, а останалият гликоген се изразходва в рамките на 48 часа.

Това всъщност осигурява енергийните нужди на новородените през първите дни от живота, когато детето получава малко мляко. От втората седмица от живота натрупването на гликоген започва отново и до третата седмица от живота му концентрацията в чернодробната тъкан достига нивото на възрастните. Масата на черния дроб при децата обаче е значително по-малка, отколкото при възрастните (при деца на 1 година масата на черния дроб е равна на 10% от масата на черния дроб на възрастен), така че запасите от гликоген при децата се изразходват по-бързо и те трябва да ги попълнят, за да предотвратят хипогликемия.

Съотношението на интензивността на процесите на гликогенеза и гликогенолиза до голяма степен определя съдържанието на кръвна захар - гликемия. Тази стойност е доста постоянна. Гликемията се регулира от сложна система. Централното звено в тази регулация е т. нар. захарен център, който трябва да се разглежда като функционална асоциация на нервни центрове, разположени в различни части на централната нервна система - мозъчната кора, подкорката (лещовидно ядро, стриатум), хипоталамичната област, продълговатия мозък. Наред с това, много ендокринни жлези (панкреас, надбъбречни жлези, щитовидна жлеза) участват в регулирането на въглехидратния метаболизъм.

Нарушения на въглехидратния метаболизъм: болести на натрупване

Въпреки това, могат да се наблюдават вродени нарушения на ензимните системи, при които синтезът или разграждането на гликоген в черния дроб или мускулите може да бъде нарушено. Тези нарушения включват гликогенодефицитна болест. Тя се основава на дефицит на ензима гликоген синтетаза. Рядкостта на това заболяване вероятно се обяснява с трудността на диагностицирането и бързия неблагоприятен изход. Новородените изпитват хипогликемия много рано (дори между храненията) с конвулсии и кетоза. По-често се описват случаи на гликогенозна болест, когато в тялото се натрупва гликоген с нормална структура или се образува гликоген с неправилна структура, наподобяваща целулоза (амилопектин). Тази група, като правило, е генетично обусловена. В зависимост от дефицита на определени ензими, участващи в метаболизма на гликогена, се разграничават различни форми или видове гликогенози.

Тип I, който включва хепаторенална гликогеноза, или болест на Гирке, се основава на дефицит на глюкозо-6-фосфатаза. Това е най-тежката форма на гликогеноза без структурни нарушения на гликогена. Заболяването е рецесивно; клинично се проявява веднага след раждането или в ранна детска възраст. Характерна е хепатомегалия, която е съпроводена с хипогликемични гърчове и кома, кетоза. Слезката никога не се увеличава по размер. По-късно се наблюдава забавяне на растежа и телесна диспропорция (коремът е уголемен, тялото е удължено, краката са къси, главата е голяма). Между храненията се наблюдават бледност, изпотяване и загуба на съзнание в резултат на хипогликемия.

Гликогеноза тип II - болест на Помпе, която се основава на дефицит на киселинна малтаза. Проявява се клинично скоро след раждането и такива деца умират бързо. Наблюдават се хепато- и кардиомегалия, мускулна хипотония (детето не може да държи главата си или да суче). Развива се сърдечна недостатъчност.

Гликогеноза тип III - болест на Кори, причинена от вроден дефект на амило-1,6-глюкозидазата. Предаването е рецесивно-автозомно. Клиничните прояви са подобни на тип I - болест на Гирке, но по-леки. За разлика от болестта на Гирке, това е ограничена гликогеноза, несъпроводена с кетоза и тежка хипогликемия. Гликогенът се отлага или в черния дроб (хепатомегалия), или в черния дроб и едновременно в мускулите.

Тип IV - болестта на Андерсен - се причинява от дефицит на 1,4-1,6-трансглюкозидаза, в резултат на което се образува гликоген с неправилна структура, наподобяваща целулоза (амилопектин). Той е като чуждо тяло. Наблюдават се жълтеница и хепатомегалия. Развива се чернодробна цироза с портална хипертония. В резултат на това се развиват разширени вени на стомаха и хранопровода, чието разкъсване причинява обилно стомашно кървене.

Тип V - мускулна гликогеноза, болест на МакАрдъл - се развива поради дефицит на мускулна фосфорилаза. Заболяването може да се прояви през 3-тия месец от живота, когато се отбелязва, че децата не са в състояние да сучат дълго време и бързо се уморяват. Поради постепенното натрупване на гликоген в набраздените мускули се наблюдава фалшива хипертрофия.

Гликогеноза тип VI - болест на Херц - се причинява от дефицит на чернодробна фосфорилаза. Клинично се открива хепатомегалия, хипогликемията се среща по-рядко. Наблюдава се забавяне на растежа. Протичането е по-благоприятно, отколкото при други форми. Това е най-често срещаната форма на гликогеноза.

Наблюдават се и други форми на заболявания на съхранение, когато се открият моно- или полиензимни нарушения.

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

Кръвната захар като индикатор за въглехидратния метаболизъм

Един от показателите за въглехидратния метаболизъм е нивото на кръвната захар. В момента на раждането нивото на гликемия на детето съответства на това на майка му, което се обяснява със свободната трансплацентарна дифузия. Още от първите часове на живота обаче се наблюдава спад в съдържанието на захар, което се обяснява с две причини. Едната от тях, по-съществената, е липсата на контраинсуларни хормони. Това се доказва от факта, че адреналинът и глюкагонът са способни да повишат нивото на кръвната захар през този период. Друга причина за хипогликемия при новородените е, че запасите от гликоген в организма са много ограничени и новородено, което се сложи на гърда няколко часа след раждането, ги изразходва. До 5-6-ия ден от живота съдържанието на захар се увеличава, но при децата то остава относително по-ниско, отколкото при възрастните. Увеличението на концентрацията на захар при децата след първата година от живота е вълнообразно (първата вълна - до 6-годишна възраст, втората - до 12-годишна възраст), което съвпада с увеличаването на растежа им и по-високата концентрация на соматотропен хормон. Физиологичната граница на окисление на глюкозата в организма е 4 мг/(кг • мин). Следователно, дневната доза глюкоза трябва да бъде от 2 до 4 г/кг телесно тегло.

Трябва да се подчертае, че усвояването на глюкозата по време на интравенозното ѝ приложение се случва по-бързо при децата, отколкото при възрастните (известно е, че интравенозно приложената глюкоза се усвоява от организма, като правило, в рамките на 20 минути). Следователно, толерантността на децата към въглехидратното натоварване е по-висока, което трябва да се вземе предвид при изучаване на гликемичните криви. Например, за изследване на гликемичната крива се използва средно натоварване от 1,75 g/kg.

В същото време децата имат по-тежко протичане на захарен диабет, за лечението на който, като правило, е необходимо използването на инсулин. Захарният диабет при децата се открива най-често в периоди на особено интензивен растеж (първото и второто физиологично разширение), когато по-често се наблюдава нарушение на корелацията на ендокринните жлези (активността на соматотропния хормон на хипофизната жлеза се повишава). Клинично диабетът при децата се проявява с жажда (полидипсия), полиурия, загуба на тегло и често повишаване на апетита (полифагия). Открива се повишаване на кръвната захар (хипергликемия) и поява на захар в урината (глюкозурия). Кетоацидозата е често срещана.

Заболяването се основава на инсулинов дефицит, който затруднява проникването на глюкозата през клетъчните мембрани. Това води до повишаване на съдържанието ѝ в извънклетъчната течност и кръвта, а също така увеличава разграждането на гликоген.

В тялото глюкозата може да се разгради по няколко начина. Най-важните от тях са гликолитичната верига и пентозният цикъл. Разграждането по гликолитичната верига може да се случи както при аеробни, така и при анаеробни условия. При аеробни условия това води до образуването на пировинова киселина, а при анаеробни - до млечна киселина.

В черния дроб и миокарда процесите протичат аеробно, в еритроцитите - анаеробно, в скелетните мускули по време на интензивна работа - предимно анаеробно, по време на покой - предимно аеробен. Аеробният път е по-икономичен за организма, тъй като води до образуването на повече АТФ, който носи голям резерв от енергия. Анаеробната гликолиза е по-малко икономична. Като цяло, чрез гликолизата, клетките могат бързо, макар и неикономично, да се снабдят с енергия, независимо от "доставката" на кислород. Аеробното разграждане в комбинацията гликолитична верига - цикъл на Кребс е основният източник на енергия за организма.

В същото време, чрез обратен поток на гликолитичната верига, тялото може да синтезира въглехидрати от междинни продукти на въглехидратния метаболизъм, като пирогроздена и млечна киселина. Превръщането на аминокиселините в пирогроздена киселина, α-кетоглутарат и оксалацетат може да доведе до образуването на въглехидрати. Процесите на гликолитичната верига са локализирани в цитоплазмата на клетките.

Проучване на съотношението на метаболитите на гликолитичната верига и цикъла на Кребс в кръвта на деца показва доста значителни разлики в сравнение с възрастните. Кръвният серум на новородено и дете от първата година от живота съдържа доста значително количество млечна киселина, което показва преобладаване на анаеробна гликолиза. Детският организъм се опитва да компенсира излишното натрупване на млечна киселина чрез повишаване на активността на ензима лактатдехидрогеназа, който превръща млечната киселина в пирогроздена киселина с последващото ѝ включване в цикъла на Кребс.

Съществуват и някои разлики в съдържанието на изоензимите лактатдехидрогеназа. При малки деца активността на 4-та и 5-та фракция е по-висока, а съдържанието на 1-ва фракция е по-ниско.

Друг, не по-малко важен, начин за разцепване на глюкозата е пентозният цикъл, който започва с гликолитичната верига на ниво глюкозо-6-фосфат. В резултат на един цикъл, една от 6-те глюкозни молекули се разцепва напълно на въглероден диоксид и вода. Това е по-кратък и по-бърз път на разпад, който осигурява освобождаването на голямо количество енергия. В резултат на пентозния цикъл се образуват и пентози, които се използват от организма за биосинтеза на нуклеинови киселини. Това вероятно обяснява защо пентозният цикъл е от голямо значение при децата. Неговият ключов ензим е глюкозо-6-фосфат дехидрогеназата, която осигурява връзката между гликолизата и пентозния цикъл. Активността на този ензим в кръвта на деца на възраст от 1 месец до 3 години е 67-83, 4-6 години - 50-60, 7-14 години - 50-63 mmol/g хемоглобин.

Нарушаването на пентозния цикъл на разграждане на глюкозата поради дефицит на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа е в основата на несфероцитна хемолитична анемия (един от видовете еритроцитопатия), която се проявява с анемия, жълтеница, спленомегалия. Като правило, хемолитичните кризи се провокират от прием на лекарства (хинин, хинидин, сулфонамиди, някои антибиотици и др.), които усилват блокадата на този ензим.

Подобна клинична картина на хемолитична анемия се наблюдава поради дефицит на пируват киназа, която катализира превръщането на фосфоенолпируват в пируват. Те се разграничават чрез лабораторен метод, определящ активността на тези ензими в еритроцитите.

Нарушаването на гликолизата в тромбоцитите е в основата на патогенезата на много тромбоастении, клинично проявяващи се с повишено кървене при нормален брой тромбоцити, но нарушена функция (агрегация) и непокътнати фактори на кръвосъсирването. Известно е, че основният енергиен метаболизъм на човек се основава на използването на глюкоза. Останалите хексози (галактоза, фруктоза), като правило, се трансформират в глюкоза и претърпяват пълно разграждане. Превръщането на тези хексози в глюкоза се осъществява от ензимни системи. Дефицитът на ензими, които трансформират това превръщане, е в основата на гактоземия и фруктоземия. Това са генетично обусловени ензимопатии. При гактоземия има дефицит на галактоза-1-фосфат уридил трансфераза. В резултат на това галактоза-1-фосфат се натрупва в организма. Освен това, голямо количество фосфати се отстранява от кръвообращението, което причинява липса на АТФ, причинявайки увреждане на енергийните процеси в клетките.

Първите симптоми на галактоземия се появяват скоро след началото на храненето на децата с мляко, особено с кърма, която съдържа голямо количество лактоза, включваща равни количества глюкоза и галактоза. Появява се повръщане, телесното тегло се увеличава слабо (развива се хипотрофия). След това се появяват хепатоспленомегалия с жълтеница и катаракта. Може да се развие асцит и разширени вени на хранопровода и стомаха. Изследването на урината разкрива галактозурия.

При галактоземия лактозата трябва да се изключи от диетата. Използват се специално приготвени млечни формули, в които съдържанието на лактоза е рязко намалено. Това осигурява правилното развитие на децата.

Фруктоземията се развива, когато фруктозата не се превръща в глюкоза поради дефицит на фруктозо-1-фосфат алдолаза. Клиничните ѝ прояви са подобни на тези на галактоземията, но са изразени в по-лека степен. Най-характерните ѝ симптоми са повръщане, рязко намаляване на апетита (до анорексия), когато на децата се дават плодови сокове, подсладени зърнени храни и пюрета (захарозата съдържа фруктоза и глюкоза). Следователно, клиничните прояви са особено изострени, когато децата се прехвърлят на смесено и изкуствено хранене. В по-напреднала възраст пациентите не понасят сладкиши и мед, който съдържа чиста фруктоза. Фруктозурията се открива при изследване на урината. Необходимо е от диетата да се изключат захарозата и продуктите, съдържащи фруктоза.