Углеводный обмен

Алкоголь вызывает дегенерацию клеток поджелудочной  железы, что приводит к дефициту выделения многих ферментов, гормонов влияющих на углеводный обмен — инсулина и глюкагона. Вследствие чего, повышается риск возникновения хронического панкреатита^[10].

Особенно опасно принимать алкоголь лицам страдающим сахарным диабетом^[10] ибо действие алкоголя лишь усугубляет те изменения, которые уже имеют место у лиц с сахарным диабетом в результате нарушенного метаболизма и сосудистых поражений (хронические дистрофические процессы с трагическим финалом развиваются быстрее).

Нарушения метаболизма углеводов

Многочисленные  расстройства метаболизма углеводов  условно объединяют в несколько  групп: гипогликемии, гипергликемии, гликогенозы, гексоз- и пентоземии, агликогенозы. Перечисленные расстройства рассматривают как типовые формы нарушений углеводного обмена.

Гипогликемия

Гипогликемия (от др.-греч. ὑπό — снизу, под + γλυκύς — сладкий + αἷμα — кровь)^[11] — патологическое состояние, характеризующееся снижением концентрации глюкозы в крови ниже 3,5 ммоль/л периферической крови ниже нормы (3,3 ммоль/л), вследствие чего возникает гипогликемический синдром.

Механизм развития гипогликемии может значительно  отличаться в зависимости от этиологии. Так, например, при употреблении этанола, наблюдается следующая картина.

Метаболизм этанола  в печени катализируется алкогольдегидрогеназой. Кофактором этого фермента служит НАД — вещество, необходимое для глюконеогенеза. Прием этанола приводит к быстрому расходованию НАД и резкому торможению глюконеогенеза в печени. Поэтому алкогольная гипогликемия возникает при истощении запасов гликогена, когда для поддержания нормогликемии особенно необходим глюконеогенез. Такая ситуация наиболее вероятна при недостаточном питании. Чаще всего алкогольная гипогликемия наблюдается у истощенных больных алкоголизмом, но бывает и у здоровых людей после эпизодических приемов большого количества алкоголя или даже небольшой дозы алкоголя, но натощак. Необходимо подчеркнуть, что алкоголь снижает концентрацию глюкозы в плазме больных с нормальной функцией печени. Особенно чувствительны к алкоголю дети.

Сахарный диабет

Основная статья: сахарный диабет

Среди заболеваний, имеющих в основе нарушения углеводного  обмена, сахарный диабет занимает особое место. Это связано с частотой его распространения и относительно изученной биохимической характеристикой. Основными биохимическими симптомами сахарного диабета являются гипергликемия, глюкозурия, кетонимия и некоторые другие.

Эффект инсулина в захвате и  метаболизме глюкозы. Связывание рецептора с инсулином(1) запускает активацию большого количества белков (2). Например: перенос Glut-4-переносчика на плазматическую мембрану и поступление глюкозы внутрь клетки(3), синтез гликогена(4), гликолиз (5), синтез жирных кислот (6).

Пищевые продукты содержат различные типы углеводов. Некоторые из них, такие как глюкоза, состоят из одного шестичленного гетероциклического углеводного кольца и всасываются в кишечнике без изменений. Другие, такие как сахароза (дисахарид) или крахмал (полисахарид), состоят из двух или более связанных между собой пятичленных или шестичленных гетероциклов. Эти вещества подвергаются расщеплению под действием различных ферментов желудочно-кишечного тракта до молекул глюкозы и других простых сахаров, и, в конечном счёте, также всасываются в кровь. Помимо глюкозы в кровь поступают и такие простые молекулы, как фруктоза, которые в печени превращаются в глюкозу. Таким образом, глюкоза является основным углеводом крови и всего организма. Ей принадлежит исключительная роль в обмене веществ организма человека: она является основным и универсальным источником энергии для всего организма. Многие органы и ткани (например, мозг) могут использовать в качестве источника энергии только глюкозу.^[12]

Основную роль в  регуляции углеводного обмена организма  играет гормон поджелудочной железы — инсулин. Он представляет собой белок, синтезируемый в β-клетках островков Лангерганса (скопление эндокринных клеток в ткани поджелудочной железы) и призван стимулировать переработку глюкозы клетками. Почти все ткани и органы (например, печень, мышцы, жировая ткань) способны перерабатывать глюкозу только в его присутствии. Эти ткани и органы называются инсулинзависимыми. Другие ткани и органы, например мозг, не нуждаются в инсулине для того, чтобы перерабатывать глюкозу, и потому называются инсулиннезависимыми.^[13]

Непереработанная  глюкоза депонируется (запасается) в печени и мышцах в виде полисахарида гликогена, который в дальнейшем может быть снова превращён в глюкозу. Но для того, чтобы превратить глюкозу в гликоген, тоже нужен инсулин.

В норме содержание глюкозы в крови колеблется в  достаточно узких пределах: от 70 до 110 мг/дл (миллиграмм на децилитр) (3,3—5,5 ммоль/л) утром после сна и от 120 до 140 мг/дл после еды. Это происходит благодаря тому, что поджелудочная  железа производит тем больше инсулина, чем выше уровень глюкозы в крови.

При недостаточности  инсулина (сахарный диабет 1-го типа) или нарушении механизма взаимодействия инсулина с клетками организма (сахарный диабет 2-го типа) глюкоза накапливается в крови в больших количествах (гипергликемия), а клетки организма (за исключением инсулиннезависимых органов) лишаются основного источника энергии.

Толерантность к глюкозе

Основная статья: Глюкозотолерантный тест

Способность животного  и человека использовать вводимую глюкозу  обозначают как толерантность к глюкозе. Когда глюкоза вводится (либо через рот, либо в вену), её концентрация в крови быстро возрастает. В оральном тесте на толерантность к глюкозе при обычной дозе 1 г глюкозы на килограмм массы тела концентрация глюкозы в крови в течение ~ 1 ч может возрасти от ~90 мг на 100 мл при голодании до максимального уровня, достигающего величины 140 мг на 100 мл. К этому времени скорость поступления глюкозы в кровь начинает снижаться, в то время как скорость её потребления тканями возрастает, так что наступает снижение концентрации в крови. При этих условиях возросшая скорость удаления глюкозы из крови определяется следующими причинами: во-первых, скорость поступления глюкозы в клетки прямо пропорциональна концентрации глюкозы во внеклеточной жидкости и, во-вторых, повышение уровня глюкозы в крови стимулирует нормальную поджелудочную железу к выделению инсулина в кровь с повышенной скоростью. В связи с увеличением притока глюкозы в клетки наблюдается ускорение гликогенеза, особенно в мышце, а также усиление гликолиза, как об этом свидетельствует увеличение содержания лактата в крови; дыхательный коэффициент растет, увеличиваясь в сторону единицы, что указывает на большую интенсивность окисления углеводов, и содержание глюкозы в крови быстро падает. Обычно в конце второго часа концентрация глюкозы в крови становится приблизительно нормальной и часто продолжает уменьшаться, опускаясь ниже исходного уровня, вероятно, в результате продолжающегося влияния секреции инсулина. По мере исчезновения гипергликемии, стимулирующей островки Лангерганса, секреция инсулина возвращается к более низкому уровню. В ходе орального теста на толерантность к глюкозе в норме у человека концентрация глюкозы в крови никогда не превышает значения, при котором сахар начинает выводиться с мочой и не возникает глюкозурии. У людей, страдающих диабетом, испытывающих недостаточность инсулина, содержание глюкозы в крови в периоды голодания повышено. После орального введения глюкозы уровень сахара в крови становится даже более высоким, зачастую превышая почечный порог и вызывая глюкозурию. Инсулиновый ответ в этом случае будет недостаточным или совсем не проявится, и в результате падение концентрации глюкозы в крови будет происходить медленно. Человеку с таким типом ответа, как принято говорить, свойственна пониженная толерантность к глюкозе или повышенная кривая глюкозной толерантности.

Гипергликемия

Основная статья: Гипергликемия

Гипергликемия (от др.-греч. υπερ — сверху, над; γλυκύς — сладкий; αἷμα — кровь)^[14] — клинический симптом, обозначающий увеличение содержания глюкозы в сыворотке крови по сравнению с нормой в 3,3—5,5 ммоль/л.^[15]

Глюкозурия

Основная статья: Глюкозурия

Гликозурия, или  глюкозурия — наличие глюкозы в моче. В норме моча не содержит глюкозы, поскольку почки способны реабсорбировать (возвращать в кровоток) весь объём глюкозы, прошедший через почечный клубочек в просвет канальцев нефрона. В подавляющем большинстве случаев гликозурия является сипмтомом декомпенсированного сахарного диабета как результат патологического увеличения концентрации глюкозы в крови. Редким исключением является нарушение реабсорбции в самой почке, — т. н. ренальная (почечная) гликозурия. Гликозурия ведёт к избыточной потере воды с мочой — дегидратации организма, развивающейся из-за усиления осмотического компонента диуреза.

Наследственные нарушения метаболизма углеводов

Дополнительные сведения: Ферментопатии

Развитие большинства  из них является следствием дефекта  единичных генов, кодирующих индивидуальные ферменты, которые обеспечивают превращение одних веществ (субстраты) в другие (продукты). В большинстве случаев таких расстройств патогенным является накопление веществ, обладающих токсическим действием или нарушающих способность синтеза других жизненно важных соединений.

Гликогенозы

Основная статья: Гликогенозы

Гликогенозы — это ряд наследственных заболеваний, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, лёгких и других органах. В таблице описаны некоторые типы гликогенозов, различающихся характером и локализацией ферментного дефекта.

Следует отметить, что термин «гликогеноз» был впервые  предложен К. Ф. Кори и Г. Т. Кори. Они же предложили систему нумерации этих болезней. Однако в настоящее время преобладает деление гликогенозов на 2 группы: печёночные и мышечные. Печёночные формы гликогенозов ведут к нарушению использования гликогена для поддержания уровня глюкозы в крови. Поэтому общий симптом для этих форм — гипогликемия в постабсорбтивный период.

Болезнь Гирке (тип I) — отмечаютнаиболее часто. Описание основных симптомов этого типа гликогеноза и их причин может служить основанием для понимания симптомов всех остальных типов. Причина этого заболевания — наследственный дефект глюкозо-6-фосфатазы — фермента, обеспечивающего выход глюкозы в кровоток после её высвобождения из гликогена клеток печени. Болезнь Гирке проявляется гипогликемией, гипертриацилглицеролемией (повышением содержания триацилглицеролов), гиперурикемией (повышением содержания мочевой кислоты).

Болезнь Кори, болезнь Форбса, лимитодекстриноз (тип III) весьма распространена. Она составляет 1/4 всех случаев печёночных гликогенозов. Накапливаемый гликоген аномален по структуре, так как дефектен фермент амило-1,6-глюкозидаза, гидролизующий гликозидные связи в местах разветвлений («деветвящий фермент», от англ, debmnching enzyme). Недостаток глюкозы в крови проявляется быстро, поскольку гликогенолиз возможен, но в незначительном объёме. В отличие от гликогеноза I типа, лактоацидоз и гиперурикемия не отмечаются. Болезнь отличается более лёгким течением.

Болезнь Андерсена (тип IV) — крайне редкое аутосомно-рецессивное заболевание, возникающее вследствие дефекта ветвящего фермента — амило-1,4-1,6-глюкозилтрансферазы. Содержание гликогена в печени не сильно увеличено, но структура его изменена, и это препятствует его распаду. Молекула гликогена имеет мало точек ветвления, а также очень длинные и редкие боковые ветви. В то же время гипогликемия выражена умеренно. Болезнь развивается быстро, отягощается ранним циррозом печени и практически не поддаётся лечению. Дефект фермента ветвления обнаруживается не только в печени, но также в лейкоцитах, мышцах, фибробластах, на ранние и преобладающие проявления болезни обусловлены нарушением функции печени.

Болезнь Херса (тип VI) (гепатофосфорилазная недостаточность) также проявляется симптомами, обусловленными поражением печени. Данный гликогеноз — следствие дефекта гликогенфосфорилазы. Б гепатоцитах накапливается гликоген нормальной структуры. Течение болезни сходно с гликогенозом I типа, но симптомы выражены в меньшей степени. Сниженная активность гликогенфосфорилазы обнаруживается также в лейкоцитах. Болезнь Херса — редкий тип гликогеноза; наследуется по аутосомнорецессивному типу.

Дефект киназы фосфорилазы (тип IX)(болезнь Хага) — встречается только у мальчиков, так как этот признак сцеплен с Х-хромосомой. У больных наблюдается гепатомегалия.

Дефект протеинкиназы А (тип X), так же как и дефект киназы фосфорилазы, проявляется симптомами, сходными с болезнью Херса. Известен случай у единственного больного, наследование не установлено.

Мышечные формы  гликогенозов характеризуются нарушением в энергоснабжении скелетных  мышц. Эти болезни проявляются  при физических нагрузках и сопровождаются болями и судорогами в мышцах, слабостью  и быстрой утомляемостью.

Болезнь Мак-Ардла (тип V) — аутосомнорецессивная патология, при которой полностью отсутствует в скелетных мышцах активность гликогенфосфорилазы. Поскольку активность этого фермента в гепатоцитах нормальная, то гипогликемия не наблюдается (строение фермента в печени и мышцах кодируются разными генами). Тяжёлые физические нагрузки плохо переносятся и могут сопровождаться судорогами, однако при физических нагрузках гиперпродукция лактата не наблюдается, что подчёркивает значение внемышечных источников энергии для сокращения мышц, например, таких как жирные кислоты, замещающие при данной патологии глюкозу (см. раздел 8). Хотя болезнь не сцеплена с полом, большая частота заболевания характерна для мужчин.

Дефект фосфофруктокиназы (болезнь Таруи, миофосфофруктокиназная недостаточность) характерен для гликогеноза VII типа. Больные могут выполнять умеренные физические нагрузки. Течение болезни сходно с гликогенозом V типа, но основные проявления менее выражены.

Дефект фосфоглицеромутазы и дефект М-субъединицы ЛДГ (ненумерованные по классификации Кори) характерны для мышечных форм гликогенозов. Проявления этих патологий аналогичны болезни МакАрдла. Дефект фосфоглицеромутазы в мышцах описан только у одного больного.

Смешанные формы  гликогенозов. Эти заболевания характеризуются  нарушениями метаболизма гликогена, как в мышцах, так и в печени, могут затрагивать и другие органы.

Болезнь Помпе (тип II) — наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Симптомы проявляются в первые недели жизни — до шести месяцев после рождения. Дефект фермента найден в печени, почках, селезенке, мышцах, нервной ткани, лейкоцитах. Наблюдается расстройство дыхания, беспокойство или адинамия. Отмечаются отсутствие аппетита, задержка роста, мышечная гипотония. Увеличиваются размеры сердца, печени, почек, селезенки. Сердце приобретает шаровидную форму, в связи с гипертрофией миокарда появляются изменения ЭКГ. Часто возникают гипостатические пневмонии, бронхиты, ателектазы легких, наблюдаются миодистрофия, гипорефлексия, спастические параличи. Мышечная форма гликогеноза II типа возникает только в мышцах при дефиците кислой α-1,4-глюкозидазы. Болезнь проявляется в более поздние сроки и по клинической картине напоминает миопатию.

Агликогенозы

Агликогеноз (гликогеноз 0 по классификации) — заболевание, возникающее в результате дефекта гликогенсинтазы. В печени и других тканях больных наблюдают очень низкое содержание гликогена. Это проявляется резко выраженной гипогликемией в постабсорбтивном периоде. Характерный симптом — судороги, проявляющиеся особенно по утрам. Болезнь совместима с жизнью, но больные дети нуждаются в частом кормлении.

Мукополисахаридозы

Мукополисахаридозы (МПС) — гетерогенная группа заболеваний, отнесенных к наследственным болезням обмена сложных сахаров. МПС сопровождаются избыточным накоплением в тканях и повышенной экскрецией гликоз-аминогликанов (ГАГ) — кислых мукополисахаридов, соединенных с белком и состоящих из уроновых кислот, аминосахароз и нейтральных сахаров. Указанные комплексы существуют в форме протеогликанов, являющихся важнейшими компонентами основного структурного белка волос (0-кератина) и структурного белка соединительной ткани (коллагена)^[16].

Для большинства  МПС характерен аутосомно-рецессивный  тип наследования, кроме синдрома Хантера (Х-сцепленный рецессивный).