Обмен углеводов

Углеводы в рационе питания

Доля углеводов в рационе питания детей в значительной степени зависит от возраста. У детей первого года жизни содержание углеводов, обеспечивающее потребность в энергии, составляет 40%. После года оно возрастает до 60%. В первые месяцы жизни потребность в углеводах покрывается за счет молочного сахара - лактозы, входящей в состав женского молока. При искусственном вскармливании с молочными смесями ребенок получает также сахарозу или мальтозу. После введения прикорма в организм начинают поступать полисахариды (крахмал, частично гликоген), которые в основном покрывают потребности организма в углеводах. Такой характер питания детей способствует как образованию амилазы поджелудочной железой, так и выделению ее со слюной. В первые дни и недели жизни амилаза практически отсутствует, а слюноотделение незначительно, и лишь с 3-4 мес начинается секреция амилазы и резко возрастает слюноотделение.

Известно, что гидролиз крахмала происходит при воздействии амилазы слюны и панкреатического сока; крахмал расщепляется до мальтозы и изомальтозы.

Наряду с дисахаридами пищи - лактозой и сахарозой - мальтоза и изомальтоза на поверхности кишечных ворсинок слизистой оболочки кишки под влиянием дисахаридаз расщепляются до моносахаридов: глюкозы, фруктозы и галактозы, которые подвергаются резорбции через клеточную оболочку. Процесс резорбции глюкозы и галактозы связан с активным транспортом, который заключается в фосфорилировании моносахаридов и превращении их в глюкозофосфат, а затем в глюкозо-6-фосфат (соответственно, галактозофосфаты). Такая активация происходит под влиянием глюкозо- или галактозокиназ с затратой одной макроэргической связи АТФ. В противоположность глюкозе и галактозе, фруктоза резорбируется почти пассивно, путем простой диффузии.

Дисахаридазы в кишечнике у плода формируются в зависимости от срока гестации.

Сроки становления функций желудочно-кишечного тракта, сроки выявления и выраженность в процентах от аналогичной функции у взрослых

Видно, что раньше нарастает активность мальтазы и сахаразы (6-8 мес гестации), позднее (8-10 мес) - лактазы. Изучена активность различных дисахаридаз в клетках слизистой оболочки кишки. Установлено, что общая активность действия всех мальтаз к моменту рождения соответствует в среднем 246 мкмоль расщепленного дисахарида на 1 г белка в минуту, общая активность сахаразы - 75, общая активность изомальтазы - 45 и общая активность лактазы - 30. Эти данные представляют большой интерес для педиатров, так как становится ясным, почему грудной ребенок хорошо переваривает декстринмальтозные смеси, в то время как лактоза легко вызывает поносы. Относительно низкой активностью лактазы в слизистой оболочке тонкой кишки объясняется тот факт, что лактазная недостаточность наблюдается чаще, чем недостаточность других дисахаридаз.

[7], [8]

Нарушение всысыввания углеводов

Встречаются как транзиторная мальабсорбция лактозы, так и врожденная. Первая ее форма обусловлена задержкой созревания кишечной лактазы и поэтому с возрастом ребенка исчезает. Врожденная же форма может наблюдаться длительно, но, как правило, наиболее сильно выражена с рождения при грудном вскармливании. Это объясняется тем, что содержание лактозы в женском молоке почти в 2 раза больше, чем в коровьем. Клинически у ребенка возникает диарея, для которой характерны наряду с жидким стулом (более 5 раз в сутки) пенистые испражнения кислой реакции (pH меньше 6). Могут наблюдаться и симптомы дегидратации, проявляющиеся тяжелым состоянием.

В более старшем возрасте происходит так называемая репрессия лактазы, когда ее активность значительно снижается. Этим объясняется тот факт, что значительное число людей не переносят натуральное молоко, в то время как кисломолочные продукты (кефир, ацидофилин, простокваша) усваиваются хорошо. Лактазной недостаточностью страдают около 75% выходцев из Африки и индейцев, до 90% лиц азиатского происхождения и 20% европейцев. Реже наблюдается врожденная мальабсорбция сахарозы и изомальтозы. Обычно она проявляется у детей при искусственном вскармливании молочными смесями, обогащенными сахарозой, и при введении в рацион соков, фруктов или овощей, содержащих этот дисахарид. Клинические проявления сахаразной недостаточности аналогичны таковым при лактозной мальабсорбции. Дисахаридазная недостаточность может носить и сугубо приобретенный характер, быть следствием или осложнением широкого круга перенесенных ребенком заболеваний. Основные причины дисахаридазной недостаточности приведены ниже.

Следствие воздействия повреждающих факторов:

• после энтеритов вирусной или бактериальной этиологии;
• особенное значение ротавирусной инфекции;
• недостаточность питания;
• лямблиоз;
• после некротического энтероколита;
• иммунологическая недостаточность;
• целиакия;
• цитостатическая терапия;
• непереносимость белков коровьего молока;
• гипоксические состояния перинатального периода;
• желтуха и ее фототерапия.

Незрелость щеточной каймы:

• недоношенность;
• незрелость при рождении.

Следствие хирургических вмешательств:

• гастростомия;
• илеостомия;
• колостомия;
• резекция тонкой кишки;
• анастомозы тонкой кишки.

Аналогичные клинические проявления описаны и при нарушении активирования моносахаридов - глюкозы и галактозы. Их следует отличать от случаев, когда в рационе питания содержится слишком большое количество этих моносахаридов, которые, обладая высокой осмотической активностью, вызывают поступление в кишечник воды. Поскольку всасывание моносахаридов происходит из тонкой кишки в бассейн V. portae, они в первую очередь поступают к клеткам печени. В зависимости от условий, которые определяются главным образом содержанием глюкозы в крови, они подвергаются превращению в гликоген или остаются в виде моносахаридов и разносятся с током крови.

В крови у взрослых содержание гликогена несколько меньше (0,075-0,117 г/л), чем у детей (0,117-0,206 г/л).

Синтез резервного углевода организма - гликогена - осуществляется группой различных ферментов, в результате чего образуются сильно разветвленные его молекулы, состоящие из глюкозных остатков, которые связаны 1,4- или 1,6-связями (боковые цепи гликогена образуются 1,6-связями). При необходимости гликоген вновь может расщепляться до глюкозы.

Синтез гликогена начинается на 9-й неделе внутриутробного развития в печени. Однако быстрое его накопление происходит только перед рождением (20 мг/г печени в сутки). Поэтому концентрация гликогена в ткани печени плода к рождению несколько больше, чем у взрослого. Приблизительно 90% накопленного гликогена используются в первые 2-3 ч после рождения, а остальной гликоген расходуется в течение 48 ч.

Это, по сути, обеспечивает энергетическую потребность новорожденных первых дней жизни, когда ребенок получает мало молока. Со 2-й недели жизни вновь начинается накопление гликогена, и уже к 3-й неделе жизни его концентрация в ткани печени достигает уровня взрослого. Однако масса печени у детей значительно меньше, чем у взрослого (у детей в возрасте 1 года масса печени равна 10% от массы печени взрослого), поэтому запасы гликогена у детей расходуются быстрее, и они должны его восполнять, чтобы предотвратить гипогликемию.

Соотношение интенсивности процессов гликогенеза и гликогенолиза в значительной мере определяет содержание сахара крови - гликемию. Эта величина весьма постоянна. Гликемия регулируется сложной системой. Центральным звеном этой регуляции является так называемый сахарный центр, который нужно рассматривать как функциональное объединение нервных центров, расположенных в различных отделах центральной нервной системы - коре головного мозга, подкорке (чечевичное ядро, полосатое тело), гипоталамической области, продолговатом мозге. Наряду с этим в регуляции обмена углеводов принимают участие многие эндокринные железы (поджелудочная, надпочечники, щитовидная).

Нарушение обмена углеводов: болезни накопления

Однако могут наблюдаться врожденные нарушения ферментных систем, при которых синтез или распад гликогена в печени или мышцах может нарушаться. К этим нарушениям относится болезнь недостатка резервов гликогена. В основе ее лежит дефицит фермента гликогенсинтетазы. Редкость этого заболевания объясняется, вероятно, трудностью диагностики и быстрым неблагоприятным исходом. У новорожденных очень рано наблюдается гипогликемия (даже в перерывах между кормлениями) с судорогами и кетозом. Чаще же описывают случаи гликогенной болезни, когда в организме накапливается гликоген нормальной структуры или образуется гликоген неправильной структуры, напоминающей целлюлозу (амилопектин). Эта группа, как правило, генетически детерминирована. В зависимости от дефицита тех или иных ферментов, участвующих в метаболизме гликогена, выделяют различные формы, или типы, гликогенозов.

В основе I типа, к которому относится гепаторенальный гликогеноз, или болезнь Гирке, лежит недостаточность глюкозо-6-фосфатазы. Это наиболее тяжелый вариант гликогенозов без структурных нарушений гликогена. Заболевание имеет рецессивную передачу; клинически проявляется сразу после рождения или в грудном возрасте. Характерна гепатомегалия, которая сопровождается гипогликемическими судорогами и комой, кетозом. Селезенка никогда не увеличивается. В дальнейшем наблюдаются отставание в росте, диспропорция телосложения (живот увеличен, туловище удлинено, ноги короткие, голова большая). В перерывах между кормлениями отмечаются бледность, потливость, потеря сознания как результат гипогликемии.

II тип гликогеноза - болезнь Помпе, в основе которой лежит недостаточность кислой мальтазы. Клинически проявляется вскоре после рождения, и такие дети быстро умирают. Наблюдаются гепато- и кардиомегалия, гипотония мышц (ребенок не может держать голову, сосать). Развивается сердечная недостаточность.

III тип гликогеноза - болезнь Кори, обусловленная врожденным дефектом амило-1,6-глюкозидазы. Передача рецессивно-аутосомальная. Клинические проявления сходны с I типом - болезнью Гирке, но менее тяжелые. В отличие от болезни Гирке, это ограниченный гликогеноз, не сопровождающийся кетозом и тяжелой гипогликемией. Гликоген откладывается либо в печени (гепатомегалия), либо в печени и одновременно в мышцах.

IV тип - болезнь Андерсена - обусловлен дефицитом 1,4-1,6-трансглю- козидазы, вследствие чего образуется гликоген неправильной структуры, на-поминающей целлюлозу (амилопектин). Он является как бы инородным телом. Наблюдаются желтуха, гепатомегалия. Формируется цирроз печени с портальной гипертензией. Вследствие этого развивается варикозное расширение вен желудка и пищевода, разрыв которых вызывает профузные желудочные кровотечения.

V тип - мышечный гликогеноз, болезнь Мак-Ардла - развивается в связи с дефицитом мышечной фосфорилазы. Заболевание может проявляться на 3-м месяце жизни, когда отмечают, что дети не способны длительно сосать грудь, быстро утомляются. В связи с постепенным накоплением гликогена в поперечнополосатой мускулатуре наблюдается ее ложная гипертрофия.

VI тип гликогеноза - болезнь Герца - обусловлен дефицитом печеночной фосфорилазы. Клинически выявляется гепатомегалия, реже возникает гипогликемия. Отмечается отставание в росте. Течение более благоприятное, чем других форм. Это наиболее часто встречающаяся форма гликогеноза.

Наблюдаются и другие формы болезней накопления, когда выявляются моно- или полиферментные нарушения.

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

Сахар в крови как показатель углеводного обмена

Одним из показателей обмена углеводов является содержание сахара в крови. В момент рождения уровень гликемии у ребенка соответствует таковому у его матери, что объясняется свободной трансплацентарной диффузией. Однако с первых часов жизни наблюдается падение содержания сахара, что объясняется двумя причинами. Одной из них, более существенной, является недостаток контринсулярных гормонов. Это доказывается тем, что адреналин и глкжагон способны повышать содержание сахара в крови в данный период. Другой причиной гипогликемии у новорожденных является то, что запасы гликогена в организме весьма ограниченны, и новорожденный, которого прикладывают к груди через несколько часов после рождения, расходует их. К 5-6-му дню жизни содержание сахара повышается, однако у детей оно остается относительно ниже, чем у взрослых. Повышение концентрации сахара у детей после первого года жизни идет волнообразно (первая волна - к 6 годам, вторая - к 12 годам), что совпадает с усилением их роста и более высокой концентрацией соматотропного гормона. Физиологический лимит окисления глюкозы в организме составляет 4 мг/(кг • мин). Поэтому суточная доза глюкозы должна составлять от 2 до 4 г/кг массы тела.

Следует подчеркнуть, что утилизация глюкозы при ее внутривенном введении происходит у детей быстрее, чем у взрослых (известно, что внутривенно введенная глюкоза утилизируется организмом, как правило, в течение 20 мин). Поэтому толерантность детей к нагрузке углеводами выше, что нужно учитывать при исследовании гликемических кривых. Так, например, для исследования гликемической кривой применяют нагрузку в среднем 1,75 г/кг.

В то же время у детей отмечается более тяжелое течение сахарного диабета, для лечения которого, как правило, необходимо применять инсулин. Сахарный диабет у детей наиболее часто выявляется в периоды особенно интенсивного роста (первое и второе физиологическое вытяжение), когда чаще наблюдается нарушение корреляции эндокринных желез (возрастает активность соматотропного гормона гипофиза). Клинически диабет у детей проявляется жаждой (полидипсия), полиурией, похуданием и часто повышением аппетита (полифагия). Обнаруживаются повышение содержания сахара в крови (гипергликемия) и появление сахара в моче (глюкозурия). Часты явления кетоацидоза.

В основе заболевания лежит недостаточность инсулина, которая затрудняет проникновение глюкозы через оболочки клеток. Это вызывает увеличение ее содержания в экстрацеллюлярной жидкости и крови, а также усиливает распад гликогена.

В организме расщепление глюкозы может происходить несколькими способами. Наиболее важными из них являются гликолитическая цепь и пентозный цикл. Расщепление по гликолитической цепи может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При аэробных условиях оно приводит к образованию пировиноградной кислоты, а при анаэробных - молочной кислоты.

В печени и миокарде процессы протекают аэробно, в эритроцитах - анаэробно, в мышцах скелета при усиленной работе - преимущественно анаэробно, во время покоя - преимущественно аэробно. Для организма более экономичен аэробный путь, так как в результате его образуется больше АТФ, несущего большой запас энергии. Менее экономичен анаэробный гликолиз. В целом посредством гликолиза клетки могут быстро, хотя и неэкономно, снабжаться энергией независимо от «подвоза» кислорода. Аэробное же расщепление в комбинации гликолитическая цепь - цикл Кребса является основным источником энергии для организма.

В то же время путем обратного течения гликолитической цепи организм может осуществить синтез углеводов из промежуточных продуктов обмена углеводов, например из пировиноградной и молочной кислот. Превращение аминокислот в пировиноградную кислоту, α-кетоглутарат и оксалацетат может вести к образованию углеводов. Процессы гликолитической цепи локализованы в цитоплазме клеток.

Исследование соотношения метаболитов гликолитической цепи и цикла Кребса в крови детей показывает довольно значительные различия по сравнению со взрослыми. В сыворотке крови новорожденного и ребенка первого года жизни содержится довольно значительное количество молочной кислоты, что указывает на преобладание анаэробного гликолиза. Организм ребенка старается компенсировать избыточное накопление молочной кислоты увеличением активности фермента лактатдегидрогеназы, превращающей молочную кислоту в пировиноградную с последующим ее включением в цикл Кребса.

Имеются и некоторые отличия содержания изоферментов лактатдегидрогеназы. У детей раннего возраста выше активность 4-й и 5-й фракций и ниже содержание 1-й фракции.

Другим, не менее важным, путем расщепления глюкозы является пентозный цикл, который начинается с гликолитической цепи на уровне глюкозо-6-фосфата. В результате одного цикла из 6 молекул глюкозы одна полностью расщепляется до углекислого газа и воды. Это более короткий и быстрый путь распада, который обеспечивает выделение большого количества энергии. В результате пентозного цикла образуются также пентозы, которые используются организмом для биосинтеза нуклеиновых кислот. Вероятно, этим и объясняется, что у детей пентозный цикл имеет существенное значение. Ключевым ферментом его является глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, обеспечивающая связь между гликолизом и пентозным циклом. Активность этого фермента в крови у детей в возрасте 1 мес - 3 года - 67-83, 4-6 лет - 50-60, 7-14 лет - 50-63 ммоль/г гемоглобина.

Нарушение пентозного цикла расщепления глюкозы вследствие дефицита глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы лежит в основе несфероцитарной гемолитической анемии (один из видов эритроцитопатий), которая проявляется анемией, желтухой, спленомегалией. Как правило, гемолитические кризы провоцируются приемом медикаментов (хинин, хинидин, сульфаниламиды, некоторые антибиотики и др.), усиливающих блокаду этого фермента.

Аналогичная клиническая картина гемолитической анемии наблюдается вследствие недостаточности пируваткиназы, катализирующей превращение фосфоенолпирувата в пируват. Их различают лабораторным методом, определяя активность этих ферментов в эритроцитах.

Нарушение гликолиза в тромбоцитах лежит в основе патогенеза многих тромбоастений, клинически проявляющихся повышенной кровоточивостью при нормальном числе тромбоцитов, но нарушенной их функции (агрегации) и сохранных факторах свертывания крови. Известно, что основной энергетический метаболизм человека основан на использовании глюкозы. Остальные же гексозы (галактоза, фруктоза), как правило, трансформируются в глюкозу и подвергаются полному расщеплению. Превращение этих гексоз в глюкозу осуществляют ферментные системы. Дефицит ферментов, трансформирующих это превращение, лежит в основе гстактоземии и фруктоземии. Это генетически обусловленные ферментопатии. При гстактоземии имеется дефицит галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. Вследствие этого в организме происходит накопление галактозо-1-фосфата. Кроме того, из кругооборота извлекается большое количество фосфатов, что обусловливает недостаток АТФ, вызывающий повреждение энергетических процессов в клетках.

Первые симптомы галактоземии появляются вскоре после начала кормления детей молоком, особенно женским, содержащим большое количество лактозы, в которую входят одинаковые количества глюкозы и галактозы. Появляется рвота, плохо увеличивается масса тела (развивается гипотрофия). Затем появляются гепатоспленомегалия с желтухой и катаракта. Возможно развитие асцита и варикозного расширения вен пищевода и желудка. При исследовании мочи выявляется галактозурия.

При галактоземии необходимо исключить из питания лактозу. Используются специально приготовленные молочные смеси, в которых резко уменьшено содержание лактозы. Это обеспечивает правильное развитие детей.

При нарушении превращения фруктозы в глюкозу вследствие дефицита фруктозо-1-фосфатальдолазы развивается фруктоземия. Клинические ее проявления аналогичны таковым при галактоземии, но выражены в более легкой степени. Наиболее характерными ее симптомами являются рвота, резкое снижение аппетита (до анорексии), когда детям начинают давать фруктовые соки, подслащенные каши и пюре (в сахарозе содержатся фруктоза и глюкоза). Поэтому клинические проявления особенно усиливаются при переводе детей на смешанное и искусственное вскармливание. В более старшем возрасте больные не переносят сладости и мед, содержащий чистую фруктозу. При исследовании мочи обнаруживают фруктозурию. Необходимо исключить из рациона питания сахарозу и продукты, содержащие фруктозу.