Биологическая роль углеводов. Причины и механизмы нарушений усвоения углеводов пищи. Нарушение межуточного обмена углеводов.

Обмен углеводов включает в себя несколько этапов:

1. Переваривание и всасывание углеводов.

2. Депонирование углеводов.

3. Промежуточный обмен углеводов:

• анаэробное (гликолиз) расщепление глюкозы;

• аэробное (окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА, цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), пентозофосфатный шунт (ПФШ)) расщепление глюкозы;

• процесс глюконеогенеза (синтез глюкозы из неуглеводных предшественников - лактата, глюкогенных аминокислот и глицерола);

• взаимопревращение гексоз;

• образование пентоз, необходимых для синтеза нуклеотидов;

• синтез жирных кислот (из ацетил-КоА и глицерина).

4. Выделение глюкозы почками и ее реабсорбция.

12.4.1. Нарушение углеводного обмена на этапе переваривания (расщепления) и всасывания

Гидролиз гликогена и крахмала пищи начинается в ротовой полости под влиянием α-амилазы (а-1,4-гликозидаза) слюны. Моносахариды способны всасываться уже в ротовой полости. В желудке нет ферментов, осуществляющих гидролиз углеводов. В полости тонкой кишки под влиянием α-амилазы сока поджелудочной железы они гидролизуются до декстринов и мальтозы (полостное пищеварение)(см. раздел 17.2.4). На поверхности микроворсинок энтероцитов локализованы ферменты: сахараза, мальтаза, лактаза, изомальтаза и др., расщепляющие декстрины и дисахариды до моносахаридов (пристеночное пищеварение) (см. раздел 17.2.4).

Причинами нарушения процессов переваривания (расщепления) и всасывания углеводов являются:

1. Интестинальные энзимопатии наследственного и приобретенного характера (см. раздел 17.2.4.3).

2. Нарушение выработки и выделения панкреатического сока при поражении ацинозной ткани поджелудочной железы (диффуз-

ный панкреатит, закупорка выводного протока камнем или опухолью).

3. Действие ферментных ядов, блокирующих процесс фосфорилирования и дефосфорилирования (флоридзин, монойодацетат), так как моносахариды всасываются только в фосфорилированном виде.

4. Недостаток Na+, например, при гипофункции коры надпочечников.

5. Нарушение кровоснабжения кишечной стенки. Нарушение расщепления (переваривания) углеводов чаще всего

отмечается при дефектах ферментов, участвующих в гидролизе углеводов в кишечнике (интестинальные энзимопатии). К числу наиболее типичных дефектов можно отнести врожденную и приобретенную недостаточность как отдельных ферментов-дисахаридаз - лактазы, сахаразы и изомальтазы, так и недостаточность всего сахаразо-изомальтазного ферментативного комплекса.

Чаще всего встречается врожденная недостаточность лактазы. Фермент гидролизует дисахарид лактозу до глюкозы и галактозы. Новорожденные дети обычно получают 50-60 г лактозы (с молоком) в день. Негидролизованная лактоза поступает в нижние отделы тонкого кишечника, где сбраживается кишечной микрофлорой с образованием газов (вызывает метеоризм) и органических (молочной и уксусной) кислот. Их осмотическое действие привлекает в полость кишечника большое количество воды, что вызывает диарею, поэтому наиболее характерное проявление недостаточности лактазы - диарея после приема молока. При этом кал имеет кислое значение рН и содержит лактозу, иногда регистрируется лактозурия. Симптомы развиваются сразу после рождения. Со временем у ребенка развиваются хронический дисбактериоз и нарушение физического развития. Этот синдром следует отличать от приобретенного дефицита лактазы, а также от недостаточности кишечной лактазы, встречающейся у взрослых людей вследствие снижения экспрессии гена фермента в онтогенезе.

Недостаточность сахаразо-изомальтазного ферментативного комплексаприводит к тому, что дисахариды сахароза и изомальтоза не расщепляются и не усваиваются организмом. Накапливающиеся при этом в просвете кишечника дисахариды осмотически связывают значительное количество воды, что становится причиной диареи. В этих условиях возможно также поглощение клетками эпителия некоторого количества дисахаридов. Однако они остают-

ся метаболически неактивными и в неизмененном виде довольно быстро выводятся с мочой. Например, при дефекте активности сахаразы нагрузка дисахаридами не вызывает гипергликемии в интервале 30-90 мин (плоские гликемические кривые), как это имеет место у здоровых людей. В то же время прием смеси глюкозы и фруктозы (моносахариды, из которых состоит сахароза) вызывает повышение уровня сахара в крови. Врожденный вариант этой патологии проявляется, когда в рацион детей добавляют сахарозу и крахмал, поэтому больные дети неохотно едят сладкое. Другие сахара (глюкоза, фруктоза, лактоза) усваиваются хорошо. Установлено, что наследственные формы этих энзимопатий передаются по аутосомно-рецессивному типу.

Нарушение всасывания углеводов. Всасывание углеводов происходит главным образом в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике с участием микроворсинок кишечного эпителия только в виде моносахаридов.

Транспорт моносахаридов в энтероциты осуществляется двумя путями:

• по градиенту концентрации путем облегченной диффузии без затраты энергии с помощью специальных белков - транспортеров глюкозы (ГЛЮТ) - ГЛЮТ 2 и ГЛЮТ 5;

• против градиента концентрации путем вторично-активного транспорта с затратой энергии АТФ. По второму пути глюкоза и галактоза транспортируются по механизму активного симпорта (симпорт - перенос двух веществ в одном направлении) параллельно транспорту Na+, происходящему в клетку по градиенту концентрации. Градиент Na+ при этом создается работой Na+/К+-АТФазы. Ионы натрия и моносахаров связываются в разных активных центрах переносчика, и Na+ стремится войти в клетку по градиенту концентрации, «увлекая» за собой глюкозу (галактозу), поэтому при гипонатриемии, когда концентрация Na+ вне клетки уменьшается, транспорт этих сахаров в клетку снижается. Кроме энтероцитов, по механизму активного симпорта происходит натрийзависимая реабсорбция глюкозы и аминокислот из первичной мочи в проксимальных отделах почечных канальцев.

При разной концентрации глюкозы в просвете кишечника «работают» различные механизмы транспорта. Благодаря вторичноактивному транспорту энтероциты могут поглощать глюкозу при ее очень низкой концентрации. Если концентрация глюкозы в

просвете кишечника велика, то она транспортируется в клетку путем облегченной диффузии с помощью ГЛЮТ 2 и ГЛЮТ 5, таким же образом, используя ГЛЮТ 5, может всасываться и фруктоза.

Нарушение всасывания углеводов отмечается при синдроме мальабсорбции (см. раздел 17.2.4.5). У новорожденных и младенцев недостаточно активны как пищеварительные ферменты, так и энзиматические системы фосфорилирования и дефосфорилирования углеводов, вследствие чего их всасывание замедлено.

При нарушении всасывания углеводов происходит уменьшение массы тела, уменьшение выработки энергии, снижается специфическая функция углеводов (образование пентоз, необходимых для синтеза нуклеотидов) и др.

Нарушения промежуточного обмена углеводов

Промежуточный обмен углеводов осуществляется на уровне клетки и включает в себя все превращения с момента их поступления в клетку (образование Г-6-Ф в глюкоили гексокиназной реакции) до образования конечных продуктов распада СО2и Н2О. Основной путь обмена глюкозы - гликолиз. В физиологических условиях пищеварения роль гликолиза в жировой ткани, так же как и в печени, заключается в обеспечении источника субстратов для синтеза жирных кислот (рис. 12-17 -пути 1, 2, 3, 4). В тканях,

где нет или очень мало митохондрий (эритроциты, белые мышцы, клетки сетчатки глаза, мозгового слоя коры надпочечников), гликолиз является конечным энергетическим процессом, в результате которого образуется лактат. Избыток лактата образуется и в скелетных мышцах при интенсивной физической нагрузке. Благодаря реакции ресинтеза лактата в пируват в печени (см. рис. 12-17) - путь 2(цикл Кори), избыток лактата возвращается в метаболический пул углеводов, так как из него вновь синтезируется глюкоза - путь 6 - (глюконеогенез), которая может снова возвращаться в кровь и поглощаться скелетными мышцами в условиях физической нагрузки - путь 7.

Когда поступление углеводов в составе пищи уменьшается, содержание глюкозы в крови поддерживается за счет гликогенолиза

Рис. 12-17. Метаболизм глюкозы, лактата и пирувата в норме и при гипоксии: 1 - основной путь обмена глюкозы в печени, мышцах, эритроцитах; 2 - ресинтез пирувата; 3-7 - пути, обеспечивающие обмен глюкозы в норме; ■ - блокирование ферментов метаболизма пирувата при гипоксии; - - усиление эффекта; ПДК - пируватдекарбоксилаза; ЛДГ - лактатдегидрогиназа; ЖК - жирные кислоты, ЦТК - цикл трикарбоновых кислот

в печени, где запасы гликогена невелики, и они истощаются уже к 6-10 ч голодания. При продолжении голодания до 24 ч включается глюконеогенез в печени, энтероцитах и корковом веществе почек, обеспечивающий синтез 80-100 г глюкозы в сутки. На долю мозга при голодании приходится большая часть потребности организма в глюкозе.

Причины, механизмы и последствия нарушения промежуточного обмена углеводов:

1. Гипоксия, возникающая при снижении рО2 во вдыхаемом воздухе, недостаточности дыхания и кровообращения, анемиях, интоксикациях, инфекциях, переключает клеточный метаболизм с преимущественного аэробного окисления субстратов на анаэробный (рис. 12-17). При распаде глюкозы в процессе гликолиза образуется избыток лактата, что приводит к лактоацидозу.

2. Нарушения функции печени. Возникновению лактоацидоза способствует также нарушение глюконеогенеза в гепатоцитах (рис. 12-17), где часть молочной кислоты в норме ресинтезируется в глюкозу и гликоген. При острых и хронических гепатитах, циррозах, отравлениях гепатотропными ядами этот процесс нарушается, молочная кислота выходит в кровь, развивается лактоацидоз.

3. Гиповитаминоз В1. При недостаточности витамина В1 возникает дефицит кокарбоксилазы, что приводит к подавлению синтеза ацетил-КоА из пировиноградной кислоты. Последняя накапливается и частично переходит в молочную кислоту, содержание которой в связи с этим возрастает, и возникаетлактоацидоз. Торможение окисления пировиноградной кислоты снижает синтез ацетилхолина и нарушает передачу нервных импульсов. При возрастании концентрации пировиноградной кислоты в 2-3 раза по сравнению с нормой возникают нарушения чувствительности, невриты, параличи.

4. Наследственные дефекты ферментов: дефект ферментов глюконеогенеза; недостаточность глюкозо-6-фосфатазы при гликогенозе I типа (болезнь Гирке) также приводят к выраженному лактоацидозу.

5. Ятрогенные факторы. Применение ряда лекарственных препаратов, например бигуанидов (блокаторы глюконеогенеза), при лечении сахарного диабета может привести к коме с лактатацидозом.