Материал: учебник-1-часть-2017

гексоз (глюкозы, фруктозы, галактозы). На этом этапе обмена пищевые вещества теряют свою видовую специфичность. В энергетическом отношении гидролиз пищевых веществ мало эффективен, ибо при распаде белков и углеводов выделяется 0,6 %, а при гидролизе жиров только лишь 1 % всей энергии, содержащейся в пищевых веществах.

Межуточный обмен веществ включает биосинтез специфических для данного вида белков, липидов и углеводов, и превращения аминокислот, гексоз, пентоз, жирных кислот и глицерина в ряд общих продуктов, подвергающихся превращению в цикле трикарбоновых кислот. Так, аминокислоты превращаются в ацетил-КоА, а-кетоглюторат, оксалоацетат, сукцинил-КоА; углеводы в пировиноградную кислоту, а затем в ацетил-КоА; жирные кислоты также превращаются в ацетил-КоА. Глюкоза и свободные жирные кислоты являются основными источниками энергии для любой клетки.

Таким образом, в процессе межуточного обмена аминокислот, гексоз, глицерина и жирных кислот образуется ряд общих веществ, подвергающихся превращению в цикле трикарбоновых кислот до конечных продуктов — СО2 и Н2О.

При межуточном обмене энергия пищевых веществ выделяется и аккумулируется в макроэргах только в результате гликолиза. Так, при гликолитическом распаде глюкозы до пировиноградной и молочной кислот образуется 4 молекулы АТФ, но, так как в процессе гликолиза используются 2 молекулы АТФ, то, в целом, выход АТФ составляет всего лишь две молекулы.

Основная масса энергии освобождается в цикле трикарбоновых кислот. При этом 60—70 % энергии пищевых веществ аккумулируется в виде химических связей АТФ. Образование АТФ обусловлено сопряжением дыхания и окислительного фосфорилирования, в результате чего АТФ образуется путем присоединения к АДФ молекулы неорганического фосфора. Этот процесс связан с затратой энергии. Тем не менее, 30— 40 % энергии пищевых веществ превращается в теплоту, которая используется для поддержания температурного гомеостаза, но безвозвратно теряется организмом. Она получила название первичной теплоты. В свою очередь, АТФ распадается на АДФ и неорганический фосфор с выделением 7,2 ккал тепла, получившего название вторичной теплоты. В конечном итоге вся энергия пищевых веществ переходит в теплоту, поэтому энергетический обмен можно определить с помощью изучения основного обмена методом прямой или непрямой калориметрии.

Таким образом, АТФ образуется в процессе гликолиза, сопряжения дыхания и окислительного фосфорилирования в цикле Кребса и при фосфокиназной реакции:

АДФ + КрФ ↔ АТФ + Креатин.

Последняя реакция резко активируется, если возрастает потребность в АТФ, что наиболее характерно для мышечной и нервной систем. АТФ используется для синтеза веществ, их утилизации, мышечной деятельности, процессов электрогенеза и осмотической работы. Между первичной теплотой и аккумуляцией энергии в макроэргах существует подвижное равновесие, которое может смещаться в сторону увеличения количества первичной теплоты.

156

Нарушения энергетического обмена имеют место при инфекционных процессах, обусловленных действием столбнячного, дифтерийного, стафилококкового токсинов в условиях избыточной продукции тироксина, адреналина, прогестерона, а также в эксперименте при введении в организм 2,4-динитрофенола, антимицина, амитала и других веществ. Все вышеназванные воздействия вызывают набухание митохондрий, разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования. Количество энергии, заключаемой в АТФ, уменьшается, а доля первичной теплоты резко возрастает. Так, например, при введении 2,4-динитрофенола или антимицина объем первичной теплоты возрастает на 40—90 %. В этих условиях механизмы физиологической терморегуляции могут быть недостаточными, следствием чего возможно развитие эндогенного перегревания.

Изменение энергетического обмена может происходить в результате увеличения окислительно-восстановительных процессов при лихорадке, гипотермии и перегревании или же снижения их при кастрации, гипоксии, отравлении цианидами.

Расстройства энергетического обмена имеют серьезные последствия для организма из-за дефицита макроэргов, нарушений вследствие этого синтеза веществ и возникновения дистрофических процессов.

Важным источником получения энергетического материала является гликогенолиз, липолиз и глюконеогенез. Эти процессы в условиях нарушения энергетического обмена резко активируются, за счет усиления образования контринсулярных гормонов (катехоламинов, глюкокортикоидов, тироксина, соматотропина, глюкагона). Углеводных запасов человека весом 70 кг, составляющих 800 ккал, хватает для обеспечения энергией на 24 часа. Энергетические ресурсы триглицеридов жировой ткани составляют 141000 ккал (Allisson). Как уже говорилось, одним из основных методов оценки энергетического обмена является изучение основного обмена с помощью методов прямой и непрямой калориметрии. При разобщении дыхания и окислительного фосфорилирования изменения газообмена менее выражены, чем нарушения теплообразования, и поэтому метод прямой калориметрии позволяет получить более высокие значения основного обмена, чем при непрямой калориметрии. Нарушения энергетического обмена представлены в таблице 12.1.

157

Ытимицина

Активация глигогенолиза, липолиза, глюконеоге-

Мнеза и, как результат, увеличение глюкозы и жир-

ных кислот — основных энергетических субстра-Е

Основные Дефицит макроэргов, изменения основного обмена, снижение синте- последствия за веществ, дистрофия

для организма

Нарушения углеводного обмена

Нарушения гидролиза и всасывания углеводов

Углеводы, поступающие с пищей в виде полисахаридов, подвергаются гидролизу в желудочно-кишечном тракте под влиянием ферментов (амилаза, мальтаза и лактаза) до гексоз (глюкоза, фруктоза, галактоза) и пентоз. Последние, подвергаясь фосфорилированию в присутствии фермента гексокиназы и АТФ, поступают в кишечный эпителий, где под влиянием фермента глюкозо-6-фосфатазы снова превращаются в моносахара и поступают в портальную систему. Основная масса углеводов всасывается путем предварительного фосфорилирования. Такой механизм обеспечивает наиболее быстрое всасывание углеводов. Небольшая часть моносахаридов всасывается по принципу диффузии, не подвергаясь фосфорилированию.

Нарушение расщепления углеводов имеет место при развитии воспаления, опухолей слизистой рта и желудочно-кишечного тракта, печени, поджелудочной железы; при общих процессах типа перегревания, лихорадки, обезвоживания, шока, после резекции кишечника, а также наследственных энзимопатиях.

Нарушение всасывания может происходить как вследствие расстройств расщепления полисахаридов, так и в результате нарушения фосфорилирования углеводов. Последнее наблюдается при дефиците

158

инсулина, глюкокоритикоидов, отравлениях флоридзином, монойодацетатом.

При нарушении расщепления и всасывания углеводов возникает углеводное голодание, следствием чего может явиться активация компенсаторных реакций в виде гликогенолиза и липолиза как результат усиления эффектов контринсулярных гормонов. Поступление нерасщепленных углеводов в толстый кишечник может приводить к усилению брожения. Нарушения расщепления и всасывания углеводов представлены в таблице 12.2.

Нарушение содержания углеводов в крови

Содержание углеводов в портальной системе подвержено значительным колебаниям и во многом обусловлено приемом пищи. В крови углеводы представлены преимущественно глюкозой (3,33—5,55 ммоль/л), фруктозой и галактозой. В целом, в крови взрослого человека содержится (4,44—6,66 ммоль/л) углеводов, у новорожденных детей

— 30—50 мг % (1,66—2,77 ммоль/л), грудных — 70—90 мг % (3,88— 4,99 ммоль/л).

Уровень сахара в крови регулируется инсулином и контринсулярными гормонами. Ниже представлены основные биологические эффекты инсулина и контринсулярных гормонов.

Инсулин — повышает проницаемость мембран клеток, активирует гексокиназу и тормозит глюкозо-6-фосфатазу. Активирует гликогенез в печени и мышцах, липогенез. Тормозит глюконеогенез в печени. Благодаря указанным эффектам уровень глюкозы в крови снижается.

159

Глюкагон — активирует фосфорилазу печени и распад гликогена до свободной глюкозы.

Адреналин — действует аналогично глюкагону и вызывает гликогенализ в мышцах, где из-за отсутствия глюкозо-6-фосфатазы глюкозо- 6-фосфат превращается в пировиноградную и молочную кислоты.

Соматотропин — активирует инсулиназу печени. Глюкокортикоиды — активируют глюкозо-6-фосфатазу и тор-

мозят эффекты гексокиназы. Активируют в печени глюконеогенез из аминокислот и лактата. Обладают пермиссивным эффектом для катехоламинов, которые вызывают гликогенолиз в печени и мышцах. Стимулируют тканевые катепсины и распад белка в мышцах, лимфоидных узлах и т.д.

Тироксин — активирует фосфорилазу и инсулиназу печени. Стимулирует тканевые катепсины и распад белка.

Изменения уровня углеводов в крови проявляются в виде гипер- и гипогликемии.

Увеличение уровня сахара в крови свыше 120 мг % (6,66 ммоль/л) или глюкозы свыше 100 мг % (5,55 ммоль/л) называется гипергликемией. В условиях патологии она развивается при сахарном диабете, когда нарушается образование инсулина или чувствительность клеток к нему (инсулинрезистентные формы диабета), что одновременно сочетается с активацией эффектов контринсулярных гормонов. Возможно развитие гипергликемии при изолированном увеличении одного или нескольких контринсулярных гормонов (стресс, опухоли а-клеток поджелудочной железы, эозинофильных клеток гипофиза, образующих соматотропин, синдроме и болезни Иценко-Кушинга, гипертиреозе). Но и в этом случае реализация гипергликемии идет по пути напряжения, перенапряжения и истощения инсулярного аппарата поджелудочной железы. В основе механизма формирования гипергликемии лежит нарушение гормональной регуляции уровня углеводов в крови с преобладанием эффектов контринсулярных гормонов.

Причины, механизмы и последствия гипергликемии представлены в таблице 12.3.

Углеводы крови являются пороговыми веществами, т.е. при увеличении их в крови свыше 9,435—9,99 ммоль/л (170—180 мг %) реабсорбция в почках происходит не полностью, и глюкоза появляется в окончательной моче. Это явление получило название глюкозурии. Выделение глюкозы с мочой наблюдается и при почечном диабете, при котором активность гексокиназы в почках снижена. Фосфорилирование глюкозы нарушено, и поэтому глюкоза полностью не реабсорбируется. Поэтому при почечном диабете уровень сахара в крови может оставаться нормальным или сниженным, но в результате нарушения реабсорбции глюкоза выделяется с мочой.

160