Обмен углеводов и его нарушения

Нарушения углеводного обмена могут наблюдаться при гипоксических состояниях, возникающих при различных заболевания кровообращения или дыхания (анемия, бронхопневмония), инфекциях, интоксикациях, гиповитаминозах и др.

Дефицит кислорода в клетках, наблюдающийся при гипоксических состояниях, ведет к нарушению обмена глюкозы. Прежде всего в условиях дефицита кислорода усиливается анаэробный гликолиз. Так как энергетически анаэробный гликолиз мало эффективен, глюкозы расходуется значительно больше, чем при аэробном гликолизе. Это приводит к дефициту глюкозы и значительному накоплению пирувата и лактата. В дальнейшей, как правило, возникает дефицит АТФ, что приводит к тому, что клетки не могут поддерживать необходимый мембранный градиент концентрации ионов натрия, калия и кальция Накопление кальция в клетке, вследствие недостаточного его выведения приводит к активации мембранных фосфолипаз, интенсификации перекисного окисления липидов, в результате чего нарушается проницаемость клеточной мембраны, наступает распад и гибель клеток. Этот биохимический механизм может быть запущен в клетках различных органов и тканей (сердца, почек, мозга и др.) и реализуется, как правило, в условиях ишемии.

Гипогликемия новорожденных наиболее часто встречается у поросят, хотя иногда может наблюдаться и у других видов животных. При нормальном протекании беременности, развитии плода и достаточном потреблении молозива в первые дни жизни содержание глюкозы в организме и, в первую очередь, в крови, удается поддерживать на необходимом уровне.

Свиньи по сравнению с другими видами наиболее чувствительны к нарушению кормления. Поэтому нарушение режима содержания беременных свиноматок и поросят в первые дни жизни может спровоцировать массовый отход вследствие нарушения энергетического обмена.

При неполноценном кормлении свиноматок и других нарушениях содержания супоросных животных, поросята могут рождаться с метаболическими дефектами, которые усугубляют предрасположенность их к развитию гипогликемии. Наиболее критический период при этом составляет первые-четвертые сутки зимой, первые-третьи сутки осенью, первые-пятые сутки весной и 6-72 часа летом.

При нормальном протекании беременности запаса гликогена в печени у поросят хватает на поддержание нормального уровня глюкозы в крови на 12-24 часа. При недостатке гликогена уровень глюкозы в циркулирующей крови резко снижается и у поросят развивается гипогликемия. Наиболее велик риск развития гипогликемии у маловесных поросят, так как они, как правило рождаются с низким содержанием гликогена в печени и имеется большая вероятность того, что они не получат необходимого количества молозива.

В силу особенностей обмена веществ запасы триглицеридов у новорожденных поросят в 3-5 раз ниже, чем у жвачных животных, а окисление жирных кислот, мало интенсивно. Поэтому вклад жирных кислот в обеспечении энергетических потребностей у них меньше, чем у других видов животных Невысокий вклад в поддержание нормального уровня глюкозы в крови вносит и глюконеогенез. Ключевые ферменты глюконеогенеза обнаруживаются в печени плодов уже на ранних этапах развития, однако их активность мала и синтез глюкозы идет в печени недостаточно эффективно и не может компенсировать быстрое истощение запасов гликогена.

К числу метаболических дефектов способствующих развитию гипогликемии следует отнести низкую активность фосфорилазы, что уменьшает возможность образования глюкозы из гликогена и недостаток глюкопластических аминокислот.

Неблагоприятное влияние оказывает понижение температуры окружающей среды, приводящей к уменьшению запасов гликогена в печени и мышцах и более быстрому его использованию. Развитию гипогликемии способствует и недостаточная молочность маток. Если поросята в течение 24-36-часов не получают молозиво, то у них развивается резко выраженная гипогликемия. При сочетании неблагоприятных факторов как эндогенных, так и экзогенных от гипогликемии может погибнуть до 30% поросят.

Лабораторные проявление гипогликемии характеризуется резким снижением глюкозы в крови (ниже 2 ммоль/л), клинические признаки являются результатом нарушения функции нервной системы и влияния катехоламинов, которые выбрасываются в кровь в ответ на понижение глюкозы (парестезии, гемипарез, судороги, беспокойство, аритмия и тахикардия и др.).

У овец примерно за 4-5 недель до окота наблюдается заболевание, получившее название токсемии беременных. С биохимической точки зрения оно характеризуется в первую очередь гипогликемией, содержание глюкозы в крови падает в 2 и более раза, резко снижается содержание лимонной кислоты, что свидетельствует о угнетении цикла Кребса. Недостаток метаболитов цикла Кребса (оксалоацетата) приводит, очевидно к нарушению липидного обмена и усиленному синтезу кетоновых тел.

Нарушение углеводного обмена могут проявляться в виде, так называемых гликогенозов, выражающихся в нарушении депонирования гликогена.

Гликоген - полисахарид в котором молекулы Д-глюкозы связаны 1-4-гликозидными связями в линейные цепи и имеются ответвления за счет 1-6-гликозидных связей. Молекулы глюкозы включаются в цепь гликогена гликогенсинтетазой, боковые цепи присоединяются с помощью "ветвящего" фермента. Молекулы гликогена образуют крупные агрегаты с которыми связаны нековалентно ферменты синтеза и расщепления гликогена.

Гликоген расщепляется фосфорилазой, разрывающей 1-4-гликозидные связи с образованием глюкозо-1-фосфата, 1-6-гликозидные связи расщепляет «деветвящий» фермент (амило-1-6-глюкозидаза), высвобождающий глюкозу. Глюкозо-1-фосфат включается в гликолиз или пентозный цикл или гидролизуется фосфа-тазой до глюкозы.

Гликогенозы обусловлены, как правило, недостаточной активностью ферментов, участвующих в процессе гликогенобразования. Так, при низкой активности фермента амило-6-гликозидазы, устраняющего ветвление молекулы гликогена, в печени, мышцах, эритроцитах, лейкоцитах, откладывается аномальный гликоген, с короткими многочисленными внешними ветвями. Клинически это заболевание проявляется в виде гепатомегалии, кетоза и ацидоза.

При недостаточной активности глюкозо-6-фосфатазы катализирующей гидролитическое отщепление фосфата и образование глюкозы происходит усиленное отложение гликогена в печени и почках (гликоген нормальный). При биохимическом исследовании крови наблюдается гипогликемия, гиперлипемия, кетонемия, в тяжелых случаях - ацидоз (за счет накопления лактата).

При недостаточности мышечной фосфорилазы нарушается образование глюкозы из мышечного гликогена. Гликоген накапливается в мышцах. При нагрузке наблюдаются мышечные спазмы и преходящая миоглобинурия.

При недостаточной активности печеночной фосфорилазы нарушается образование глюкозы из гликогена печени. Происходит отложение гликогена в печени. Отмечается гепатомегалия с умеренной гипогликемией и ацидозом.

Нарушение гликолиза особенно сказывается на жизнедеятельности эритроцитов, так как путем гликолиза в эритроцитах метаболизируется около 90% глюкозы. Поэтому нарушение гликолитического пути тяжело сказывается на жизнедеятельности эритроцита и приводит, как правило, к гемолитической анемии. Нарушение процесса гликолиза происходит обычно из-за дефекта соответствующих ферментов. Также, как и в случае гликогенозов они относятся к врожденным энзимодефектам, вызванным мутацией структурных генов.

Дефект пируваткиназы. Фермент катализирует одну из центральных реакций гликолиза - превращение фосфоенолпирувата в пируват. Реакция сопровождается биосинтезом АТФ. Поэтому при низкой активности этого фермента в первую очередь страдает энергетика эритроцита. Как следствие этого нарушается проницаемость мембраны эритроцита, работа "ионного насоса", наблюдается выход катионов калия из эритроцита. В итоге всех этих метаболических нарушений происходит окисление гемоглобина и гибель эритроцита. Срок его жизни уменьшается в 2-3 раза.

При этом дефекте наблюдается ингибирование гликолиза не только в эритроцитах, но и других органах и тканях. Накапливаются метаболиты, которые находятся "выше" пируваткиназной реакции и снижается количество лактата.

Клинически дефицит проявляется умеренной гемолитической анемией, в некоторых случаях желтухой. В крови увеличен непрямой билирубин.

Дефект триозофосфатизомеразы. Фермент катализирует реакцию превращения дигидроксиаце-тонфосфата в глицеринальдегид-3-фосфат. Блокировка этой реакции приводит к снижению эффективности гликолиза и накоплению дигидроксиацетонфосфата. В определенной степени нарушается синтез АТФ и энергетика эритроцита. При этом дефекте имеются определенные возможности компенсации за счет гексо-монофосфатного шунта, поэтому гемолитическая анемия выражена в нерезкой степени.

Дефект гексокиназы. Реакция катализируемая гексокиназой способствует образованию глюкозо-6-фосфата и находится в самом начале гликолитического пути. Дефект проявляется гемолитическим синдромом Анемия выражена не в столь сильной степени, как это можно было ожидать исходя из роли фермента в процессе гликолиза. Возможно существуют какие-то возможности компенсации нарушения.

Пентозофосфатный путь метаболизирует сравнительно небольшую часть глюкозы (около 10%), однако он поставляет восстановленный глутатион необходимый для предохранения гемоглобина от окислительной денатурации. Наибольшее значение для поддержания глутатиона в восстановленной форме имеют ферменты глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа и 6-фосфоглюконатдегидрогеназа.

Дефект глюкозо-6-фососфатдегидрогеназы. При недостатке этого фермента в эритроцитах не обеспечивается необходимый биосинтез восстановленного глутатиона. Изменяется проницаемость клеточной мембраны, она становится проницаемой для окислителей, происходит инактивация энзимов тликолитическото пути, денатурация гемоглобина и в конечном итоге наступает гемолиз эритроцитов. В обычных условиях дефект может быть частично компенсирован, но многие лекарственные препараты (сульфаниламиды, аспирин, витамин К, фенацитин и др.) усиливают гемолиз.

Кроме выраженной анемии в тяжелых случаях проявления этой аномалии наблюдаются паренхиматозная дистрофия в различных органах, чаще в миокарде и печени.

Дефект 6-фосфоглюконатдегидрогеназы. Энзимная активность резко понижена и составляет 50% и ниже нормальной. В эритроцитах снижается концентрация восстановленного глутатиона, наблюдается денатурация гемоглобина и гемолиз. Клинические проявление в целом соответствуют тем, которые наблюдаются при дефиците глюкозо-6-фососфатдегидрогеназы.

На состояние углеводного обмена сильное влияние оказывают условия кормления и содержания. У коров промышленных комплексов находящихся на рационах неполноценных по белку, кальцию, фосфору и некоторым микроэлементам наблюдается низкое содержание глюкозы в крови, гексоз, силовых кислот и пентоз. Наибольшие отклонение от нормы наблюдаются у животных содержащихся на привязи, без прогулок. Перевод на сбалансированный по указанным показателям рацион приводит к нормализации показателей углеводного обмена.

Нарушение углеводного метаболизма наблюдается при стрессовых ситуациях, которым могут подвергаться животные. Так, например, транспортировка быков приводит к изменениям показателей, характеризующих углеводный обмен в органах и тканях. В крови резко возрастает содержание глюкозы, молочной кислоты, пировиноградной кислоты, что свидетельствует об интенсификации углеводного обмена и стимуляции как аэробных, так и анаэробных процессов.

Нарушение углеводного обмена наблюдается при кетозе жвачных. Истощение запасов гликогена, недостаток биосинтеза глюкозы при нарушении образования пропионовой кислоты в рубце приводят к интенсивному окислению жирных кислот. Однако образующийся ацетил-КоА вследствие недостатка оксалоацетата будет использоваться не в цикле трикарбоновых кислот, а для биосинтеза кетоновых тел. В крови больных животных снижается содержание глюкозы и пировиноградной кислоты, увеличивается содержание молочной.

В клинической практике для оценки состояния углеводного обмена исследуется обычно кровь на содержание в ней глюкозы, пировиноградной и молочной кислот.

Биологическим материалом для исследования глюкозы служит цельная кровь, плазма или сыворотка т. к. её содержание в эритроцитах и плазме крови отличается мало. Содержание глюкозы в крови крупного рогатого скота, овец составляет 2,5-3,3 ммоль/л, у свиней, лошадей -3,3-5,0ммоль/л.

Физиологическая гипергликемия наблюдается при приеме большого количества углеводов с кормом (алиментарная гипергликемия) или непродолжительных физических нагрузках (длительная нагрузка наоборот снижает содержание глюкозы в крови). При патологии гипергликемия наиболее часто наблюдается при заболеваниях, связанных с поражением эндокринной системы. Резкое повышение глюкозы в крови наблюдается при сахарном диабете.

Увеличение содержания глюкозы в крови происходит, также при гиперфункции щитовидной железы (тиреотоксикозах), тяжелых поражениях печени, опухолях мозга, остром и хроническом панкреатите, стрессах, ожогах.

Снижение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия) наблюдается при гормональной недостаточности щитовидной железы (гипотиреозе), токсическом повреждении печени (отравлении CCl₄, хлороформом и др.) передозировке инсулина, при некоторых формах поражения почек.

Гипогликемия возможна при заболеваниях почек со снижением сахарного порога, что приводит к усиленному выведению глюкозы с мочой, нарушении всасывания глюкозы в кишечнике, поражении клеток печени с нарушением процесса гликогенообразования и глюконеогенеза.

Молочная кислота (лактат) является конечным продуктом гликолиза и гликогенолиза. Значительное количество молочной кислоты образуется в мышцах, откуда она с током крови поступает в печень, где из нее синтезируется глюкоза. Содержание её в крови крупного рогатого скота составляет 0,6-2,2 ммоль/л, лошадей, овец, свиней -0,9-1,3ммоль/л.

Содержание молочной кислоты увеличивается при интенсивной мышечной работе. Поэтому при патологических состояниях, сопровождающихся усиленными мышечными сокращениями (тетания, столбняк) наблюдается повышение молочной кислоты в крови.

Увеличение молочной кислоты в крови происходит при гипоксиях, связанных с сердечной и легочной недостаточностью, злокачественных новообразованиях, при острых гепатитах, терминальной стадии цирроза печени, анемиях, геморрагическом шоке, острых отравлениях, кетозах.

Таким образом, увеличение концентрации молочной кислоты в крови связано в основном с увеличением продукции её в мышцах, а также с понижением способности печени превращать молочную кислоту в глюкозу и гликоген. Как правило, повышение концентрации молочной кислоты в крови сопровождается уменьшением щелочных резервов и увеличением количества аммиака в крови.

Пироэиноградная кислота (пируват) является важным метаболитом углеводного обмена. Она образуется при распаде глюкозы, гликогена, при окислении молочной кислоты, в результате метаболизма ряда аминокислот. Пировиноградная кислота является одним из основных субстратов глюконеогенеза.

Наиболее резкое повышение пировиноградной кислоты наблюдается при мышечной работе и Bj-витаминной недостаточности. Кроме того повышение содержания пировиноградной в крови отмечается при паренхиматозных заболеваниях печени, сахарном диабете, сердечной декомпенсации, токсикозах, гиперфункции гипофизарно-адреналовой системы, после введения некоторых лекарственных препаратов - камфары, стрихнина, адреналина.

Размещено на Allbest.ru