Нарушения углеводного обмена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Горно-Алтайский государственный университет»

(ФГБОУ ВО ГАГУ, ГАГУ, Горно-Алтайский государственный университет)

Естественно-географический факультет

Кафедра биологии и химии

РЕФЕРАТ

Нарушения углеводного обмена

Выполнила: Казакулова Э.

Проверил: к.п.н., доцент Байдалина О.В.

Горно-Алтайск 2020

Содержание

Введение

1. Классификация нарушений углеводного обмена

2. Гипогликемия

3. Гипергликемия

4. Гликозурия

5. Гликогенозы

Заключение

Введение

Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ. Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислот, присутствуют во всех организмах, начиная от бактерий и заканчивая многоклеточными представителями фауны. Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в истории эволюции.

Метаболизм углеводов в организме человека состоит из следующих процессов:

1. Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей поли- и дисахаридов до моносахаридов, всасывание моносахаридов в кровь;

2. Синтез и распад гликогена в тканях (гликогенез и гликогенолиз), прежде всего в печени;

3. Гликолиз. Первоначально под этим термином обозначали только анаэробное брожение, которое завершается образованием молочной кислоты (лактата) или этанола и углекислого газа. В настоящее время понятие "гликолиз" используется более широко для описания распада глюкозы, проходящего через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозодифосфата и пирувата как в отсутствии, так и в присутствии кислорода. В последнем случае употребляется термин "аэробный гликолиз", в отличие от "анаэробного гликолиза", завершающегося образованием молочной кислоты или лактата;

4. Аэробный путь прямого окисления глюкозы или, как его называют, пентозофосфатный путь;

5. Взаимопревращение гексоз;

6. Аэробный метаболизм пирувата;

7. Глюконеогенез - образование углеводов из неуглеводных продуктов (пирувата, лактата, глицерина, аминокислот, липидов, белков и т.д.).

1. Классификация нарушений углеводного обмена

Нарушение расщепления. Нарушения расщепления молекул полисахаридов могут стать следствием нехватки ферментов. Например, слюнные железы секретируют в полость рта альфа-амилазу (птиалин), которая расщепляет высокомолекулярный крахмал до более коротких фрагментов и до отдельных растворимых сахаров (декстрины, мальтоза, мальтриоза). В тонком кишечнике работают такие ферменты как сахараза, мальтаза, изомальтаза, лактаза.

Переваривание. Микрофлора кишечника (кишечная палочка и лактобактерии) «переваривает» лактозу или способствует ее превращению в молочную кислоту. Соответственно, при дисбиозе переработка лактозы затруднена.

Всасывание. Полисахариды и дисахариды практически не всасываются. Всасывание моносахаридов галактозы и глюкозы происходит в два этапа с помощью активного транспорта. Прежде всего, сахаридазы, расположенные в щеточной каемке энтероцитов, расщепляют олигосахариды до моносахаридов, которые переносятся в клетку с участием системы натрий зависимого транспорта. При этом моносахариды в присутствии ионов натрия связываются с переносчиком. Присоединив натрий и глюкозу, этот переносчик диффундирует по электрохимическому градиенту для ионов натрия к внутренней стороне мембраны. Затем он высвобождает ион натрия и глюкозу в цитоплазму и диффундирует обратно к наружной поверхности энтероцита. Сравнительно низкое содержание натрия в клетке поддерживается благодаря действию энергозависимого натриевого насоса, работа которого косвенно способствует постоянной диффузии переносчика, связанного с натрием, к внутренней стороне мембраны.

Отсутствие или снижение количества сахаридазы на данном этапе (а также дефект переносчиков) может стать причиной недостаточного всасывания углеводов.

Собственно метаболизм. Включает в себя все внутриклеточные реакции метаболизма углеводов (сахаров). Нарушения представлены изменениями количества ферментов, доступности субстрата и т.д.

Депонирование. Депонируются углеводы в виде гликогена. Расстройствами депонирования являются гликогенозы, о которых речь пойдет ниже. Продукты распада белков и жиров могут частично в печени превращаться в гликоген. Избыточное количество углеводов превращается в жир и откладывается в жировом «депо».

Выведение. Накопление углеводов в организме приводит к переводу их в гликоген, а в дальнейшем - в жиры. Избыточная масса тела является фактором риска для подавляющего числа ненаследственных заболеваний.

2. Гипогликемия

В норме содержание глюкозы в плазме крови (ГПК) натощак колеблется в диапазоне 3,58-6,05 ммоль/л. Гипогликемия -- это типовая форма патологии углеводного обмена, характеризующаяся снижением уровня ГПК ниже нормы (< 3,58 ммоль/л).

Причины гипогликемии. Гипогликемия может наблюдаться у детей уже с первой недели жизни. Чаще всего она связана с наличием сахарного диабета у матери, тяжелой гипоксией плода или асфиксией новорожденного. Гипогликемия нередко возникает у недоношенных детей при развитии у них сепсиса, кровоизлияний в надпочечники, повреждении нервной системы.

В дальнейшем развитие гипогликемии у детей может быть вызвано множеством причин (рис. 2). Наследственные, врожденные и приобретенные формы патологии печени -- наиболее частые причины гипогликемии у детей. Состояние гипогликемии развивается при хронических гепатитах, гепатодистрофиях, токсических поражениях печени, ферментопатиях, мембранопатиях гепатоцитов. Причинами гипогликемии также могут стать уменьшение транспорта глюкозы в гепатоциты из крови, недостаточная активность в гепатоцитах гликогенеза и отсутствие или сниженное содержание в них депонированного гликогена. Частой причиной гипогликемии являются расстройства полостного и/или мембранного пищеварения в кишечнике. Недостаточное расщепление лактозы в тонком кишечнике при лактазной недостаточности является механизмом развития синдрома мальабсорбции. Гипогликемия может возникать при энтеритах, патологии поджелудочной железы, синдроме мальабсорбции. Причины нарушений полостного переваривания углеводов обусловлены недостаточностью панкреатической амилазы, недостаточным содержанием и активностью амилолитических ферментов тонкого кишечника. К гипогликемии может привести и патология почек. Нарушение реабсорбции глюкозы в проксимальных канальцах нефрона вследствие тубулярных энзимопатий, дефект мембран, дефицит мембранных гликопротеинов лежат в основе гипогликемии при функционально-структурных нарушениях почек. Это приводит к развитию гипогликемии и глюкозурии (почечный диабет). Одной из наиболее частых причин гипогликемии при эндокринопатиях является недостаточность эффектов гипергликемизирующих гормонов -- соматотропного (вследствие торможения гликогенолиза и трансмембранного переноса глюкозы), глюкокортикостероидов (тормозят глюконеогенез), катехоламинов (снижают интенсивность гликогенолиза), тироксина, трийодтиронина (тормозят гликогенолиз в гепатоцитах), глюкагона (из-за торможения глюконеогенеза и гликогенолиза) -- и/или избыток эффектов инсулина (при гиперплазии или аденоме клеток островков Лангерганса, врожденном гиперинсулинизме, синдроме Беквита-Видемана, передозировке инсулином). Дефицит углеводов как причина гипогликемии может быть следствием длительного углеводного голодания. Недостаток углеводов в рационе не сопровождается гипогликемией вследствие активации глюконеогенеза.

Принципы терапии при гипогликемических состояниях. Этиотропный принцип лечения при гипогликемических состояниях реализуется путем введения пациенту растворов глюкозы внутривенно (для устранения острой гипогликемии). Инфузию растворов глюкозы продолжают до восстановления сознания пациента, затем поступление глюкозы в организм обеспечивается с пищей и напитками для восстановления запасов гликогена в печени. Также проводят коррекцию основной формы патологии, вызвавшей гипогликемию. Патогенетический принцип терапии основан на блокаде и/или устранении главных звеньев патогенеза гипогликемии (нормализация энергообеспечения клеток; восстановление структуры и функции мембран и ферментов, баланса ионов, жидкости, кислотно-основного состояния и др.). Восстановление уровня глюкозы в плазме крови, как правило, приводит к быстрому «выключению» патогенетических звеньев гипогликемии. При хронических гипогликемиях необходима индивидуализированная терапия. Симптоматическая терапия при гипогликемических состояниях позволяет устранить симптомы, усугубляющие состояние пострадавшего (головная боль, страх смерти, изменения артериального давления, тахикардия и др.)

3. Гипергликемия

Гипергликемия -- типовая форма патологии углеводного обмена, характеризующаяся повышением уровня ГПК выше нормы (более 6,5 ммоль/л натощак и более 8,9 ммоль/л в любое время суток).

Причины гипергликемии. Причинами гипергликемии являются эндокринопатии, нейрогенные расстройства, психогенные формы патологии, переедание, патология печени. Эндокринопатии часто оказываются причиной гипергликемии вследствие избытка эффектов гипергликемизирующих гормонов и/или дефицита инсулина. Так, например, при избытке глюкагона вследствие гиперплазии -клеток островков Лангерганса активируется глюконеогенез из аминокислот и гликогенолиз, что сопровождается гипергликемией. Избыток в организме глюкокортикостероидов стимулирует глюконеогенез и ингибирует активность гексокиназы. Избыток катехоламинов приводит к гипергликемии в результате стимуляции гликогенолиза. Состояния, обусловленные гипертиреозом, вызывают усиление гликогенолиза, торможение гликогенеза, стимуляцию глюконеогенеза, активацию всасывания глюкозы в кишечнике. Избыточная секреция соматотропного гормона активирует гликогенолиз и тормозит утилизацию глюкозы, что сопровождается гипергликемией. Гипергликемия может возникнуть вследствие гиперсенситизации и увеличения числа рецепторов к гормонам у клеток-мишеней. Гипоинсулинизм вызывает гипергликемию при сахарном диабете как результат уменьшения утилизации глюкозы клетками, усиления глюконеогенеза и активации гликогенолиза. Нейро- и психогенные расстройства (психическое возбуждение, стресс и др.) сопровождаются активацией симпатоадреналовой, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой и тиреоидной систем. Гормоны этих систем вызывают активацию гликогенолиза, угнетение гликогенеза, активацию глюконеогенеза, приводя к гипергликемии. ройств, инфузионные процедуры и т. п. Переедание (в особенности избыточное потребление легкоусваиваемых углеводов в течение длительного времени) -- тоже частая причина гипергликемии. Быстрое всасывание глюкозы в кишечнике повышает уровень глюкозы в плазме крови и превышает возможности гепатоцитов утилизировать ее в процессе гликогенеза. Избыток пищи с высоким содержанием углеводов усиливает гликогенолиз в гепатоцитах, потенцируя развитие гипергликемии. При нарушении функции печени может возникать преходящая гипергликемия после приема пищи. Это обусловлено неспособностью гепатоцитов быстро превращать глюкозу в гликоген.

Принципы устранения гипергликемических состояний. Устранение причин гипергликемий является главным принципом их эффективного лечения.

углеводный обмен метаболизм

4. Гликозурия

Гликозурия -- выделение глюкозы с мочой. В норме в моче могут обнаруживаться (не всегда) лишь следы глюкозы, обычно не выявляемые методами, применяемыми в клинических лабораториях.

Появление глюкозы в моче может быть обусловлено различными причинами. Гликозурия наступает при нарушении реабсорбции глюкозы в канальцах почек в связи со снижением интенсивности процессов фосфорилирования и дефосфорилирования глюкозы. Гликозурия наблюдается при гипергликемии разного происхождения, когда концентрация глюкозы в крови превышает почечный порог для глюкозы. Почечный порог, т. е. концентрация глюкозы в крови, при к-рой появляется Гликозурия, колеблется в пределах 160--200 мг%. Гликозурия может наблюдаться и при нормальной концентрации глюкозы в крови, обычно в связи с нарушением ферментативных процессов в канальцах почек, обусловливающих реабсорбцию глюкозы.

Экспериментально рефлекторную гипергликемию с последующей Г. обнаружил К. Бернар «сахарным уколом» в дно четвертого желудочка мозга. В позднейших исследованиях выявлена важная роль некоторых гормонов (АКТГ, глюкокортикоидов, глюкагона и др.) в реализации эффекта «сахарного укола», а также рефлекторных воздействий на ц. н. с. Экспериментально Г. можно вызвать также введением соматотропного и адренокортикотропного гормонов, глюкокортикоидов, глюкагона, а также аллоксана, который избирательно поражает бета-клетки островков Лангерганса (так наз. аллоксановый диабет). Почечную Г. можно воспроизвести введением растительного глюкозида флоридзина, блокирующего процессы фосфорилирования в клетках эпителия почечных канальцев.

Формы гликозурии. Выделяют следующие формы гликозурии: Алиментарная гликозурия возникает в результате потребления чрезмерных количеств углеводов с пищей (напр., тростникового сахара), особенно быстро всасываемых после их расщепления в кишечнике, что приводит к увеличению содержания сахара в крови, превышающему порог реабсорбции глюкозы в почках. При алиментарной гликозурии содержание глюкозы в моче обычно невелико; Гликозурия в этих случаях наблюдается в течение 2--4 час. после приема пищи.

Рефлекторная гликозурия (или центральная, нервная) возникает в результате перенапряжения подкорковых центров, регулирующих углеводный обмен, что может наступать при различных эмоциональных и стрессовых состояниях организма.

Группа гормональных форм гликозурии включает гликозурию диабетического, гипофизарного и надпочечникового происхождения, а также тиреогенную гликозурию, которая встречается очень редко.

Диабетическая гликозурия (наиболее частая из гормональных) является результатом значительного повышения концентрации глюкозы в крови вследствие абсолютной или относительной инсулярной недостаточности (см. Диабет сахарный). Утрата или ослабление регулирующего действия инсулина на углеводный обмен приводит к замедлению транспорта глюкозы из крови и межклеточных пространств в клетки тканей, а также к ускорению глюкозообразования из неуглеводных веществ в печени и корковом слое почек (глюконеогенез). Следствием избытка глюкозы в кровяном русле является Г. При тяжелой форме диабета концентрация глюкозы в крови может превысить 1000 мг%, а выделение при этом глюкозы почками может быть более 100 г за сутки.

Гипофизарная гликозурия наблюдается при опухолях гипофиза, сопровождающихся усилением инкреции соматотропного (СТГ) и адренокортикотропного (АКТГ) гормонов. СТГ стимулирует инкрецию глюкагона, процессы глюконеогенез а и при длительной избыточной секреции тормозит образование инсулина. Усиленная инкреция АКТГ приводит к повышению продукции глюкокортикоидов, стимулирующих глюконеогенез и усиление глюкозообразования в печени и почках. Гликозурия может возникнуть при опухолях мозгового слоя надпочечников вследствие усиления секреции катехоламинов, стимулирующих фосфоролитическое расщепление гликогена в печени и поступления глюкозы в кровь.

Почечная глюкозурия возникает при нормальной концентрации глюкозы в крови вследствие нарушения функции ферментативных систем, обеспечивающих обратное всасывание глюкозы из первичной мочи в почечных канальцах. Почечная гликозурия-- генетически детерминированное заболевание, по-видимому, обусловленное единичным доминантным геном, не связанным с полом.

Однако почечная Г. может возникнуть при токсикозах беременности и заболеваниях почек (гломерулонефрит, нефроз и др.), при некоторых бактериальных интоксикациях.

Очень редка печеночная гликозурии, обусловленная функциональной неспособностью печени регулировать гомеостаз глюкозы в крови.

5. Гликогенозы

Гликогеноз -- типовая (наследственная или врожденная) форма патологии углеводного обмена; характеризуется накоплением избытка гликогена в клетках организма и гипогликемией. Гликогеноз сопровождается нарушением функций органов и систем организма.

Причины гликогенозов. Причина гликогенозов -- мутации генов, которые кодируют синтез ферментов, участвующих в гликогенолизе (реже -- синтезе гликогена). Чаще гликогенозы имеют аутосомно-рецессивный тип наследования. Недостаточность практически любого фермента, участвующего в метаболизме гликогена, может вызвать различные варианты гликогенозов. Дифференцировка гликогенозов (по классификации Кори) приведена на рис. 6. Гликоген накапливается преимущественно в гепато- и миоцитах. В связи с этим признаки нарушений зависят от локализации поражения и вида ферментопатии. Основным проявлением печеночных гликогенозов в связи с невозможностью быстро использовать гликоген в качестве источника глюкозы становится гипогликемия. Слабость, мышечные судороги и миопатия -- основные проявления мышечных форм гликогенозов.

Типы гликогенозов. Наиболее часто у детей встречаются гликогенозы I-IV типов. Гликогеноз I типа (болезнь Гирке). Причина этой формы патологии -- мутации генов, кодирующих синтез глюкозо-6-фосфатазы (Ia тип) и глюкозо-6- фосфат транслоказы (Ib тип). Оба фермента участвуют в процессе гликогенолиза. Заболевание обычно проявляется уже в раннем возрасте. У детей обнаруживают гипогликемию, лактатацидоз, гиперлипидемию и гепатомегалию. Гликогеноз Ib типа близок по симптоматике к Ia, однако при типе Ib могут также наблюдаться нейтропения и дисфункция нейтрофилов. В организме развиваются выраженные метаболические нарушения, аденомы печени с последующей их малигнизацией, гепатоцеллюлярные карциномы. При болезни Гирке аденомы могут продуцировать гепсидин, что сопровождается анемией. При гликогенозе I типа наблюдаются нарушения функций почек, почечная недостаточность.

Гликогеноз II типа (Болезнь Помпе). Причина этой формы патологии -- мутации в гене, кодирующем синтез -глюкозидазы (кислой мальтазы). Дефект этого фермента приводит к накоплению избытка гликогена в лизосомах клеток различных тканей, наиболее часто -- в клетках миокарда и скелетных мышц. Гликогеноз II типа относят к лизосомным болезням накопления. Это единственный гликогеноз, при котором нарушение гликогенолиза связано с дефектом лизосом. Болезнь Помпе рассматривают также и как нейромышечное заболевание, и как метаболическую миопатию.

Гликогеноз III типа (болезнь Кори, болезнь Форбса). Главное звено патогенеза -- недостаточность фермента амило-1,6-глюкозидазы. В результате этого в клетках пораженных тканей накапливается аномальный гликоген. У большинства пациентов с гликогенозом III типа поражаются мышечная ткань и печень (гликогеноз IIIa типа) и только у некоторых из них органом-мишенью является печень (гликогеноз IIIb типа). Гипогликемия при данном заболевании менее выражена, чем при болезни Гирке, т. к. на фоне ограничения гликогенолиза сохраняется глюконеогенез. Частым проявлением болезни Кори у детей бывает фиброз печени (цирроз развивается редко). Гликогеноз IV типа (болезнь Андерсена) -- редкое заболевание, в основе развития которого лежит генетический дефект амило-(1,4-1,6)-трансглюкозилазы. Нарушается превращение 1,4-связей в молекуле гликогена в 1,6-связи, что изменяет ветвление молекулы полисахарида. При этом образуется аномальный гликоген. Этот гликоген активно накапливается в клетках печени, сердца, мышц, головного, спинного мозга и кожи. Печеночная форма болезни Андерсена проявляется у детей в первый месяц жизни. Основными проявлениями данной патологии становятся гепатомегалия и острая печеночная недостаточность. Цирроз печени приводит к смерти, как правило, до пятого года жизни.

Лечение больных с гликогенозами. Современными подходами к лечению больных с гликогенозами считают два -- трансплантацию печени (однако внепеченочные проявления гликогенозов могут нивелировать преимущества трансплантации) и заместительную терапию ферментами гликогенолиза.

Агликогеноз (гликогеноз 0-го типа) -- типовая форма патологии углеводного обмена, как правило, наследуемого или врожденного генеза. Причина агликогеноза -- мутации генов, кодирующих синтез ферментов, наиболее часто -- уридиндифосфат-глюкозо-гликогентрансферазы (гликогенсинтазы), обеспечивающих синтез гликогена в клетках. Наследуется агликогеноз обычно аутосомно-рецессивно.

Типичные проявления агликогеноза:

* дефицит или отсутствие гликогена в клетках (преимущественно в гепато-, а также в миоцитах);

* значительная гипогликемия натощак;

* лактатацидоз;

* судороги скелетных мышц; * дистрофические изменения в тканях и органах; * задержка физического и психомоторного развития (вплоть до умственной отсталости) ребенка;

* существенные расстройства жизнедеятельности организма

Гексоземии

Гексоземия -- типовая форма патологии углеводного обмена, характеризующаяся увеличением содержания в крови гексоз выше нормы. Галактоземия (галактозный диабет) Наследственная форма галактоземии имеет аутосомно-рецессивный тип наследования. Может иметь врожденное происхождение, клинические проявления развиваются у новорожденных через несколько дней или недель после рождения.

Причины галактоземии -- генетически обусловленный дефект и/или недостаточность эффектов ферментов метаболизма галактозы. В связи с этим в плазме крови чрезмерно нарастает концентрация галактозы и ее метаболитов, оказывающих токсическое воздействие на нервную ткань, печень, почки, кишечник, клетки крови. Галактоземия связана с нарушением метаболизма галактозы вследствие недостаточности трех ферментов -- галакто зо1- фос фа туридилтрасферазы (галактоземия I типа), галакто киназы (галактоземия II типа) и уридиндифосфат-галактозо-4-эпимиразы (галактоземия III типа). Все эти ферменты участвуют в превращении галактозы (входящей в состав «молочного сахара» лактозы) в глюкозу. При недостаточности указанных ферментов в организме в избытке накапливаются галактоза и ее метаболиты (галактозо-1-фосфат, галактотиол и др.). Они оказывают токсическое влияние на клетки головного мозга, печени, почек.

Фруктоземия, в т. ч. Врожденная непереносимость фруктозы

Характеризуется недостаточностью фермента фрукто- 1-фосфатальдолазы и накоплением в клетках печени, почек, кишечника и других фруктозо-1-фосфата. Вследствие этого развиваются фруктозурия, недостаточность функций печени и почек. Дефицит фрукто- 1-фосфатальдолазы в гепатоцитах, клетках коркового вещества почек, энтероцитах приводит к нарушению превращения фруктозы в гликоген или включению ее в энергетический цикл. Избыточное количество фруктозо-1-фосфата угнетает трансформацию гликогена в глюкозу, что приводит к гипогликемии, а также фруктоземии и фруктозурии.

Заключение

Углеводы -- обязательный и наиболее емкий компонент пищи. Они включены практически во все виды обмена веществ: нуклеиновых кислот (в виде рибозы и дезоксирибозы), белков (например, гликопротеинов), липидов (например, гликолипидов), нуклеозидов (например, аденозина), нуклеотидов (например, АТФ, АДФ, АМФ), ионов (например, обеспечивая энергией их трансмембранный перенос и внутриклеточное распределение). Как один из основных источников энергии, углеводы необходимы для обеспечения оптимальной жизнедеятельности организма, в особенности для функции нервной системы: ткань мозга использует примерно 2/3 глюкозы, находящейся в кровотоке.

Описано большое число конкретных болезней, патологических реакций и состояний, основу которых составляют расстройства метаболизма углеводов. Все эти расстройства могут быть объединены в несколько типовых форм патологии -- гипогликемии, гипергликемии, гликогенозы, агликогенозы, гексоз- и пентоземии. Заболевания, входящие в эти группы патологии углеводного обмена, имеют общие этиологические факторы, звенья патогенеза и проявления.

Размещено на Allbest.ru