Метаболизам угљених хидрата

Угљени хидрати су главни извор енергије: 1 г угљених хидрата, када се потпуно разгради, ослобађа 16,7 kJ (4 kcal). Поред тога, угљени хидрати у облику мукополисахарида улазе у састав везивног ткива, а у облику комплексних једињења (гликопротеини, липополисахариди) су структурни елементи ћелија, као и компоненте неких активних биолошких супстанци (ензими, хормони, имунолошка тела итд.).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Угљени хидрати у исхрани

Удео угљених хидрата у исхрани деце у великој мери зависи од узраста. Код деце прве године живота, садржај угљених хидрата који обезбеђује потребу за енергијом је 40%. После годину дана, повећава се на 60%. У првим месецима живота, потреба за угљеним хидратима покрива се млечним шећером - лактозом, која је део мајчиног млека. Вештачким храњењем млечним формулама, дете добија и сахарозу или малтозу. Након увођења комплементарне хране, у организам почињу да улазе полисахариди (скроб, делимично гликоген), који углавном покривају потребе организма за угљеним хидратима. Ова врста исхране код деце подстиче и стварање амилазе од стране панкреаса и њено лучење пљувачком. У првим данима и недељама живота, амилаза је практично одсутна, а саливација је незнатна, а тек од 3-4 месеца почиње лучење амилазе и саливација се нагло повећава.

Познато је да се хидролиза скроба одвија под утицајем пљувачке амилазе и панкреасног сока; скроб се разлаже на малтозу и изомалтозу.

Заједно са дисахаридима из хране - лактозом и сахарозом - малтоза и изомалтоза на површини цревних ресица цревне слузокоже под утицајем дисахаридаза се разлажу на моносахариде: глукозу, фруктозу и галактозу, који се ресорбују кроз ћелијску мембрану. Процес ресорпције глукозе и галактозе повезан је са активним транспортом, који се састоји од фосфорилације моносахарида и њиховог претварања у глукоза фосфат, а затим у глукоза-6-фосфат (респективно, галактоза фосфате). Таква активација се дешава под утицајем глукоза- или галактоза киназа уз трошење једне макроергичке везе АТП-а. За разлику од глукозе и галактозе, фруктоза се ресорбује готово пасивно, једноставном дифузијом.

Дисахаридазе у цревима фетуса се формирају у зависности од гестацијске старости.

Време развоја функција гастроинтестиналног тракта, време откривања и тежина као проценат исте функције код одраслих

Апсорпција угљених хидрата	Прво откривање ензима, недеља	Тежина, % одраслих
А-амилаза панкреаса	22	5
Α-Амилаза пљувачних жлезда	16	10
Лактаза	10	Више од 100
Сахараза и изомалтаза	10	100
Глукоамилаза	10	50
Апсорпција моносахарида	11	92

Евидентно је да се активност малтазе и сахаразе повећава раније (6-8 месеци гестације), а касније (8-10 месеци) - лактазе. Проучавана је активност различитих дисахаридаза у ћелијама цревне слузокоже. Утврђено је да укупна активност свих малтаза до рођења одговара просеку од 246 μmol разложеног дисахарида на 1 г протеина у минути, укупна активност сахаразе - 75, укупна активност изомалтазе - 45 и укупна активност лактазе - 30. Ови подаци су од великог интереса за педијатре, јер постаје јасно зашто дојена беба добро вари смеше декстрина и малтозе, док лактоза лако изазива дијареју. Релативно ниска активност лактазе у слузокожи танког црева објашњава чињеницу да се недостатак лактазе чешће примећује него недостатак других дисахаридаза.

[ 7 ], [ 8 ]

Поремећена апсорпција угљених хидрата

Постоје и пролазна и конгенитална малапсорпција лактозе. Први облик је узрокован кашњењем у сазревању цревне лактазе и стога нестаје са годинама. Конгенитални облик се може посматрати дуго времена, али је, по правилу, најизраженији од рођења током дојења. То се објашњава чињеницом да је садржај лактозе у људском млеку скоро 2 пута већи него у крављем млеку. Клинички, дете развија дијареју, коју карактерише, уз течну столицу (више од 5 пута дневно), пенаста столица киселе реакције (pH мањи од 6). Могу се приметити и симптоми дехидрације, који се манифестују као озбиљно стање.

У старијој доби долази до такозване репресије лактазе, када је њена активност значајно смањена. То објашњава чињеницу да значајан број људи не толерише природно млеко, док ферментисани млечни производи (кефир, ацидофилус, јогурт) добро апсорбују. Недостатак лактазе погађа око 75% људи афричког и индијског порекла, до 90% људи азијског порекла и 20% Европљана. Конгенитална малапсорпција сахарозе и изомалтозе је ређа. Обично се манифестује код деце вештачким храњењем млечним мешавинама обогаћеним сахарозом, и уношењем сокова, воћа или поврћа које садрже овај дисахарид у исхрану. Клиничке манифестације недостатка сахарозе сличне су онима код малапсорпције лактозе. Недостатак дисахаридазе може бити и чисто стечен, бити последица или компликација широког спектра болести које дете болује. Главни узроци недостатка дисахаридазе наведени су у наставку.

Последице излагања штетним факторима:

• након ентеритиса вирусне или бактеријске етиологије;
• посебан значај ротавирусне инфекције;
• неухрањеност;
• гиардијаза;
• након некротичног ентероколитиса;
• имунолошки недостатак;
• целијакија;
• цитостатска терапија;
• нетолеранција на протеине крављег млека;
• хипоксични услови перинаталног периода;
• Жутица и њена фототерапија.

Незрелост четкасте ивице:

• превремено рођење;
• незрелост при рођењу.

Последице хируршких интервенција:

• гастростомија;
• илеостомија;
• колостомија;
• ресекција танког црева;
• анастомозе танког црева.

Сличне клиничке манифестације су описане у случајевима поремећене активације моносахарида - глукозе и галактозе. Треба их разликовати од случајева када исхрана садржи превише ових моносахарида, који, имајући високу осмотску активност, узрокују улазак воде у црево. Пошто се моносахариди апсорбују из танког црева у базен V. portae, они прво улазе у ћелије јетре. У зависности од услова, који су углавном одређени садржајем глукозе у крви, они се претварају у гликоген или остају као моносахариди и носе се крвотоком.

У крви одраслих, садржај гликогена је нешто нижи (0,075-0,117 г/л) него код деце (0,117-0,206 г/л).

Синтезу телесних резервних угљених хидрата - гликогена - врши група различитих ензима, што резултира формирањем високо разгранатих молекула који се састоје од остатака глукозе који су повезани 1,4- или 1,6-везама (бочни ланци гликогена су формирани 1,6-везама). По потреби, гликоген се поново може разградити на глукозу.

Синтеза гликогена почиње у 9. недељи интраутериног развоја у јетри. Међутим, његова брза акумулација се јавља тек пре рођења (20 мг/г јетре дневно). Стога је концентрација гликогена у ткиву јетре фетуса при рођењу нешто већа него код одрасле особе. Приближно 90% акумулираног гликогена се користи у прва 2-3 сата након рођења, а преостали гликоген се троши у року од 48 сати.

Ово, заправо, обезбеђује енергетске потребе новорођенчади у првим данима живота, када дете добија мало млека. Од 2. недеље живота поново почиње акумулација гликогена, а до 3. недеље живота његова концентрација у ткиву јетре достиже ниво одраслих. Међутим, маса јетре код деце је знатно мања него код одраслих (код деце узраста од 1 године, маса јетре је једнака 10% масе јетре одрасле особе), па се резерве гликогена код деце брже троше, и она их морају надокнадити да би спречила хипогликемију.

Однос интензитета процеса гликогенезе и гликогенолизе у великој мери одређује садржај шећера у крви - гликемију. Ова вредност је прилично константна. Гликемија је регулисана сложеним системом. Централна карика у овој регулацији је такозвани центар за шећер, који треба посматрати као функционалну асоцијацију нервних центара који се налазе у различитим деловима централног нервног система - можданој кори, подкортексу (лентикуларно једро, стријатум), хипоталамичкој регији, продуженој мождини. Уз ово, многе ендокрине жлезде (панкреас, надбубрежне жлезде, штитна жлезда) учествују у регулацији метаболизма угљених хидрата.

Поремећаји метаболизма угљених хидрата: болести складиштења

Међутим, могу се приметити конгенитални поремећаји ензимских система, код којих може бити поремећена синтеза или разградња гликогена у јетри или мишићима. Ови поремећаји укључују болест недостатка гликогена. Заснована је на недостатку ензима гликоген синтетазе. Реткост ове болести вероватно се објашњава тешкоћом дијагнозе и брзим неповољним исходом. Новорођенчад веома рано (чак и између храњења) доживљавају хипогликемију са конвулзијама и кетозом. Чешће се описују случајеви гликогенске болести, када се у телу акумулира гликоген нормалне структуре или се формира гликоген неправилне структуре која подсећа на целулозу (амилопектин). Ова група је, по правилу, генетски одређена. У зависности од недостатка одређених ензима који учествују у метаболизму гликогена, разликују се различити облици или врсте гликогеноза.

Тип I, који обухвата хепатореналну гликогенозу, или Гиркеову болест, заснован је на недостатку глукоза-6-фосфатазе. Ово је најтежи облик гликогенозе без структурних поремећаја гликогена. Болест је рецесивна; клинички се манифестује одмах након рођења или у детињству. Карактеристична је хепатомегалија, коју прате хипогликемијски напади и кома, кетоза. Слезина се никада не повећава у величини. Касније се примећује заостајање у расту и диспропорција тела (стомак је увећан, тело издужено, ноге су кратке, глава велика). Између храњења примећују се бледило, знојење и губитак свести као последица хипогликемије.

Гликогеноза типа II - Помпеова болест, која се заснива на недостатку киселе малтазе. Клинички се манифестује убрзо након рођења, а таква деца брзо умиру. Примећују се хепато- и кардиомегалија, мишићна хипотонија (дете не може да држи главу нити да сиса). Развија се срчана инсуфицијенција.

Гликогеноза типа III - Коријева болест, узрокована конгениталним дефектом амило-1,6-глукозидазе. Пренос је рецесивно-аутозомни. Клиничке манифестације су сличне типу I - Гиркеовој болести, али мање тешке. За разлику од Гиркеове болести, ово је ограничена гликогеноза, коју не прати кетоза и тешка хипогликемија. Гликоген се депонује или у јетри (хепатомегалија), или у јетри и истовремено у мишићима.

Тип IV - Андерсенова болест - узрокован је недостатком 1,4-1,6-трансглукозидазе, што резултира стварањем гликогена неправилне структуре која подсећа на целулозу (амилопектин). Делује као страно тело. Примећује се жутица и хепатомегалија. Развија се цироза јетре са порталном хипертензијом. Као резултат тога, развијају се проширене вене желуца и једњака, чија руптура изазива обилно желудачно крварење.

Тип V - мишићна гликогеноза, МекАрдлова болест - развија се због недостатка мишићне фосфорилазе. Болест се може манифестовати у 3. месецу живота, када се примећује да деца нису у стању да дуго сисају и брзо се умарају. Због постепеног накупљања гликогена у попречно-пругастим мишићима, примећује се њихова лажна хипертрофија.

Гликогеноза типа VI - Херцова болест - узрокована је недостатком хепатичне фосфорилазе. Клинички се открива хепатомегалија, хипогликемија се јавља ређе. Примећује се успоравање раста. Ток је повољнији него код других облика. Ово је најчешћи облик гликогенозе.

Такође се примећују и други облици болести складиштења, када се открију моно- или полиензимски поремећаји.

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

Шећер у крви као индикатор метаболизма угљених хидрата

Један од показатеља метаболизма угљених хидрата је ниво шећера у крви. У тренутку рођења, ниво гликемије детета одговара нивоу гликемије његове мајке, што се објашњава слободном трансплаценталном дифузијом. Међутим, од првих сати живота примећује се пад садржаја шећера, што се објашњава са два разлога. Један од њих, значајнији, је недостатак контраинсуларних хормона. То доказује чињеница да су адреналин и глукагон способни да повећају ниво шећера у крви током овог периода. Још један разлог за хипогликемију код новорођенчади је тај што су резерве гликогена у организму веома ограничене, а новорођенче које се стави на дојку неколико сати након рођења их потроши. До 5-6. дана живота садржај шећера се повећава, али код деце остаје релативно нижи него код одраслих. Повећање концентрације шећера код деце након прве године живота је таласастог облика (први талас - до 6. године, други - до 12. године), што се поклапа са повећањем њиховог раста и већом концентрацијом соматотропног хормона. Физиолошка граница оксидације глукозе у организму је 4 мг/(кг • мин). Стога, дневна доза глукозе треба да буде од 2 до 4 г/кг телесне тежине.

Треба нагласити да се искоришћавање глукозе током њене интравенске примене одвија брже код деце него код одраслих (познато је да интравенозно примењену глукозу организам користи, по правилу, у року од 20 минута). Стога је толеранција деце на оптерећење угљеним хидратима већа, што се мора узети у обзир приликом проучавања гликемијских кривих. На пример, за проучавање гликемијске криве користи се просечно оптерећење од 1,75 г/кг.

Истовремено, деца имају тежи ток дијабетес мелитуса, за чије лечење је, по правилу, неопходна употреба инсулина. Дијабетес мелитус код деце се најчешће открива током периода посебно интензивног раста (прво и друго физиолошко продужење), када се чешће примећује повреда корелације ендокриних жлезда (повећава се активност соматотропног хормона хипофизе). Клинички, дијабетес код деце се манифестује жеђу (полидипсија), полиуријом, губитком тежине и често повећањем апетита (полифагија). Открива се повећање шећера у крви (хипергликемија) и појава шећера у урину (глукозурија). Честа је кетоацидоза.

Болест се заснива на недостатку инсулина, што отежава продирање глукозе кроз ћелијске мембране. То узрокује повећање њеног садржаја у екстрацелуларној течности и крви, а такође повећава разградњу гликогена.

У телу, глукоза се може разградити на неколико начина. Најважнији од њих су гликолитички ланац и пентозни циклус. Разградња дуж гликолитичког ланца може се одвијати и у аеробним и у анаеробним условима. У аеробним условима, доводи до стварања пирувичке киселине, а у анаеробним условима, млечне киселине.

У јетри и миокарду процеси се одвијају аеробно, у еритроцитима - анаеробно, у скелетним мишићима током интензивног рада - претежно анаеробно, током одмора - претежно аеробно. Аеробни пут је економичнији за организам, јер резултира стварањем више АТП-а, који носи велику резерву енергије. Анаеробна гликолиза је мање економична. Генерално, путем гликолизе, ћелије се могу брзо, иако неекономично, снабдети енергијом без обзира на „испоруку“ кисеоника. Аеробна разградња у комбинацији гликолитичког ланца - Кребсовог циклуса је главни извор енергије за организам.

Истовремено, обрнутим током гликолитичког ланца, тело може да синтетише угљене хидрате из међупроизвода метаболизма угљених хидрата, као што су пирувинска и млечна киселина. Конверзија аминокиселина у пирувинску киселину, α-кетоглутарат и оксалацетат може довести до стварања угљених хидрата. Процеси гликолитичког ланца су локализовани у цитоплазми ћелија.

Студија односа метаболита гликолитичког ланца и Кребсовог циклуса у крви деце показује прилично значајне разлике у поређењу са одраслима. Серум крви новорођенчета и детета прве године живота садржи прилично значајну количину млечне киселине, што указује на преваленцију анаеробне гликолизе. Дечји организам покушава да надокнади вишак акумулације млечне киселине повећањем активности ензима лактат дехидрогеназе, који претвара млечну киселину у пирувинску киселину са њеним накнадним укључивањем у Кребсов циклус.

Такође постоје извесне разлике у садржају изоензима лактат дехидрогеназе. Код мале деце је активност 4. и 5. фракције већа, а садржај 1. фракције нижи.

Још један, не мање важан, начин разградње глукозе је пентозни циклус, који почиње гликолитичким ланцем на нивоу глукоза-6-фосфата. Као резултат једног циклуса, један од 6 молекула глукозе се потпуно разлаже на угљен-диоксид и воду. Ово је краћи и бржи пут распада, који обезбеђује ослобађање велике количине енергије. Као резултат пентозног циклуса, формирају се и пентозе, које тело користи за биосинтезу нуклеинских киселина. Ово вероватно објашњава зашто је пентозни циклус од великог значаја код деце. Његов кључни ензим је глукоза-6-фосфат дехидрогеназа, која обезбеђује везу између гликолизе и пентозног циклуса. Активност овог ензима у крви деце узраста од 1 месеца до 3 године је 67-83, 4-6 година - 50-60, 7-14 година - 50-63 ммол/г хемоглобина.

Поремећај пентозног циклуса разградње глукозе услед недостатка глукоза-6-фосфат дехидрогеназе лежи у основи несфероцитне хемолитичке анемије (једне од врста еритроцитопатије), која се манифестује анемијом, жутицом, спленомегалијом. Хемолитичке кризе, по правилу, изазива узимање лекова (кинин, кинидин, сулфонамиди, неки антибиотици итд.), који повећавају блокаду овог ензима.

Слична клиничка слика хемолитичке анемије примећује се због недостатка пируват киназе, која катализује конверзију фосфоенолпирувата у пируват. Разликују се лабораторијском методом, одређивањем активности ових ензима у еритроцитима.

Поремећај гликолизе у тромбоцитима је основа патогенезе многих тромбоастенија, клинички се манифестује повећаним крварењем са нормалним бројем тромбоцита, али оштећеном функцијом (агрегацијом) и очуваним факторима коагулације крви. Познато је да се главни енергетски метаболизам особе заснива на коришћењу глукозе. Преостале хексозе (галактоза, фруктоза), по правилу, трансформишу се у глукозу и подлежу потпуном разградњи. Конверзија ових хексоза у глукозу врши се ензимским системима. Недостатак ензима који трансформишу ову конверзију је основа гстактоземије и фруктоземије. То су генетски одређене ензимопатије. Код гстактоземије постоји недостатак галактоза-1-фосфат уридил трансферазе. Као резултат тога, галактоза-1-фосфат се акумулира у организму. Поред тога, велика количина фосфата се уклања из циркулације, што узрокује недостатак АТП-а, што оштећује енергетске процесе у ћелијама.

Први симптоми галактоземије јављају се убрзо након почетка храњења деце млеком, посебно мајчиним млеком које садржи велику количину лактозе, што укључује једнаке количине глукозе и галактозе. Појављује се повраћање, телесна тежина се слабо повећава (развија се хипотрофија). Затим се јавља хепатоспленомегалија са жутицом и катарактом. Може се развити асцит и проширене вене једњака и желуца. Прегледом урина открива се галактозурија.

У случају галактоземије, лактоза мора бити искључена из исхране. Користе се специјално припремљене млечне формуле, у којима је садржај лактозе оштро смањен. Ово обезбеђује правилан развој деце.

Фруктоземија се развија када се фруктоза не претвара у глукозу због недостатка фруктозо-1-фосфат алдолазе. Њене клиничке манифестације су сличне онима код галактоземије, али су изражене у блажем степену. Њени најкарактеристичнији симптоми су повраћање, нагло смањење апетита (до анорексије), када се деци дају воћни сокови, заслађене житарице и пиреи (сахароза садржи фруктозу и глукозу). Стога се клиничке манифестације посебно погоршавају када се деца пребаце на мешовиту и вештачку исхрану. У старијој доби, пацијенти не толеришу слаткише и мед, који садржи чисту фруктозу. Фруктозурија се открива при прегледу урина. Потребно је искључити из исхране сахарозу и производе који садрже фруктозу.