Клиническая химия в диагностике и лечении. Обмен натрия и воды обмен калия лечение диуретиками гомеостаз ионов водорода

• Название: Обмен натрия и воды обмен калия лечение диуретиками гомеостаз ионов водорода
• Анкор: Клиническая химия в диагностике и лечении.doc
• Дата: 24.05.2018
• Размер: 3.99 Mb.
• Имя файла: Клиническая химия в диагностике и лечении.doc
• Тип: Документы; #19588
• Категория: Биология. Ветеринария. Сельское хозяйство
• страница: 16 из 42

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ И ЕГО ВЗАИМОСВЯЗИ

Для большинства регионов мира углеводы составляют глав­ный источник энергии в потребляемых продуктах питания. При обычных обстоятельствах крахмал — преобладающий углевод пи­щи, доля дисахаридов значительна, моносахаридов — небольшая.

ХИМИЯ

Наиболее физиологически важные моносахариды гексозы пред­ставляют собой редуцирующие сахара и поэтому реагируют с таб­летками «Клинитест», содержащими соединение меди, изменяю­щее окраску при восстановлении. К числу гексоз относятся глю­коза, фруктоза, галактоза.

Распространенными дисахаридами являются сахароза (фруктоза+глюкоза), лактоза (галактоза + глюкоза), мальтоза (глюко­за + глюкоза).

Лактоза и мальтоза (но не сахароза) — редуцирующие сахара.

К природным полисахаридам, молекулы которых состоят из длиннь1х углеводородных цепей, построенных из остатков глюко­зы, относятся: 1) крахмал, содержащийся в растениях и представ­ляющий собой смесь амилозы (нитевидные цепи) и амилопектина (разветвленные цепи); и 2) гликоген, встречающийся в тканях животных и представляющий собой полисахарид с сильно раз­ветвленными углеводородными цепями в молекуле.

ФИЗИОЛОГИЯ

Значение внеклеточного уровня глюкозы

При гипогликемии в наибольшей степени повреждаются клет­ки головного мозга. Они получают энергию в результате аэроб­ного метаболизма глюкозы и не способны: 1) накапливать глю­козу в значительных количествах; 2) синтезировать глюкозу;

3) метаболизировать другие субстраты, кроме глюкозы и кетопов. Обычно последние удовлетворяют энергетические потребности головного мозга в незначительной степени, поскольку в норме со­держание кетонов в плазме крови очень низкое; 4) извлекать в достаточных для их нужд количествах глюкозу из внеклеточной жидкости, где она содержится в низкой концентрации; инсулин не способствует поступлению глюкозы из внеклеточной жидкости в клетки головного мозга.

Ясно, таким образом, что головной мозг во многом зависит от внеклеточной концентрации глюкозы как источника энергии, и что при гипогликемии высока вероятность нарушения функций мозга. Гипергликемия, особенно быстро развивающаяся, также может вызывать дисфункцию мозга, воздействуя на внеклеточную осмоляльность. У здорового человека концентрация глюкозы в плазме крови (внеклеточная) обычно остается в пределах от 4,5 до 11 ммоль/л, несмотря на периодические нагрузки глюкозой, поступающей в организм из желудочнокишечного тракта.

Поддержание концентрации глюкозы в плазме крови на уров­не, не превышающем приблизительно 11 ммоль/л, сводит к мини­муму возможность выведения этого источника энергии из орга­низма. В почечных канальцах реабсорбируется почти вся глюко­за из клубочкового фильтрата до достижения указанной концен­трации (почечный порог), так что в норме моча почти не содержит глюкозы, даже после приема пищи, богатой углеводами. Задерживаемая организмом глюкозы может сохраняться в виде резерва до возникновения потребности в ней.

Поддержание постоянства внеклеточной концентрации глюкозы

Концентрация глюкозы в плазме зависит от равновесия меж­ду поступлением глюкозы во внеклеточную жидкость и выходом из нее. Поскольку в норме лишь небольшая доля глюкозы выво­дится из организма в неизмененном виде, сохранение постоянства концентрации в плазме в относительно узком диапазоне от 4,5 до 11 ммоль /л при значительных вариациях поступления из желу­дочнокишечного тракта по всей вероятности определяется про­цессами обмена с клетками. Если мы сумеем понять механизмы взаимодействия между тканями, лежащие в основе регуляции этих процессов, мы сможем также объяснить нарушения метабо­лизма углеводов при патологических состояниях (в том числе при накоплении избытка кетоновых тел и молочнокислом аци­дозе) .

Печень — наиболее важный непарный орган, обеспечивающий непрерывное снабжение энергией другие ткани, в том числе го­ловной мозг, при самых разнообразных условиях. Она играет так­же важную роль в регуляции содержания глюкозы в плазме пос­ле приема пищи. По многим причинам печень хорошо приспособ­лена для осуществления этих функций.

Кровь воротной вены, оттекающая от стенки кишечника, где происходят процессы всасывания, поступает прежде всего в печень. Клетки печени иг­рают ключевую роль при осуществлении буферных эффектов в отношении гипергликемии после приема богатой углеводами пищи (рис. 25).

Клетка печени обладает свойством осуществлять биосинтез гликогена в условиях временного избытка глюкозы. Скорость синтеза гликогена (гликогенез) из глюкозо6фосфата (Г6Ф) может быть повышена под влиянием инсулина (см. рис. 25), который секретируют [3клетки поджелудочной же­лезы в ответ на повышение содержания глюкозы в кровяном русле.

В условиях временного избытка глюкозы печень способна частично пре­вращать ее в жирные кислоты, которые в конечном счете образуют тканевые резервы в виде триглицеридов жировой клетчатки (см. рис. 25).



Поступление глюкозы в клетки печени (и головного мозга) зависит от внеклеточной концентрации глюкозы. Инсулин не оказывает непосредствен­ного воздействия на этот процесс. Превращение глюкозы в Г6Ф (первый этап метаболизма глюкозы во всех клетках) в печени катализирует фермент глюкокиназа, имеющий низкое сродство к глюкозе по сравнению с гексокиназой, обнаруживаемой в большинстве тканей. Активность глюкокиназы ин­дуцирует инсулин, секретируемый в ответ на повышение концентрации глю­козы в циркулирующей крови. По этим причинам в клетки печени поступает пропорционально меньше глюкозы во время голодания, когда уровни глюко­зы в крови воротной вены низкие, чем после приема пищи, богатой углевода­ми. Указанные факторы способствуют в условиях голодания поддержанию постоянства уровня поступления глюкозы в такие легко ранимые объекты как ткани головного мозга.

При аэробных условиях в печени возможен синтез глюкозы путем глюконеогенеза с использованием продуцируемых в других тканях глицерина, лактата или углеводородных цепей, образующихся при дезаминировании большинства аминокислот (главным образом, аланина).

В печени имеется фермент (глюкозо6фосфатаза), который, катализируя гидролиз Г6Ф, продуцируемого при расходе гликогена (гликогенолиз) или при глюконеогенезе, способствует высвобождению глюкозы и поддержанию постоянства ее внеклеточной концентрации в условиях голодания. Гликоге­нолиз в печени стимулируется гормоном глюкагоном, который секретируют аклетки поджелудочной железы.

Во время голодания в печени возможно превращение высвобождаемых из жировой клетчатки жирных кислот в кетоновые тела, которые могут быть использованы другими тканямп (в том числе и головного мозга) в качестве источника энергии в условиях ограниченного поступления глюкозы.

Это сочетание свойств уникально для печени. Единственной другой тканью, в которой возможен глюконеогенез и превраще­ние Г6Ф в глюкозу, является корковый слой почек. Способность почек к глюконеогенезу, по-видимому, важна преимущественно в связи с гомеостазом ионов водорода.

Другие ткани в большей или меньшей степени могут накап­ливать гликоген, но они не содержат глюкозо6фосфатазу и спо­собны использовать гликоген лишь локально; в поддержании по­стоянства уровня глюкозы в плазме крови этот гликоген никакой роли не играет.

Как мы уже видели, печень изменяет потенциальный гыпергликемический эффект богатой углеводами пищи, извлекая из притекающей крови воротной вены относительно больше глюко­зы, чем в условиях голодания. Однако некоторая доля глюкозы проходит неизмененной через печень, и повышение концентра­ции глюкозы в циркулирующей крови стимулирует секрецию (3клетками поджелудочной железы инсулина, который затем может стимулировать гликогенез в печени и мышцах. Еще более важно то обстоятельство, что поступление глюкозы в жировую клетчатку и в клетки мышц (в противоположность ее поступле­нию в печень и головной мозг) стимулируется инсулином, и со­держание глюкозы в плазме быстро снижается до величин, близ­ких к наблюдаемым в условиях голодания. Эти явления не про­исходят при относительной или абсолютной недостаточности инсулина (сахарный диабет). Превращение внутриклеточной глюкозы в Г6Ф в клетках жировой ткани или мышц катализи­рует фермент гексокиназа, который, имея более высокое срод­ство к глюкозе, чем глюкокиназа печени, обеспечивает в указан­ных клетках участие в реакциях обмена веществ глюкозы при более низких концентрациях, чем в печени.

За счет возникающего после приема пищи избытка глюкозы как в мышцах, так и жировой клетчатке создаются тканевые ре­зервы углеводов, но механизм образования этих резервов и их функции в двух указанных типах клеток совершенно различны. Многие нарушения метаболизма углеводов можно объяснить на основе изучения взаимозависимости реакций обмена углеводов в каждой из этих двух тканей и печени.

Кетоацидоз Жировая клетчатка и печень

Наиболее важным долгосрочным резервом энергии в организ­ме являются триглицериды жировой клетчатки. Резко повышен­ное использование этих запасов жира сопровождается накопле­нием кетоновых тел (кетоацидоз).

Жировая клетчатка, взаимодействуя с печенью, превращает избыток глюкозы в триглицериды, создавая тканевые энергети­ческие резервы преимущественно в виде триглицеридов, а не гли­когена. Входящие в состав триглицеридов жирные кислоты обра­зуются из глюкозы, поступающей в печень, а глицериновый ком­понент триглицеридов — из глюкозы, поступающей в клетки жи­ровой ткани.

В печени при синтезе триглицеридов глицерол3фосфат обра­зуется из триозофосфата, а жирные кислоты — из ацетилКоА.

Эти триглицериды транспортируются в составе ЛПОНП в жи­ровую клетчатку, где они подвергаются гидролизу, катализируе­мому липопротеидлипазой. Высвобождаемые жирные кислоты (печеночного происхождения) конденсируются с глиперол3фосфатом, образующимся из глюкозы, которая поступает в жировую клетчатку под влиянием инсулина, и накапливающиеся тригли­цериды составляют тканевой резерв. В виде триглицеридов в ре­зервной форме можно хранить значительно больше энергии, чем в виде гликогена.

В условиях голодания, когда экзогенная глюкоза отсутствует, эндогенные триглицериды жировой клетчатки претерпевают об­ратное превращение путем липолиза в свободные жирные кисло­ты (СЖК) и глицерин (рис. 26). Эти соединения транспортиру­ются в печень, где глицерин включается в реакции глюконеогенеза на стадии образования триозофосфатов. Синтезируемая при этом глюкоза может поступать в кровоток в то время, когда концентрация глюкозы в плазме имела бы тенденцию к снижению, если бы процесс глюкоцеогеыеза не функционировал. Большин­ство тканей, за исключением головного мозга, используют СЖК в качестве источника энергии после превращения в ацетилКоА. Кроме того, в печени возможно также образование ацетоуксусной кислоты путем ферментативного превращения двух молей ацетилКоА. Ацетоуксусная кислота может быть восстановлена до роксимасляной кислоты или декарбоксилирована с образованием ацетона.

Эти кетоновые тела могут быть использованы в качест­ве источника энергии головным мозгом и другими тканями в пе­риоды относительной недостаточности поступления глюкозы.

Кетоацидоз, таким образом, развивается, когда главным источ­ником энергии являются тканевые резервы жиров. Кетоны мо­гут накапливаться л условиях голодания ялц при рвотах (i> ре­зультате снижения всасывания компонентов пищевых продуктов из желудочнокишечного тракта). Умеренный кетоацидоз может развиться после голодания в течение всего 12 ч (это явление не следует ошибочно интерпретировать как диабетический кетоаци­доз).

После кратковременных периодов голодания признаки аци­доза обычно обнаружить не удается. Но после более длительных периодов продуцирование ионов водорода превышает компенсаторные возможности гомеостатических механизмов, и концентра­ция биокарбонатов в плазме снижается. В течение многих недель постоянство концентрации глюкозы в плазме поддерживается компенсаторными механизмами печени, но при длительном голо­дании (как, например, при нейрогенной анорексии) или в раннем детстве может развиться гипогликемия, сопровождающаяся кетоацидозом. Головной мозг может в меньшей степени пострадать при гипогликемии, сопровождающейся кетоацидозом, чем при той же степени гипогликемии, обусловленной действием инсулина. В первом случае ткань мозга адаптируется к метаболизированию кетоновых тел, тогда как во втором случае при низком содержа­нии кетонов, мозг оказывается лишенным единственного (за ис­ключением глюкозы) источника энергии.

Диабетический кетоацидоз — более тяжелое патологическое состояние. Наличие гипергликемии отличает его от кетоацпдоза при голодании, но механизм увеличения содержания кетонов при обоих состояниях идентичен. При кетоацидозе в условиях голо­дания количество поступающей глюкозы в клетки жировой ткани недостаточно для обеспечения соответствующих норме уровней гликолиза и липогенеза. При недостаточности инсулина дефицит глюкозы внутри клеток обусловлен нарушением поступления в них глюкозы, внеклеточная концентрация которой высока (но не может рассматриваться как показатель высокого внутриклеточ­ного уровня глюкозы). Явление кетоацидоза указывает на то, что липолиз осуществляется на преобладающем пути метабо­лизма.

После приема пищи глюкоза поступает в мышцы под влия­нием инсулина и откладывается в виде гликогена как тканевой резерв. Поскольку глюкозо6фосфатаза отсутствует, этот глико­ген не может быть превращен в глюкозу и пригоден лишь для использования в самих мышцах. Количественно тканевые резерBbi гликогена скелетных мышц уступают только таковым печени.

Мышечное сокращение (рис. 27). При функциониро­вании мышц адреналин стимулирует гликогенолиз. Образующий­ся при этом Г-6-Ф быстро утилизируется в процессе гликолиза и нри окислении в цикле трикарбоновых кислот, поставляя необ­ходимую энергию. В этих условиях высокая скорость гликолиза может не соответствовать поступлению кислорода п продукты гликолиза могут накапливаться быстрее, чем осуществляется их непосредственное окисление при аэробных условиях.

Суммарное уравнение реакции анаэробного гликолиза:

Глюкоза—>2 Лактат^--+2Н⁺

Током крови лактат переносится в печень, где он может быть использован в процессах глюконеогенеза, поставляющих дополни тельные количества глюкозы для функционирования мышц (цикл Кори).



Рис. 27. Метаболизм углеводов при мышечном сокращении.

В процессе глюконеогенеза Н⁴" также подвергается повтор­ной утилизации. При аэробных условиях потребление печенью лактата значительно превышает его продукцию.

Такое физиологическое накопление молочной кислоты во вре­мя мышечного сокращения представляет собой обратимое явле­ние. Молочная кислота быстро исчезает в состоянии покоя, когда снижение скорости глпколиза дает возможность аэробным про­цессам нормализоваться.

Патологический лактатацидоз

Молочная кислдта, образующаяся при анаэробном гликолнзе. может быть окислена до СОг и воды в ЦТК или превращена об­ратно в глюкозу путем глюконеогенеза в печени. Как ЦТК, так п глюкопсогсасз требуют наличия кпслорода. Единственным мс таболическим процессом, не требующим кислорода, является ана­эробный гликолиз.

Патологическое накопление лактата может быть обусловлено повышенной его продукцией пли сниженной утилизацией. Про­дукция может быть повышена при нарастании скорости анаэроб­ного гликолиза. Утилизация может быть снижена при нарушении функционирования ЦТК или глюконеогенеза.

Клинические синдромы, связанные с лактатацидозом, обычно вовлекают несколько этих факторов.

Тканевая гипоксия, обусловленная плохим кровоснабжением тканей в условиях синдрома шока, — наиболее обычная и важ­нейшая причина лактатацидоза (рис. 28). В этих условиях тка­невая гипоксия повышает содержание лактата в плазме потому, что: 1) ЦТК не функционирует в анаэробных условиях и окисле­ние пирувата, а также лактата до СОз и воды нарушено; 2) глюконеогенез из лактата в печени и почках не может происходить в анаэробных условиях; 3) анаэробный гликолиз стимулирован, по­скольку пониженный уровень АТФ не может быть нормализован за счет ЦТК, как это происходит при аэробных условиях.

Сочетание нарушенного глюконеогепеза и стимулированного анаэробного гликолиза лишает печень особенностей органа, по­требляющего лактат и Н"¹', придавая ей свойства органа, генери­рующего большие количества молочной кислоты.

При тяжелой гипоксии (как, например, после остановки серд­ца) отмечают очень тяжелый ацидоз. При истощении объема жидкости в организме этот гипоксический синдром может также осложнять диабетический кетоацидоз.

Ниже указаны некоторые другие причины лактатацидоза. Во всех случаях отмечают нарушение соответствия между образова­нием и утилизацией пирувата.

Метформин или фенформин, лекарственные средства, приме­няемые для лечения диабета, могут вызвать тяжелый лактатаци­доз. Они ингибируют как ЦТК, так и глюконеогенез. В настоящее время эти препараты используют редко из-за опасности раз­ вития лактатацидоза; применение фенформина в некоторых странах запрещено.



Тяжелые заболевания (как, например, лейкозы) могут сопро­вождаться лактатацидозом. В развитии такого ацидоза могут участвовать различные факторы, в частности, плохое кровоснаб­жение тканей и стимуляция анаэробного гликолиза в тканях зло­качественных новообразований.

Внутривенное вливание фруктозы может вызвать лактат ацидоз. В отличие от глюкозы фруктоза, когда ее концентрация в плазме низкая, поступает в клетки печени, где превращается в глюкозу. Скорость анаэробного гликолпза может превзойти по­тенциальную мощность ЦТК в печени даже в условиях слабой гипоксии. По этой причине в настоящее время фруктозу редко используют в качестве источника энергии при парентеральном питании.

При недостаточности глюкозо6фосфатазы (болезнь Гирке) скорость гликолиза возрастает, если Г6Ф не может быть пре­вращен в глюкозу в печени п почках.

Лечение лактатацидоза направлено па устранение pro при­чины и на ацидоз как таковой. Определения уровней лактата в крови редко бывают необходимыми, поскольку опасным является именно ацидоз; лактат сам по себе безвреден.

Гормоны, участвующие в гомеостазе глюкозы

Некоторые важные эффекты этих гормонов уже были описа­ны. Обобщающие сведения об пх действии представлены в табл. 17.