Пат физиология. Учебные пособия для студентов высших учебных заведений
 Скачать 7.09 Mb.
|
|
Глава 12. ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ТИПОВЫХ НАРУШЕНИЙ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ 12.1. НАРУШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА Энергия, необходимая для жизни, добывается из солнечного света путем фотосинтеза, который совершается в хлорофиллсодержащих мембранах растений. Источником энергии для травоядных животных служат питательные вещества, синтезированные растениями. Фитофаги же становятся пищей зоофагов. Для животных тех и других видов поставщиком энергии являются органические соединения, поступающие в организм. Основу жизнедеятельности всех представителей животного мира составляет энергетический обмен. Распад веществ, поступающих в организм, сопровождается выделением энергии, которая используется для собственных нужд. Процессы катаболизма динамично сочетаются с анаболизмом. Катаболизм — это ферментативное расщепление молекул корма и части собственных молекул организма с освобождением заключенной там энергии. Анаболизм — это ферментативный синтез компонентов клетки, осуществляемый с потреблением энергии. Энергия освобождается в процессе гидролитического расщепления углеводов, жиров и белков в желудочно-кишечном тракте, образования промежуточных и конечных продуктов обмена. Образование конечных продуктов сопряжено с высвобождением тепловой энергии и образованием макроэргических связей — аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), других высокоэнергетических соединений. За счет последующего распада АТФ до аденозинмонофосфата и аденозиндифосфата высвобождающаяся энергия удовлетворяет на 80 % энергозависимые процессы в клетке. К ниц относятся процессы синтеза, осмоса, механической работы, электровозбудимости и передачи электрического сигнала. Расстройство обмена энергии может происходить на разных этапах ее превращения: образования, транспортировки, использования. Образование энергии может быть нарушено в результате дефицита поступления в организм субстратов окисления при полном, неполном или частичном голодании животных, заболеваниях органов пищеварения, подавлении аппетита при инфекционных и иных заболеваниях. Катаболические процессы преобладают над анаболическими, развивается истощение. Кахексия, кроме того, может быть гормонального происхождения, результатом интенсивного распада злокачественных опухолей. В энергообразовании велика роль ферментов. Снижение их активности наблюдают при гипо- и авитаминозах. В результате подавляется гликолиз, повышается использование липидов и белков для энергетических нужд. Недостаток кислорода при аэробном окислении субстратов приводит к снижению энергообразования. Его дефицит является следствием либо гипоксемии, либо ишемизации тканей. Гипоксия центрального или локального происхождения — важнейшее патогенетическое звено многих заболеваний. Она сопровождается прежде всего нарушением использования глюкозы клетками, накоплением недоокисленных продуктов в клетке, торможение гликолиза. Образование энергии и ее нарушение зависят от сопряженной сти окисления и фосфорилирования. У здоровых животных количество энергии окисления, идущее на синтез АТФ и рассеивающееся в виде первичной теплоты, распределяется почти поровну. Адаптация к окружающей среде может изменять эти соотношения. Приспособление животных к холоду сопровождается выделением большого количества первичного тепла, уменьшением аккумулирования энергии в макроэргические соединения. Превышение внешней температуры комфортного уровня ведет к ограничению выделения первичной теплоты, повышению синтеза АТФ. Нарушение сопряжения между окислением и фосфорилированием наблюдают при различных формах патологии. Чаще всего энергия, освобождающаяся при переносе электронов, не трансформируется в макроэргические соединения, а выделяется в виде первичного рассеянного тепла. Разобщение окисления и фосфорилирования легко может быть модулировано введением животному 2,4-динитрофенола. АТФ синтезируется в митохондриях, но ее энергия используется вне этих органелл с помощью креатинфосфокиназной системы. Она переносит энергию к мембранам, другим органоидам. Поражение системы переноса даже на фоне достаточного уровня АТФ может привести к необратимым повреждениям клетки. Одной из причин ингибиции креатинфосфокиназной системы является ишемия. Она сопровождается прекращением ресинтеза элементов системы и транспорта энергии, от чего особенно страдает сократительная функция миофибрилл миокарда, поперечнополосатых мышц. Конечное звено обмена энергии в клетке — ее использование. За счет энергии АТФ осуществляются все синтетические процессы, их нарушения проявляются в скорости деления клеток, регенерации после повреждения, заживлении ран, восстановлении структуры и функции поврежденных органоидов, клеток, тканей. Энергозависима осмотическая функция клетки. Благодаря К+-, Na+-, Са2+-зависимым аденозинтрифосфатазам освобождается энергия, необходимая для поддержания ионного состава на внешней и внутренней поверхностях мембран. Активный транспорт ионов, связанный с состоянием АТФ-аз, может быть нарушен. Проникновение Na+ в клетку стимулирует фосфорилирование, выход К+ сопровождается дефосфорилированием белков, поступление Са2+ в кардиомиоциты вызывает экстрасистолию. Энергозависима ионная поляризация мембран возбудимых клеток, поэтому зарождение потенциала действия может быть заторможено блокированием АТФ, повышением активности АТФ-аз. Кумулированная в АТФ энергия необходима для реализации механических клеточных функций. Мышечное сокращение сопровождается потреблением энергии, освобождаемой расщепляющейся АТФ. Ресинтез АТФ в мышце происходит благодаря креатинфосфату. Электромеханическое сопряжение может быть нарушено недостаточным количеством энергии макроэргичес-ких соединений или нарушением ее внутриклеточного транспорта. 12.2. НАРУШЕНИЯ ОСНОВНОГО ОБМЕНА Под основным обменом понимают суммарную величину энергетических трат животного организма в состоянии относительного покоя, натощак и при оптимальных внешних условиях. Эти энергетические траты у здоровых животных зависят от вида и породы, их анатомо-физиологических особенностей (полигастричные, моногастричные), массы тела, пола, возраста, индивидуальных особенностей. На количество потребляемой организмом энергии влияют и внешние факторы — характер питания, сезон года (зимой выше, летом ниже), метеорологические условия (атмосферное давление, холод, тепло, ветер, дождь), санитарно-гигиенические параметры животноводческих помещений, вид продуктивности, интенсивность эксплуатации и др. Основной обмен в той или иной степени изменяется при заболеваниях животных. Энергетические затраты у здоровых и больных животных определяют путем прямой и непрямой калориметрии. Метод прямой калориметрии основан на точном учете выделяемого организмом тепла. Животное помещают в специальную камеру (калориметр), между двойными стенками которой находится вода. По степени ее нагревания определяют количество выделяемых объектом исследования калорий в единицу времени. Метод непрямой калориметрии основан на учете количества поглощаемого кислорода и выделяемой двуокиси углерода. Калорический эквивалент кислорода зависит от величины дыхательного коэффициента, т. е. отношения объема выделяемой двуокиси углерода к объему поглощенного за то же время кислорода. При окислении углеводов в организме плотоядных животных дыхательный коэффициент равен 1, так как на 1 моль потребленного кислорода выделяется 1 моль двуокиси углерода. При окислении жира, молекула которого содержит много атомов водорода и мало атомов кислорода, дыхательный коэффициент равен 0,7, ибо СО2 образуется меньше, чем потребляется кислорода. При окислении белков дыхательный коэффициент равен 0,8. Результаты определения основного обмена методом прямой и непрямой калориметрии совпадают. Но в случаях патологии установлены расхождения показателей. Объяснение этому феномену' было получено лишь после открытия сопряженности окисления и фосфорилирования. У разных представителей взрослых продуктивных животных основной обмен, по усредненным данным, равен (ккал/сут, 1 ккал = 4,19 кДж): лошадь—12000 ккал, бык —6200, свинья— 2400, овца — 1160, коза — 800, гусь — 270, курица — 115 ккал. Показателем патологии считают отклонение энергетического обмена на 10—15 % от оптимальных величин. Повышение основного обмена. Увеличение затрат энергии в состоянии относительного покоя свидетельствует о преобладании у животных катаболических процессов. К наиболее часто встречающимся причинам следует отнести такие, которые сопровождаются разобщением процессов окисления и фосфорилирования. Особо важная роль в регулировании интенсивности обменных процессов принадлежит щитовидной железе. Тиреотоксикоз, обусловленный избыточным выделением тироксина, нарушает проницаемость митохондрий, влияет на сопряженность окисления и фосфорилирования. Больше энергии рассеивается в виде первичной теплоты. Эффективность энергии корма уменьшается. Соматотропный гормон гипофиза, адреналин также обладают выраженным стимулирующим действием на основной обмен. Свободное окисление активируют половые гормоны прогестерон, тестостерон. Помимо гормонального стимулирования к повышению основного обмена приводит активация симпатической нервной системы, эмоциональный стресс, лихорадочная реакция, когда подъем температуры на 1 °С повышает энергетические потребности на 10 %, интоксикация (раневая, раковая), одышка и тахикардия, наблюдаемые в покое. Основной обмен усиливается в период сенсибилизации и после реинъекции антигена (аллергена). Снижение основного обмена. Наблюдают у животных, страдающих от алиментарной недостаточности. Отсутствие или снижение поступления в организм субстратов окисления ведет к адаптивной перестройке обменных процессов. Атрофия мышц, гиподинамия способствуют падению уровня обмена. Особое значение имеет функциональная недостаточность многих желез внутренней секреции (гипофункция гипофиза, надпочечников, щитовидной железы, половых желез). 12.3. НАРУШЕНИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА В организме животных углеводы участвуют в разнообразных метаболических реакциях, взаимодействуя с белками и липидами. Одна из главных функций углеводов состоит в том, что они представляют собой основной энергетический субстрат для клеток всех тканей, но особенно нервной. Установлено, что 67 % глюкозы крови потребляют клетки центральной нервной системы. Нарушение переваривания и всасывания углеводов. Углеводы поступают в организм с растительной и животной пищей в виде моно-, ди- и полисахаридов. Может быть избыточное, а чаще недостаточное снабжение животных углеводами. Последнее обстоятельство сразу сказывается на межуточном обмене веществ, так как для энергетических целей начинают использоваться жиры и в какой-то степени белки. Недостаточная обеспеченность организма углеводами возможна в результате нарушения процессов переваривания и всасывания. Недостаточное поступление гликолитических ферментов поджелудочной железы и кишечного сока (амилаза, лактаза) при водит к выведению из организма молочного сахара и зерен крахмала. Крахмал появляется в фекальных массах (амилорея), что служит косвенным признаком нарушения полостного переваривания углеводов. Дефицит лактазы не обеспечивает расщепления лактозы до галактозы и глюкозы. Лактоза всасывается в кровь и выводится почками (лактозурия). Ее прохождение через почечные канальцы обусловливает их повреждение. Неутилизированные сахара усиливают в толстом кишечнике брожение, сопровождающееся метеоризмом и диареей. Полное расщепление углеводов до Сахаров в тонком кишечнике не всегда завершается всасыванием. Всасывание — процесс энергозависимый. Глюкоза транспортируется через мембрану энтероцита только при участии процессов фосфорилирования и последующего дефосфорилирования. Поэтому всасывание тормозится при воспалительных явлениях, отеке слизистой оболочки кишечника, гипоксии, блокаде процессов фосфорилирования ферментными ядами, такими, как монойодуксусная кислота, флоридзин. Вторичная сахаридазная недостаточность полостного пищеварения возможна при сердечно-сосудистой патологии, шоковых состояниях, язвенной болезни, опухолевых процессах в органах брюшной полости. Снижение секреции панкреатического и кишечного соков связано с возникающим дефицитом пластических и энергетических субстратов. От кишечных ворсинок глюкоза по системе воротной вены поступает в печень. Одна из функций печени — гликогенообразовательная. В гепатоцитах глюкоза подвергается фосфорилированию с образованием глюкозо-6-фосфата, который используется для синтеза гликогена. В последующем под влиянием соответствующего фермента по мере необходимости происходит расщепление глюкозо-6-фосфата с освобождением свободной глюкозы, необходимой для поддержания уровня сахара в крови. Моносахара плазмы крови используются клетками тканей для синтеза гликогена, нуклеиновых кислот, мукополисахаридов, цереброзидов, протеогликанов. Нарушения синтеза гликогена (агликогеноз) могут быть генетически обусловленными (у животных не описаны) и появляющимися в процессе онтогенеза под влиянием токсигенов, гипоксии, авитаминозов, алиментарной недостаточности. Резко падает его содержание в печени, мышцах, почках, что, в свою очередь, рефлекторно усиливает липолиз в жировых депо. Гиперлипемия сопровождается инфильтрацией и жировой дистрофией, прежде всего печени. Активация распада, снижение содержания гликогена в печени, мышцах, других органах наблюдается при повышенной потребности в энергии, обусловленной стрессогенными нагрузками, усиленной мышечной работой, алиментарной недостаточностью. Гликогенолиз усилен при лихорадке, бактерийной интоксикации, действии химических веществ (ртуть, мышьяк, фосфор), опухолевом росте, усиленной продукции адреналина и гликогена. У молодых животных возможен дефект ферментных систем, катализирующих расщепление гликогена. Поэтому он начинает интенсивно накапливаться прежде всего в печени, мышцах, почках, сердце, ткани головного мозга. Причина гликогеноза пока не установлена. Полагают, что болезнь генетически обусловлена, передается по аутосомно-рецессивному типу. Любые расстройства метаболизма гликогена сопровождаются снижением функциональной активности пораженных клеток (нервных, фагоцитов, миоцитов, кардиомиоцитов, гепатоцитов, энтероцитов и др.). Нарушения межуточного обмена углеводов. Непрерывный процесс гликолиза и окислительного фосфорилирования требует постоянной доставки тканям глюкозы и кислорода. Гипоксия, другие патологические процессы в печени, мышцах нарушают метаболические превращения углеводов. Снижение поступления кислорода приводит к преобладанию анаэробного гликолиза над фосфорилированием. Энергообеспеченность ткани и зависящая от нее функциональная активность клеток понижаются, нарастает содержание молочной и пировинограднои кислот, развивается лактоцидемический ацидоз. Так, если у клинически здоровых дойных коров содержание пировинограднои кислоты в крови составляет 0,61 + 0,02 мг/100 мл, а молочной — 12,4 ± 0,57 мг/100 мл, то у коров с дистрофическими процессами в печени — 1,54 ± 0,03 мг/100 мл и 25,1 ± 1,09 мг/100 мл соответственно. Причиной нарушения межуточного обмена углеводов может быть недостаточное поступление в организм тиамина. Витамин В1 представляет собой кофермент карбоксилазы. Снижение ее активности ведет к накоплению пировинограднои кислоты, появлению ее в крови и моче. Пируват оказывает выраженное токсическое действие на нервные клетки. Замедлена передача нервного импульса по аксонам и дендритам, снижена выработка медиатора — ацетилхолина. У животных, страдающих тиаминовой недостаточностью, заболевание проявляется полиневритом. Наиболее чувствительны к заболеванию птицы (куры, голуби) и пушные звери (норки). Изменение содержания глюкозы в крови. Уровень углеводов в крови поддерживается нейрогуморальными механизмами. Стимуляция вентромедиальных ядер гипоталамуса активирует симпатическую иннервацию, повышает гликогенолиз в печени, вызывает гипергликемию. Раздражение вентролатеральных ядер стимулирует парасимпатические нервы, тормозит гликогенолиз, снижает содержание сахара в крови. Гормональная регуляция определяется соотношением инсулина и контринсулярных гормонов (АКТГ, СТГ, глюкокортикоидов). Изменение концентрации глюкозы в крови воспринимается глюкорецепторами мембран бета-клеток поджелудочной железы. Уровень глюкозы в крови здоровых взрослых животных колеблется (мг/100 мл): крупный рогатый скот — 40—60, лошади — 55— 95, свиньи — 45—75, собаки — 60—80, куры — 80—140, кролики — 75-85. У больных животных эти показатели могут существенно меняться за счет интенсивности поступления углеводов, синтеза гликогена, уровня потребления глюкозы, соотношения этих процессов. Гипогликемия. Под гипогликемией понимают уменьшение содержания глюкозы в крови. Основные ее причины:
Последствия гипогликемии обусловлены прежде всего изменениями деятельности центральной нервной системы. Глюкоза для ее клеток является основным энергетическим субстратом. Недостаток сахара приводит к истощению энергетических резервов в виде макроэргических соединений, усилению катаболических процессов, гипоксии структур мозга, внутриклеточной гипергидратации. Повышение проницаемости стенок сосудов сопровождается отеком мозга, возможностью кровоизлияний и тромбоза. У жвачных животных возможно развитие гипогликемического синдрома, проявляющегося первоначально астеническим состоянием, затрудненностью передвижения. В последующем наблюдается беспокойство, появляются дрожь, клонические и тонические судороги, обильная саливация, непроизвольные дефекация и мочеиспускание. Одышка, тахикардия, зрачки расширены. Возможно развитие коматозного состояния. Высокопродуктивные коровы значительное количество глюкозы используют для синтеза молочного жира, что создает предпосылки для возможного развития у них гипогликемии. В печени снижается уровень гликогена, туда в изобилии поступает жир. Использование его для энергетических целей в повышенном количестве приводит к кетонемии и кетонурии. В крови и моче появляются избыточные количества кетоновых тел (ацетоуксусная кислота, бета-оксимасляная и ацетон), обладающих токсическими свойствами. Гипогликемия имеет немаловажное значение в генезе родильного пареза у коров. Нервные явления бесследно исчезают после внутривенного введения глюкозы с кальция хлоридом. Компенсаторные реакции, возникающие у животных в ответ на снижение уровня сахара в крови, сводятся к активации симпато-адреналовой системы, повышению уровня контринсулярных,гормонов в крови, стимулирующих процессы гликогенолиза, гликонеогенеза, липолиза. Свободные жирные кислоты снижают утилизацию глюкозы мышечной и жировой тканями, чем способствуют задержке глюкозы в крови, выравниванию ее уровня. Гипергликемия. Под гипергликемией понимают увеличение содержания глюкозы в крови. Выделяют следующие причины возникновения гипергликемии:
Гипергликемию выявляют у животных, больных сахарным диабетом, нефритом, циррозом печени; при болезни Ауески, миогло-бинурии лошадей, атониях преджелудков у жвачных. Гипергликемический синдром проявляется резко повышенным аппетитом (булимия) и избыточным приемом корма (полифагия), жаждой (полидипсия), общей вялостью, истощением, обильным диурезом (полиурия) и выделением глюкозы с мочой (глюкозурия). |