Kolhydratmetabolism

Kolhydrater är den huvudsakliga energikällan: 1 g kolhydrater frigör 16,7 kJ (4 kcal) när de bryts ner helt. Dessutom är kolhydrater i form av mukopolysackarider en del av bindväven, och i form av komplexa föreningar (glykoproteiner, lipopolysackarider) är de strukturella element i celler, såväl som komponenter i vissa aktiva biologiska substanser (enzymer, hormoner, immunförsvar etc.).

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

Kolhydrater i kosten

Andelen kolhydrater i barns kost beror till stor del på ålder. Hos barn under det första levnadsåret är kolhydratinnehållet som tillgodoser energibehovet 40 %. Efter ett år ökar det till 60 %. Under de första månaderna i livet täcks behovet av kolhydrater av mjölksocker - laktos, som är en del av bröstmjölken. Vid artificiell matning med mjölkersättning får barnet även sackaros eller maltos. Efter introduktionen av kompletterande livsmedel börjar polysackarider (stärkelse, delvis glykogen) komma in i kroppen, vilket huvudsakligen täcker kroppens behov av kolhydrater. Denna typ av näring för barn främjar både bildandet av amylas i bukspottkörteln och dess utsöndring med saliv. Under de första dagarna och veckorna i livet är amylas praktiskt taget frånvarande, och salivproduktionen är obetydlig, och först från 3-4 månader börjar utsöndringen av amylas och salivproduktionen ökar kraftigt.

Det är känt att stärkelsehydrolys sker under påverkan av salivamylas och pankreasjuice; stärkelse bryts ner till maltos och isomaltos.

Tillsammans med livsmedelsdisackarider - laktos och sackaros - bryts maltos och isomaltos på ytan av tarmtarmen i tarmslemhinnan under inverkan av disackaridaser ner till monosackarider: glukos, fruktos och galaktos, vilka resorberas genom cellmembranet. Processen för glukos- och galaktosresorption är förknippad med aktiv transport, som består av fosforylering av monosackarider och deras omvandling till glukosfosfat och sedan till glukos-6-fosfat (respektive galaktosfosfater). Sådan aktivering sker under inverkan av glukos- eller galaktoskinaser med förbrukning av en makroergisk bindning av ATP. Till skillnad från glukos och galaktos resorberas fruktos nästan passivt, genom enkel diffusion.

Disackaridaser i fostrets tarm bildas beroende på graviditetsåldern.

Tidpunkt för utveckling av mag-tarmfunktioner, tidpunkt för upptäckt och svårighetsgrad som en procentandel av samma funktion hos vuxna

Kolhydratabsorption	Första detektionen av enzymet, vecka	Svårighetsgrad, % av vuxna
A-Amylas pankreatisk	22	5
Α-amylas från spottkörtlar	16	10
Laktas	10	Mer än 100
Sackaros och isomaltas	10	100
Glukoamylas	10	50
Absorption av monosackarider	11	92

Det är uppenbart att aktiviteten hos maltas och sackaris ökar tidigare (6-8 månaders graviditet) och senare (8-10 månader) - laktas. Aktiviteten hos olika disackaridaser i cellerna i tarmslemhinnan studerades. Det visade sig att den totala aktiviteten hos alla maltaser vid födseln motsvarar i genomsnitt 246 μmol splittrad disackarid per 1 g protein per minut, den totala aktiviteten hos sackaris - 75, den totala aktiviteten hos isomaltas - 45 och den totala aktiviteten hos laktas - 30. Dessa data är av stort intresse för barnläkare, eftersom det blir tydligt varför ett ammat barn smälter dextrin-maltosblandningar väl, medan laktos lätt orsakar diarré. Den relativt låga aktiviteten hos laktas i tunntarmens slemhinna förklarar det faktum att laktasbrist observeras oftare än brist på andra disackaridaser.

[ 7 ], [ 8 ]

Försämrat kolhydratupptag

Det finns både övergående och medfödd laktosmalabsorption. Den första formen orsakas av en fördröjd mognad av intestinalt laktas och försvinner därför med åldern. Den medfödda formen kan observeras under lång tid, men är som regel mest uttalad från födseln under amning. Detta förklaras av att laktoshalten i bröstmjölk är nästan 2 gånger högre än i komjölk. Kliniskt utvecklar barnet diarré, som kännetecknas av, tillsammans med lös avföring (mer än 5 gånger om dagen), skummande avföring med en sur reaktion (pH mindre än 6). Symtom på uttorkning kan också observeras, vilket manifesterar sig som ett allvarligt tillstånd.

Vid högre ålder uppstår den så kallade laktasrepressionen, när dess aktivitet minskar avsevärt. Detta förklarar varför ett betydande antal människor inte tolererar naturlig mjölk, medan fermenterade mjölkprodukter (kefir, acidophilus, yoghurt) absorberas väl. Laktasbrist drabbar cirka 75 % av personer av afrikansk och indisk härkomst, upp till 90 % av personer av asiatisk härkomst och 20 % av européer. Medfödd malabsorption av sackaros och isomaltos är mindre vanligt. Det manifesterar sig vanligtvis hos barn som får sinsemellan mjölkblandningar berikade med sackaros, och vid introduktion av juicer, frukt eller grönsaker som innehåller denna disackarid i kosten. Kliniska manifestationer av sackarosbrist liknar dem vid laktosmalabsorption. Disackaridasbrist kan också vara rent förvärvad, vara en konsekvens eller komplikation av en mängd olika sjukdomar som barnet lider av. De främsta orsakerna till disackaridasbrist listas nedan.

Konsekvens av exponering för skadliga faktorer:

• efter enterit av viral eller bakteriell etiologi;
• den speciella betydelsen av rotavirusinfektion;
• undernäring;
• giardiasis;
• efter nekrotisk enterokolit;
• immunologisk brist;
• celiaki;
• cytostatisk behandling;
• intolerans mot komjölksprotein;
• hypoxiska tillstånd under perinatalperioden;
• Gulsot och dess fototerapi.

Omognad av penselkanten:

• för tidig födsel;
• omognad vid födseln.

Konsekvenser av kirurgiska ingrepp:

• gastrostomi;
• ileostomi;
• kolostomi;
• resektion av tunntarmen;
• tunntarmanastomoser.

Liknande kliniska manifestationer har beskrivits i fall av nedsatt aktivering av monosackarider - glukos och galaktos. De bör särskiljas från fall där kosten innehåller för mycket av dessa monosackarider, vilka, med hög osmotisk aktivitet, orsakar att vatten kommer in i tarmen. Eftersom monosackarider absorberas från tunntarmen till V. portae-poolen, kommer de först in i levercellerna. Beroende på förhållandena, som huvudsakligen bestäms av glukoshalten i blodet, omvandlas de till glykogen eller kvarstår som monosackarider och transporteras med blodflödet.

I vuxnas blod är glykogenhalten något lägre (0,075-0,117 g/l) än hos barn (0,117-0,206 g/l).

Syntesen av kroppens reservkolhydrat - glykogen - utförs av en grupp olika enzymer, vilket resulterar i bildandet av starkt grenade molekyler bestående av glukosrester som är sammanlänkade med 1,4- eller 1,6-bindningar (glykogens sidokedjor bildas av 1,6-bindningar). Vid behov kan glykogen återigen brytas ner till glukos.

Glykogensyntesen börjar i levern under den 9:e veckan av intrauterin utveckling. Emellertid sker den snabba ackumuleringen först före födseln (20 mg/g lever per dag). Därför är koncentrationen av glykogen i fostrets levervävnad vid födseln något högre än hos en vuxen. Cirka 90 % av det ackumulerade glykogenet används under de första 2–3 timmarna efter födseln, och resterande glykogen förbrukas inom 48 timmar.

Detta tillgodoser faktiskt nyföddas energibehov under de första dagarna i livet, när barnet får lite mjölk. Från den andra levnadsveckan börjar glykogenackumuleringen igen, och vid den tredje levnadsveckan når dess koncentration i levervävnaden vuxennivån. Levermassan hos barn är dock betydligt mindre än hos vuxna (hos barn i åldern 1 år är levermassan lika med 10 % av en vuxens levermassa), så glykogenreserverna hos barn förbrukas snabbare, och de måste fylla på dem för att förhindra hypoglykemi.

Förhållandet mellan intensiteten i glykogenes- och glykogenolysprocesserna bestämmer till stor del blodsockerhalten - glykemi. Detta värde är ganska konstant. Glykemi regleras av ett komplext system. Den centrala länken i denna reglering är det så kallade sockercentret, vilket bör betraktas som en funktionell sammanslutning av nervcentra belägna i olika delar av det centrala nervsystemet - hjärnbarken, subcortex (lentiulär kärna, striatum), hypotalamusregionen, medulla oblongata. Tillsammans med detta deltar många endokrina körtlar (bukspottkörteln, binjurarna, sköldkörteln) i regleringen av kolhydratmetabolismen.

Störningar i kolhydratmetabolismen: lagringssjukdomar

Emellertid kan medfödda störningar i enzymsystemen observeras, där syntesen eller nedbrytningen av glykogen i levern eller musklerna kan störas. Dessa störningar inkluderar glykogenbristsjukdom. Den är baserad på en brist på enzymet glykogensyntetas. Sällsyntheten hos denna sjukdom förklaras troligen av svårigheten att diagnostisera och ett snabbt ogynnsamt resultat. Nyfödda upplever hypoglykemi mycket tidigt (även mellan matningar) med kramper och ketos. Oftare beskrivs fall av glykogensjukdom, när glykogen med normal struktur ackumuleras i kroppen eller glykogen med en oregelbunden struktur som liknar cellulosa (amylopektin) bildas. Denna grupp är som regel genetiskt betingad. Beroende på bristen på vissa enzymer involverade i glykogenmetabolismen särskiljs olika former eller typer av glykogenoser.

Typ I, som inkluderar hepatorenal glykogenos, eller Gierkes sjukdom, är baserad på glukos-6-fosfatasbrist. Detta är den allvarligaste formen av glykogenos utan strukturella glykogenrubbningar. Sjukdomen är recessiv; manifesterar sig kliniskt omedelbart efter födseln eller i spädbarnsåldern. Hepatomegali är karakteristisk och åtföljs av hypoglykemiska kramper och koma, ketos. Mjälten ökar aldrig i storlek. Senare observeras tillväxthämning och kroppsoproportioner (buken är förstorad, kroppen är förlängd, benen är korta, huvudet är stort). Mellan matningarna observeras blekhet, svettningar och medvetslöshet som ett resultat av hypoglykemi.

Typ II glykogenos - Pompes sjukdom, som är baserad på brist på surt maltas. Den manifesterar sig kliniskt strax efter födseln, och sådana barn dör snabbt. Lever- och kardiomegali, muskelhypotoni observeras (barnet kan inte hålla huvudet eller suga). Hjärtsvikt utvecklas.

Typ III glykogenos - Coris sjukdom, orsakad av en medfödd defekt av amylo-1,6-glukosidas. Överföringen är recessiv-autosomal. Kliniska manifestationer liknar typ I - Gierkes sjukdom, men mindre allvarlig. Till skillnad från Gierkes sjukdom är detta en begränsad glykogenos, som inte åtföljs av ketos och svår hypoglykemi. Glykogen deponeras antingen i levern (hepatomegali) eller i levern och samtidigt i musklerna.

Typ IV - Andersens sjukdom - orsakas av brist på 1,4-1,6-transglukosidas, vilket resulterar i bildandet av glykogen med en oregelbunden struktur som liknar cellulosa (amylopektin). Det är som en främmande kropp. Gulsot och hepatomegali observeras. Levercirros med portalhypertension utvecklas. Som ett resultat utvecklas åderbråck i magsäcken och matstrupen, vars bristning orsakar riklig magblödning.

Typ V - muskelglykogenos, McArdles sjukdom - utvecklas på grund av brist på muskelfosforylas. Sjukdomen kan manifestera sig under den tredje levnadsmånaden, då det noteras att barn inte kan amma under en längre tid och snabbt blir trötta. På grund av den gradvisa ansamlingen av glykogen i de tvärstrimmiga musklerna observeras dess falska hypertrofi.

Typ VI glykogenos - Hertz sjukdom - orsakas av brist på leverfosforylas. Kliniskt upptäcks hepatomegali, hypoglykemi förekommer mer sällan. Tillväxthämning noteras. Förloppet är mer gynnsamt än i andra former. Detta är den vanligaste formen av glykogenos.

Andra former av lagringssjukdomar observeras också när mono- eller polyenzymrubbningar detekteras.

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

Blodsocker som en indikator på kolhydratmetabolism

En av indikatorerna på kolhydratmetabolism är blodsockernivån. Vid födseln motsvarar barnets glykeminivå moderns, vilket förklaras av fri transplacental diffusion. Från de första timmarna av livet observeras dock en minskning av sockerhalten, vilket förklaras av två skäl. En av dem, den mer betydande, är bristen på kontrainsulära hormoner. Detta bevisas av det faktum att adrenalin och glukagon kan öka blodsockernivån under denna period. En annan orsak till hypoglykemi hos nyfödda är att glykogenreserverna i kroppen är mycket begränsade, och en nyfödd som ammas några timmar efter födseln förbrukar dem. Vid 5:e-6:e levnadsdagen ökar sockerhalten, men hos barn förblir den relativt lägre än hos vuxna. Ökningen av sockerkoncentrationen hos barn efter det första levnadsåret är vågliknande (den första vågen - vid 6 års ålder, den andra - vid 12 års ålder), vilket sammanfaller med ökningen av deras tillväxt och en högre koncentration av somatotropiskt hormon. Den fysiologiska gränsen för glukosoxidation i kroppen är 4 mg/(kg • min). Därför bör den dagliga dosen glukos vara från 2 till 4 g/kg kroppsvikt.

Det bör betonas att glukosupptag vid intravenös administrering sker snabbare hos barn än hos vuxna (det är känt att intravenöst administrerat glukos vanligtvis förbrukas av kroppen inom 20 minuter). Därför är barns tolerans mot kolhydratbelastning högre, vilket måste beaktas när man studerar glykemiska kurvor. För att studera den glykemiska kurvan används till exempel en genomsnittlig belastning på 1,75 g/kg.

Samtidigt har barn en svårare diabetes mellitus, för vars behandling det som regel är nödvändigt att använda insulin. Diabetes mellitus hos barn upptäcks oftast under perioder av särskilt intensiv tillväxt (den första och andra fysiologiska förlängningen), då en kränkning av korrelationen av endokrina körtlar oftare observeras (aktiviteten hos hypofysens somatotropa hormon ökar). Kliniskt manifesteras diabetes hos barn av törst (polydipsi), polyuri, viktminskning och ofta ökad aptit (polyfagi). En ökning av blodsockret (hyperglykemi) och uppkomsten av socker i urinen (glukosuri) upptäcks. Ketoacidos är vanligt.

Sjukdomen beror på insulinbrist, vilket gör det svårt för glukos att penetrera cellmembranen. Detta orsakar en ökning av dess innehåll i extracellulärvätskan och blodet, och ökar även nedbrytningen av glykogen.

I kroppen kan glukos brytas ner på flera sätt. De viktigaste av dessa är den glykolytiska kedjan och pentoscykeln. Nedbrytning längs den glykolytiska kedjan kan ske både under aeroba och anaeroba förhållanden. Under aeroba förhållanden leder det till bildandet av pyrodruvsyra och under anaeroba förhållanden mjölksyra.

I levern och hjärtmuskeln sker processerna aerobt, i erytrocyter - anaerobt, i skelettmuskler under intensivt arbete - övervägande anaerobt, under vila - övervägande aerobt. Den aeroba vägen är mer ekonomisk för organismen, eftersom den resulterar i bildandet av mer ATP, vilket bär en stor energireserv. Anaerob glykolys är mindre ekonomisk. Generellt sett kan celler genom glykolys snabbt, om än oekonomiskt, förses med energi oavsett "leverans" av syre. Aerob nedbrytning i kombinationen av den glykolytiska kedjan - Krebs cykel är den huvudsakliga energikällan för organismen.

Samtidigt, genom omvänt flöde av den glykolytiska kedjan, kan kroppen syntetisera kolhydrater från mellanprodukter av kolhydratmetabolismen, såsom pyruvinsyra och mjölksyra. Omvandlingen av aminosyror till pyruvinsyra, α-ketoglutarat och oxalacetat kan leda till bildandet av kolhydrater. Processerna i den glykolytiska kedjan är lokaliserade i cellernas cytoplasma.

En studie av förhållandet mellan glykolytiska kedjemetaboliter och Krebs cykel i barns blod visar ganska signifikanta skillnader jämfört med vuxna. Blodserumet hos en nyfödd och ett barn under det första levnadsåret innehåller en ganska betydande mängd mjölksyra, vilket indikerar förekomsten av anaerob glykolys. Barnets kropp försöker kompensera för den överdrivna ansamlingen av mjölksyra genom att öka aktiviteten hos enzymet laktatdehydrogenas, vilket omvandlar mjölksyra till pyrodruvsyra och dess efterföljande inkludering i Krebs cykel.

Det finns också vissa skillnader i innehållet av laktatdehydrogenas-isoenzymer. Hos små barn är aktiviteten i den 4:e och 5:e fraktionen högre och innehållet i den 1:a fraktionen är lägre.

Ett annat, inte mindre viktigt, sätt att klyva glukos är pentoscykeln, som börjar med den glykolytiska kedjan på nivån av glukos-6-fosfat. Som ett resultat av en cykel klyvs en av de 6 glukosmolekylerna helt till koldioxid och vatten. Detta är en kortare och snabbare sönderfallsväg, vilket ger frisättning av en stor mängd energi. Som ett resultat av pentoscykeln bildas också pentoser, som används av kroppen för biosyntes av nukleinsyror. Detta förklarar förmodligen varför pentoscykeln är av stor betydelse hos barn. Dess viktigaste enzym är glukos-6-fosfatdehydrogenas, vilket ger kopplingen mellan glykolys och pentoscykeln. Aktiviteten hos detta enzym i blodet hos barn i åldern 1 månad - 3 år är 67-83, 4-6 år - 50-60, 7-14 år - 50-63 mmol/g hemoglobin.

Störning av pentoscykeln för glukosnedbrytning på grund av brist på glukos-6-fosfatdehydrogenas ligger till grund för icke-sfärocytisk hemolytisk anemi (en av typerna av erytrocytopati), som manifesteras av anemi, gulsot, splenomegali. Hemolytiska kriser provoceras som regel av att ta läkemedel (kinin, kinidin, sulfonamider, vissa antibiotika, etc.), vilket ökar blockaden av detta enzym.

En liknande klinisk bild av hemolytisk anemi observeras på grund av brist på pyruvatkinas, vilket katalyserar omvandlingen av fosfoenolpyruvat till pyruvat. De kännetecknas av en laboratoriemetod som bestämmer aktiviteten hos dessa enzymer i erytrocyter.

Störningar i glykolysen i blodplättar ligger till grund för patogenesen hos många tromboastenier, vilket kliniskt manifesteras av ökad blödning med ett normalt antal blodplättar, men nedsatt funktion (aggregering) och intakta koagulationsfaktorer. Det är känt att en persons huvudsakliga energimetabolism är baserad på användningen av glukos. De återstående hexoserna (galaktos, fruktos) omvandlas som regel till glukos och genomgår en fullständig nedbrytning. Omvandlingen av dessa hexoser till glukos utförs av enzymsystem. Brist på enzymer som omvandlar denna omvandling ligger till grund för gstaktosemi och fruktosemi. Dessa är genetiskt betingade enzymopatier. Vid gstaktosemi finns det en brist på galaktos-1-fosfat-uridyltransferas. Som ett resultat ackumuleras galaktos-1-fosfat i kroppen. Dessutom avlägsnas en stor mängd fosfater från cirkulationen, vilket orsakar brist på ATP, vilket orsakar skador på energiprocesser i celler.

De första symtomen på galaktosemi uppträder strax efter att man börjat mata barn med mjölk, särskilt bröstmjölk, som innehåller en stor mängd laktos, vilket inkluderar lika delar glukos och galaktos. Kräkningar uppstår, kroppsvikten ökar dåligt (hypotrofi utvecklas). Därefter uppstår hepatosplenomegali med gulsot och grå starr. Ascites och åderbråck i matstrupe och magsäck kan utvecklas. Urinundersökning avslöjar galaktosuri.

Vid galaktosemi måste laktos uteslutas från kosten. Speciellt framställda mjölkersättningar används, där laktoshalten är kraftigt reducerad. Detta säkerställer barns korrekta utveckling.

Fruktosemi utvecklas när fruktos inte omvandlas till glukos på grund av brist på fruktos-1-fosfataldolas. Dess kliniska manifestationer liknar de vid galaktosemi, men uttrycks i mildare grad. Dess mest karakteristiska symtom är kräkningar, kraftig aptitminskning (upp till anorexi) när barn får fruktjuicer, sötade flingor och puréer (sackaros innehåller fruktos och glukos). Därför förvärras kliniska manifestationer särskilt när barn överförs till blandad och artificiell utfodring. Vid äldre ålder tolererar patienter inte sötsaker och honung, som innehåller ren fruktos. Fruktosuri upptäcks vid urinundersökning. Det är nödvändigt att utesluta sackaros och produkter som innehåller fruktos från kosten.