Metabolizam ugljikohidrata

Ugljikohidrati su glavni izvor energije: 1 g ugljikohidrata, kada se potpuno razgradi, oslobađa 16,7 kJ (4 kcal). Osim toga, ugljikohidrati u obliku mukopolisaharida dio su vezivnog tkiva, a u obliku složenih spojeva (glikoproteini, lipopolisaharidi) strukturni su elementi stanica, kao i komponente nekih aktivnih bioloških tvari (enzimi, hormoni, imunološka tijela itd.).

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

Ugljikohidrati u prehrani

Udio ugljikohidrata u prehrani djece uvelike ovisi o dobi. Kod djece prve godine života sadržaj ugljikohidrata koji osigurava potrebu za energijom iznosi 40%. Nakon godinu dana povećava se na 60%. U prvim mjesecima života potrebu za ugljikohidratima pokriva mliječni šećer - laktoza, koja je dio majčinog mlijeka. Umjetnim hranjenjem mliječnim formulama dijete dobiva i saharozu ili maltozu. Nakon uvođenja dohrane, u tijelo počinju ulaziti polisaharidi (škrob, dijelom glikogen) koji uglavnom pokrivaju potrebe tijela za ugljikohidratima. Ova vrsta prehrane za djecu potiče i stvaranje amilaze gušteračom i njezino izlučivanje slinom. U prvim danima i tjednima života amilaza praktički ne postoji, a slinjenje je neznatno, a tek od 3-4 mjeseca počinje izlučivanje amilaze i slinjenje se naglo povećava.

Poznato je da se hidroliza škroba događa pod utjecajem slinovnice i gušteračnog soka; škrob se razgrađuje na maltozu i izomaltozu.

Uz disaharide iz hrane - laktozu i saharozu - maltoza i izomaltoza na površini crijevnih resica crijevne sluznice pod utjecajem disaharidaza razgrađuju se na monosaharide: glukozu, fruktozu i galaktozu, koji se resorbira kroz staničnu membranu. Proces resorpcije glukoze i galaktoze povezan je s aktivnim transportom, koji se sastoji od fosforilacije monosaharida i njihove pretvorbe u glukoza-fosfat, a zatim u glukoza-6-fosfat (odnosno, galaktoza-fosfate). Takva aktivacija događa se pod utjecajem glukoza- ili galaktoza kinaza uz utrošak jedne makroergične veze ATP-a. Za razliku od glukoze i galaktoze, fruktoza se resorbira gotovo pasivno, jednostavnom difuzijom.

Disaharidaze u fetalnom crijevu nastaju ovisno o gestacijskoj dobi.

Vrijeme razvoja funkcija gastrointestinalnog trakta, vrijeme otkrivanja i težina kao postotak iste funkcije u odraslih

Apsorpcija ugljikohidrata	Prvo otkrivanje enzima, tjedan dana	Ozbiljnost, % odraslih
A-amilaza gušterače	22	5
Α-Amilaza slinovnica	16	10
Laktaza	10	Više od 100
Saharoza i izomaltaza	10	100
Glukoamilaza	10	50
Apsorpcija monosaharida	11	92

Očito je da se aktivnost maltaze i saharaze povećava ranije (6-8 mjeseci trudnoće), a kasnije (8-10 mjeseci) - laktaze. Proučavana je aktivnost različitih disaharidaza u stanicama crijevne sluznice. Utvrđeno je da ukupna aktivnost svih maltaza do rođenja odgovara prosjeku od 246 μmol razdvojenog disaharida na 1 g proteina u minuti, ukupna aktivnost saharaze - 75, ukupna aktivnost izomaltaze - 45 i ukupna aktivnost laktaze - 30. Ovi podaci su od velikog interesa za pedijatre, jer postaje jasno zašto dojena beba dobro probavlja smjese dekstrina i maltoze, dok laktoza lako uzrokuje proljev. Relativno niska aktivnost laktaze u sluznici tankog crijeva objašnjava činjenicu da se nedostatak laktaze opaža češće od nedostatka drugih disaharidaza.

[ 7 ], [ 8 ]

Poremećana apsorpcija ugljikohidrata

Postoji i prolazna i kongenitalna malapsorpcija laktoze. Prvi oblik uzrokovan je kašnjenjem u sazrijevanju crijevne laktaze i stoga nestaje s godinama. Kongenitalni oblik može se promatrati dugo vremena, ali je, u pravilu, najizraženiji od rođenja tijekom dojenja. To se objašnjava činjenicom da je sadržaj laktoze u majčinom mlijeku gotovo 2 puta veći nego u kravljem mlijeku. Klinički, dijete razvija proljev, koji je karakteriziran, uz rijetku stolicu (više od 5 puta dnevno), pjenastom stolicom kisele reakcije (pH manji od 6). Mogu se primijetiti i simptomi dehidracije, koji se manifestiraju kao ozbiljno stanje.

U starijoj dobi dolazi do takozvane represije laktaze, kada je njezina aktivnost značajno smanjena. To objašnjava činjenicu da značajan broj ljudi ne podnosi prirodno mlijeko, dok se fermentirani mliječni proizvodi (kefir, acidofil, jogurt) dobro apsorbiraju. Nedostatak laktaze pogađa oko 75% ljudi afričkog i indijskog podrijetla, do 90% ljudi azijskog podrijetla i 20% Europljana. Kongenitalna malapsorpcija saharoze i izomaltoze rjeđa je. Obično se manifestira kod djece umjetnom hranjenjem mliječnim mješavinama obogaćenim saharozom, te uvođenjem sokova, voća ili povrća koje sadrže ovaj disaharid u prehranu. Kliničke manifestacije nedostatka saharoze slične su onima malapsorpcije laktoze. Nedostatak disaharidaze može biti i čisto stečen, biti posljedica ili komplikacija širokog spektra bolesti koje dijete preboli. Glavni uzroci nedostatka disaharidaze navedeni su u nastavku.

Posljedice izloženosti štetnim čimbenicima:

• nakon enteritisa virusne ili bakterijske etiologije;
• poseban značaj rotavirusne infekcije;
• pothranjenost;
• giardijaza;
• nakon nekrotičnog enterokolitisa;
• imunološki nedostatak;
• celijakija;
• citostatska terapija;
• intolerancija na proteine kravljeg mlijeka;
• hipoksična stanja perinatalnog razdoblja;
• Žutica i njezina fototerapija.

Nezrelost ruba četke:

• prijevremeno rođenje;
• nezrelost pri rođenju.

Posljedice kirurških intervencija:

• gastrostomija;
• ileostomija;
• kolostomija;
• resekcija tankog crijeva;
• anastomoze tankog crijeva.

Slične kliničke manifestacije opisane su u slučajevima poremećene aktivacije monosaharida - glukoze i galaktoze. Treba ih razlikovati od slučajeva kada prehrana sadrži previše tih monosaharida, koji, imajući visoku osmotsku aktivnost, uzrokuju ulazak vode u crijevo. Budući da se monosaharidi apsorbiraju iz tankog crijeva u bazen V. portae, prvo ulaze u stanice jetre. Ovisno o uvjetima, koji su uglavnom određeni sadržajem glukoze u krvi, pretvaraju se u glikogen ili ostaju kao monosaharidi i prenose se krvotokom.

U krvi odraslih, sadržaj glikogena je nešto niži (0,075-0,117 g/l) nego kod djece (0,117-0,206 g/l).

Sintezu tjelesnih rezervnih ugljikohidrata - glikogena - provodi skupina različitih enzima, što rezultira stvaranjem visoko razgranatih molekula koje se sastoje od ostataka glukoze koji su povezani 1,4- ili 1,6-vezama (bočni lanci glikogena tvore 1,6-veze). Po potrebi se glikogen može ponovno razgraditi u glukozu.

Sinteza glikogena započinje u 9. tjednu intrauterinog razvoja u jetri. Međutim, njegovo brzo nakupljanje događa se tek prije rođenja (20 mg/g jetre dnevno). Stoga je koncentracija glikogena u tkivu jetre fetusa pri rođenju nešto veća nego u odrasle osobe. Otprilike 90% nagomilanog glikogena iskoristi se u prva 2-3 sata nakon rođenja, a preostali glikogen se potroši unutar 48 sati.

To, zapravo, osigurava energetske potrebe novorođenčadi u prvim danima života, kada dijete prima malo mlijeka. Od 2. tjedna života ponovno počinje nakupljanje glikogena, a do 3. tjedna života njegova koncentracija u tkivu jetre doseže razinu odraslih. Međutim, masa jetre kod djece je znatno manja nego kod odraslih (kod djece u dobi od 1 godine masa jetre jednaka je 10% mase jetre odrasle osobe), pa se rezerve glikogena kod djece brže troše, te ga moraju nadoknaditi kako bi spriječili hipoglikemiju.

Omjer intenziteta procesa glikogeneze i glikogenolize uvelike određuje sadržaj šećera u krvi - glikemiju. Ova vrijednost je prilično konstantna. Glikemiju regulira složen sustav. Središnja karika u ovoj regulaciji je tzv. šećerni centar, koji treba smatrati funkcionalnom asocijacijom živčanih centara smještenih u različitim dijelovima središnjeg živčanog sustava - moždanoj kori, subkorteksu (lentikularnoj jezgri, striatum), hipotalamičkoj regiji, produženoj moždini. Uz to, mnoge endokrine žlijezde (gušterača, nadbubrežne žlijezde, štitnjača) sudjeluju u regulaciji metabolizma ugljikohidrata.

Poremećaji metabolizma ugljikohidrata: bolesti nakupljanja

Međutim, mogu se uočiti kongenitalni poremećaji enzimskih sustava, kod kojih može biti poremećena sinteza ili razgradnja glikogena u jetri ili mišićima. Ovi poremećaji uključuju bolest nedostatka glikogena. Temelji se na nedostatku enzima glikogen sintetaze. Rijetkost ove bolesti vjerojatno se objašnjava teškoćom dijagnoze i brzim nepovoljnim ishodom. Novorođenčad vrlo rano (čak i između hranjenja) doživljavaju hipoglikemiju s konvulzijama i ketozom. Češće se opisuju slučajevi glikogene bolesti, kada se u tijelu nakuplja glikogen normalne strukture ili se stvara glikogen nepravilne strukture koja nalikuje celulozi (amilopektin). Ova skupina je, u pravilu, genetski određena. Ovisno o nedostatku određenih enzima uključenih u metabolizam glikogena, razlikuju se različiti oblici ili vrste glikogenoza.

Tip I, koji uključuje hepatorenalnu glikogenozu ili Gierkeovu bolest, temelji se na nedostatku glukoza-6-fosfataze. Ovo je najteži oblik glikogenoze bez strukturnih poremećaja glikogena. Bolest je recesivna; klinički se manifestira odmah nakon rođenja ili u dojenačkoj dobi. Karakteristična je hepatomegalija, koju prate hipoglikemijski napadaji i koma, ketoza. Slezena se nikada ne povećava. Kasnije se opaža zaostajanje u rastu i tjelesna disproporcija (trbuh je povećan, tijelo izduženo, noge su kratke, glava velika). Između hranjenja opaža se bljedilo, znojenje i gubitak svijesti kao posljedica hipoglikemije.

Glikogenoza tipa II - Pompeova bolest, koja se temelji na nedostatku kisele maltaze. Klinički se manifestira ubrzo nakon rođenja, a takva djeca brzo umiru. Opaža se hepato- i kardiomegalija, mišićna hipotonija (dijete ne može držati glavu niti sisati). Razvija se zatajenje srca.

Glikogenoza tipa III - Corijeva bolest, uzrokovana kongenitalnim defektom amilo-1,6-glukozidaze. Prijenos je recesivno-autosomni. Kliničke manifestacije slične su tipu I - Gierkeovoj bolesti, ali manje teške. Za razliku od Gierkeove bolesti, ovo je ograničena glikogenoza, koju ne prati ketoza i teška hipoglikemija. Glikogen se taloži ili u jetri (hepatomegalija) ili u jetri i istovremeno u mišićima.

Tip IV - Andersenova bolest - uzrokovana je nedostatkom 1,4-1,6-transglukozidaze, što rezultira stvaranjem glikogena nepravilne strukture koja nalikuje celulozi (amilopektin). Djeluje kao strano tijelo. Opaža se žutica i hepatomegalija. Razvija se ciroza jetre s portalnom hipertenzijom. Kao posljedica toga razvijaju se proširene vene želuca i jednjaka, čija ruptura uzrokuje obilno želučano krvarenje.

Tip V - mišićna glikogenoza, McArdleova bolest - razvija se zbog nedostatka mišićne fosforilaze. Bolest se može manifestirati u 3. mjesecu života, kada se primjećuje da djeca ne mogu dugo sisati i brzo se umaraju. Zbog postupnog nakupljanja glikogena u poprečno-prugastim mišićima, opaža se njihova lažna hipertrofija.

Glikogenoza tipa VI - Hertzova bolest - uzrokovana je nedostatkom jetrene fosforilaze. Klinički se otkriva hepatomegalija, hipoglikemija se javlja rjeđe. Primjećuje se zaostajanje u rastu. Tijek je povoljniji nego kod drugih oblika. Ovo je najčešći oblik glikogenoze.

Također se opažaju i drugi oblici bolesti skladištenja kada se otkriju mono- ili polienzimski poremećaji.

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

Šećer u krvi kao pokazatelj metabolizma ugljikohidrata

Jedan od pokazatelja metabolizma ugljikohidrata je razina šećera u krvi. U trenutku rođenja, razina glikemije djeteta odgovara onoj njegove majke, što se objašnjava slobodnom transplacentalnom difuzijom. Međutim, od prvih sati života opaža se pad sadržaja šećera, što se objašnjava s dva razloga. Jedan od njih, značajniji, je nedostatak kontra-insularnih hormona. To dokazuje činjenica da adrenalin i glukagon mogu povisiti razinu šećera u krvi tijekom tog razdoblja. Drugi razlog hipoglikemije kod novorođenčadi je taj što su rezerve glikogena u tijelu vrlo ograničene, a novorođenče koje se stavi na dojku nekoliko sati nakon rođenja potroši ih. Do 5.-6. dana života sadržaj šećera se povećava, ali kod djece ostaje relativno niži nego kod odraslih. Povećanje koncentracije šećera kod djece nakon prve godine života je valovito (prvi val - do 6. godine, drugi - do 12. godine), što se podudara s povećanjem njihovog rasta i većom koncentracijom somatotropnog hormona. Fiziološka granica oksidacije glukoze u tijelu je 4 mg/(kg • min). Stoga bi dnevna doza glukoze trebala biti od 2 do 4 g/kg tjelesne težine.

Treba naglasiti da se iskorištavanje glukoze tijekom intravenske primjene događa brže kod djece nego kod odraslih (poznato je da intravenski primijenjenu glukozu tijelo u pravilu iskorištava unutar 20 minuta). Stoga je tolerancija djece na ugljikohidratno opterećenje veća, što se mora uzeti u obzir pri proučavanju glikemijske krivulje. Na primjer, za proučavanje glikemijske krivulje koristi se prosječno opterećenje od 1,75 g/kg.

Istodobno, djeca imaju teži tijek šećerne bolesti, za čije liječenje je u pravilu potrebno koristiti inzulin. Šećerna bolest kod djece najčešće se otkriva tijekom razdoblja posebno intenzivnog rasta (prvo i drugo fiziološko produženje), kada se češće opaža kršenje korelacije endokrinih žlijezda (povećava se aktivnost somatotropnog hormona hipofize). Klinički se dijabetes kod djece manifestira žeđi (polidipsija), poliurijom, gubitkom težine i često povećanjem apetita (polifagija). Otkriva se porast šećera u krvi (hiperglikemija) i pojava šećera u mokraći (glukozurija). Česta je ketoacidoza.

Bolest se temelji na nedostatku inzulina, što otežava prodiranje glukoze u stanične membrane. To uzrokuje povećanje njegovog sadržaja u izvanstaničnoj tekućini i krvi, a također povećava razgradnju glikogena.

U tijelu se glukoza može razgraditi na nekoliko načina. Najvažniji od njih su glikolitički lanac i pentozni ciklus. Razgradnja duž glikolitičkog lanca može se dogoditi i u aerobnim i u anaerobnim uvjetima. U aerobnim uvjetima dolazi do stvaranja piruvične kiseline, a u anaerobnim uvjetima do mliječne kiseline.

U jetri i miokardu procesi se odvijaju aerobno, u eritrocitima - anaerobno, u skeletnim mišićima tijekom intenzivnog rada - pretežno anaerobno, tijekom odmora - pretežno aerobno. Aerobni put je ekonomičniji za organizam, budući da rezultira stvaranjem više ATP-a, koji nosi veliku rezervu energije. Anaerobna glikoliza je manje ekonomična. Općenito, putem glikolize, stanice se mogu brzo, iako neekonomično, opskrbiti energijom neovisno o "isporuci" kisika. Aerobna razgradnja u kombinaciji glikolitičkog lanca - Krebsovog ciklusa glavni je izvor energije za organizam.

Istovremeno, obrnutim tokom glikolitičkog lanca, tijelo može sintetizirati ugljikohidrate iz međuprodukata metabolizma ugljikohidrata, poput piruvične i mliječne kiseline. Pretvorba aminokiselina u piruvinsku kiselinu, α-ketoglutarat i oksalat može dovesti do stvaranja ugljikohidrata. Procesi glikolitičkog lanca lokalizirani su u citoplazmi stanica.

Proučavanje omjera metabolita glikolitičkog lanca i Krebsovog ciklusa u krvi djece pokazuje prilično značajne razlike u usporedbi s odraslima. Krvni serum novorođenčeta i djeteta prve godine života sadrži prilično značajnu količinu mliječne kiseline, što ukazuje na prevalenciju anaerobne glikolize. Djetetov organizam pokušava kompenzirati višak nakupljanja mliječne kiseline povećanjem aktivnosti enzima laktat dehidrogenaze, koji pretvara mliječnu kiselinu u piruvinsku kiselinu s njezinim naknadnim uključivanjem u Krebsov ciklus.

Također postoje neke razlike u sadržaju izoenzima laktat dehidrogenaze. Kod male djece aktivnost 4. i 5. frakcije je veća, a sadržaj 1. frakcije je niži.

Drugi, ne manje važan, način razgradnje glukoze je pentozni ciklus, koji započinje glikolitičkim lancem na razini glukoza-6-fosfata. Kao rezultat jednog ciklusa, jedna od 6 molekula glukoze potpuno se razgrađuje na ugljikov dioksid i vodu. To je kraći i brži put raspada, koji osigurava oslobađanje velike količine energije. Kao rezultat pentoznog ciklusa nastaju i pentoze koje tijelo koristi za biosintezu nukleinskih kiselina. To vjerojatno objašnjava zašto je pentozni ciklus od velike važnosti kod djece. Njegov ključni enzim je glukoza-6-fosfat dehidrogenaza, koja osigurava vezu između glikolize i pentoznog ciklusa. Aktivnost ovog enzima u krvi djece u dobi od 1 mjeseca do 3 godine iznosi 67-83, 4-6 godina - 50-60, 7-14 godina - 50-63 mmol/g hemoglobina.

Poremećaj pentoznog ciklusa razgradnje glukoze zbog nedostatka glukoza-6-fosfat dehidrogenaze leži u osnovi nesferocitne hemolitičke anemije (jedne od vrsta eritrocitopatije), koja se manifestira anemijom, žuticom, splenomegalijom. U pravilu, hemolitičke krize izazivaju se uzimanjem lijekova (kinin, kinidin, sulfonamidi, neki antibiotici itd.), koji povećavaju blokadu ovog enzima.

Slična klinička slika hemolitičke anemije opaža se zbog nedostatka piruvat kinaze, koja katalizira pretvorbu fosfoenolpiruvata u piruvat. Razlikuju se laboratorijskom metodom, određivanjem aktivnosti tih enzima u eritrocitima.

Poremećaj glikolize u trombocitima je temelj patogeneze mnogih tromboastenija, klinički se manifestirajući povećanim krvarenjem uz normalan broj trombocita, ali oštećenu funkciju (agregaciju) i netaknute faktore zgrušavanja krvi. Poznato je da se glavni energetski metabolizam osobe temelji na korištenju glukoze. Preostale heksoze (galaktoza, fruktoza) u pravilu se transformiraju u glukozu i podliježu potpunoj razgradnji. Pretvorbu tih heksoza u glukozu provode enzimski sustavi. Nedostatak enzima koji transformiraju ovu pretvorbu je temelj gstaktozemije i fruktozemije. To su genetski određene enzimopatije. Kod gstaktozemije postoji nedostatak galaktoza-1-fosfat uridil transferaze. Kao rezultat toga, galaktoza-1-fosfat se nakuplja u tijelu. Osim toga, velika količina fosfata se uklanja iz cirkulacije, što uzrokuje nedostatak ATP-a, uzrokujući oštećenje energetskih procesa u stanicama.

Prvi simptomi galaktozemije pojavljuju se ubrzo nakon početka hranjenja djece mlijekom, posebno majčinim mlijekom koje sadrži veliku količinu laktoze, što uključuje jednake količine glukoze i galaktoze. Pojavljuje se povraćanje, tjelesna težina se slabo povećava (razvija se hipotrofija). Zatim se javlja hepatosplenomegalija sa žuticom i kataraktom. Mogu se razviti ascites i proširene vene jednjaka i želuca. Pregledom urina otkriva se galaktozurija.

U slučaju galaktozemije, laktoza se mora isključiti iz prehrane. Koriste se posebno pripremljene mliječne formule u kojima je sadržaj laktoze oštro smanjen. To osigurava pravilan razvoj djece.

Fruktozemija se razvija kada se fruktoza ne pretvara u glukozu zbog nedostatka fruktoza-1-fosfat aldolaze. Kliničke manifestacije slične su onima galaktozemije, ali su izražene u blažem stupnju. Najkarakterističniji simptomi su povraćanje, nagli pad apetita (do anoreksije), kada se djeci daju voćni sokovi, zaslađene žitarice i pirei (saharoza sadrži fruktozu i glukozu). Stoga se kliničke manifestacije posebno pogoršavaju kada se djeca prebace na miješanu i umjetnu prehranu. U starijoj dobi pacijenti ne podnose slatkiše i med, koji sadrži čistu fruktozu. Fruktozurija se otkriva pregledom urina. Potrebno je isključiti saharozu i proizvode koji sadrže fruktozu iz prehrane.