Metabolismul carbohidraților

Carbohidrații sunt principala sursă de energie: 1 g de carbohidrați, după descompunerea completă, eliberează 16,7 kJ (4 kcal). În plus, carbohidrații sub formă de mucopolisaharide fac parte din țesutul conjunctiv, iar sub formă de compuși complecși (glicoproteine, lipopolisaharide) sunt elemente structurale ale celulelor, precum și componente ale unor substanțe biologice active (enzime, hormoni, organisme imunitare etc.).

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

Carbohidrații din dietă

Proporția de carbohidrați din dieta copiilor depinde în mare măsură de vârstă. La copiii din primul an de viață, conținutul de carbohidrați care asigură necesarul de energie este de 40%. După un an, acesta crește la 60%. În primele luni de viață, necesarul de carbohidrați este acoperit de zahărul din lapte - lactoză, care face parte din laptele matern. Prin hrănirea artificială cu formule de lapte, copilul primește și zaharoză sau maltoză. După introducerea alimentelor complementare, încep să intre în organism polizaharide (amidon, parțial glicogen), care acoperă în principal necesarul de carbohidrați al organismului. Acest tip de nutriție pentru copii promovează atât formarea amilazei de către pancreas, cât și secreția acesteia prin saliva. În primele zile și săptămâni de viață, amilaza este practic absentă, iar salivația este nesemnificativă, iar abia de la 3-4 luni începe secreția de amilază și salivația crește brusc.

Se știe că hidroliza amidonului are loc sub influența amilazei salivare și a sucului pancreatic; amidonul este descompus în maltoză și izomaltoză.

Împreună cu dizaharidele alimentare - lactoza și zaharoza - maltoza și izomaltoza de pe suprafața vilozităților intestinale ale mucoasei intestinale, sub influența dizaharidazelor, sunt descompuse în monozaharide: glucoză, fructoză și galactoză, care sunt resorbite prin membrana celulară. Procesul de resorbție a glucozei și galactozei este asociat cu transportul activ, care constă în fosforilarea monozaharidelor și transformarea acestora în glucoză-fosfat, apoi în glucoză-6-fosfat (respectiv, galactoză-fosfați). O astfel de activare are loc sub influența glucozei- sau galactozei kinaze cu consumul unei legături macroergice de ATP. Spre deosebire de glucoză și galactoză, fructoza este resorbită aproape pasiv, prin difuzie simplă.

Disaharidazele din intestinul fetal se formează în funcție de vârsta gestațională.

Momentul dezvoltării funcțiilor tractului gastrointestinal, momentul detectării și severitatea ca procent din aceeași funcție la adulți

Absorbția carbohidraților	Prima detectare a enzimei, săptămâna	Severitate, % din adulți
A-amilază pancreatică	22	5
α-Amilaza glandelor salivare	16	10
Lactază	10	Peste 100
Sucraza și izomaltază	10	100
Glucoamilază	10	50
Absorbția monozaharidelor	11	92

Este evident că activitatea maltazei și zaharazei crește mai devreme (6-8 luni de gestație), iar mai târziu (8-10 luni) - lactaza. A fost studiată activitatea diferitelor dizaharidaze în celulele mucoasei intestinale. S-a constatat că activitatea totală a tuturor maltazelor până la momentul nașterii corespunde unei medii de 246 μmol de dizaharidă divizată la 1 g de proteină pe minut, activitatea totală a zaharazei - 75, activitatea totală a izomaltazei - 45 și activitatea totală a lactazei - 30. Aceste date sunt de mare interes pentru pediatri, deoarece devine clar de ce un sugar alăptat digeră bine amestecurile de dextrină-maltoză, în timp ce lactoza provoacă ușor diaree. Activitatea relativ scăzută a lactazei în membrana mucoasă a intestinului subțire explică faptul că deficitul de lactază este observat mai des decât deficitul altor dizaharidaze.

[ 7 ], [ 8 ]

Absorbție afectată a carbohidraților

Există atât malabsorbție tranzitorie a lactozei, cât și congenitală. Prima formă este cauzată de o întârziere în maturarea lactazei intestinale și, prin urmare, dispare odată cu vârsta. Forma congenitală poate fi observată mult timp, dar, de regulă, este cel mai pronunțată de la naștere în timpul alăptării. Acest lucru se explică prin faptul că conținutul de lactoză din laptele matern este de aproape 2 ori mai mare decât în laptele de vacă. Clinic, copilul dezvoltă diaree, care se caracterizează, pe lângă scaune moi (de mai mult de 5 ori pe zi), prin scaune spumoase cu o reacție acidă (pH mai mic de 6). Pot fi observate și simptome de deshidratare, manifestându-se ca o afecțiune gravă.

La vârste mai înaintate, apare așa-numita represie a lactazei, când activitatea acesteia este redusă semnificativ. Aceasta explică faptul că un număr semnificativ de persoane nu tolerează laptele natural, în timp ce produsele lactate fermentate (chefir, acidofil, iaurt) sunt bine absorbite. Deficitul de lactază afectează aproximativ 75% dintre persoanele de origine africană și indiană, până la 90% dintre persoanele de origine asiatică și 20% dintre europeni. Malabsorbția congenitală a zaharozei și izomaltozei este mai puțin frecventă. Se manifestă de obicei la copii cu hrănire artificială cu amestecuri de lapte îmbogățite cu zaharoză și cu introducerea în dietă a sucurilor, fructelor sau legumelor care conțin acest dizaharid. Manifestările clinice ale deficitului de zaharoză sunt similare cu cele ale malabsorbției de lactoză. Deficitul de dizaharidază poate fi, de asemenea, pur dobândit, fiind o consecință sau o complicație a unei game largi de boli de care suferă copilul. Principalele cauze ale deficitului de dizaharidază sunt enumerate mai jos.

Consecințele expunerii la factori nocivi:

• după enterita de etiologie virală sau bacteriană;
• semnificația specială a infecției cu rotavirus;
• malnutriție;
• giardioză;
• după enterocolită necrotică;
• deficiență imunologică;
• boala celiacă;
• terapie citostatică;
• intoleranță la proteinele din laptele de vacă;
• condiții hipoxice ale perioadei perinatale;
• Icterul și fototerapia aferentă.

Imaturitatea marginii periei:

• prematuritate;
• imaturitate la naștere.

Consecințele intervențiilor chirurgicale:

• gastrostomie;
• ileostomie;
• colostomie;
• rezecția intestinului subțire;
• anastomozele intestinului subțire.

Manifestări clinice similare au fost descrise în cazuri de activare deficitară a monozaharidelor - glucoză și galactoză. Acestea trebuie diferențiate de cazurile în care dieta conține prea multe monozaharide, care, având o activitate osmotică ridicată, determină pătrunderea apei în intestin. Deoarece monozaharidele sunt absorbite din intestinul subțire în rezervorul V. portae, acestea intră mai întâi în celulele hepatice. În funcție de condiții, care sunt determinate în principal de conținutul de glucoză din sânge, acestea sunt transformate în glicogen sau rămân sub formă de monozaharide și sunt transportate odată cu fluxul sanguin.

În sângele adulților, conținutul de glicogen este puțin mai mic (0,075-0,117 g/l) decât la copii (0,117-0,206 g/l).

Sinteza carbohidratului de rezervă al organismului - glicogenul - este realizată de un grup de enzime diferite, rezultând formarea de molecule puternic ramificate, constând din reziduuri de glucoză legate prin legături 1,4 sau 1,6 (lanțurile laterale ale glicogenului sunt formate prin legături 1,6). Dacă este necesar, glicogenul poate fi din nou descompus în glucoză.

Sinteza glicogenului începe în săptămâna a 9-a de dezvoltare intrauterină în ficat. Cu toate acestea, acumularea sa rapidă are loc abia înainte de naștere (20 mg/g de ficat pe zi). Prin urmare, concentrația de glicogen în țesutul hepatic al fătului la naștere este ceva mai mare decât la un adult. Aproximativ 90% din glicogenul acumulat este utilizat în primele 2-3 ore după naștere, iar glicogenul rămas este consumat în decurs de 48 de ore.

Aceasta, de fapt, asigură necesarul energetic al nou-născuților în primele zile de viață, când copilul primește puțin lapte. Din a 2-a săptămână de viață, acumularea de glicogen începe din nou, iar până în a 3-a săptămână de viață, concentrația acestuia în țesutul hepatic atinge nivelul adultului. Cu toate acestea, masa hepatică la copii este semnificativ mai mică decât la adulți (la copiii cu vârsta de 1 an, masa hepatică este egală cu 10% din masa hepatică a unui adult), astfel încât rezervele de glicogen la copii se epuizează mai repede, iar aceștia trebuie să le refacă pentru a preveni hipoglicemia.

Raportul dintre intensitatea proceselor de glicogeneze și glicogenoliză determină în mare măsură conținutul de zahăr din sânge - glicemia. Această valoare este destul de constantă. Glicemia este reglată de un sistem complex. Veriga centrală în această reglare este așa-numitul centru al zahărului, care trebuie considerat o asociație funcțională a centrelor nervoase situate în diferite părți ale sistemului nervos central - cortexul cerebral, subcortexul (nucleul lenticular, striatum), regiunea hipotalamică, medula oblongata. Împreună cu aceasta, multe glande endocrine (pancreas, glandele suprarenale, tiroida) participă la reglarea metabolismului carbohidraților.

Tulburări ale metabolismului carbohidraților: boli de depozitare

Totuși, pot fi observate tulburări congenitale ale sistemelor enzimatice, în care sinteza sau descompunerea glicogenului în ficat sau mușchi poate fi perturbată. Aceste tulburări includ boala deficitară de glicogen. Aceasta se bazează pe o deficiență a enzimei glicogen sintetază. Raritatea acestei boli se explică probabil prin dificultatea diagnosticării și un prognostic rapid și nefavorabil. Nou-născuții prezintă hipoglicemie foarte devreme (chiar și între mese) cu convulsii și cetoză. Mai des, sunt descrise cazuri de boală glicogenică, când în organism se acumulează glicogen cu structură normală sau se formează glicogen cu o structură neregulată care seamănă cu celuloza (amilopectină). Acest grup, de regulă, este determinat genetic. În funcție de deficiența anumitor enzime implicate în metabolismul glicogenului, se disting diverse forme sau tipuri de glicogenoze.

Tipul I, care include glicogenoza hepatorenală sau boala Gierke, se bazează pe deficitul de glucoză-6-fosfatază. Aceasta este cea mai severă formă de glicogenoză fără tulburări structurale ale glicogenului. Boala este recesivă; se manifestă clinic imediat după naștere sau în copilărie. Hepatomegalia este caracteristică, fiind însoțită de convulsii hipoglicemice și comă, cetoză. Splina nu crește niciodată în dimensiune. Ulterior, se observă întârziere în creștere și disproporție corporală (abdomenul este mărit, corpul este alungit, picioarele sunt scurte, capul este mare). Între mese se observă paloare, transpirație și pierderea conștienței ca urmare a hipoglicemiei.

Glicogenoza de tip II - boala Pompe, care are la bază deficitul de maltază acidă. Se manifestă clinic la scurt timp după naștere, iar acești copii mor rapid. Se observă hepato- și cardiomegalie, hipotonie musculară (copilul nu își poate ține capul sau suge). Se dezvoltă insuficiență cardiacă.

Glicogenoza de tip III - boala Cori, cauzată de un defect congenital al amilo-1,6-glucozidazei. Transmiterea este recesivă-autosomală. Manifestările clinice sunt similare cu tipul I - boala Gierke, dar mai puțin severe. Spre deosebire de boala Gierke, aceasta este o glicogenoză limitată, neînsoțită de cetoză și hipoglicemie severă. Glicogenul se depune fie în ficat (hepatomegalie), fie în ficat și simultan în mușchi.

Tipul IV - boala Andersen - este cauzată de un deficit de 1,4-1,6-transglucozidază, având ca rezultat formarea de glicogen cu o structură neregulată asemănătoare celulozei (amilopectină). Este ca un corp străin. Se observă icter și hepatomegalie. Se dezvoltă ciroză hepatică cu hipertensiune portală. Ca urmare, se dezvoltă varice ale stomacului și esofagului, a căror ruptură provoacă sângerări gastrice abundente.

Tipul V - glicogenoza musculară, boala McArdle - se dezvoltă din cauza unui deficit de fosforilază musculară. Boala se poate manifesta în a 3-a lună de viață, când se observă că copiii nu sunt capabili să sugă mult timp și obosesc rapid. Datorită acumulării treptate de glicogen în mușchii striați, se observă o falsă hipertrofie a acestuia.

Glicogenoza de tip VI - boala Hertz - este cauzată de un deficit de fosforilază hepatică. Clinic, se detectează hepatomegalie, hipoglicemia apare mai rar. Se observă retard de creștere. Evoluția este mai favorabilă decât în alte forme. Aceasta este cea mai frecventă formă de glicogenoză.

Se observă și alte forme de boli de stocare, atunci când se detectează tulburări mono- sau polienzimatice.

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

Glicemia ca indicator al metabolismului carbohidraților

Unul dintre indicatorii metabolismului carbohidraților este nivelul zahărului din sânge. În momentul nașterii, nivelul glicemiei copilului corespunde cu cel al mamei sale, ceea ce se explică prin difuzia transplacentară liberă. Cu toate acestea, din primele ore de viață, se observă o scădere a conținutului de zahăr, ceea ce se explică prin două motive. Unul dintre ele, cel mai semnificativ, este lipsa hormonilor contrainsulari. Acest lucru este dovedit de faptul că adrenalina și glucagonul sunt capabile să crească nivelul zahărului din sânge în această perioadă. Un alt motiv pentru hipoglicemia la nou-născuți este faptul că rezervele de glicogen din organism sunt foarte limitate, iar un nou-născut care este pus la sân la câteva ore după naștere le consumă. Până în a 5-6-a zi de viață, conținutul de zahăr crește, dar la copii rămâne relativ mai mic decât la adulți. Creșterea concentrației de zahăr la copii după primul an de viață este un val (primul val - până la vârsta de 6 ani, al doilea - până la vârsta de 12 ani), ceea ce coincide cu creșterea lor și o concentrație mai mare de hormon somatotrop. Limita fiziologică a oxidării glucozei în organism este de 4 mg/(kg • min). Prin urmare, doza zilnică de glucoză trebuie să fie de la 2 la 4 g/kg greutate corporală.

Trebuie subliniat faptul că utilizarea glucozei în timpul administrării intravenoase are loc mai rapid la copii decât la adulți (se știe că glucoza administrată intravenos este utilizată de organism, de regulă, în decurs de 20 de minute). Prin urmare, toleranța copiilor la încărcătura de carbohidrați este mai mare, ceea ce trebuie luat în considerare la studierea curbelor glicemice. De exemplu, pentru studierea curbei glicemice se utilizează o încărcătură medie de 1,75 g/kg.

În același timp, copiii au o evoluție mai severă a diabetului zaharat, pentru tratamentul căruia, de regulă, este necesară utilizarea insulinei. Diabetul zaharat la copii este cel mai adesea detectat în perioadele de creștere deosebit de intensă (prima și a doua extensie fiziologică), când se observă mai des o încălcare a corelației glandelor endocrine (activitatea hormonului somatotrop al glandei pituitare crește). Clinic, diabetul la copii se manifestă prin sete (polidipsie), poliurie, pierdere în greutate și adesea o creștere a poftei de mâncare (polifagie). Se detectează o creștere a glicemiei (hiperglicemie) și apariția zahărului în urină (glucozurie). Cetoacidoza este frecventă.

Boala are la bază deficitul de insulină, care îngreunează penetrarea glucozei în membranele celulare. Aceasta determină o creștere a conținutului acesteia în fluidul extracelular și în sânge și, de asemenea, crește descompunerea glicogenului.

În organism, glucoza poate fi descompusă în mai multe moduri. Cele mai importante dintre acestea sunt lanțul glicolitic și ciclul pentozelor. Descompunerea de-a lungul lanțului glicolitic poate avea loc atât în condiții aerobe, cât și anaerobe. În condiții aerobe, aceasta duce la formarea acidului piruvic, iar în condiții anaerobe, a acidului lactic.

În ficat și miocard, procesele se desfășoară aerob, în eritrocite - anaerob, în mușchii scheletici în timpul muncii intense - predominant anaerob, în timpul repausului - predominant aerob. Calea aerobă este mai economică pentru organism, deoarece are ca rezultat formarea unei cantități mai mari de ATP, care transportă o rezervă mare de energie. Glicoliza anaerobă este mai puțin economică. În general, prin glicoliză, celulele pot fi rapid, deși neeconomic, alimentate cu energie, indiferent de „furnizarea” de oxigen. Descompunerea aerobă în combinația lanțului glicolitic - ciclul Krebs este principala sursă de energie pentru organism.

În același timp, prin fluxul invers al lanțului glicolitic, organismul poate sintetiza carbohidrați din produși intermediari ai metabolismului carbohidraților, cum ar fi acizii piruvic și lactic. Conversia aminoacizilor în acid piruvic, α-cetoglutarat și oxalacetat poate duce la formarea carbohidraților. Procesele lanțului glicolitic sunt localizate în citoplasma celulelor.

Un studiu al raportului dintre metaboliții lanțului glicolitic și ciclul Krebs în sângele copiilor arată diferențe destul de semnificative în comparație cu adulții. Serul sanguin al unui nou-născut și al unui copil în primul an de viață conține o cantitate destul de semnificativă de acid lactic, ceea ce indică prevalența glicolizei anaerobe. Organismul copilului încearcă să compenseze acumularea excesivă de acid lactic prin creșterea activității enzimei lactat dehidrogenază, care transformă acidul lactic în acid piruvic, cu includerea ulterioară a acestuia în ciclul Krebs.

Există, de asemenea, unele diferențe în ceea ce privește conținutul de izoenzime ale lactat dehidrogenază. La copiii mici, activitatea fracțiilor a 4-a și a 5-a este mai mare, iar conținutul primei fracții este mai mic.

O altă modalitate, nu mai puțin importantă, de descompunere a glucozei este ciclul pentozelor, care începe cu lanțul glicolitic la nivelul glucozei-6-fosfat. Ca urmare a unui ciclu, una dintre cele 6 molecule de glucoză este complet descompusă în dioxid de carbon și apă. Aceasta este o cale de descompunere mai scurtă și mai rapidă, care asigură eliberarea unei cantități mari de energie. Ca urmare a ciclului pentozelor, se formează și pentoze, care sunt utilizate de organism pentru biosinteza acizilor nucleici. Acest lucru explică probabil de ce ciclul pentozelor este de mare importanță la copii. Enzima sa cheie este glucozei-6-fosfat dehidrogenaza, care asigură legătura dintre glicoliză și ciclul pentozelor. Activitatea acestei enzime în sângele copiilor cu vârsta cuprinsă între 1 lună și 3 ani este de 67-83, 4-6 ani - 50-60, 7-14 ani - 50-63 mmol/g hemoglobină.

Întreruperea ciclului pentozelor de descompunere a glucozei din cauza deficitului de glucozo-6-fosfat dehidrogenază stă la baza anemiei hemolitice non-sferocitare (unul dintre tipurile de eritrocitopatie), care se manifestă prin anemie, icter, splenomegalie. De regulă, crizele hemolitice sunt provocate de administrarea de medicamente (chinină, chinidină, sulfonamide, unele antibiotice etc.), care cresc blocarea acestei enzime.

O imagine clinică similară a anemiei hemolitice se observă din cauza deficitului de piruvat kinază, care catalizează conversia fosfoenolpiruvatului în piruvat. Acestea se disting printr-o metodă de laborator, determinând activitatea acestor enzime în eritrocite.

Perturbarea glicolizei în trombocite stă la baza patogenezei multor tromboastenii, manifestate clinic prin sângerări crescute cu un număr normal de trombocite, dar cu funcție afectată (agregare) și factori de coagulare a sângelui intacți. Se știe că principalul metabolism energetic al unei persoane se bazează pe utilizarea glucozei. Hexozele rămase (galactoză, fructoză), de regulă, sunt transformate în glucoză și suferă o descompunere completă. Conversia acestor hexoze în glucoză se realizează prin sisteme enzimatice. Deficitul enzimelor care transformă această conversie stă la baza glucozemiei și fructozemiei. Acestea sunt enzimopatii determinate genetic. În glucozemie, există un deficit de galactozo-1-fosfat uridil transferază. Ca urmare, galactozo-1-fosfat se acumulează în organism. În plus, o cantitate mare de fosfați este eliminată din circulație, ceea ce provoacă o lipsă de ATP, provocând deteriorarea proceselor energetice din celule.

Primele simptome ale galactozemiei apar la scurt timp după începerea hrănirii copiilor cu lapte, în special lapte matern, care conține o cantitate mare de lactoză, ce include cantități egale de glucoză și galactoză. Apar vărsături, greutatea corporală crește slab (se dezvoltă hipotrofie). Apoi apare hepatosplenomegalie cu icter și cataractă. Se pot dezvolta ascită și varice ale esofagului și stomacului. Examenul de urină relevă galactozurie.

În caz de galactozemie, lactoza trebuie exclusă din dietă. Se utilizează formule de lapte special preparate, în care conținutul de lactoză este redus drastic. Acest lucru asigură dezvoltarea corectă a copiilor.

Fructozemia se dezvoltă atunci când fructoza nu este transformată în glucoză din cauza unui deficit de aldolază fructoză-1-fosfat. Manifestările sale clinice sunt similare cu cele ale galactozemiei, dar sunt exprimate într-o măsură mai ușoară. Cele mai caracteristice simptome sunt vărsăturile, scăderea bruscă a poftei de mâncare (până la anorexie), atunci când copiilor li se administrează sucuri de fructe, cereale îndulcite și piureuri (zaharoza conține fructoză și glucoză). Prin urmare, manifestările clinice sunt agravate în special atunci când copiii sunt transferați la alimentație mixtă și artificială. La vârste mai înaintate, pacienții nu tolerează dulciurile și mierea, care conține fructoză pură. Fructozuria se detectează la examinarea urinei. Este necesar să se excludă din dietă zaharoza și produsele care conțin fructoză.