ГЛАВА 12. ТИПОВЫЕ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ Нарушения энергетического обмена
Пищевые вещества (белки, жиры, углеводы) содержат большое количество энергии, которая освобождается в процессе обмена веществ. Выделяют три основных последовательно совершающихся этапа обмена веществ: пищеварение и всасывание, межуточный обмен, образование конечных продуктов обмена.
Расщепление белков, жиров и углеводов осуществляется специфическими гидролазами до аминокислот, глицерина и жирных кислот, гексоз (глюкозы, фруктозы, галактозы). На этом этапе обмена пищевые вещества теряют свою видовую специфичность. В энергетическом отношении гидролиз пищевых веществ мало эффективен, ибо при распаде белков и углеводов выделяется 0,6 %, а при гидролизе жиров только лишь 1 % всей энергии, содержащейся в пищевых веществах.
Межуточный обмен веществ включает биосинтез специфических для данного вида белков, липидов и углеводов, и превращения аминокислот, гексоз, пентоз, жирных кислот и глицерина в ряд общих продуктов, подвергающихся превращению в цикле трикарбоновых кислот. Так, аминокислоты превращаются в ацетил-КоА, а- кетоглюторат, оксалоацетат, сукцинил-КоА; углеводы в пировиноградную кислоту, а затем в ацетил-КоА; жирные кислоты также превращаются в ацетил-КоА. Глюкоза и свободные жирные кислоты являются основными источниками энергии для любой клетки.
Таким образом, в процессе межуточного обмена аминокислот, гексоз, глицерина и жирных кислот образуется ряд общих веществ, подвергающихся превращению в цикле трикарбоновых кислот до конечных продуктов - СО2 и Н2О.
При межуточном обмене энергия пищевых веществ выделяется и аккумулируется в макроэргах только в результате гликолиза. Так, при гликолитическом распаде глюкозы до пировиноградной и молочной кислот образуется 4 молекулы АТФ, но, так как в процессе гликолиза используются 2 молекулы АТФ, то, в целом, выход АТФ составляет всего лишь две молекулы.
Основная масса энергии освобождается в цикле трикарбоновых кислот.
При этом 60-70 % энергии пищевых веществ аккумулируется в виде химических связей АТФ. Образование АТФ обусловлено сопряжением дыхания и окислительного фосфорилирования, в результате чего АТФ образуется путем присоединения к АДФ молекулы неорганического фосфора. Этот процесс связан с затратой энергии. Тем не менее, 30-40 % энергии пищевых веществ превращается в теплоту, которая используется для поддержания температурного гомеостаза, но безвозвратно теряется организмом. Она получила название первичной теплоты. В свою очередь, АТФ распадается на АДФ и неорганический фосфор с выделением 7,2 ккал тепла, получившего название вторичной теплоты. В конечном итоге вся энергия пищевых веществ переходит в теплоту, поэтому энергетический обмен можно определить с помощью изучения основного обмена методом прямой или непрямой калориметрии.Таким образом, АТФ образуется в процессе гликолиза, сопряжения дыхания и окислительного фосфорилирования в цикле Кребса и при фосфокиназной реакции:
АДФ + КрФ ^ АТФ + Креатин.
Последняя реакция резко активируется, если возрастает потребность в АТФ, что наиболее характерно для мышечной и нервной систем. АТФ используется для синтеза веществ, их утилизации, мышечной деятельности, процессов электрогенеза и осмотической работы. Между первичной теплотой и аккумуляцией энергии в макроэргах существует подвижное равновесие, которое может смещаться в сторону увеличения количества первичной теплоты.
Нарушения энергетического обмена имеют место при инфекционных процессах, обусловленных действием столбнячного, дифтерийного, стафилококкового токсинов в условиях избыточной продукции тироксина, адреналина, прогестерона, а также в эксперименте при введении в организм 2,4-динитрофенола, антимицина, амитала и других веществ. Все вышеназванные воздействия вызывают набухание митохондрий, разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования. Количество энергии, заключаемой в АТФ, уменьшается, а доля первичной теплоты резко возрастает. Так, например, при введении 2,4-динитрофенола или антимицина объем первичной теплоты возрастает на 40-90 %.
В этих условиях механизмы физиологической терморегуляции могут быть недостаточными, следствием чего возможно развитие эндогенного перегревания.Изменение энергетического обмена может происходить в результате увеличения окислительно-восстановительных процессов при лихорадке, гипотермии и перегревании или же снижения их при кастрации, гипоксии, отравлении цианидами.
Расстройства энергетического обмена имеют серьезные последствия для организма из-за дефицита макроэргов, нарушений вследствие этого синтеза веществ и возникновения дистрофических процессов.
Важным источником получения энергетического материала является гликогенолиз, липолиз и глюконеогенез. Эти процессы в условиях нарушения энергетического обмена резко активируются, за счет усиления образования контринсулярных гормонов (катехоламинов, глюкокортикоидов, тироксина, соматотропина, глюкагона). Углеводных запасов человека весом 70 кг, составляющих 800 ккал, хватает для обеспечения энергией на 24 часа. Энергетические ресурсы триглицеридов жировой ткани составляют 141000 ккал (Allisson). Как уже говорилось, одним из основных методов оценки энергетического обмена является изучение основного обмена с помощью методов прямой и непрямой калориметрии. При разобщении дыхания и окислительного фосфорилирования изменения газообмена менее выражены, чем нарушения теплообразования, и поэтому метод прямой калориметрии позволяет получить более высокие значения основного обмена, чем при непрямой калориметрии. Нарушения энергетического обмена представлены в таблице 12.1.
Таблица 12.1
Нарушения энергетического обмена
| ПРИЧИНЫ | Действие дифтерийного, столбнячного, стафилококкового токсинов; увеличение образования прогестерона, тироксина, адреналина, введение в эксперименте 2,4- динитрофенола, амитала, ан- тимицина | Лихо радка, на чальные этапы перегре вания, гипо термии | Г ипоксия, отравление цианидами; дефицит тироксина, половых гормонов (гипотиреоз, кастрация) | |
| МЕХАНИЗМЫ | Активация глигогенолиз глюконеогенеза и, как ре личение глюкозы и жирн основных энергетических Набухание митохондрий, разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования, увеличение первичной теплоты и снижение образования макроэргов | а, липолиза, зультат, уве- ых кислот — субстратов Увеличение окислитель- но-восстано- вительных процессов и теплообразования | Снижение окисли- тельно-восстановительных процессов и теплообразования | |
| Основные последствия для организма | Дефицит макроэргов, изменения основного обмена, снижение синтеза веществ, дистрофия | |||
Нарушения углеводного обмена