Metabolizmus sacharidov

Sacharidy sú hlavným zdrojom energie: 1 g sacharidov pri úplnom rozklade uvoľní 16,7 kJ (4 kcal). Okrem toho sú sacharidy vo forme mukopolysacharidov súčasťou spojivového tkaniva a vo forme komplexných zlúčenín (glykoproteíny, lipopolysacharidy) sú štrukturálnymi prvkami buniek, ako aj zložkami niektorých aktívnych biologických látok (enzýmy, hormóny, imunitné telieska atď.).

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

Sacharidy v strave

Podiel sacharidov v strave detí do značnej miery závisí od veku. U detí v prvom roku života je obsah sacharidov, ktorý zabezpečuje potrebu energie, 40 %. Po jednom roku sa zvyšuje na 60 %. V prvých mesiacoch života je potreba sacharidov pokrytá mliečnym cukrom - laktózou, ktorá je súčasťou materského mlieka. Pri umelom kŕmení mliečnymi zmesami dieťa dostáva aj sacharózu alebo maltózu. Po zavedení doplnkových potravín sa do tela začínajú dostávať polysacharidy (škrob, čiastočne glykogén), ktoré pokrývajú prevažne potrebu tela v sacharidoch. Tento typ výživy u detí podporuje tvorbu amylázy pankreasom aj jej vylučovanie slinami. V prvých dňoch a týždňoch života amyláza prakticky chýba a slinenie je nevýznamné a až od 3. do 4. mesiaca začína vylučovanie amylázy a slinenie sa prudko zvyšuje.

Je známe, že hydrolýza škrobu prebieha pod vplyvom slinnej amylázy a pankreatickej šťavy; škrob sa rozkladá na maltózu a izomaltózu.

Spolu s disacharidmi z potravy - laktózou a sacharózou - sa maltóza a izomaltóza na povrchu črevných klkov črevnej sliznice pod vplyvom disacharidáz rozkladajú na monosacharidy: glukózu, fruktózu a galaktózu, ktoré sa resorbujú cez bunkovú membránu. Proces resorpcie glukózy a galaktózy je spojený s aktívnym transportom, ktorý spočíva vo fosforylácii monosacharidov a ich premene na glukózofosfát a potom na glukózo-6-fosfát (galaktózofosfáty). Takáto aktivácia prebieha pod vplyvom glukózo- alebo galaktózokináz s výdajom jednej makroergickej väzby ATP. Na rozdiel od glukózy a galaktózy sa fruktóza resorbuje takmer pasívne, jednoduchou difúziou.

Disacharidázy v čreve plodu sa tvoria v závislosti od gestačného veku.

Načasovanie vývoja funkcií gastrointestinálneho traktu, načasovanie detekcie a závažnosť ako percento rovnakej funkcie u dospelých

Absorpcia sacharidov	Prvá detekcia enzýmu, týždeň	Závažnosť, % dospelých
A-amyláza pankreasu	22	5
Α-Amyláza slinných žliaz	16	10
Laktáza	10	Viac ako 100
Sacharóza a izomaltáza	10	100
Glukoamyláza	10	50
Absorpcia monosacharidov	11	92

Je zrejmé, že aktivita maltázy a sacharázy sa zvyšuje skôr (6-8 mesiacov tehotenstva) a neskôr (8-10 mesiacov) - laktázy. Bola študovaná aktivita rôznych disacharidáz v bunkách črevnej sliznice. Zistilo sa, že celková aktivita všetkých maltáz v čase narodenia zodpovedá priemerne 246 μmol štiepené disacharidy na 1 g bielkovín za minútu, celková aktivita sacharázy - 75, celková aktivita izomaltázy - 45 a celková aktivita laktázy - 30. Tieto údaje sú pre pediatrov veľmi zaujímavé, pretože je zrejmé, prečo dojčené dieťa dobre trávi zmesi dextrínu a maltózy, zatiaľ čo laktóza ľahko spôsobuje hnačku. Relatívne nízka aktivita laktázy v sliznici tenkého čreva vysvetľuje skutočnosť, že nedostatok laktázy sa pozoruje častejšie ako nedostatok iných disacharidáz.

[ 7 ], [ 8 ]

Zhoršená absorpcia sacharidov

Existuje prechodná aj vrodená malabsorpcia laktózy. Prvá forma je spôsobená oneskorením dozrievania črevnej laktázy, a preto s vekom mizne. Vrodená forma sa môže pozorovať dlhodobo, ale spravidla je najvýraznejšia od narodenia počas dojčenia. Vysvetľuje sa to tým, že obsah laktózy v ľudskom mlieku je takmer dvakrát vyšší ako v kravskom mlieku. Klinicky sa u dieťaťa objaví hnačka, ktorá sa vyznačuje okrem riedkej stolice (viac ako 5-krát denne) aj penivou stolicou s kyslou reakciou (pH menej ako 6). Môžu sa vyskytnúť aj príznaky dehydratácie, ktoré sa prejavujú ako závažný stav.

Vo vyššom veku dochádza k tzv. represii laktázy, keď je jej aktivita výrazne znížená. To vysvetľuje skutočnosť, že značný počet ľudí netoleruje prírodné mlieko, zatiaľ čo fermentované mliečne výrobky (kefír, acidofil, jogurt) sa dobre vstrebávajú. Deficit laktázy postihuje približne 75 % ľudí afrického a indického pôvodu, až 90 % ľudí ázijského pôvodu a 20 % Európanov. Vrodená malabsorpcia sacharózy a izomaltózy je menej častá. Zvyčajne sa prejavuje u detí s umelou výživou mliečnymi zmesami obohatenými o sacharózu a so zavádzaním štiav, ovocia alebo zeleniny obsahujúcej tento disacharid do stravy. Klinické prejavy nedostatku sacharózy sú podobné ako pri malabsorpcii laktózy. Deficit disacharidázy môže byť aj čisto získaný, byť dôsledkom alebo komplikáciou širokej škály ochorení, ktorými dieťa trpí. Hlavné príčiny nedostatku disacharidázy sú uvedené nižšie.

Dôsledky vystavenia škodlivým faktorom:

• po enteritíde vírusovej alebo bakteriálnej etiológie;
• osobitný význam rotavírusovej infekcie;
• podvýživa;
• giardióza;
• po nekrotickej enterokolitíde;
• imunologická nedostatočnosť;
• celiakia;
• cytostatická terapia;
• intolerancia bielkovín kravského mlieka;
• hypoxické stavy perinatálneho obdobia;
• Žltačka a jej fototerapia.

Nezrelosť kefkového lemovania:

• predčasný pôrod;
• nezrelosť pri narodení.

Dôsledky chirurgických zákrokov:

• gastrostómia;
• ileostómia;
• kolostómia;
• resekcia tenkého čreva;
• anastomózy tenkého čreva.

Podobné klinické prejavy boli opísané v prípadoch zhoršenej aktivácie monosacharidov - glukózy a galaktózy. Treba ich odlišovať od prípadov, keď strava obsahuje priveľa týchto monosacharidov, ktoré s vysokou osmotickou aktivitou spôsobujú vstup vody do čreva. Keďže monosacharidy sa vstrebávajú z tenkého čreva do zásoby V. portae, najprv vstupujú do pečeňových buniek. V závislosti od podmienok, ktoré sú určené najmä obsahom glukózy v krvi, sa premieňajú na glykogén alebo zostávajú ako monosacharidy a sú prenášané krvným obehom.

V krvi dospelých je obsah glykogénu o niečo nižší (0,075-0,117 g/l) ako u detí (0,117-0,206 g/l).

Syntéza rezervného sacharida v tele – glykogénu – sa vykonáva skupinou rôznych enzýmov, čo vedie k tvorbe vysoko rozvetvených molekúl pozostávajúcich zo zvyškov glukózy, ktoré sú spojené 1,4- alebo 1,6-väzbami (bočné reťazce glykogénu sú tvorené 1,6-väzbami). V prípade potreby sa glykogén môže opäť rozložiť na glukózu.

Syntéza glykogénu začína v 9. týždni vnútromaternicového vývoja v pečeni. K jeho rýchlej akumulácii však dochádza až pred narodením (20 mg/g pečene denne). Preto je koncentrácia glykogénu v pečeňovom tkanive plodu pri narodení o niečo vyššia ako u dospelého. Približne 90 % nahromadeného glykogénu sa využije v prvých 2 – 3 hodinách po narodení a zvyšný glykogén sa spotrebuje do 48 hodín.

Toto v skutočnosti zabezpečuje energetické potreby novorodencov v prvých dňoch života, keď dieťa dostáva málo mlieka. Od 2. týždňa života sa opäť začína hromadiť glykogén a do 3. týždňa života jeho koncentrácia v pečeňovom tkanive dosahuje úroveň dospelého. Hmotnosť pečene u detí je však výrazne menšia ako u dospelých (u detí vo veku 1 roka sa hmotnosť pečene rovná 10 % hmotnosti pečene dospelého), takže zásoby glykogénu sa u detí spotrebúvajú rýchlejšie a musia si ich doplniť, aby sa predišlo hypoglykémii.

Pomer intenzity procesov glykogenézy a glykogenolýzy do značnej miery určuje obsah cukru v krvi - glykémiu. Táto hodnota je pomerne konštantná. Glykémia je regulovaná zložitým systémom. Ústredným článkom v tejto regulácii je tzv. cukorné centrum, ktoré by sa malo považovať za funkčné združenie nervových centier nachádzajúcich sa v rôznych častiach centrálneho nervového systému - mozgovej kôre, podkôre (lentikulárne jadro, striatum), hypotalamickej oblasti, predĺženej mieche. Spolu s tým sa na regulácii metabolizmu sacharidov podieľa mnoho endokrinných žliaz (pankreas, nadobličky, štítna žľaza).

Poruchy metabolizmu sacharidov: choroby z ukladania

Môžu sa však pozorovať vrodené poruchy enzýmových systémov, pri ktorých môže byť narušená syntéza alebo rozklad glykogénu v pečeni alebo svaloch. Medzi tieto poruchy patrí aj ochorenie z nedostatku glykogénu. Je založené na nedostatku enzýmu glykogénsyntetáza. Zriedkavosť tohto ochorenia sa pravdepodobne vysvetľuje ťažkosťami s diagnostikou a rýchlym nepriaznivým výsledkom. Novorodenci veľmi skoro (aj medzi kŕmeniami) pociťujú hypoglykémiu s kŕčmi a ketózou. Častejšie sa opisujú prípady glykogénového ochorenia, keď sa v tele hromadí glykogén normálnej štruktúry alebo sa tvorí glykogén nepravidelnej štruktúry pripomínajúcej celulózu (amylopektín). Táto skupina je spravidla geneticky podmienená. V závislosti od nedostatku určitých enzýmov zapojených do metabolizmu glykogénu sa rozlišujú rôzne formy alebo typy glykogénóz.

Typ I, ktorý zahŕňa hepatorenálnu glykogenózu alebo Gierkeho chorobu, je založený na deficite glukózo-6-fosfatázy. Ide o najzávažnejšiu formu glykogenózy bez štrukturálnych porúch glykogénu. Ochorenie je recesívne, klinicky sa prejavuje bezprostredne po narodení alebo v dojčenskom veku. Charakteristická je hepatomegália, ktorá je sprevádzaná hypoglykemickými záchvatmi a kómou, ketózou. Slezina sa nikdy nezväčšuje. Neskôr sa pozoruje spomalenie rastu a telesná dysproporcia (brucho je zväčšené, telo je predĺžené, nohy sú krátke, hlava je veľká). Medzi kŕmeniami sa v dôsledku hypoglykémie pozoruje bledosť, potenie a strata vedomia.

Glykogenóza typu II - Pompeho choroba, ktorej základom je deficit kyslej maltázy. Klinicky sa prejavuje krátko po narodení a takéto deti rýchlo zomierajú. Pozoruje sa hepato- a kardiomegália, svalová hypotónia (dieťa nedokáže držať hlavu ani cmúľať). Vyvíja sa srdcové zlyhanie.

Glykogenóza typu III - Coriho choroba, spôsobená vrodenou chybou amylo-1,6-glukozidázy. Prenos je recesívne-autozomálny. Klinické prejavy sú podobné ako pri type I - Gierkeho chorobe, ale menej závažné. Na rozdiel od Gierkeho choroby ide o obmedzenú glykogenózu, ktorá nie je sprevádzaná ketózou a ťažkou hypoglykémiou. Glykogén sa ukladá buď v pečeni (hepatomegália), alebo v pečeni a súčasne vo svaloch.

Typ IV - Andersenova choroba - je spôsobená nedostatkom 1,4-1,6-transglukozidázy, čoho výsledkom je tvorba glykogénu nepravidelnej štruktúry pripomínajúcej celulózu (amylopektín). Je ako cudzie teleso. Pozoruje sa žltačka a hepatomegália. Vyvíja sa cirhóza pečene s portálnou hypertenziou. V dôsledku toho sa vyvíjajú kŕčové žily žalúdka a pažeráka, ktorých ruptúra spôsobuje silné krvácanie do žalúdka.

Typ V - svalová glykogenóza, McArdleova choroba - sa vyvíja v dôsledku nedostatku svalovej fosforylázy. Ochorenie sa môže prejaviť v 3. mesiaci života, keď sa pozoruje, že deti nie sú schopné dlho sať a rýchlo sa unavia. V dôsledku postupného hromadenia glykogénu v priečne pruhovaných svaloch sa pozoruje ich falošná hypertrofia.

Glykogenóza typu VI - Hertzova choroba - je spôsobená nedostatkom pečeňovej fosforylázy. Klinicky sa zisťuje hepatomegália, hypoglykémia sa vyskytuje menej často. Zaznamenáva sa spomalenie rastu. Priebeh je priaznivejší ako pri iných formách. Ide o najbežnejšiu formu glykogenózy.

Pozorujú sa aj iné formy akumulačných ochorení, keď sa zistia mono- alebo polyenzýmové poruchy.

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

Hladina cukru v krvi ako ukazovateľ metabolizmu sacharidov

Jedným z ukazovateľov metabolizmu sacharidov je hladina cukru v krvi. V momente narodenia zodpovedá hladina glykémie dieťaťa hladine glykémie jeho matky, čo sa vysvetľuje voľnou transplacentárnou difúziou. Avšak od prvých hodín života sa pozoruje pokles obsahu cukru, čo sa vysvetľuje dvoma dôvodmi. Jedným z nich, tým významnejším, je nedostatok kontrainzulárnych hormónov. Dokazuje to skutočnosť, že adrenalín a glukagón sú schopné v tomto období zvýšiť hladinu cukru v krvi. Ďalším dôvodom hypoglykémie u novorodencov je, že zásoby glykogénu v tele sú veľmi obmedzené a novorodenec, ktorý je priložený k prsníku niekoľko hodín po narodení, ich spotrebuje. Do 5. – 6. dňa života sa obsah cukru zvyšuje, ale u detí zostáva relatívne nižší ako u dospelých. Zvýšenie koncentrácie cukru u detí po prvom roku života má vlnový charakter (prvá vlna – do 6. roku života, druhá – do 12. roku života), čo sa zhoduje so zvýšením ich rastu a vyššou koncentráciou somatotropného hormónu. Fyziologický limit oxidácie glukózy v tele je 4 mg/(kg • min). Preto by denná dávka glukózy mala byť od 2 do 4 g/kg telesnej hmotnosti.

Treba zdôrazniť, že využitie glukózy počas jej intravenózneho podávania prebieha u detí rýchlejšie ako u dospelých (je známe, že intravenózne podaná glukóza je telom spravidla využitá do 20 minút). Preto je tolerancia detí na sacharidovú záťaž vyššia, čo je potrebné zohľadniť pri štúdiu glykemických kriviek. Napríklad na štúdium glykemickej krivky sa používa priemerná záťaž 1,75 g/kg.

Zároveň majú deti závažnejší priebeh diabetu mellitus, na ktorého liečbu je spravidla potrebné použiť inzulín. Diabetes mellitus sa u detí najčastejšie zisťuje v obdobiach obzvlášť intenzívneho rastu (prvé a druhé fyziologické predĺženie), kedy sa častejšie pozoruje porušenie korelácie žliaz s vnútornou sekréciou (zvyšuje sa aktivita somatotropného hormónu hypofýzy). Klinicky sa diabetes u detí prejavuje smädom (polydipsia), polyúriou, úbytkom hmotnosti a často aj zvýšenou chuťou do jedla (polyfágia). Zisťuje sa zvýšenie hladiny cukru v krvi (hyperglykémia) a výskyt cukru v moči (glukozúria). Častá je ketoacidóza.

Ochorenie je založené na nedostatku inzulínu, čo sťažuje prenikanie glukózy cez bunkové membrány. To spôsobuje zvýšenie jej obsahu v extracelulárnej tekutine a krvi a tiež zvyšuje rozklad glykogénu.

V tele sa glukóza môže rozkladať niekoľkými spôsobmi. Najdôležitejšie z nich sú glykolytický reťazec a pentózový cyklus. Rozklad pozdĺž glykolytického reťazca môže prebiehať za aeróbnych aj anaeróbnych podmienok. Za aeróbnych podmienok vedie k tvorbe kyseliny pyrohroznovej a za anaeróbnych podmienok k tvorbe kyseliny mliečnej.

V pečeni a myokarde prebiehajú procesy aeróbne, v erytrocytoch - anaeróbne, v kostrovom svalstve počas intenzívnej práce - prevažne anaeróbne, počas pokoja - prevažne aeróbne. Aeróbna cesta je pre organizmus ekonomickejšia, pretože vedie k tvorbe väčšieho množstva ATP, ktorý nesie veľkú rezervu energie. Anaeróbna glykolýza je menej ekonomická. Vo všeobecnosti sa prostredníctvom glykolýzy dajú bunky rýchlo, aj keď neekonomicky, zásobiť energiou bez ohľadu na "dodávku" kyslíka. Aeróbny rozklad v kombinácii glykolytického reťazca - Krebsovho cyklu je hlavným zdrojom energie pre organizmus.

Zároveň, spätným tokom glykolytického reťazca, môže telo syntetizovať sacharidy z medziproduktov metabolizmu sacharidov, ako sú kyselina pyrohroznová a kyselina mliečna. Premena aminokyselín na kyselinu pyrohroznovú, α-ketoglutarát a oxalacetát môže viesť k tvorbe sacharidov. Procesy glykolytického reťazca sú lokalizované v cytoplazme buniek.

Štúdia pomeru metabolitov glykolytického reťazca a Krebsovho cyklu v krvi detí ukazuje pomerne významné rozdiely v porovnaní s dospelými. Krvné sérum novorodenca a dieťaťa prvého roku života obsahuje pomerne významné množstvo kyseliny mliečnej, čo naznačuje prevalenciu anaeróbnej glykolýzy. Detský organizmus sa snaží kompenzovať nadmernú akumuláciu kyseliny mliečnej zvýšením aktivity enzýmu laktátdehydrogenázy, ktorý premieňa kyselinu mliečnu na kyselinu pyrohroznovú s jej následným zaradením do Krebsovho cyklu.

Existujú aj určité rozdiely v obsahu izoenzýmov laktátdehydrogenázy. U malých detí je aktivita 4. a 5. frakcie vyššia a obsah 1. frakcie je nižší.

Ďalším, nemenej dôležitým spôsobom štiepenia glukózy je pentózový cyklus, ktorý začína glykolytickým reťazcom na úrovni glukóza-6-fosfátu. V dôsledku jedného cyklu sa jedna zo 6 molekúl glukózy úplne rozštiepi na oxid uhličitý a vodu. Ide o kratšiu a rýchlejšiu cestu rozpadu, ktorá zabezpečuje uvoľnenie veľkého množstva energie. V dôsledku pentózového cyklu sa tvoria aj pentózy, ktoré telo využíva na biosyntézu nukleových kyselín. To pravdepodobne vysvetľuje, prečo má pentózový cyklus u detí veľký význam. Jeho kľúčovým enzýmom je glukóza-6-fosfátdehydrogenáza, ktorá zabezpečuje spojenie medzi glykolýzou a pentózovým cyklom. Aktivita tohto enzýmu v krvi detí vo veku 1 mesiac - 3 roky je 67-83, 4-6 rokov - 50-60, 7-14 rokov - 50-63 mmol/g hemoglobínu.

Porušenie pentózového cyklu rozkladu glukózy v dôsledku nedostatku glukózo-6-fosfátdehydrogenázy je základom nesférocytárnej hemolytickej anémie (jeden z typov erytrocytopatie), ktorá sa prejavuje anémiou, žltačkou, splenomegáliou. Hemolytické krízy sú spravidla vyvolané užívaním liekov (chinín, chinidín, sulfónamidy, niektoré antibiotiká atď.), ktoré zvyšujú blokádu tohto enzýmu.

Podobný klinický obraz hemolytickej anémie sa pozoruje v dôsledku nedostatku pyruvátkinázy, ktorá katalyzuje premenu fosfoenolpyruvátu na pyruvát. Rozlišujú sa laboratórnou metódou, ktorá stanovuje aktivitu týchto enzýmov v erytrocytoch.

Porušenie glykolýzy v krvných doštičkách je základom patogenézy mnohých tromboasténií, klinicky sa prejavujúcich zvýšeným krvácaním pri normálnom počte krvných doštičiek, ale zhoršenej funkcii (agregácia) a zachovaných faktoroch zrážanlivosti krvi. Je známe, že hlavný energetický metabolizmus človeka je založený na využití glukózy. Zostávajúce hexózy (galaktóza, fruktóza) sa spravidla transformujú na glukózu a podliehajú úplnému rozkladu. Premenu týchto hexóz na glukózu vykonávajú enzýmové systémy. Nedostatok enzýmov, ktoré túto premenu transformujú, je základom gstaktozémie a fruktozémie. Ide o geneticky podmienené enzymopatie. Pri gstaktozémii dochádza k nedostatku galaktóza-1-fosfát uridyltransferázy. V dôsledku toho sa galaktóza-1-fosfát hromadí v tele. Okrem toho sa z krvného obehu odstraňuje veľké množstvo fosfátov, čo spôsobuje nedostatok ATP, čo poškodzuje energetické procesy v bunkách.

Prvé príznaky galaktozémie sa objavujú krátko po začatí kŕmenia detí mliekom, najmä materským mliekom, ktoré obsahuje veľké množstvo laktózy, ktorá zahŕňa rovnaké množstvo glukózy a galaktózy. Objavuje sa vracanie, telesná hmotnosť sa slabo zvyšuje (vyvíja sa hypotrofia). Potom sa objavuje hepatosplenomegália so žltačkou a kataraktou. Môže sa vyvinúť ascites a kŕčové žily pažeráka a žalúdka. Vyšetrenie moču odhalí galaktozúriu.

V prípade galaktozémie sa musí laktóza zo stravy vylúčiť. Používajú sa špeciálne pripravené mliečne zmesi, v ktorých je obsah laktózy výrazne znížený. To zabezpečuje správny vývoj detí.

Fruktozémia sa vyvíja, keď sa fruktóza nepremieňa na glukózu v dôsledku nedostatku fruktóza-1-fosfát aldolázy. Jej klinické prejavy sú podobné ako pri galaktozémii, ale sú miernejšie. Jej najcharakteristickejšími príznakmi sú vracanie, prudký pokles chuti do jedla (až po anorexiu), keď sa deťom podávajú ovocné šťavy, sladené cereálie a pyré (sacharóza obsahuje fruktózu a glukózu). Preto sa klinické prejavy obzvlášť zhoršujú, keď sa deti prevedú na zmiešanú a umelú výživu. V staršom veku pacienti netolerujú sladkosti a med, ktorý obsahuje čistú fruktózu. Fruktozúria sa zisťuje pri vyšetrení moču. Je potrebné vylúčiť sacharózu a výrobky obsahujúce fruktózu zo stravy.