Лекція № 7. Тема: Типові порушення обміну речовин.

План.

1. Порушення регуляції обміну речовин.

2. Порушення енергетичного обміну.

3. Порушення основного обміну.

4. Порушення вуглеводного обміну.

5. Спадкові порушення вуглеводного обміну.

6. Порушення білкового обміну.

Література.

Основна.

1. Патологічна фізіологія: Підручник / 3а ред. М. Н.Зайка, Ю.В Биця.-К.: Вища шк.; 1995

2. Патологическая физиология: Учебник для студентов мед.вузов / Под ред. Н.Н. Зайко: З-е изд., перераб. и доп. -К.: Логос,1996.

3. Патологическая физиология: Учебник для мед. вузов / Под ред. А.Д. Адо, В.В. Новицького.- Томск: Изд-во Том.ун-та, 1994.

Додаткова

1. Малахов Г.П. Голодание. – СПб.: Комплект, 1996.

2.Уоткинс Питер Дж. Сахарный диабет: практический подход, диагностика, лечение, осложнения / Пер с англ. – М. – Спб.: Бином – Невский диалект, 2000.

Обмін речовин, або метаболізм, в організмі визначається спадковим фактором і регулюється функцією ендокринної і нервової системи. Відповідно порушення обміну речовин можуть мати спадковий характер або виникати внаслідок порушення функції регулюючих систем.

Провідно роль у здійсненні внутрішньоклітинної саморегуляції належить генетичній інформації. Більшість спадкових дефектів обміну речовин зумовлена мутацією генів, які кодують синтез ферментів (спадкові ферментопатії).

Ферментопатія – це патологічний процес, коли ферментний білок не синтезується або синтезується із зміненою структурою і активністю. При зниженні ферментної активності можливе нагромадження неметаболізуючого субстрату або випадіння проміжного продукту обміну. Підвищення ферментативної активності веде до нагромадження кінцевих продуктів обміну.

Для координації метаболічних реакцій у клітині потрібне постійне надходження інформації, яку забезпечують медіатори нервової системи і гормони. Для сприйняття інформації клітини мають специфічні рецептори на поверхневій мембрані, в цитоплазмі або в ядрі.

Крім внутрішньоклітинних механізмів саморегуляції організм має і складніші – нервово-гормональні механізми регуляції.

Гормональна регуляція на клітинному рівні може відбуватись також за допомогою генетичного апарату шляхом індукції утворення ферментів (наприклад, інсулін індукує синтез ферментів гліколізу) або зміни активності наявних ферментів (адреналін активує фосфорилазу, інсулін – гексокіназу).

Нервова система виконує свою трофічну функцію, контролюючи тканинний обмін, за допомогою медіаторів. При порушенні цієї функції розвивається нейродистрофічний процес.

Порушення обміну речовин на більш високому рівні біологічної організації – рівні органів і організму – великою мірою залежать від стану нейроендокринної регуляції. Емоційне збудження супроводжується зміною коркової регуляції теплопродукції, вуглеводного обміну.

Порушення енергетичного обміну лежить в основі більшості функціональних і органічних порушень органів і тканин. Воно може виникати на всіх етапах енергетичних перетворень внаслідок відсутності або нестачі субстрату, зміни кількості або активності ферментів, у зв’язку з генетичними дефектами, впливом інгібіторів ферментів ендо- й екзогенного походження, недостатнім надходженням в організм незамінних амінокислот, вітамінів, мікроелементів потрібних для здійснення метаболічних процесів, або внаслідок ушкодження регуляторних систем.

Нормальний перебіг обміну енергії на молекулярному рівні зумовлює динамічну взаємодію процесів катаболізму й анаболізму.

Катаболізм може відбуватись поза клітиною за допомогою травних ферментів і внутрішньоклітинно за участю лізосомних гідролаз. Внутрішньоклітинному розпаду піддаються власні макромолекули. Продукти їх розпаду використовуються клітиною для синтезу інших компонентів. Генетична недостатність лізосомних ферментів призводить до виникнення хвороб накопичення (мукополісахаридоз).

Окремим прикладом позаклітинного розпаду макромолекул є протеоліз, що забезпечує підвищення функціональної активності ферментів, гормонів, нуклеїнових кислот.

У разі порушення катаболічних процесів передусім страждає регенерація АТФ, а також надходження субстратів, потрібних для біосинтезу (анаболізму). Порушення анаболічних процесів призводить до розладу відтворення функціонально важливих сполук ( ферментів, гормонів), потрібних для катаболізму. Найбільш виражені розлади катаболізму спостерігаються при порушенні системи біологічного окислення або механізмів зв’язку дихання й окисного фосфорування.

Взаємозв’язок дихання і фосфорування в клітинах є регульованим процесом, який залежить від стану мітохондрій. У складі мітохондріальних мембран є контрикальні білки, аналогічні актоміозиновому комплексу, які створюють можливість активного скорочення або набухання мітохондрій.

У патологічних умовах при порушенні скорочувальних властивостей, як це буває в ракових клітинах, мітохондрії тривалий час перебувають у набухлому стані. Це сприяє виходу факторів, які стимулюють гліколіз, посилюють гліколітичний шлях обміну в тканиниах.

В умовах холоду організм терміново мобілізує теплоту. Це відбувається шляхом роз’єднання окисного фосфорування і підвищення вільного окиснення. При роз’єднанні енергетичний обмін клітин спрямовується у бік підвищенного утворення теплоти за рахунок тимчасового зниження специфічної функції клітини і пластичних процесів.

Внаслідок ослаблення взаємозв’язку дихання і фосфорування під впливом тироксину значно посилюється клітинне дихання, що лежить в основі підвищення основного обміну в хворих на тиреотоксикоз.

Окисне фосфорування істотно порушується при авітамінозі, особливо групи В, оскільки вітаміни цієї групи входять до складу коферментів циклу трикарбонових кислот і переносу електронів у дихальному ланцюгу.

Розладом біоенергетичних процесів супроводжується більшість вірусних захворювань, зокрема вірусний гепатит, коли вірус використовує для потреб свого росту певні життєво необхідні речовини (АТМ, АМФ, рибонуклеїнові кислоти).

Глибокі розлади енергетичного обміну виникають при цукровому діабеті, коли значно зменшується вироблення макроергічних сполук у зв’язку з порушенням дихального ланцюга, зумовленого обмеженням потужності циклу Кребса.

Порушення основногоь обміну. На рівень основного обміну навіть у фізіологічних умовах впливають різні фактори: рефлекторні, умовнорефлекторні, гормональні. Особливо це виявляється в умовах патології, коли порушується нейрогормональна регуляція обміну. У психічно хворих у стадії прогресивного паралічу і старечого недоумства основний обмін дещо знижується. Більш різкі порушення відбуваються при ураженні вегетативних центрів гіпоталамуса.

Особливу роль у регуляції основного обміну відіграє гормон щитовидки – тироксин, який є одним з основних регуляторів проникності мітохондрій і впливає не взаємозв’язок процесів окиснення і фосфорування і, отже на інтенсивність енергетичних процесів. Підвищення основного обміну на 20 і більше є важливою діагностичною ознакою тиреотоксикозу, а зниження його свідчить про гіпофункцію щитовидної залози.

Певний вплив на основний обмін справляють гормони гіпофізу. Соматотропін стимулює вільне окисненнфя і тим самим підвищує теплоутворення, чим пояснюється посилення енергетичних процесів при пухлинах гіпофіза. Гіпофункція гіпофізу, яка супроводжується зменшенням продукції тиротропіну й кортикотропіну, призводить до зниження теплопродукції й основного обміну.

Значно стимулює основний обмін адреналін, особливо в умовах холоду. Інсулін виявляє протилежний вплив, він ослаблює м’язове дрижання й теплопродукцію, посилюючи зв’язок окиснення і фосфорування.

У людей хворих на аддісонову хворобу енергетичні процеси пригнічуються. Статеві гормони активують вільне окиснення і сприяють звільненню енергії. У разі гіпофункції внутрішніх статевих органів інтенсивність енергетичних процесів і основного обміну знижується, що нерідко супроводжується ожирінням.

В процесі голодування основний обмін знижується у зв’язку з переходом організму на економне витрачання енергії.

Порушення вуглеводного обміну. Патологія вуглеводного обміну складається з розладу катаболізму і анаболізму вуглеводів. Порушення катаболізму вуглеводів може виникати внаслідок розладу перетравлювання і всмоктування вуглеводів у кишківнику, гліконеогенезу й глікогенолізу у печінці та подальшого перетворення глюкози на піровиноградну кислоту, яка каталізується ферментами гліколізу. Порушення ферментативного розщеплення полісахаридів у кишківнику трапляється порівняно рідко, оскільки амілаза виробляється слиннними, кишковими і підшлунковою залозами. У разі ахілії дія амілази слини триває і в шлунку.

При порушенні гормональної регуляції, запаленні слизової оболонки, отруєнні можуть порушуватись процеси всмоктування моносахаридів у кишківнику.

Порушення анаболізму вуглеводів характеризується розладом синтезу й депонування глікогену в печінці. При гіпоксії спостерігається порушення глікогенезу. Внаслідок охолодження, перегрівання, болю, судом, підвищення емоцій може посилитись глікогеноліз, у разі цукрового діабету – гліконеогенез.

Істотно змінюється вуглеводний обмін при гіповітамінозах, особливо групи В, оскільки ці вітаміни є коферментами багатьох ферментів.

Порушення нервово-гормональної регуляції є найчастішою причиною патології вуглеводного обміну, Об’єктами регуляції є три основних процеси вуглеводного обміну: відкладення вуглеводів у печінці і м’язах у формі глікогену і перетворення їх у жири, тобто депонування як джерела енергії; глікогеноліз, гліконеогенез і надходження у кров глюкози; розщеплення глюкози із звільненням енергії. Ці процеси тісно пов’язані між собою. Порушення цієї координації виявляється у вигляді гіпер- або гіпоглікемії і глікозурії.

У дослідах наслідки порушення нервової регуляції вуглеводного обміну спостерігав Бернар. Він показав, що укол в ділянці дна ІV шлуночка призводить до гіреглікемії. Кенон спостерігав, як психічне перенапруження, емоції зумовлюють підвищення рівня глюкози в крові.

Порушення гормональної регуляції вуглеводного обміну може виникати та внаслідок не тільки розладу її центральних механізмів, а й ураження ендокринних залоз або розладу периферичних механізмів дії гормонів.

Провідним фактором у порушенні гормональної регуляції обміну вуглеводів є зміна співвідношення між активністю інсуліну і протиінсулярних гормонів.

Дефіцит інсуліну і переважання протиінсулярних гормогів спричинюють гіперглікемію.

Гормони щитовидної залози також беруть участь у регуляції вуглеводного обміну. Відомо, що гіперфункція щитовидної залози характеризується зниженням стійкості організму до вуглеводів. Тироксин стимулює всмоктування глюкози в кишківнику, а такожпосилює активність фосфорилази печінки.

Якщо активність інсуліну переважає над активністю протиінсулярних гормонів, то у вуглеводному обміні посилюються анаболічні процеси і виникає гіпоглікемія. Вона спостерігається при надмірному введенні інсуліну, при пухлинах гіпоталамуса, гіпофункції гіпофіза, аддісоновій хворобі, під час вуглеводного голодування, важкій м’язовій роботі (марафонський біг), при пошкодженні печінкових клітин.

Зниження рівня глюкози в крові до менш як 2,5 ммоль/л може спричинити розвиток гіпоглікемічної коми.

Кома – це патологічне гальмування центральної нервової системи, яке характеризується втратою свідомості, відсутністю рефлексів і розладом регуляції життєво важливих функцій організму.

У патогенезі гіпоглікемічної коми основне значення має зниження утилізації глюкози клітинами головного мозку, для діяльності яких глюкоза є основним джерелом енергії. Комі звичайно передує поява відчуття голоду у зв’язку із збудженням ядер гіпоталамуса, тахікардія (гіперпродукція адреналіну), посилення потовиділення, слабкість, дратливість, можливі судоми.

Цукровий діабет – це стан хронічної гіперглікемії, зумовлений дефіцитом інсуліну або надлишком факторів, які протидіють його активності. Проявами діабету є порушення обміну речовин, особливо вуглеводного, кетоацидоз, прогресуюче ураження периферичних нервів, капілярів нирок, сітківки, а також атеросклероз.

Основні прояви цукрового діабету – гіперглікемія, яка досягає інколи 25 ммоль/л; глікозурія із вмістом глюкози в сечі до 555 -666 ммоль/добу (100/120г/добу); поліурія ( до 10-12л сечі за добу), подіфагія, полідипсія.

Спадкові порушення вуглеволного обміну можуть бути зумовлені дефіцитом специфічних ферментів або недостатністю транспортної системи мембрани, що потрібно для обміну окремих цукрів. Клінічні прояви при цьому варіюють від доброякісної пентозурії у практично здорової дитини до галактоземії, коли хворому загрожує загибель від виснаження і недостатності печінки або тяжкої діареї і дегідратації при синдромі порушеного всмоктування глюкози й галактози.

Синдром порушеного всмоктування вуглеводів спричинює дефіцит специфічної дисахаридази щіткоподібного епітелію або недотатність системи транспорту моносахаридів. В обох випадках вуглевод накопичується в просвіті кишок, підвищуючи осмолярність кишкового соку й тим додатково залучаючи в просвіт кишок воду. Діти страждають від болю і здуття живота, поносу, спостерігається затримка росту й розвитку.

Оскiльки бiлки займають центральне мicце у процесах життєдiяльностi органiзму, порушення їх обмiну є елементом патогене­зу вcix патологiчних процесiв. Щоб мати сумарне уявлення про порушення бiлкового обмiну, виходять з поняття про азотисту рівновагу. У нормальної дорослої людини кiлькicть азотистих речо­вин, якi виводяться з органiзму, дорiвнює тiй кiлькостi, яку він одержує з їжею. В органiзмi, що росте, при вariтнocтi, введеннi або надмiрній секреції гормонів анаболiчної дії, посиленому харчу­вaннi пiсля виснажливих захворювань азоту виводиться менше, нiж надходить, тобто анаболiчнi процеси переважають над катабо­лiчними. Це nозuтuвнuй азотuстuй баланс. Негатuвнuй азотuстuй баланс розвивається у разi втрати бiлкiв або збiльшеному витра­чаннi їх органiзмом. Це спостерiгається в процесi голодування, втрати бiлкiв через нирки (протеїнурiя), шкiру (опiки), кишки (понос), при тиреотоксикозi, iнфекцiйнiй гарячцi.

Порушення бiлкового обмiну можливе на вcix етапах, почи­наючи iз всмоктування i закiнчуючи виведенням з органiзму кін­цевих продуктiв.

Оскiльки в органiзмi практично нeмaє депо бiлкiв, а джере­лом амiнокислот для їx синтезу є переважно компоненти їжi, то у разi порушення перетравлювання i всмоктування бiлкiв розвиває­ться алiментарна бiлкова недостатністьb. Вона спостерiгається при запальних i дистрофiчних процесах у кишках, якi супроводжують­ся порушенням їx секреторної i моторної функцiї, у разi голоду­вання, незбалансованого за амiнокислотним складом харчування.

Однак для нормального синтезу бiлкiв потрiбнi не лише до­статня кiлькicть амiнокислот, а й правильне, активне функцiону­вання системи цього синтезу i генетичних структур, що кодують його.

Порушення продукцii бiлка може бути набутим i спадковим. Воно виявляється змiною кiлькостi синтезованих молекул або утворенням аномальних за своєю структурою бiлкiв.

Збiльшення або зменшення синтезу бiлка, пов'язане переважно iз змiною регуляторних впливiв певних rормонів, нервів та iммунної системи. Kpiм того, до порушення синтезу бiлка може при­зводити конденсацiя хроматину в клiтинах при рiзних патологiч­них процесах, нерегульована швидкicть списування матричної РНК внаслiдок порушення функцiонування гена - регулятора або оператора (в пухлинних клiтинах), а також дефекти в структypi рибосом, що виникають, наприклад, пiд впливом стрептомiцину.

Порушення трансамiнування i окисного дезамiнування. Проце­си трансамiнування й дезамiнування мають універсальне зна­чення для вcix живих органiзмiв: трансамiнування призводить до синтезу амiнокислот, дезамiнування - до їx руйнування.

Порушення реакції трансамiнування можуть виникати за кількох причин, i передусiм унаслiдок нестачi пiридоксину.

Пригнiчення окисного дезамiнування, яке призводить до руй­нування невикористаних амiнокислот, спричинює бiльш високу концентрацiю амiнокислот у кpовi - гinерамiноацuдемiю. Наслiд­ком цього є посилена екскрецiя амiнокислот нирками (амiноацu­дурiя) i змiна спiввiдношення окремих амiнокислот у кровi, що створює несприятливi умови для синтезу бiлкових молекул. Дез­амiнування порушується у разi дефiциту компонентiв, якi прямо чи опосередковано беруть участь у цiй реакції (пiридоксин, рибо­флавiн, нiкотинова кислота); пiд час rinoкcii, голодування (бiл­кова недостатнicть).

Порушення декарбоксилування. Декарбоксилування, яке є важ­ливим, хоч i не унiверсальним напрямом бiлкового обмiну, вiдбу­вається з утворенням СО₂ i бiогенних aмінів.

Бiогеннi амiни, як вiдомо, мають специфiчну бiологiчну актив­нicть, i збiльшення кiлькостi їx може спричинити певнi патоло­гiчнi змiни в органiзмi. Збiльшення кiлькостi бiогенних aмінів може бути наслiдком не тiльки посиленого декарбоксилування вiдповiдних амiнокислот, а й пригнiчення окиснення aмінів i роз­ладу зв'язування їx бiлками. Наприклад, при гiпоксичних станах, iшемiї i деструкції тканин (травма, опромiнення, тощо) послаб­люються окиснi процеси, що сприяє посиленню декарбоксилування. Поява великої кiлькостi бiогенних aмінів (особливо гістаміну й cepoтоніну) у тканинах може зумовити значне порушення мic­цевого кровообiгу, пiдвищення проникностi стiнки судин i ушко­дження нервового апарату.

Проходження амiнокислот через певнi метаболiчнi шляхи де­термiнується кiлькicтю i активнicтю вiдповiдннх ферментiв. Спад­ковi порушення синтезу ферментiв призводять до того, що вiдпо­вiдна амiнокислота не вмикається в метаболiзм, а накопичується в бiологiчних середовищах органiзму: сечi, калi, потi, спинномоз­ковiй рiдинi. Клiнiчна картина в таких випадках визначається, по-перше, появою надто великоi кiлькостi речовини, яка мала метаболiзуватись за участю заблокованого ферменту, а по-друге, дефiцитом речовини, яка мала утворитись.

На кiнцевих етапах бiлкового обмiну можуть порушуватись процеси утворення азотистих продуктiв (сечовина, aміак, сечова кислота) i виведення їх з органiзму. Основним показником розладу утворення i видiлення сечови та iнших азотистих продуктiт обмiну є змiна рiвня i складу залишкового (небілкового) азо­ту в кpовіi (норма - 14,3-21,4 ммоль/л, або 20-30 мг%). Залишковий азот на 50 % складається з азоту сечовини, близько 25 % його припадає на амiнокислоти, решта - на iншi азотистi продук­ти. Несечовинна частина йога дiстала назву резидуального азоту. Збiльшення залишкового азоту в крові - гiперазотемiя - може бу­ти наслiдком порушення синтезу сечовини в печiнцi (продукцiйна гiперазотемiя) i розладу видiльної функцiї нирок (ретенцiйна гiперазотемiя).

Порушення синтезу сечовини спостерiгається при деяких пато­логiчних станах (дистрофiчнi змiни в печiнцi, гiпоксiя), а також може бути спадково зумовленим дефектом. Спадковi порушення синтезу сечовини виявляються при недостатньому утвореннi apri­нiнсукцинатлiази, карбамоїлфосфатсинтета­зи й орнiтинкарбамоїлтрансферази та аргiнiнсукци­натсинтетази.

Порушення синтезу i видiлення сечовоi кислоти. Сечова кис­лота - це кiнцевий продукт обмiну пуринових основ, якi входять у структуру нуклеїнових кислот.

Порушення її синтезу i видiленняможе спостерiгатись при захворюваннях нирок, у хворих на лей­коз. Однак найяскравiшим прикладом цих порушень є подагра.

3мiнами кiлькicного i якicного спiввiдношення бiлкiв кpовi супроводжуються майже вci патологiчнi стани, а також вродженi аномалii синтезу бiлкiв. Порушення вмicту бiлкiв плазми кpовi може виявлятися змiною загальної кiлькостi бiлкiв (гiпопротеїне­мiя, гiперпротеїнемiя) або спiввiдношення мiж окремими бiлкови­ми фракцiями (диспротеїнемiя) при нормальному загальному вмісті бiлкiв.