Клиническое значение определения отдельных показателей

Углеводного обмена.

Наиболее часто определяемым показателем углеводного обмена с диагностическими целями является содержание глюкозы в крови и моче. Реже определяют содержание других моносахаридов и гликогена.

Фруктоза в сыворотке содержится в незначительном количестве (55,5-333 мкмоль/л). Ее содержание важно определять для диагностики врожденных аномалий обмена фруктозы:

1) эссенциальная фруктозурия связана с врожденным недостатком кетогексокиназы, в результате чего нарушается образование фруктозо-1-фосфата. Поэтому метаболизм фруктозы осуществляется только до фруктозо-6-фосфата. Но эта реакция тормозится глюкозой. Поэтому фруктоза накапливается в крови и появляется в моче (фруктозурия).

2) Наследственная непереносимость фруктозы или врожденная повышенная чувствительность к фруктозе. Симптомы данного заболевания проявляются при переводе грудных детей на смешанное вскармливание. После приема пищи, содержащей фруктозу или сахарозу (последняя в кишечнике расщепляется на глюкозу и фруктозу), у детей возникает гипогликемический шок. С мочой выделяется до 20 % содержащейся в пище фруктозы.

Галактоза в норме в сыворотке крови содержится 0,1-0,94 мкмоль/л. Основным источником галактозы является лактоза пищи, которая в пищеварительном тракте расщепляется до глюкозы и галактозы.

Среди патологических нарушений углеводного обмена важное место занимает галактоземия - рецессивно наследуемое заболевание. Оно сопровождается повышением сахара в крови за счет галактозы. Концентрация глюкозы в крови существенно не меняется. В крови накапливается также галатозо-1-фосфат. Заболевание сопровождается галактозурией и аминоацидурией. Аминоацидурия связана с ингибирующим действием галактозо-1-фосфата на некоторые ферменты, обеспечивающие активный транспорт аминокислот. Основные симптомы заболевания проявляются у грудных детей при вскармливании их материнским молоком. Поражаются почки и печень с развитием их жирового перерождения и циррозов. В далеко зашедших случаях возникает слабоумие. С целью предупреждения дальнейшего развития заболевания детей переводят на диету, не содержащую лактозу. Для диагностики достаточно обнаружения галактозы в моче.

Для оценки функционального состояния печени применяют галактозную нагрузку. Нагрузка галактозой является ценным диагностическим тестом при оценке функционального состояния печени, так как именно печени принадлежит решающая роль в метаболизме галактозы. Можно использовать 2 пробы:

1) 40 г галактозы, растворенной в 200 мл теплой воды, больной выпивает натощак. Исследуется содержание галактозы в моче в течение 6 часов (три двухчасовые порции).

2) Галактозу вводят внутривенно по 0.25 г на 1 кг массы. У здоровых людей галактоза из крови исчезает в течение 2-х часов.

Пробы бывают положительными при болезни Боткина и острых гепатитах другой природы. Положительный результат указывает также на нарушение функции печени при обострении хронических гепатитов и декомпенсацию циррозов печени.

Гликоген. Содержание гликогена в цельной крови взрослого человека 11.?-20,6 мг/100 мл, у детей ниже - в пределах 7,5-11,7 мг/100 мл. Гликогена много содержится в лейкоцитах, поэтому наблюдается увеличение его содержания при лейкоцитозах любого происхождения.

Содержание гликогена в крови отчетливо изменяется при поражении печени. При острых гепатитах у детей уровень гликогена в крови понижается как в плазме, так и в форменных элементах. При острых и хронических гепатитах у взрослых, наоборот, наблюдается повышение содержания гликогена.

Содержание гликогена в крови повышается также при гепатолиенальных синдромах, диабете, злокачественных новообразованиях, при инфекционных заболеваниях и болезнях крови с высоким лейкоцитозом. Известно 9 типов наследственных заболеваний (I-IX), связанных с нарушением обмена гликогена. Они обусловлены недостатком того или иного фермента, участвующего в метаболизме гликогена (гликогенозы). Наиболее частым из них является болезнь Гирке. Клиника проявляется на первом году жизни ребенка. Увеличивается печень, нередко почки. В результате гипогликемии появляются судороги, задержка роста, возможен ацидоз. В крови обнаруживается повышенное количество лактата и пирувата.

Молочная кислота является конечным продуктом гликолиза и гликогенолиза. Концентрация молочной кислоты в крови здорового человека при мышечном покое колеблется в пределах: в венозной крови - 0,9-1,7 ммоль/л, в артериальной крови - менее 1,3 ммоль/л.

Значительное количество молочной кислоты образуется в мышцах. Из мышечной ткани молочная кислота с током крови поступает в печень. Часть ее из крови поглощается сердечной мышцей, где она может служить энергетическим материалом.

Содержание молочной кислоты резко увеличивается в крои при интенсивной мышечной работе (в 5-10 раз по сравнению с нормой). Поэтому при патологических состояниях, сопровождающихся усиленными мышечными сокращениями, может наблюдаться повышение содержания лактата в крови. К таким состояниям относятся эпилепсия (сразу после припадка), тетания, столбняк и другие судорожные состояния.

Увеличение концентрации молочной кислоты в крови можно также наблюдать при гипоксии (сердечная и легочная недостаточность, анемии и др.), злокачественных новообразованиях, при остром гепатите, в терминальной стадии циррозов печени, токсикозах. Эти заболевания приводят к усиленному ее образованию в мышцах и к понижению способности печени превращать молочную кислоту в глюкозу и гликоген. Как правило повышение концентрации молочной кислоты в крови сопровождается уменьшением щелочных резервов и увеличением количества аммиака в крови.

Пировиноградная кислота - один из центральных метаболитов обмена углеводов. Она образуется в процессе распада глюкозы и гликогена в тканях, при окислении молочной кислоты, в результате превращения ряда аминокислот.

Наиболее резкое увеличение концентрации ПВК отмечается при интенсивной мышечной работе и В₁-витаминной недостаточности. При больших физических нагрузках концентрация ее может повышаться до 570 ммоль/л, при норме натощак 34-103 ммоль/л. Повышение содержания ПВК в крови отмечается также при паренхиматозных заболеваниях печени, сахарном диабете, сердечной декомпенсации, токсикозах и некоторых других заболеваниях. В спинномозговой жидкости концентрация пирувата значительно повышается при травмах черепа, воспалительных процесса- менингитах, абсцессах мозга.

Глюкоза - один из важнейших компонентов крови. Количество ее в крови отражает состояние углеводного обмена. Глюкоза почти поровну распределяется между плазмой и форменными элементами крови. Содержание глюкозы в артериальной крови выше, чем в венозной. Это объясняется непрерывным использованием глюкозы клетками тканей и органов. При определении глюкозы по методу Хагедорна-Йенсена определяется не только истинная глюкоза, но и другие редуцирующие вещества (глютатион, глюкуроновая кислота, аскорбиновая кислота и др.). Но, учитывая значительное постоянство этих веществ в крови, этот метод до настоящего времени сохраняет свою диагностическую ценность. При определении глюкозы с помощью ферментативных методов (глюкозооксидазный) можно получить содержание "истинной" глюкозы. В норме - 3,5-6,1 ммоль/л. Исследование рекомендуется проводить сразу после взятия крови. Если исследование откладывается более чем на 1 час в пробу следует добавить фторид натрия (3 мг/мл крови).

Следует помнить, что у новорожденных концентрация глюкозы в крови равна ее концентрации в крови матери. После рождения содержание сахара в крови быстро падает к 3-6-му часу после рождения. К 5-6-му дню содержание глюкозы увеличивается до нормы. Несмотря на значительное понижение уровня глюкозы в крови после рождения, у новорожденных не появляются симптомы гипогликемической комы. Причиной такой физиологической гипогликемии принято считать незрелость структуры печени, внезапный перерыв связи с резервами глюкозы матери и глюкозурию вследствие незрелости почечных канальцев.

При определении глюкозы в крови и моче следует помнить о влиянии на показатели большого количества лекарственных средств. Так к повышению содержания глюкозы могут приводить: АКТГ, аспарагиназа, антагонисты β-адренорецепторов, кофеин, кортикостероиды, диуретики, допамин, адреналин, эстрогены, фруктоза, глюкагон, индометацин, морфин, никотиновая кислота, пероральные контрацептивы, фенотиазины, теофиллин, высокие уровни мочевины. Снижающим эффектом обладают β-адреноблокаторы, анаболические стероиды, антигистаминные препараты, аспирин, каптоприл, этанол, нифедипин и др..

Для клиники важно также определение глюкозы в моче.

Моча здорового человека содержит минимальное содержание глюкозы, которое не обнаруживается обычными методами, применяемыми в КДЛ. При целом ряде патологических состояний концентрация сахара в моче увеличивается. Чаще всего присутствие глюкозы в моче (глюкозурия) является результатом расстройства углеводного обмена на почве изменений в поджелудочной железе: СД, "бронзовый" диабет, острый панкреатит и др. Реже встречается глюкозурия почечного происхождения, связанная с недостаточностью резорбции глюкозы в почечных канальцах. Как временное явление глюкозурия может появляться при некоторых острых инфекционных заболеваниях, нервных заболеваниях, сотрясении головного мозга, после приступов эпилепсии. Отравление морфином, стрихнином, хлороформом, фосфором и др. также может сопровождаться глюкозурией. Необходимо также помнить о глюкозурии алиментарного происхождения, глюкозурии беременных.

В этих случаях имеет значение как качественное, так и количественное его определение.

Качественные пробы на сахар можно разделить на две группы: редуктометрические и энзиматические. Редуктометрические пробы основываются на редукционных свойствах альдегидной группы глюкозы. В качестве окислителя используют легко редуцирующиеся соединения, дающие при восстановлении окрашенные вещества (пробы Фелинга, Бенедикта, Ниландера, Гайнеса, Троммера, Линка, Перди и др.). Эти пробы неспецифичны, потому что и другие физиологические и патологические ингредиенты мочи, а также ряд лекарственных веществ (антипирин, кофеин, камфора, морфин, уретан, ПАСК, фенацетин, аскорбиновая кислота, некоторые антибиотики и др.) обладают, правда, в значительно меньшей степени, чем глюкоза, восстанавливающими свойствами. Но эти пробы нашли широкое применение, так как отличаются простотой и быстротой выполнения и не требуют дорогостоящих реактивов. В настоящее время разработаны пробы на сахар с сухими реактивами в форме таблеток. Эти экспресс-методики дают возможность проводить как качественное, так и полуколичественное определение сахара в крови.

Энзиматические методы относятся к количественным методам, они основаны на применении ферментов.

Помимо однократного определения глюкозы в крови, довольно часто применяют многократное исследование уровня глюкозы после нагрузки моносахаридами - так называемые "сахарные" кривые. При оценке сахарных кривых обращают внимание на время максимального подъема, высоту этого подъема и время возврата концентрации глюкозы к исходному уровню. Для оценки сахарных кривых используется коэффициент Бодуэна:

В - А

х 100 %

А

Где А - уровень глюкозы в крови натощак, В - максимальное содержание глюкозы после нагрузки глюкозой.

В норме этот коэффициент составляет около 50 %, цифры, превышающие 80 %, говорят о серьезном нарушении углеводного обмена.

Гормоны поджелудочной железы:

Поджелудочная железа обладает экзокринной и эндокринной функцией. Эндокринная часть поджелудочной железы представлена 1-2 млн. островков Лангерганса, состоящих из клеток разного типа, секретирующих различные полипептидные гормоны:

А (α) - приблизительно 25 % - вырабатывают глюкагон.

В (β) - приблизительно 60-70 % - вырабатывают инсулин.

Д (δ) - менее 5-10 % - вырабатывают соматостатин.

F - следовые количества - вырабатывает вазоактивный интерстициальный полипептид, гастроинтестинальный полипептид и панкреатический полипептид.

Синтезируемые в островках гормоны высвобождаются в панкреатическую вену и по воротной вене приносятся в печень, которая является их органом-мишенью.

Регулятором секреции для инсулина является повышение глюкозы в крови, а для глюкагона - снижение содержания глюкозы в крови.

Глюкагон - является одноцепочечным полипептидом, состоящим из 29 аминокислотных остатков, расщепляется в организме под действием протеолитических ферментов. Секрецию глюкагона регулируют глюкоза, аминокислоты, гастроинтестициальные гормоны и симпатическая НС. Ее усиливают гипогликемия, аргинин, гастроинтестициальные гормоны (особенно панкреозимин), факторы, стимулирующие симпатическую НС (физическая нагрузка), уменьшение содержания в крови свободных ЖК. Угнетают продукцию глюкагона соматостатин, гипергликемия, повышенный уровень СЖК в крови. Период полураспада глюкагона составляет 10 минут. Инактивируется он преимущественно в печени и почках путем расщепления на неактивные фрагменты под влиянием ферментов карбоксипептидазы, трипсина, химотрипсина и др. Содержание его в крови повышается при декомпенсированном СД.

Основной механизм действия глюкагона характеризуется увеличением продукции глюкозы печенью путем стимуляции его распада и активации глюконеогенеза. Глюкагон связывается с рецепторами мембраны гепатоцитов и активирует фермент аденилатциклазу, которая стимулирует образование цАМФ. При этом происходит накопление активной формы фосфорилазы (а), участвующей в процессе глюконеогенеза. Кроме того, подавляется образование ключевых гликолитических ферментов и стимулируется выделение энзимов, участвующих в процессе глюконеогенеза.

Другая глюкагонзависимая ткань - жировая. Связываясь с рецепторами адипоцитов, глюкагон способствует гидролизу ТГ с образованием глицерина и СЖК. Этот эффект осуществляется путем стимуляции цАМФ и активации гормоно-чувствительной липазы. Усиление липолиза сопровождается повышением в крови СЖК, включением их в печень и образованию кетокислот. Глюкагон стимулирует глюкогенолиз в сердечной мышце, что способствует увеличению сердечного выброса, расширению артериол и снижению общего периферического сопротивления, уменьшает агрегацию тромбоцитов, секрецию гастрина, панкреозимина и панкреатических ферментов. Образование инсулина, СТГ, кальцитонина, катехоламинов, выделение жидкости и электролитов с мочой под влиянием глюкагона увеличиваются. После приема белковой пищи, во время голодания, при хронических заболеваниях печени, ХПН, глюкогономе содержание глюкагона увеличивается.

Инсулин - инсулин синтезируется в виде предшественника - препроинсулина, который затем превращается в проинсулин. Он состоит из 3-х пептидных цепей (А, В и С). А и В цепочки соединены дисульфидными мостиками с С-пептидом. Синтезированный проинсулин поступает в аппарат Гольджи, где под влиянием протеолитических ферментов расщепляется на молекулу С-пептида и молекулу инсулина (созревание инсулина). Созревание продолжается по мере продвижения зрелых гранул к цитоплазматической мембране. При соответствующей стимуляции зрелые гранулы сливаются с цитоплазматической мембраной и выбрасывают свое содержимое во внеклеточную жидкость. При этом клетка выделяет равные количества инсулина и С-пептида.

В сутки поджелудочная железа секретирует до 40-50 ЕД инсулина (это соответствует 15-20 % общего количества гормона в железе).

Самым мощным стимулятором его секреции является глюкоза (пороговая концентрация - 4,4-5,5 ммоль/л), которая взаимодействует с рецепторами цитоплазматической мембраны. В-клетки реагируют не только на количество глюкозы в крови, но и на скорость ее изменения.

Секреция инсулина на воздействие глюкозы является двухфазной: 1 фаза быстрая - соответствует выбросу запасов синтезированного инсулина, 2-ая - медленная - характеризует скорость его синтеза.

Наличие двух фаз секреции отражает существование 2-х различных внутриклеточных депо инсулина

При пероральном приеме глюкозы происходит более сильная стимуляция секреции инсулина, чем при внутривенном введении. Это обусловлено влиянием различных гормонов ЖКТ: секретина, холецистокинина, гастрина, энтероглюкагона, желудочного ингибитора пептида.

Стимуляторами секреции инсулина являются также аминокислоты (аргинин, лейцин), глюкагон, гастрин, секретин, панкреозимин, β-адренергические агонисты, высокие концентрации АКТГ и ТТГ, производные сульфонилмочевины.

Подавляют секрецию и освобождение инсулина гипогликемия, соматостатин, никотиновая кислота, диазоксид, α-адреностимуляция и др. Полупериод жизни инсулина не более 3-5 минут. Физиологические концентрации в крови составляют 10^-9-10^-12 моль/л.

Инсулин в крови находится в свободном (иммунореактивный инсулин) и связанном с белками плазмы состоянии. Деградация инсулина происходит в основном в печени (до 80 %), почках и жировой ткани (которые являются тканями-мишенями) под влиянием глютатионтрансферазы и глютатионредуктазы (в печени), инсулиназы (в почках), протеолитических ферментов (в жировой ткани).

Механизм действия инсулина мембранно-внутриклеточный. Ткани-мишени имеют на мембранах рецепторы к инсулину, связываясь с которыми инсулин запускает цепочку реакций, приводящих к изменению обменов веществ. Эти изменения идут по 2-м направлениям:

1. Сам рецептор после связывания с инсулином способен проявлять протеинкинзаную активность. Это приводит к фосфорилированию белков по аминокислоте тирозину. При этом активируются следующие белки:

· Рибосомальный 6S-белок (трансляция).

· Белки цитоскелета.

· ФДЭ (фосфодиэстераза) цАМФ.

Фосфорилирование белков цитоскелета сразу же после связывания инсулина с клеткой способствует быстрому обратимому перемещению белковых переносчиков глюкозы (глюкозные транспортеры) из внутриклеточного депо на плазматическую мембрану. Скорость поступления глюкозы в клетку возрастает при этом в 20-40 раз.

При активации ФДЭ цАМФ инсулин вызывает дефосфорилирование белков клетки. При этом повышается активность глюкогенсинтетазы, ацетил-КоА, карбоксилазы, пируваткиназы, снижается активность у фосфорилазы А и тканевой липазы.

2. Образование вторичных посредников липидной природы: ДАГ (диацилглицерол), содержащий только насыщенные жирные кислоты и ГИФ (гликозилинозитолфосфат).

ДАГ липофильный, поэтому остается в мембране и усиливает поступление в клетку глюкозы, аминокислот, К⁺, Са²⁺. Гидрофильный ГИФ свободно перемещается по цитоплазме, активирует протеинфосфатазу и изменяет активность ряда ферментов (гликогенсинтетазу, пируватдегидрогеназу) и глицерол-3-фосфатацил трансферазу.

Комплекс инсулина с рецептором спустя 30 сек после связывания подвергается эндоцитозу. Внутри клетки комплекс распадается, инсулин разрушается протеолитическими ферментами, а рецептор возвращается на мембрану.

В условиях высокого содержания инсулина в плазме (например, при ожирении или акромегалии) число инсулиновых рецепторов снижается и чувствительность тканей-мишеней к гормону также снижается. Это обусловлено потерей рецепторов в результате повышенного эндоцитоза. "Понижающая" регуляция может частично объяснять инсулинорезистентность при ожирении и СД.

Влияние инсулина на обмены веществ:

Углеводный обмен.

Инсулин снижает уровень глюкозы в крови благодаря:

1) Усилению транспорта глюкозы через плазматические мембраны клеток-мишеней.

2) Усилению утилизации глюкозы: глюкоза фосфорилируется гексокиназой и "запирается" в клетке. При этом приблизительно 1/2 часть глюкозы распадается на получение энергии (повышается активность гексокиназы, фосфофруктокиназы, ПДГ); 1/3 часть глюкозы используется на синтез липидов, особенно в жировой ткани и приблизительно 1/10 часть глюкозы поступает на синтез гликогена.

3) Одновременному торможению распада гликогена (снижение фосфорилазы).

4) Невозможности реакции глюконеогенеза из-за отсутствия субстратов (АК и глицерин идут на синтез белков и липидов).

2. Обмен липидов. Инсулин приводит к:

Белковый обмен. Инсулин приводит к:

1) Ускорению транспорта аминокислот в клетку.

2) Торможению распада белка за счет снижения тканевых протеиназ.

3) Активации синтеза белка за счет:

а) повышения количества рибосом (6S-фосфорилированию способствует объединение рибосом в полисомы, занятые в трансляции).

б) регуляции транскрипции генов. Этим объясняется роль инсулина в эмбриогенезе, дифференцировке тканей и делении клеток.

Если действие инсулина на клетку продолжается в течение 1 и более часов, повышается синтез нуклеиновых кислот, который сопровождается делением, ростом и развитием клеток.

В целом действие инсулина на обмен веществ можно охарактеризовать как "анаболическое", усиливающее синтез углеводов, белков, нуклеиновых кислот и жира, сопровождающееся положительным азотистым балансом.