Лекція 6. Обмін вуглеводів та ліпідів

План

1. Патологія обміну вуглеводів. Тести толерантності до глюкози.

2. Цукровий діабет.

3. Ліпіди: загальна характеристика, будова, функції, травлення.

4. Ліпіди плазми крові.

Патологія обміну вуглеводів

Гіперглікемія – вміст глюкози в крові в кількісті 6,1-6,66 ммоль/л. Гіперглікемії: панкреотичного (цукровий діабет, бронзовий діабет, гострі та хронічні ураження підшлункової залози запальним, некротичним або цирозним процесом) та внепанкреатичного походження (нервові, печінкові, гормональні, за винятком підшлункової залози).

Гіпоглікемія –  зниження рівня глюкози до 2,5-2,8 ммоль/л, а подальше зниження приводить до розвитку гіпоглікемічної коми. Різке зниження вмісту глюкози визиває шкидкий розвиток гіпоглікемічного шоку. Причини гіпоглікемії: зниження запасів глікогену або невикористанням його, посилення асиміляції глюкози тканинами, посилення виведення глюкози нирками.

Тести толерантності до глюкози (ттг)

Толерантність (стійкість) організму до глюкози вивчають, головним чином, для виявлення патології підшлункової залози й порушень вуглеводного обміну. Проводяться дані тести методом глюкозного або цукрового навантаження. Варто підкреслити, що прибігають до вуглеводного навантаження тільки у випадку, якщо рівень глюкози в крові натще перебуває в межах фізіологічної норми. Виконують пробу з вуглеводним навантаженням у такий спосіб: ранком, натще, беруть у хворого першу пробу крові для дослідження на глюкозу, потім йому дають прийняти навантаження, що готовлять із розрахунку 1,0 г глюкози, або 2,0 г цукру на 1 кг маси тіла. Краще застосовувати глюкозу, вона дає найбільш чіткий характер глікемичної кривої. Звичайно для людей середньої маси тіла досить як навантаження прийняти 50,0 г глюкози, або 100,0 г цукру. Для дітей навантаження розраховують у такий же спосіб, але потрібно мати на увазі, що в навантаження повинне ввійти не менш 25,0 г глюкози, інакше це не буде навантаженням. Необхідна кількість глюкози (цукру) розчиняють у двох склянках теплої води. У меншому об'ємі важко розчинити вся кількість глюкози або, тим більше, цукри й такий розчин важче випити. Хворому варто пояснити, що навантаження необхідно випити повільно, не залпом, але не більш, ніж за 5 хвилин. За цей час формується адекватна фізіологічна реакція організму на прийом великої кількості вуглеводів. Після прийому навантаження беруть проби крові для дослідження на глюкозу протягом 3-х годин через наступні проміжки часу: через 30 хвилин, 1 година, 2 години, 3 години. За все це час проведення навантаження хворий повинен збирати в одну ємність м очу, що також досліджують на наявність глюкози.

Рис. 8. Глікемічні криві: 1 – норма, 2 – при діабеті, 2б – при діабеті з подвійним навантаженням, 3 – при гіпертиреозі, з навантаженням, 4 – при гіперінсулінізмі

На підставі проведеного дослідження будують глікемічну криву, для чого отримані результати визначення глюкози в пробах наносять на систему координат, у якій вісь абсцис представляє час узяття проби, а вісь ординат - значення концентрації глюкози в крові, мал. 53. У здорової людини в результаті прийому вуглеводного навантаження розвивається харчова гіперглікемія, але нормально функціонуюча підшлункова залоза підсилює вироблення інсуліну й рівень глюкози знижується. При цьому глікемічна крива буде носити наступний характер: нормальний рівень глюкози в крові натще, через 30 хвилин після прийому навантаження концентрація глюкози перевищує норму, через 1 годину після навантаження відзначається максимальний підйом рівня глюкози в крові, але не перевищуючий бруньковий поріг глюкози, через 2 години рівень глюкози повертається до норми й через 3 години - у вихідне значення. У сечі, зібраної під час навантаження, глюкоза не визначається. У глікемічній кривій прийнято розрізняти 2 фази: гіперглікемічну й гіпоглікемічну. На першу фазу, гіпер-глікемічну, доводиться ділянка кривої, що лежить у проміжку часу від моменту прийому навантаження до максимального підйому рівня глюкози в крові, тобто через 1 годину після прийому навантаження. Формується гіперглікемія на цій ділянці кривої - через 30 хвилин, за рахунок рефлекторного розщеплення глікогену в печінці під впливом сигналів, що надходять із ротової порожнини й інших ділянок травного каналу (звідси випливає вимога приймати навантаження повільно, протягом 5 хвилин). Печінка як би готується до прийому більших кількостей вуглеводів. На відрізку кривої від 30 хвилин до 1 години розвивається істинно харчова гіперглікемія за рахунок глюкози, що всмокталася з кишечнику в кров, прийнятої з навантаженням. Друга фаза умовно названа гіпоглікемічной охоплює ділянку кривої від 1 години до 3-х годин, після навантаження.

Тут концентрація глюкози в крові знижується й приходить до норми за рахунок посиленого виділення інсуліну у відповідь на псреподразнення здорової підшлункової залози. Для правильного трактування результатів проведення ТТГ важливий саме характер глікемічної кривої, хоча в окремих посібниках рекомендується також розраховувати й різні коефіцієнти, наприклад, коефіцієнт Бодуена, дорівнює відношенню цифри максимального підйому глюкози до її споконвічного значення, тобто натще.

Коефіцієнт Бодуена в нормі дорівнює 1,3 - 1,5. Підйом вище 1,5 означає патологію. Але варто мати на увазі, що коефіцієнт має тільки відносне значення. На результати проведених ТТГ можуть впливати цілий ряд факторів: прийом стероїдних препаратів, пероральних контрацептивів, диуретиків. Не проводять ТТГ у випадку, якщо пацієнт був хворий або дотримував постільного режиму протягом попередніх двох тижнів. Під час проведення ТТГ слід дотримуватися спокою й виключити паління.

Цукровий діабет. Симптоми початкового періоду хвороби – спрага, поліурія, схуднення, сухість у роті, поступово наростаюча загальна слабість.

Кардинальною ознакою діабету є гіперглікемія, що визначається порушенням утилізації глюкози периферичними тканинами, посиленням її утворення в печінці (глюконеогенез), а також підвищеним глікогенолізом. Цукор крові, як відомо, піддається повної ультрафільтрації в клубочках нирок, а потім цілком реабсорбується в ниркових канальцах. Однак здатність канальцевого епітелію до зворотного усмоктування глюкози має кількісну межу –  нирковий поріг для глюкози складає в більшості людей 8,9-10 ммоль/л (160-180 мг%), у деяких він вище (до 11 ммоль/л, чи 200 мг%), у деяких нижче. В останньому випадку виникає стан, іменоване нирковим діабетом – глюкозурія при нормоглікемії.

Як тільки глікемія перевищить зазначеної межі, з'являється глюкозурія. Підвищена осмолярность первинної сечі стає причиною осмотичного діурезу, кожен грам цукру, що виділяється із сечею, захоплює за собою 12–40 г води. Виникаюча поліурія веде до зневоднювання організму, згущенню крові. Хворі випивають за добу 3-5 л, а іноді 8-10 л і більш рідини і стільки ж втрачають із сечею.

Розвинена раптово недостатність інсуліну приводить до порушення білкового обміну убік вираженої переваги катаболічних процесів, а також до інтенсивного ліполізу. Незважаючи на надлишок джерел енергії (гіперглікемія, гіперліпемія), інсулінозалежні тканини (насамперед м'язова і жирова) через відсутність інсуліну не в змозі її утилізувати, у результаті розвивається енергетичне голодування кліток («голод серед достатку»), пластичні процеси синтезу в них різко знижуються. За перші тижні хвороби хворі худнуть на 8-15 кг, а іноді і більш. У частини з них при цьому апетит не тільки зберігається, але і значно підвищується, що зв'язують з активацією центрів апетиту в гіпоталамусі і корі головного мозку внаслідок гіперметаболізму. Через недостатньо критичне відношення хворого до свого стану і пізнього звертання до лікаря захворювання розпізнається (особливо в дітей і підлітків) тільки тоді, коли розвивається кетоацидоз, діабетична прекома чи кома. Від появи перших ознак захворювання до розвитку кетоацидемічної коми може пройти від 2-4 тиж. до 2-6 міс.

У залежності від клінічних проявів і необхідного лікування розрізняють легку, середньотяжку і важку форми діабету. Легкою вважають таку форму захворювання, при якій компенсація вуглеводного обміну досягається за допомогою однієї дієти, не відзначається виражених ускладнень, працездатність хворого збережена. При діабеті середньої ваги компенсація може бути забезпечена за допомогою пероральних цукрознижуючих чи препаратів інсуліну в дозі не більш 60 Од/доб, немає важких судинних і інших ускладнень, працездатність хворих помірковано знижена. Важка форма діабету припускає ускладнення (кетоацидоз, інсулінорезистентність, алергія до інсуліну, гангрена нижніх кінцівок) чи необхідність для компенсації дози інсуліну більш 60 Од/доб. Працездатність, як правило, знижена чи втрачена.

Лікування. Этіотропної терапії цукрового діабету поки не існує. Сучасне лікування цього захворювання спрямовано на максимально можливу компенсацію тих метаболічних порушень, що викликані в організмі внаслідок абсолютної чи відносної недостатності інсуліну. Ознакою ідеальної компенсації є нормальний рівень цукру в крові в будь-який час доби і повна відсутність глюкозурії. Нормалізація вмісту цукру в крові відновлює гарне самопочуття, усуває такі симптоми діабету, як спрага, поліурія, шкірна сверблячка, забезпечує працездатність хворого. Одночасно при цьому в значної частини хворих (на жаль, не в усіх) усуваються розлади інших видів обміну речовин: ліпідного, білкового, водно-електролітного, підсилюється резистентність до інфекцій. Гарний контроль діабету, що забезпечує стійку і тривалу нормоглікемию, приводить до регресу захворювання, коли знижується потреба хворого в інсуліні чи інших цукрознижуючих засобах, з'являється можливість перейти від лікарської терапії до лікування однією дієтою. Якщо при стабільно нормальному рівні цукру в крові нормалізується і глюкозотолерантний тест, то говорять про ремісію цукрового діабету Систематичне спостереження за глікемією й іншими показниками складає основу терапії.

ЖИРИ

Жири, органічні сполуки, повні складні ефіри гліцерину (трігліцериди) і одноосновних жирних кислот; входять в клас ліпідів. Разом з вуглеводами і білками жири – один з головних компонентів клітин тварин, рослин і мікроорганізмів. Будова жирів відповідає формулі: CH₂-O-CO-R’

CH- О-CO-R’’

CH₂-O-CO-R’’’,

де R’, R’’ і R’’’ – радикали жирних кислот. Всі відомі природні жири містять в своєму складі трьох різних кислотних радикалів, що мають нерозгалужену структуру і, як правило, парне число атомів карбону. З насичених жирних кислот в молекулі жирів найчастіше зустрічаються стеаринова і пальмітинова кислоти, ненасичені жирні кислоти представлені в основному олеїновою, лінолевою і ліноленовою кислотами. Фізико-хімічні і хімічні властивості жирів значною мірою визначаються співвідношенням вхідних в їх склад насичених і ненасичених жирних кислот.

Жири нерозчинні у воді, добре розчинні в органічних розчинниках, але зазвичай погано розчинні в спирті. При обробці перегрітою парою, мінеральними кислотами або лугом жири піддаються гідролізу (омиленню) з утворенням гліцерину і жирних кислот або їх солей утворюючи мило. При сильному збовтуванні з водою утворюють емульсії. Прикладом стійкої емульсії жиру у воді є молоко. Емульгування жирів в кишечнику (необхідна умова їх всмоктування) здійснюється солями жовчних кислот.

Ліпіди (від греч. lipos – жир), жироподібні речовини, що входять до складу всіх живих клітин і грають важливу роль в життєвих процесах. Будучи одним з основних компонентів біологічних мембран, ліпіди впливають на проникність кліток і активність багатьох ферментів, беруть участь в передачі нервового імпульсу, в м'язовому скороченні, створенні міжклітинних контактів, в процесах імунохімій. Інші функції ліпідів – утворення енергетичного резерву і створення захисних водовідштовхувальних і термоізоляційних покривів у тварин і рослин, а також захист різних органів від механічних дій. У організмі жири – основне джерело енергії. Енергетична цінність жирів у 2 р. вище, ніж вуглеводів. Жири, що входять до складу більшості мембранних утворень клітки і субклітинних органел, виконують важливі структурні функції. Завдяки украй низькій теплопровідності жири, що відкладаються в підшкірній жировій клітковині, служить термоізолятором, що оберігає організм від втрати тепла, що особливо важливе для морських теплокровних тварин (китів, тюленів і ін.). Разом з тим жирові відкладення забезпечують еластичність шкіри.

Більшість ліпідів – похідні вищих жирних кислот, спиртів або альдегідів. Залежно від хімічного складу ліпіди підрозділяють на декілька класів (див. схему). Прості ліпіди включають речовини, молекули яких складаються тільки з залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, до них відносяться жири (тригліцериди і ін. нейтральні гліцериди), віск (ефіри жирних кислот і жирних спиртів) і діольні ліпіди (ефіри жирних кислот і етіленгліколя або ін. двоатомних спиртів). Складні ліпіди включають похідні ортофосфорної кислоти (фосфоліпіди) і ліпіди, що містять залишки цукрів (гліколіпіди). Молекули складних ліпідів містять також залишки багатоатомних спиртів – гліцерину (гліцеринфосфатіди) або сфінгозіну (сфінголіпіди). До фосфатідів відносяться лецитини, кефаліни, полігліцерофосфатіди, фосфатіділінозіт, сфінгомієліни і др.; до гліколіпідів – глікозілдігліцериди, цереброзіди, гангліозіди (сфінголіпіди, що містять залишки сіалових кислот). До ліпідів відносять також деякі речовини, що не є похідними жирних кислот.

У організмі ліпіди піддаються ферментативному гідролізу під впливом ліпаз. Жирні кислоти, що звільняються при цьому, активуються взаємодією з аденозинфосфорними кислотами (головним чином з АТФ) і коферментом А і потім окислюються.

Тваринні жири – природні продукти, що отримуються з жирових тканин тварин; є сумішшю тригліцеридів вищих насичених або ненасичених жирних кислот, склад і структура яких визначають основні фізичні і хімічні властивості жирів. При переважанні насичених кислот тваринні жири мають тверду консистенцію і порівняно високу температуру плавлення; такі жири містяться в тканинах наземних тварин (наприклад, яловичий і баранячий жири). Рідкі жири входять до складу тканин морських ссавців і риб, а також кісток наземних тварин. Характерна особливість жирів морських ссавців і риб — наявність в них тригліцеридів високонеграничних жирних кислот (з 4, 5 і 6 подвійними зв'язками). Йодне число у цих жирів 150—200. Особливе місце серед тваринних жирів займає молочний жир, якого в маслі коров'ячому до 81—82,5  %; у коров'ячому молоці міститься 2,7-6,0 % молочного жиру. До складу молочного жиру входить до 32 % олеїнової, 24 % пальмітинової, 10 % мірістінової, 9 % стеаринової і ін. кислот (загальний зміст їх досягає 98 %).

Окрім тригліцеридів містять гліцерин, фосфатіди (лецитин), стерини (холестерин), ліпохроми – фарбувальні речовини (каротин і ксантофіл), вітаміни А, Е і F. Вітаміном А особливо багаті жири з печінки морських ссавців і риб. У молочному жирі присутні, крім того, вітаміни K і D. Під дією води, водяної пари, кислот і ферментів (ліпази) тваринні жири легко піддаються гідролізу з утворенням вільних кислот і гліцерину; при дії лугів з жирів утворюється мило. У організмі тваринні жири грають роль резервного матеріалу, використовуваного при погіршенні живлення, і захищають внутрішні органи від холоду і механічних дій. Тваринні жири знаходять широке застосування перш за все як продукти харчування. Важливі харчові жири – яловичий, баранячий і свинячий – отримують з жирових тканин рогатої худоби і свиней. З тканин морських ссавців і риб готують харчові, медичні, ветеринарні (кормові) і технічні жири. Харчові жири, що переробляються шляхом гідрогенізації на маргарин, проводять з жирових тканин вусатих китів (сервали, фінвали і ін.). Медичні жири, що містять вітамін А і використовувані як лікувальний і профілактичний препарат, отримують з печінки тріскових риб: тріски, пікші, сайри і ін. Ветеринарні жири, що призначаються для підгодівлі сільськогосподарських тварин і птахів, готуються з тканинних і печінкових жирів риб і морських ссавців.

Рослинні жири, продукти, що витягуються з олійної сировини і складаються в основному (на 95-97 %) з тригліцеридів, – органічних сполук, складних повних ефірів гліцерину і жирних кислот. Окрім тригліцеридів (безбарвних речовин без запаху і смаку), до складу жирних рослинних масел входять віск і фосфатіди, а також вільні жирні кислоти, ліпохроми, токофероли, вітаміни і інші речовини, що повідомляють маслам забарвлення, смак і запах. Властивості жирних рослинних масел визначаються в основному складом і змістом жирних кислот, створюючих трігліцериди. Звичайно це насичені і ненасичені (з однією, двома і трьома подвійними зв'язками) одноосновні жирні кислоти з нерозгалуженим вуглецевим ланцюгом і парним числом вуглецевих атомів (переважно C₁₆ і C₁₈). Крім того, в жирних рослинних маслах виявлені в невеликих кількостях жирні кислоти з непарним числом вуглецевих атомів (від C₁₅ до C₂₃). Залежно від змісту неграничних жирних кислот міняється консистенція масел і температура їх застигання: у рідких масел, неграничних кислот, що містять більше, температура застигання зазвичай нижче за нуль, у твердих масел – досягає 40 С.

До твердих рослинних масел відносяться тільки масла деяких рослин тропічного поясу (наприклад, пальмове). При контакті з повітрям багато рідких жирних масел піддаються окислювальній полімеризації («висихають»), утворюючи плівки. По здібності до «висихання» масла ділять на ряд груп відповідно до переважного змісту тих або інших неграничних кислот; наприклад, масла, що висихають подібно до лляної олії (лляноподібно висихаючі), з неграничних головним чином ті, що містять ліноленовую кислоту. Касторова олія, що містить в основному рицинольову кислоту, взагалі не утворює плівок.

Жирні кислоти – це аліфатичні карбонові кислоти, число атомів Карбону в них може досягати 22-24. Основна маса жирних кислот, що входять в організм людини і тварин, мають парне число атомів карбону, що обумовлено особливостями їхнього синтезу. Жирні кислоти, як правило, мають нерозгалужений вуглецевий ланцюг. Вони підрозділяються на насичені жирні кислоти, що не мають у своїй структурі кратних вуглець-вуглецевих зв'язків, і ненасичені - имеющие у своїй структурі подвійні чи потрійні карбон-карбонові зв'язки, причому потрійні зв'язки зустрічаються вкрай рідко.

Ненасичені жирні кислоти, у свою чергу, поділяються на моноєнові, тобто утримуючі 1 кратний зв'язок, і полієнові – утримуючі кілька кратних зв'язків (диєнові, триєнові). Усі природні ненасичені жирні кислоти мають стереохімічну цис-конфігурацію. Природні ненасичені жирні кислоти звичайно мають тривіальні назви: олеїнова, пальмітинова, олеїнова, лінолева, ліноленова, арахідинова й ін. кислоти. Так, олеїнова кислота має 18 атомів карбону, вона містить один подвійний зв'язок, що починається від дев'ятого атома карбону ланцюга, і має цис-стереохімічну конфігурацію щодо цього подвійного зв'язку. Жирні кислоти в організмі виконують кілька функцій. Насамперед це енергетична функція, тому що саме при їхньому окислюванні виділяється основна маса енергії, укладена в хімічних зв'язках більшої частини ліпідів. Так, при окисненні до кінцевих продуктів 1 моля стеаринової кислоти (1 моль – 284 г) виділяється 2632 ккал енергії. Жирні кислоти виконують також структурну функцію, оскільки вони входять до складу різноманітних більш складних по хімічній будові ліпідів. Крім того, жирні кислоти виконують в організмі пластичну функцію, оскільки проміжні продукти їхнього окисного розпаду використовуються в організмі для синтезу інших сполук. Особливо слід зазначити, що ряд поліненасичених вищих жирних кислот відносяться до незамінних компонентів їжі, оскільки вони не синтезуються в організмі.

ЖИРОВИЙ ОБМІН – сукупність процесів перетворення нейтральних жирів і їх біосинтезу в організмі тварин і людини. Жировий обмін можна розділити на наступні етапи: розщеплювання тих, що поступили в організм з їжею жирів і їх всмоктування в шлунково-кишковому тракті; перетворення продуктів розпаду жирів, що всмокталися, в тканинах, що ведуть до синтезу жирів, специфічних для даного організму; процеси окислення жирних кислот, що супроводжуються звільненням біологічно корисної енергії; виділення продуктів жирового обміну з організму.

У порожнині рота жири ніяким змінам не піддаються: у слині немає ферментів, що розщеплюють жири. Розщеплювання жирів починається в шлунку, проте тут воно протікає з невеликою швидкістю, оскільки ліпаза шлункового соку може діяти тільки на заздалегідь емульговані жири, в шлунку ж відсутні умови, необхідні для утворення жирової емульсії. Лише у дітей раннього віку, одержуючих з їжею добре емульговані жири (молоко), розщеплювання жирів в шлунку може досягати 5%. Основна частина жирів їжі піддається розщеплюванню і всмоктуванню у верхніх відділах кишечника.

У рослинах жири утворюються з вуглеводів. Цей процес найінтенсивніше йде в дозріваючому олійному насінні і плодах. При проростанні насіння йде зворотний процес: жири розщеплюються (за участю ліпаз) на гліцерин і жирні кислоти, і з продуктів розпаду утворюються вуглеводи. Тому у міру проростання насіння зменшується вміст в них жирів і збільшується кількість вільних жирних кислот. Гліцерин в паростках присутній в дуже малій кількості, оскільки він легко і швидко перетворюється на вуглеводи. У проростаючому насінні олійних рослин шлях перетворення жирів у вуглеводи лежить через гліоксилатний цикл.