3 курс / Патологическая физиология / ТИПОВЫЕ_НАРУШЕНИЯ_ОБМЕНА_ВЕЩЕСТВ

Тема: НАРУШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ОСНОВНОГО ОБМЕНА

Актуальность темы. Нарушение обмена энергии лежит в основе большинства функциональных и органических нарушений органов и тканей. Оно может возникать на всех этапах энергетических превращений в результате отсутствия или недостатка субстрата, изменения количества или активности ферментов, в связи с генетическими дефектами, влиянием ингибиторов ферментов, недостаточным поступлением в организм незаменимых аминокислот, жирных кислот, витаминов, микроэлементов и других веществ, необходимых для осуществления метаболических процессов, или в результате повреждения регуляторных систем.

Между внутриклеточными механизмами саморегуляции, связанными с генетической информацией, и нервно-гормональной регуляцией обмена веществ существует тесная связь, и нарушение с любой стороны вызывает развитие патологии.

Общая цель – знать причины и механизмы развития нарушения энергетического и основного обмена в организме.

Для этого необходимо уметь (конкретные цели):

1.Анализировать нарушение энергетического обмена в организме.

2.Определять связь нарушений углеводного обмена с нарушениями энергетического обмена.

Для реализации целей учебы необходимы базисные знания-умения.

1.Понятие об основном обмене (каф. нормальной физиологии).

2.Взаимосвязь энергетического, основного, углеводного, жирового и белкового обменов (каф. биохимии).

3.Нейрогуморальная регуляция энергетического обмена (каф. нормальной физиологии).

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ

1.Энергетические потребности организма. Энергетический баланс, отрицательный и положительный, причины возникновения и механизмы развития. Основной обмен как фактор влияния на энергетический баланс.

2.Патологические изменения основного обмена: этиология, патогенез. Нарушение энергообеспечения клеток.

3.Нарушение транспорта питательных веществ через клеточные мембраны, расстройства внутриклеточных катаболических путей.

4.Нарушение клеточного дыхания, эффект разобщения окисления и фосфорилирования, его механизмы. Значение нарушений энергетического обмена в жизнедеятельности клеток, органов, организма.

5.Роль расстройств энергообеспечения клеток в развитии их повреждения.

Список учебно-методической литературы

ОСНОВНАЯ

1.Патофізіологія: Підручник / Ю.В. Биць, Г.М. Бутенко, А.І. Гоженко та ін.; за ред. М.Н. Зайка, Ю.В. Биця, М.В. Кришталя. – 4-е вид., перероб. і допов. – К.: ВСВ «Медицина», 2014. – 752 с. + 4 с. кольор. вкл.

2.О.В. Атаман. Патологічна фізіологія в запитаннях і відповідях. Вінниця: Нова книга, 2007. – 512 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.Губський Ю.І. Біологічна хімія: Підручник. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. –508 с.

2.Гжегоцкий М.Р., Филимонов В.И., Петрушин Ю.С. Физиология человека: Учебник – М.: Книга плюс, 2005. – 495 с.

3.Патологическая физиология: Учебник / Под ред. А.Д. Адо и др. – М.: Триада-Х, 2000.

4.Патофизиология в рисунках, таблицах и схемах / Под ред. В.А. Фролова и др. – М: Медицинское информационное агентство, 2003. – 392 с.

111

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

НАРУШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ОСНОВНОГО ОБМЕНА

Любое проявление жизни связано с затратами энергии. Для существования организма как системы необходим постоянный приток свободной энергии. Обмен веществ – это комплекс физиологических и биохимических процессов, обеспечивающих жизнедеятельность организма в условиях влияния факторов внешней среды.

Согласно современным представлениям о регуляции энергетического обмена баланс энергии состоит из трех компонентов: поступление энергии с пищей, запасы ее в организме и энергетические затраты. Поступление энергии с пищей (важнейшая компонента обмена) регулируется сложной системой и зависит от степени абсорбции и утилизации энергоемких компонентов пиши.

Сущность энергетических превращений в организме состоит в том, что энергия, заключенная в структуре углеводов, жиров и белков, в конечном счете, используется на выполнение специфических форм работы: мышечные сокращения, секреция, синтез соответствующих структур и т.д. Сохранение и использование энергии в специфических процессах осуществляется за счет превращения энергии расщепления белков, жиров и углеводов в форму особых химических соединений. Носителями этой химической энергии в организме являются различные фосфорные соединения (АТФ, АДФ и др.).

Современная медицина и экспериментальная патология располагают весьма широким арсеналом методов, которые позволяют измерять энергозатраты человека. Наиболее точным методом является метод прямой калориметрии, предложенный еще сто лет назад В.В. Пашутиным, но он требует длительного времени измерения, дорогой и громоздкой аппаратуры.

Наиболее часто в современной клинической практике и экспериментальных условиях применяют методы с использованием непрямой калориметрии. С помощью этих методов исследуют обмен кислорода и углекислоты, измеряют скорость окисления углеводов, жиров и белков пищи, применяя соответствующие дыхательные коэффициенты и используя стандартные таблицы.

Как известно, обмен энергии в организме происходит в результате двух взаимосвязанных процессов – свободного окисления и фосфорилирующего окисления – в основном в митохондриях (фосфорилирующее окисление протекает внутри митохондрий, свободное окисление – на их поверхности). Соотношение между этими двумя процессами определяет направленность энергетического обмена клетки в сторону повышения функциональной деятельности или образования тепла. Так, переход на преимущественно свободное окисление (при разобщении) сопровождается срочной мобилизацией теплоты, что может явиться физиологическим механизмом при восстановлении нормальной температуры тела после гипотермии, для поддержания температуры тела при переохлаждении и т.д.

Степень сопряжения окисления и фосфорилирования в клетках является процессом, регулируемым в определенных пределах, уменьшение степени сопряжения, как и увеличение, не может рассматриваться как патология. Неодинаковая степень сопряжения при различных физиологических состояниях организма может обусловливать направленность обмена в сторону функциональной деятельности или в сторону пластических процессов. Так, в интенсивно растущих тканях ослабление сопряжения окисления и фосфорилирования (разобщение) сочетается с большим напряжением биосинтеза и пластической деятельности клеток на фоне общего повышения их обмена. Следовательно, высокая интенсивность энергетического обмена у детей является особенностью адаптации растущего организма.

Отсюда следует, что количество первичной теплоты, образующейся в клетках, может быть разным при окислении одного и того же количества кислорода в зависимости от направленности энергетического обмена. Если эта направленность меняется в достаточно большой массе тканей (клетки печени, скелетные мышцы), обладающих высоким обменом, изменения энергии на клеточном уровне отразятся и в общем ее балансе.

Нарушения обмена энергии

Нарушения энергетического обмена лежат в основе большинства функциональных и органических нарушений органов и тканей. Все энергетические нарушения реализуются на молекулярном уровне.

Нарушения на клеточном уровне зависят от повреждения цитоплазматических включений – мембран митохондрий, лизосом, эндоплазматического ретикулума. Чаще всего эти повреждения вызываются нарушением биосинтеза нуклеиновых кислот, активацией окисления, действием токсинов,

112

а также нарушением нервной и гуморальной регуляции. На органном и тканевом уровне последствием энергетических нарушений является изменение специфической функции соответствующих органов и тканей.

На уровне целостного организма нарушения энергетического обмена обычно связаны с нарушением регуляторной функции нервной и эндокринной систем.

Экспериментальные данные доказывают, что в условиях патологического разобщения окисления и фосфорилирования снижается функция различных органов (уменьшается выработка антител в условиях экспериментального гипотиреоза, снижается мышечная активность при α- динитрофеноловой интоксикации).

Особенно серьезные сдвиги в энергетическом обмене возникают при бактериальной интоксикации. Дифтерийный и стафилококковый токсины, золотистый стафилококк, обладая разобщающим действием, приводят к резкому увеличению фактической продукции тепла.

Еще более серьезные изменения энергетического обмена наблюдаются при тяжелых ожогах. Первичным пусковым механизмом этих изменений является уменьшение количества SH-групп белков, сопровождающееся снижением ферментативной активности митохондрий и разобщением окислительного фосфорилирования, что, в конечном счете, снижает выработку АТФ и ведет к нарушению функции внутренних органов. При ожогах уменьшение количества SH-групп белков связано с ингибированием их недоокисленными продуктами обмена и ожоговыми токсинами.

Энергетические процессы в клетке находятся в тесной зависимости не только от концентрации и активности некоторых субстратов (продукты обмена), но и от функционального состояния систем, регулирующих обмен энергии, и в первую очередь нервной и эндокринной систем.

Так, теплопродукция может значительно повыситься при эмоциональном возбуждении, в эректильной фазе травматического шока.

Основными регуляторами проницаемости митохондрий и, следовательно, энергетического обмена являются гормоны щитовидной железы (тироксин и трийодтиронин). При гиперпродукции тироксина (гиперфункция щитовидной железы) усиливается как свободное, так и фосфорилируюшее окисление, теплопродукция увеличивается. Однако в связи с тем, что тироксин обладает также и разобщающим действием, он вызывает набухание митохондрий, что ведет к выделению ферментов фосфорилирования и дыхания, к переходу на преимущественно свободное окисление. При уменьшении секреции тироксина (гиперфункция щитовидной железы) теплопродукция, наоборот, уменьшается.

Энергетический обмен повышается при опухолях гипофиза, связанных с гиперпродукцией соматотропного гормона (СТГ), увеличивающего теплообразование за счет стимуляции свободного окисления.

Наконец, в условиях патологии ослабление процессов сопряжения может зависеть и от ряда других моментов, влияющих на ход преобразования в организме энергии пищевых веществ в теплоту. Энергетический обмен может меняться в зависимости от большего или меньшего выделения недоокисленных продуктов обмена, более богатых энергией, чем обычные конечные продукты обмена, от интенсивного распада тканей и ряда других процессов, происходящих в организме.

Причины снижения энергетического обмена: o голодание, кахексия, анемии;

o гипоксии различного генеза (тяжелой степени);

oгипофункция эндокринных желез: щитовидной, половых, надпочечников, гипофиза, основная причина – инактивация калий–натриевых АТФаз;

o гиперинсулинизм;

oпоражение ЦНС – некоторые психические заболевания, прогрессивный паралич, старческая деменция, олигофрения и др.;

o состояние сна.

Причины повышения энергетического обмена: o эмоциональное возбуждение, стресс;

oрасстройства функций ЦНС – некоторые формы неврозов, поражения стволового отдела мозга, повышение тонуса симпатической нервной системы;

113

oлихорадочные и лихорадоподобные состояния: энергетический обмен возрастает на 13% при повышении температуры тела на 1 о С, важную роль в этом играет активация несократительного термогенеза, достигаемая под влиянием избытка катехоламинов;

oэндокринные заболевания: сахарный диабет, повышение продукции ТТГ, АКТГ (базофильная аденома гипофиза), увеличение продукции СТГ (эозинофильная аденома гипофиза), гиперфункция щитовидной железы, повышенное образование катехоламинов в мозговом слое надпочечников (например, при феохромоцитоме), гиперпродукция половых гормонов – тестостерона и прогестерона;

o сенсибилизация организма при введении чужеродного белка, различных антигенов;

oумеренная активация сердечной деятельности и дыхания (физическая нагрузка, гипоксия легкой степени).

Впоследнее время немалую актуальность приобрели так называемые митохондриальные болезни. Это заболевания, вызванные дефектами митохондрий – «энергетических станций» организма. Дефект любого из ферментов митохондрий нарушает слаженную работу всей «энергетической станции». При этом в первую очередь страдают наиболее энергозависимые ткани и органы – центральная нервная система, скелетные и сердечная мышцы, почки, печень, эндокринные железы.

Основной обмен и его изменения в патологии

Главная энергетическая характеристика жизнедеятельности организма – основной обмен. Основной обмен (О. о.) – это количество энергии, необходимое для поддержания нор-

мальных функций организма при полном мышечном и психическом покое, натощак (через 12-18 ч после приема пищи), при температуре окружающей среды 20-22 °С, влажности воздуха – 60-80%, скорости его движения – 0,1-0,2 м/с.

Иными словами, О. о. представляет собой минимум энергии, необходимой для жизни организма человека или животных в условиях полного психического и мышечного покоя. О. о. отражает суммарную интенсивность окислительных превращений во всех тканях и органах в условиях покоя и представляет для здоровых людей одного пола, возраста, роста, массы тела достаточно постоянную величину, которая служит эталоном при определении отклонений интенсивности обмена у данного индивида от средней нормы (так называемого должного уровня). О. о. у взрослого человека составляет около 1600-1700 ккал/сут (соответствует 6700-7120 кДж/сут) или равен примерно 1 ккал/ч на 1 кг массы тела

Величина, или уровень, О. о. колеблется у различных людей и зависит от возраста, веса (массы) тела, пола и некоторых других факторов. В среднем величина основного обмена у мужчины весом 70 кг составляет около 1700 ккал в сутки (1 ккал на 1 кг веса в 1 ч). У женщин интенсивность О. о. ниже примерно на 10-15%. У новорожденных величина О. о. составляет 46-54 ккал на 1 кг массы тела в сутки и возрастает в течение первых месяцев жизни, достигая максимума в конце первого – начале второго года. При этом интенсивность О. о. ребенка превышает О. о. взрослого человека в 1,5- 2 раза. Затем интенсивность О. о. начинает постепенно уменьшаться, стабилизируясь в возрасте 20-40 лет. У пожилых людей О. о. снижается.

Если расчет интенсивности О. о. производить не на единицу веса, а на единицу площади, то выясняется, что индивидуальные различия величины О. о. менее значительны. На основании фактов, свидетельствующих о наличии закономерной связи между интенсивностью обмена веществ и величиной поверхности, немецкий физиолог Рубнер (М. Rubner) сформулировал «закон поверхности тела», согласно которому затраты энергии теплокровными животными пропорциональны величине поверхности тела. Вместе с тем установлено, что этот закон имеет относительное значение и позволяет проводить лишь ориентировочные расчеты высвобождения энергии в организме. Против абсолютного значения «закона поверхности» свидетельствует и тот факт, что интенсивность обмена веществ может значительно различаться у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела. Уровень окислительных процессов определяется, таким образом, не столько теплоотдачей с поверхности тела, сколько теплопродукцией тканей и зависит от биологических особенностей вида животных и состояния организма, которое обусловлено деятельностью нервной и эндокринной систем.

Даже в том случае, когда соблюдаются все стандартные условия для определения О. о., интенсивность процессов обмена подвергается суточным колебаниям: она возрастает утром и снижается в ночной период. Отмечены сезонные изменения О. о. у человека: повышение его весной и ранним летом и понижение поздней осенью и зимой. Сезонные изменения связаны не столько с температур-

114

ными факторами, сколько с изменением двигательной активности, колебаниями гормональной активности и т.д. Потребление питательных веществ и их последующее переваривание повышают интенсивность процессов обмена, особенно в том случае, если питательные вещества имеют белковую природу. Такое влияние пищи на уровень обмена веществ и энергии носит название специфического динамического действия пищи. К изменению уровня О. о. ведут также продолжительное ограничение питания, избыточное потребление пищи, повышенное или недостаточное содержание в рационе отдельных питательных веществ.

Температура окружающей среды также влияет на интенсивность процессов О. о.: сдвиги в сторону охлаждения приводят к большему усилению обмена веществ, чем соответствующие сдвиги в сторону повышения температуры (при падении температуры воздуха на 10° уровень О. о. повышает-

ся на 2,5%).

Определение О. о. имеет большое значение в диагностике некоторых заболеваний. На основании результатов обследования большого числа здоровых людей установлена средняя норма О. о. – так называемый должный О. о. Должный О. о. (в ккал за 24 ч) принят в расчетах за 100%. Фактический О. о. выражается в процентах отклонения от должного в сторону повышения со знаком плюс, в сторону понижения – со знаком минус

Допустимое отклонение от должной величины колеблется от +10 до +15%. Отклонения в пределах от +15% до +30% считаются сомнительными, требуют контроля и наблюдения; от +30% до +50% относят к отклонениям средней тяжести; от +50% до +70% – к тяжелым, а свыше +70% – к очень тяжелым. Снижение обмена на 10% еще нельзя считать патологическим, при снижении на 3040% требуется лечение основного заболевания.

Для определения О. о. используют методы прямой и непрямой калориметрии. Необходимо учитывать возможность расхождения данных прямой и непрямой калориметрии, что связано с кратковременностью определения потребления кислорода. При более длительных определениях (порядка 24 ч) результаты обоих методов должны, очевидно, совпадать. Искажение представления об О. о. может быть связано с тем, что калорическая ценность кислорода оказывается различной в зависимости от характера субстратов (белки, жиры или углеводы), преимущественно окисляющихся в организме в процессе газообмена. Величину О. о. можно ориентировочно определить с помощью специальных клинических формул (например, формул Рида, Гейла и др.). По формуле Рида процент отклонения О. о. равен: 75, умноженным на пульс, плюс разница систолического и диастолического артериального давления, умноженная на 0,74 –72. По формуле Гейла процент отклонения О. о. равен: пульс плюс разница систолического и диастолического АД минус 111. Общими обязательными условиями при этом являются следующие: подсчет пульса, измерение АД должны осуществляться всегда только в стандартных условиях О. о.; клинические формулы неприменимы к больным с декомпенсированными заболеваниями сердца, почек и печени, гипертонической болезнью, мерцательной аритмией, пароксизмальной тахикардией, недостаточностью клапанов аорты и некоторыми другими тяжелыми заболеваниями и состояниями.

Патологические изменения основного обмена. Согласно существующим представлениям,

общая теплопродукция организма складывается из первичной и вторичной теплоты. Первичная теплота – это результат рассеивания энергии окисления субстратов в цепи транспорта электронов, вторичная – следствие использования для той или иной клеточной функции образующихся в ходе тканевого дыхания макроэргических соединений. Основные клеточные механизмы нарушений О. о. сводятся к изменению интенсивности образования первичной или вторичной теплоты или обоих ее видов вместе. Изменение каждого из этих процессов сопровождается изменением потребления кислорода – наиболее распространенного критерия величины О. о. В случае усиленного расходования макроэргических соединений на различные виды работы клетки вступает в силу дыхательный контроль в митохондриях, сущность которого заключается в том, что продукт дефосфорилирования АТФ является мощным стимулятором тканевого дыхания. При ослаблении или полном снятии дыхательного контроля («рыхлое» сопряжение или разобщение окислительного фосфорилирования) обычно регистрируется усиленное потребление кислорода.

Патология нервной системы может обусловить изменение О. о. как в результате прямого нарушения образования первичной теплоты, так и вследствие изменения интенсивности функционирования того или иного органа или ткани. Примером первого механизма являются, по-видимому, поражения диэнцефальных вегетативных центров (травмы, опухоли, кровоизлияния и т.п.), воспроизводимые в эксперименте «тепловыми уколами» в подкорковые образования. Второй механизм обусловливает снижение О. о. при параличах и повышение его при усиленном функционировании органов

115

дыхания, кровообращения, мышц и. по-видимому, печени. Значение изменений деятельности различных органов для возникновения сдвигов в О. о. не одинаково. Так, напряженная деятельность головного мозга или почек относительно мало влияет на общий тепловой баланс организма, тогда как мышечная работа, а также работа сердца и органов дыхания играют определяющую роль в общей теплопродукции организма.

Значительное влияние на О. о. оказывает тонус вегетативной (преимущественно симпатической) нервной системы, т.к. вырабатываемые ею медиаторы принимают непосредственное участие в терморегуляции. Опухоли хромаффинной ткани, секретирующие адреналин и норадреналин, сопровождаются резким повышением О. о. Удаление симпатических ганглиев и мозгового вещества надпочечников, наоборот, может снизить О. о. Помимо влияния на функцию внутренних органов, эти вещества, по-видимому, могут действовать и на процессы образования первичной теплоты, но механизм такого эффекта пока не полностью ясен.

Причиной изменений О. о. при разнообразных видах эндокринной патологии наиболее часто являются заболевания щитовидной железы, сопровождающиеся повышенной или пониженной секрецией тиреоидных гормонов, выполняющих в организме специфическую роль регуляторов интенсивности тканевого дыхания и энергетического обмена. Повышение О. о. служит наиболее постоянным признаком гипертиреоза, сопровождающего такие эндокринные заболевания, как диффузный токсический зоб, тиреотоксическую аденому и др. Снижение функции щитовидной железы обусловливает уменьшение основного обмена.

Выраженные изменения О. о. наблюдаются при патологии передней доли гипофиза, например снижение О. о. при гипопитуитаризме или удалении гипофиза. Роль других гормонов в генезе механизмов нарушения О. о. недостаточно изучена. Гипокортицизм обычно сопровождается снижением О. о., однако у больных аддисоновой болезнью его снижение является непостоянным симптомом. Гормон поджелудочной железы инсулин снижает О. о. за счет своего угнетающего действия на катаболические процессы. Способность этого гормона уменьшать теплопродукцию используют при экспериментальной гибернации. Удаление поджелудочной железы, а также сахарный диабет, приводят к повышению О. о., что, вероятно, обусловлено не только выпадением прямого влияния инсулина на теплопродукцию, но и метаболическими изменениями, в частности повышением уровня свободных жирных кислот и кетоновых тел, которые в больших концентрациях способны угнетать процессы окислительного фосфорилирования.

Изменения О. о. часто наблюдаются при различных интоксикациях, инфекционнолихорадочных заболеваниях. При этом выявлена независимость стимуляции окислительных процессов от самого факта существования лихорадки. Наиболее изученным является действие 2,4-α- динитрофенола, который считается классическим разобщителем окислительного фосфорилирования. Повышение О. о. при динитрофеноловой интоксикации, как и при действии тиреоидных гормонов, характеризуется большим приростом теплопродукции, несоразмерным с потреблением кислорода. Другие токсины могут повышать О. о. либо за счет разобщения окислительного фосфорилирования (дифтерийный, стафилококковый и стрептококковый токсины, салицилаты), либо за счет иных, не до конца выясненных причин (например, эндотоксины). Имеются данные, что повышение О. о., вызываемое инфекционно-токсическими агентами, связано с действием гормонов щитовидной железы.

Повышение О. о. характерно для поздних стадий развития злокачественных опухолей и особенно лейкозов. Причины этого не вполне установлены, но, по-видимому, сам клеточный рост как процесс, сопровождающийся усиленным распадом макроэргических соединений с увеличением образования вторичной теплоты, не исчерпывает механизмов повышения теплопродукции в этих случаях.

Гипоксия обычно характеризуется повышением О. о. за счет повышения интенсивности деятельности органов дыхания и кровообращения, а также накопления токсических продуктов межуточного обмена. Вместе с тем очень тяжелые степени гипоксии сопровождаются снижением О. о. При анализе влияния гипоксии необходимо учитывать ее частое сочетание с гиперкапнией, поскольку значительный избыток углекислоты угнетает теплопродукцию. Анемии обычно протекают с повышением О. о., в генезе которого могут играть роль токсические продукты метаболизма. Фактором, обусловливающим изменение О. о., является длительное голодание, при котором включаются механизмы резкого ограничения энерготрат, приводящие к снижению О. о.

Нарушения энергообеспечения клеток

Нарушения энергетического обеспечения процессов, протекающих в клетках, часто является инициальным и ведущим механизмом их альтерации. Энергоснабжение может расстраиваться на этапах синтеза АТФ, транспорта, а также утилизации его энергии.

116

Синтез АТФ может быть нарушен в результате дефицита кислорода и/или субстратов метаболизма, снижения активности ферментов тканевого дыхания и гликолиза, повреждения и разрушения митохондрий, в которых осуществляются реакции цикла Кребса и перенос электронов к молекулярному кислороду, сопряженный с фосфорилированием АДФ.

Известно, что доставка энергии АТФ от мест ее синтеза – из митохондрий и гиалоплазмы – к эффекторным структурам (миофибриллам, мембранным ионным “насосам” и др.) осуществляется с помощью ферментных систем: АДФ-АТФ–транслоказы (адениннуклеотидтрансферазы) и креатинфосфокиназы (КФК). Адениннуклеотидтрансфераза обеспечивает транспорт энергии макроэргической фосфатной связи АТФ из матрикса митохондрий через их внутреннюю мембрану, а КФК переносит ее далее на креатин с образованием креатинфосфата, который поступает в цитозоль. Креатинфосфокиназа эффекторных клеточных структур транспортирует фосфатную группу креатинфосфата на АДФ с образованием АТФ, который и используется в процессе жизнедеятельности клетки. Ферментные системы транспорта энергии могут быть повреждены различными патогенными агентами, в связи с чем, даже на фоне высокого общего содержания АТФ в клетке может развиваться его дефицит в энергорасходующих структурах.

Нарушение энергообеспечения клеток и расстройства их жизнедеятельности может развиваться и в условиях достаточной продукции и нормального транспорта энергии АТФ. Это может быть результатом повреждения ферментных механизмов утилизации энергии, главным образом за счет снижения активности АТФаз (АТФазы актомиозина, К+-Na+–зависимой АТФазы плазмолеммы, Mg2+-зависимой АТФазы “кальциевой помпы” саркоплазматического ретикулума и др.).

Нарушение процессов энергообеспечения, в свою очередь, может стать одним из факторов расстройств функции мембранного аппарата клеток, их ферментных систем, баланса ионов и жидкости, а также механизмов регуляции клетки.

Нарушения транспорта питательных веществ через клеточные мембраны

Дефекты энергозависимого ионного транспорта через каналы возникают при нарушении конформации Na+/K+ – каналов, регулируемых электрическим полем внутри мембраны. Они проявляются в виде увеличения длительности конформационных изменений, избирательного нарушения деятельности Na+ - насоса, K+ насоса, сочетанного нарушения Na+ и K+ насосов. При недостаточном обеспечении трансмембранной разницы зарядов и заряда емкости мембраны нарушается генерация самораспространяющихся импульсов в возбужденных клетках. При нарушениях конформации Са2+ - каналов, функционирующих при активации постоянного фосфорилирования системами цАМФзависимых протеинкиназ, возникают дефекты сопряжения мембранных и цитоплазматических процессов. Мембраногенные нарушения функционального состояния клетки, связанные с изменением состава липидно-белкового слоя, определяются изменениями электрического заряда, проницаемости, текучести цитоплазматической мембраны, активности многих мембраносвязанных ферментов. Доминирующую роль в поддержании оптимального уровня этих показателей играет состав липиднобелкового слоя.

Восприятие сигналов клеткой осуществляется специфическими рецепторами цитоплазматической мембраны. Восприятие сигналов клеткой может нарушаться при снижении чувствительности рецепторов, которое возникает при длительном воздействии раздражителя за счет инактивации рецепторов или их перехода из наружной мембраны на внутренние мембраны клетки. При уменьшении плотности рецепторов, сопряженных с ферментными системами мембраны, возникает резкое уменьшение активности мембранных ферментов и соответствующего потока метаболитов, концентрация которых значительно ниже или выше физиологической (неравновесные реакции при действии инсулина и др.).

Поступление глюкозы в клетки осуществляется транспортными системами простой и облегченной диффузии, наиболее эффективной в транслокации глюкозы в эритроцитах, а также активным транспортом с использованием энергии АТФ через процессы фосфорилирования глюкозы при участии гексокиназы. Важную роль играет транспорт глюкозы за счет обмена с другим веществом, которое переносится в клетку по концентрационному градиенту. Этот механизм используется, например, при переносе глюкозы в энтероцитах путем обмена с Na+.

Основные причины нарушений центральных катаболических путей в клетках:

Уменьшение содержания витаминов и витаминоподобных веществ в клетках (витаминная недостаточность).

117

Приобретенное уменьшение активности ферментов:

o уменьшение активности отдельных молекул ферментов (действие метаболических ядов);

oуменьшение количества молекул ферментов (расстройства белоксинтетической функции клеток).

Наследственно обусловленные энзимопатии. Описаны многочисленные генетические дефекты ферментов гликолиза, пентозного цикла, катаболических превращений аминокислот. Сегодня не известны какие-либо энзимопатии, затрагивающие цикл Кребса и окисление жирных кислот.

Дефицит АТФ. АТФ используется клеткой для активации субстратов, которые поступают в центральные катаболические пути (например, фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6-фосфата, активация жирных кислот). Дефицит АТФ создает «порочный круг» – он нарушает катаболические превращения питательных веществ, что ведет к нарушению ресинтеза АТФ. Это, в свою очередь, усугубляет дефицит макроэргических соединений.

Значение нарушений энергетического обмена

Окислительное фосфорилирование существенно нарушается при авитаминозах, особенно группы В, поскольку многие из витаминов этой группы входят в состав коферментов цикла трикарбоновых кислот и переноса электронов в дыхательной цепи.

При болезни бери-бери, вызванной отсутствием или недостаточностью тиамина, нарушается цикл Кребса и тем самым уменьшается количество субстратного материала для дыхательной цепи. Судороги и психозы, наблюдаемые при этом, являются клиническими симптомами нарушения биологического окисления в мозге. Нарушения в дыхательной цепи, связанные с отсутствием никотинамидных и диазиновых дегидрогеназ, наблюдаются при пеллагре и арибофлавинозе. Глубокие нарушения энергетического обмена возникают при диабете. При этом значительно уменьшается выработка макроэргических соединений в связи с нарушением дыхательной цепи, обусловленным ограничением мощности цикла Кребса.

Роль расстройств энергообеспечения клеток в развитии их повреждения

Нарушения обмена энергии лежат в основе большинства функциональных и органических нарушений органов и тканей. Они могут возникать на всех этапах энергетических превращений вследствие отсутствия или недостатка субстрата, уменьшения количества или активности ферментов, в связи с генетическими дефектами, действием ингибиторов ферментов эндо- и экзогенного происхождения, недостаточным поступлением в организм незаменимых аминокислот, жирных кислот, витаминов, микроэлементов и других веществ, необходимых для осуществления метаболических процессов, или в результате повреждения регуляторных систем.

Нормальное течение обменных процессов на молекулярном уровне обусловлено динамическими взаимодействиями процессов катаболизма и анаболизма.

Катаболизм может осуществляться внеклеточно с помощью пищеварительных ферментов и внутриклеточно при участии лизосомальных гидролаз. Внутриклеточному распаду подвергаются собственные макромолекулы, имеющие конформационные нарушения, приобретенные в результате случайных ошибок синтеза либо других повреждений, в частности перекисного окисления. Продукты их распада используются клеткой для синтеза других компонентов. Генетическая недостаточность лизосомальных ферментов приводит к возникновению болезней накопления (мукополисахаридозы, сфинголипидозы, гликогенозы).

Частным примером внеклеточного распада макромолекул является протеолиз, который обеспечивает подавление функциональной активности ферментов, гормонов, нуклеиновых кислот.

Ферментный процесс такого типа называется ограниченным протеолизом. Характерным примером его является функционирование гуморальных систем:

системы комплемента,

свертывания крови,

фибринолиза,

кининовой системы.

Наиболее эффективным в энергетическом отношении является окисление продуктов обмена в цикле Кребса, менее эффективным – бета-окисление, гликолиз.

118

При нарушении катаболических процессов, прежде всего, страдает регенерация АТФ, а также поступление необходимых для биосинтетических процессов (анаболизма) субстратов. В свою очередь повреждение анаболических процессов приводит к нарушению воспроизведения функционально важных соединений – ферментов, гормонов, необходимых для осуществления катаболизма. Наиболее выраженные нарушения катаболизма наблюдаются при повреждении системы биологического окисления или механизмов сопряжения дыхания и окислительного фосфорилирования.

Степень сопряженности дыхания и окислительного фосфорилирования в клетках является регулируемым процессом, связанным с состоянием митохондрий. В составе митохондриальных мембран имеются контрактильные белки, аналогичные актомиозиновому комплексу, которые обусловливают возможность активного «сокращения» или «набухания» митохондрий.

119

Тема: НАРУШЕНИЯ ЖИРОВОГО ОБМЕНА

Актуальность темы. Нарушения обмена веществ могут возникать на всех уровнях биологической организации – от молекулярного и клеточного до уровня организма в целом. Эти изменения могут быть следствием нарушения нервно-гормональных механизмов, изменений генетической информации, действия патогенных факторов. Первичное нарушение обмена веществ лежит в основе многих заболеваний. Например, таких серьезных, как сахарный диабет, ожирение, атеросклероз и многих других. Вторичные нарушения сопровождают большинство патологических процессов.

Исходя из этого, изучение причин, механизмов развития, проявлений нарушения обмена веществ на разных уровнях, их диагностика, лечение и предупреждение имеют большое значение в плане подготовки будущего специалиста-медика.

Общая цель занятия – изучить основные этапы нарушений жирового обмена.

Для этого необходимо уметь (конкретные цели):

1.Определять критерии и виды нарушений жирового обмена.

2.Характеризовать причины типовых нарушений жирового обмена.

3.Анализировать причинно-следственные взаимосвязи в патогенезе типовых нарушений жирового обмена, при этом характеризовать изменения патологические и компенсаторноприспособительные.

4.Анализировать методы экспериментального моделирования типовых нарушений обмена веществ и энергии для выяснения причин и механизмов их возникновения и развития.

Необходимые для реализации целей обучения базисные знания-навыки.

1.Значение жиров для организма (каф. биохимии).

2.Регуляция обмена жиров (каф. нормальной физиологии).

3.Понятие о липопротеидах (каф. биохимии).

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ

1.Нарушение переваривания и всасывания липидов. Расстройства транспорта липидов в крови. Гипер-, гипо-, дислипопротеинемии.

2.Зависимость развития дислипопротеинемий от факторов среды (рацион, режим питания), наследственности и сопутствующих заболеваний.

3.Современные классификации дислипопротеинемий. Этиология, патогенез первичных и вторичных дислипопротеинемий. Последствия/осложнения дислипопротеинемий. Принципы и цели восстановления нормального липидного состава крови.

4.Определение понятия ожирения. Виды ожирения. Экспериментальные модели. Этиология и патогенез ожирения. Механизмы жировой дистрофии. Характеристика медицинских проблем, связанных с ожирением.

Список учебно-методической литературы

ОСНОВНАЯ

1.Патофізіологія: Підручник / Ю.В. Биць, Г.М. Бутенко, А.І. Гоженко та ін.; за ред. М.Н. Зайка, Ю.В. Биця, М.В. Кришталя. – 4-е вид., перероб. і допов. – К.: ВСВ «Медицина», 2014. – 752 с. + 4 с. кольор. вкл.

2.О.В. Атаман. Патологічна фізіологія в запитаннях і відповідях. Вінниця: Нова книга, 2007. – 512 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.Губський Ю.І. Біологічна хімія: Підручник. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. –508 с.

2.Гжегоцкий М.Р., Филимонов В.И., Петрушин Ю.С. Физиология человека: Учебник – М.: Книга плюс, 2005. – 495 с.

3.Теппермен Дж. Физиология обмена веществ и эндокринной системы. Пер. с англ. – М: Мир, 1989.

– 656 с.

120