Диагностика углеводного обмена (сахарный диабет, метаболический синдром)

Этапы углеводного обмена

Основные этапы обмена углеводов делятся на 3 основные группы:

1. Преобразование углеводов в энергию.
2. Инсулиновая реакция.
3. Использование энергии и выведения продуктов жизнедеятельности.

Первый этап – ферментация углеводов

В отличие от жировой ткани, или белковых продуктов, преобразование и разложение углеводов на простейшие моносахариды, происходят уже на этапе пережевывания. Под воздействием слюны, любой сложный углевод трансформируется в простейшую молекулу десктрозы.

Второй этап – распределение полученной энергии в печени

Практически вся поступающая пища проходит этап инфильтрации кровью в печени. Они попадают в кровеносную систему именно из клеток печени. Там, под воздействием гормонов, начинается глюкагоновая реакция и дозировка насыщения углеводами транспортный клеток в кровеносной системе.

Третий этап – это переход всего сахара в кровь

Печень способна обрабатывать только 50-60 грамм чистой глюкозы за определенное время, сахар практически в неизменном виде попадает в кровь. Далее он начинает циркуляцию по всем органам, наполняя их энергией для нормального функционирования. В условиях большого потребления карбогидратов с высоким гликемическим индексом происходят следующие изменения:

• Клетки сахара замещают кислородные клетки. Это начинает вызывать кислородное голодание тканей и понижение активности.
• При определенном насыщении, кровь сгущается. Это затрудняет её перемещение по сосудам, увеличивает нагрузку на сердечную мышцу, и как следствие ухудшает функционирование организма в целом.

Четвертый этап – инсулиновая реакция

Он является адаптационной реакцией нашего организма на чрезмерное насыщение сахаром крови. Для того чтобы этого не происходило, при определенном пороге в кровь начинает впрыскиваться инсулин. Этот гормон является основным регулятором уровня сахара в крови, и при его недостатке у людей развивается сахарный диабет.

Инсулин связывает клетки глюкозы, превращая их в гликоген. Гликоген – это несколько молекул сахара, связанных между собой. Они являются внутренним источником питания для всех тканей. В отличие от сахара, они не связывают воду, а, значит, могут свободно перемещаться, не вызывая гипоксию или сгущение крови.

Для связывания молекул сахара в гликоген задействуется печень, скорость переработки которой ограничена. Если углеводов чрезмерно много – запускается резервный способ преобразования. В кровь впрыскиваются алкалоиды, которые связывают углеводы и превращают их в липиды, которые откладываются под кожей.

Пятый этап – вторичное использование накопленных запасов

В организме у атлетов имеются специальные гликогеновые депо, которые человек может использовать в качестве источника резервного «быстрого питания». Под воздействием кислорода и увеличившихся нагрузок, организм может проводить аэробный гликолиз из клеток, находящихся в гликогеновом депо.

Вторичное разложение углеводов происходит без инсулина, так как организм в состоянии самостоятельно регулировать уровень того, сколько молекул гликогена ему нужно разложить для получения оптимального количества энергии.

Последний этап – выведение продуктов жизнедеятельности

Так как сахар в процессе использования его организмом подвергается химическим реакциям с выделением тепловой и механической энергии, на выходе остается продукт жизнедеятельности, который по своему составу наиболее приближен к чистому углю. Он связывается с остальными продуктами жизнедеятельности человека, и выводиться из кровеносной системы сначала в желудочно-кишечный тракт, где пройдя полное преобразование выводиться через прямую кишку наружу.

Что будет, если самостоятельно регулировать углеводный обмен

Есть еще один аспект, о котором нельзя забывать в процессе регулирования углеводного обмена. Организм обязательно должен получать предназначенную для жизни энергию. И если пища не попадает в организм вовремя, то он начнет расщеплять жировые клетки, а затем клетки мышц. То есть наступит физическое истощение организма.

Увлечение монодиетами, вегитарианством, фруторианством и другими экспериментальными методиками питания, призванными регулировать обмен веществ, приводит не просто к плохому самочувствию, но к нарушению жизненно важных функций в организме и разрушению внутренних органов и структур. Разрабатывать рацион и назначать препараты может только специалист. Любое самолечение приводит к ухудшению состояния или даже смерти.

Как работает эндокринная система

Разные внешние или внутренние раздражители действуют на чувствительные рецепторы. В результате формируются импульсы, которые действуют на гипоталамус (отдел головного мозга). В ответ на них в гипоталамусе вырабатываются биоактивные вещества, поступающие по локальным сосудам в другой отдел головного мозга – гипофиз.

В ответ на их поступление в гипофизе вырабатываются гормоны гипофиза. Они попадают в кровь и, достигнув с кровотоком конкретной эндокринной железы, стимулируют в ней синтез того или иного гормона. А затем уже этот гормон поступает с кровью к гормональным рецепторам органов-мишеней, как описано выше.

Стероиды – производные холестерина. Вырабатываются в коре надпочечников (кортикоиды) и половых железах (андрогены, эстрогены). В эту же группу входит кальцитриол.

Производные жирных кислот– эйкозаноиды. К ним относятся простагландины – повышают чувствительность рецепторов к боли и воспалительным процессам, тромбоксаны – участвуют в процессах свертывания крови, лейкотриены – участвуют в патогенезе бронхоспазма.

Производные аминокислот, преимущественно тирозина – гормон стресса адреналин, предшественник адреналина норадреналин и гормоны щитовидной железы.

Белково-пептидные соединения – гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон, а также гормон роста соматотропин и кортикотропин – стимулятор синтеза гормонов коры надпочечников. В эту же группу входит антидиуретический гормон вазопрессин, «гормон материнства» окситоцин и ТТГ и АКТГ.

По месту образования выделяют гормоны:

• гипофиза и гипоталамуса;
• щитовидной, паращитовидной и поджелудочной желез;
• ЖКТ и надпочечников;
• яичек и яичников;
• жировой ткани;
• предсердия.

По механизму действия различают гормоны:

• проникающие в клетки – изменяют биосинтез белка;
• не проникающие в клетки – изменяют активность ферментов;
• мембранного действия – изменяют скорость транспортирования соединений через клеточные мембраны.

По биологическим функциям различают гормоны, регулирующие:

• обмен белков, жиров и углеводов;
• водно-солевой обмен;
• обмен фосфатов и кальция;
• репродуктивные функции.

Что будет, если самостоятельно регулировать углеводный обмен

Есть еще один аспект, о котором нельзя забывать в процессе регулирования углеводного обмена. Организм обязательно должен получать предназначенную для жизни энергию. И если пища не попадает в организм вовремя, то он начнет расщеплять жировые клетки, а затем клетки мышц. То есть наступит физическое истощение организма.

Увлечение монодиетами, вегитарианством, фруторианством и другими экспериментальными методиками питания, призванными регулировать обмен веществ, приводит не просто к плохому самочувствию, но к нарушению жизненно важных функций в организме и разрушению внутренних органов и структур. Разрабатывать рацион и назначать препараты может только специалист. Любое самолечение приводит к ухудшению состояния или даже смерти.

Регулировка обмена углеводов

Кратко об углеводном обмене в организме человека можно сообщить следующее. Все механизмы расщепления, синтеза и усвоения углеводов, глюкозы и гликогена регулируются различными ферментами и гормонами. Это соматотропный, стероидный гормон и самое главное – инсулин. Именно он помогает гликогену преодолеть клеточную оболочку и проникнуть внутрь клетки.

Нельзя не упомянуть об адреналине, регулирующем весь каскад фосфоролиза. В регулировании химических процессов по усвоению углеводов принимают участие ацетил-КоА, жирные кислоты, ферменты и другие вещества. Нехватка или переизбыток того или иного элемента обязательно вызовет сбой во всей системе усвоения и переработки углеводов.

Причины отклонений

Причины отклонений в регулировке уровня глюкозы имеют различные предпосылки:

1. Наследственное заболевание – галактоземия. Симптомы патологии: дефицит веса, заболевание печени с пожелтением кожного покрова, задержка психического и физического развития, нарушение зрения. Данная болезнь часто приводит к смерти еще на первом году жизни. Это красноречиво говорит о значении углеводного обмена в организме человека.
2. Другой пример генетического заболевания – фруктозная непереносимость. У больного при этом нарушается работа почек и печени.
3. Синдром мальабсорбации. Характеризуется заболевание невозможностью усваивать моносахариды через слизистую оболочку тонкого кишечника. Приводит к нарушению почечной и печеночной функции, проявляется диарея, метеоризм. К счастью, болезнь поддается лечению путем приема больным ряда необходимых ферментов, снижающих характерную при данной патологии лактозную непереносимость.
4. Болезнь Сандахоффа характеризуется нарушением выработки фермента А и В.
5. Болезнь Тея-Сакса развивается в результате нарушения выработки в организме AN-ацетилгексозаминидазы.
6. Самое известное заболевание – диабет. При этом недуге глюкоза не попадает в клетки, так как поджелудочная железа перестала выделять инсулин. Тот самый гормон, без которого невозможно проникновение глюкозы в клетки.

Образование глюкозы из неуглеводных предшественников — глюконеогенез

Организму хватает энергии, запасенной в виде гликогена, только на несколько часов. Через сутки голодания этого вещества в печени не остается. Поэтому при безуглеводных диетах, полном голодании или при длительной физической работе нормальный уровень глюкозы в крови поддерживается за счет ее синтеза из неуглеводных предшественников – аминокислот, глицерина молочной кислоты. Все эти реакции протекают, в основном, в печени, а также в почках и слизистой кишечника. Таким образом, процессы обмена углеводов, жиров и белков тесно переплетены между собой.

Из аминокислот и глицерина глюкоза синтезируется при голодании. В условиях отсутствия еды распадаются белки тканей до аминокислот, жиры – до жирных кислот и глицерина.

Из молочной кислоты глюкоза синтезируется после интенсивной физической нагрузки, когда она накапливается в больших количествах в мышцах и печени в ходе анаэробного гликолиза. Из мышц молочная кислота переносится в печень, где из нее синтезируется глюкоза, которая вновь возвращается в работающую мышцу.

Лабораторная диагностика метаболического синдрома

Сегодня под термином  «метаболический синдром» обозначают комплексное нарушение обмена веществ. Собственно «метаболический синдром» представляет собой состояние организма, при котором уже имеется ряд специфических отклонений в биохимических и гормональных анализах крови, что в отсутствии  изменения образа жизни и лечения может приводить к развитию таких заболеваний, как СД 2 типа, заболевания сердечно-сосудистой системы, включая АГ и атеросклероз. Это делает необходимым не только выявление, но и своевременную коррекцию подобных состояний. Ранняя диагностика в комплексе с рекомендациями врача-эндокринолога позволит убрать или уменьшить выраженность основных проявлений данного синдрома.

Для метаболического синдрома характерно снижение восприимчивости клеток и тканей организма к гормону инсулину (инсулинорезистентность). В этом случае часто отмечается компенсаторное увеличение данного показателя в крови для удержания уровня сахара крови в пределах целевых значений. Однако резервные возможности организма индивидуальны и не безграничны, и в конечном итоге это может привести к возникновению дополнительных нарушений в работе организма. Как следствие, возникают различные нарушения — обменные, гормональные, сердечно-сосудистые и т. д.

Патологический процесс развивается медленно, зачастую без выраженных симптомов. О неблагополучии в организме могут свидетельствовать частые «спутники» избыточной массы тела — высокие показатели АД, быстрая утомляемость и одышка. Визуально на данное эндокринное расстройство может «намекать» неуклонно расширяющаяся талия: у пациентов с метаболическим синдромом лишний жир скапливается большей частью в области органов брюшной полости (что влечет за собой дальнейшие нарушения липидного и углеводного обмена).

Заподозрить у себя подобные отклонения можно с помощью измерения объема талии и бедер. При метаболическом синдроме у женщин объем талии более 80 см, у мужчин — более 94 см. Это указывает на отложение жировой клетчатки вокруг внутренних органов, что нарушает их функционирование.

Наиболее часто метаболический синдром диагностируется у мужчин за тридцать, однако в последние десятилетия растет число зафиксированных случаев пубертатной инсулинорезистентности — то есть, схожие проблемы со здоровьем возникают у подростков. Вероятнее всего, это объясняется неправильным питанием.

У представительниц слабого пола опасность развития этого синдрома возрастает в разы после 50 лет.

В России распространенность данного синдрома достигает 20-35%, причем у женщин он встречается в 2,5 раза чаще, и с возрастом число больных увеличивается.

Своевременно выявить патологию и дифференцировать ее от других недугов со схожей симптоматикой (например, от гипотериоза, при котором человек также способен существенно поправиться) может лишь врач-эндокринолог с помощью инструментальных и лабораторных исследований. В лабораторную диагностику данного синдрома входит оценка состояния углеводного обмена, показателей липидного спектра, иногда это дополняется рядом гормональных исследований.

Эти показатели потребуются в лаборатории во время теста.

Лишний вес (с 18 лет):

• Гликозилированный гемоглобин (Glycated Hemoglobin);
• Глюкоза (Glucose);
• С-реактивный белок (C-Reactive Protein) — высокочувствительный метод — СРБ;
• Триглицериды (Triglycerides);
• Холестерин липопротеинов высокой плотности (High-density lipoprotein cholesterol);
• Холестерин липопротеинов низкой плотности (Low-density lipoprotein cholesterol);
• Холестерин общий (Cholesterol total);
• Гормональные исследования;
• C-пептид (C-peptide);
• Инсулин (Insulin);
• Кортизол (Cortisol);
• Лептин (Leptin);
• Тиреотропный гормон (Thyroid Stimulating Hormone);
• Инсулинорезистентность.

Метаболический синдром у детей и подростков — первичная диагностика (10-17 лет):

• Глюкоза (Glucose);
• Триглицериды (Triglycerides);
• Холестерин липопротеинов высокой плотности (High-density lipoprotein cholesterol);
• Холестерин липопротеинов низкой плотности (Low-density lipoprotein cholesterol);
• Холестерин общий (Cholesterol total).

Метаболический синдром — первичная диагностика (с 18 лет):

• Глюкоза (Glucose);
• Триглицериды (Triglycerides);
• Холестерин липопротеинов высокой плотности (High-density lipoprotein cholesterol);
• Холестерин липопротеинов низкой плотности (Low-density lipoprotein cholesterol);
• Холестерин общий (Cholesterol total).

Нарушения углеводного обмена у детей

Особенности метаболизма и питания новорожденных приводит к тому, что в их организмах гликолиз протекает на 30 % интенсивнее, чем у взрослого человека

Поэтому важно определить причины появления нарушений углеводного обмена у малыша. Ведь первые дни человека наполнены событиями, требующими массы энергии: рождение, стресс, возросшая физическая активность, потребление пищи, дыхание кислородом

Нормализуется уровень гликогена только через несколько дней.

Помимо наследственных заболеваний, связанных с обменом веществ, которые могут проявиться с первых дней жизни, ребенок подвержен самым разным состояниям, способным привести к глютеновой болезни. Например, расстройство желудка или тонкого кишечника.

Для того чтобы не допустить развития глютеновой болезни, уровень глюкозы в крови малыша подвергается изучению еще в период внутриутробного развития. Именно поэтому будущая мать должна во время беременности сдавать все назначаемые врачом анализы и проходить инструментальные обследования.

Нарушения обмена. Гипогликемия

Самыми распространенными нарушениями обмена углеводов являются гипо- и гипергликемии.

Гипогликемия – состояние организма, вызванное низким уровнем глюкозы в крови (ниже 3,8 ммоль/л). Причинами могут быть: снижение поступление этого вещества в кровь из кишечника или печени, повышение его использования тканями. К гипогликемии могут привести:

• Патологии печени – нарушение синтеза гликогена или синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников.
• Углеводное голодание.
• Длительная физическая нагрузка.
• Патологии почек – нарушение обратного всасывания глюкозы из первичной мочи.
• Нарушения пищеварения – патологии расщепления углеводов пищи или процесса всасывания глюкозы.
• Патологии эндокринной системы – избыток инсулина или недостаток гормонов щитовидной железы, глюкокортикоидов, гормона роста (СТГ), глюкагона, катехоламинов.

Крайнее проявление гипогликемии — гипогликемическая кома, которая чаще всего развивается у больных сахарным диабетом I типа при передозировке инсулина. Низкое содержание глюкозы в крови приводит к кислородному и энергетическому голоданию мозга, что вызывает характерные симптомы. Отличается чрезвычайно быстрым развитием – если не предпринять нужных действий в течение нескольких минут, человек потеряет сознание и может погибнуть. Обычно пациенты с сахарным диабетом умеют распознавать признаки падения глюкозы в крови и знают, что нужно предпринять – выпить стакан сладкого сока или съесть сладкую булочку.

Углеводный обмен

В организме человека до 60 % энергии удовлетворяется за счет углеводов. Вследствие этого энергообмен мозга почти исключительно осуществляется глюкозой. Углеводы выполняют и пластическую функцию. Они входят в состав сложных клеточных структур (гликопептиды, гликопротеины, гликолипиды, липополисахариды и др.). Углеводы делятся на простые и сложные. Последние при расщеплении в пищеварительном тракте образуют простые моноса-хариды, которые затем из кишечника поступают в кровь. В организм углеводы поступают главным образом с растительной пищей (хлеб, овощи, крупы, фрукты) и откладываются в основном в виде гликогена в печени, мышцах. Количество гликогена в организме взрослого человека составляет около 400 г. Однако эти запасы легко истощаются и используются главным образом для неотложных потребностей энергообмена.

Процесс образования и накопления гликогена регулируется гормоном поджелудочной железы инсулином. Процесс расщепления гликогена до глюкозы происходит под влиянием другого гормона поджелудочной железы — глюкагона.

Содержание глюкозы в крови, а также запасы гликогена регулируются и центральной нервной системой. Нервное воздействие от центров углеводного обмена поступает к органам по вегетативной нервной системе. В частности, импульсы, идущие от центров по симпатическим нервам, непосредственно усиливают расщепление гликогена в печени и мышцах, а также выделение из надпочечников адреналина. Последний способствует преобразованию гликогена в глюкозу и усиливает окислительные процессы в клетках. В регуляции углеводного обмена также принимают участие гормоны коры надпочечников, средней доли гипофиза и щитовидной железы.

Оптимальное количество углеводов в сутки составляет около 500 г, но эта величина в зависимости от энергетических потребностей организма может значительно изменяться. Необходимо учитывать, что в организме процессы обмена углеводов, жиров и белков взаимосвязаны, возможны их преобразования в определенных границах. Дело в том, что межуточный обмен углеводов, белков и жиров образует общие промежуточные вещества для всех обменов. Основным же продуктом обмена белков, жиров и углеводов является ацетилкоэнзим А. При его помощи обмен белков, жиров и углеводов сводится к циклу трикарбоновых кислот, в котором в результате окисления высвобождается около 70 % всей энергии превращений.

Конечные продукты обмена веществ составляют незначительное количество простых соединений. Азот выделяется в виде азотсодержащих соединений (главным образом мочевина и аммиак), углерод — в виде СО₂, водород — в виде Н₂О.

Обмен гликогена

Функция гликогена – запасание глюкозы в клетках животного организма. Эту же функцию в растительных клетках выполняет крахмал. Гликоген иногда называют животным крахмалом. Оба вещества являются полисахаридами, построенными из многократно повторяющихся остатков глюкозы. Молекула гликогена более разветвленная и компактная, чем молекула крахмала.

Процессы обмена в организме углевода гликогена особенно интенсивно идут в печени и скелетных мышцах.

Гликоген синтезируется в течение 1-2 часов после еды, когда уровень в крови глюкозы высок. Для образования молекулы гликогена нужен праймер – затравка, состоящая из нескольких остатков глюкозы. К концу праймера последовательно присоединяются новые остатки в виде УТФ-глюкозы. Когда цепочка вырастает на 11-12 остатков, к ней присоединяется боковая цепь из 5-6 таких же фрагментов. Теперь у цепочки, идущей от праймера, есть два конца – две точки роста молекулы гликогена. Эта молекула будет многократно удлиняться и ветвиться до тех пор, пока сохраняется высокая концентрация в крови глюкозы.

Между приемами пищи гликоген распадается (гликогенолиз), освобождая глюкозу.

Полученная при распаде гликогена печени, она идет в кровь и используется для нужд всего организма. Глюкоза, полученная при распаде гликогена в мышцах, тратится на нужды только мышц.

Что происходит

И начинается он с первой секунды, как только пища попала в ротовую полость. Она пережёвывается и смачивается слюной, а содержащийся в слюне фермент амилаза начинает расщепление крахмала.

Основное расщепление углеводов происходит в кишечнике — в его тонком отделе. Там сложные соединения (полисахариды) расщепляются до простых (моносахариды) и доставляются кровотоком к нуждающимся органам и тканям.

Часть моносахаридов (глюкоза) откладывается в печеночных клетках запасом гликогена. Скорость проникновения глюкозы зависит от проницаемости клеточных оболочек. Например, клетки печени её очень легко воспринимают, а у мышц во время работы, проницаемость клеточных мембран увеличивается. Но когда мышцы остаются в покое глюкоза проникает в них с трудом, с затратой дополнительной энергии.

Гликоген в мышцах, как и в печени, является своеобразным неприкосновенным запасом на случай голода или усиленной работы. При работе мышц, с помощью фермента фосфорилазы, запасы гликогена расщепляются и освобождают энергию для мышечного сокращения.

Процесс этот может происходить при недостаточном количестве кислорода (анаэробно), тогда он называется гликолиз. При этой реакции одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы АТФ и две молекулы молочной кислоты (которая может накапливаться в мышцах, а при большом её скоплении — вызывать болезненные ощущения). При хорошем снабжении кислородом молочная кислота не образуется, конечные продукты реакции, помимо АТФ становятся Н₂О и СО₂.

Конечно, если рассматривать эти реакции с точки зрения профессиональной медицины, всё гораздо сложнее, но мы не будем заглубляться и приводить здесь сложнейшие биохимические схемы.