Общие характеристики биохимии детского организма
Биохимические процессы в детском организме отличаются высокой интенсивностью и пластичностью, что связано с активным ростом, развитием тканей и формированием функциональных систем. Метаболизм у детей протекает с преобладанием анаболических реакций над катаболическими, что обеспечивает синтез структурных и регуляторных компонентов клетки. В отличие от взрослого организма, биохимические пути у ребёнка характеризуются незрелостью ферментных систем, нестабильностью гомеостатических механизмов и зависимостью от питания и внешних факторов.
Энергетический обмен и особенности метаболизма
Основная особенность детского энергетического обмена — его повышенная интенсивность. У новорождённого уровень основного обмена на единицу массы тела в 2–3 раза выше, чем у взрослого. Это обусловлено высокой скоростью клеточного деления, ростом тканей, активным синтезом белков и нуклеиновых кислот.
В первые месяцы жизни энергетические потребности покрываются преимущественно за счёт окисления жиров и углеводов. Однако активность ферментов β-окисления жирных кислот и цикла Кребса у новорождённых ниже, чем у взрослых, что делает обмен веществ более зависимым от поступления глюкозы. Гликогенсинтетическая и гликогенолитическая системы печени недостаточно развиты, вследствие чего у детей чаще наблюдается гипогликемия при голодании.
Митохондриальный аппарат клеток ребёнка морфологически и функционально незрел, что отражается на способности к окислительному фосфорилированию. Повышенная проницаемость мембран и недостаточная активность ферментов дыхательной цепи обуславливают относительную нестабильность энергетического обеспечения тканей.
Белковый обмен
Белковый обмен в детском организме направлен преимущественно на синтез — образование новых клеточных структур, ферментов, гормонов, антител и рецепторов. Скорость синтеза белка у младенцев в несколько раз выше, чем у взрослых. Высокая активность РНК-полимераз и рибосомного аппарата обеспечивает интенсивную транскрипцию и трансляцию.
Аминокислотный состав тканей ребёнка отличается большим содержанием незаменимых аминокислот, таких как лейцин, изолейцин, фенилаланин и лизин. Некоторые аминокислоты, синтез которых у взрослого осуществляется эндогенно (например, цистеин, тирозин, аргинин), у детей первых месяцев жизни становятся условно незаменимыми из-за недостаточной активности соответствующих ферментных систем.
Катаболизм белков протекает менее активно, чем у взрослых, что способствует положительному азотистому балансу. Однако при инфекциях, стрессах и дефиците энергии возможен сдвиг в сторону повышенного протеолиза, сопровождающийся потерей массы тела и нарушением роста.
Углеводный обмен
Регуляция углеводного обмена у детей имеет ряд отличий, связанных с незрелостью эндокринной системы и ферментативных механизмов. Глюкозный гомеостаз поддерживается главным образом за счёт внешнего поступления углеводов с пищей, поскольку процессы глюконеогенеза в печени развиты слабо.
Активность ферментов гликолиза (гексокиназы, фосфофруктокиназы) у новорождённых сравнительно низка, что компенсируется повышенной активностью анаэробных путей окисления. При недостатке кислорода у детей быстро развивается лактатацидоз, обусловленный накоплением молочной кислоты.
Гормональная регуляция метаболизма глюкозы у ребёнка характеризуется повышенной чувствительностью к инсулину и относительной нестабильностью секреции глюкагона и кортизола. Это делает детский организм более уязвимым к колебаниям уровня глюкозы в крови.
Жировой обмен
Липидный обмен в раннем возрасте имеет решающее значение для энергетического и пластического обеспечения тканей. У новорождённых наблюдается высокая концентрация липидов в крови, что связано с интенсивным расщеплением жиров грудного молока. Активность липазы поджелудочной железы в первые недели жизни низка, однако компенсаторную роль выполняет липаза грудного молока и желудочная липаза.
В клетках печени и жировой ткани липогенез протекает интенсивно, особенно в период активного роста. Однако β-окисление жирных кислот в митохондриях ограничено низкой активностью карнитинового транспорта и ферментов дегидрогеназного комплекса.
Фосфолипиды и холестерин активно используются для построения клеточных мембран, миелинизации нервных волокон и формирования синаптических структур мозга. Дефицит эссенциальных жирных кислот (линолевой, линоленовой, арахидоновой) в рационе может приводить к замедлению нейронального развития.
Минеральный и водно-солевой обмен
Минеральный обмен у детей отличается высокой лабильностью и зависимостью от питания. Потребность в кальции и фосфоре значительно выше, чем у взрослых, что связано с процессами остеогенеза и минерализации зубов. Активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови у детей повышена, отражая интенсивный синтез костной ткани.
Регуляция водно-солевого баланса характеризуется несовершенством почечных механизмов. Концентрационная способность почек у новорождённых низкая, что приводит к быстрому развитию водно-электролитных нарушений при обезвоживании или избытке солей.
Баланс натрия и калия нестабилен вследствие высокой проницаемости клеточных мембран и незрелости натрий-калиевого насоса. При этом внутриклеточная концентрация калия у детей выше, чем у взрослых, что отражает интенсивные процессы синтеза и деления клеток.
Витамины и ферментные системы
Активность ферментов у детей тесно связана с обеспеченностью витаминами, которые выполняют роль коферментов. Дефицит витаминов группы B у новорождённых может вызывать расстройства обмена белков и углеводов, а недостаток витамина D приводит к нарушению кальциевого обмена и развитию рахита.
Многие ферментные системы находятся в процессе формирования. Например, активность алкогольдегидрогеназы и ксантиноксидазы у новорождённых крайне низка, что объясняет повышенную чувствительность к лекарственным средствам и токсинам.
Гормональная регуляция обмена веществ
Эндокринная система ребёнка развивается постепенно. В раннем возрасте отмечается высокая активность гипофизарно-тиреоидной оси, обеспечивающей стимуляцию обмена и рост тканей. Тиреоидные гормоны усиливают синтез белков и ускоряют окислительные процессы.
Инсулин и глюкагон регулируют углеводный обмен, однако их секреция неустойчива. Гормоны надпочечников, особенно кортизол и альдостерон, участвуют в регуляции водно-солевого обмена и адаптации к стрессу, но их продукция ограничена в первые годы жизни.
Половая эндокринная активность минимальна до начала пубертата, после чего резко возрастает под влиянием гипоталамо-гипофизарных факторов.
Особенности детоксикации и антиоксидантной защиты
Системы биотрансформации ксенобиотиков у детей незрелы. Активность ферментов цитохрома P450, глутатион-S-трансферазы и других детоксикационных систем в печени снижена, что обусловливает повышенную токсичность лекарственных препаратов и химических соединений.
Антиоксидантная защита (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза) функционирует неполноценно, особенно у недоношенных детей, что увеличивает риск перекисного окисления липидов и повреждения клеточных мембран.
Биохимические аспекты роста и развития нервной системы
Рост мозга сопровождается активным синтезом белков, липидов и нуклеотидов. В первые годы жизни на долю мозга приходится до 50% общего потребления глюкозы, что отражает его энергетическую доминанту. В этот период наблюдается интенсивный синтез миелина, требующий достаточного поступления фосфолипидов и холестерина.
Нейромедиаторный обмен у детей характеризуется постепенным созреванием ферментов, участвующих в биосинтезе катехоламинов и серотонина. Дисбаланс этих систем может приводить к нарушениям сна, питания и поведения.
Иммунобиохимические особенности
Иммунная система ребёнка на ранних этапах жизни функционирует преимущественно за счёт пассивных антител, полученных от матери. Биосинтез собственных иммуноглобулинов класса G и M активируется лишь после нескольких месяцев жизни.
Метаболизм лимфоцитов и макрофагов характеризуется повышенным использованием глюкозы и глутамина для энергетического обеспечения и синтеза нуклеотидов. Антиоксидантная защита иммунных клеток у детей снижена, что делает их более восприимчивыми к оксидативному стрессу при инфекциях.
Возрастная динамика биохимических показателей
Референтные значения биохимических параметров у детей существенно отличаются от таковых у взрослых. Повышенный уровень щелочной фосфатазы, креатинкиназы, мочевины и общего белка отражает процессы активного роста и тканевого обновления. Постепенно, по мере созревания ферментных систем и стабилизации обмена веществ, значения биохимических показателей приближаются к взрослым нормам.
Возрастные особенности биохимии детского организма представляют собой результат сложного взаимодействия генетических, эндокринных, метаболических и средовых факторов, определяющих темпы и качество развития всех физиологических систем.