Основные механизмы
углеводного обмена
Углеводный обмен включает превращения глюкозы, фруктозы, галактозы и
других моносахаридов, обеспечивая клетку энергией, структурными
компонентами и метаболическими посредниками. Центральное место занимает
гликолиз, цикл трикарбоновых кислот и окислительное фосфорилирование, а
также пути накопления и мобилизации гликогена. Нарушения этих процессов
приводят к патологическим состояниям, включающим гипо- и гипергликемию,
инсулинорезистентность и редкие наследственные ферментопатии.
Гипергликемия и диабет
Гипергликемия возникает при дисбалансе между
поступлением глюкозы в кровь и её утилизацией тканями. Наиболее
распространённой патологией является сахарный диабет, разделяемый на тип
1 (аутоиммунная деструкция β-клеток поджелудочной железы) и тип 2
(инсулинорезистентность).
Молекулярные механизмы:
- Недостаток инсулина или снижение чувствительности к нему приводит к
снижению активности глюкозного транспорта (GLUT4) в
мышцах и жировой ткани.
- Усиление глюконеогенеза и гликогенолиза в печени способствует росту
концентрации глюкозы в плазме.
- Хроническая гипергликемия вызывает гликирование
белков, формирование AGEs (advanced glycation
end-products), активацию полиольного пути и
окислительный стресс.
Гипогликемия
Гипогликемия развивается при избыточной инсулиновой активности,
недостатке субстратов для глюконеогенеза или нарушении гормональной
регуляции. Клетки мозга наиболее чувствительны к дефициту глюкозы.
Ключевые ферментные аспекты:
- Снижение активности глюкозо-6-фосфатазы или
ферментов глюконеогенеза (фруктозо-1,6-бисфосфатаза,
пируваткарбоксилаза) приводит к невозможности поддерживать нормальный
уровень глюкозы.
- Нарушения гликогенолиза из-за дефекта
гликогенфосфорилазы вызывают накопление гликогена в
печени и мышцах, снижая быстрое высвобождение глюкозы.
Наследственные
нарушения углеводного обмена
Гликогенозы – группа заболеваний, связанных с
дефектами ферментов синтеза или распада гликогена. Основные типы:
- Гликогеноз I (болезнь фон Гирке) – дефицит
глюкозо-6-фосфатазы, выраженная гипогликемия, гиперурикемия,
гепатомегалия.
- Гликогеноз II (болезнь Помпе) – дефект
лизосомальной α-1,4-глюкозидазы, приводящий к мышечной слабости и
кардиомиопатии.
- Гликогеноз III (болезнь Корри) – дефицит
дебранчинг-фермента, комбинированное поражение печени и мышц.
Фруктоземии и галактоземии – нарушения метаболизма
моносахаридов:
- Галактоземия – дефицит
галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы, приводит к гепатопатиям, катаракте
и неврологическим расстройствам при накоплении токсичных
метаболитов.
- Герсония фруктозы – дефицит
фруктозо-1-фосфат-альдолазы, острые гипогликемические кризы при приёме
фруктозы.
Метаболические
синдромы и инсулинорезистентность
Состояния, характеризующиеся комбинацией гипергликемии, дислипидемии
и ожирения, связаны с нарушением сигнальных путей инсулина.
Механистические аспекты:
- Нарушение фосфорилирования IRS-1 и IRS-2, блокада
PI3K/Akt-пути.
- Активация воспалительных каскадов (NF-κB,
JNK), усиливающих инсулинорезистентность.
- Дисбаланс в работе гликогенсинтазы и
фосфорилазы, что приводит к недостаточному запасанию
гликогена и усиленному глюконеогенезу.
Лабораторная
диагностика и биохимические маркеры
- Измерение глюкозы плазмы, гликированного
гемоглобина (HbA1c), инсулина и
С-пептида.
- Определение активности ключевых ферментов при подозрении на
наследственные гликогенозы и фруктоземии.
- Метаболический профиль крови и мочи (лактат, пируват, сахариды) для
выявления дисбалансов и вторичных эффектов.
Последствия нарушений
углеводного обмена
Хроническая гипергликемия и инсулинорезистентность вызывают макро- и
микроангиопатии, нейропатии, нефропатии и ретинопатии. Нарушения
наследственного характера сопровождаются специфическими фенотипическими
проявлениями, включая гепатомегалию, мышечную слабость и умственную
отсталость.
Регуляция углеводного обмена осуществляется через сложные
взаимодействия гормонов, ферментов и метаболических путей, и любое
структурное или функциональное нарушение этих компонентов может
приводить к тяжёлым клиническим последствиям.