Нарушения питания представляют собой сложный комплекс патологических состояний, обусловленных несбалансированным поступлением, усвоением или использованием питательных веществ. Эти состояния могут проявляться как недостаточностью (гипотрофия, алиментарный дефицит), так и избытком (ожирение, гипервитаминоз, метаболический синдром) питательных компонентов. Биохимические последствия таких нарушений затрагивают все уровни обмена веществ — от клеточного метаболизма до системных функций организма.
Недостаток белка в рационе приводит к выраженным изменениям в белковом обмене, так как аминокислоты являются основным строительным материалом для клеток и ферментов. При дефиците белка снижается синтез альбуминов, глобулинов, ферментов и гормонов, что вызывает гипопротеинемию, нарушение коллоидно-осмотического давления крови и развитие отёков.
Развивается отрицательный азотистый баланс, при котором распад белков превышает их синтез. Организм использует собственные белки тканей, преимущественно мышечных, для поддержания жизненно важных функций. Это сопровождается потерей массы тела, снижением мышечного тонуса и ослаблением иммунной защиты вследствие уменьшения синтеза иммуноглобулинов.
На биохимическом уровне отмечается уменьшение активности аминопереносных ферментов (аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы), снижение концентрации мочевины в плазме крови при одновременном увеличении аммиака, что свидетельствует о нарушении орнитинового цикла.
Нарушение углеводного обмена включает как недостаток поступления глюкозы, так и её избыток. При недостатке углеводов происходит усиление липолиза и белкового катаболизма с образованием избыточного количества кетоновых тел. Длительное голодание или низкоуглеводные диеты приводят к кетонемии, ацидозу и снижению рН крови.
Избыточное поступление углеводов вызывает гипергликемию, что сопровождается повышенной секрецией инсулина и усиленным синтезом жиров. Формируется гиперинсулинемия и инсулинорезистентность, что в конечном итоге ведёт к развитию сахарного диабета II типа и метаболического синдрома.
На биохимическом уровне при гипергликемии наблюдается гликация белков, особенно гемоглобина (образование HbA1c), что служит маркером хронического нарушения обмена глюкозы. Повышение уровня сорбита и фруктозы в клетках при недостаточной активности фермента сорбитолдегидрогеназы вызывает осмотическое повреждение тканей, в частности хрусталика глаза и нервных волокон.
Дисбаланс липидов проявляется гиперлипидемией или гиполипидемией, а также нарушением состава липопротеинов крови. При дефиците жиров нарушается усвоение жирорастворимых витаминов (A, D, E, K), снижается синтез простагландинов и фосфолипидов, необходимых для целостности клеточных мембран.
При избыточном поступлении жиров развивается ожирение и стеатоз печени. Биохимические последствия включают повышение концентрации триглицеридов, холестерина и липопротеинов низкой плотности. Нарушение соотношения липопротеинов высокой и низкой плотности способствует атерогенезу и развитию сердечно-сосудистых заболеваний.
На уровне ферментных систем наблюдается повышение активности ацетил-КоА-карбоксилазы и жирных синтаз, а также снижение активности липопротеинлипазы, что способствует накоплению жира в тканях.
Гипо- и авитаминозы сопровождаются нарушением множества ферментативных реакций, так как витамины являются кофакторами или коэнзимами.
Избыточное поступление жирорастворимых витаминов вызывает токсические эффекты. Например, гипервитаминоз A приводит к повреждению клеточных мембран печени, а избыток витамина D — к гиперкальциемии и отложению солей кальция в мягких тканях.
Минеральные вещества участвуют в регуляции осмотического давления, кислотно-щелочного равновесия, активности ферментов и гормонов.
При любых формах нарушения питания страдает энергетический баланс организма. Недостаточное поступление субстратов приводит к уменьшению синтеза АТФ в митохондриях. Снижение активности дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования сопровождается переходом клеток на анаэробные пути получения энергии, что вызывает накопление лактата и развитие метаболического ацидоза.
Избыточное поступление энергии в виде углеводов и жиров активирует процессы липогенеза и образование запасов триглицеридов. В печени усиливается синтез ацетил-КоА и малонил-КоА, активируются ферменты цитратного цикла и жирового обмена. При этом избыточное количество субстратов нарушает регуляцию инсулина и лептина, что ведёт к устойчивому энергетическому дисбалансу.
Многие патологические процессы сопровождаются вторичными нарушениями питания. При заболеваниях желудочно-кишечного тракта нарушается переваривание и всасывание питательных веществ; при эндокринных расстройствах (гипотиреоз, диабет) изменяются темпы обмена; при воспалительных заболеваниях возрастает катаболизм белков.
Сепсис и онкологические процессы сопровождаются гиперметаболизмом и повышенным расходом аминокислот на глюконеогенез. Это вызывает истощение белковых резервов и развитие кахексии, характеризующейся выраженным энергетическим дефицитом и глубокими нарушениями всех видов обмена.
Организм реагирует на дефицит питательных веществ активацией стресс-реакций и метаболической перестройки. Включается механизм аутофагии — деградации повреждённых или ненужных клеточных структур для получения энергии. Повышается активность АМФ-зависимой протеинкиназы (AMPK), которая ингибирует синтез жирных кислот и стимулирует окисление липидов.
При избытке питательных веществ активируется сигнальный путь mTOR, стимулирующий синтез белков и рост клеток, но при хронической активации — способствующий старению и развитию метаболических заболеваний.
Дисбаланс в питании изменяет уровень свободнорадикальных процессов. Дефицит антиоксидантов (витаминов E, C, селена) приводит к избыточному накоплению активных форм кислорода, повреждению липидов мембран и ДНК. Гипергликемия и ожирение усиливают окислительный стресс через активацию митохондриальной дыхательной цепи и образование супероксид-радикалов.
Нарушение антиоксидантных систем (глутатионпероксидазы, супероксиддисмутазы, каталазы) приводит к повреждению клеточных структур, активации воспалительных цитокинов и развитию хронических дегенеративных заболеваний.
Нарушения питания, независимо от их формы, вызывают системные биохимические перестройки, охватывающие белковый, липидный, углеводный и минеральный обмены. Эти сдвиги лежат в основе множества патологий и отражают тесную взаимосвязь между химическими процессами и физиологическим состоянием организма.