Что такое углеводный обмен в организме человека и к чему ведут нарушения? Углеводный обмен в организме человека: улучшаем без таблеток и регулируем процесс похудения Сказ про то, почему нельзя выбирать одно и игнорировать другое.

Продолжая рассматривать тонкую настройку нашего организма путем изменения основ плана питания, нужно рассматривать все типы . И сегодня мы рассмотрим один из самых важных элементов в питании. Как наш организм проводит обмен углеводов, и как правильно питаться так, чтобы это пошло на пользу вашим спортивным целям и достижениям, а вовсе не наоборот?

Общие сведения

Регуляция углеводного обмена – одна из самых сложных структур в нашем организме. Организм работает на углеводах, как на основном источнике для топлива. Происходит наладка системы, которая позволяет употреблять углеводы, как приоритетный источник питания, с максимальной энергетической эффективностью.

Наш организм потребляет энергию исключительно из углеводов. И только в том случае, если энергии недостаточно, он будет перенастраивать , или использовать в качестве источника топлива белковую ткань.

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.

Для того чтобы не быть голословными, предлагаем провести эксперимент. Возьмите кусочек несладкого хлеба и начните его долго жевать. На определенном этапе вы почувствуете сладкий вкус. Это означает, что гликемический индекс хлеба под воздействием слюны вырос и стал даже выше, чем у сахара. Далее, все, что не было измельчено, переваривается уже в желудке. Для этого используется желудочный сок, который с разной скорость расщепляет те или иные структуры до уровня простейшей глюкозы. Декстроза же напрямую отправляется в кровеносную систему.

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. – 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.

Чтобы гликоген не закупоривал транспортные каналы в организме, инсулин открывает клеточную структуру внутренних тканей, и все углеводы полностью запираются в этих клетках.

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.

Отличия метаболизма глюкозы от фруктозы

Метаболизм фруктозы, которая имеет отличную от глюкозы структуры, проходит несколько иначе, поэтому нужно учитывать следующие факторы:

• Фруктоза – единственный доступный источник быстрых углеводов для людей, страдающих от сахарного диабета.
• фруктов ниже, чем у любого другого продукта. Например, арбуз – один из самых сладких и больших фруктов, обладает гликемической нагрузкой порядка 2. А это значит, что на килограмм арбуза, приходиться всего 20 грамм фруктозы. Чтобы достичь оптимальной дозировки, при которой он будете превращен в жировую ткань необходимо съесть порядка 2.5 килограмм этого сладкого фрукта.
• На вкус фруктоза слаще сахара, а, значит, используя сахарозаменители на её основе, можно потреблять меньше углеводов в целом.

А теперь рассмотрим, чем отличается метаболизм углеводов до фруктозы и глюкозы соответственно.

Функции углеводов

Рассматривая основы обмена углеводов, упомянем основные функции сахара в нашем организме.

1. Энергетическая функция. Углеводы являются предпочтительным энергетическим источником в виду их структуры.
2. Открывающая функция. Углевод вызывает инсулин, и может открыть клетки без их разрушения для проникновения других нутриентов. Именно поэтому гейнеры более популярны в сравнении с чистыми протеиновыми коктейлями.
3. Запасающая функция. Организм использует их и накапливает их на случай экстренной стрессовой ситуации. Ему не нужны транспортные белки, а, значит, окислить молекулу у него получается значительно быстрее.
4. Улучшение работы мозговых клеток. Мозговая жидкость может работать только в том случае, если в крови находится достаточно количество сахара. Попробуйте начать учить что-то на голодный желудок, и вы поймете, что все ваши мысли заняты едой, а вовсе не учебой или развитием.

Итог

Зная особенности обмена и основные функции углеводов в нашем организме, трудно переоценивать их важность. Чтобы успешно худеть или набирать мышечную массу, нужно соблюдать правильный энергетический баланс. И помните, если вы ограничиваете углеводы в своем питании, создавая , организм в первую очередь начнет есть мышцы, а вовсе не жировые отложения. Если хотите узнать об этом подобнее, узнайте об особенностях метаболизма жиров.

Углеводы являются органическими, водорастворимыми веществами. Они состоят из углерода, водорода и кислорода, с формулой (CH 2 O) n , где ‘n’ может варьировать от 3 до 7. Углеводы содержатся главным образом в растительных продуктах (за исключением лактозы).

Исходя из химической структуры, делятся на три группы:

• моносахариды
• олигосахариды
• полисахариды

Типы углеводов

Моносахариды

Моносахариды являются «основными единицами» углеводов. Число атомов углерода отличает эти основные единицы друг от друга. Суффикс «оза» используется для определения этих молекул в категорию сахаров:

• триоза — моносахарид с 3 атомами углерода
• тетроза — моносахарид с 4 атомами углерода
• пентоза — моносахарид с 5 атомами углерода
• гексоза — моносахарид с 6 атомами углерода
• гептоза — моносахарид с 7 атомами углерода

В группу гексозы входят глюкоза, галактоза и фруктоза.

• , также известный как сахар, содержащийся в крови, является тем сахаром, в который превращаются все другие углеводы в организме. Глюкоза может быть получена путем пищеварения или образована в результате глюконеогенеза.
• Галактоза в свободном виде не встречается, а чаще в сочетании с глюкозой в молочном сахаре (лактозе).
• Фруктоза, известная также как фруктовый сахар, является самым сладким из простых сахаров. Как и следует из названия, большое количество фруктозы содержится во фруктах. В то время как определенное количество фруктозы попадает непосредственно в кровь из пищеварительного тракта, в печени она рано или поздно превращается в глюкозу.

Олигосахариды

Олигосахариды состоят из 2-10 связанных между собой моносахаридов. Дисахариды, или двойные сахара, образуются из двух моносахаридов, связанных между собой.

• Лактоза (глюкоза + галактоза) — единственный вид сахаров, который не встречается в растениях, а содержится в молоке.
• Мальтоза (глюкоза + глюкоза) — встречается в пиве, крупах и прорастающих семенах.
• Сахароза (глюкоза + фруктоза) — известный как столовый сахар, это наиболее распространенный дисахарид, поступающий в организм вместе с пищей. Он содержится в свекловичном сахаре, тростниковом сахаре, меде и кленовом сиропе.

Моносахариды и дисахариды образуют группу простых сахаров.

Полисахариды

Полисахариды образуются из 3 до 1000 моносахаридов, связанных между собой.

Типы полисахаридов:

• — растительная форма хранения углеводов. Крахмал существует в двух формах: амилозы или аминопектина. Амилоза представляет собой длинную неразветвленную цепь спирально закрученных молекул глюкозы, в то время как амилопектин — это сильно разветвленная группа связанных моносахаридов.
• — это некрахмальный структурный полисахарид, который встречается в растениях и обычно трудно переваривается. Примерами пищевых волокон являются целлюлоза и пектин.
• Гликоген — 100-30.000 соединенных вместе молекул глюкозы. Форма хранения глюкозы.

Переваривание и усвоение

Большинство углеводов мы потребляем в форме крахмала. Переваривание крахмала начинается во рту под действием амилазы слюны. Этот процесс переваривания с помощью амилазы продолжается в верхней части желудка, затем действие амилазы блокируется желудочной кислотой.

Процесс переваривания затем завершается в тонкой кишке с помощью амилазы поджелудочной железы. В результате расщепления крахмала амилазой образуются дисахарид мальтоза и короткие разветвленные цепочки глюкозы.

Эти молекулы, представленные теперь в форме мальтозы и коротких разветвленных цепочек глюкозы, далее будут расщеплены на отдельные молекулы глюкозы с помощью ферментов в клетках эпителия тонкой кишки. Те же процессы происходят при переваривании лактозы или сахарозы. В лактозе нарушена связь между глюкозой и галактозой, в результате чего образуются два отдельных моносахарида.

В сахарозе связь между глюкозой и фруктозой нарушена, в результате чего образуются два отдельных моносахарида. Отдельные моносахариды затем поступают через кишечный эпителий в кровь. При поглощении моносахаридов (таких, как декстроза, которая является глюкозой) переваривания не требуется, и всасываются они быстро.

Попав в кровь, эти углеводы, теперь в форме моносахаридов, используются по назначению. Поскольку фруктоза и галактоза в конечном итоге превращаются в глюкозу, далее я буду ссылаться на все переваренные углеводы, обозначая их как «глюкозу».

Усвоенная глюкоза

Усваиваясь, глюкоза является основным источником энергии (во время или сразу после приема пищи). Эта глюкоза катаболизируется клетками, чтобы получить энергию для образования . Глюкоза также может накапливаться в форме гликогена в мышцах и клетках печени. Но перед этим необходимо, чтобы глюкоза попала в клетки. Кроме того, глюкоза поступает в клетку различным образом в зависимости от типа клеток.

Чтобы усвоиться, глюкоза должна попасть в клетку. В этом ей помогают транспортеры (Glut-1, 2, 3, 4 и 5). В клетках, где глюкоза является основным источником энергии, например, в мозге, почках, печени и эритроцитах, поглощение глюкозы происходит свободно. Это означает, что глюкоза может поступить в эти клетки в любое время. В жировых клетках, сердце и скелетных мышцах, с другой стороны, поглощение глюкозы регулируется транспортером Glut-4. Их деятельность контролирует гормон инсулин. Реагируя на повышенный уровень глюкозы в крови, из бета-клеток поджелудочной железы высвобождается инсулин.

Инсулин связывается с рецептором на мембране клетки, которая, с помощью различных механизмов, приводит к транслокации рецепторов Glut-4 из внутриклеточных хранилищ к клеточной мембране, позволяя глюкозе попасть в клетку. Сокращение скелетных мышц также усиливает транслокацию транспортера Glut-4.

При сокращении мышц высвобождается кальций. Это увеличение концентрации кальция стимулирует транслокацию рецепторов GLUT-4, способствуя поглощению глюкозы при недостатке инсулина.

Хотя эффекты инсулина и физической нагрузки на транслокацию Glut-4 являются аддитивными, они независимы. Оказавшись в клетке, глюкоза может быть использована для удовлетворения энергопотребностей или синтезирована в гликоген и сохранена для дальнейшего использования. Глюкоза также может быть преобразована в жир и храниться в жировых клетках.

Попав в печень, глюкоза может быть использована для удовлетворения энергетических потребностей печени, сохранена в виде гликогена или преобразована в триглицериды для хранения в виде жира. Глюкоза является предшественником фосфата глицерина и жирных кислот. Печень преобразует избыток глюкозы в фосфат глицерина и жирные кислоты, которые затем соединяются для синтеза триглицеридов.

Некоторые из этих образованных триглицеридов хранятся в печени, но большинство из них вместе с белками переходят в липопротеины и секретируется в кровь.

Липопротеины, которые содержат намного больше жира, чем белка, называют липопротеинами очень низкой плотности (ЛОНП). Эти ЛОНП затем транспортируется через кровь в жировую ткань, где будут храниться как триглицериды (жиры).

Накопленная глюкоза

В организме глюкоза хранится в виде полисахарида гликогена. Гликоген состоит из сотен связанных друг с другом молекул глюкозы и хранится в мышечных клетках (около 300 граммов) и печени (около 100 граммов).

Накопление глюкозы в виде гликогена называется гликогенезом. Во время гликогенеза молекулы глюкозы поочередно добавляются в существующую молекулу гликогена.

Количество запасенного в организме гликогена определяется потреблением углеводов; у человека на низкоуглеводной диете гликогена будет меньше, чем у человека на диете с высоким содержанием углеводов.

Для использования накопленного гликогена он должен быть расщеплен на отдельные молекулы глюкозы в ходе процесса, который называемый гликогенолизом (лиз = расщепление).

Значение глюкозы

Для нормального функционирования глюкоза необходима нервной системе и головному мозгу, поскольку мозг использует его в качестве основного источника топлива. При недостаточном обеспечении глюкозой в качестве источника энергии мозг может также использовать кетоны (побочные продукты неполного распада жиров), но это скорее рассматривается как запасной вариант.

Скелетные мышцы и все другие клетки используют глюкозу для своих энергетических потребностей. Когда в организм с пищей не поступает необходимое количество глюкозы, в ход идет гликоген. После того, как запасы гликогена будут исчерпаны, организм вынужден найти способ, чтобы получить больше глюкозы, что достигается путем глюконеогенеза.

Глюконеогенезом является формирование новой глюкозы из аминокислот, глицерина, лактаты или пирувата (всех неглюкозных источников). Для того чтобы получить аминокислоты для глюконеогенеза, может быть катаболизирован мышечный белок. При обеспечении необходимым количеством углеводов глюкоза служит «сберегателем белка» и может предотвратить расщепление мышечного белка. Поэтому спортсменам так важно употреблять достаточное количество углеводов.

Хотя для углеводов не существует определенной нормы потребления, считается, что 40-50% потребляемых калорий должно поставляться углеводами. Для спортсменов это предполагаемая норма составляет 60%.

Как и по многим другим вопросам, люди продолжают спорить по поводу необходимого организму количества углеводов. Для каждого человека оно должно определяться с учетом разнообразных факторов, включая: тип тренировок, интенсивность, продолжительность и частоту, общее количество потребляемых калорий, цели тренировок и желаемый результат с учетом конституции тела.

Краткие выводы и заключение

• Углеводы = (CH2O)n, где n варьирует от 3 до 7.
• Моносахариды являются «основными единицами» углеводов
• Олигосахариды состоят из 2-10 связанных между собой моносахаридов
• Дисахариды, или двойные сахара, образуются из двух моносахаридов, связанных между собой, к дисахаридам относится сахароза, лакроза и галактоза.
• Полисахариды образуются из 3 до 1000 моносахаридов, связанных между собой; к ним относятся крахмал, пищевые волокна и гликоген.
• В результате расщепления крахмала образуется мальтоза и короткие разветвленные цепочки глюкозы.
• Чтобы усвоиться, глюкоза должна попасть в клетку. Это осуществляется транспортерами глюкозы.
• Гормон инсулин регулирует работу транспортеров Glut-4.
• Глюкоза может быть использована для образования АТФ, сохранена в форме гликогена или жира.
• Рекомендуемая норма потребления углеводов — 40-60% от общего числа калорий.

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 об-разом 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.

Всасывание углеводов нарушается при недостаточности амилолитических ферментов желудочно-кишечного тракта (диастаза панкреатического сока и др.). При этом углеводы не расщепляются до моносахаридов и не всасываются. Развивается углеводное голодание.

Всасывание углеводов также страдает при нарушении фосфорилирования глюкозы в кишечной стенке . Этот процесс нарушается при воспалении кишечной стенки, отравлении флоридзином, монойодацетатом, блокирующими фермент гексокиназу. Глюкоза не превращается в глюкозофосфат, не проходит через стенку кишечника и не поступает в кровь.

Нарушение синтеза и расщепления гликогена

Синтез гликогена может изменяться в сторону понижения или патологического усиления.

Снижение синтеза гликогена . Синтез гликогена снижается при усиленном его распаде, при недостаточном образовании либо при сочетании этих факторов.

Усиление распада гликогена происходит при возбуждении центральной нервной системы; импульсы по симпатическим путям идут к депо гликогена и активируют его распад. В результате возбуждения центральной нервной системы повышается функция мозгового слоя надпочечников, гипофиза, щитовидной железы, гормоны которых стимулируют гликогенолиз.

Повышение распада гликогена и потребления мышцами глюкозы происходит при тяжелой мышечной работе.

Снижение синтеза гликогена наблюдается при гипоксии, когда уменьшаются запасы АТФ, необходимой для образования гликогена.

Сочетанное уменьшение синтеза гликогена и усиление его распада происходит при гепатитах, в ходе которых нарушается гликогенообразовательная функция печени.

При недостатке гликогена тканевая энергетика переключается на жировой и белковый обмен. Образование энергии за счет окисления жира требует много кислорода; при недостатке его накапливаются в избытке кетоновые тела и наступает интоксикация. Образование энергии за счет белков ведет к потере пластического материала.

Гликогеноз - патологическое накопление гликогена в органах при недостаточности ферментов гликогенолиза. Приводим наиболее часто встречающиеся виды гликогенозов.

Гликогеноз, обусловленный недостатком глюкозо-6-фосфатазы (болезнь Гирке). Это врожденное заболевание, в основе которого лежит недостаточность вплоть до полного отсутствия этого фермента в почках и печени. Активность всех остальных ферментов обмена гликогена нормальная. Глюкозо-6-фосфатаза вызывает отщепление свободной глюкозы из глюкозо-6-фосфата, способствуя поддержанию нормального уровня глюкозы в крови. Поэтому при недостаточности глюкозо-6-фосфатазы развивается гипогликемия. В печени и почках накапливается гликоген нормальной структуры и эти органы увеличиваются. Происходит перераспределение гликогена внутри клетки и значительное накопление его в ядре. Возрастает содержание молочной кислоты в крови (ацидоз), в которую усиленно переходит глюкозо-6-фос-фат при блокировании перехода его в глюкозу (рис. 53). Организм страдает от углеводного голодания. Больные дети, как правило, рано умирают.

Гликогеноз при врожденном дефиците кислой альфа-глюкозидазы . Этот фермент отщепляет глюкозные остатки от молекул гликогена и расщепляет мальтозу. Он содержится в лизосомах и разобщен с фосфорилазой цитоплазмы. При отсутствии кислой альфа-глюкозидазы в лизосомах накапливается гликоген, который оттесняет цитоплазму, заполняет всю клетку и разрушает ее. Содержание глюкозы в крови нормальное. Гликоген накапливается в печени, почках, сердце. Обмен веществ в миокарде нарушается, сердце увеличивается в размерах. Больные дети обычно рано умирают от сердечной недостаточности.

Гликогеноз при недостатке амило-1,6-глюко-зидазы . Фермент переносит глюкозу на гликоген. При этом расщепление гликогена блокируется на уровне декстринов, образования глюкозо-1-фосфата и глюкозо-6-фосфата не происходит. Развивается гипогликемия, однако она выражена нерезко, так как при наличии глюкозо-6-фосфатазы идет образование глюкозы за счет глюконеогенеза. Под влиянием амило (1,4-1,6)-трансглюкозидазы эта глюкоза используется, происходит удлинение цепей гликогена и дальнейшее их разветвление. Накапливается гликоген необычной структуры с избытком внутренних разветвлений. Постепенно развивается цирроз печени с ее недостаточностью. Появляются желтуха, отеки, кровоточивость. Заболевают дети в конце первого года жизни.

Более редкие формы гликогенозов связаны с недостаточностью амило (1,4-1,6)-трансглюкозидазы (фермент ветвления), мышечной фосфорилазы. Описаны смешанные формы гликогенозов.

Нарушение межуточного обмена углеводов

К нарушению межуточного обмена углеводов могут привести:

• 1) гипоксические состояния (например, при недостаточности дыхания или кровообращения, при анемиях и др.), когда анаэробная фаза распада углеводов преобладает над аэробной фазой. Происходит избыточное накопление в крови пировиноградной и молочной кислот. Развивается гиперлакцидемия. Содержание молочной кислоты в крови возрастает до 100 мг% вместо 10-15 мг% в норме. Возникает ацидоз. Снижается образование АТФ;
• 2) расстройства функции печени , где в норме часть молочной кислоты ресинтезируется в глюкозу и гликоген. При поражении печени этот ресинтез нарушается. Развиваются гиперлакцидемия и ацидоз;
• 3) гиповитаминоз В 1 . Нарушается окисление пировиноградной кислоты, так как витамин В 1 входит в состав кофермента, участвующего в ее декарбоксилировании. Накапливается в избытке пировиноградная кислота, которая частично переходит в молочную кислоту. При нарушении окисления пировиноградной кислоты снижается синтез ацетил-холина и нарушается передача нервных импульсов. Уменьшается образование из пировиноградной кислоты ацетилкоэнзима А. При этом тормозится аэробная фаза гликолиза. Поскольку для ткани мозга глюкоза является основным источником энергии, то в результате нарушений углеводного обмена возникают расстройства функций нервной системы: потеря чувствительности, невриты, параличи и др. Кроме того, токсическое влияние на нервную систему оказывает избыток пировиноградной кислоты.

При гиповитаминозе В 1 нарушается и пентозофосфатный путь обмена углеводов, в частности образование рибозы. Это нарушение связано с недостаточностью фермента транскетолазы, обеспечивающего образование рибозы неокислительным путем, коферментом которого является пирофосфат тиамина.

Гипергликемия

Гипергликемия - повышение уровня сахара крови выше 120 мг%. В зависимости от этиологических факторов различают следующие виды гипергликемий.

• 1. Алиментарная гипергликемия . Развивается при приеме больших количеств сахара. Этот вид гипергликемии используют для оценки состояния углеводного обмена (так называемая сахарная нагрузка). У здорового человека после одномоментного приема 100-150 г сахара содержание глюкозы в крови нарастает, достигая максимума (150-170 мг%) через 30-45 минут. Затем уровень сахара крови начинает падать и через 2 часа снижается до нормы, а через 3 часа оказывается даже несколько сниженным (рис. 54).
• 2. Эмоциональная гипергликемия . При действии различных психогенных факторов поток импульсов по симпатическим путям идет к надпочечникам и щитовидной железе. Происходит выброс в кровь больших количеств адреналина и тироксина, стимулирующих гликогенолиз.
• 3. Гормональные гипергликемии . Возникают при нарушении функции эндокринных желез. Так, гипергликемия развивается при повышенной продукции глюкагона - гормона альфа-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, который, активируя фосфорилазу печени, способствует гликогенолизу. Сходным действием обладают тироксин и адреналин (активирует также фосфорилазу мышц). К гипергликемии ведет избыток глюкокортикоидов (стимулируют глюконеогенез и тормозят гексокиназу) и соматотропного гормона гипофиза (тормозит синтез гликогена, способствует образованию ингибитора гексокиназы и активирует инсулиназу печени).
• 4. Гипергликемии при некоторых видах наркоза . При эфирном и морфинном наркозе происходит возбуждение симпатических центров и выход адреналина из надпочечников; при хлороформном наркозе к этому присоединяется нарушение гликогенообразовательной функции печени.
• 5. Гипергликемия при недостаточности инсулина является наиболее стойкой и выраженной. Ее воспроизводят в эксперименте для получения модели сахарного диабета.

Экспериментальные модели инсулиновой недостаточности . В эксперименте инсулиновую недостаточность воспроизводят путем удаления поджелудочной железы. Однако при этом дефицит инсулина сочетается с расстройствами пищеварения. Поэтому более совершенной экспериментальной моделью является инсулиновая недостаточность, вызванная введением аллоксана, который повреждает бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы.

Экспериментальную недостаточность инсулина можно вызвать дитизоном, который не действует на поджелудочную железу, но связывает цинк, входящий в состав инсулина, и таким образом инактивирует инсулин.

Патогенез сахарного диабета

Сахарный диабет может быть следствием как панкреатической, так и внепанкреатической инсулиновой недостаточности.

Панкреатическая инсулиновая недостаточность развивается при разрушении поджелудочной железы опухолями, туберкулезным или сифилитическим процессом, при острых воспалительно-дегенеративных процессах в поджелудочной железе - панкреатитах. В этих случаях нарушаются все функции поджелудочной железы, в том числе способность вырабатывать инсулин.

К инсулиновой недостаточности ведет местная гипоксия островков Лангерганса (атеросклероз, спазм сосудов), где в норме очень богатое кровообращение. При этом дисульфидные группы в инсулине переходят в сульфгидрильные и он не дает гипогликемического эффекта.

Предполагают, что причиной инсулиновой недостаточности может быть образование в организме вследствие нарушений пуринового обмена аллоксана , близкого по структуре к мочевой кислоте (уреид мезоксалевой кислоты).

Инсулярный аппарат может истощаться после предварительного повышения функции, например при злоупотреблении сладким (особенно у тучных людей, у которых углеводы не переходят в жир).

В развитии панкреатической инсулиновой недостаточности немаловажное значение имеет исходная наследственная неполноценность инсулярного аппарата.

Внепанкреатическая инсулиновая недостаточность может развиться при повышении активности инсулиназы - фермента, расщепляющего инсулин и образующегося в печени к началу полового созревания.

Хронические воспалительные процессы, при которых в кровь поступает много протеолитических ферментов, разрушающих инсулин, могут повести к его недостаточности.

Избыток гидрокортизона, тормозящего гексокиназу, значительно снижает эффект от действия инсулина.

Причиной недостаточности инсулина может послужить чрезмерно прочная связь его с переносящими белками в крови. Наконец, образование в организме антител против инсулина ведет к разрушению этого гормона.

При сахарном диабете нарушаются все виды обмена веществ. Особенно выражены изменения углеводного и жирового обмена.

Нарушения углеводного обмена . Углеводный обмен при сахарном диабете характеризуется следующими особенностями:

• 1) резко снижен синтез глюкокиназы, которая при диабете почти полностью исчезает из печени, что ведет к уменьшению образования глюкозо-6-фосфата в клетках печени. Этот момент наряду со сниженным синтезом гдикоген-синтетазы обусловливает резкое замедление синтеза гликогена. Гликоген почти полностью исчезает из печени. При недостатке глюкозо-6-фосфата тормозится пентозо-фосфатный цикл;
• 2) активность глюкозо-6-фосфатазы резко возрастает, поэтому глюкозо-6-фосфат дефосфорилируется и поступает в кровь в виде глюкозы;
• 3) тормозится переход глюкозы в жир;
• 4) понижается проницаемость клеток для глюкозы, она плохо усваивается тканями;
• 5) резко ускоряется глюконеогенез - образование глюкозы из лактата, пирувата, аминокислот, жирных кислот и других продуктов неуглеводного обмена. Ускорение глюконеогенеза при сахарном диабете обусловлено выпадением подавляющего влияния (супрессии) инсулина на ферменты, обеспечивающие глюконеогенез в клетках печени и почек: пируваткарбоксилазу, фосфоэнолпируваткарбоксилазу, фруктозодифосфатазу, глюкозо-6-фосфатазу.

Таким образом, при сахарном диабете наблюдается избыточная продукция и недостаточное использование глюкозы тканями, вследствие чего возникает гипергликемия. Содержание сахара в крови при тяжелых формах может достигать 400-500 мг% и выше. Сахарная кривая по сравнению с таковой у здорового человека характеризуется значительно большей продолжительностью (см. рис. 54). Значение гипергликемии в патогенезе заболевания двояко. Она играет адаптационную роль, так как при ней тормозится распад гликогена и частично усиливается его синтез. При гипергликемии глюкоза.Лучше проникает в ткани и они не испытывают резкого недостатка углеводов. Гипергликемия имеет и отрицательное значение, так как при ней повышается концентрация глюко- и мукопротеидов, которые легко выпадают в соединительной ткани, способствуя образованию гиалина и атеросклерозу. При этом возможно поражение почек (гломерулонефриты), коронарных сосудов. При подъеме уровня сахара крови выше 160-200 мг% он начинает переходить в окончательную мочу - возникает глюкозурия.

Глюкозурия . В норме глюкоза содержится в провизорной моче. В канальцах она реабсорбируется в виде глюкозофосфата, для образования которого необходима гексокиназа, и после дефосфорилирования (с помощью фосфатазы) поступает в кровь. Таким образом, в окончательной моче сахара в нормальных условиях не содержимся. При диабете процессы фосфорилирования и дефосфорилирования глюкозы в канальцах почек отстают в связи с избытком глюкозы и снижением активности гексокиназы. Развивается глюкозурия. Осмотическое давление мочи повышено; в связи с этим в окончательную мочу переходит много воды. Суточный диурез возрастает до 5-10 л и более (полиурия). Развивается обезвоживание организма и как следствие его - усиленная жажда (полидипсия).

Нарушение жирового обмена . При дефиците инсулина снижено образование жира из углеводов, в жировой ткани уменьшен ресинтез триглицеридов из жирных кислот. Усиливается липолитический эффект СТГ и АКТГ, который в норме подавлялся инсулином. При этом повышается выход из жировой ткани неэстерифицированных жирных кислот и снижается отложение в ней жира. Это ведет к исхуданию и повышению содержания в крови неэстерифицированных жирных кислот. Последние ресинтезируются в триглицериды в печени, создавая предпосылку для ее ожирения. Ожирения печени не происходит, если в поджелудочной железе (в клетках эпителия мелких протоков) не нарушена продукция липокаина, который большинство исследователей относит к гормонам. Липокаин стимулирует действие липотропных пищевых веществ, богатых метионином (творог, баранина и др.). Метионин является донатором метильных групп для холина, входящего в состав лецитина. При его посредстве жир выводится из печени. Сахарный диабет, при котором имеется недостаточность инсулина, а продукция липокаина не нарушена, называется островковым; ожирения печени не происходит. Если же инсулиновая недостаточность сочетается с недостаточной продукцией липокаина, развивается тотальный диабет. Он сопровождается ожирением печени. В митохондриях печеночных клеток начинают интенсивно образовываться кетоновые тела (ацетон, ацетоуксусная и бета-оксимасляная кислоты).

Кетоновые тела . В механизме накопления кетоновых тел при сахарном диабете имеют значение следующие факторы:

• 1) повышенный переход жирных кислот из жировых депо в печень и ускоренное окисление их;
• 2) задержка ресинтеза жирных кислот из-за дефицита никотинамид-адениндинуклеотидфосфата (НАДФ-Н2);
• 3) нарушение окисления кетоновых тел, обусловленное подавлением цикла Кребса, от участия в котором в связи с усиленным глюконеогенезом «отвлекаются» щавелевая и альфа-кетоглютаровая кислоты.

Нормальная концентрация кетоновых тел в крови не превышает 4-6 мг%; начиная с уровня в 12-13 мг% (гиперкетонемия) они оказывают токсическое действие. При сахарном диабете концентрация кетоновых тел в крови может повышаться до 150 мг% и выше. Кетоновые тела инактивируют инсулин, усугубляя явления инсулиновой недостаточности. В высокой концентрации кетоновые тела вызывают отравление клеток, подавление ферментов. Они оказывают токсическое, угнетающее влияние на центральную нервную систему, обусловливая развитие тяжелейшего состояния - диабетической комы , сопровождающейся негазовым ацидозом. Щелочные резервы плазмы крови исчерпываются, ацидоз становится некомпенсированным. рН крови падает до 7,1-7,0 и даже ниже.

Кетоновые тела выводятся с мочой в виде натриевых солей (кетонурия). При этом уменьшается концентрация натрия в крови, повышается осмотическое давление мочи, что способствует полиурии.

При сахарном диабете происходит нарушение холестеринового обмена. Избыток ацетоуксусной кислоты идет на образование холестерина - развивается гипёрхолестеринемия.

Нарушения белкового обмена . Белковый обмен при сахарном диабете изучен менее полно.

Синтез белка при диабете снижается, так как:

• 1) выпадает или резко ослабляется стимулирующее влияние инсулина на энзиматические системы этого синтеза;
• 2) снижается уровень энергетического обмена, обеспечивающего белковый синтез в здоровом организме.

При недостатке инсулина происходит образование углеводов из аминокислот и жира (глюконеогенез). При этом аминокислоты теряют аммиак, переходя в альфа-кетокислоты, которые и идут на образованю углеводов. Накапливающийся аммиак обезвреживается за счет образования мочевины, а также связывания его альфа-кетоглютаровой кислотой с образованием глютаминовой кислоты. Идет усиленное потребление альфа-кетоглютаровой кислоты, при недостатке которой снижается интенсивность цикла Кребса. Недостаточность цикла Кребса способствует еще большему накоплению ацетилкоэнзима А и, следовательно, кетоновых тел.

В связи с замедлением тканевого дыхания при диабете уменьшается образование АТФ. При недостатке АТФ снижается способность печени синтезировать белки.

В результате нарушения белкового обмена при диабете подавляются пластические процессы, снижается выработка антител, ухудшается заживление ран, понижается устойчивость организма к инфекциям.

Гипогликемия

Гипогликемия - понижение уровня сахара крови ниже 80 мг%. Нарастание уровня сахара в крови после сахарной нагрузки очень невелико (см. рис. 54).

Причины гипогликемии весьма многообразны. К ним относятся:

• 1) гиперфункция островкового аппарата поджелудочной железы, например при некоторых ее опухолях (аденома, инсулинома);
• 2) недостаточная продукция гормонов, оказывающих диссимиляторное влияние на углеводный обмен: тироксина, адреналина, глюкокортикоидов (бронзовая болезнь) и др;
• 3) недостаточное расщепление гликогена при гликогенозах;
• 4) мобилизация большого количества гликогена из мышц и печени, не восполняющаяся алиментарно (тяжелая мышечная работа);
• 5) поражение клеток печени;
• 6) углеводное голодание;
• 7) нарушение всасывания углеводов;
• 8) введение больших доз инсулина с лечебной целью (инсулиновый шок в психиатрической практике);
• 9) так называемый почечный диабет, возникающий при отравлении флоридзином, монойодацетатом, которые блокируют гексокиназу. В почках нарушается фосфорилирование глюкозы, которая не реабсорбируется в канальцах, а переходит в окончательную мочу (глюкозурия). Развивается гипогликемия.

Особенно чувствительна к недостатку глюкозы центральная нервная система, клетки которой не имеют запасов гликогена. Потребление мозгом кислорода резко понижается. При длительных и часто повторяющихся гипогликемиях в нервных клетках происходят необратимые изменения. Сначала нарушаются функции коры головного мозга, а затем и среднего мозга.

Компенсаторно усиливается инкреция гормонов, способствующих повышению уровня глюкозы в крови - глюкокортикоидов, глюкагона, адреналина.

При уровне сахара в крови 80-50 мг% развивается тахикардия, связанная с гиперпродукцией адреналина, чувство голода (возбуждение вентро-латеральных ядер гипоталамуса низким уровнем глюкозы крови), а также связанные с поражением центральной нервной системы слабость, раздражительность, повышенная возбудимость.

При падении содержания сахара ниже 50 мг% в коре головного мозга развивается торможение, а в нижележащих отделах центральной нервной системы - возбуждение. В результате появляются расстройства зрения, сонливость, парезы, усиленное потоотделение, потеря сознания, периодическое дыхание, сначала клонические, а затем тонические судороги. Развивается коматозное состояние.

Пентозурия, фруктозурия, галактозурия

Пентозурия . Пентозурия - выделение с мочой пентоз, которые образуются в основном в ходе пентозного цикла обмена углеводов.

Минимальные количества рибозы могут определяться в моче здоровых людей. Алиментарная пентозурия наступает после употребления в пищу больших количеств фруктов (сливы, черешни, виноград), причем выделяются в основном альфа-арабиноза и альфа-ксилоза. Значительное выделение рибозы с мочой наблюдается при миопатии. При этом заболевании в мышцах происходит распад нуклеотидов, содержащих в своей молекуле рибозу.

Выделение с мочой альфа-ксилулозы (альфа-ксилулозурия) наблюдается при расстройствах метаболического пути глюкуроновой кислоты. При этом нарушается переход альфа-ксилулозы в ксилитол под влиянием НАДФ-ксилитолдегидрогеназы. Причиной этого расстройства может послужить избыток в организме трийодтиронина, амидопуринов и др.

Наблюдаются наследственные формы пентозурии, передающиеся по рецессивному типу.

Фруктозурия . Фруктозурия - выделение с мочой фруктозы. В больших количествах она содержится во фруктах. С помощью фруктокиназы фруктоза в печени фосфорилируется до фруктозо-6-фосфата, который в результате сложных превращений переходит в глюкозу и затем в гликоген. Порог выделения фруктозы очень низок (15 мг%).

Гиперфруктоземия и фруктозурия - одно из первых проявлений недостаточности печени; неспособность ее усваивать глюкозу присоединяется позднее.

Фруктозурия возникает при заболевании (эссенциальная фруктозурия), в основе которого лежит недостаточность фруктокиназы, активирующей синтез фруктозо-1 -фосфата (рис. 55). Обмен фруктозы при этом может идти только путем фосфорилирования до фруктозо-6-фосфата. Однако эта реакция блокируется глюкозой, поэтому тормозится нормальный обмен фруктозы и возникают гиперфруктоземия (до 40-80мг%) и фруктозурия.

Наследственная непереносимость фруктозы - тяжелое заболевание, которое связано с отсутствием фермента фруктозо-1-фосфаталъдолазы (рис. 55) и понижением активности фруктозо-1,6-дифосфатальдолазы в печени, почках, слизистой оболочке кишечника. Развивается гиперфруктоземия, которая вызывает усиление инкреции инсулина с последующей гипогликемией. Возникает недостаточность функций печени и почек.

Галактозурия . Галактозурия развивается вследствие галактоземии - содержания в крови больших количеств (до 200 мг%) галактозы. Галактоземия наблюдается у грудных детей при недостаточности фермента галактозо-1-фосфатуридилтр ансферазы.

У родителей страдающих галактоземией детей часто выявляется снижение активности этого фермента, что свидетельствует о наследственной природе данного заболевания.

При дефиците галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы обмен галактозы задерживается на уровне галактозо-1-фосфата и он не переходит в глюкозу (рис. 56). Нарушается обмен глюкозы, так как галактозо-1-фосфат оказывает тормозящее действие на фосфоглюкомутазу печени. Содержание глюкозы в крови падает.

Галактозо-1-фосфат накапливается в хрусталике, печени и других органах и тканях, чему в норме препятствует наличие в них активной галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. В результате развивается катаракта, увеличивается селезенка и печень с последующим ее циррозом. Наблюдается исхудание, задержка развития. Резко выражена умственная отсталость, так как из-за недостатка глюкозы страдает головной мозг и особенно его кора. Если не исключить галактозу из пищи ребенка, он умирает в течение нескольких месяцев. С возрастом непереносимость галактозы проходит, так как появляется отсутствующий у новорожденных фермент - уридиндифосфатгалактозопирофосфорилаза, при посредстве которого галактоза включается в обычный цикл превращений.

Углеводы или глюциды, также как и жиры и белки, являются основными органическими соединениями нашего тела. Поэтому, если вы хотите изучить вопрос углеводного обмена в организме человека, рекомендуем сначала ознакомиться с химией органических соединений. Если же вы хотите знать, что такое углеводный обмен, и как он происходит в организме человека, не внедряясь в подробности, то наша статья для вас. Мы постараемся в более простой форме рассказать об углеводном обмене в нашем организме.

Углеводы это обширная группа веществ, которая в основном состоит из водорода, кислорода и углерода. Некоторые сложные углеводы также имеют в своем составе серу и азот.

Все живые организме на нашей планете состоят из углеводов. Растения состоят из них практически на 80 %, животные и человек содержат в себе намного меньше углеводов. Углеводы, главным образом, содержаться в печени (5-10%), мышцах (1-3%), головном мозге (меньше 0,2%).

Углеводы нам нужны в качестве источника энергии. При окислении всего 1 грамма углеводов, мы получаем 4,1 ккал энергии. Кроме того, некоторые сложные углеводы являются запасными питательными веществами, а клетчатка, хитин и гиалуроновая кислота придают тканям прочность. Углеводы также являются одним из строительных материалов более сложных молекул, таких как , нуклеиновая кислота, гликолипиды и т.д. Без участия углеводов невозможно окисление белков и жиров.

Виды углеводов

В зависимости от того, насколько углевод способен разлагаться на более простые углеводы с помощью гидролиза (т.е. расщепление с участием воды), их классифицируют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды не гидролизуются и считаются простыми углеводами, состоящими из 1 частицы сахара. Это, например, глюкоза или фруктоза. Олигосахариды гидролизуются с образованием небольшого числа моносахаридов, а полисахариды гидролизуются на множество (сотни, тысячи) моносахаридов.

Глюкоза не переваривается и в неизменном виде всасывается в кровь из кишечника.

Из класса олигосахаридов выделяют дисахариды – это, например, тростниковый или свекличный сахар (сахароза), молочный сахар (лактоза).

К полисахаридам относятся углеводы, которые состоят из множества моносахаридов. Это, например, крахмал, гликоген, клетчатка. В отличие от моно и дисахаридов, которые усваиваются в кишечнике практически сразу, полисахариды перевариваются продолжительное время, поэтому их называют тяжелыми или сложными. Их расщепление занимает продолжительное время, что позволяет поддерживать уровень сахара в крови в стабильном положении, без инсулиновых скачков, которые вызывают простые углеводы.

Основное переваривание углеводов происходит в соке тонких кишок.

Запас углеводов в виде гликогена в мышцах совсем маленький – около 0,1% от веса самой мышцы. А так как мышцы не могут работать без углеводов, они нуждаются в регулярной их доставке через кровь. В крови углеводы находятся в виде глюкозы, содержание которой составляет от 0,07 до 0,1%. Основные запасы углеводов в виде гликогена содержатся в печени. У человека весом в 70 кг где-то 200 гр(!) углеводов в печени. И когда мышцы «съедают» всю глюкозу из крови, в нее снова поступает глюкоза из печени (предварительно гликоген в печени расщепляется на глюкозу). Запасы в печени не вечные, поэтому необходимо восполнять ее с пищей. Если с пищей не поступают углеводы, то печень образует гликоген из жиров и белков.

Когда человек занимается физической работой, мышцы истощают все запасы глюкозы и возникает состояние, которое называется гипогликемией – в результате нарушается работа и самих мышц и еще нервных клеток. Именно поэтому важно соблюдать правильный рацион питания, в особенно питания до и после тренировки.

Регуляция углеводного обмена в организме

Как следует из вышесказанного, весь углеводный обмен сводится к уровню сахар в крови. Уровень сахара в крови зависит от того, сколько глюкозы поступает в кровь и сколько глюкозы удаляется из нее. От этого соотношения зависит весь углеводный обмен. Сахар в кровь поступает из печени и кишечника. Печень расщепляет гликоген до глюкозы только в том случае, если уровень сахара в крови падает. Эти процессы регулируются гормонами.

Уменьшение уровня сахара в крови сопровождается выделение гормона адреналина – он активизирует ферменты печени, которые отвечают за поступление глюкозы в кровь.

Углеводный обмен регулируется также двумя гормонами поджелудочной железы – инсулином и глюкагоном. Инсулин отвечает за транспорт глюкозы из крови в ткани. А глюкагон отвечает за расщепление глюкагона в печени на глюкозу. Т.е. глюкагон повышает уровень сахара в крови, а инсулин снижает. Их действие взаимосвязано.

Разумеется, если уровень сахара в крови завышен, а печень и мышцы насыщены гликогеном, то «ненужный» материал инсулин отправляет в жировое депо – т.е. откладывает глюкозу в виде жира.