Глюкоза и метаболиты углеводного обмена. Гомеостаз глюкозы. Лабораторная

Глюкоза и метаболиты углеводного обмена. Гомеостаз глюкозы. Лабораторная оценка. И. А. Новикова

Этапы метаболизма углеводов 1. Расщепление поступающих с пищей полисахаридов (крахмал, гликоген) и дисахаридов (сахароза, лактоза) в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике до моносахаридов. 2. Всасывание моносахаридов (преимущественно глюкоза, меньше фруктоза, галактоза, пентоза) в кишечнике → поступление в систему воротной вены. 3. Образование гликогена из моносахаридов – гликогенез (ферменты фосфоглюкомутаза и гликогенсинтетаза ). Частично гликоген может образовываться из молочной и пировиноградной кислоты.

Этапы метаболизма углеводов (продолжение) 4. Распад гликогена в печени с образованием глюкозы – гликогенолиз (фермент активная фосфорилаза – фосфорилаза А). 5. Процесс глюконеогенеза – образование глюкозы из неуглеводных продуктов – аминокислот, пировиноградной и молочной кислоты и др. 6. Расщепление глюкозы в тканях и органах до молочной и ПВК, а затем в цикле Кребса до конечных продуктов CO 2 и Н 2 О освобождением энергии.

Основные пути распада глюкозы 1. анаэробный путь (без потребления кислорода) 2. аэробный - прямое окисление глюкозы Ключевые ферменты гликолиза – гексокиназа и глюкокиназа. Обеспечивают фосфорилиро вание глюкозы с образованием глюкозо-6 - фосфата. Гексокиназа фосфорилирует и другие гексозы (фруктозу и галактозу), обнаруживается во всех органах. Глюкокиназа фосфорилирует только глюкозу. Содержится в печени. Активность регулируется инсулином.

Выделение глюкозы Через клубочки почек с провизорной мочой с последующей полной реабсорбцией в канальцах нефронов. Почечный порог для глюкозы– 8 -9 ммоль /л (при превышении глюкоза поступает в мочу).

Синтез и распад гликогена Накопление: Ø в печени (до 6% от массы печени). Использование для нужд всего организма. Ø в скелетных мыщцах (около 1% от массы мыщц ). Использование только для работы мышц.

Синтез гликогена (гликогенез): Фосфоглюко- Гексокиназа Глюкокиназа мутаза Глюкоза Глюкозо- 6 -фосфат Гликогенсинтаза Глюкозо-1 - фосфат Гликоген

Распад гликогена (гликогенолиз) Фосфоглюко- Фосфорилаза А мутаза Гликоген Глюкозо-1 -фосфат Глюкозо-6 -фосфатаза Глюкозо- 6 -фосфат Глюкоза

Анаэробный гликолиз Распад глюкозы без потребления кислорода. Происходит в цитозоле клетки. Биологическое значение – образование богатых энергией фосфорных соединений. Общая схема: Глюкоза → пируват → лактат + 50 ккал

Аэробный метаболизм глюкозы 1. Классический путь (цикл трикарбоновых кислот). Схема: глюкоза → пируват → ацетил- Ко. А → Н 2 О + СО 2 (в цикле Кребса). Происходит в митохондриях. 2. Пентозофосфатный цикл Протекает в цитозоле клетки. Схема: глюкозо-6 - фосфат → рибозо-6 -фосфат→ глюкозо-6 - фосфат + НАДФН. Биологическое значение: обеспечивает организм восстановленным НАДФН, поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот.

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ Синтез глюкозы из неуглеводных продуктов, прежде всего из молочной и пировиноградной кислоты. Предшественниками в глюконеогенезе могут любые соединения, превращающиеся при катаболизме в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакций гликолиза.

Регуляция уровня глюкозы в крови Основные регуляторы уровня глюкозы в крови – инсулин и глюкагон, контринсулярные гормоны. АКТГ, СТГ, Т 4, ГК, глюкагон, катехоламины Глюкоза в крови Инсулин

Инсулин – полипептид (53 аминокислоты). Синтезируется в бетта- клетках островков Лангерганса. Стимуляция секреции: аминокислоты, жирные кислоты, кетоновые тела, глюкагон, секретин. Подавление секреции: адреналин, норадреналин.

Действие инсулина на уровень глюкозы (продолжение) Снижает уровень глюкозы в крови через следующие механизмы: 1. активирует белки-переносчики глюкозы через мембрану клетки. 2. активирует гликогенсинтетазу (накопление гликогена). 3. ингибирует фосфорилазу (задерживает распад гликогена в печени). 4. тормозит глюконеогенез , уменьшая распад белка и повышая его синтез 5. способствует превращению глюкозы в жиры. 6. стимулирует пентозный цикл окисления глюкозы.

Глюкагон Полипептид (23 аминокислоты). Синтезируется в альфа-клетках островков Лангерганса. Увеличивает уровень глюкозы в крови через следующие механизмы: 1. Активирует фосфорилазу , усиливая распад гликогена в печени с образованием глюкозы и поступлением ее в плазму (при голодании) 2. Активирует процесс глюконеогенеза

Лабораторные тесты для характеристики углеводного обмена v Уровень глюкозы в крови v Уровень глюкозы в моче v Кетоновые тела в моче v D-3 -гидроксибутират в сыворотке v Тест на толерантность к глюкозе v Гликированный гемоглобин v Фруктозамин v Уровень инсулина в крови

Глюкоза в крови v Глюкоза равномерно распределена между клетками и плазмой с некоторым превышением ее концентрации в плазме (на 10 -15%). v Артериальная кровь > венозная кровь > капиллярная кровь. v При хранении сыворотки крови над сгустком или плазмы над эритроцитами концентрация глюкозы быстро снижается вследствие гликолиза. Поэтому необходимо не позднее 1 часа отделить осадок, либо капиллярную кровь стабилизировать ТХУ. При этом стабильный уровень глюкозы сохраняется в течение 24 часов

Содержание глюкозы в крови и моче Норма: в капиллярной крови 2, 5 -2, 75 -6, 2 ммоль/л в венозной – 3, 3 -6, 2 ммоль/л 6, 3 -6, 4 ммоль/л - пограничное состояние. В суточной моче - не более 0, 5 -1, 1 ммоль /л (качественными пробами не улавливается).

Лабораторные методы определения глюкозы Ø Редуктометрический (Хагедорна-Иенсена) Ø Колориметрический (с ортотолуидиновым реактивом) Ø Энзиматические методы: n Глюкозооксидазный (окисление глюкозы кислородом воздуха в присутствии глюкозооксидазы сообразованием перексиси , которую выявляют восстановленным хромогеном) n Гексокиназный (основан на оптическом тесте Варбурга). Дорогой, является референтным методом. Гипергликемия – превышение уровня глюкозы натощак более 6, 7 -7 ммоль/л. Гипогликемия –менее 2, 5 ммоль/л

Гипергликемия Основные механизмы формирования: Ø Снижение утилизации глюкозы тканями Ø Усиленный распад гликогена Ø Торможение синтеза гликогена Ø Усиленный глюконеогенез Инсулярные гипергликемии – связаны с недостаточным количеством инсулина или неэффективностью его действия Внеинсулярные гипергликемии – не зависят от влияния инсулина

ВНЕИНСУЛЯРНЫЕ ГИПЕРГЛИКЕМИИ 1. Гипергликемии на фоне гиперфункции эндокринных желез, продуцирующих антагонисты инсулина: v Синдром Иценко - Кушинга - -выброс ГК стимулирует процесс глюконеогенеза v Акромегалия – СТГ снижает фосфорилирование глюкозы, угнетая гексокиназу v Феохромацитома – увеличенный выброс катехоламинов (особенно во время криза) стимулирует фосфорилазу мышц, усиливает гликогенолиз в печени и мышцах v Тиреотоксикоз –Т 4 усиливает всасывание глюкозы в кишечнике, активирует симпатоадреналовую систему, активирует гексокиназу. v Опухоли альфа-клеток поджелудочной железы – увеличивается глюкагон.

Внеинсулярные гипергликемии (продолжение) 2. Нейрогенные гипергликемии - раздражение клеток головного мозга, особенно продолговатого (сахарный центр на дне 4 желудочка) - при травмах головного мозга, тромбозе мозговых сосудов, кровоизлияниях, в продолговатый мозг и т. д. 3. Гипергликемия вследствие острого нарушения кровообращения (инфаркт миокарда) за счет выброса адреналина. Степень гипергликемии при этом невысокая – до 10 -11 ммоль/л. 4. Эмоциональная гипергликемия 5. Гипергликемия на фоне длительного приема лекарственных препаратов – анальгетики, диуретики , гипотензивные (за счет торможения гексокиназы)

Гипогликемии 1. Инсулярные - связаны с абсолютным или относительным увеличением концентрации инсулина: Ø Первичный гиперинсулинизм – при инсулиноме. Ø Вторичный гиперинсулинизм –у больных сахарным диабетом при восстановлении чувствительности клеток к инсулину, передозировка инусулина при нарушении питания у больных СД.

Гипогликемии 2. Внеинсулярные Ø Гипофункция эндокринных желез – гипофизарно- надпочечниковая недостаточность, микседема. Ø Нейрогенная – психотравмы , энцефалит, опухоли мозга. Ø Длительной рвота, анорексия Ø Обильная лактация, глюкозурия беременных Ø Нарушение всасывания углеводов в кишечнике – синдром мальабсорбции Ø Новорожденные дети от матерей с СД (гиперплазия бетта -клеток плода в результате гипергликемии матери).

ГЛЮКОЗУРИЯ В норме не более 0, 5 ммоль/л Профильтрованная в клубочках глюкоза полностью реабсорбируется в проксимальных канальцах с участием ферментов гексокиназы и щелочной фосфатазы. 2 группы глюкозурий: n Гипергликемические - связаны с увеличением концентрации глюкозы в крови. М. б. при различных заболеваниях или физиологическими. n Нормогликемические - связаны с нарушением реабсорбции глюкозы в почечных канальцах в результате снижения активности ферментов (наследственные изменения гексокиназы , тубулопатии ( Фанкони ), интоксикация стрихнином, снотворными, кодеином, морфином, глюкозурия беременных, гломерулонефриты, нефросклероз и т. д. ).

Тест на толерантность к глюкозе Показания: дважды натощак у пациента обнаруживаются пограничные уровни глюкозы. Позволяет выявить латентный сахарный диабет. Если глюкоза натощак более 8 ммоль/л тест не проводят. Схема проведения: Выпить одномоментно глюкозу (взрослому 75 г в 200 мл воды, ребенку 1, 75 г/кг веса, но не более 75 г). Определяют уровень глюкозы натощак, через 30, 60, 90, 120 минут. Коэффициент Бодуэна (гипергликемический)– отношение максимального уровня глюкозы к глюкозе натощак, норма – 1, 5 -1, 6 (не более 1, 7). Коэффициент Рафальского (гипогликемический) – отношение глюкозы через 2 часа к глюкозе натощак – норма 0, 9 -1, 1 (менее 1, 3).

Типы кривых при глюкозотолерантном тесте 1 - гиперинсулинизм, 2 - норма (здоровые), 3 - тиреотоксикоз, 4 - сахарный диабет Нарушение толерантности к глюкозе: натощак менее 7, 0 ммоль/л, через 2 часа – 8 -11 ммоль/л.

D-3 -гидроксибутират в сыворотке Бета-оксимасляная кислота, продукт обмена жирных кислот – главное кетоновое тело в крови. Применение в КДЛ: Ø диагностика кетоза (более чувствителен и стабилен, чем ацетон и ацетоацетат) у больных СД Ø мониторинг кетоацидотической комы (позволяет раньше обнаружить передозировку инсулина, т. к. падение его уровня происходит на 2 ч раньше, чем падение глюкозы после введения инсулина) Ø у больных с тяжелыми травмами, обширными операциями для коррекции парентерального питания (показатель увеличен в связи с потерей мышечной массы)

Гликированный гемоглобин Hb. A 1 - гликированная форма присутствующего в эритроцитах Нв. А. Образуется вследствие неферментативного присоединения глюкозы к Нв. Имеет 3 подфракции: v Нв. А 1 с (наибольшее количество) v Нв. А 1 а v Нв. А 1 в Степень гликирования Нв прямо пропорциональна концентрации глюкозы и длительности ее контакта с Нв. Норма Нв. А 1 с – 4 -5, 5% от общего Нв.

Методы определения гликированного гемоглобина Существуют методы, выявляющие разные субфракции. v Ионообменная хроматография – самый распространенный для Нв. А 1 с (специальные мини- колоночные тест-системы Dio. Rad, Human) v Аффинная хроматография (микроколоночные тест -системы, более длителен по времени) v ВЭЖХ – высокая стоимость (является референс - методом) v Электрофорез в агарозном геле (специальные тест системы, импортные, дорогостоящие)

Методы определения гликированного гемоглобина (продолжение) v Колориметрические методы – определяют тотальный гликогемоглобин (трудоемкость) v Иммунохимические методы – метод ингибирования латекс-агглютинации (самый распространенный), выявляет Нв. А 1 с. Интерференция: уремия, гемолиз, беременность.

Иммунохимический метод определения Нв. А 1 с Антитела-латекс + Турби- Агглютинатор диметрия Мутность снижается + Фрагменты Нв. А 1 с

Клинико-диагностическое значение определения гликированного гемоглобина Является интегральным показателем состояния углеводного обмена за предшествующие 6 -8 недель. Цель анализа: постановка диагноза, контроль за лечением, определение степени компенсации у больных сахарным диабетом. Преимущества перед определением уровня глюкозы: v Отражает гликемию не на момент взятия крови, а за период около 8 недель. v Не влияют особенности питания, стрессы и т. д. v Тест более специфичен для сахарного диабета, чем уровень глюкозы.

Фруктозамин Продукт гликирования белков плазмы крови. Степень гликирования зависит от концентрации глюкозы в крови и длительности периода полураспада белков. Отражает средний уровень глюкозы в крови за 2 -3 недели до измерения (период полураспада альбумина - 20 дней). Норма: 200 -280 мкмоль/л. Определение в КДЛ – колориметрически (по способности восстанавливать в щелочной среде НСТ). Другие методы (аффинная хроматография, энзиматический ) в КДЛ не используются.

Клинико-диагностическое значение определения фруктозамина Показания: оценка эффективности лечения, степени компенсации при сахарном диабете, подбор диеты, дозы препаратов. Преимущества по сравнению с Нв. А 1 с: Ø Более быстрый и удобный маркер среднего уровня глюкозы (при подборе дозы) Ø Определение Фр. А намного дешевле Ø Не зависит от вариантов аллелей Нв пациента. Недостатки: Ø Влияет уровень альбумина в сыворотке, характер диспротеинемии Ø Интерференция лекарств и эндогенных субстратов крови более выражена.

Сахарный диабет Около 60 млн. больных в мире. Ежегодный прирост – 8 -10%. Нозологические формы: 1. инсулинзависимый - диабет 1 типа - дефицит инсулина вместе с гибелью бетта-клеток. Чаще у молодых, начинается остро, стадия преддиабета незаметна. Около 30% - дети. 2. инсулинонезависимый – диабет 2 типа. Чаще у лиц старше 60 лет. Количество инсулина незначительно снижено или норма, но отсутствуют рецепторы к инсулину → инсулинорезистентность.

Инсулинорезистентность Причины инсулинорезистентности тканей: v Генетические факторы v Приобретенные факторы (гиподинамия, гиперкалорийное питание, частые стрессы, курение, алкоголизм).

Инсулинорезистентность (продолжение) Клинически последствия: 1. Артериальная гипертензия: бета-клетки компенсаторно увеличивают секрецию инсулина → пароксизмальная вазоконстрикция , стимуляция симпатической нервной системы, увеличение чувствительности клеток к прессорному влиянию Adr и ангиотензина-2. 2. Ожирение и развитие атеросклероза: инсулин активирует липопротеинлипазу (но фермент оказывается в дальнейшем инсулинорезистентным ) → увеличение в крови ЛПОНП и снижение ЛПВП → атерогенная дислипидемия. Метаболический синдром Х: артериальная гипертензия + ожирение + дислипидемия + инсулинонезависимый сахарный диабет - «смертельный квартет» . Резко увеличивает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний.

Клинико-лабораторная диагностика СД Степени гипергликемии при сахарном диабете: Не более 8, 3 ммоль/л – легкая 8, 3 -14 ммоль/л – средней степени более 14 ммоль/л – тяжелой степени Основные клинические симптомы – жажда, полиурия, кожный и генитальный зуд. Лабораторная диагностика: глюкоза в крови и моче, кетоновые тела в моче, Нв. Ас, Фр. А.

Гиперосмолярная (некетонемическая) кома Развивается только при ИНЗСД при нетяжелом течении (нет нарушений липидного обмена – кетонемии). Причины развития: дегидратация при рвоте, поносе, оперативных вмешательствах. Клинические проявления: резкая дегидратация без признаков кетоза , дыхание нормальное, помрачение сознания.

Гиперосмолярная (некетонемическая) кома (продолжение) Лабораторные показатели: Ø Гипергликемия высокой степени (более 40 ммоль/л) Ø Глюкозурия Ø Реакция на ацетон чаще отрицательная или слабо положительная Ø Гиперосмия плазмы – осмолярность плазмы более 330 мосм/л (норма - 280 -300) Ø Увеличение натрия, хлора в крови Ø Азотемия (увеличение мочевины, креатинина)

Гиперлактацидемическая кома Редкое осложнение. Обусловлена накоплением лактата и пирувата (меньше) в крови. Причины развития – гипоксия тканей вследствие тяжелых интеркуррентных заболеваний (вирусные инфекции, пневмонии), что приводит к накоплению молочной кислоты. Лабораторные показатели: v Гипергликемия невысокая v Глюкозурия незначительная или отсутствует v Кетонемии, кетонурии нет v Метаболический ацидоз

Кетоацидотическая кома Может быть первым проявлением ИЗСД или развиться у пациента с ранее диагностированным СД, если он пропустит прием инсулина, доза будет недостаточной или потребность в инсулине возрастет (заболевания). Патогенез: недостаток инсулина → относительное повышение глюкагона → подавление гликолиза, стимуляция глюконеогенеза → увеличение образования глюкозы на фоне отсутствия ее усвоения → глюкозурия → осмотический диурез, потеря жидкости → уменьшение объема плазмы → снижение кровотока через почки → преренальная уремия → снижение скорости образования мочи → олигурия → увеличение степени гипергликемии → усиление кетогенеза → ацидоз.

Кетоацидотическая кома (продолжение) Клинические проявления: гипотензия, тахикардия, похолодании е конечностей, рвота, спутанное сознание, дыхание Куссмауля, запах ацетона в выдыхаемом воздухе. Лабораторные показатели: v Гипергликемия v Глюкозурия v Выраженная кетонемия и кетонуния v Гиперкалиемия v Метаболический ацидоз Лечение – возмещение потерь жидкости и электролитов, инсулин.

Гипогликемическая кома Клиника: спутанность сознания, чувство голода, атаксия, парестезии, гемипарез, судороги Лабораторные показатели: Ø Гипогликемия Ø Глюкозурия может быть. Лечение: назначение глюкозы (можно еще до получения результата анализа), глюкагона.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ !!!