Presnova ogljikovih hidratov

Ogljikovi hidrati so glavni vir energije: 1 g ogljikovih hidratov ob popolni razgradnji sprosti 16,7 kJ (4 kcal). Poleg tega so ogljikovi hidrati v obliki mukopolisaharidov del vezivnega tkiva, v obliki kompleksnih spojin (glikoproteini, lipopolisaharidi) pa so strukturni elementi celic, pa tudi sestavine nekaterih aktivnih bioloških snovi (encimi, hormoni, imunska telesa itd.).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Ogljikovi hidrati v prehrani

Delež ogljikovih hidratov v prehrani otrok je v veliki meri odvisen od starosti. Pri otrocih prvega leta življenja je vsebnost ogljikovih hidratov, ki zagotavljajo potrebo po energiji, 40 %. Po enem letu se poveča na 60 %. V prvih mesecih življenja potrebo po ogljikovih hidratih pokriva mlečni sladkor - laktoza, ki je del materinega mleka. Pri umetnem hranjenju z mlečnimi formulami otrok prejema tudi saharozo ali maltozo. Po uvedbi dopolnilne hrane začnejo v telo vstopati polisaharidi (škrob, delno glikogen), ki v glavnem pokrivajo telesne potrebe po ogljikovih hidratih. Ta vrsta prehrane pri otrocih spodbuja tako nastajanje amilaze s strani trebušne slinavke kot njeno izločanje s slino. V prvih dneh in tednih življenja amilaze praktično ni, slinjenje pa je zanemarljivo, šele od 3. do 4. meseca dalje se začne izločanje amilaze in slinjenje se močno poveča.

Znano je, da hidroliza škroba poteka pod vplivom sline amilaze in trebušnega soka; škrob se razgradi na maltozo in izomaltozo.

Skupaj z disaharidi iz hrane - laktozo in saharozo - se maltoza in izomaltoza na površini črevesnih resic črevesne sluznice pod vplivom disaharidaz razgradita na monosaharide: glukozo, fruktozo in galaktozo, ki se resorbirajo skozi celično membrano. Proces resorpcije glukoze in galaktoze je povezan z aktivnim transportom, ki ga sestavlja fosforilacija monosaharidov in njihova pretvorba v glukozni fosfat, nato pa v glukoza-6-fosfat (galaktozni fosfat). Takšna aktivacija se pojavi pod vplivom glukoznih ali galaktoznih kinaz s porabo ene makroergične vezi ATP. Za razliko od glukoze in galaktoze se fruktoza resorbira skoraj pasivno, z enostavno difuzijo.

Disaharidaze v črevesju ploda se tvorijo glede na gestacijsko starost.

Čas razvoja funkcij prebavil, čas odkrivanja in resnost kot odstotek iste funkcije pri odraslih

Absorpcija ogljikovih hidratov	Prva detekcija encima, teden	Resnost, % odraslih
A-amilaza trebušne slinavke	22	5
Α-amilaza žlez slinavk	16	10
Laktaza	10	Več kot 100
Saharoza in izomaltaza	10	100
Glukoamilaza	10	50
Absorpcija monosaharidov	11	92

Očitno je, da se aktivnost maltaze in saharaze poveča prej (6-8 mesecev nosečnosti), kasneje (8-10 mesecev) pa - laktaze. Preučevali so aktivnost različnih disaharidaz v celicah črevesne sluznice. Ugotovljeno je bilo, da skupna aktivnost vseh maltaz do rojstva ustreza povprečno 246 μmol razcepljenega disaharida na 1 g beljakovin na minuto, skupna aktivnost saharaze - 75, skupna aktivnost izomaltaze - 45 in skupna aktivnost laktaze - 30. Ti podatki so zelo zanimivi za pediatre, saj postane jasno, zakaj dojenček dobro prebavlja mešanice dekstrina in maltoze, medtem ko laktoza zlahka povzroči drisko. Relativno nizka aktivnost laktaze v sluznici tankega črevesa pojasnjuje dejstvo, da pomanjkanje laktaze opazimo pogosteje kot pomanjkanje drugih disaharidaz.

[ 7 ], [ 8 ]

Motena absorpcija ogljikovih hidratov

Obstajajo tako prehodna kot prirojena malabsorpcija laktoze. Prvo obliko povzroča zakasnitev zorenja črevesne laktaze in zato s starostjo izgine. Prirojeno obliko lahko opazimo dlje časa, vendar je praviloma najbolj izrazita od rojstva med dojenjem. To je razloženo z dejstvom, da je vsebnost laktoze v materinem mleku skoraj 2-krat višja kot v kravjem mleku. Klinično se pri otroku razvije driska, za katero je poleg mehkega blata (več kot 5-krat na dan) značilno tudi penasto blato s kislo reakcijo (pH manj kot 6). Lahko se pojavijo tudi simptomi dehidracije, ki se kažejo kot resno stanje.

V starejši starosti pride do tako imenovane represije laktaze, ko se njena aktivnost znatno zmanjša. To pojasnjuje dejstvo, da veliko število ljudi ne prenaša naravnega mleka, medtem ko fermentirane mlečne izdelke (kefir, acidofil, jogurt) dobro absorbirajo. Pomanjkanje laktaze prizadene približno 75 % ljudi afriškega in indijskega porekla, do 90 % ljudi azijskega porekla in 20 % Evropejcev. Prirojena malabsorpcija saharoze in izomaltoze je manj pogosta. Običajno se kaže pri otrocih z umetnim hranjenjem z mlečnimi mešanicami, obogatenimi s saharozo, in z uvajanjem sokov, sadja ali zelenjave, ki vsebujejo ta disaharid, v prehrano. Klinične manifestacije pomanjkanja saharoze so podobne tistim pri malabsorpciji laktoze. Pomanjkanje disaharidaze je lahko tudi povsem pridobljeno, posledica ali zaplet številnih bolezni, ki jih otrok preboleva. Glavni vzroki za pomanjkanje disaharidaze so navedeni spodaj.

Posledice izpostavljenosti škodljivim dejavnikom:

• po enteritisu virusne ali bakterijske etiologije;
• poseben pomen okužbe z rotavirusi;
• podhranjenost;
• giardiaza;
• po nekrotičnem enterokolitisu;
• imunološka pomanjkljivost;
• celiakija;
• citostatična terapija;
• intoleranca na beljakovine kravjega mleka;
• hipoksična stanja perinatalnega obdobja;
• Zlatenica in njena fototerapija.

Nezrelost krtačnega roba:

• prezgodnji roj;
• nezrelost ob rojstvu.

Posledice kirurških posegov:

• gastrostomija;
• ileostomija;
• kolostomija;
• resekcija tankega črevesa;
• anastomoze tankega črevesa.

Podobne klinične manifestacije so opisane v primerih motene aktivacije monosaharidov - glukoze in galaktoze. Razlikovati jih je treba od primerov, ko prehrana vsebuje preveč teh monosaharidov, ki zaradi visoke osmotske aktivnosti povzročajo vstop vode v črevesje. Ker se monosaharidi absorbirajo iz tankega črevesa v bazen V. portae, najprej vstopijo v jetrne celice. Glede na pogoje, ki jih določa predvsem vsebnost glukoze v krvi, se pretvorijo v glikogen ali ostanejo kot monosaharidi in se prenašajo s krvnim obtokom.

V krvi odraslih je vsebnost glikogena nekoliko nižja (0,075-0,117 g/l) kot pri otrocih (0,117-0,206 g/l).

Sintezo telesne rezerve ogljikovih hidratov – glikogena – izvaja skupina različnih encimov, kar ima za posledico nastanek zelo razvejanih molekul, sestavljenih iz ostankov glukoze, ki so povezani z 1,4- ali 1,6-vezmi (stranske verige glikogena tvorijo 1,6-vezi). Po potrebi se lahko glikogen ponovno razgradi v glukozo.

Sinteza glikogena se začne v 9. tednu intrauterinega razvoja v jetrih. Vendar pa se hitro kopiči šele pred rojstvom (20 mg/g jeter na dan). Zato je koncentracija glikogena v jetrnem tkivu ploda ob rojstvu nekoliko višja kot pri odraslem. Približno 90 % nakopičenega glikogena se porabi v prvih 2-3 urah po rojstvu, preostali glikogen pa se porabi v 48 urah.

To pravzaprav zagotavlja energijske potrebe novorojenčkov v prvih dneh življenja, ko otrok prejema malo mleka. Od 2. tedna življenja se kopičenje glikogena ponovno začne, do 3. tedna življenja pa njegova koncentracija v jetrnem tkivu doseže raven odraslih. Vendar pa je masa jeter pri otrocih bistveno manjša kot pri odraslih (pri otrocih, starih 1 leto, je masa jeter enaka 10 % mase jeter odraslega), zato se zaloge glikogena pri otrocih porabijo hitreje in jih morajo obnoviti, da preprečijo hipoglikemijo.

Razmerje med intenzivnostjo procesov glikogeneze in glikogenolize v veliki meri določa vsebnost sladkorja v krvi - glikemijo. Ta vrednost je precej konstantna. Glikemijo uravnava kompleksen sistem. Osrednja povezava v tej regulaciji je tako imenovani sladkorni center, ki ga je treba obravnavati kot funkcionalno povezavo živčnih centrov, ki se nahajajo v različnih delih osrednjega živčnega sistema - možganski skorji, podkorteksu (lečasto jedro, striatum), hipotalamični regiji, podolgovati hrbtenjači. Poleg tega pri uravnavanju presnove ogljikovih hidratov sodelujejo številne endokrine žleze (trebušna slinavka, nadledvične žleze, ščitnica).

Motnje presnove ogljikovih hidratov: bolezni kopičenja

Vendar pa se lahko opazijo prirojene motnje encimskih sistemov, pri katerih je lahko motena sinteza ali razgradnja glikogena v jetrih ali mišicah. Te motnje vključujejo bolezen pomanjkanja glikogena. Temelji na pomanjkanju encima glikogen sintetaze. Redkost te bolezni je verjetno pojasnjena s težavo diagnoze in hitrim neugodnim izidom. Novorojenčki zelo zgodaj (tudi med hranjenji) doživijo hipoglikemijo s krči in ketozo. Pogosteje so opisani primeri glikogene bolezni, ko se v telesu kopiči glikogen normalne strukture ali pa se tvori glikogen nepravilne strukture, ki spominja na celulozo (amilopektin). Ta skupina je praviloma genetsko določena. Glede na pomanjkanje določenih encimov, ki sodelujejo pri presnovi glikogena, ločimo različne oblike ali vrste glikogenoz.

Tip I, ki vključuje hepatorenalno glikogenozo ali Gierkejevo bolezen, temelji na pomanjkanju glukoza-6-fosfataze. To je najhujša oblika glikogenoze brez strukturnih motenj glikogena. Bolezen je recesivna; klinično se pokaže takoj po rojstvu ali v povojih. Značilna je hepatomegalija, ki jo spremljajo hipoglikemični napadi in koma, ketoza. Vranica se nikoli ne poveča. Kasneje opazimo zaostanek v rasti in telesno nesorazmerje (trebuh je povečan, telo je podolgovato, noge so kratke, glava je velika). Med hranjenji opazimo bledico, potenje in izgubo zavesti kot posledico hipoglikemije.

Glikogenoza tipa II - Pompejeva bolezen, ki temelji na pomanjkanju kisle maltaze. Klinično se pokaže kmalu po rojstvu in taki otroci hitro umrejo. Opažajo se hepato- in kardiomegalija, mišična hipotonija (otrok ne more držati glave ali sesati). Razvije se srčno popuščanje.

Glikogenoza tipa III - Corijeva bolezen, ki jo povzroča prirojena okvara amilo-1,6-glukozidaze. Prenos je recesivno-avtosomski. Klinične manifestacije so podobne tipu I - Gierkejeva bolezen, vendar manj hude. Za razliko od Gierkejeve bolezni gre za omejeno glikogenozo, ki je ne spremljata ketoza in huda hipoglikemija. Glikogen se odlaga bodisi v jetrih (hepatomegalija) bodisi v jetrih in hkrati v mišicah.

Tip IV – Andersenova bolezen – povzroča pomanjkanje 1,4-1,6-transglukozidaze, zaradi česar nastane glikogen nepravilne strukture, ki spominja na celulozo (amilopektin). Deluje kot tujek. Opažamo zlatenico in hepatomegalijo. Razvije se jetrna ciroza s portalno hipertenzijo. Posledično se razvijejo krčne žile želodca in požiralnika, katerih ruptura povzroči obilno želodčno krvavitev.

Tip V - mišična glikogenoza, McArdleova bolezen - se razvije zaradi pomanjkanja mišične fosforilaze. Bolezen se lahko pojavi v 3. mesecu življenja, ko se ugotovi, da otroci ne morejo dolgo sesati in se hitro utrudijo. Zaradi postopnega kopičenja glikogena v progastih mišicah opazimo njihovo lažno hipertrofijo.

Glikogenoza tipa VI - Hertzova bolezen - je posledica pomanjkanja jetrne fosforilaze. Klinično se odkrije hepatomegalija, hipoglikemija se pojavlja manj pogosto. Opažena je zaostanek v rasti. Potek je ugodnejši kot pri drugih oblikah. To je najpogostejša oblika glikogenoze.

Opažamo tudi druge oblike bolezni kopičenja, kadar se odkrijejo mono- ali poliencimske motnje.

[ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ]

Krvni sladkor kot pokazatelj presnove ogljikovih hidratov

Eden od kazalnikov presnove ogljikovih hidratov je raven sladkorja v krvi. Ob rojstvu je raven glikemije pri otroku enaka ravni glikemije pri materi, kar je razloženo s prosto transplacentalno difuzijo. Vendar pa se že od prvih ur življenja opazi padec vsebnosti sladkorja, kar je razloženo z dvema razlogoma. Eden od njiju, pomembnejši, je pomanjkanje kontra-insularnih hormonov. To dokazuje dejstvo, da lahko adrenalin in glukagon v tem obdobju zvišata raven sladkorja v krvi. Drug razlog za hipoglikemijo pri novorojenčkih je, da so rezerve glikogena v telesu zelo omejene in jih novorojenček, ki ga nekaj ur po rojstvu prislonimo k dojki, porabi. Do 5.-6. dneva življenja se vsebnost sladkorja poveča, vendar pri otrocih ostaja relativno nižja kot pri odraslih. Povečanje koncentracije sladkorja pri otrocih po prvem letu življenja je valovito (prvi val - do 6. leta starosti, drugi - do 12. leta starosti), kar sovpada s povečanjem njihove rasti in višjo koncentracijo somatotropnega hormona. Fiziološka meja oksidacije glukoze v telesu je 4 mg/(kg • min). Zato naj bi bil dnevni odmerek glukoze od 2 do 4 g/kg telesne teže.

Poudariti je treba, da se izraba glukoze med intravenskim dajanjem pri otrocih pojavi hitreje kot pri odraslih (znano je, da telo intravensko aplicirano glukozo praviloma porabi v 20 minutah). Zato je toleranca otrok na obremenitev z ogljikovimi hidrati višja, kar je treba upoštevati pri preučevanju glikemičnih krivulj. Na primer, za preučevanje glikemične krivulje se uporablja povprečna obremenitev 1,75 g/kg.

Hkrati imajo otroci hujši potek sladkorne bolezni, za zdravljenje katere je praviloma potrebno uporabljati inzulin. Sladkorna bolezen pri otrocih se najpogosteje odkrije v obdobjih posebej intenzivne rasti (prvi in drugi fiziološki podaljšek), ko se pogosteje opazi kršitev korelacije endokrinih žlez (poveča se aktivnost somatotropnega hormona hipofize). Klinično se sladkorna bolezen pri otrocih kaže z žejo (polidipsija), poliurijo, izgubo teže in pogosto povečanim apetitom (polifagija). Ugotovljeno je zvišanje krvnega sladkorja (hiperglikemija) in pojav sladkorja v urinu (glukozurija). Pogosta je ketoacidoza.

Bolezen temelji na pomanjkanju insulina, zaradi česar glukoza težko prodre skozi celične membrane. To povzroči povečanje njene vsebnosti v zunajcelični tekočini in krvi ter poveča razgradnjo glikogena.

V telesu se glukoza lahko razgrajuje na več načinov. Najpomembnejša sta glikolitična veriga in pentozni cikel. Razgradnja vzdolž glikolitične verige se lahko pojavi tako v aerobnih kot anaerobnih pogojih. V aerobnih pogojih vodi do tvorbe piruvične kisline, v anaerobnih pa do mlečne kisline.

V jetrih in miokardu procesi potekajo aerobno, v eritrocitih - anaerobno, v skeletnih mišicah med intenzivnim delom - pretežno anaerobno, med počitkom - pretežno aerobno. Aerobna pot je za organizem bolj ekonomična, saj povzroči nastanek več ATP, ki nosi veliko rezervo energije. Anaerobna glikoliza je manj ekonomična. Na splošno lahko z glikolizo celice hitro, čeprav neekonomično, oskrbimo z energijo ne glede na "dostavo" kisika. Aerobna razgradnja v kombinaciji glikolitične verige - Krebsovega cikla je glavni vir energije za organizem.

Hkrati lahko telo z obratnim tokom glikolitične verige sintetizira ogljikove hidrate iz vmesnih produktov presnove ogljikovih hidratov, kot sta piruvična in mlečna kislina. Pretvorba aminokislin v piruvično kislino, α-ketoglutarat in oksalat lahko vodi do nastanka ogljikovih hidratov. Procesi glikolitične verige so lokalizirani v citoplazmi celic.

Študija razmerja med metaboliti glikolitične verige in Krebsovim ciklom v krvi otrok kaže precejšnje razlike v primerjavi z odraslimi. Krvni serum novorojenčka in otroka prvega leta življenja vsebuje precejšnjo količino mlečne kisline, kar kaže na prevlado anaerobne glikolize. Otrokovo telo poskuša kompenzirati prekomerno kopičenje mlečne kisline s povečanjem aktivnosti encima laktat dehidrogenaze, ki mlečno kislino pretvori v piruvično kislino z njeno naknadno vključitvijo v Krebsov cikel.

Obstajajo tudi nekatere razlike v vsebnosti izoencimov laktat dehidrogenaze. Pri majhnih otrocih je aktivnost 4. in 5. frakcije višja, vsebnost 1. frakcije pa nižja.

Drug, nič manj pomemben način razgradnje glukoze je pentozni cikel, ki se začne z glikolitično verigo na ravni glukoza-6-fosfata. Kot rezultat enega cikla se ena od 6 molekul glukoze popolnoma razcepi na ogljikov dioksid in vodo. To je krajša in hitrejša pot razpada, ki zagotavlja sproščanje velike količine energije. Zaradi pentoznega cikla nastanejo tudi pentoze, ki jih telo uporablja za biosintezo nukleinskih kislin. To verjetno pojasnjuje, zakaj je pentozni cikel tako pomemben pri otrocih. Njegov ključni encim je glukoza-6-fosfat dehidrogenaza, ki zagotavlja povezavo med glikolizo in pentoznim ciklom. Aktivnost tega encima v krvi otrok, starih od 1 meseca do 3 let, je 67-83, od 4-6 let - 50-60, od 7-14 let - 50-63 mmol/g hemoglobina.

Motnje pentoznega cikla razgradnje glukoze zaradi pomanjkanja glukoza-6-fosfat dehidrogenaze so osnova nesferocitne hemolitične anemije (ene od vrst eritrocitopatije), ki se kaže z anemijo, zlatenico in splenomegalijo. Hemolitične krize praviloma izzove jemanje zdravil (kinin, kinidin, sulfonamidi, nekateri antibiotiki itd.), ki povečajo blokado tega encima.

Podobna klinična slika hemolitične anemije je opažena zaradi pomanjkanja piruvat kinaze, ki katalizira pretvorbo fosfoenolpiruvata v piruvat. Razlikujemo jih z laboratorijsko metodo, ki določa aktivnost teh encimov v eritrocitih.

Motnje glikolize v trombocitih so osnova patogeneze številnih tromboastenij, ki se klinično kažejo s povečanim krvavitvami ob normalnem številu trombocitov, vendar z oslabljeno funkcijo (agregacija) in neokrnjenimi faktorji strjevanja krvi. Znano je, da glavni energetski metabolizem pri človeku temelji na uporabi glukoze. Preostale heksoze (galaktoza, fruktoza) se praviloma pretvorijo v glukozo in se popolnoma razgradijo. Pretvorbo teh heksoz v glukozo izvajajo encimski sistemi. Pomanjkanje encimov, ki to pretvorbo izvajajo, je osnova za gstaktozemijo in fruktozemijo. To sta genetsko določeni encimopatiji. Pri gstaktozemiji primanjkuje galaktoza-1-fosfat uridil transferaze. Posledično se galaktoza-1-fosfat kopiči v telesu. Poleg tega se iz krvnega obtoka odstrani velika količina fosfatov, kar povzroči pomanjkanje ATP, kar poškoduje energijske procese v celicah.

Prvi simptomi galaktozemije se pojavijo kmalu po začetku hranjenja otrok z mlekom, zlasti materinim mlekom, ki vsebuje veliko količino laktoze, ki vključuje enake količine glukoze in galaktoze. Pojavi se bruhanje, telesna teža se slabo povečuje (razvije se hipotrofija). Nato se pojavi hepatosplenomegalija z zlatenico in katarakto. Lahko se razvije ascites in krčne žile požiralnika in želodca. Pregled urina razkrije galaktozurijo.

V primeru galaktozemije je treba iz prehrane izključiti laktozo. Uporabljajo se posebej pripravljene mlečne formule, v katerih je vsebnost laktoze močno zmanjšana. To zagotavlja pravilen razvoj otrok.

Fruktozemija se razvije, ko se fruktoza zaradi pomanjkanja fruktoza-1-fosfat aldolaze ne pretvori v glukozo. Njene klinične manifestacije so podobne tistim pri galaktozemiji, vendar so izražene v blažji stopnji. Njeni najbolj značilni simptomi so bruhanje, močno zmanjšanje apetita (do anoreksije), ko otrokom dajemo sadne sokove, sladkane kosmiče in pireje (saharoza vsebuje fruktozo in glukozo). Zato se klinične manifestacije še posebej poslabšajo, ko otroke premestimo na mešano in umetno hranjenje. V starejši starosti bolniki ne prenašajo sladkarij in medu, ki vsebuje čisto fruktozo. Fruktozurija se odkrije pri pregledu urina. Iz prehrane je treba izključiti saharozo in izdelke, ki vsebujejo fruktozo.