Нарушение энергетического обмена

10.08.2016
Нарушение регуляции обмена веществ. Обмен веществ, или метаболизм, в организме определяется наследственными факторами и регулируется эндокринной и вегетативной нервной системами. Согласно этому и нарушения обмена веществ могут носить наследственный характер или возникать вследствие нарушения функции регулирующих систем.

Ведущая роль в осуществлении внутриклеточной саморегуляции принадлежит генетической информации. Большинство наследственных дефектов обмена веществ обусловлено мутацией генов, кодирующих синтез ферментов (наследственные ферментопатии).

Для координации метаболических реакций в клетке требуется постоянное поступление информации, которую обеспечивают медиаторы нервной системы и гормоны. Для восприятия информации клетки имеют специфические рецепторы. Нарушение рецепторного механизма также может быть одной из причин развития патологических процессов (например, при сахарном и несахарном диабете).

Кроме внутриклеточных механизмов организм имеет и более сложные нервно-эндокринные механизмы саморегуляции.

Нарушение обмена веществ на высшем уровне биологической организации — уровне органов и организма — в значительной мере зависит от состояния нейроэндокринной регуляции. Так, эмоциональное возбуждение сопровождается изменением регуляции теплопродукции, углеводного обмена и др.

Нарушение энергетического обмена лежит в основе большинства функциональных и органических нарушений органов и тканей. Оно может возникать на всех этапах энергетических преобразований в результате отсутствия или дефицита энергетического субстрата, изменения количества или активности ферментов, в связи с генетическими дефектами, влиянием ингибиторов ферментов эндо- и экзогенного происхождения, недостаточным поступлением в организм незаменимых аминокислот, жирных кислот, витаминов, микроэлементов и других веществ, которые принимают участие в метаболических процессах, или вследствие повреждения регуляторных систем.

Нормальный энергетический обмен обусловливается динамическим взаимодействием процессов катаболизма и анаболизма.

Катаболизм может происходить вне клетки (с помощью пищеварительных ферментов) и внутри нее (при участии лизосомальных гидролаз).

С энергетической точки зрения наиболее эффективно окисление продуктов обмена в ЦТК (цикле Кребса), менее эффективен — гликолиз.

При нарушении катаболических процессов прежде всего угнетается синтез АТФ, а также поступление субстратов, необходимых для биосинтеза (анаболизма). Нарушение анаболических процессов приводит к нарушению образования функционально важных соединений (ферментов, гормонов), необходимых для катаболизма. Наиболее выраженные изменения анаболизма наблюдаются при нарушении системы биологического окисления или механизмов связи дыхания и окислительного фосфорилирования. Приблизительно на 2/3 уменьшается выработка энергии в случае блокировки ЦТК (угнетение фермента цитратсинтетазы, дефицит пантотеновой кислоты, гипоксия).

В свою очередь нарушение гликолитических процессов отрицательно сказывается на возможности организма адаптироваться к гипоксии.

Взаимосвязь дыхания и фосфорилирования в клетках — регулируемый процесс, который зависит от состояния митохондрий.

В некоторых случаях, особенно связанных с необходимостью поддержания постоянной температуры тела (например, в условиях холода), организм срочно мобилизует теплопродукцию. Это происходит посредством разобщения процессов окисления и фосфорилирования и усиления свободного окисления; к факторам разобщения относятся адреналин, паратирин, прогестерон, соматотропин, вазопрессин, динитрофенол, урамицидин и др. При разобщении энергетический обмен клетки направляется в сторону усиленного образования тепла (первично рассеянное тепло) посредством временного торможения синтеза АТФ, ослабления специфических функций клетки и снижения интенсивности пластических процессов.

Большой интерес представляют данные о влиянии на энергетический обмен бактериальной интоксикации. Результаты исследований доказали, что дифтерийному токсину, живым и убитым культурам золотистого стафилококка свойственно разобщающее действие.

Калоригенный эффект тироксина, который раньше связывали с разобщением окисления и фосфорилирования, в настоящее время объясняют активацией окислительных ферментов, а также усилением работы №+, К+-АТФазы.

Окислительное фосфорилирование значительно нарушается при авитаминозе, особенно группы В, поскольку витамины этой группы входят в состав коферментов ЦТК и вовлечены в перенос электронов в дыхательной цепи.

При гиповитаминозе B1 (болезнь бери-бери) нарушается цикл Кребса и тем самым уменьшается количество субстратного материала для дыхательной цепи. Судороги и психозы являются клиническими симптомами нарушения биологического окисления в головном мозге. Изменения в дыхательной цепи, связанные с отсутствием никотинамидных и флавиновых дегидрогеназ, характерны для гиповитаминозов PP (пеллагра) и B2 (арибофлавиноз).

О состоянии энергетического обмена каждого индивидуума можно узнать, измерив его основной обмен — лабораторный показатель, отображающий наименьшее количество энергии, которую потребляет и высвобождает в виде тепла человек для поддержания базовых висцеральных процессов, обеспечивающих его жизнедеятельность.

Основной обмен измеряется в стандартных условиях:

• через 14 ч после последнего потребления пищи;

• утром после пробуждения в положении пациента лежа;

• под одеялом в условиях температурного комфорта (18—21 °С);

• в состоянии полного физического и психологического покоя.

В этих условиях большая часть энергии тратится на работу ионных насосов, которая обеспечивает функционирование прежде всего нервной и сердечно-сосудистой систем. Для взрослого мужчины со средней массой тела основной обмен составляет приблизительно 1785 ккал/сут., а для женщины — 1679 ккал/сут., что свидетельствует о большей эффективности энергетических процессов женского организма. Основной обмен также зависит от удельной поверхности и температуры тела, возраста, состояния гормональной и нервной систем и в целом состояния здоровья, в том числе наличия инфекционных заболеваний.

Чем больше размеры живого организма, тем меньше отношение поверхности его тела к массе и меньше показатель основного обмена, если рассчитывать его на 1 кг массы тела. При расчете основного обмена на 1 м2 поверхности тела разница оказывается не очень значительной. Повышение температуры тела на 1 °С по правилу P.M. Рассела увеличивает основной обмен на 13 %.

Изменения основного обмена, как правило, свидетельствуют о наличии заболевания. Особенно четко это проявляется в условиях патологии, которая нарушает нейрогормональную регуляцию обмена. Так, при прогрессирующем параличе, старческом слабоумии основной обмен несколько снижается. Более выраженные нарушения наблюдаются при поражении вегетативных центров гипоталамуса (гипоталамический синдром Пейджа, опухоли, кровоизлияние в головной мозг).

Наибольшее влияние на основной обмен оказывают гормоны. Повышают его (посредством описанных выше механизмов) тироксин, трийодтиронин, кортикотропин, глюкокортикоиды, соматотропин, прогестерон, тестостерон, катехоламины. Снижают основной обмен инсулин за счет увеличения части энергии, запасаемой в виде АТФ, а также соматостатин и опиоиды, которые тормозят обменные процессы. Возрастные изменения основного обмена в значительной мере зависят от нарушений гормонального фона.

Увеличение основного обмена на 20 % и более является важным диагностическим признаком тиреотоксикоза, а его уменьшение свидетельствует о гипофункции щитовидной железы.

Половые стероидные гормоны и глюкокортикоиды также активируют свободное окисление, а вместе с альдостероном — натриевые каналы и тем самым опосредованно усиливают работу Nа+, К+-АТФазы, что способствует использованию энергии АТФ и высвобождению части ее в виде тепла (вторично рассеянное тепло). При гипофункции гипофиза, надпочечников и половых желез (гипофизэктомия, негормональные опухоли, кровоизлияния, болезнь Аддисона, кастрация, недоразвитие, климакс) интенсивность энергетических процессов снижается, что нередко сопровождается ожирением и снижением температуры тела.

Повышение основного обмена наблюдается при усилении работы сердца и органов дыхания. В начальной стадии сердечной недостаточности оно составляет 30—50 %. В патогенезе этого явления важную роль играет гипоксия, которая обусловливает компенсаторное усиление функций органов дыхания и кровообращения. Молочная кислота, образующаяся при этом, частично окисляется с дополнительными затратами кислорода. Гиперкапния также возбуждает дыхание и усиливает работу сердца с повышением основного обмена. При лихорадке его повышение объясняют разобщением окисления и фосфорилирования под влиянием адреналина, а также усилением обменных процессов и функций сердечно-сосудистой системы и системы внешнего дыхания в результате повышения температуры тела.

Возбудители инфекций и их токсины прямо или с помощью цитокинов разобщают окисление и фосфорилирование и повышают основной обмен. Такое же влияние цитокинов наблюдается при многих заболеваниях, сопровождающихся воспалением, гипоксией, лихорадкой, образованием опухолей.