Определение реактивности организма на сахарную нагрузку позволяет судить о характере патологического процесса и облегчает постановку диагноза заболевания.

В. Классы ферментов

Б. Реакционная и субстратная специфичность

А. Ферментативная активность

Ферменты: общие сведения

Ферменты являются биокатализаторами, т.е. веществами биологического происхождения, ускоряющими химические реакции. Организованная последовательность процессов обмена веществ возможна при условии, что каждая клетка обеспечена собственным генетически заданным набором ферментов. Только при этом условии осуществляется согласованная последовательность реакции (метаболический путь). Ферменты принимают участие также в регуляции многих метаболических процессов, обеспечивая тем самым соответствие обмена веществ измененным условиям. Почти все ферменты являются белками. Известны также каталитически активные нуклеиновые кислоты — «рибозимы» (см. сс. 242, 248).

Каталитическое действие фермента, т. е. его активность, определяют в стандартных условиях по увеличению скорости (фиолетовый цвет на схеме) каталитической реакции (оранжевый цвет) по сравнению с некаталитической (желтый цвет). Обычно скорость реакции указывают как изменение концентрации субстрата или продукта за единицу времени (моль/(л·с)) (см. с. 28). Так как каталитическая активность не зависит от объема раствора, в котором протекает реакция, активность фермента выражают в каталах; 1 кат — это количество фермента, которое превращает 1 моль субстрата за 1 с. Другой единицей активности является международная единица(E) — количество фермента, превращающего 1 мкмоль субстрата в 1 мин (1 E = 16,7 нкат).

Действие большинства ферментоввысоко специфично. Понятие специфичности относится не только к типам каталитических реакций (реакционная специфичность), но и к природе соединений - субстратов (субстратная специфичность). В качестве примера на схеме приведены ферменты, расщепляющие химическую связь. Высокоспецифичные ферменты (тип А — верхняя строка таблицы) катализируют расщепление только одного типа связи в субстратах определенной структуры. Ферменты типа Б (средняя строка) обладают ограниченной реакционной специфичностью, но широкой субстратной специфичностью. Ферменты типа В (с низкой реакционной и низкой субстратной специфичностями; нижняя строка) встречаются редко.

На сегодняшний день известно примерно 2000 различных ферментов. Разработанная система классификации учитывает реакционную и субстратную специфичности ферментов. Все ферменты включены в «Каталог ферментов» под своим классификационным номером(КФ), состоящим из четырех цифр. Первая цифра указывает на принадлежность к одному из шести главных классов. Следующие две определяют подкласс и подподкласс, а последняя цифра — номер фермента в данном подподклассе. Например, лактатдегидрогеназа (см. сс. 102-105) имеет номер КФ 1.1.1.27 (класс 1, оксидоредуктазы; подкласс 1.1, донор электрона — СН-ОН; подподкласс 1.1.1, акцептор — НАДФ⁺.)

В каждом из шести главных классов объединены ферменты, обладающие одинаковой реакционной специфичностью.Оксидоредуктазы(класс 1) катализируют окислительно-восстановительные реакции. Трансферазы (класс 2) переносят ту или иную функциональную группу от одного субстрата на другой. Для оксидоредуктаз и трансфераз необходим общий кофермент (см. сс. 108 и сл.). Гидролазы(класс 3) также участвуют в переносе групп, однако акцептором здесь всегда является молекула воды. Лиазы (класс 4, называемые иногда «синтазами») катализируют расщепление или образование химических соединений, при этом образуются или исчезают двойные связи. Изомеразы (класс 5) перемещают группы в пределах молекулы без изменение общей формулы субстрата. Лигазы(«синтазы», класс 6) катализируют энергозависимые реакции присоединения и поэтому их действие Сопряжено с гидролизом нуклеозидтрифосфата (чаще всего АТФ).

Как правило, кроме названия фермента принято указывать его классификационный номер. В списке ферментов, приведенном в конце книги (см. сс. 408 и сл.), все ферменты приведены с классификационными номерами.

 

В организме непрерывно происходит синтез, распад и перестройка углеводов. С пищей вводится большое количество углеводов, главным образом, поли- и дисахаридов. После переваривания их соответствующими гидролазами в пищеварительном тракте образуются мономеры, которые всасываются кишечником и с кровью переносятся, прежде всего, в печень. В промежутках между приемами пищи постоянная доставка углеводов органам и тканям обеспечивается мобилизацией резервных веществ, в частности гликогена, находящегося в печени и мышцах.

Различные виды сахаров в организме превращаются в глюкозу, и наоборот, для специфических функций из глюкозы могут возникнуть другие углеводы и их производные. Основным клиническим биохимическим показателем нарушений углеводного обмена является изменение концентрации в крови глюкозы. Молекулярные нарушения углеводного обмена связаны с врожденной недостаточностью ферментов. К ним относятся врожденная недостаточность лактазы, сахаразы и пр. ферментов, расщепляющих дисахариды до моносахаридов, в связи, с чем последние не могут всасываться в кровь и выводятся из организма с калом. Основным клиническим биохимическим показателем нарушений углеводного обмена является изменение концентрации в крови глюкозы.

Гипергликемия – увеличение содержания глюкозы в крови. Может носить физиологический характер в случае приема богатой углеводами пищи (алиментарная гипогликемия) или в результате одномоментной физической нагрузки: адреналин, глюкокортикостероиды и катехоламины усиливают глюконеогенез и распад гликогена. Физиологические гипергликемии носят кратковременный характер. Патологические типы гипергликемии обусловлены эндокринными расстройствами, в частности нарушением оптимального соотношения между секрецией гормонов гипер- и гипогликемического действия.

Большой клинический интерес представляет изучение реактивности организма на сахарную нагрузку у здорового и больного человека. Если у здорового человека после однократного приема 50 – 100 г. глюкозы наблюдается скоропреходящая, умеренная гипергликемия, то у лиц, страдающих заболеваниями, связанными с повышенным содержанием глюкозы в крови (например, сахарный диабет), повышение сахара в крови после сахарной нагрузки достигает больших величин и сохраняется более длительное время. Весьма часто вместо глюкозы применяют нагрузку галактозой (40 г.), так как этот сахар требуется в меньшем количестве и прием его легче переносится больными. Быстро преходящая умеренная гипергликемия указывает на нормальную функцию печени и поджелудочной железы.

Наиболее распространенная форма патологической гипергликемии – сахарный диабет, обусловленный дефицитом инсулина, при котором развивается гипергликемия, которая вызвана нарушением транспорта глюкозы в клетки.

Помимо сахарного диабета гипергликемии могут быть обусловлены расстройствами функций других эндокринных желез, участвующих в регуляции углеводного обмена (гиперфункция щитовидной железы (Базедова болезнь), гипофиза (при опухолях гипофиза и т. п.), надпочечников).

Гипогликемия – уменьшение содержания глюкозы в крови, может носить физиологический характер вслед за алиментарной гипергликемией как результат компенсаторного выброса инсулина. При гипогликемии могут возникать различные церебральные нарушения - от легкой сонливости до судорожных пароксизмов и коматозных состояний со смертельным исходом. Критический уровень сахара крови, ниже которого развиваются признаки гипогликемии и пароксизмальные нарушения сознания, определяется авторами по-разному. Ряд авторов, однако, указывают на возможность возникновения клинического синдрома гипогликемии при нормальном и даже увеличенном содержании сахара в крови. Отмечено также, что чем быстрее происходит снижение уровня сахара в крови, тем больше вероятность развития гипогликемического криза.

Клиническая гипогликемия проявляется утомляемостью при нагрузках, снижением артериального давления, бледностью кожных покровов, холодным потом, сердцебиениями, тремором рук, чувством страха. При более тяжелом течении наблюдаются двигательное беспокойство, судороги, изменение сознания от легкого оглушения до гипогликемической комы.

Обычно выделяют гипогликемию, возникающую при введении инсулина (как осложнение инсулинотерапии при сахарном диабете у детей, связанное с передозировкой инсулина) и спонтанную. Спонтанная гипогликемия может иметь органический характер (в связи с патологическим состоянием желез внутренней секреции, а также при недостаточной секреции гормонов-антагонистов) и быть функциональной. Функциональные гипогликемии обычно связаны с гипоталамическими нарушениями вегетативной иннервации либо являются так называемыми стимулятивными. Состояния гипогликемии у детей могут быть результатом наследственно обусловленного энзиматического дефекта в углеводном обмене из-за блока в инсулинактивирующей системе - при печеночных формах гликогеноза (болезни Гирке, Форбса, Херса), непереносимости фруктозы, галактозы. При непереносимости фруктозы после приема тростникового сахара или фруктов в крови повышается концентрация фруктозы, резко снижается содержание глюкозы и развивается гипогликемия с характерными для нее клиническими симптомами, включающими потливость, дрожание, судороги, нарушения сознания. При непереносимости галактозы клинические проявления возникают уже через 1-2 недели после рождения. В крови быстро увеличивается содержание галактозы и падает уровень глюкозы, что и ведет к гипогликемическим кризам. При идиопатическом семейном гипогликогенозе Мак-Карри (McQuarry) в легких случаях симптомы выявляются на 2-З-м году жизни. Возможно, что в основе этого заболевания лежит замедление распада инсулина вследствие наследственного энзиматического блока в инсулинактивирующей системе (инсулиназа).

Функциональные гипогликемии могут наблюдаться у детей с явлениями вегетативно-сосудистой дистонии. Это обычно дети легко возбудимые, эмоционально неустойчивые, астенического сложения, подверженные частым простудным заболеваниям. Гипогликемические кризы у таких детей возникают в любое время суток и наступают обычно внезапно при эмоциональном напряжении, лихорадочных состояниях. В ряде случаев у детей при гипогликемии возникают липотимии и даже обморочные состояния. При быстром, внезапном развитии гипогликемии, сочетающейся с выраженной гипоксией мозга, возможно возникновение гипогликемических обмороков.

Лечение.В каждом случае, когда заболевание протекает с гипогликемией, необходимо тщательное клиническое обследование для установления по возможности этиологии болезни. При установлении причины гипогликемии проводится лечение основного заболевания. В случаях островковой опухоли (инсулиномы) - лечение хирургическое. При лейциновой гипогликемии назначается диета с высоким содержанием углеводов и максимальным исключением из пищи продуктов, содержащих лейцин: всех молочных продуктов, яиц, рыбы, мяса, макаронных изделий, гороха, ржаного хлеба, орехов. При фруктоземии - исключение из пищи сладостей, фруктов, при галактоземии - молочного сахара.

Таким образом, этиология гипер- и гипогликемий может носить физиологический так и патологический характер, а патогенез обязательно включает как нейроэндокринные, так и молекулярные нарушения, где последние чаще всего носят наследственный характер.