Нарушения энергетического и основного обмена


Любое проявление жизни связано с затратами энергии. Для существования организма как системы необходим постоянный приток свободной энергии. Обмен веществ — это комплекс физиологических и биохимических процессов, обеспечивающих жизнедеятельность организма в условиях влияния факторов внешней среды.

Согласно современным представлениям о регуляции энергетического обмена баланс энергии состоит из трех компонентов: поступление энергии с пищей, запасы ее в организме и энергетические затраты. Поступление энергии с пищей (важнейшая компонента обмена) регулируется сложной системой и зависит от степени абсорбции и утилизации энергоемких компонентов пиши.

Сущность энергетических превращений в организме состоит в том, что энергия, заключенная в структуре углеводов, жиров и белков, в конечном счете используется на выполнение специфических форм работы: мышечные сокращения, секреция, синтез соответствующих структур и т.д. Сохранение и использование энергии в специфических процессах осуществляется за счет превращения энергии расщепления белков, жиров и углеводов в форму особых химических соединений. Носителями этой химической энергии в организме являются различные фосфорные соединения (АТФ, АДФ и др.).

Современная медицина и экспериментальная патология располагают весьма широким арсеналом методов, которые позволяют измерять энергозатраты человека. Наиболее точным методом является метод прямой калориметрии, предложенный еще сто лет назад В.В. Пашутиным, но он требует длительного времени измерения, дорогой и громоздкой аппаратуры.

Наиболее часто в современной клинической практике и экспериментальных условиях применяют методы с использованием непрямой калориметрии. С помощью этих методов исследуют обмен кислорода и углекислоты, измеряют скорость окисления углеводов, жиров и белков пищи, применяя соответствующие дыхательные коэффициенты и используя стандартные таблицы.

Как известно, обмен энергии в организме происходит в результате двух взаимосвязанных процессов — свободного окисления и фосфорилирующего окисления — в основном в митохондриях (фосфорилирующее окисление протекает внутри митохондрий, свободное окисление — на их поверхности). Соотношение между этими двумя процессами определяет направленность энергетического обмена клетки в сторону повышения функциональной деятельности или образования тепла. Так, переход на преимущественно свободное окисление (при разобщении) сопровождается срочной мобилизацией теплоты, что может явиться физиологическим механизмом при восстановлении нормальной температуры тела после гипотермии, для поддержания температуры тела при переохлаждении и т.д.

Степень сопряжения окисления и фосфорилирования в клетках является процессом, регулируемым в определенных пределах, уменьшение степени сопряжения, как и увеличение, не может рассматриваться как патология. Неодинаковая степень сопряжения при различных физиологических состояниях организма может обусловливать направленность обмена в сторону функциональной деятельности или в сторону пластических процессов. Так, в интенсивно растущих тканях ослабление сопряжения окисления и фосфорилирования (разобщение) сочетается с большим напряжением биосинтеза и пластической деятельности клеток на фоне общего повышения их обмена. Следовательно, высокая интенсивность энергетического обмена у детей является особенностью адаптации растущего организма.

Отсюда следует, что количество первичной теплоты, образующейся в клетках, может быть разным при окислении одного и того же количества кислорода в зависимости от направленности энергетического обмена. Если эта направленность меняется в достаточно большой массе тканей (клетки печени, скелетные мышцы), обладающих высоким обменом, изменения энергии на клеточном уровне отразятся и в общем ее балансе.

Нарушения обмена энергии.

Экспериментальные данные доказывают, что в условиях патологического разобщения окисления и фосфорилирования снижается функция различных органов (уменьшается выработка антител в условиях экспериментального гипотиреоза, снижается мышечная активность при α-динитрофеноловой интоксикации).

Особенно серьезные сдвиги в энергетическом обмене возникают при бактериальной интоксикации. Дифтерийный и стафилококковый токсины, золотистый стафилококк, обладая разобщающим действием, приводят к резкому увеличению фактической продукции тепла.

Еще более серьезные изменения энергетического обмена наблюдаются при тяжелых ожогах. Первичным пусковым механизмом этих изменений является уменьшение количества SH-групп белков, сопровождающееся снижением ферментативной активности митохондрий и разобщением окислительного фосфорилирования, что в конечном счете снижает выработку АТФ и ведет к нарушению функции внутренних органов. При ожогах уменьшение количества SH-групп белков связано с ингибированием их недоокисленными продуктами обмена и ожоговыми токсинами.

Энергетические процессы в клетке находятся в тесной зависимости не только от концентрации и активности некоторых субстратов (продукты обмена), но и от функционального состояния систем, регулирующих обмен энергии, и в первую очередь нервной и эндокринной систем.

Так, теплопродукция может значительно повыситься при эмоциональном возбуждении, в эректильной фазе травматического шока.

Основными регуляторами проницаемости митохондрий и, следовательно, энергетического обмена являются гормоны шитовидной железы (тироксин и трийодтиронин). При гиперпродукции тироксина (гиперфункция щитовидной железы) усиливает ся как свободное, так и фосфорилируюшее окисление, теплопродукция увеличивается. Однако в связи с тем, что тироксин обладает также и разобщающим действием, он вызывает набухание митохондрий, что ведет к выделению ферментов фосфорилирования и дыхания, к переходу на преимущественно свободное окисление. При уменьшении секреции тироксина (гиперфункция щитовидной железы) теплопродукция, наоборот, уменьшается.

Энергетический обмен повышается при опухолях гипофиза, связанных с гиперпродукцией соматотропного гормона (СТГ), увеличивающего теплообразование за счет стимуляции свободного окисления.

Наконец, в условиях патологии ослабление процессов сопряжения может зависеть и от ряда других моментов, влияющих на ход преобразования в организме энергии пищевых веществ в теплоту. Энергетический обмен может меняться в зависимости от большего или меньшего выделения недоокисленных продуктов обмена, более богатых энергией, чем обычные конечные продукты обмена, от интенсивного распада тканей и ряда других процессов, происходящих в организме.

Основной обмен и его изменения в патологии.

Основной обмен — это количество энергии, которое необходимо для поддержания нормальной функции организма в условиях полного покоя, натощак и при комфортной внешней температуре (18—20 °С).

Иными словами, основной обмен представляет собой минимум энергии, необходимой для жизни организма человека или животных в условиях полного психического и мышечного покоя. Основной обмен отражает суммарную интенсивность окислительных превращений во всех тканях и органах в условиях покоя и представляет для здоровых людей одного пола, возраста, роста, массы тела достаточно постоянную величину, которая служит эталоном при определении отклонений интенсивности обмена у данного индивида от средней нормы (так называемого должного уровня). Принято считать, что основной обмен взрослого человека равен примерно 1 ккал/ч на 1 кг массы тела. Отклонение от нормы на ±15 % допустимо, а в больших пределах — считается патологическим.

Как и в случае энергетического обмена, основной обмен измеряют или непосредственно методом прямой калометрии, либо косвенно методом определения газообмена с учетом калометрической ценности (эквивалента) потребленного кислорода.

Теплопродукция органов существенно колеблется в зависимости от их функциональной активности. Так, прием пищи вызывает быстрое и длительное повышение уровня основного обмена в среднем примерно на 10 %. При ограничении потребления пищи или малокалорийном рационе основной обмен, наоборот, снижается на ту же величину. Скорость обмена покоя увеличивается у женщин во время беременности на 13 — 28 %. Иными словами, на основной обмен существенно влияют режим работы, характер питания, конституционные особенности и др.

Патологическое повышение основного обмена может происходить при патологическом усилении сердечной деятельности и особенно дыхания. При развивающейся сердечной недостаточности наблюдается закономерное повышение основного обмена в пределах 30 —50 %, что в значительной степени связано с одышкой и усиленной работой дыхательной мускулатуры.

Важным патогенетическим механизмом изменений основного обмена является нарушение нормальной функции органов, регулирующих окислительные процессы и энергетический обмен. Резкие изменения основного обмена могут возникать в результате нарушения нервной регуляции при поражениях ее вегетативных отделов (травма ствола мозга, опухоли мозга, кровоизлияния). Повышение обмена при этом связано в основном с раздражением симпатических центров.

Причиной изменений основного обмена могут стать нарушения его гормональной регуляции. Одним из важных диагностических и прогностических показателей патологии щитовидной железы является повышение основного обмена (до 80—150%) при ее гиперфункции. Существенным фактором нарушений основного обмена является влияние различных токсинов на течение окислительных процессов. Чаще всего повышение основного обмена наблюдается при инфекционнолихорадочных заболеваниях, причем уровень его повышения тесно связан с тяжестью заболевания. Значительным приростом основного обмена сопровождается кислородное голодание (гипоксемия, гипоксия), что объясняется компенсаторным усилением работы органов дыхания и кровообращения.

Повышение уровня потребления кислорода и энерготрат на 20—35 % наблюдается после тяжелой травмы (перелом челюсти, бедра, плеча, голени), на 28 % — у больных язвенной болезнью, на 44% — у онкологических больных.

Особенно заметные изменения основного обмена происходят под влиянием ожоговой травмы. На 14-е сутки после обширного ожога (с поражением 30 — 50% поверхности тела) основной обмен превышает среднюю норму на 75 — 80%.

Понижение основного обмена может развиться в результате голодания, разрушения и атрофии гипофиза (недостаточность гормона роста), выпадения функции надпочечников, снижения функции щитовидной железы (при гипотиреозе), болезни крови (анемии).

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.