Metabolismus sacharidů

Sacharidy jsou hlavním zdrojem energie: 1 g sacharidů při úplném rozkladu uvolní 16,7 kJ (4 kcal). Kromě toho jsou sacharidy ve formě mukopolysacharidů součástí pojivové tkáně a ve formě komplexních sloučenin (glykoproteiny, lipopolysacharidy) jsou strukturními prvky buněk a také součástí některých aktivních biologických látek (enzymy, hormony, imunitní tělíska atd.).

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

Sacharidy ve stravě

Podíl sacharidů ve stravě dětí do značné míry závisí na věku. U dětí prvního roku života je obsah sacharidů, který zajišťuje potřebu energie, 40 %. Po jednom roce se zvyšuje na 60 %. V prvních měsících života je potřeba sacharidů pokryta mléčným cukrem - laktózou, která je součástí mateřského mléka. Při umělém krmení mléčnými směsmi dítě dostává také sacharózu nebo maltózu. Po zavedení doplňkové stravy začínají do těla vstupovat polysacharidy (škrob, částečně glykogen), které pokrývají převážně potřebu těla v sacharidech. Tento typ výživy u dětí podporuje jak tvorbu amylázy slinivkou břišní, tak její vylučování slinami. V prvních dnech a týdnech života amyláza prakticky chybí a slinění je nevýznamné a teprve od 3–4 měsíců začíná vylučování amylázy a slinění se prudce zvyšuje.

Je známo, že k hydrolýze škrobu dochází pod vlivem slinné amylázy a pankreatické šťávy; škrob se štěpí na maltózu a isomaltózu.

Spolu s disacharidy z potravy - laktózou a sacharózou - se maltóza a isomaltóza na povrchu střevních klků střevní sliznice pod vlivem disacharidáz štěpí na monosacharidy: glukózu, fruktózu a galaktózu, které se resorbují přes buněčnou membránu. Proces resorpce glukózy a galaktózy je spojen s aktivním transportem, který spočívá ve fosforylaci monosacharidů a jejich přeměně na glukózofosfát a poté na glukózo-6-fosfát (respektive galaktózofosfáty). K takové aktivaci dochází pod vlivem glukózo- nebo galaktózofosfátových kináz s vynaložením jedné makroergní vazby ATP. Na rozdíl od glukózy a galaktózy se fruktóza resorbuje téměř pasivně, prostou difuzí.

Disacharidázy ve střevě plodu se tvoří v závislosti na gestačním věku.

Načasování vývoje funkcí gastrointestinálního traktu, načasování detekce a závažnost v procentech stejné funkce u dospělých

Absorpce sacharidů	První detekce enzymu, týden	Závažnost, % dospělých
A-amyláza pankreatu	22	5
Α-Amyláza slinných žláz	16	10
Laktáza	10	Více než 100
Sacharóza a isomaltáza	10	100
Glukoamyláza	10	50
Absorpce monosacharidů	11	92

Je zřejmé, že aktivita maltázy a sacharázy se zvyšuje dříve (6-8 měsíců těhotenství) a později (8-10 měsíců) - laktázy. Byla studována aktivita různých disacharidáz v buňkách střevní sliznice. Bylo zjištěno, že celková aktivita všech maltáz v době narození odpovídá průměrně 246 μmol štěpeného disacharidu na 1 g bílkovin za minutu, celková aktivita sacharázy - 75, celková aktivita isomaltázy - 45 a celková aktivita laktázy - 30. Tato data jsou pro pediatry velmi zajímavá, protože je zřejmé, proč kojené dítě dobře tráví směsi dextrinu a maltózy, zatímco laktóza snadno způsobuje průjem. Relativně nízká aktivita laktázy ve sliznici tenkého střeva vysvětluje skutečnost, že nedostatek laktázy je pozorován častěji než nedostatek jiných disacharidáz.

[ 7 ], [ 8 ]

Zhoršená absorpce sacharidů

Existuje jak přechodná, tak vrozená malabsorpce laktózy. První forma je způsobena opožděním zrání střevní laktázy, a proto s věkem mizí. Vrozená forma může být pozorována dlouhodobě, ale zpravidla je nejvýraznější od narození během kojení. To se vysvětluje skutečností, že obsah laktózy v lidském mléce je téměř dvakrát vyšší než v kravském mléce. Klinicky se u dítěte objeví průjem, který se vyznačuje kromě řídké stolice (více než 5krát denně) i pěnivou stolicí s kyselou reakcí (pH nižší než 6). Mohou se také objevit příznaky dehydratace, které se projevují jako závažný stav.

Ve vyšším věku dochází k tzv. represi laktázy, kdy je její aktivita výrazně snížena. To vysvětluje skutečnost, že značný počet lidí netoleruje přírodní mléko, zatímco fermentované mléčné výrobky (kefír, acidofil, jogurt) se dobře vstřebávají. Deficit laktázy postihuje asi 75 % lidí afrického a indického původu, až 90 % lidí asijského původu a 20 % Evropanů. Vrozená malabsorpce sacharózy a isomaltózy je méně častá. Obvykle se projevuje u dětí s umělou výživou mléčnými směsmi obohacenými o sacharózu a se zaváděním šťáv, ovoce nebo zeleniny obsahující tento disacharid do stravy. Klinické projevy deficitu sacharózy jsou podobné jako u malabsorpce laktózy. Deficit disacharidázy může být také čistě získaný, být důsledkem nebo komplikací široké škály onemocnění, kterými dítě prodělalo. Hlavní příčiny deficitu disacharidázy jsou uvedeny níže.

Důsledky vystavení škodlivým faktorům:

• po enteritidě virové nebo bakteriální etiologie;
• zvláštní význam rotavirové infekce;
• podvýživa;
• giardióza;
• po nekrotické enterokolitidě;
• imunologická nedostatečnost;
• celiakie;
• cytostatická terapie;
• intolerance na bílkoviny kravského mléka;
• hypoxické stavy perinatálního období;
• Žloutenka a její fototerapie.

Nezralost kartáčového lemu:

• předčasný porod;
• nezralost při narození.

Důsledky chirurgických zákroků:

• gastrostomie;
• ileostomie;
• kolostomie;
• resekce tenkého střeva;
• anastomózy tenkého střeva.

Podobné klinické projevy byly popsány v případech poruchy aktivace monosacharidů - glukózy a galaktózy. Je třeba je odlišovat od případů, kdy strava obsahuje příliš mnoho těchto monosacharidů, které díky vysoké osmotické aktivitě způsobují vstup vody do střeva. Protože se monosacharidy vstřebávají z tenkého střeva do zásoby V. portae, vstupují nejprve do jaterních buněk. V závislosti na podmínkách, které jsou určeny především obsahem glukózy v krvi, se přeměňují na glykogen nebo zůstávají jako monosacharidy a jsou unášeny krevním oběhem.

V krvi dospělých je obsah glykogenu o něco nižší (0,075-0,117 g/l) než u dětí (0,117-0,206 g/l).

Syntéza tělesné rezervy sacharidu – glykogenu – se provádí skupinou různých enzymů, což vede k tvorbě vysoce rozvětvených molekul sestávajících ze zbytků glukózy, které jsou spojeny vazbami 1,4- nebo 1,6- (postranní řetězce glykogenu jsou tvořeny vazbami 1,6-). V případě potřeby lze glykogen opět rozložit na glukózu.

Syntéza glykogenu začíná v 9. týdnu nitroděložního vývoje v játrech. K jeho rychlé akumulaci však dochází až před porodem (20 mg/g jater denně). Proto je koncentrace glykogenu v jaterní tkáni plodu při porodu poněkud vyšší než u dospělého. Přibližně 90 % nahromaděného glykogenu se spotřebuje v prvních 2–3 hodinách po porodu a zbývající glykogen se spotřebuje do 48 hodin.

To ve skutečnosti zajišťuje energetické potřeby novorozenců v prvních dnech života, kdy dítě dostává málo mléka. Od 2. týdne života se opět začíná hromadit glykogen a do 3. týdne života jeho koncentrace v jaterní tkáni dosahuje úrovně dospělého. Hmotnost jater u dětí je však výrazně menší než u dospělých (u dětí ve věku 1 roku se hmotnost jater rovná 10 % hmotnosti jater dospělého), takže zásoby glykogenu se u dětí spotřebovávají rychleji a musí je doplňovat, aby se zabránilo hypoglykémii.

Poměr intenzity procesů glykogeneze a glykogenolýzy do značné míry určuje obsah cukru v krvi - glykémii. Tato hodnota je poměrně konstantní. Glykémie je regulována složitým systémem. Ústředním článkem v této regulaci je tzv. cukerné centrum, které by mělo být považováno za funkční sdružení nervových center umístěných v různých částech centrálního nervového systému - mozkové kůře, podkůře (lentikulární jádro, striatum), hypotalamické oblasti, prodloužené míše. Spolu s tím se na regulaci metabolismu sacharidů podílí mnoho endokrinních žláz (slinivka břišní, nadledviny, štítná žláza).

Poruchy metabolismu sacharidů: střádací choroby

Mohou se však vyskytnout i vrozené poruchy enzymatických systémů, při kterých může být narušena syntéza nebo odbourávání glykogenu v játrech nebo svalech. Mezi tato onemocnění patří i onemocnění z nedostatku glykogenu. Jeho základem je nedostatek enzymu glykogensyntetázy. Vzácnost tohoto onemocnění je pravděpodobně vysvětlena obtížností diagnostiky a rychlým nepříznivým výsledkem. Novorozenci velmi brzy (i mezi krmeními) prožívají hypoglykémii s křečemi a ketózou. Častěji jsou popisovány případy glykogenové choroby, kdy se v těle hromadí glykogen normální struktury nebo se tvoří glykogen nepravidelné struktury připomínající celulózu (amylopektin). Tato skupina je zpravidla geneticky podmíněna. V závislosti na nedostatku určitých enzymů zapojených do metabolismu glykogenu se rozlišují různé formy nebo typy glykogenóz.

Typ I, který zahrnuje hepatorenální glykogenozu neboli Gierkeho chorobu, je založen na deficitu glukóza-6-fosfatázy. Jedná se o nejzávažnější formu glykogenozy bez strukturálních poruch glykogenu. Onemocnění je recesivní, klinicky se projevuje bezprostředně po narození nebo v kojeneckém věku. Charakteristická je hepatomegalie, která je doprovázena hypoglykemickými záchvaty a kómatem, ketózou. Slezina se nikdy nezvětšuje. Později se pozoruje růstová retardace a tělesná dysproporce (břicho je zvětšené, tělo prodloužené, nohy krátké, hlava velká). Mezi krmeními se v důsledku hypoglykémie pozoruje bledost, pocení a ztráta vědomí.

Glykogenóza typu II - Pompeho choroba, jejímž základem je deficit kyselé maltázy. Klinicky se projevuje brzy po narození a takové děti rychle umírají. Pozoruje se hepato- a kardiomegalie, svalová hypotonie (dítě nemůže držet hlavu ani sát). Rozvíjí se srdeční selhání.

Glykogenóza typu III - Coriho choroba, způsobená vrozenou vadou amylo-1,6-glukosidázy. Přenos je recesivně-autozomální. Klinické projevy jsou podobné jako u typu I - Gierkeho choroby, ale méně závažné. Na rozdíl od Gierkeho choroby se jedná o omezenou glykogenózu, která není doprovázena ketózou a těžkou hypoglykémií. Glykogen se ukládá buď v játrech (hepatomegalie), nebo v játrech a současně ve svalech.

Typ IV - Andersenova choroba - je způsobena nedostatkem 1,4-1,6-transglukosidázy, což vede k tvorbě glykogenu nepravidelné struktury připomínající celulózu (amylopektin). Je jako cizí těleso. Pozoruje se žloutenka a hepatomegalie. Vyvíjí se jaterní cirhóza s portální hypertenzí. V důsledku toho se vyvíjejí křečové žíly žaludku a jícnu, jejichž ruptura způsobuje silné krvácení do žaludku.

Typ V - svalová glykogenoza, McArdleova choroba - se vyvíjí v důsledku nedostatku svalové fosforylázy. Onemocnění se může projevit ve 3. měsíci života, kdy se pozoruje, že děti nejsou schopny dlouho sát a rychle se unaví. V důsledku postupného hromadění glykogenu v pruhovaných svalech se pozoruje jejich falešná hypertrofie.

Glykogenóza typu VI - Hertzova choroba - je způsobena nedostatkem jaterní fosforylázy. Klinicky je zjištěna hepatomegalie, hypoglykémie se vyskytuje méně často. Je zaznamenána retardace růstu. Průběh je příznivější než u jiných forem. Jedná se o nejčastější formu glykogenózy.

Pozorovány jsou i jiné formy střádacích chorob, pokud jsou zjištěny mono- nebo polyenzymové poruchy.

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

Hladina cukru v krvi jako ukazatel metabolismu sacharidů

Jedním z ukazatelů metabolismu sacharidů je hladina cukru v krvi. V okamžiku narození odpovídá hladina glykémie dítěte glykémii jeho matky, což se vysvětluje volnou transplacentární difúzí. Nicméně od prvních hodin života je pozorován pokles obsahu cukru, což se vysvětluje dvěma důvody. Jedním z nich, tím významnějším, je nedostatek kontrainzulárních hormonů. To dokazuje skutečnost, že adrenalin a glukagon jsou schopny v tomto období zvýšit hladinu cukru v krvi. Dalším důvodem hypoglykémie u novorozenců je, že zásoby glykogenu v těle jsou velmi omezené a novorozenec, který je několik hodin po narození přiložen k prsu, je spotřebuje. Do 5.–6. dne života se obsah cukru zvyšuje, ale u dětí zůstává relativně nižší než u dospělých. Zvýšení koncentrace cukru u dětí po prvním roce života je vlnovité (první vlna – do 6 let, druhá – do 12 let), což se shoduje se zvýšením jejich růstu a vyšší koncentrací somatotropního hormonu. Fyziologický limit oxidace glukózy v těle je 4 mg/(kg • min). Denní dávka glukózy by se proto měla pohybovat od 2 do 4 g/kg tělesné hmotnosti.

Je třeba zdůraznit, že u dětí dochází k rychlejšímu využití glukózy při jejím intravenózním podání než u dospělých (je známo, že intravenózně podaná glukóza je tělem zpravidla využita do 20 minut). Proto je tolerance dětí k sacharidové zátěži vyšší, což je třeba vzít v úvahu při studiu glykemických křivek. Například pro studium glykemické křivky se používá průměrná zátěž 1,75 g/kg.

Zároveň mají děti závažnější průběh diabetu mellitus, k jehož léčbě je zpravidla nutné používat inzulin. Diabetes mellitus u dětí je nejčastěji zjišťován v obdobích obzvláště intenzivního růstu (první a druhé fyziologické prodloužení), kdy je častěji pozorováno porušení korelace endokrinních žláz (zvyšuje se aktivita somatotropního hormonu hypofýzy). Klinicky se diabetes u dětí projevuje žízní (polydipsie), polyurií, úbytkem hmotnosti a často i zvýšenou chutí k jídlu (polyfagie). Zjišťuje se zvýšení hladiny cukru v krvi (hyperglykémie) a výskyt cukru v moči (glukosurie). Častá je ketoacidóza.

Onemocnění je založeno na nedostatku inzulínu, což ztěžuje pronikání glukózy do buněčných membrán. To způsobuje zvýšení jejího obsahu v extracelulární tekutině a krvi a také zvyšuje odbourávání glykogenu.

V těle se glukóza může štěpit několika způsoby. Nejdůležitější z nich jsou glykolytický řetězec a pentózový cyklus. K štěpení podél glykolytického řetězce může docházet jak za aerobních, tak za anaerobních podmínek. Za aerobních podmínek vede k tvorbě kyseliny pyrohroznové a za anaerobních podmínek k tvorbě kyseliny mléčné.

V játrech a myokardu probíhají procesy aerobně, v erytrocytech - anaerobně, v kosterních svalech při intenzivní práci - převážně anaerobně, během klidu - převážně aerobně. Aerobní cesta je pro organismus ekonomičtější, protože vede k tvorbě většího množství ATP, které nese velkou rezervu energie. Anaerobní glykolýza je méně ekonomická. Obecně lze glykolýzou buňky rychle, i když neekonomicky, zásobit energií bez ohledu na "dodávku" kyslíku. Aerobní rozklad v kombinaci glykolytického řetězce - Krebsova cyklu je hlavním zdrojem energie pro organismus.

Zároveň, zpětným tokem glykolytického řetězce, může tělo syntetizovat sacharidy z meziproduktů metabolismu sacharidů, jako je kyselina pyrohroznová a kyselina mléčná. Přeměna aminokyselin na kyselinu pyrohroznovou, α-ketoglutarát a oxalacetát může vést k tvorbě sacharidů. Procesy glykolytického řetězce jsou lokalizovány v cytoplazmě buněk.

Studie poměru metabolitů glykolytického řetězce a Krebsova cyklu v krvi dětí ukazuje poměrně významné rozdíly ve srovnání s dospělými. Krevní sérum novorozence a dítěte prvního roku života obsahuje poměrně významné množství kyseliny mléčné, což naznačuje prevalenci anaerobní glykolýzy. Dětský organismus se snaží kompenzovat nadměrnou akumulaci kyseliny mléčné zvýšením aktivity enzymu laktátdehydrogenázy, která přeměňuje kyselinu mléčnou na kyselinu pyrohroznovou s jejím následným zařazením do Krebsova cyklu.

Existují také určité rozdíly v obsahu izoenzymů laktátdehydrogenázy. U malých dětí je aktivita 4. a 5. frakce vyšší a obsah 1. frakce nižší.

Dalším, neméně důležitým způsobem štěpení glukózy je pentózový cyklus, který začíná glykolytickým řetězcem na úrovni glukóza-6-fosfátu. V důsledku jednoho cyklu se jedna ze 6 molekul glukózy kompletně rozštěpí na oxid uhličitý a vodu. Jedná se o kratší a rychlejší rozpadovou cestu, která zajišťuje uvolnění velkého množství energie. V důsledku pentózového cyklu se také tvoří pentózy, které tělo využívá k biosyntéze nukleových kyselin. To pravděpodobně vysvětluje, proč má pentózový cyklus u dětí velký význam. Jeho klíčovým enzymem je glukóza-6-fosfátdehydrogenáza, která zajišťuje spojení mezi glykolýzou a pentózovým cyklem. Aktivita tohoto enzymu v krvi dětí ve věku 1 měsíc - 3 roky je 67-83, 4-6 let - 50-60, 7-14 let - 50-63 mmol/g hemoglobinu.

Porušení pentózového cyklu rozkladu glukózy v důsledku deficitu glukóza-6-fosfátdehydrogenázy je základem nesférocytární hemolytické anémie (jeden z typů erytrocytopatie), která se projevuje anémií, žloutenkou a splenomegalií. Hemolytické krize jsou zpravidla vyvolány užíváním léků (chinin, chinidin, sulfonamidy, některá antibiotika atd.), které zvyšují blokádu tohoto enzymu.

Podobný klinický obraz hemolytické anémie je pozorován v důsledku deficitu pyruvátkinázy, která katalyzuje přeměnu fosfoenolpyruvátu na pyruvát. Rozlišují se laboratorní metodou, která stanovuje aktivitu těchto enzymů v erytrocytech.

Porušení glykolýzy v krevních destičkách je základem patogeneze mnoha tromboastenií, klinicky se projevujících zvýšeným krvácením při normálním počtu krevních destiček, ale zhoršené funkci (agregaci) a intaktních faktorech krevní srážlivosti. Je známo, že hlavní energetický metabolismus člověka je založen na využití glukózy. Zbývající hexózy (galaktóza, fruktóza) se zpravidla transformují na glukózu a podléhají úplnému rozkladu. Přeměna těchto hexóz na glukózu se provádí enzymatickými systémy. Nedostatek enzymů, které tuto přeměnu transformují, je základem gstaktosemie a fruktosemie. Jedná se o geneticky podmíněné enzymopatie. Při gstaktosemie dochází k nedostatku galaktóza-1-fosfát uridyltransferázy. V důsledku toho se galaktóza-1-fosfát hromadí v těle. Kromě toho se z oběhu odstraňuje velké množství fosfátů, což způsobuje nedostatek ATP, což poškozuje energetické procesy v buňkách.

První příznaky galaktosemie se objevují brzy po zahájení krmení dětí mlékem, zejména mateřským mlékem, které obsahuje velké množství laktózy, jež zahrnuje stejné množství glukózy a galaktózy. Objevuje se zvracení, tělesná hmotnost se špatně zvyšuje (rozvíjí se hypotrofie). Poté se objevuje hepatosplenomegalie se žloutenkou a kataraktou. Může se vyvinout ascites a křečové žíly jícnu a žaludku. Vyšetření moči odhalí galaktosurii.

V případě galaktosemie je nutné z jídelníčku vyloučit laktózu. Používají se speciálně připravené mléčné směsi, ve kterých je obsah laktózy výrazně snížen. To zajišťuje správný vývoj dětí.

Fruktosemie se rozvíjí, když se fruktóza v důsledku nedostatku fruktóza-1-fosfát aldolázy nepřeměňuje na glukózu. Její klinické projevy jsou podobné jako u galaktosemie, ale projevují se mírněji. Mezi nejcharakterističtější příznaky patří zvracení, prudký pokles chuti k jídlu (až po anorexii), pokud se dětem podávají ovocné šťávy, slazené cereálie a pyré (sacharóza obsahuje fruktózu a glukózu). Klinické projevy se proto obzvláště zhoršují, když jsou děti převedeny na smíšenou a umělou výživu. Ve vyšším věku pacienti netolerují sladkosti a med, který obsahuje čistou fruktózu. Fruktosurie se zjišťuje při vyšetření moči. Je nutné z jídelníčku vyloučit sacharózu a výrobky obsahující fruktózu.