Углеводный обмен в детском возрасте: особенности обмена углеводов у детей
Обновлено: 04.06.2024
Углеводы составляют основную часть пищевого рациона и обеспечивают 50—60% его энергетической ценности. Главным образом углеводы содержатся в растительных продуктах. В организме человека они могут синтезироваться из аминокислот и жиров, поэтому не относятся к незаменимым факторам питания. Минимум потребления углеводов соответствует примерно 150 г/сут. Депонируются углеводы в организме ограниченно, и запасы их у человека невелики. Основные функции углеводов:
- ? энергетическая — при окислении 1 г усвояемых углеводов в организме выделяется 4 ккал;
- ? пластическая — входят в состав структур многих клеток и тканей, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот (в сыворотке крови поддерживается постоянный уровень глюкозы; гликоген есть в печени и мышцах; галактоза входит в состав липидов мозга; лактоза содержится в женском молоке и т.д.);
- ? регуляторная — участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме, препятствуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров;
- ? защитная — гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную стенку; глюкуроновая кислота печени соединяется с токсическими веществами, образуя нетоксичные сложные эфиры, растворимые в воде, которые выводятся с мочой; пектины связывают токсины и радионуклиды и выводят их из организма.
Кроме того, углеводы тонизируют ЦНС, обладают биологической активностью — в комплексе с белками и липидами образуют некоторые ферменты, гормоны, слизистые секреты желез и др. Пищевые волокна являются физиологическими стимуляторами двигательной функции ЖКТ.
Углеводы в организме ребенка не только выполняют энергетическую функцию, но в виде глюкопротеидов и мукополисахаридов играют важную пластическую роль при создании основного вещества соединительной ткани, клеточных оболочек и др. Обмен углеводов в организме ребенка характеризуется гораздо большей (в 3—4 раза) интенсивностью, чем у взрослого.
Характерной особенностью регуляции углеводного обмена детей являются более значительные колебания концентрации глюкозы в крови по сравнению со взрослыми, обусловленные усиленной утилизацией глюкозы растущим организмом и незрелостью поджелудочной железы.
Количество сахара в крови у детей натощак меньше, чем у взрослого (табл. 7.5).
Содержание глюкозы в плазме крови детей и подростков натощак
Углеводный обмен у детей характеризуется высокой усвояемостью углеводов (98—99%) независимо от способа вскармливания. В детском организме ослаблено образование углеводов из белков и жиров (глико- неогенез), так как рост требует усиленного расхода белковых и жировых запасов организма. Углеводы в организме ребенка депонируются в значительно меньшем количестве, чем в организме взрослого. Для детей раннего возраста характерно быстрое истощение углеводных запасов печени — высокая интенсивность процесса гликогенолиза, что связано с повышенной концентрацией гормона глюкагона в плазме крови. При использовании глюкозы в организме увеличивается доля анаэробного гликолиза у новорожденных и детей первого года жизни. В первом полугодии жизни ребенок получает необходимое количество углеводов в виде дисахаридов (лактозы из грудного молока; мальтозы, сахарозы из молочных смесей). С шести месяцев, когда начинает образовываться фермент амилаза (в слюне и поджелудочной железе), возникает потребность в полисахаридах (крахмале, гликогене).
Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10—12 г/кг массы тела в сутки, за счет которых должно покрываться около 40% всей калорийной потребности ребенка. В последующие годы количество углеводов, в зависимости от конституционных особенностей ребенка, колеблется от 8—9 до 12—15 г/кг массы тела в сутки. В этот период за счет углеводов покрывается уже 50—60% всей калорийной потребности.
Абсолютное количество углеводов, которое дети должны получать с пищей в сутки, значительно увеличивается с возрастом: от 1 до 3 лет — 193 г, от 4 до 7 лет — 287,9 г, от 8 до 13 лет — 370 г, от 14 до 17 лет —470 г, что почти равно норме взрослого — 500 г (по данным Института питания РАМН). В теле взрослого содержание углеводов составляет примерно 0,6% массы тела.
Особенностью организма детей и подростков является менее совершенный углеводный обмен в смысле возможностей быстрой мобилизации внутренних углеводных ресурсов организма и поддержания необходимой интенсивности углеводного обмена при выполнении физической работы. Так, у детей и подростков при выполнении физических упражнений наблюдается снижение сахара в крови, в то время как у взрослых выполнение тех же упражнений приводит к повышению уровня сахара. Это обусловлено тем, что содержание гликогена в органах-депо (особенно печени) у детей понижено, поэтому они обладают высокой толерантностью к углеводной нагрузке — способностью усваивать сахара без сдвига концентрации глюкозы в крови. Это часто проявляется у детей в повышенном аппетите на сладкое.
У всех новорожденных наблюдается из-за прекращения поступления крови через плаценту преходящая гипогликемия. Коррекция происходит быстро и самостоятельно. У новорожденных, матери которых страдают диабетом, может быть тяжелая гипогликемия - проявление функционального гиперинсулинизма, устраняемое только введением глюкозы. Диагноз требует определения содержания глюкозы в крови, так как клиническая симптоматика иногда даже при низкой концентрации глюкозы (около 1,1 ммоль/л) отсутствует, что в последствии не исключает тяжелых повреждений мозга.
Кроме того, причинами гипогликемии у новорожденных являются:
а) быстрое истощение депо углеводов;
б) интенсивная утилизация глюкозы;
в) низкая активность ферментов глюконеогенеза;
г) недостаточность коры надпочечников;
д) повышенная толерантность к адреналину.
Организм ребенка получает углеводы с пищей растительного происхождения (крахмал, клетчатку, сахарозу), а также с продуктами животного происхождения (лактоза, гликоген). С физиологической точки зрения важнейшим углеводом является глюкоза.
Потребность ребенка в углеводах значительна: грудной ребенок должен получать 10-15 г на 1 кг массы тела, примерно такое же количество углеводов требуется детям в возрасте до одного года и старше, а у детей школьного возраста количество углеводов в пищевом рационе может увеличиваться до 15 г/кг массы тела.
При определении оптимального количества углеводов в пищевом рационе должны быть учтены калорийность и определенное соотношение других компонентов пищи, жиров, белков и углеводов. Наиболее физиологичным следует считать соотношение Б:Ж:У: 1: 1: 4 ( то есть 100 гр белков: 100 гр жиров:400 гр углеводов)
Суточная потребность в углеводах в разные возрастные периоды
(на кг массы)
Потребность в углеводах (г/кг массы)
В первые месяцы жизни основным углеводом пищи является дисахарид лактоза (молочный сахар). Содержание лактозы в женском молоке составляет в среднем 70 г/л, а в коровьем - 48 г/л. Лактоза в желудочно-кишечном тракте гидролизуется на глюкозу и галактозу под действием фермента лактазы. Интенсивность ферментативного гидролиза лактозы в кишечнике у детей разного возраста неодинакова: она несколько снижена у новорожденных и максимальна в грудном возрасте.
Моносахариды всасываются, поступают в кровь и разносятся к разным органам тканям, вступая на путь внутриклеточного обмена. Большая часть галактозы в печени превращается в глюкозу, частично она используется на синтез ганглиозидов и цереброзидов. Глюкоза печени, мышц депонируется в виде гликогена.
По мере роста ребенка в питании лактоза уступает место сахарозе, крахмалу, гликогену и у школьников 7-9 лет половину всех углеводов составляют полисахариды; метаболизм лактозы снижается. В процесс пищеварения включаются новые ферментные системы. Однако ферменты, которые у детей старшего возраста обеспечивают полостное пищеварение, у детей раннего возраста малоактивны и даже отсутствуют совсем. Для детей раннего возраста характерно мембранное пищеварение.
Иногда в клинике приходится встречаться с нарушением процессов пищеварения дисахаридов в желудочно-кишечном тракте вследствие врожденного дефицита или полного отсутствия ферментов сахаразы, лактазы. Это приводит к патологической непереносимости соответствующих сахаров. Переваривания их не происходит, часть дисахаридов выделяется с испражнениями, часть попадает в кровь, в почки и выделяются в мочу.
Лекции по курсу биологической химии
Северин Е.С. Биохимия. М. 2003
Николаев А.Я. Биологическая химия. 2001
Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. 1998
Строев Е.А.Биологическая химия. 1986
Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В.. Биохимия. М. 2000
Северин Е.С., Николаев А.Я. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. М. 2001
2. Иванов Д. О. Нарушения обмена глюкозы у новорожденных /Д. О. Иванов — СПб.: Изд-во Н-Л, 2011. — 103-105 стр.
Углеводы - основные поставщики энергии в питании человека. Как правило, на их долю приходится более 50% калорийности и почти ¾ веса суточного рациона. Углеводы, потребляемые с пищей, представлены главным образом крахмалом. Гликоген животных продуктов имеет в питании сравнительно малое значение. Важным компонентом молочных продуктов является лактоза.
Основным биологическим назначением углеводов в организме является обеспечение энергетических затрат. Разложение их на углекислоту и воду представляет главный источник энергии. Некоторые продукты углеводного обмена действуют как катализаторы и способствуют окислению целого ряда веществ. Углеводы используются организмом в качестве начальных соединений для биологического синтеза других веществ (например, жирных кислот, аминокислот), а также входят в состав некоторых соединений: глюкопротеидов, гепарина, нуклеиновых кислот и т.д.
Углеводы выполняю в организме человека следующие функции:
1) Энергетическая функция, заключающаяся в том, что 60% энергетических потребностей организма покрывается при утилизации углеводов;
2) Пластическая функция - углеводы входят в состав многих структур организма (нуклеиновые кислоты, мембраны клеток, основное вещество соединительной ткани);
3) Функция резерва питательных веществ - глюкоза откладывается в тканях в виде биологического полимера - гликогена. Последний в отличие от глюкозы не обладает осмотической активностью, в связи с чем присутствие больших количеств гликогена (до 10%) в тканях не сопровождается нарушениями гомеостаза;
4) Защитная функция - осуществляется мукополисахаридами, которые входят в состав секретов слизистых желез; мукополисахариды является также одним из компонентов кожи;
5) Специфические функции - углеводы входят в состав антител и факторов, определяющих групповую принадлежность крови.
Основными фазами углеводного обмена являются:
1) Расщепление полисахаридов в ЖКТ;
2) Всасывание моносахаридов в кишечнике и транспортировка их к печени;
3) Синтез и депонирование гликогена;
4) Мобилизация гликогена, превращение его в глюкозу и транспорт глюкозы клетками тканей.
Для характеристики состояния углеводного обмена применяют:
1) Определение содержания глюкозы в крови;
2) Нагрузочные пробы с глюкозой, левулезой (фруктозой), галактозой;
3) Определение влияния на уровень глюкозы в крови эндокринных препаратов: адреналина, инсулина, кортизона, питуитрина;
4) Исследование активности ферментов углеводного обмена;
5) Определение содержания гликогена или промежуточных продуктов его распада в крови;
6) Определение содержания глюкозы и кетоновых тел в моче, являющееся косвенным показателем. Наибольшее распространение получили два первых метода оценки углеводного обмена.
Глюкоза содержится и в плазме крови, и в эритроцитах, однако внутриклеточный обмен и меньшее количество воды в эритроцитах создают условия, при которых в плазме крови содержание глюкозы несколько выше, чем в цельной крови. Уровень глюкозы в венозной крови ниже, чем в артериальной. У детей, страдающих диабетом, эта разница может варьировать в значительных пределах (до 40 мг в 100 мл крови) в течение нескольких часов.
Содержание глюкозы в крови является довольно постоянной величиной и поддерживается на определенном уровне благодаря сложным нейро - гуморальным механизмам, среди которых ведущую роль играют нервная и эндокринная системы.
Основными факторами, вызывающими быстрое повышение уровня глюкозы в плазме, являются прием пищи, распад гликогена в печени и, возможно, в других тканях, образование глюкозы из жиров и аминокислот. Главнейшими факторами, снижающими содержание глюкозы в плазме крови, являются усиленное потребление глюкозы функционирующими органами, печенью, мышцами, образование липидов и глюкозурия.
Кровь у детей для определения содержания глюкозы берут, как правило, из пальца, реже из пятки или мочки уха. Эта кровь по происхождению является капиллярной или артериальной и содержит такое же количество глюкозы, как и кровь, взятая при артериальной пункции. Рекомендуется производить определение глюкозы в пределах не более часа с момента взятия крови, так как в случае хранения ее в течение длительного времени при комнатной температуре обнаруживается постепенное уменьшение содержания глюкозы в результате обмена веществ в эритроцитах и лейкоцитах.
Содержание глюкозы в плазме крови у здорового ребенка - величина довольно постоянная до тех пор, пока запасы глюкогена в печени достаточны.
Этих запасов хватает для поддержания постоянного уровня глюкозы в течение 6-12 часов у детей первых месяцев жизни и в течение 12-24 часов и более у детей старшего возраста. При истощении запасов гликогена развивается гипогликемия и ускоряется процесс использования жиров для энергетических затрат организма.
Содержание глюкозы в крови у здоровых детей колеблется в весьма широких пределах: от 3,3-5,6 ммоль/л. У детей первых 2 лет жизни наблюдаются ещё большие колебания, что, возможно, объясняется лабильностью обмена веществ в этом возрасте.
Сразу после рождения ребенка в пупочной в пупочной вене содержится на 7-10% больше глюкозы, чем в пупочной артерии. В течение первых 4 часов после перевязки пуповины содержание глюкозы начинает медленно снижаться и достигает минимума к концу 1-3-го дня. К концу первой недели жизни оно повышается до нормального для данного ребенка уровня. У детей, рождающихся с низким весом и недоношенных, как правило, содержание глюкозы в крови ниже.
У здорового ребенка после приема пищи в течение первых 30 минут уровень глюкозы в плазме заметно повышается. У детей, страдающих лихорадочными заболеваниями, это повышение бывает выражено значительнее - 30 мг% в течение первого получаса после еды. При диабете и гликогенной болезни повышение уровня глюкозы выражено ещё более резко и достигает своего максимума через 1(1/2) - 2 часа с постепенным снижением до исходного уровня через 4-5 часов.
Для более точной оценки толерантности к глюкозе, иными словами, для оценки возможностей и способностей регулирующих углеводный обмен механизмов, предложены нагрузочные тесты. Суть этих тестов сводится к введению через рот или внутривенно глюкозы (1,85-2 г на 1 кг веса) с последующим контролем за изменениями уровня глюкозы в крови в течение нескольких часов.
Метаболизм глюкозы регулирует инсулин и «контринсулярные» гормоны. Основными контринсулярными гормонами являются глюкагон и адреналин. При снижении уровня глюкозы адреналин стимулирует выброс из клеток лактата и аланина и запускает процесс глюконеогенеза. Выработку инсулина стимулирует повышение уровня глюкозы.
Инсулин не проходит транспланцентарно, его уровень у плода не зависит от содержания инсулина в крови матери, в-клетки поджелудочной железы плода только в последний триместр беременности становится чувствительными к концентрации глюкозы. Они заметно увеличиваются в объеме, и инсулин стимулирует поступление глюкозы в мышечные и жировые клетки, создавая запасы энергии к рождению ребенка. Таким образом, плод практически целиком зависит от уровня глюкозы в крови матери, так как сам не может активно ее синтезировать.
При рождении у новорожденного ребенка происходит резкое переключение метаболизма, направленное на самостоятельное образование глюкозы. В связи с этим, недоношенные дети имеют многочисленные причины для развития гипогликемии. Во-первых, у них меньше энергетических запасов (гликоген печени и жир). Во-вторых, они имеют более высокие концентрации инсулина. В-третьих, у недоношенных новорожденных гораздо хуже развиты механизмы глюконеогенеза. Имеется еще достаточно большое количество состояний неонатального периода, сопровождающихся нарушением метаболизма глюкозы в виде гипогликемии.
Гипогликемия чаще развивается у детей младшего возраста в силу меньшего содержания гликогена в печени и характерной для них лабильности всех видов обмена веществ, в частности, углеводного. Установлено, что печень новорожденного в норме содержит 2-3 г гликогена на 100 г., в то время как в печени детей старшего возраста его количество достигает 6-8 г.
В качестве сопутствующего состояния при гипогликемии часто наблюдается кетоз, который может быть иногда первым явным признаком ее существования. Кетоз связан с истощением запасов гликогена в печени.
У многих здоровых новорожденных и особенно у недоношенных в первые дни и недели жизни определяется физиологическая галактозурия (до 60 мг на 100 мл мочи). При пероральной или внутривенной нагрузке галактозой у новорожденных развивается гипергликемия, взрослые реагируют на эту нагрузку снижением содержания глюкозы в крови. Активность галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы в крови новорожденного ребенка сравнительно высока и ещё больше увеличивается в грудном возрасте, а после 1 года существенно снижается. Однако фосфорилирование галактозы в печени у новорожденных ограничено, что объясняет наличие транзиторной галактоземии и галактозурии в этом периоде жизни.
Частью из тяжелых форм нарушения углеводного обмена являются гликогенные болезни. Под этим термином понимают наследственные нарушения углеводного обмена, характеризующееся избыточным отложением гликогена в печени, почках. Содержание глюкозы в крови у таких больных характеризуется небольшим снижением ниже нормы (60-50 мг%). В моче содержится ацетон, но сахар не определяется. Так как при гликогенной болезни превращение глюкозы из гликогена печени и других органов очень затруднено, то после 6-12 часового голодания может наступить значительная гипогликемия.
Практическое значение приобретает определение в крови другого моносахарида - галактозы, так как описаны редкие случаи галактоземии - заболевание, при котором организм ребенка с рождения неспособен регулировать обмен галактозы. В моче у детей с галактоземией постоянно содержится галактоза, небольшое количество белков и никогда не обнаруживается ацетон. Галактозурия и протеинурия исчезают через несколько дней после прекращения приема галактозы с пищевыми продуктами, главным образом молоком.
С помощью высокочувствительных методов углеводы обнаруживаются в моче здоровых детей. Так, в суточной моче недоношенных может содержаться до 130 мг углеводов, у доношенных - до 80 мг, причем половину этого количества составляет лактоза, кроме того, выводится много фруктозы (20-40 мг) и 10 - 20 мг глюкозы.
В суточной моче детей грудного возраста содержатся следующие углеводы: глюкоза - до 15 мг, галактоза - до 10 мг, лактоза - до 35 мг, фруктоза - менее 10 мг, ксилоза - менее 30 мг, арабиноза - менее 30 мг.
Заключение:
Метаболизм глюкозы имеет специфические особенности у детей:
- В тканях новорожденного и ребенка первых месяцев жизни активно протекает анаэробный гликолиз. Это в значительной степени обеспечивает устойчивость детей к гипоксии и обеспечивает возможность использовать метаболиты гликолиза для синтеза соединений других классов.
- Метаболизм глюкозы по пентозофосфатному пути (ПФП) резко активируется после рождения ребенка. Этот вид утилизации глюкозы обеспечивает растущие ткани достаточным количеством фосфопентоз и НАДФН, необходимых для синтеза нуклеотидов, стероидов и жирных кислот.
- Синтез и накопление гликогена в печени определяются особенностями функционирования организма ребенка на конкретном этапе развития.
Биосинтез гликогена идет активно у плода в последние 2-3 месяца внутриутробного развития. Содержание этого полисахарида в печени плода в последние недели беременности может достигать 10% массы органа (у взрослого 4%).
Читайте также: