Лекция 16.
ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА
ВИТАМИНОВ и МИКРОЭЛЕМЕНТОВ
Причины нарушения обмена витаминов и МЭ, распределение МЭ в тканях, всасывание и выведение МЭ, особенности проявления дефицита отдельных МЭ (Fe,Cu, Zn, Se, Li и др.).
ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ
В состав организма входит более 70 элементов. Основная доля – С, Н, О, Р, S, Na, K, Cl, Ca, Mg, Fe – 99,5% сухой массы тела. Микроэлементы – массовая доля менее 0,01%. Избирательность и активное накопление МЭ – важное свойство живых организмов. Основное значение – содержание МЭ в почве (истощение Мо в почвах США).
Первичный биологический эффект МЭ: МЭ входят в состав ферментов, гормонов (тимулин), влияют на ионные каналы и насосы (Li+ на Na+/K+ каналы).
Причины нарушений обмена МЭ: недостаточное и несбалансированное содержание и неактивные формы МЭ, нарушения всасывания и выведения, повышенная потребность, врожденные нарушения.
Культурные традиции питания: вегетарианцы – больше Mg, Mn, Cu но меньше Zn, Fe, Se; итальянская кухня богата Mg, китайская - Zn.
Продукты-источники МЭ: Fe – печень, язык, мясо (кролик, индейка), гречневая и овсяная крупы, пшено, черника, персики, икра осетровых; Se – морепродукты (мидии особенно), ливер, мясо, хлеб; J – морепродукты, рыбий жир, молоко, овощи, йодированная соль; Co - печень; Cu – яйца, печень, почки, рыба, шпинат, сухие овощи, виноград; S – Мясо, печень, рыба, яйца; F – рыба; Zn – крабы, мясо, желток яйца, кукуруза, грибы, арахис, мидии, соя; Cr – печень, сыр, пивные дрожжи, зародыши растений, гранаты, картофель, помидор.
Повышеннаяпотребность в МЭ – при стрессах, в период роста, беременности (в период активного роста плода – Zn, Mg, позже - Fe), при кормлении.
РаспределениеМЭ: в печени – Cu, Co, Al, Si, Br, Mn, Zn, F, Ag, Hg, Pb; в почках – Al, Mn, Cu, Ni, J, Pb, Ti, Cr, Zn; в головном мозге – Cu, Mn, Se, As, Ti, Ag; в щитовидной железе – J, Br, Co, Au, Hg.
ВсасываниеМЭ: МЭ должны быть в виде водорастворимых солей с нужной степенью окисления и в форме, не подвергающейся воздействию НСl желудочного сока. Основное всасывание МЭ – в нижних 2/3 тонкой кишки, тяжелых металлов – в толстой и прямой кишке (здесь они накапливаются). Одно-валетные ионы поступают путем прямой диффузии, для дву-валентных ионов существуют активные транспортные системы (кофактором их часто являются витамины). Обычно переносчики полиспецифичны: конкуренция между Zn и Fe (избыток цинка ведет к железо-дефицитной анемии); один и тот же переносчик – Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Cd, Pb. Транспорт через апикальную мембрану клеток кишечника обычно пассивен, через базальную – активен (1 молекула АТФ на 1 ион).
В крови МЭ связываются с белковыми переносчиками – ферритин и др., затем активно накапливаются в органах: в печени – медь, в щитовидной железе – йод, в тимусе – цинк. Большинство МЭ не рециркулирует и требуется постоянное поступление с пищей.
Рециркулирует хорошо – железо (при избытке – гемосидероз).
Выведение МЭ: через почки: в начальных участках канальцев – активное всасывание 1-валентных катионов, в конечных участках канальцев – активное всасывание 2-валентных катионов (анионы всасываются пассивно вслед за катионами), избыток МЭ нарушает всасывание глюкозы и аминокислот; активация симпатической системы увеличивается диурез и снижается реадсорбция МЭ
Основной гуморальный фактор регуляции – вазопрессин (АДГ) – на собирательные канальцы, активация цАМФ-протеинкиназ с увеличением проницаемости биомембран, появление вакуолей переносящих по градиенту воду с МЭ; канальцевая реадсорбция 1-валентных МЭ в проксимальных канальцах усиливается альдостероном и угнетается кининами; в петле Генле реабсорбция усиливается вазопрессином, глюкагоном, кальцитонином, угнетается ПГЕ2; в дистальном отделе канальцев реабсорбция активируется альдостероном, подавляется – ПГ, атриопептидом.
Реабсорбция 2-валентных ионов – паратгормон в прямом отделе проксимального канальца угнетает, а за его пределами стимулирует реабсорбцию; усиление реабсорбции также кальцитриолом, снижение – кальцитонином. Активная секреция 1-валентных ионов – в дистальных канальцах и собирательных трубочках; усиливают секрецию – альдостерон, СТГ, андрогены, гормоны щитовидной железы.
Выведение с желчью: тяжелые металлы и многовалентные МЭ, пропорционально содержанию в крови, процесс энергозависим и при избытке МЭ в крови они накапливаются в печени (накопление Сu ведет к перерождению клеток печени и развитию первичного рака печени).
Выведение через ЖКТ: при рвоте, поносе – потеря K, Na, Ca, P, Mg.
Другиепути: со спермой – Zn, при активации слущивания кожи и потере волос (ожоги и др.) – Zn, As, S, Se.
НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ОТДЕЛЬНЫХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ
ГИПЕРМАГНИЕМИЯ: В крови 1,3-2,2 ммоль/Л (до 30 г в теле). До 70% - в кости, 30% в клетках (с АТФ) 30% магния крови связано с белками (альбумин в основном). Лишь 1% магния – во внеклеточной жидкости. Ионы Mg2+ кофакторы более 300 ферментов.
Причины: поступление – прием антацидов с Mg2+, в/в (токсикоз беременных); выведение – нериты и нефрозы, почечная недостаточность; перераспределение – ацидоз (диабет), гипотиреоз.
Проявления: угнетение ВНД (магнезиальный сон – снижение К+ и Са2+ клеток), снижение активности дыхательного центра, мышечная гипотония, артериальная гипотензия (снижение нервно-мышечной возбудимости и передачи). Лечение: Na+ и Ca2+ – антагонисты.
ГИПОМАГНИЕМИЯ: Причины: поступление – голодание, поносы, ахолии, энтериты; выведение – первичные дефекты канальцев почек (синдром почечного канальцевого ацидоза), подавление реадосрбции Mg2+ в почках при повышении альдостерона, гипопаратиреозе, диуретики; перераспределение – респираторный алкалоз, повышение инсулина, алкогольная абстиненция.
Проявления: увеличение нервно-мышечной возбудимости, тремор, двигательное возбуждение, тахикардия, аритмии (сопутствующая гипоК+эмия), повышение артериального давления, гипокальциемия (снижение ПТГ), гипоК+эмия (торможение реадсорбции), гипотермия, дистрофии (язвы кожи – обменные нарушщения АТФ), генерализованния кальцификация тканей (сосуды, почки, хрящи) – повышение транспорта кальция в ткани при снижении Mg2+ в межклеточной жидкости, нарушение усвоения пищи в ЖКТ с задержкой роста и развития у детей (ферментные нарушения).
Лечение: богатые Mg2+ продукты – фасоль, горох, пшено.
ЛИТИЙ: в основном конкурирует или имитирует эффекты Na+ и К+ (анти-К+ эффекты - антиаритмическое действие).
Li тормозит синтез непредельных жирных кислот и ПГ, ПОЛ (противовоспалительное действие); улучшает катаболизм жиров, стимулирует аэробный гликолиз при гипергилкемии, оказывает противогипоксическое действие на мышцы в т.ч. сердца (снижает накопление молочной кислоты). Li замедляет белковый катаболизм и нормализует обмен триптофана и серотонина, снижает выход катехоламинов и повышает разрушение норадреналина – нейролептик, антипсихотические и седативные эффекты. Обнаружены противоопухолевые и иммуномодулирующие эффекты лития: активация ИЛ-2, 6 и колониестимулирующих факторов, активирует ЕК и ИФ-g. Li обедняет клетки Са2+, повышает цАМФ, ингибирует Т-киллеры.
Недостаток лития – предрасполагает к гипертензии, подагре, астме, диабету, психическим заболеваниям.
ЖЕЛЕЗО: важнейший МЭ, усвоение экзогенного и эндогенного Fe (при распаде эритроцитов) одинаково. Главное проявление недостатка – железодефицитная анемия, избытка – гемосидероз. Около 3200 мг железа всего, входит в состав гемоглобина и миоглобина, около 0,2% - в тканевые ферменты (дыхательной цепи митохондрий. в одну из форм СОД), до 30% железа запасено в печени и костном мозге.
Потребность – 30 мг в сутки, но обычно поступает 10 мг, остальное реутилизируется, выделение в норме до 1 мг в день.
Абсорбируется Fe2+(в желудке вырабатываются хелаторы, защищающие от HCl), в 12-перстной кишке максимальная абсорбция, на апикальных клетках тонкой кишки имеется белок-переносчик (неселективный), усиливает абсорбцию апотрансферин цитоплазмы эпителиальных клеток (здесь он накапливается как трансферрин); поступающее Fe в геме захватывается гемоксидазой тонкой кишки.
В плазме Fe транспортируется трансферрином (1 молекула – на 2 молекулы Fe), в норме насыщенность трансферрина – 30-50%, при 100% насыщении ингибируется транспорт Fe из кишечника в кровь и запасание в печени; при поражениях печени и снижении трансферрина снижается уровень Fe крови и в то же время снижается выход его из тканей с развитием гемосидероза.
Ткани поглощают Fe через рецептор к трансферрину (эндоцитоз).
Почти во всех странах мира имеется алиментарный дефицит Fe!
Недостаточность: железо-дефицитные анемии (гипохромная гипорегенераторная с микроцитами) с глосситом и стоматитом, а также с гипоксией и метаболическим ацидозом, снижение антиоксидантных систем, снижение иммунитета, повышение частоты опухолей.
МЕДЬ: соли 1- и 2-х валентной меди входят в ряд ферментов и белков (СОД – перекисное окисление; цитохром С оксидаза – синтез АТФ; оксидаза лизила – соединительная ткань; тирозиназа – пигментация (мелатонин); церулоплазмин – анемии; плазменные факторы свертывания V, VIII – кровотечения; ангиогенин – микроциркуляция (врожденные нарушения формирования микрососудов); металлотионеин – связывание меди (токсические эффекты меди); белки приона – нарушения сна и бодрствования; хефастин – всасывание железа (анемия); предшественник амилоида (болезнь Альцгеймера); дофамин-гидроксилаза – биосинтез катехоламинов (гипотензия, гипотермия, дегидратация, сонливость). Сu также способна активировать Т-хелперы, а также активирует перекисное оксиление липидов.
Недостаток меди: мальадсорбция, диаррея, анемия, остеопороз, снижение пигментации, гипотония, заторможенность, коллагенопатии, гипохромная анемия, гипотрофии.
Избыток меди: повышение частоты ИБС, поражений печени и тревожно-депрессивный синдром – болезни Менкеса (накопление меди в клетках кишечника и непоступление в кровь) и Вильсона-Коновалова (нарушение выведения с желчью – цирроз, рак, нейродегенерация, нарушения обмена железа).
МОЛИБДЕН: входит в состав ксантиоксидазы, аденилоксидазы, сульфатоксидазы, во флавиновые ферменты (детоксикация); ускоряет клеточный рост и развитие, антиоксидантный эффект, формирование эмали зубов. Недостаточность: прогрессирующие нарушения нервной системы, отставание в росте и развитии, метаболический ацидоз (накопление лактата).
Избыток: истощение, токсикоз, подагра, психоз, галлюцинации.
МАРГАНЕЦ: в состав Mn-АТФазы, гуанилатциклазы, аргинидазы, СОД, карбоксикиназы, трансферразы; он увеличивает процессы тканевого роста, регенерации, стимиулирует усвоение вит С, А, группы В, гипогликемическое действие, стимулирует гемопоэз, эффекты цинка, меди кобальта.
Недостаток: отставание в развитии, расстройства половые, нервной системы, нарушение структуры волос, снижение толерантности к глюкозе, угнетение Т- и В- пролиферации, повреждение кардиомиоцитов. Отмечен недостаток при шизофрении и болезни Пракинсона.
Избыток: снижение аппетита, отставание в росте, анемия железодефицитная (конкуренция с железом).
ХРОМ: активен Cr3+, хроническая недостаточность хрома – до 50% населения, биологически доступен в виде пиколината хрома и соли с никотиновой кислотой (только в свежих продуктах); при назначении препаратов хрома должна быть никотиновая кислота. Недостаточность: повышение резистентности к инсулину, склонность к атеросклерозу, повышение холестерина и триглицеридов, задержки роста, периферические и центральные невропатии.
ЙОД: входит в состав Т3 (трийодтиронин) и Т4 (тироксин) гормонов щитовидной железы, основной источник морепродукты, молоко.
Тиреоидные гормоны регулируют интенсивность основного обмена, обмен витаминов, ряда МЭ, жиров, углеводов и белков, а также электролитов и воды. ТТГ активирует абсорбцию йода в ЖКТ и накопление коллоида в щитовидной железе (зоб).
Всасывание – в верхних отделах тонкой кишки. Клетки щитовидной железы активно захватывают йод, который окисляется до элементарного J и связывается с тиреоглобулином (основная часть хранится в виде коллоида). В крови гормоны связываются с белком-переносчи-ком. Под влиянием йодтирониндейонидазы (с участием селена) Т4 превращается в Т3 и проникает в клетки, связывается с ядерными рецепторами (активатор транскрипции генов), а также влияют на транспорт аминокислот, сахаров и Са2+.
Выведение: в печени с глюкуроновой кислотой и желчью выводится в кишечник; другой путь – дазаминирование и декарбоксилирование Т3,Т4 (выведение с мочой). Недостаток: гипотиреоидный зоб, кретинизм, задержка развития, энцефалопатия, снижение памяти и нарушения психики, утомляемость, иммунодефицит, анемия, зоб и предрак щитовидной железы, преждевременные роды и выкидыши, мертворождения, снижение полового развития, избыточный вес.
СЕЛЕН: эндемический дефицит – Китай, Новая Зелланжия, Финляндия, Канзас. В организме – селен-цистеин и селен-метионин – в защите от свободных радикалов, селен-цис закодирован как «стоп-кодон (UGA) при синтезе белка; селен-цис – в состав глутатионпероксидазы, селенпротеинов Р и W, участвует в обмене гормонов щитовидной железы (активация Т4 и дезактивация Т3), участвует в репродуктивной функции и др.
Недостаточность селена: болезнь Кешана – кардиомиопатия, тошнота, потеря аппетита, изменения ЭКГ; болезнь Кешана-Бека – эндемический остеоартрит (Китай), повышение частоты опухолей. Наблюдаются также - оксидативный стресс, астено-вегетативный синдром, эндемическая кардиомиопатия, фиброкистоз поджелудочной железы, иммунодефицит, скрытая сердечная недостаточность.
ЦИНК: важнейший МЭ. Участвует в процессах клеточного деления и роста, а также комплексируя с гиалуроновой кислотой регулирует проницаемость кожных покровов и слизистых оболочек, влияет на обмен железа, меди, магния и кальция; важнейший регулятор иммунитета (регуляция дифференцировки Т-лимфоцитов – входит в состав тимулина и В-лимфоцитов в костном мозге).
Недостаточность: снижение фагоцитоза и ЕК, ИФ-гамма, ИЛ-2, ФНО-альфа, инволюция тимуса (в основном снижается функция Т-х-1 типа) и снижение В-лимфоцитов костного мозга, снижение иммунного ответа на Т-зависимые антигены. Из других проявляений дефицита цинка отмечены - алопеция, гипергликемия, снижение веса, снижение регенерации, аллергии, акродермит, энцефалопатия, диаррея, снижение вкуса, обоняния, бесплодие, воспаления, укачивание, фурункулез, мегалобластная анемия.
АЛЮМИНИЙ: Недостаток алюминия: снижение регенерации эпителия, соединительной ткани, ахилия.
Избыток алюминия: накопление в костях и головном мозге: остеомаляция, остеопороз, снижение парат-гормона (выход Са из костей).
НЕДОСТАТОЧНОСТЬ ДРУГИХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ:
БОРА: снижение обмена кальция, магния, фтора.
ВАНАДИЯ: повышение гемоглобина, эритроцитов, иммунодефициты, склонность к сердечно-сосудистой патологии.
КОБАЛЬТА: недостаток В12, снижение активности поджелудочной железы, повышение выработки адреналина, атрофия слизистой желудочно-кишечного тракта, анемия мегалобластная.
КРЕМНИЯ: фурункулез, алопеция, сухие и ломкие волосы, псориатические изменения кожи, синуситы, головные боли, иммуодефициты и аллергия, снижение адаптации (повышенная метеочувствительность), снижение интеллекта, нарушения сна, дистрофии.
МЫШЬЯКА: снижение фосфорного обмена, аллергии.
ФТОРА: кариес, запаздывание прорезывания зубов.
Таблица 1 Суточная потребность в микроэлементах (мг)
| Ca | P | Mg | Fe | Zn | Cu | Mn | F | J | Mo | Cr | Se | |
| Дети | 1,5 | 2,5 | ||||||||||
| М | 2,5 | 3,5 | 3,3 | |||||||||
| Ж | 2,5 | 3,5 | 3,3 |
Дети – в возрасте 7-10 лет.
ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВИТАМИНОВ
Витамины – низкомолекулярные органические соединения, жизненно важные и незаменимые компоненты питания.
Причины нарушения обмена ВТ: недостаточность в пище (первичные гипо и авитаминозы), нарушения всасывания или патология усвоения (вторичные гиповитаминозы), наследственные дефекты переносчиков витаминов и их усвоения в тканях.