Использование кетоновых тел при сахарном диабете
Синтез кетоновых тел в печени. При низком соотношении инсулин/глюкагон в крови в жировой ткани активируется распад жиров. Жирные кислоты поступают в печень в большем количестве, чем в норме, поэтому увеличивается скорость β-окисления (рис. 8-32). Скорость реакций ЦТК в этих условиях снижена, так как оксалоацетат используется для глюконеогенеза. В результате скорость образования ацетил-КоА превышает способность ЦТК окислять его. Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и используется для синтеза кетоновых тел. Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях печени.
Синтез кетоновых тел начинается с взаимодействия двух молекул ацетил-КоА, которые под действием фермента тиолазы образуют ацетоацетил-КоА (рис. 8-33). С ацетоацетил-КоА взаимодействует третья молекула ацетил-КоА, образуя 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА). Эту реакцию катализирует фермент ГМГ-КоА-синтаза. Далее ГМГ-КоА-лиаза катализирует расщепление ГМГ-КоА на свободный ацетоацетат и ацетил-КоА.
Ацетоацетат может выделяться в кровь или превращаться в печени в другое кетоновое тело – β-гидроксибутират путём восстановления.
В клетках печени при активном β-окислении создаётся высокая концентрация NADH. Это способствует превращению большей части ацетоацетата в β-гидроксибутират, поэтому основное кетоновое тело в крови – именно β-гидроксибутират. При голодании для многих тканей жирные кислоты и кетоновые тела становятся основными топливными молекулами. Глюкоза используется в первую очередь нервной тканью и эритроцитами.
При высокой концентрации ацетоацетата часть его неферментативно декарбоксилируется, превращаясь в ацетон. Ацетон не утилизируется тканями, но выделяется с выдыхаемым воздухом и мочой. Таким путём организм удаляет избыточное количество кетоновых тел, которые не успевают окисляться, но, являясь водорастворимыми кислотами, вызывают ацидоз.
406
Рис. 8-32. Активация синтеза кетоновых тел при голодании. Точечные линии – скорость метаболических путей снижена; сплошные линии – скорость метаболических путей повышена. При голодании в результате действия глюкагона активируются липолиз в жировой ткани и (3-окисление в печени. Количество оксалоацетата в митохондриях уменьшается, так как он, восстановившись до малата, выходит в цитозоль, где опять превращается в Оксалоацетат и используется в глюконеогенезе. В результате скорость реакций ЦТК снижается и, соответственно, замедляется окисление ацетил-КоА. Концентрация ацетил-КоА в митохондриях увеличивается, и активируется синтез кетоновых тел. Синтез кетоновых тел увеличивается также при сахарном диабете (см. раздел 11).
407
Рис. 8-33. Синтез кетоновых тел в митохондриях гепатоцитов. Регуляторный фермент синтеза кетоновых тел (ГМГ-КоА-синтаза) ингибируется свободным КоА. – реакция идёт неферментативно при высокой концентрации кетоновых тел в крови.
Регуляция синтеза кетоновых тел. Регуляторный фермент синтеза кетоновых тел – ГМГ-КоА синтаза.
ГМГ-КоА-синтаза – индуцируемый фермент; его синтез увеличивается при повышении концентрации жирных кислот в крови. Концентрация жирных кислот в крови увеличивается при мобилизации жиров из жировой ткани под действием глюкагона, адреналина, т.е. при голодании или физической работе.
ГМГ-КоА-синтаза ингибируется высокими концентрациями свободного кофермента А.
Когда поступление жирных кислот в клетки печени увеличивается, КоА связывается с ними, концентрация свободного КоА снижается, и фермент становится активным.
Если поступление жирных кислот в клетки печени уменьшается, то, соответственно, увеличивается концентрация свободного КоА, ингибирующего фермент. Следовательно, скорость синтеза кетоновых тел в печени зависит от поступления жирных кислот.
Окисление кетоновых тел в периферических тканях
При длительном голодании кетоновые тела становятся основным источником энергии для скелетных мышц, сердца и почек. Таким образом
408
глюкоза сохраняется для окисления в мозге и эритроцитах. Уже через 2-3 дня после начала голодания концентрация кетоновых тел в крови достаточна для того, чтобы они проходили в клетки мозга и окислялись, снижая его потребности в глюкозе.
β-Гидроксибутират (рис. 8-34), попадая в клетки, дегидрируется Nзависимой дегидрогеназой и превращается в ацетоацетат. Ацетоацетат активируется, взаимодействуя с сук-цинил-КоА – донором КоА:
Ацетоацетат + Сукцинил-КоА → Ацетоацетил- КоА + Сукцинат.
Рис. 8-34. Окисление кетоновых тел в тканях.
Реакцию катализирует сукцинил-КоА-ацето-ацетат-КоА-трансфераза. Этот фермент не синтезируется в печени, поэтому печень не использует кетоновые тела как источники энергии, а производит их “на экспорт”. Кетоновые тела – хорошие топливные молекулы; окисление одной молекулы β-гидроксибутирата до СО2 и Н2О обеспечивает синтез 27 молекул АТФ. Эквивалент одной макроэргической связи АТФ (в молекуле сукцинил-КоА) используется на активацию ацетоацетата, поэтому суммарный выход АТФ при окислении одной молекулы β-гидроксибутирата – 26 молекул.
Кетоацидоз. В норме концентрация кетоновых тел в крови составляет 1-3 мг/дл (до 0,2 мМ/л), но при голодании значительно увеличивается. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови называют кетонемией, выделение кетоновых тел с мочой – кетонурией. Накопление кетоновых тел в организме приводит к кетоацидозу: уменьшению щелочного резерва (компенсированному ацидозу), а в тяжёлых случаях – к сдвигу рН (некомпенсированному ацидозу), так как кетоновые тела (кроме ацетона) являются водорастворимыми органическими кислотами (рК~3,5), способными к диссоциации:
СН3-СО-СН2-СООН ↔ СН3-СО-СН2-СОО- + Н+.
Ацидоз достигает опасных величин при сахарном диабете, так как концентрация кетоновых тел при этом заболевании может доходить до 400-500 мг/дл. Тяжёлая форма ацидоза – одна из основных причин смерти при сахарном диабете. Накопление протонов в крови нарушает связывание кислорода гемоглобином, влияет на ионизацию функциональных групп белков, нарушая их кон-формацию и функцию.
Гиперкетонемия – это накопление кетоновых тел в крови. К ним относятся ацетоуксусная кислота, р-оксимасляная кислота, ацетон.
Основной причиной гиперкетонемии является увеличение содержания в крови свободных жирных кислот – гиперлипацидемия. Последняя связана с усилением липолиза в жировой ткани, например, при сахарном диабете I типа, лихорадке, во втором периоде голодания.
Избыток свободных жирных кислот поступает в печень, где под действием ферментов р-окисления образуется большое количество ацетил-КоА. Какая-то его часть подвергается дальнейшим превращениям в цикле Кребса (интенсивность этого процесса зависит от энергетических потребностей гепатоцитов), а оставшееся неиспользованное количество идет на образование кетоновых тел, которые поступают в кровь и могут быть утилизированы как ценный энергетический субстрат периферическими клетками.
При некоторых заболеваниях, например, при сахарном диабете I типа, использование кетоновых тел клетками нарушается. Это усугубляет гиперкетонемию.
Гиперкетонемия всегда сопровождается кетонурией (ацетонурией) – появлением кетоновых тел (ацетона) в моче.
Кетонурия
Обнаружение кетоновых тел в общем анализе мочи называют – кетонурия. В норме кетоновые тела в моче не обнаруживаются, так как ежедневно выводятся из организма органами выделения, в количестве 25-50 мг в сутки. К таким телам относятся ацетон, уксусная и бета-осмолярная кислоты. В моче здорового человека медики не выявляют кетоновых тел.
Причины появления кетоновых тел
К причинам накапливания в моче кетоновых тел относятся многие причины, некоторые из них несут угрозу нормальной жизнедеятельности организма. Вот одни из причин:
длительное голодание организма;
общее переохлаждение;
физические перегрузки;
беременность;
чрезмерное употребление белков с пищей;
грипп;
анемия;
рак и другие заболевания.
Если кетонурия спровоцирована сахарным диабетом, то наличие кетоновых тел в моче является своеобразным сигналом для организма о том, что нужно пересмотреть свой рацион питания.
Часто такая патология встречается, если нарушен баланс между употребляемыми жирами и углеводами. Если кетонурия сопровождается сильно выраженным плодовым запахом мочи (чаще яблочным), то это говорит о высоком содержании глюкозы в моче при сахарном диабете.
При обнаружении кетоновых тел в моче при сахарном диабете, медики говорят о переходе заболевания в более тяжелую стадию. Очень большое содержание в моче ацетона и уксусной кислоты при сахарном диабете, свидетельствует о приближении состояния гипергликемической комы у больного.
Если при исследовании анализа мочи больного, в ней обнаружен только ацетон без содержания глюкозы, то речь идёт о другом заболевании, не имеющем отношения к диабету.
Ацидоз (от лат. acidus – кислый) – cмещение кислотно-щелочного баланса организма в сторону увеличения кислотности (уменьшению рН).
Причины ацидоза
Обычно продукты окисления органических кислот быстро удаляются из организма. При лихорадочных заболеваниях, кишечных расстройствах, беременности, голодании и др. они задерживаются в организме, что проявляется в лёгких случаях появлением в моче ацетоуксусной кислоты и ацетона (т. н. ацетонурия), а в тяжёлых (например, при сахарном диабете) может привести к коме.
Соседние файлы в папке экз
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Для того, чтобы понимать зачем необходимо контролировать уровень кетонов в моче и/или крови и при каких обстоятельствах это действительно важно, давайте разберемся что такое кетоны и почему они появляются в крови и моче человека.
Слово кетон произошло от старого немецкого слова Aketon (ацетон). Кетоны или кетоновые тела – вещества, состоящие из соединения кислорода с водородом и углеводородом.
Существует много разновидностей кетонов, например, убихинон, он крайне важен для работы сердца, кетоновую группу содержат фруктоза, прогестерон, кортизон, тетрациклин, камфора, природные красители и многие другие вещества.
Кетоны постоянно синтезируются в клетках печени и присутствуют в моче и крови каждого человека, они ежедневно выделяются в незначительных количествах, из которых
70% приходится на слабую бета-гидроксимасляную кислоту,
26% на более сильную ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) и
4% на ацетон.
Ацетон, кроме того, выделяется и при дыхании, поэтому такое небольшое его количество в моче с помощью проб не определяется. Считается, что норма кетонов в моче здорового человека – их полное отсутствие.
Чтобы обеспечить ткани и органы энергией, организм использует в качестве ее источника глюкозу или гликоген, который в небольшом количестве запасен в печени. Когда же внутриклеточный уровень глюкозы снижен и клетки «испытывают голод», начинают мобилизоваться жировые запасы организма.
Жир расщепляется в печени и в ходе этого процесса образуются побочные продукты – кетоновые тела. Они могут использоваться в качестве альтернативного источника энергии почками, сердцем, мышцами и головным мозгом.
Состояние, при котором обнаруживается избыток кетонов в крови, называется кетонемия, в моче – кетонурия. Чаще всего кетоны исследуют в моче и существует ряд заболеваний и состояний, приводящих к кетонурии. К ним относятся: неправильное питание (голодание), чрезмерные физические и эмоциональные нагрузки, обморожение, интоксикации, тяжелые инфекционные заболевания и травмы, панкреатит, тиреотоксикоз, алкоголизм и сахарный диабет.
Что объединяет такие разные состояния, мы уже можем ответить – кетоны вырабатываются в том случае, если клетки «голодают» или при дефиците инсулина, поэтому различают «голодные кетоны» и кетоны при сахарном диабете, хотя химически эти вещества ничем не отличаются.
При голодании пища в организм не поступает, уровень глюкозы крови снижается, прекращается выработка инсулина и в кровь поступает его антагонист – гормон глюкагон, он заставляет организм использовать запасы гликогена, находящиеся в печени. Когда эти запасы заканчиваются, начинает расщепляться жировая ткань, образуются кетоны.
При сахарном диабете, уровень глюкозы крови наоборот повышен, но инсулина недостаточно и глюкоза из крови в клетку попасть не может, клетка испытывает «голод», но организм воспринимает эту ситуацию точно также, как при голодании. Вырабатываются гормоны адреналин и глюкагон, в печени расщепляется гликоген, затем жировая ткань и образуются кетоны. Эту ситуацию еще называют «голод среди изобилия». Глюкоза в избытке циркулирует в кровотоке, не попадая в клетки, образовавшиеся кетоны тоже попадают в кровь, а затем оба вещества выводятся с мочой и только введение инсулина может разорвать этот порочный круг.
Недостаток инсулина может быть вызван различными причинами:
- Дебют сахарного диабета 1 типа, когда человек не обращает должного внимания на симптомы заболевания;
- Различные состояния у пациентов с сахарным диабетом 1 типа, при которых потребность в инсулине возрастает. Например, половое созревание, период активного роста, острое инфекционное заболевание, сопровождающееся лихорадкой, операции, травмы;
- Пропуск введения инъекций инсулина в течение 12-24 часов по какой-либо причине;
- Истощение продукции собственного инсулина у пациентов с сахарным диабетом 2 типа;
- Сопутствующие заболевания, операции, травмы у пациентов с сахарным диабетом 2 типа;
- Прием различных препаратов (кортизон, диуретики, эстрогены, гестагены) пациентами с сахарным диабетом обоих типов;
- Удаление поджелудочной железы у лиц, ранее не страдавших сахарным диабетом.
Материал по теме:
Кетоацидоз
Накопление кетонов в крови называется кетоз и, если дефицит инсулина не восполнен, кетоны изменяют рН крови в кислую сторону, оказывают токсическое действие на организм и развивается кетоацидоз.
Организм пытается бороться с избытком кетонов, выделяя их с мочой, учащается мочеиспускание, ацетон выводится также через легкие, придавая выдыхаемому воздуху специфический «фруктовый» запах. Также постепенно нарастают тошнота, рвота, боль в животе, общая слабость, все это может привести к развитию жизнеугрожающего состояния – кетоацидотической коме. Лечение кетоацидоза необходимо проводить в стационаре путем введения необходимого объема жидкости и инсулина.
Крайне важно запомнить следующие ситуации, при которых необходимо определить уровень кетонов в моче:
- Вы заболели, например, простудным заболеванием, сопровождающимся повышением температуры;
- Уровень глюкозы крови больше 14-15 ммоль/л в течение нескольких часов;
- У вас появились симптомы инсулиновой недостаточности (тошнота, рвота, боль в животе, частое дыхание, запах «ацетона» изо рта).
Материал по теме:
Каким образом можно определить уровень кетонов в моче?
Определить кетоны в моче можно в лабораторных и домашних условиях. Для этого специальную полоску, пропитанную щелочным веществом и нитропруссидом натрия помещают в мочу на 1 минуту (доступны в аптеках). При наличии в моче повышенного уровня кетонов, полоска меняет цвет с белого на коричнево-красный. Оценку реакции проводят по цветовой шкале – «негативное», «небольшое», «среднее» и «значительное» содержание кетонов. Тест прост в проведении и его можно выполнять неограниченное количество раз.
Для более точных и специфичных результатов необходимо взять анализ крови, который также можно провести в лаборатории и дома. Кроме того, реакция в тест-полосках проходит с ацетоацетатом мочи, а содержание бета-гидроксимасляной кислоты в моче определить нельзя, поэтому они непригодны для оценки эффективности лечения диабетического кетоацидоза.
Результаты интерпретируются следующим образом: в норме уровень кетонов в крови должен быть ниже 0,6 ммоль/л, уровень 0,6-1,5 ммоль/л указывает на возможность диабетического кетоацидоза, а > 1,5 ммоль/л – на высокий риск кетоацидоза или уже имеющийся кетоацидоз.
Сравнение и соответствие уровней кетонов в крови и моче
Уровень кетонов в крови (ммоль/л) | Уровень кетонов в моче |
0 – 0,5 | «негативный» или «следы» |
0,6 – 1,0 | «следы» или «небольшой» |
1,1 – 1,5 | «небольшой» или «значительный» |
1,5 – 3,0 | «значительный» |
Важно знать и о возможных ложноположительных и ложноотрицательных результатах определения кетонурии.
Ложноположительный результат (кетоны в моче определяются, но нет опасности развития диабетического кетоацидоза) вследствие:
- Приема некоторых лекарств (например: каптоприл, вальпроат);
- Ацетон может циркулировать в крови в течение многих часов, даже после введения необходимой дозы инсулина. При этом новые кетоны не образуются и в крови не определяются.
Ложноотрицательный результат (кетоны в моче не определяются, но они там есть) вследствие:
- Приема большого количества витамина С (аскорбиновая кислота) или салициловой кислоты (содержится во многих болеутоляющих средствах, таких как аспирин);
- Крышка банки с полосками был открыта слишком долго;
- Срок годности тест-полосок закончился.
Таким образом, если в утренней моче определяются кетоны, а уровень глюкозы крови низкий, это «голодные кетоны». Вы можете испытывать общую слабость и тошноту, при появлении подобных симптомов необходимо съесть углеводсодержащую пищу с последующим введением необходимой дозы инсулина. Также обязательно определите уровень глюкозы крови во время следующей ночи, чтобы исключить возможность ночной гипогликемии. Высокий уровень глюкозы в моче указывает на то, что уровень глюкозы крови был высоким в течение ночи, хотя он и низкий в утренние часы.
Если уровень кетонов в моче (и/или крови) высокий и уровень глюкозы крови превышает 15-20 ммоль/л, это говорит об инсулиновой недостаточности. Приоритетом номер один является введение дополнительной дозы инсулина. Поэтому:
- Введите 0,1 Ед/кг веса инсулина короткого действия (предпочтительно Новорапид или Хумалог);
- Определите уровень глюкозы крови через 1-2 ч;
- Введите еще 0,1 Ед/кг веса , если уровень глюкозы крови не снизился;
- Не вводите инсулин короткого действия чаще, чем каждые 3 часа, чтобы избежать возникновения отсроченной гипогликемии;
- Определите уровень кетонов в крови через час после введения дополнительной дозы инсулина – он должен снизиться;
- Потребляйте больше жидкости (воды);
- Если уровень кетонов крови 3 ммоль/л и более, срочно обратитесь к врачу!
Кетоны при беременности
Частой причиной для беспокойства является определение кетонов в моче у беременных женщин. Примерно у 30% беременных женщин, не страдающих сахарным диабетом, в утренней моче обнаруживаются кетоны.
Кетоны в моче при беременности могут наблюдаться, если женщина длительное время соблюдает безуглеводную диету, при отравлении, инфекционных заболеваниях, при сильном эмоциональном стрессе, гестозе. Кетоны в моче могут сигнализировать и о сахарном диабете.
Беременность – период, в который существует риск развития так называемого специфического диабета беременных или гестационного сахарного диабета. Заболевание обычно исчезает самостоятельно после родов, однако во время беременности может существенно влиять на развитие малыша. Поэтому при обнаружении кетонов в моче при беременности, в первую очередь, важно исключить сахарный диабет, в том числе и сахарный диабет 1 типа, дебют которого может совпасть с наступлением беременности.
В разные периоды беременности у женщин с сахарным диабетом 1 типа различная потребность в инсулине. Она снижена в начале беременности, а затем неуклонно растет, почти до 36-38 недель, когда становится в два раза выше, чем до возникновения беременности. Это обусловлено увеличением веса во время беременности и секрецией вырабатываемых плацентой гормонов, которые противодействуют снижению уровня глюкозы в крови.
Во время беременности, продукция кетонов в периоды инсулиновой недостаточности увеличивается, что делает более вероятным развитие кетоацидоза.
Кетоацидоз во время беременности очень опасен для мамы и для ребенка.
Необходимо регулярно контролировать уровень кетонов в крови или моче, особенно при плохом самочувствии или при заболевании, сопровождающемся повышенной температурой. Употребление «медленных углеводов» перед сном снижает риск гипогликемии в ночное время и появления «голодных кетонов».
Таким образом, уровень кетонов несомненно является важным показателем, контроль которого не требует больших усилий (определение уровня кетонов в моче или крови занимает не более 5 минут), но отвечает на многие вопросы, связанные с заболеванием. Своевременный контроль предотвращает развитие жизнеугрожающего состояния – диабетического кетоацидоза.
Материал по теме: