Кетоз и кетоацидоз. Патобиохимический и клинический аспект
1301
Лукьянчиков В.С.

Избыток массы тела и ожирение представляют одну из самых актуальных медико–социальных проблем современности. Это наиболее значимые факторы риска, вернее причина сердечно–сосудистой патологии, сахарного диабета и ряда других болезней и синдромов. Острота этой проблемы повсеместно нарастает в связи с общей тенденцией к старению населения, а во многих странах еще из–за низкого уровня жизни, что, как известно, негативно влияет на структуру питания и способствует ожирению. С точки зрения главных медицинских требований – безопасности и эффективности – наиболее приемлемым методом борьбы с ожирением является ограничение приема пищи . В этом плане лучшие результаты дает низкокалорийная белковосберегающая диета с энергетической ценностью порядка 800 ккал за сутки и содержанием белка не меньше 50 г [2,8]. Однако некоторые исследователи просматривают связь подобных диет с определенными нежелательными и даже опасными последствиями, такими как гипогликемия, гиперурикемия, гиперлипидемия, кардиоаритмия, желчекаменная болезнь, остеопороз и др. [3,5,9,11]. Среди этих последствий едва ли не самую большую тревогу врачей и пациентов вызывает кетоз (очевидно, по ассоциации с диабетической кетоацидотической комой). Определение, биохимия и патобиохимия кетоза Кетоновые тела – группа органических соединений, являющихся промежуточными продуктами энергетического обмена, т.е. метаболизма жиров, белков и углеводов. Термином кетоновые тела обозначают три соединения: ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат). ? –гидроксимасляную кислоту ( ? –гидроксибутират) и ацетон [1]. Образование кетоновых тел, или кетогенез, является физиологическим процессом, иными словами непременной частью энергетического обмена. В процессе этого обмена происходит «сгорание» и взаимотрансформация углеводов, жиров, белков и других энергосубстратов с образованием энергии, которая либо превращается в тепло, с целью поддержания оптимальной температуры тела, либо аккумулируется в виде АМФ, АДФ и АТФ. Эти соединения в качестве энергетических аккумуляторов имеют малую емкость, поскольку расположены внутри клеток, к тому же непрерывно расходуются на обеспечение клеточной жизни. Более того, синтез этих энергоносителей требует больше энергии, чем та, которая запасена в них. Поэтому реальными энергетическими резервами организма служат гликоген, жировая ткань и белковые структуры. Биологическая целесообразность отводит гликогену последнее место в рейтинге запасных энергосубстратов. Во–первых, потому, что в организме гликоген никаких других функций, кроме энергетических, не имеет. Во–вторых, гликоген трудно стабилизировать, т.е. сохранять в живой ткани, причем для хранения требуется большое количество воды, что сильно снижает энергоемкость гликогена, и без того меньшую, чем у белка и жира. Очевидно, по этим причинам запасы гликогена у человека невелики, составляя примерно 500–700 г. Энергетический эквивалент этих запасов составляет 2–3 тыс. ккал, что не покрывает даже суточную энергетическую потребность человека. Наибольшим энергетическим потенциалом обладают белки тела. У взрослого человека их общая масса достигает 35–40 кг, что эквивалентно 150–170 тыс. ккал. Но по понятным причинам использовать в качестве энергоисточника собственные белки крайне нежелательно. В итоге самым оптимальным способом сохранения запаса энергии является синтез и отложение жира . По всей видимости, именно в этом кроется главная причина склонности людей к ожирению и его большой распространенности. Количество жировой ткани у взрослого человека – очень вариабельная и сугубо индивидуальная характеристика. По приблизительным подсчетам масса жировой ткани у человека средней упитанности составляет 15–18 кг. С учетом высокой энергоемкости (9 ккал на 1 г), общая энергетическая ценность этого количества жира практически не уступает энергоемкости белков тела. При этом жировая ткань выполняет в организме множество других важных функций: синтез и метаболизм гормонов и биоактивных субстанций, теплопродукция, изоляция и сохранение тепла, придание эластичности мягким тканям, фиксация органов, и многое другое. Таким образом, у человека есть веские основания заботиться о поддержании жировых запасов. И не случайно система регуляции энергетического обмена в большей мере ориентирована на создание запасов жира, чем на их растрату. Такой приоритет является второй существенной причиной большой частоты ожирения и того, почему с ожирением так трудно бороться. Принципиальная схема энергетического обмена, в том числе образование кетоновых тел, представлена на рисунке 1. Основные регуляторы энергообмена приведены в таблице 1. Анализируя схему и таблицу следует выделить два ключевых момента. Во–первых, энергообмен условно разделяют на анаболическую фазу (синтез жира и гликогена) и катаболическую фазу (гликолиз – окисление жирных кислот, мобилизация и дезаминирование аминокислот). При этом главным стимулятором анаболической части обмена является инсулин, в то время как катаболические процессы усиливают многочисленные контринсулярные гормоны. Во–вторых, ключевым субстратом энергетического обмена и одновременно исходной субстанцией для синтеза кетокислот служит ацетил–КоА. Именно содержание ацетил–КоА определяет направление клеточного метаболизма в данный момент , а именно – будет происходить синтез и накопление гликогена, жира и синтез белков или, напротив, будут расходоваться ранее накопленные энергозапасы. А это, в первую очередь, зависит от количества пищи, поступающей в организм. Если пищи много и ее количество превышает текущие энерготраты, часть пищевых энергоносителей преобразуется преимущественно в жир, так как запасы гликогена, как уже отмечалось, невелики, и эта «кладовая» быстро наполняется. Если пищи мало или ее нет, организм восполняет дефицит, расходуя ранее сделанные запасы – сначала гликоген, затем жир. Известно, что некоторые ткани и органы, в частности, корковое вещество почек, эритроциты и, что особенно важно, мозг используют в качестве источника энергии только углеводы (точнее, глюкозу). В сутки для этого требуется около 200 г глюкозы, которую организм получает путем расщепления гликогена. Правда, при распаде 100 г жировой ткани тоже выделяется около 10 г глицерина, но этого слишком мало. В результате липолиз и ? –окисление продуктов распада жира, являющиеся основным источником энергии в условиях недостатка пищи, не в состоянии обеспечить энергией ряд важнейших структур организма. Для решения этой задачи есть два альтернативных способа. Во–первых, глюконеогенез, т.е. эндогенный синтез гликогена. Во–вторых, синтез кетокислот, которые успешно усваиваются мозгом и другими тканями с ограниченными метаболическими возможностями и тем самым служат заменой глюкозе. Напомним, что кетокислоты – это продукт метаболизма ацетил–КоА, который при дефиците пищи образуется либо из собственных белков, либо из жира. Из двух названных эндогенных источников энергоснабжения мозга предпочтительным является кетогенез. Дело в том, для что глюконеогенеза необходима аминокислота аланин, которую в условиях дефицита пищи организм получает только за счет разрушения собственных белков, осуществляемого глюкокортикоидными гормонами надпочечников (табл. 1). Поэтому вполне закономерно, а правильнее сказать, в соответствии с законом биологической целесообразности энергообмен при дефиците пищи сопровождается усиленным образованием кетокислот и повышением их концентрации в крови, т.е. кетозом. Оздоравливайтесь с целебными ягодами годжи ehealthydietplan будьте всегда в хорошем настроении и дарите радость окружающим! Нужно заметить, что эти метаболические события не только целесообразны, но даже предпочтительны для организма, и при этом рационально организованы. Накапливаясь в крови, кетокислоты подавляют секрецию и специфическую активность глюкокортикоидов [10], тем самым препятствуя протеолизу, т.е. разрушению структурных белков организма. Наряду с этим кетоз угнетает секрецию и действие глюкагона [1,6], основного стимулятора глюконеогенеза и кетогенеза. Таким образом, сдерживая протеолиз и глюконеогенез, кетокислоты сберегают структурные белки организма, а подавляя глюкагон, предотвращают чрезмерное образование и опасное накопление в крови кетоновых тел. К сожалению, интенсивность кетогенеза и скорость поглощения кетокислот тканями – величины крайне вариабельные, индивидуальные, не поддающиеся прогнозу и количественной оценке. Дополнительно затрудняет оценку кетоза то, что главная из трех кетокислот, а именно ? –гидроксибутират, синтезируется как из ацетоацетата, так и непосредственно из ацетил–КоА (рис. 1). Между тем применяемыйв клинике нитропруссидный метод определения кетокислот выявляет только ацетоацетат, причем когда его концентрация достигает 2,5–3 ммоль/л. Очевидно, поэтому нет четких лабораторных критериев верхней границы нормального содержания кетокислот в крови, т.е. физиологического кетоза, который является компенсаторно–приспособительной реакцией, призванной устранить недостаток глюкозы, необходимой для питания мозга. По этой же причине в клинической практике термины кетоз и кетоацидоз нередко отождествляют, что, конечно же, неправильно. Ацидоз, в том числе кетоацидоз, это однозначно патологическое состояние, а именно форма нарушения кислотно–щелочного состояния организма, когда происходит сдвиг соотношения между анионами кислот и катионами оснований в сторону увеличения анионов [7]. По определению ацидоз – лабораторный термин. Его лабораторными критериями служат рН крови ниже 7,35 и концентрация стандартного бикарбоната сыворотки крови менее 21 ммоль /л. Для верификации метаболического ацидоза , к которому относится кетоацидоз, используют показатель анионной разницы [1,7]. В норме анионная разница сыворотки крови не превышает 14 ммоль/л, а при кетоацидозе увеличивается до 15–20 ммоль/л. Таким образом, усиленный кетогенез и умеренный кетоз, сопровождающие длительное голодание или хроническое недоедание, изначально представляют собой не патологическое расстройство энергетического обмена, а компенсаторно–приспособительную реакцию. Вместе с тем нельзя не признать, что в клинической практике известно много случаев, когда чрезмерно выраженные компенсаторные реакции пробретают вполне патологический характер, превращаясь в так называемые болезни адаптации. Применительно к обсуждаемой проблеме такая возможность рассмотрена ниже. Клинические формы кетоза и кетоацидоза С учетом компенсаторно–приспособительной роли кетогенеза, очевидно, имеется множество клинических ситуаций, которые могут сопровождаться развитием кетоза и кетоацидоза. Наиболее частые из них, иными словами, этиологическая классификация кетоза и кетоацидоза с оценкой вероятности перехода кетоза в кетоацидоз представлена в таблице 2. Самой частой причиной кетоза и кетоацидоза является декомпенсация сахарного диабета 1 типа . Усиленный кетогенез в этом случае обусловлен, с одной стороны, дефицитом инсулина, с другой, избытком контринсулярных гормонов: глюкагона, катехоламинов, кортизола и гормона роста (СТГ). Как уже отмечалось, контринсулярные гормоны активизируют в основном катаболическую часть энергообмена, поэтому в условиях недостатка инсулина усиливается гликолиз, гликогенолиз, глюконеогенез и липолиз. Массивный липолиз сопровождается ростом в крови уровня свободных жирных кислот (СЖК), из которых в печени под действием глюкагона в избытке синтезируются кетоновые кислоты. А так как при недостатке инсулина замедляются все анаболические процессы, в том числе утилизация кетокислот, последние накапливаются в крови с неизбежным развитием метаболического ацидоза, т.е. кетоацидоза (рис. 2). Кетоз, тем более кетоацидоз при сахарном диабете 2 типа – явление редкое, так как при этом типе диабета нет дефицита инсулина. Правильнее сказать, имеется относительная инсулиновая недостаточность, что подразумевает ослабленное действие инсулина в органах и тканях. При этом надо принять во внимание, что действие инсулина на жировую ткань в десятки раз сильнее, чем на другие ткани, поэтому при декомпенсации сахарного диабета 2 типа происходит (в основном) рост гликемии, а липолиз и кетогенез почти не усиливаются [1]. Вместе с тем, если декомпенсация сахарного диабета 2 типа протекает на фоне кетогенных факторов или условий (табл. 2), кетоз и даже кетоацидоз вполне вероятны. Гиперпродукция кетокислот и кетоацидоз при хронической алкогольной интоксикации, точнее, спустя 1–2 дня после чрезмерного потребления спиртного – явления настолько частые, что принят даже специальный термин «алкогольный кетоацидоз». Метаболизм этанола в организме осуществляет печеночный фермент алкогольдегидрогеназа. Этот фермент превращает этанол в ацетальдегид, который, в свою очередь, активизирует образование НАД –Н, а последний способствует синтезу ацетоацетата и особенно ? –гидроксибутирата. Еще одним последствием алкогольной интоксикации является торможение глюконеогенеза и снижение уровня глюкозы в крови. Гипогликемия стимулирует липолиз, что также способствует усиленному кетогенезу. Кроме того, для абстинентого синдрома характерна дегидратация, которая также способствует развитию кетоацидоза. В отличие от кетоацидоза другой природы пациенты с алкогольным кетоацидозом обычно пребывают в сопорозном состоянии. При этом вследствие преимущественного образования. ? –гидроксибутирата, нитропруссидный тест определения кетокислот у них обычно дает отрицательный результат. Все это сильно затрудняет диагностику алкогольного кетоацидоза. Кетоз при длительной рвоте, недоедании или голодании представляет классический компенсаторный процесс, призванный восполнить энергетический дефицит, точнее, недостаток углеводов, за счет альтернативных энергосубстратов – кетокислот. Этот механизм обсуждался выше. Здесь уместно повторить, что кетокислоты тормозят собственную продукцию по принципу аллостерического механизма, поэтому их чрезмерное накопление и развитие кетоацидоза в этой ситуации маловероятно. Вместе с тем, если при токсикозе беременности или неукротимой рвоте другой природы возникает тяжелая дегидратация, то кетоацидоз возможен [4]. Патогенез кетоза при тиреотоксикозе, избытке глюкокортикоидов или дефиците ферментов глюконеогенеза,в сущности, аналогичен уже рассмотренным механизмам гиперпродукции кетокислот вследствие избытка контринсулярных гормонов или из–за дефицита эндогенного синтеза глюкозы. Интерес к кетогенным диетам не ослабевает, т.к. именно кетоз является наиболее эффективным механизмом катаболизма жировой ткани. Учитывая популярность диетотерапии и одновременно острую проблему ожирения, Европарламент поручил своей комиссии по безопасности продуктов питания рассмотреть наиболее популярные и научно обоснованные диеты на территории Европы. Была сформирована группа из 18 ученых, представляющих 12 европейских стран. Эта группа всесторонне рассмотрела около 15 низкокалорийных диет (НКД) с точки зрения безопасности использования, показаний, абсолютных и относительных противопоказаний, побочных эффектов, осложнений и другие аспекты [12]. Три главы из этого доклада были посвящены кетозу; кетоз и катаболизм белка при использовании НКД (6.4), кетоз и баланс кальция при НКД (6.5) и кетоз и гиперурикемия при НКД (глава 6.6). В сентябре 2002 года экспертный доклад был одобрен на заседании комиссии Европарламента [12]. В отчете указано, что несмотря на очевидные противопоказания, большинство диет распространяется через продуктовые универмаги или аптеки. Четыре диеты распространяются через медицинских консультантов, а одна используется только под медицинским наблюдением. Выписать эту низкокалорийную диету может только врач. Этой диетой является французская Insudiet – в Европе более известная, как Евродиета [13,14]. По заявлению производителей, первые две фазы этой диеты являются кетогенными, следовательно, диета не должна сопровождаться чувством голода и должна быть достаточно эффективной. Как любая медицинская технология, процедура либо лекарственное средство, любая методика избавления от лишнего веса должна проходить регистрацию, сертификацию и клинические испытания на территории Российской Федерации. В отделении клинической диагностики и профилактики алиментарных нарушений Клиники лечебного питания ГУ НИИ питания РАМН летом 2003 года были проведены клинические испытания высокобелковых продуктов «Евродиета ® » по методу «Евродиета ® », производства компании «Евродиета ® », Франция [15]. Клинический анализ мочи пациентов подтвердил появление кетоновых тел на фоне проводимой диетотерапии, что подтверждает механизм снижения массы тела за счет липолиза на фоне приема гипокалорийных высокобелковых продуктов «Евродиеты ® ». Образовавшиеся кетоновые тела, воздействуя на центр голода, способствуют проявлению их двойного действия. Анорексигенное действие заключалось в том, что кетоновые тела, помимо стимулирования центра насыщения в гипоталамусе, вызывали эффект физиологического подавления аппетита. Кетоновые тела обеспечивают около 80% всей потребности мозга в энергии и обладают психотоническими свойствами в виде антидепрессивного эффекта. В заключение нужно еще раз подчеркнуть, что кетоз – явление изначально компенсаторное, значит – физиологическое. Обычно при голодании или гипокалорийной диете кетоз опасности не представляет, т.к. не достигает степени кетоацидоза. Такое развитие кетоза возможно только в результате действия дополнительных кетогенных факторов, например, дегидратации или алкогольной интоксикации. Точное соблюдение условий диетотерапии в сочетании с квалифицированным лабораторным и врачебным мониторингом гарантируют безопасность гипокалорийной диеты, по крайней мере, в отношении кетоацидоза.