Кетоз и кетоацидоз. Патобиохимический и клинический аспектеты
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.
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. 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.
