Біохімічні показники обміну вуглеводів у нормі і патології. Сучасна лабораторна діагностика цукрового діабету

Вуглеводи - це великий клас сполук, що містять моносахариди (типовим прикладом може бути α- D-глкоза), ди-, оліго- й полісахариди. В організмі людини і тварин вуглеводи виконують наступні функції: –енергетичну, –захисну, –структурну, –механічну тощо. Глюкоза є найціннішою поживною речовиною для більшості клітин, особливо тканини мозку. Досить відзначити, що половина енергії, яка витрачається організмом, виділяється за рахунок окиснення глюкози.

У крові виявляються наступні вуглеводи: глюкоза, в невеликій кількості - фруктоза (концентрація її коливається в широких межах, від 2,77 до 27,75 мкмоль/л), дві пентози рибоза й дезоксирибоза (20-З0 мг/л), глікоген ( мг/л), основна кількість якого міститься у формених елементах крові, а також сліди галактози, мальтози, лактози, сахарози, манози. До визначення концентрації згаданих моно-, ди-, олігосахаридів та глікогену вдаються значно рідше. Певну діагностичну цінність має визначення продуктів їх метаболізму - молочної та піровиноградної кислот, а також активності окремих ферментів вуглеводного обміну.

ГЛЮКОЗА Нормальна концентрація глюкози в крові здорової людини (в постадсорбційному стані) складає 3,33-5,55 ммоль/л ( мг %).Цей рівень глюкоземії є життєво необхідним для нормального енергетичного обміну головного мозку і підтримується за рахунок динамічної рівноваги між фізіологічними та біохімічними процесами, що поставляють глюкозу в кров, та відповідними процесами, що зменшують її кількість у плазмі крові за рахунок надходження у клітини внутрішніх органів. Зміни концентрації глюкози в плазмі крові призводять до зсувів у біосинтезі та секреції в кров гормонів, які мають найбільше значення для регуляції процесів ферментативного контролю метаболізму глюкози, головним чином глюкагону, інсуліну, глкжортикоїдів та соматотропіну.

Процеси, що впливають на вміст глюкози в крові Процеси, що збільшують глюкоземію Резорбція глюкози в кишечнику Мобілізація глікогену печінки Глюконеогенез Процеси, що зменшують глюкоземію Окиснення глюкози в м'язах, мозку Синтез глікогену в печінці, м'язах Ліпогенез в жировій тканині Глюкоза 3,33-5,55 ммольл/л

Глюкагон. Інсулін Співвідношення глюкагон/інсулін має найбільше значення для регуляції взаємовідношення між активностями процесів глюконеогенезу та гліколізу. 1. Зменшення рівня глюкоземїі (гіпоглюкоземія, гіпоглікемія), що настає через декілька годин після останнього споживання їжі, супроводжується підвищенням рівня секреції α-клітинами острівкової частини підшлункової залози гормону глюкагону, який стимулює процеси глюконеогенезу. За рахунок активації каскадної аденілатциклазної системи в мембранах гепатоцитів глюкагон стимулює фосфороліз глікогену, що також робить свій внесок у збільшення рівня вільної глюкози.

2. Збільшення рівня глюкоземії (гіперглюкоземія, гіперглікемія) стимулює секрецію β-клітинами підшлункової залози гормону інсуліну, який підвищує ступінь проникності плазматичних мембран багатьох клітин для глюкози (окрім головного мозку), сприяючи їх внутрішньоклітинному метаболізму. Інсулін зменшує швидкість синтезу ферментів глюконеогенезу в печінці та, навпаки, стимулює синтез ключових регуляторних ферментів гліколізу гексокінази, фосфофруктокінази, піруваткінази, переводячи, таким чином, обмін глюкози з глюкогенного на гліколітичний шлях. Крім того, інсулін стимулює синтез у печінці та м'язах глікогену, що також є метаболічним процесом, спрямованим на зменшення концентрації вільної глюкози.

Інші регуляторні гормони Адреналінгормон мозкової частини надниркових залоз, збільшення секреції якого призводить до підвищення вмісту глюкози в крові за рахунок стимуляції фосфоролізу глікогену в м'язах та частково в печінці, що, через Г-6-Ф-азну реакцію, супроводжується гіперглюкоземією. Глюкокортикоїди, основним представником яких є кортизол, стимулюють глюконеогенез (і, відповідно, підвищують рівень глюкоземії при тривалому вве­денні в організм) за рахунок стимуляції синтезу в печінці ферментів глюконео­генезу головним чином ФЕП-кінази, та ферментів, що перетворюють у субст­рати глюконеогенезу деякі глюкогенні амінокислоти (серии, тирозин, триптофан). Соматотропін гормон аденогіпофіза, що, подібно до інсуліну, збільшує проникність плазматичних мембран клітин м'язової та жирової тканини для глюкози, але, на відміну від інсуліну, активує глюконеогенез в печінці.

Динаміка концентрації глюкози в крові після її в/в уведення

Клінічне значення дослідження вмісту глюкози Вміст глюкози в крові, що становить 6,27,7 ммоль/л, характеризує стан гіперглікемії. Зниження вмісту глюкози до 2,7 3,0 ммоль/л вважається гіпоглікемією; Подальший спад його до 2,12,4 ммоль/л призводить до гіпоглікемічної коми.

Гіперглікемії Гіперглікемії можуть бути панкреатичного і позапанкреатичного походження. Панкреатичні гіперглікемії зустрічаються: –при цукровому діабеті, –бронзовому діабеті, –гострих і хронічних ураженнях підшлункової залози запальним, некротичним або циротичним процесом. Позапанкреатичні гіперглікемії бувають аліментарними, нервовими, печінковими, гормональними (за винятком підшлункової залози).

Всмоктування значної кількості глюкози з кишечника в кров призводить до так званої харчової, або аліментарної, гіперглікемії. Аліментарна гіперглікемія фізіологічне явище, яке зв'язане з прийманням їжі, багатої на вуглеводи, які всмок­ туються у вигляді моносахаридів. Велике навантаження спричи­няє швидке поповнення глікогенного резерву печінки і надлишок глюкози надходить у кров, що викликає гіперглікемію. Перевищення ниркового порогу при цьому може зумовити глюкозурію. Аліментарна гіперглікемія і глюкозурія явища, які швидко проходять. Емоційна гіперглікемія. Збудження, що. виникає в корі головного мозку, надходить у довгастий мозок, а звідти по гілці симпатичного нерва до мозкової частини надниркових залоз, що призводить до посиленого виділення адреналіну, який сприяє розщепленню глікогену в печінці на глюкозу настає так звана психічна, або емоціональна, гіперглікемія.

При токсикозі, мозкових травмах та деяких інфекційних захворюваннях можуть спостерігатись явища гіперглікемії як результат подразнення центральної нервової системи. Спостерігається гіперглікемія при високій температурі, шокових станах, менінгіті, енцефаліті та деяких інших збудженнях і подразненнях центральної нервової системи. Гіперфункція мозкової частини надниркових залоз, гіперадреналінемія також призводять до гіперглікемії. При гіпофункції острівців Лангерганса підшлункової залози змінюється співвідношення інсуліну до адреналіну в бік переважання адреналіну. При цьому настає гіперглікемія.

Гіперфункція кіркової частини надниркових залоз, що супроводиться збільшенням у крові кількості глюкокортикоїдів, спричиняє посилене перетворення білків у вуглеводи, внаслідок чого збільшується кількість цукру в крові. Через те що адренокортикотропний гормон (АКТГ) викликає підвищене виділення глюкокортикоїдів кори надниркових залоз, вплив цих гормонів не можна розглядати ізольовано, а лише в поєднанні з дією гормонів кори надниркових залоз. Дія вказаних гормонів полягає, з одного боку, в гальмуванні використання цукру тканинами, з другого в посиленому перетворенні білків у глюкозу. Все це зумовлює гіперглікемію. Сповільнене втягнення в обмін глюкози при наркозі, запаленнях, септичних захворюваннях і токсичних ураженнях викликає гіперглікемію внаслідок порушення функції ферментативних систем.

Оральний тест толерантності до глюкози (цукрове навантаження) Це активна проба, яка служить для остаточного діагностування цукрового діабету. Покази до проведення тесту: –Граничні значення глікемії натще або після вживання їжі –Глюкозурія –Обмежена глюкозурія у вагітних –Вагітні, які попередньо народжували великі плоди (>4 кг) або мали викидні.

Підготовка до тестування Щонайменше за 3 дні до визначення пацієнт повинен дотримуватися своєї нормальної дієти та нормальної фізичної активності. Необхідно відзначити вживання ліків та інших фармакологічних препаратів. Якщо можливо, то ліки, які можуть впливати на рівень глюкози в крові, необхідно припинити вживати в період часу, що передує тестуванню (цей період повинен становити щонайменше п'яти періодам півжиття даного фармакологічного препарату). Необхідно припинити куріння, особливо в дні виконання тестування. Тест необхідно виконувати вранці після нічного голодування протягом год. Під час голодування, яке передує тестуванню, пацієнт може вживати невелику кількість води або несолодкого чаю (пиття кави заборонене).

Методика виконання тесту 1. Під час виконання дослідження пацієнт повинен комфортно сидіти. 2. Необхідно відібрати натще капілярну або венозну кров (час 0). Протягом наступних 5 хв необхідно дати випити дорослим 75 г безводної глюкози (82,5 г моногідрату глюкози) в об'ємі близько 300 мл води, Дітям надається 1,75 г/кг ваги глюкози (але не більше 75 г). 3. Наступні проби крові необхідно відбирати кожні 30 хв протягом періоду 2 год. Проба крові, взята через 2 год від часу надання глюкози, є останньою пробою крові під час виконання тесту

Інтерпретація орального тесту толерантності до глюкози Рівень глюкози (ммоль/л) Венозна кровКапілярна кров плазмацільна кров Цукровий діабет Глікемія натще > 8> 7 Показник на 120-й хв. тестування > 11> 10> 11 Порушення толерант- ності до глюкози Глікемія натще < 8< 7 Показник на 120-й хв. тестування >8<11>7<10>8<11

ОТТГ при цукровому діабеті Значення рівня глюкози в плазмі крові, встановлене на 120-й хв тестування та в одній з інших часових точок, що рівне або вище за 11,0 ммоль/л, свідчить про наявність ЦД навіть у пацієнтів, які не мають проявів захворювання. Якщо концентрація глюкози є рівною або вищою за 11,0 ммоль/л лише після 2 годинного тестування при значенні натще 8,0 ммоль/л, то визначення необхідно повторити через 6 тижнів. Повторне отримання такого самого результату тесту (рівень глюкози через 2 год > 11,0 ммоль/л ) свідчить про наявність діабету.

Інтерпретація ОТТГ

Гіперглікемічна кома Гіперглікемічна кома спостерігається при високих показниках глюкози крові (до мг%, або 16, ммоль/л і вище). Головною причиною коми є порушення перебігу ферментативних реакцій і накопичення недоокиснених продуктів.

Гіпоглікемії Гіпоглікемії також можуть бути спричинені рядом факторів: Порушення перетравлювання і всмоктування вуглеводів; Порушення процесів глікогенолізу та гліконеогенезу; Посилене розщеплення глюкози в тканинах; Посилене виведення глюкози через нирки.

Зниження кількості глюкози в крові (гіпоглікемія) виявляється при тривалому голодуванні або підвищеному фізичному навантаженні, коли запаси глікогену в печінці різко зменшуються і в тканинах посилено розщеплюється глюкоза. Гіпоглікемія спостерігається при мікседемі (гіпофункція щитовидної залози), бронзовій хворобі (гіпофункція надниркових залоз), а також при гіпофункції передньої частки гіпофіза. В усіх випадках вміст глюкози в крові становить менше 3,3 ммоль/л (80 мг%). Гіпоглікемія буває також при порушенні функції нирок внаслідок порушення всмоктування глюкози з первинної сечі у ниркових канальцях.

Схильність до гіпоглікемії внаслідок непереносимості деяких видів цукрів може бути наслідком порушення перетравлювання і всмоктування здебільшого дисахаридів. Це переважно спадкові захворювання, при яких не синтезуються ферменти слизової оболонки кишок (тобто ензимопатії), проте подібну картину дає й інгібування ферментів. Найчастіше зустрічається непереносимость сахарози, лактози, мальтози та ізомальтози, що супроводжується посиленням бродіння і збільшенням вмісту молочної кислоти в кишках. Однак подібну симптоматику можна спостерігати при ахілії (ахлоргідрії) шлунка. Порушення перетравлювання і резорбції вуглеводів трапляються при захворюваннях підшлункової залози, дефіциті панкреатичної амілази, а також тяжкому лямбліозі. Різке обмеження всмоктування вуглеводів при ентероколіті, диспепсії, невтримному блюванні, проносі тощо супроводжується вичерпанням депо вуглеводів і може супроводжуватись гіпоглікемією.

Гіпоглікемічна кома може розвиватися при різних рівнях глюкози в крові, але основною причиною її розвитку є недостатнє надходження глюкози до клітин й тканин, насамперед до центральної нервової системи. Вміст глюкози в крові - у межах норми або знижений, проте іноді спостерігається виділення кетонових тіл як результат гіперглікемії.

Глюкозурії Глюкозурії можуть бути наслідками гіперглікемії. Крім того, зустрічаються ниркові глюкозурії первинні та вторинні. При цукровому діабеті порушується обмін речовин, переважно з порушенням обміну вуглеводів. В основі лежить інсулінова недостатність, як абсолютна, так і відносна. Це веде до накопичення глюкози в крові гіперглікемії, а при перевищенні ниркового порога й до глюкозурії.

Причини глюкозурій Серед причин, які призводять до появи цукру в сечі, необхідно відзначити: –1) гіперглікемії, вміст яких перевищує нирковий поріг; –2) захворювання нирок, що зв'язані з порушенням реабсорбції глюкози у ниркових Канальцях; –3) появу в крові незвичайного цукру з низьким нирковим кліренсом. Нирковий поріг величина індивідуальна, у дітей вона коливається в межах мг%, у дорослих 8-10 ммоль/л( мг%). Нирковий поріг і зв'язана з ним глюкозурія змінюються при деяких впливах. При захворюваннях нирок типу гострих нефритів, ураженні тубулярного апарата, отруєнні флоридзином, жовтяниці та інших захворюваннях нирковий поріг знижується. При хронічних ниркових захворюваннях, діабеті, введенні пітуїтрину, паратгормона, адреналіну він підвищується.

Види глюкозурій Розрізняють три види глюкозурій: –1) зв'язані з інсулярним апаратом підшлункової залози (панкреатогенні); –2) неінсулярні, позапанкреатичні (екстраінсулярні); –3) зв'язані із захворюванням нирок (ренальні).

Панкреатичні глюкозурії Панкреатичні (інсулярні) глюкозурії зумовлюються порушенням функції інсулярного апарата підшлункової залози з недостатнім утворенням інсуліну. При цукровому діабеті у зв'язку з недостатністю інсуліну порушується утворення глікогену з глюкози, що призводить до гіперглікемії і глюкозурії (при перевищенні ниркового порогу).

Позапанкреатичні глюкозурії До позапанкреатичних треба віднести глюкозурії, які мають місце при ураженні інших залоз внутрішньої секреції, центральної нервової системи, а також аліментарну глюкозурію. Серед глюкозурій центральнонервового походження необхідно виділити ті, які зв'язані з функціональним збудженням центральної нервової системи та симпатичного відділу вегетативної нервової системи. Вони, очевидно, спричиняються рефлекторним посилен­ням розкладу глікогену в печінці. Токсичні, механічні та інші подразнення центральної нервової системи також зумовлюють гіперглікемію. Спостерігають гіперглікемію і глюкозурію при енцефалітах, менінгітах, токсикозах, черепних травмах, пухлинах головного мозку, внутрішньочерепних крововиливах, гарячкових станах та деяких видах отруєння.

Серед ендокринних глюкозурій треба відзначити глюкозурії, які зв'язані з гіперфункцією надниркових залоз (мозкової речовини і менше кори), гіпофіза та щитовидної залози. Гіперфункція щитовидної залози (тиреотоксикоз) у 2535% хворих супроводиться глюкозурією. Введення адреналіну спричи­няє адреналінову глюкозурію; глюкозурія спостерігається також при пухлинах надниркових залоз феохромоцитомі, гіпернефромі. Пухлини задньої частки гіпофіза, гіперпітуїтризм у 2540% хворих також супроводяться глюкозурією. Випадки цукрового діабету, які не піддаються лікуванню інсуліном, очевидно, зв'язані з ендокринними порушеннями з боку гіпофіза та інших залоз внутрішньої секреції.

Можлива поява глюкозурії при захворюваннях печінки печінкові глюкозурії. Вони зв'язані з недостатністю глікогенутворювальної функції печінки. Часто характерною ознакою бронзового цирозу печінки є глюкозурія. Значну групу становлять ренальні (ниркові) глюкозурії, серед яких виділяють первинні і вторинні. Первинна ренальна глюкозурія, зв'язана з аномаліями реабсорбції глюкози у ниркових канальцях, називається ренальним діабетом. Метаболізм вуглеводів при цьому не порушений, але значно знижений нирковий поріг (25125 мг%). При ренальному діабеті з сечею постійно виділяється глюкоза. В той же час рівень цукру в крові залишається в нормі. Вторинні ренальні глюкозурії зумовлені патологією нирок. Вони супроводжують нефрити, нефрози, нефросклерози. При цьому в сечі, як правило, містяться білки, еритроцити, лейкоцити..

Цукровий діабет Цукровий діабет ендокринна хвороба, щохарактеризується генетично детермінованим абсолютним або відносним дефіцитом гормону підшлункової залози інсуліну. В основі розвитку цукрового діабету лежить зниження продукції інсуліну в β-клітинах острівкового (інсулярного) апарату підшлункової залози або нездатність відповідних клітинних рецепторів реагувати на інсулін. Відповідно до зазначеного розрізняють: - інсулінозалежпий цукровий діабет (ІЗЦД), який розвивається внаслідок руйнування значної' кількості (звичайно більше 90 %) секретуючих інсулін β-клітин. Причиною деструкції β-клітин є генетичне зумовлений автоімунний процес. ІЗЦД складає % всіх випадків цукрового діабету і проявляється гіперглікемією та схильністю до кетонемії та кетоацидозу. Ця форма цукрового діабету розвивається звичайно в ранньому віці (до 30 років), найчастіше у дітей та підлітків; - інсулінонезалежний цукровий діабет (ІНЗЦД) форма цукрового діабету, за якого у більшості хворих зберігаються β-клітини в інсулярній частині підшлункової залози, але порушені специфічні реакції клітин на дію інсуліну або регуляція його секреції під впливом збільшеної концентрації глюкози крові. ІНЗЦЦ розвивається звичайно у дорослих (старше 30 років) та осіб похилого віку і проявляється гіперглікемією та ожирінням.

Визначення інсуліну Цей тест є зайвим для діагностування цукрового діабету. Однак, він використовується для виявлення інсуліноми (пухлини підшлункової залози). Діагностика інсуліноми базується на виявленні підвищеного рівня інсуліну стосовно до рівня глюкози, визначеного натще, у відповідності до рівняння: Значення I/G понад 30 вказує на наявність інсуліноми. проте діагностування інсуліноми не повинне здійснюватися виключно на підставі виявлення підвищеного рівня інсуліну в плазмі крові.

Визначення С-пептиду С-пептид є показником секреції ендогенного (власного) інсуліну, тобто показує роботу бета-клітин підшлункової залози. Аналіз на С-пептид дає інформацію навіть при введенні екзогенного інсуліну і за наявності антитіл до інсуліну – на відміну від аналізу на Інсулін. Це має велике значення при обстеженні хворих на цукровий діабет І типу. Аналіз на С-пептид дозволяє оцінити правильність підібраної схеми інсулінотерапії – при нестачі інсуліну показники С-пептиду будуть значно знижені. Аналіз на С-пептид призначається в кількох випадках: при необхідності диференціації першого і другого типів цукрового діабету, для визначення правильності підбору інсулінотерапії, при підозрі на інсулін, контроль за станом організму при захворюваннях печінки та після видалення підшлункової залози. Підвищений вміст С-пептиду буде спостерігатися при Інсулінонезалежному цукровому діабеті, нирковій недостатності, прийомі гормональних препаратів (у тому числі і гормональних протизаплідних засобів), при інсуліномі, при гіпертрофії бета- клітин. Знижений вміст С-пептиду характерний для інсулінозалежного цукрового діабету, при гіпоглікемії (у тому числі, алкогольній), у стресовому стані. У нормі рівень С-пептиду дорівнює 0,5 – 2,0 мкг / л. Аналіз проводиться натще, тобто на пустий шлунок, після 12-ти годинної перерви у прийнятті їжі, дозволяється тільки пиття води.

Глікований гемоглобін Обєктивним сталим показником стану компенсації ЦД є глікозильований (глікований) гемоглобін (або глікогемоглобін, або НbА1 – тест). Це тест ретроспективної оцінки рівня глікемії. Гемоглобін та інші білки зєднуються з глюкозою в процесі повільної неферментативної реакції, яка залежить від концентрації глюкози в позаклітинній рідині. Чим більше глюкози міститься в крові, тим більше глікозильованого гемоглобіну накопичується в еритроцитах. Тест визначення глікозильованого гемоглобіну відображає середній рівень вмісту глюкози в крові за період життя еритроцитів за останні 2-3 місяці, протягом яких відбувається взаємодія гемоглобіну і глюкози. У нормі вміст НbА1с у крові становить 5-7% від загального рівня гемоглобіну. НbА1с є найважливішою підгрупою фракції гемоглобіну (НbА1), яка складається з трьох компонентів (НbА1а + в + с). Рівні глікозильованого НbА1 у крові на 1,5-2% вищі за НbА1с.

Ліпіди при цукровому діабеті Гіперліпідемія при цукровому діабеті є метаболічним порушенням, яке виявляється головним чином при ЦД II типу. Найчастіше зустрічається гіперліпідемія IV типу. Гіперліпідемія при ЦДі II типу звичайно супроводжується іншими порушеннями, такими як гіпертонія та ожиріння. Цей патологічний синдром суттєво підвищує ризик появи серцево-судинних захворювань. Гіперліпідемія при ЦД І типу зустрічається відносно рідко. Однак дуже високі рівні тригліцеридів можуть виявлятися під час стану кетоацидозу, як наслідок дефіциту інсуліну.

Протеїнурівя та альбумінурія Протеїнурія є проявом розвитку діабетичної нефропатії. Це ускладнення визначається клінічно (за умов відсутності інших відомих причин), як наявність протеїнурії, яка може визначатися за допомогою тесту Albustix (поріг чутливості мг/л) і становить щонайменше 0,5 г/24 год. В цих випадках необхідно визначити виділення білків з сечею протягом доби. Відомі й більш сучасні показники розвитку діабетичної нефропатії. В розвитку діабетичної нефропатії існує період посиленого виділення невеликої кількості альбуміну, коли не вдається виявити протеїнурію за допомогою тесту Albustix. Цей синдром названий мікроальбумінурією. Мікроальбумінурія характеризується як виділення альбуміну, що перевищує 20 мкг/хв в загальному зборі сечі (необхідно точно наводити час збирання сечі). Вибіркові дослідження можна також здійснити, беручи для визначення ранковий збір сечі і визначаючи виділення. Мікроальбумінурія вказує при ЦД II типу на можливість підвищення в майбутньому смертності через серцево-судинні ускладнення. Необхідно пам'ятати, що пацієнт з ЦД II типу та протеїнурією може мати захворювання нирок, відмінне від діабетичної нефропатії. Причину захворювання нирок можна встановити лише на підставі біопсії нирок.

Лабораторні методи контролю глікемії Глюкоза в сечі: відображає середній рівень глюкози в крові під час збирання сечі в міхур. Кетонові сполуки: кетонурія може вказувати на загрозу кетоацидозу та свідчити про необхідність лікування інсуліном. Глюкоза в крові : відображає стан глікемії під час виконання дослідження. Рівень глюкози в крові може змінюватися досить швидко, особливо у хворих на ЦД І типу. Добовий профіль глюкози/моніторинг рівня глюкози вдома. 3-9 визначень рівня глюкози в крові протягом доби здійснюється в лікарні чи пацієнтом вдома. Найкращий метод, що дозволяє підібрати правильну дозу та тип інсуліну для введення пацієнту. Глікогемоглобін/фруктозамін. Обєктивні показники, які характеризують ретроспективний перебіг глікемії (відображає ретроспективний середній рівень глюкози в крові).