Metabolisme karbohidrat

Karbohidrat merupakan sumber energi utama: 1 g karbohidrat, bila dipecah sempurna, akan melepaskan 16,7 kJ (4 kkal). Selain itu, karbohidrat dalam bentuk mukopolisakarida merupakan bagian dari jaringan ikat, dan dalam bentuk senyawa kompleks (glikoprotein, lipopolisakarida) merupakan elemen struktural sel, serta komponen beberapa zat biologis aktif (enzim, hormon, badan imun, dll.).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Karbohidrat dalam makanan

Proporsi karbohidrat dalam makanan anak-anak sangat bergantung pada usia. Pada anak-anak di tahun pertama kehidupan, kandungan karbohidrat yang menyediakan kebutuhan energi adalah 40%. Setelah satu tahun, meningkat menjadi 60%. Pada bulan-bulan pertama kehidupan, kebutuhan karbohidrat ditutupi oleh gula susu - laktosa, yang merupakan bagian dari ASI. Dengan pemberian makanan buatan dengan susu formula, anak juga menerima sukrosa atau maltosa. Setelah pengenalan makanan pendamping, polisakarida (pati, sebagian glikogen) mulai masuk ke dalam tubuh, yang terutama memenuhi kebutuhan tubuh akan karbohidrat. Jenis nutrisi untuk anak-anak ini meningkatkan pembentukan amilase oleh pankreas dan sekresinya dengan air liur. Pada hari-hari dan minggu-minggu pertama kehidupan, amilase praktis tidak ada, dan air liur tidak signifikan, dan hanya dari 3-4 bulan sekresi amilase dimulai dan air liur meningkat tajam.

Diketahui bahwa hidrolisis pati terjadi di bawah pengaruh amilase saliva dan jus pankreas; pati dipecah menjadi maltosa dan isomaltosa.

Bersama dengan disakarida makanan - laktosa dan sukrosa - maltosa dan isomaltosa pada permukaan vili usus mukosa usus di bawah pengaruh disakaridase dipecah menjadi monosakarida: glukosa, fruktosa dan galaktosa, yang diserap melalui membran sel. Proses resorpsi glukosa dan galaktosa dikaitkan dengan transpor aktif, yang terdiri dari fosforilasi monosakarida dan konversinya menjadi glukosa fosfat, dan kemudian menjadi glukosa-6-fosfat (masing-masing, galaktosa fosfat). Aktivasi semacam itu terjadi di bawah pengaruh kinase glukosa atau galaktosa dengan pengeluaran satu ikatan makroergik ATP. Berbeda dengan glukosa dan galaktosa, fruktosa diserap hampir secara pasif, dengan difusi sederhana.

Disakaridase dalam usus janin terbentuk tergantung pada usia kehamilan.

Waktu perkembangan fungsi saluran cerna, waktu deteksi dan tingkat keparahan sebagai persentase fungsi yang sama pada orang dewasa

Penyerapan karbohidrat	Deteksi pertama enzim, minggu	Tingkat keparahan, % orang dewasa
A-Amilase pankreas	22	5
Α-Amilase kelenjar ludah	16	10
Laktase	10	Lebih dari 100
Sukrase dan isomaltase	10	100
Glukoamilase	10	50
Penyerapan monosakarida	11	92

Jelas bahwa aktivitas maltase dan sukrase meningkat lebih awal (usia kehamilan 6-8 bulan), dan kemudian (usia kehamilan 8-10 bulan) - laktase. Aktivitas berbagai disakaridase dalam sel-sel mukosa usus dipelajari. Ditemukan bahwa aktivitas total semua maltase pada saat lahir sesuai dengan rata-rata 246 μmol disakarida yang dipecah per 1 g protein per menit, aktivitas total sukrase - 75, aktivitas total isomaltase - 45 dan aktivitas total laktase - 30. Data ini sangat menarik bagi dokter anak, karena menjadi jelas mengapa bayi yang disusui mencerna campuran dekstrin-maltosa dengan baik, sementara laktosa mudah menyebabkan diare. Aktivitas laktase yang relatif rendah pada selaput lendir usus halus menjelaskan fakta bahwa defisiensi laktase lebih sering diamati daripada defisiensi disakaridase lainnya.

[ 7 ], [ 8 ]

Gangguan penyerapan karbohidrat

Terdapat malabsorpsi laktosa yang bersifat sementara dan kongenital. Bentuk pertama disebabkan oleh keterlambatan pematangan laktase usus dan karenanya menghilang seiring bertambahnya usia. Bentuk kongenital dapat diamati dalam waktu yang lama, tetapi, sebagai aturan, paling menonjol sejak lahir selama menyusui. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa kandungan laktosa dalam ASI hampir 2 kali lebih tinggi daripada dalam susu sapi. Secara klinis, anak mengalami diare, yang ditandai dengan tinja yang encer (lebih dari 5 kali sehari), tinja berbusa dengan reaksi asam (pH kurang dari 6). Gejala dehidrasi juga dapat diamati, yang memanifestasikan dirinya sebagai kondisi serius.

Pada usia yang lebih tua, terjadi apa yang disebut represi laktase, ketika aktivitasnya berkurang secara signifikan. Ini menjelaskan fakta bahwa sejumlah besar orang tidak mentoleransi susu alami, sementara produk susu fermentasi (kefir, acidophilus, yogurt) diserap dengan baik. Defisiensi laktase memengaruhi sekitar 75% orang keturunan Afrika dan India, hingga 90% orang keturunan Asia, dan 20% orang Eropa. Malabsorpsi kongenital sukrosa dan isomaltosa lebih jarang terjadi. Biasanya memanifestasikan dirinya pada anak-anak dengan pemberian makanan buatan dengan campuran susu yang diperkaya dengan sukrosa, dan dengan pengenalan jus, buah-buahan atau sayuran yang mengandung disakarida ini ke dalam makanan. Manifestasi klinis defisiensi sukrosa mirip dengan malabsorpsi laktosa. Defisiensi disakaridase juga dapat murni didapat, menjadi konsekuensi atau komplikasi dari berbagai macam penyakit yang diderita anak. Penyebab utama defisiensi disakaridase tercantum di bawah ini.

Konsekuensi dari paparan faktor-faktor yang merusak:

• setelah enteritis yang disebabkan oleh virus atau bakteri;
• signifikansi khusus dari infeksi rotavirus;
• kekurangan gizi;
• penyakit gondok;
• setelah enterokolitis nekrotik;
• defisiensi imunologi;
• penyakit celiac;
• terapi sitostatik;
• intoleransi protein susu sapi;
• kondisi hipoksia pada periode perinatal;
• Penyakit kuning dan fototerapinya.

Batas kuas yang belum matang:

• prematuritas;
• ketidakdewasaan saat lahir.

Konsekuensi intervensi bedah:

• gastrostomi;
• ileostomi;
• kolostomi;
• reseksi usus halus;
• anastomosis usus kecil.

Manifestasi klinis serupa telah dijelaskan dalam kasus gangguan aktivasi monosakarida - glukosa dan galaktosa. Hal ini harus dibedakan dari kasus ketika makanan mengandung terlalu banyak monosakarida ini, yang, karena memiliki aktivitas osmotik tinggi, menyebabkan air masuk ke dalam usus. Karena monosakarida diserap dari usus halus ke dalam kumpulan V. portae, monosakarida pertama-tama masuk ke dalam sel-sel hati. Bergantung pada kondisinya, yang terutama ditentukan oleh kandungan glukosa dalam darah, monosakarida diubah menjadi glikogen atau tetap sebagai monosakarida dan dibawa oleh aliran darah.

Dalam darah orang dewasa, kandungan glikogen sedikit lebih rendah (0,075-0,117 g/l) dibandingkan pada anak-anak (0,117-0,206 g/l).

Sintesis karbohidrat cadangan tubuh - glikogen - dilakukan oleh sekelompok enzim yang berbeda, yang menghasilkan pembentukan molekul bercabang tinggi yang terdiri dari residu glukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,4 atau 1,6 (rantai samping glikogen dibentuk oleh ikatan 1,6). Jika perlu, glikogen dapat dipecah lagi menjadi glukosa.

Sintesis glikogen dimulai pada minggu ke-9 perkembangan intrauterin di hati. Namun, akumulasinya yang cepat hanya terjadi sebelum kelahiran (20 mg/g hati per hari). Oleh karena itu, konsentrasi glikogen di jaringan hati janin saat lahir agak lebih tinggi daripada pada orang dewasa. Sekitar 90% dari glikogen yang terakumulasi digunakan dalam 2-3 jam pertama setelah kelahiran, dan glikogen yang tersisa dikonsumsi dalam waktu 48 jam.

Hal ini sebenarnya menyediakan kebutuhan energi bayi baru lahir pada hari-hari pertama kehidupan, saat anak menerima sedikit susu. Sejak minggu ke-2 kehidupan, akumulasi glikogen dimulai lagi, dan pada minggu ke-3 kehidupan, konsentrasinya di jaringan hati mencapai tingkat dewasa. Namun, massa hati pada anak-anak jauh lebih sedikit daripada pada orang dewasa (pada anak-anak berusia 1 tahun, massa hati sama dengan 10% dari massa hati orang dewasa), sehingga cadangan glikogen pada anak-anak lebih cepat habis, dan mereka harus mengisinya kembali untuk mencegah hipoglikemia.

Rasio intensitas proses glikogenesis dan glikogenolisis sangat menentukan kadar gula darah - glikemia. Nilai ini cukup konstan. Glikemia diatur oleh sistem yang kompleks. Mata rantai utama dalam pengaturan ini adalah apa yang disebut pusat gula, yang harus dianggap sebagai asosiasi fungsional pusat saraf yang terletak di berbagai bagian sistem saraf pusat - korteks serebral, subkorteks (nukleus lentikular, striatum), daerah hipotalamus, medula oblongata. Bersamaan dengan ini, banyak kelenjar endokrin (pankreas, kelenjar adrenal, tiroid) berpartisipasi dalam pengaturan metabolisme karbohidrat.

Gangguan metabolisme karbohidrat: penyakit penyimpanan

Namun, kelainan bawaan sistem enzim dapat diamati, di mana sintesis atau pemecahan glikogen di hati atau otot dapat terganggu. Kelainan ini termasuk penyakit defisiensi glikogen. Penyakit ini didasarkan pada defisiensi enzim glikogen sintetase. Kelangkaan penyakit ini mungkin dijelaskan oleh kesulitan diagnosis dan hasil yang cepat dan tidak menguntungkan. Bayi baru lahir mengalami hipoglikemia sangat dini (bahkan di antara waktu menyusui) dengan kejang dan ketosis. Lebih sering, kasus penyakit glikogen dijelaskan, ketika glikogen dengan struktur normal terakumulasi dalam tubuh atau glikogen dengan struktur tidak teratur yang menyerupai selulosa (amilopektin) terbentuk. Kelompok ini, sebagai suatu peraturan, ditentukan secara genetik. Bergantung pada defisiensi enzim tertentu yang terlibat dalam metabolisme glikogen, berbagai bentuk atau jenis glikogenosis dibedakan.

Tipe I, yang mencakup glikogenosis hepatorenal, atau penyakit Gierke, didasarkan pada defisiensi glukosa-6-fosfatase. Ini adalah bentuk glikogenosis yang paling parah tanpa gangguan glikogen struktural. Penyakit ini resesif; secara klinis bermanifestasi segera setelah lahir atau pada masa bayi. Hepatomegali merupakan ciri khas, yang disertai dengan kejang hipoglikemik dan koma, ketosis. Limpa tidak pernah bertambah besar. Kemudian, retardasi pertumbuhan dan ketidakseimbangan tubuh diamati (perut membesar, tubuh memanjang, kaki pendek, kepala besar). Di antara waktu makan, pucat, berkeringat, dan kehilangan kesadaran diamati sebagai akibat dari hipoglikemia.

Glikogenosis tipe II - Penyakit Pompe, yang disebabkan oleh defisiensi maltase asam. Penyakit ini muncul secara klinis segera setelah lahir, dan anak-anak tersebut meninggal dengan cepat. Hepato- dan kardiomegali, hipotonia otot diamati (anak tidak dapat memegang kepalanya atau mengisap). Gagal jantung terjadi.

Glikogenosis tipe III - Penyakit Cori, disebabkan oleh cacat bawaan pada amilum-1,6-glukosidase. Penularannya bersifat resesif-autosomal. Manifestasi klinisnya mirip dengan tipe I - penyakit Gierke, tetapi kurang parah. Tidak seperti penyakit Gierke, ini adalah glikogenosis terbatas, tidak disertai ketosis dan hipoglikemia berat. Glikogen disimpan di hati (hepatomegali), atau di hati dan sekaligus di otot.

Tipe IV - Penyakit Andersen - disebabkan oleh defisiensi 1,4-1,6-transglukosidase, yang mengakibatkan terbentuknya glikogen dengan struktur tidak teratur yang menyerupai selulosa (amilopektin). Glikogen seperti benda asing. Penyakit kuning dan hepatomegali diamati. Sirosis hati dengan hipertensi portal berkembang. Akibatnya, varises lambung dan esofagus berkembang, yang pecahnya menyebabkan perdarahan lambung yang banyak.

Tipe V - glikogenosis otot, penyakit McArdle - berkembang karena kekurangan fosforilase otot. Penyakit ini dapat bermanifestasi pada bulan ke-3 kehidupan, saat anak-anak tidak dapat menyusu dalam waktu lama, dan cepat lelah. Karena akumulasi glikogen secara bertahap di otot lurik, hipertrofi palsu diamati.

Glikogenosis tipe VI - penyakit Hertz - disebabkan oleh defisiensi fosforilase hati. Secara klinis, hepatomegali terdeteksi, hipoglikemia lebih jarang terjadi. Retardasi pertumbuhan dicatat. Perjalanan penyakit ini lebih baik daripada bentuk lainnya. Ini adalah bentuk glikogenosis yang paling umum.

Bentuk lain penyakit penyimpanan juga diamati, ketika kelainan mono atau polienzim terdeteksi.

[ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ]

Gula darah sebagai indikator metabolisme karbohidrat

Salah satu indikator metabolisme karbohidrat adalah kadar gula darah. Pada saat lahir, kadar glikemia anak sesuai dengan kadar glikemia ibunya, yang dijelaskan oleh difusi transplasenta bebas. Namun, sejak jam-jam pertama kehidupan, kadar gula menurun, yang dijelaskan oleh dua alasan. Salah satunya, yang lebih signifikan, adalah kurangnya hormon kontra-insular. Hal ini dibuktikan dengan fakta bahwa adrenalin dan glukagon mampu meningkatkan kadar gula darah selama periode ini. Alasan lain untuk hipoglikemia pada bayi baru lahir adalah bahwa cadangan glikogen dalam tubuh sangat terbatas, dan bayi baru lahir yang disusui beberapa jam setelah lahir akan menggunakannya. Pada hari ke-5-6 kehidupan, kadar gula meningkat, tetapi pada anak-anak kadarnya tetap relatif lebih rendah daripada pada orang dewasa. Peningkatan konsentrasi gula pada anak-anak setelah tahun pertama kehidupan seperti gelombang (gelombang pertama - pada usia 6 tahun, gelombang kedua - pada usia 12 tahun), yang bertepatan dengan peningkatan pertumbuhan mereka dan konsentrasi hormon somatotropik yang lebih tinggi. Batas fisiologis oksidasi glukosa dalam tubuh adalah 4 mg/(kg • menit). Oleh karena itu, dosis harian glukosa harus berkisar antara 2 hingga 4 g/kg berat badan.

Perlu ditekankan bahwa penggunaan glukosa selama pemberian intravena terjadi lebih cepat pada anak-anak daripada pada orang dewasa (diketahui bahwa glukosa yang diberikan secara intravena digunakan oleh tubuh, sebagai aturan, dalam waktu 20 menit). Oleh karena itu, toleransi anak-anak terhadap beban karbohidrat lebih tinggi, yang harus diperhitungkan saat mempelajari kurva glikemik. Misalnya, untuk mempelajari kurva glikemik, beban rata-rata 1,75 g / kg digunakan.

Pada saat yang sama, anak-anak memiliki diabetes melitus yang lebih parah, yang untuk pengobatannya, sebagai aturan, perlu menggunakan insulin. Diabetes melitus pada anak-anak paling sering terdeteksi selama periode pertumbuhan yang sangat intensif (ekstensi fisiologis pertama dan kedua), ketika pelanggaran korelasi kelenjar endokrin lebih sering diamati (aktivitas hormon somatotropik kelenjar pituitari meningkat). Secara klinis, diabetes pada anak-anak dimanifestasikan oleh rasa haus (polidipsia), poliuria, penurunan berat badan dan sering kali peningkatan nafsu makan (polifagia). Peningkatan gula darah (hiperglikemia) dan munculnya gula dalam urin (glukosuria) terdeteksi. Ketoasidosis sering terjadi.

Penyakit ini disebabkan oleh kekurangan insulin, yang menyebabkan glukosa sulit menembus membran sel. Hal ini menyebabkan peningkatan kandungannya dalam cairan ekstraseluler dan darah, serta meningkatkan pemecahan glikogen.

Di dalam tubuh, glukosa dapat dipecah melalui beberapa cara. Yang terpenting di antaranya adalah rantai glikolisis dan siklus pentosa. Pemecahan sepanjang rantai glikolisis dapat terjadi dalam kondisi aerobik dan anaerobik. Dalam kondisi aerobik, hal ini mengarah pada pembentukan asam piruvat, dan dalam kondisi anaerobik, asam laktat.

Di hati dan miokardium, proses berlangsung secara aerobik, di eritrosit - anaerobik, di otot rangka selama kerja keras - terutama anaerobik, saat istirahat - terutama aerobik. Jalur aerobik lebih ekonomis bagi organisme, karena menghasilkan pembentukan lebih banyak ATP, yang membawa cadangan energi yang besar. Glikolisis anaerobik kurang ekonomis. Secara umum, melalui glikolisis, sel dapat dengan cepat, meskipun tidak ekonomis, disuplai dengan energi terlepas dari "pengiriman" oksigen. Pemecahan aerobik dalam kombinasi rantai glikolisis - siklus Krebs merupakan sumber energi utama bagi organisme.

Pada saat yang sama, melalui aliran balik rantai glikolisis, tubuh dapat mensintesis karbohidrat dari produk antara metabolisme karbohidrat, seperti asam piruvat dan asam laktat. Konversi asam amino menjadi asam piruvat, α-ketoglutarat, dan oksalasetat dapat menyebabkan pembentukan karbohidrat. Proses rantai glikolisis terlokalisasi dalam sitoplasma sel.

Studi tentang rasio metabolit rantai glikolisis dan siklus Krebs dalam darah anak-anak menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan dibandingkan dengan orang dewasa. Serum darah bayi baru lahir dan anak usia satu tahun mengandung asam laktat dalam jumlah yang cukup signifikan, yang menunjukkan prevalensi glikolisis anaerobik. Tubuh anak mencoba mengimbangi akumulasi asam laktat yang berlebihan dengan meningkatkan aktivitas enzim laktat dehidrogenase, yang mengubah asam laktat menjadi asam piruvat dengan inklusi berikutnya dalam siklus Krebs.

Terdapat pula beberapa perbedaan dalam kandungan isoenzim laktat dehidrogenase. Pada anak kecil, aktivitas fraksi ke-4 dan ke-5 lebih tinggi dan kandungan fraksi ke-1 lebih rendah.

Cara lain yang tidak kalah penting untuk memecah glukosa adalah siklus pentosa, yang dimulai dengan rantai glikolisis pada tingkat glukosa-6-fosfat. Sebagai hasil dari satu siklus, satu dari 6 molekul glukosa dipecah sepenuhnya menjadi karbon dioksida dan air. Ini adalah jalur pemecahan yang lebih pendek dan lebih cepat, yang menghasilkan pelepasan sejumlah besar energi. Sebagai hasil dari siklus pentosa, pentosa juga terbentuk, yang digunakan oleh tubuh untuk biosintesis asam nukleat. Ini mungkin menjelaskan mengapa siklus pentosa sangat penting pada anak-anak. Enzim utamanya adalah glukosa-6-fosfat dehidrogenase, yang menyediakan hubungan antara glikolisis dan siklus pentosa. Aktivitas enzim ini dalam darah anak usia 1 bulan - 3 tahun adalah 67-83, 4-6 tahun - 50-60, 7-14 tahun - 50-63 mmol / g hemoglobin.

Gangguan siklus pentosa pemecahan glukosa akibat defisiensi glukosa-6-fosfat dehidrogenase mendasari anemia hemolitik non-sferositik (salah satu jenis eritrositopati), yang dimanifestasikan oleh anemia, penyakit kuning, splenomegali. Sebagai aturan, krisis hemolitik dipicu oleh penggunaan obat-obatan (kina, quinidine, sulfonamida, beberapa antibiotik, dll.), yang meningkatkan blokade enzim ini.

Gambaran klinis anemia hemolitik yang serupa diamati karena kekurangan piruvat kinase, yang mengkatalisis konversi fosfoenolpiruvat menjadi piruvat. Mereka dibedakan dengan metode laboratorium, yang menentukan aktivitas enzim ini dalam eritrosit.

Gangguan glikolisis pada trombosit mendasari patogenesis banyak tromboastenia, yang secara klinis dimanifestasikan oleh peningkatan perdarahan dengan jumlah trombosit normal, tetapi gangguan fungsi (agregasi) dan faktor pembekuan darah utuh. Diketahui bahwa metabolisme energi utama seseorang didasarkan pada penggunaan glukosa. Heksosa yang tersisa (galaktosa, fruktosa), sebagai aturan, diubah menjadi glukosa dan mengalami pemecahan total. Konversi heksosa ini menjadi glukosa dilakukan oleh sistem enzim. Kekurangan enzim yang mengubah konversi ini mendasari gstaktosemia dan fruktosemia. Ini adalah enzimopati yang ditentukan secara genetik. Pada gstaktosemia, ada kekurangan galaktosa-1-fosfat uridiltransferase. Akibatnya, galaktosa-1-fosfat terakumulasi dalam tubuh. Selain itu, sejumlah besar fosfat dikeluarkan dari sirkulasi, yang menyebabkan kekurangan ATP, yang menyebabkan kerusakan pada proses energi dalam sel.

Gejala pertama galaktosemia muncul segera setelah anak mulai diberi susu, terutama ASI, yang mengandung banyak laktosa, yang mengandung glukosa dan galaktosa dalam jumlah yang sama. Muntah muncul, berat badan bertambah buruk (hipotrofi berkembang). Kemudian muncul hepatosplenomegali dengan penyakit kuning dan katarak. Asites dan varises esofagus dan lambung dapat berkembang. Pemeriksaan urin menunjukkan galaktosuria.

Jika terjadi galaktosemia, laktosa harus disingkirkan dari makanan. Susu formula yang disiapkan secara khusus digunakan, yang kandungan laktosanya dikurangi secara drastis. Ini memastikan perkembangan anak yang baik.

Fruktosemia berkembang ketika fruktosa tidak diubah menjadi glukosa karena kekurangan fruktosa-1-fosfat aldolase. Manifestasi klinisnya mirip dengan galaktosemia, tetapi diekspresikan dalam tingkat yang lebih ringan. Gejala yang paling khas adalah muntah, penurunan nafsu makan yang tajam (hingga anoreksia), ketika anak-anak diberi jus buah, sereal manis dan bubur (sukrosa mengandung fruktosa dan glukosa). Oleh karena itu, manifestasi klinis terutama diperburuk ketika anak-anak dipindahkan ke makanan campuran dan buatan. Pada usia yang lebih tua, pasien tidak menoleransi permen dan madu, yang mengandung fruktosa murni. Fruktosuria terdeteksi saat memeriksa urin. Perlu untuk mengecualikan sukrosa dan produk yang mengandung fruktosa dari makanan.