Koolhydraatstofwisseling

Koolhydraten zijn de belangrijkste energiebron: 1 gram koolhydraten levert bij volledige afbraak 16,7 kJ (4 kcal) op. Bovendien maken koolhydraten in de vorm van mucopolysachariden deel uit van bindweefsel en in de vorm van complexe verbindingen (glycoproteïnen, lipopolysachariden) deel uit van celstructuren, evenals componenten van sommige actieve biologische stoffen (enzymen, hormonen, immuunorganen, enz.).

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

Koolhydraten in het dieet

Het aandeel koolhydraten in de voeding van kinderen hangt grotendeels af van de leeftijd. Bij kinderen in het eerste levensjaar bedraagt het koolhydraatgehalte dat in de energiebehoefte voorziet 40%. Na een jaar neemt dit toe tot 60%. In de eerste levensmaanden wordt de behoefte aan koolhydraten gedekt door melksuiker - lactose, een bestanddeel van moedermelk. Bij kunstmatige voeding met melkpoeder krijgt het kind ook sucrose of maltose binnen. Na de introductie van aanvullende voeding beginnen polysachariden (zetmeel, deels glycogeen) het lichaam binnen te komen, die grotendeels in de koolhydraatbehoefte van het lichaam voorzien. Deze voeding voor kinderen bevordert zowel de vorming van amylase door de alvleesklier als de afscheiding ervan met speeksel. In de eerste dagen en weken van het leven is amylase vrijwel afwezig en is de speekselvloed onbeduidend; pas vanaf 3-4 maanden begint de afscheiding van amylase en neemt de speekselvloed sterk toe.

Het is bekend dat hydrolyse van zetmeel plaatsvindt onder invloed van speekselamylase en pancreassap; zetmeel wordt afgebroken tot maltose en isomaltose.

Samen met de voeding worden disachariden – lactose en sucrose – maltose en isomaltose op het oppervlak van de darmvilli van het darmslijmvlies onder invloed van disaccharidasen afgebroken tot monosachariden: glucose, fructose en galactose, die via het celmembraan worden geresorbeerd. Het proces van glucose- en galactoseresorptie gaat gepaard met actief transport, dat bestaat uit fosforylering van monosachariden en hun omzetting in glucosefosfaat en vervolgens in glucose-6-fosfaat (respectievelijk galactosefosfaten). Deze activering vindt plaats onder invloed van glucose- of galactosekinasen, waarbij één macro-erge ATP-binding wordt verbruikt. In tegenstelling tot glucose en galactose wordt fructose vrijwel passief geresorbeerd, door eenvoudige diffusie.

Disaccharidasen worden in de darm van de foetus gevormd afhankelijk van de zwangerschapsduur.

Timing van de ontwikkeling van de functies van het maag-darmkanaal, timing van detectie en ernst als percentage van dezelfde functie bij volwassenen

Koolhydraatabsorptie	Eerste detectie van het enzym, week	Ernst, % van volwassenen
A-Amylase pancreas	22	5
Α-amylase van speekselklieren	16	10
Lactase	10	Meer dan 100
Sucrase en isomaltase	10	100
Glucoamylase	10	50
Absorptie van monosachariden	11	92

Het is duidelijk dat de activiteit van maltase en sucrase eerder toeneemt (6-8 maanden zwangerschap) en later (8-10 maanden) - lactase. De activiteit van verschillende disaccharidasen in de cellen van het darmslijmvlies werd bestudeerd. Er werd gevonden dat de totale activiteit van alle maltasen tegen de tijd van de geboorte overeenkomt met gemiddeld 246 μmol gesplitste disacharide per 1 g eiwit per minuut, de totale activiteit van sucrase - 75, de totale activiteit van isomaltase - 45 en de totale activiteit van lactase - 30. Deze gegevens zijn van groot belang voor kinderartsen, omdat ze duidelijk maken waarom een baby die borstvoeding krijgt dextrine-maltosemengsels goed verteert, terwijl lactose gemakkelijk diarree veroorzaakt. De relatief lage activiteit van lactase in het slijmvlies van de dunne darm verklaart het feit dat lactasedeficiëntie vaker wordt waargenomen dan deficiëntie van andere disaccharidasen.

[ 7 ], [ 8 ]

Verminderde koolhydraatopname

Er is sprake van zowel voorbijgaande als aangeboren lactosemalabsorptie. De eerste vorm wordt veroorzaakt door een vertraging in de rijping van intestinale lactase en verdwijnt daarom met de leeftijd. De aangeboren vorm kan langdurig worden waargenomen, maar is doorgaans het meest uitgesproken vanaf de geboorte tijdens de borstvoeding. Dit wordt verklaard door het feit dat het lactosegehalte in moedermelk bijna twee keer hoger is dan in koemelk. Klinisch ontwikkelt het kind diarree, die wordt gekenmerkt door, naast dunne ontlasting (meer dan 5 keer per dag), schuimige ontlasting met een zure reactie (pH lager dan 6). Symptomen van uitdroging kunnen ook worden waargenomen, wat zich manifesteert als een ernstige aandoening.

Op oudere leeftijd treedt de zogenaamde lactaserepressie op, waarbij de activiteit ervan aanzienlijk is verminderd. Dit verklaart waarom een aanzienlijk aantal mensen geen natuurlijke melk verdraagt, terwijl gefermenteerde melkproducten (kefir, acidophilus, yoghurt) goed worden opgenomen. Lactasedeficiëntie treft ongeveer 75% van de mensen van Afrikaanse en Indiase afkomst, tot 90% van de mensen van Aziatische afkomst en 20% van de Europeanen. Congenitale malabsorptie van sucrose en isomaltose komt minder vaak voor. Het manifesteert zich meestal bij kinderen door kunstmatige voeding met melkmengsels verrijkt met sucrose, en door de introductie van sappen, fruit of groenten die deze disacharide bevatten in de voeding. De klinische verschijnselen van sucrosedeficiëntie zijn vergelijkbaar met die van lactosemalabsorptie. Disaccharidasedeficiëntie kan ook puur verworven zijn, als gevolg of complicatie van een breed scala aan ziekten die het kind heeft. De belangrijkste oorzaken van disaccharidasedeficiëntie worden hieronder vermeld.

Gevolg van blootstelling aan schadelijke factoren:

• na enteritis van virale of bacteriële oorsprong;
• de bijzondere betekenis van rotavirusinfectie;
• ondervoeding;
• giardiasis;
• na necrotische enterocolitis;
• immunologische deficiëntie;
• coeliakie;
• cytostatische therapie;
• koemelkeiwitintolerantie;
• hypoxische omstandigheden van de perinatale periode;
• Geelzucht en lichttherapie.

Onvolwassenheid van de borstelzoom:

• vroeggeboorte;
• onvolwassenheid bij de geboorte.

Gevolgen van chirurgische ingrepen:

• gastrostomie;
• ileostoma;
• colostoma;
• dunnedarmresectie;
• dunne darm anastomosen.

Vergelijkbare klinische verschijnselen zijn beschreven bij een verminderde activering van monosachariden – glucose en galactose. Deze moeten worden onderscheiden van gevallen waarin de voeding te veel van deze monosachariden bevat, die door hun hoge osmotische activiteit water in de darmen veroorzaken. Omdat monosachariden vanuit de dunne darm in de V. portae-pool worden opgenomen, komen ze eerst in de levercellen terecht. Afhankelijk van de omstandigheden, die voornamelijk worden bepaald door het glucosegehalte in het bloed, worden ze omgezet in glycogeen of blijven ze als monosachariden achter en worden ze met de bloedstroom meegevoerd.

In het bloed van volwassenen is het glycogeengehalte iets lager (0,075-0,117 g/l) dan bij kinderen (0,117-0,206 g/l).

De synthese van de reservekoolhydraten van het lichaam - glycogeen - wordt uitgevoerd door een groep verschillende enzymen, wat resulteert in de vorming van sterk vertakte moleculen bestaande uit glucoseresiduen die verbonden zijn door 1,4- of 1,6-bindingen (de zijketens van glycogeen bestaan uit 1,6-bindingen). Indien nodig kan glycogeen opnieuw worden afgebroken tot glucose.

De glycogeensynthese begint in de negende week van de intra-uteriene ontwikkeling in de lever. De snelle accumulatie vindt echter pas vóór de geboorte plaats (20 mg/g lever per dag). Daarom is de glycogeenconcentratie in het leverweefsel van de foetus bij de geboorte iets hoger dan bij een volwassene. Ongeveer 90% van het geaccumuleerde glycogeen wordt in de eerste 2-3 uur na de geboorte gebruikt en de rest wordt binnen 48 uur verbruikt.

Dit voorziet in feite in de energiebehoefte van pasgeborenen in de eerste levensdagen, wanneer het kind weinig melk krijgt. Vanaf de tweede levensweek begint de glycogeenaccumulatie opnieuw en tegen de derde week bereikt de concentratie ervan in het leverweefsel het niveau van volwassenen. De levermassa bij kinderen is echter aanzienlijk kleiner dan bij volwassenen (bij kinderen van 1 jaar is de levermassa gelijk aan 10% van de levermassa van een volwassene), waardoor de glycogeenreserves bij kinderen sneller worden opgebruikt en ze deze moeten aanvullen om hypoglykemie te voorkomen.

De verhouding tussen de intensiteit van glycogenese en glycogenolyse bepaalt grotendeels de bloedsuikerspiegel – glycemie. Deze waarde is vrij constant. Glycemie wordt gereguleerd door een complex systeem. De centrale schakel in deze regulatie is het zogenaamde suikercentrum, dat beschouwd moet worden als een functionele verbinding van zenuwcentra in verschillende delen van het centrale zenuwstelsel: de hersenschors, de subcortex (lenticulaire nucleus, striatum), de hypothalamus en de medulla oblongata. Daarnaast spelen veel endocriene klieren (pancreas, bijnieren, schildklier) een rol bij de regulatie van de koolhydraatstofwisseling.

Stoornissen van de koolhydraatstofwisseling: stapelingsziekten

Aangeboren afwijkingen van enzymsystemen kunnen echter ook worden waargenomen, waarbij de synthese of afbraak van glycogeen in de lever of spieren verstoord kan zijn. Deze aandoeningen omvatten glycogeendeficiëntieziekte. Deze is gebaseerd op een deficiëntie van het enzym glycogeensynthetase. De zeldzaamheid van deze ziekte wordt waarschijnlijk verklaard door de moeilijkheid om de diagnose te stellen en een snelle ongunstige prognose. Pasgeborenen ervaren al vroeg hypoglykemie (zelfs tussen voedingen door) met convulsies en ketose. Vaker worden gevallen van glycogeenziekte beschreven, waarbij glycogeen met een normale structuur zich in het lichaam ophoopt of glycogeen met een onregelmatige structuur, die lijkt op cellulose (amylopectine), wordt gevormd. Deze groep is in de regel genetisch bepaald. Afhankelijk van de deficiëntie van bepaalde enzymen die betrokken zijn bij het glycogeenmetabolisme, worden verschillende vormen of typen glycogenosen onderscheiden.

Type I, waaronder hepatorenale glycogenose of de ziekte van Gierke, is gebaseerd op glucose-6-fosfatase-deficiëntie. Dit is de ernstigste vorm van glycogenose zonder structurele glycogeenstoornissen. De ziekte is recessief en manifesteert zich klinisch direct na de geboorte of in de zuigelingentijd. Hepatomegalie is kenmerkend en gaat gepaard met hypoglykemische aanvallen en coma, ketose. De milt neemt nooit in omvang toe. Later worden groeivertraging en lichaamsdisproportionaliteit waargenomen (de buik is vergroot, het lichaam is langgerekt, de benen zijn kort, het hoofd is groot). Tussen de voedingen door worden bleekheid, zweten en bewustzijnsverlies waargenomen als gevolg van hypoglykemie.

Glycogenose type II - de ziekte van Pompe, die gebaseerd is op een tekort aan zure maltase. Deze aandoening manifesteert zich klinisch kort na de geboorte en deze kinderen sterven snel. Er worden hepato- en cardiomegalie en spierhypotonie waargenomen (het kind kan zijn hoofd niet rechtop houden of zuigen). Hartfalen ontwikkelt zich.

Glycogenose type III - ziekte van Cori, veroorzaakt door een aangeboren afwijking van amylo-1,6-glucosidase. De overdracht is recessief-autosomaal. De klinische verschijnselen zijn vergelijkbaar met die van de ziekte van Gierke type I, maar minder ernstig. In tegenstelling tot de ziekte van Gierke is dit een beperkte glycogenose, die niet gepaard gaat met ketose en ernstige hypoglykemie. Glycogeen wordt ofwel in de lever (hepatomegalie), ofwel in de lever en gelijktijdig in de spieren afgezet.

Type IV - de ziekte van Andersen - wordt veroorzaakt door een tekort aan 1,4-1,6-transglucosidase, wat leidt tot de vorming van glycogeen met een onregelmatige structuur die lijkt op cellulose (amylopectine). Het is als een vreemd voorwerp. Geelzucht en hepatomegalie worden waargenomen. Levercirrose met portale hypertensie ontwikkelt zich. Als gevolg hiervan ontstaan spataderen in de maag en slokdarm, waarvan de ruptuur hevige maagbloedingen veroorzaakt.

Type V - spierglycogenose, de ziekte van McArdle - ontwikkelt zich als gevolg van een tekort aan spierfosforylase. De ziekte kan zich manifesteren in de derde levensmaand, wanneer kinderen niet lang kunnen drinken en snel vermoeid raken. Door de geleidelijke ophoping van glycogeen in de dwarsgestreepte spieren treedt valse hypertrofie op.

Glycogenose type VI - de ziekte van Hertz - wordt veroorzaakt door een tekort aan leverfosforylase. Klinisch wordt hepatomegalie vastgesteld, hypoglykemie komt minder vaak voor. Groeivertraging wordt opgemerkt. Het beloop is gunstiger dan bij andere vormen. Dit is de meest voorkomende vorm van glycogenose.

Ook andere vormen van stapelingsziekten worden waargenomen, wanneer er sprake is van mono- of polyenzymstoornissen.

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

Bloedsuiker als indicator van koolhydraatmetabolisme

Een van de indicatoren voor het koolhydraatmetabolisme is de bloedsuikerspiegel. Bij de geboorte komt de bloedsuikerspiegel van het kind overeen met die van de moeder, wat verklaard wordt door vrije transplacentaire diffusie. Vanaf de eerste levensuren wordt echter een daling van het suikergehalte waargenomen, wat om twee redenen te verklaren is. Een daarvan, de belangrijkste, is het gebrek aan contra-insulaire hormonen. Dit wordt bewezen door het feit dat adrenaline en glucagon de bloedsuikerspiegel in deze periode kunnen verhogen. Een andere reden voor hypoglykemie bij pasgeborenen is dat de glycogeenreserves in het lichaam zeer beperkt zijn en een pasgeborene die enkele uren na de geboorte aan de borst wordt gelegd, deze opmaakt. Op de 5e of 6e dag van het leven neemt het suikergehalte toe, maar bij kinderen blijft het relatief lager dan bij volwassenen. De toename van de suikerconcentratie bij kinderen na het eerste levensjaar verloopt golfvormig (de eerste golf - rond de leeftijd van 6 jaar, de tweede - rond de leeftijd van 12 jaar), wat samenvalt met de toename van hun groei en een hogere concentratie somatotroop hormoon. De fysiologische limiet van glucose-oxidatie in het lichaam is 4 mg/(kg • min). De dagelijkse dosis glucose moet daarom 2 tot 4 g/kg lichaamsgewicht bedragen.

Benadrukt moet worden dat de opname van glucose tijdens intraveneuze toediening sneller verloopt bij kinderen dan bij volwassenen (het is bekend dat intraveneus toegediende glucose doorgaans binnen 20 minuten door het lichaam wordt opgenomen). Kinderen verdragen de koolhydraatbelasting daarom beter, waarmee rekening moet worden gehouden bij het bestuderen van de glycemische curve. Om de glycemische curve te bestuderen, wordt bijvoorbeeld een gemiddelde belasting van 1,75 g/kg gebruikt.

Tegelijkertijd hebben kinderen een ernstiger beloop van diabetes mellitus, waarvoor in de regel insuline nodig is. Diabetes mellitus bij kinderen wordt meestal vastgesteld tijdens perioden van bijzonder intensieve groei (de eerste en tweede fysiologische groeifase), wanneer vaker een verstoring van de correlatie van de endocriene klieren wordt waargenomen (de activiteit van het somatotrope hormoon van de hypofyse neemt toe). Klinisch manifesteert diabetes bij kinderen zich door dorst (polydipsie), polyurie, gewichtsverlies en vaak een toegenomen eetlust (polyfagie). Een verhoogde bloedsuikerspiegel (hyperglykemie) en het verschijnen van suiker in de urine (glucosurie) worden vastgesteld. Ketoacidose komt vaak voor.

De ziekte is gebaseerd op insulinetekort, waardoor glucose moeilijk door de celmembranen kan dringen. Dit leidt tot een toename van het gehalte aan glucose in de extracellulaire vloeistof en het bloed, en ook tot een versnelde afbraak van glycogeen.

Glucose kan in het lichaam op verschillende manieren worden afgebroken. De belangrijkste hiervan zijn de glycolytische keten en de pentosecyclus. Afbraak langs de glycolytische keten kan zowel onder aerobe als anaerobe omstandigheden plaatsvinden. Onder aerobe omstandigheden leidt dit tot de vorming van pyrodruivenzuur en onder anaerobe omstandigheden tot melkzuur.

In de lever en de hartspier verlopen de processen aeroob, in rode bloedcellen anaeroob, in skeletspieren tijdens intensieve arbeid overwegend anaeroob en in rust overwegend aeroob. De aerobe route is zuiniger voor het organisme, omdat deze resulteert in de vorming van meer ATP, wat een grote energiereserve met zich meebrengt. Anaerobe glycolyse is minder zuinig. Over het algemeen kunnen cellen via glycolyse snel, hoewel oneconomisch, van energie worden voorzien, ongeacht de "levering" van zuurstof. Aerobe afbraak in de combinatie van de glycolytische keten - de Krebs-cyclus is de belangrijkste energiebron voor het organisme.

Tegelijkertijd kan het lichaam, door de omgekeerde stroming van de glycolytische keten, koolhydraten synthetiseren uit tussenproducten van de koolhydraatstofwisseling, zoals pyrodruivenzuur en melkzuur. De omzetting van aminozuren in pyrodruivenzuur, α-ketoglutaraat en oxaalacetaat kan leiden tot de vorming van koolhydraten. De processen van de glycolytische keten spelen zich af in het cytoplasma van cellen.

Een onderzoek naar de verhouding van glycolytische ketenmetabolieten en de Krebs-cyclus in het bloed van kinderen laat aanzienlijke verschillen zien ten opzichte van volwassenen. Het bloedserum van een pasgeborene en een kind in het eerste levensjaar bevat een vrij aanzienlijke hoeveelheid melkzuur, wat wijst op de prevalentie van anaërobe glycolyse. Het lichaam van het kind probeert de overmatige ophoping van melkzuur te compenseren door de activiteit van het enzym lactaatdehydrogenase te verhogen, dat melkzuur omzet in pyrodruivenzuur en vervolgens deelneemt aan de Krebs-cyclus.

Er zijn ook enkele verschillen in het gehalte aan lactaatdehydrogenase-iso-enzymen. Bij jonge kinderen is de activiteit van de 4e en 5e fractie hoger en het gehalte van de 1e fractie lager.

Een andere, niet minder belangrijke, manier om glucose te splitsen is de pentosecyclus, die begint met de glycolytische keten op het niveau van glucose-6-fosfaat. Als gevolg van één cyclus wordt één van de 6 glucosemoleculen volledig gesplitst in koolstofdioxide en water. Dit is een korter en sneller vervalpad, dat zorgt voor de vrijgave van een grote hoeveelheid energie. Als gevolg van de pentosecyclus worden ook pentosen gevormd, die door het lichaam worden gebruikt voor de biosynthese van nucleïnezuren. Dit verklaart waarschijnlijk waarom de pentosecyclus van groot belang is bij kinderen. Het belangrijkste enzym is glucose-6-fosfaatdehydrogenase, dat de verbinding vormt tussen glycolyse en de pentosecyclus. De activiteit van dit enzym in het bloed van kinderen van 1 maand - 3 jaar is 67-83, 4-6 jaar - 50-60, 7-14 jaar - 50-63 mmol/g hemoglobine.

Verstoring van de pentosecyclus van glucoseafbraak door een tekort aan glucose-6-fosfaatdehydrogenase ligt ten grondslag aan niet-sferocytaire hemolytische anemie (een van de vormen van erytrocytopathie), die zich manifesteert in bloedarmoede, geelzucht en splenomegalie. Hemolytische crises worden meestal veroorzaakt door het gebruik van medicijnen (kinine, kinidine, sulfonamiden, sommige antibiotica, enz.) die de blokkade van dit enzym versterken.

Een vergelijkbaar klinisch beeld van hemolytische anemie wordt waargenomen als gevolg van een tekort aan pyruvaatkinase, een enzym dat de omzetting van fosfo-enolpyruvaat in pyruvaat katalyseert. Deze worden onderscheiden door middel van een laboratoriummethode, waarbij de activiteit van deze enzymen in rode bloedcellen wordt bepaald.

Verstoring van de glycolyse in bloedplaatjes ligt ten grondslag aan de pathogenese van veel tromboasthenieën, die zich klinisch manifesteren door toegenomen bloedingen met een normaal aantal bloedplaatjes, maar een verminderde functie (aggregatie) en intacte bloedstollingsfactoren. Het is bekend dat het belangrijkste energiemetabolisme van een persoon gebaseerd is op het gebruik van glucose. De resterende hexosen (galactose, fructose) worden in de regel omgezet in glucose en ondergaan volledige afbraak. De omzetting van deze hexosen in glucose wordt uitgevoerd door enzymsystemen. Een tekort aan enzymen die deze omzetting omzetten, ligt ten grondslag aan gastro-oesofageale en fructosemische aandoeningen. Dit zijn genetisch bepaalde enzymopathieën. Bij gastro-oesofageale en fructosemische aandoeningen is er een tekort aan galactose-1-fosfaaturidyltransferase. Hierdoor hoopt galactose-1-fosfaat zich op in het lichaam. Bovendien wordt een grote hoeveelheid fosfaten uit de bloedbaan verwijderd, wat leidt tot een tekort aan ATP en schade aan de energieprocessen in cellen.

De eerste symptomen van galactosemie treden kort na de start van de voeding van kinderen op, met name moedermelk, die een grote hoeveelheid lactose bevat, die evenveel glucose als galactose bevat. Braken treedt op en het lichaamsgewicht neemt slechts langzaam toe (hypotrofie). Vervolgens treedt hepatosplenomegalie met geelzucht en staar op. Ascites en spataderen van de slokdarm en maag kunnen zich ontwikkelen. Urineonderzoek toont galactosurie aan.

Bij galactosemie moet lactose uit de voeding worden geschrapt. Er worden speciaal samengestelde melkformules gebruikt, waarin het lactosegehalte sterk is verlaagd. Dit zorgt voor een goede ontwikkeling van kinderen.

Fructosemie ontstaat wanneer fructose niet wordt omgezet in glucose door een tekort aan fructose-1-fosfaataldolase. De klinische verschijnselen lijken op die van galactosemie, maar uiten zich in mildere mate. De meest kenmerkende symptomen zijn braken en een sterke afname van de eetlust (tot aan anorexia) wanneer kinderen vruchtensappen, gezoete ontbijtgranen en purees krijgen (sucrose bevat fructose en glucose). De klinische verschijnselen verergeren daarom vooral wanneer kinderen worden overgezet op gemengde en kunstmatige voeding. Op oudere leeftijd verdragen patiënten geen snoep en honing, die pure fructose bevat. Fructosurie wordt vastgesteld bij urineonderzoek. Het is noodzakelijk om sucrose en producten die fructose bevatten uit de voeding te weren.