Метаболізм фетоплацентарної системи

Основні енергетичні субстрати для плода - такі сполуки, як глюкоза, амінокислоти, лактат, коротко- і довголанцюгових жирні кислоти, що надходять з крові матері, серед них провідну роль в забезпеченні плода енергією грає глюкоза. Її зміст в артерії пуповини нижче, ніж у вені відповідно до споживанням глюкози плодом. У крові вагітної вміст глюкози набагато вище, ніж в артеріальній крові плода, тому її транспорт здійснюється за градієнтом концентрації. При цьому швидкість переходу глюкози з материнської крові через плаценту перевищує інтенсивність переходу інших з`єднань. Різниця між рівнем глюкози в материнській крові і крові плода пояснюється не тільки її затримкою плодом, але і тим, що велика частина глюкози утилізується плацентою для власних енергетичних потреб. У клітинах плаценти близько 40% глюкози розпадається до лактату, а 60% окислюється в циклі трикарбонових кислот, на що витрачається близько 90% споживаного кисню. Утворився лактат (також важливий енергетичний субстрат) частково утилізується в плаценті, а решта його частина надходить в кров матері і плоду.

Першим фетальний органом на шляху потоку крові, що несе живильні речовини від матері і збагаченого ними в плаценті, стає печінку, куди надходять субстрати окислення. Однак споживання нею глюкози нижче, ніж дорослим організмом, незважаючи на те, що здатність печінки поглинати глюкозу за відсутності альтернативного субстрату досить висока. Це пояснюється, по-перше, тим, що вона відзначено зниження фізіологічними концентраціями вільних жирних кислот, амінокислот і лактата- по-друге, відсутністю в фетальної печінки глюкокинази, яка активується лише в постнатальному періоді.

Один із шляхів утилізації глюкози в печінці - її використання на синтез глікогену, обмін якого контролюється в основному глюкагоном, кортізолом і інсуліном. Чутливість рецепторного апарату гепатоцитів плода для інсуліну порівнянна з їх чутливістю в печінці дорослого організму, в той час як рецептори до глюкагону в антенатальному періоді сформовані ще недостатньо. Цей феномен - одна з причин, що обумовлюють можливість синтезу глікогену у плода при відсутності його розпаду. Хоча активність глікогенсінтази в печінці плода становить лише 30% від активності цього ферменту в дорослому організмі, в антенатальному періоді відбувається накопичення глікогену, що можливо лише при вкрай низькій швидкості його мобілізації в фізіологічних умовах. Ще одна особливість обміну глікогену у плода - то, що на відміну від дорослого організму, внаслідок відсутності глюкокинази фетальная печінку позбавлена можливості інтенсивно синтезувати глікоген з надходить по ворітної вени глюкози. Навпаки, в цьому органі висока активність галакто- і фруктокінази, що дає можливість використання даних субстратів для формування запасів глікогену. Здатність печінки утилізувати галактозу можна розглядати як адаптационное пристосування при переході у позаутробного існування, так як материнське молоко багате лактозою.

Відео: Як поліпшити обмін речовин - Все буде добре - Випуск 233 - 12.08.2013 - Все буде добре

Розпад глікогену - не єдиний шлях, здатний забезпечити організм новонародженого в ранньому післяпологовому періоді ендогенної глюкозою. Вона може утворюватися шляхом глюконеогенезу за рахунок інших джерел невуглеводної походження. Пренатальний глюконеогенез у плода обмежений надзвичайно низькою активністю ключових ферментів цього метаболічного шляху, який регулюється головним чином інсуліном і глюкагоном. Відносно рецепторного апарату для інсуліну печінка плода може вважатися цілком зрілим органом, тоді як чутливість гепатоцитів до глюкагону нижче, ніж у дорослого організму. Це в поєднанні з більш високим відношенням інсулін / глюкагон у плода в порівнянні з дорослим організмом обумовлює низьку активність ключових ферментів глюконеогенезу і незначну його вираженість в печінці плода при фізіологічних умовах розвитку.

Резерви глікогену, сформовані протягом внутрішньоутробного життя, витрачаються потім на забезпечення адекватного енергетичного метаболізму плода під час пологів і ранньому післяпологовому періоді. Однак формування механізмів термінової мобілізації цього полісахариду, які значно активуються в умовах ПН і гіпоксії, починається вже в антенатальному періоді. Це пояснює низьку концентрацію глюкози в крові новонароджених при синдромі затримки росту плода (СЗРП).

Гіпоглікемія розвивається також при гіпоксії новонароджених. Однак іноді у дітей з низькою масою тіла і супутнім тяжким ацидозом може спостерігатися гіперглікемія внаслідок посилення глюконеогенезу за рахунок продуктів посиленого розпаду білків і утилізації утворилися амінокислот на синтез глюкози.

Незважаючи на низьку швидкість фосфорилювання глюкози, інтенсивність гліколізу в фетальної печінки досить висока. Вона обумовлена відносно низьким вмістом кисню в навколишньому середовищі, а також нечисленністю мітохондрій і їх незрілістю.

Один з ферментів шляху окислення глюкози у плода - лактатдегідрогеназа, що характеризується більш високою питомою вагою в її ізоферментних спектрі аеробних фракцій (ЛДГ 1, 2) в порівнянні з дорослим організмом. Незважаючи на прогресивний зростання в міру збільшення терміну вагітності катодних фракцій (ЛДГ 4, 5) в печінці плода, їх зміст не досягає значень, характерних для печінки дорослого організму.

Превалювання в фетальної печінки фракцій ЛДГ 1, 2, типових для тканин з високою окисної здатністю, добре узгоджується з перевагами фетальної печінки в постачанні киснем при фізіологічних умовах розвитку в порівнянні з серцем і головним мозком, а також зі здатністю до продукування і споживання лактату на енергетичні мети.

Поряд з глюкозою до екзогенних енергетичним субстратів, інтенсивно споживаються плодом, відносяться лактат і жирні кислоти. Крім постійного освіти в ході ЛДГ-реакції, лактат доставляється до печінки плода (так само, як кисень і глюкоза) в великих кількостях в порівнянні з іншими органами. Позитивна різниця між концентрацією лактату в вені пуповини і печінковій вені плоду - наслідок того, що більша його частина споживається печінкою. На важливу роль лактату в метаболізмі плода вказують висока швидкість його утворення в плаценті, задоволення за рахунок нього 1/3 всієї потреби плода в глюкозі, а також витрати на окислення лактату близько 50% всього кисню, споживаного плодом.

Утилізація лактату дозволяє ефективно зберігати материнську глюкозу для задоволення енергетичних потреб інших фетальних органів - перш за все головного мозку, облигатного споживача глюкози, і серця, яке утилізує глюкозу для підтримки свого окисного метаболізму. Значне місце лактату в енергетичному обміні підтверджується тим, що його зміст в пуповинної крові в 2 рази вище, ніж в крові матері. Коефіцієнт лактат / піруват, що відображає співвідношення анаеробних і аеробних процесів у плода, завжди збільшений, досягаючи найвищих значень при патологічної вагітності.

Для біоенергетики організму, що розвивається важливі жирні кислоти. На ранніх етапах антенатального розвитку плід отримує жирні кислоти виключно з організму матері. У III триместрі вагітності в печінці і жировій тканині плода починається самостійний синтез жирних кислот. На цілі липогенеза використовуються амінокислоти, кетонові тіла і вільні жирні кислоти, що надійшли через плаценту з кровотоку матері.

У печінці плода жирні кислоти піддаються процесам окислення, що протікають не до кінця. Це обумовлено, по-перше, недостатньою активністю ферментів, що беруть участь в їх активації, перенесення і дегидрировании, а по-друге, низьким вмістом коензиму А і карнітину, необхідних для процесу їх окислення.

Утворилися de novo або надійшли від матері жирні кислоти утилізуються в подальшому на біосинтез ендогенних тригліцеридів і фосфоліпідів, мобілізація яких відбувається при виснаженні запасів глікогену і виникненні гострої потреби в енергетичному забезпеченні тих чи інших процесів.

Зміст депонованих ліпідів в організмі плода в чому визначається ступенем його зрілості і масою: при зростанні маси, відповідної гестації плода, вміст ліпідів пропорційно збільшується.

Відео: Як прискорити обмін речовин (метаболізм). Прості способи на кожен день

Резервні ліпіди плода розташовані переважно в його підшкірно-жирової клітковини.

Високою інтенсивністю в організмі плода відрізняється метаболізм холестерину і фосфоліпідів. Їх потреба забезпечується посиленим біосинтезу, найбільш вираженим в кінці внутрішньоутробного і на першому етапі постнатального розвитку.

Фосфоліпіди - важливі структурні компоненти мієліну, який бере участь в побудові мієлінової оболонки нервового волокна.

Фосфоліпіди і холестерин - основні компоненти біологічних мембран. Від стану ліпідів, їх полярності, ступеня насиченості жирних кислот, що входять до їх складу, в значній мірі залежать такі фізико-хімічні характеристики мембран, як плинність, в`язкість, проникність, електричні параметри. Зміни цих факторів безпосередньо впливають на взаємну рухливість, субодиничних структуру і конформацію білкових комплексів мембран - рецепторів, іонних каналів, ферментів, а також на їх функціональну активність.

Серед метаболічних процесів, відповідальних за підтримку нативного складу клітинних мембран в організмі плода та новонародженого, важливе місце належить перекисного окислення ліпідів. Цей процес постійно відбувається в різних мембранних структурах з невеликою швидкістю, підтримуючи певний рівень ліпоперекісей, необхідний для біосинтезу простагландинів, регуляції проникності мембранних ліпосом, рухливості фосфоліпідів і жорсткості мембран.

Субстратом для перекисного окислення служать жирні кислоти фосфоліпідів мембран клітин і внутрішньоклітинних утворень. Процес являє собою типову ланцюгову реакцію з характерною для нього кінетикою. В основі індукції свобод-норадікального окислення ліпідів лежить генерація активних форм кисню, тому його ініціюють синглентний кисень, супероксидний аніон і гідроксильний радикал.

В ході процесу перекисного окислення відбувається утворення дієнових кон`югатів, при подальшому розкладанні яких з`являються гидроперекиси, шіффово підстави та інші продукти, які надають виражений вплив на метаболізм клітини. Вони призводять до роз`єднання окисного фосфорилювання і порушення синтезу аденозинтрифосфату (АТФ) - пригнічують активність ряду SH-ферментів, а також моноамінооксидази, сукцинатдегідрогенази та інших ферментів, що призводить до порушення проникності мембран, накопичення іонів натрію, кальцію і до загибелі клітини.

Однак токсична дія гидроперекисей проявляється лише при надмірній їх продукції.

Важливу роль в гальмуванні вільнорадикального окислення, а також в знешкодженні продуктів ліпідної пероксидації грає антиоксидантна система. До складу її входять як неферментативні антиоксиданти (вітаміни Е, А, К, Р, стероїдні гормони, сірковмісні амінокислоти, відновлений глутатіон, іони селену), так і ферменти - пероксидаза, каталаза, глутатіонпероксидази, супероксиддисмутаза, глутатіонредуктаза. Пригнічувати вільно-радикальні процеси здатні тканинні ліпіди, перш за все фосфоліпіди.

Високою антиоксидантною активністю володіють нервова тканина і легкіе- середньої - селезінка, нирки, серце, печінку, шлунок і щитовидна залоза низькою - м`язи, тимус, підшкірно-жирова клітковина і підшлункова залоза. Оскільки перекисне окислення ліпідів - фізіологічний процес, стабільність клітинних структур, швидкість їх зношування і поновлення в чому залежать від рівня антиоксидантів.

Відео: Як поліпшити обмін речовин - Все буде добре - Випуск 259 - 25.09.2013

Будь-яке екстремальне вплив (ультрафіолетове опромінення, іонізуюча радіація, стрес, інфекція, гіпоксія) призводять до інтенсифікації перекисного окислення ліпідів, що є неспецифічним відповіддю клітини. Тому інтенсифікація цього процесу при гіпоксії плода - один з патогенетичних механізмів, що призводять до порушення всієї системи метаболізму, функції органів і систем.

Становлення функції ендокринних органів плода залежить від особливостей метаболізму і функціонального стану залоз внутрішньої секреції матері. У гормональної регуляції метаболізму бере участь ряд гормонів - інсулін, глюкагон, глюкокортикоїди, катехоламіни і ін.

Інсулін, що виробляється в материнському організмі, не проходить через плаценту і синтезується в підшлунковій залозі плода, яка стає функціонально активної в ранньому пренатальному періоді розвитку. Інсулінсодержащіе гранули виявляються вже на 9-му тижні, а інсулін визначається в плазмі крові плода починаючи з 12-го тижня вагітності. У віці від 15 до 28 тижнів його концентрація низька, до 28-му тижні п`ятикратно збільшується і з 32-го тижня досягає нормальних значень для новонароджених. При цьому існує пряма залежність між вмістом інсуліну та масою плоду.

У пренатальному періоді інсулін виконує подвійну роль. На більш ранніх стадіях розвитку гормон забезпечує плоду оптимальне харчування, а в III триместрі вагітності він функціонує як регулятор вуглеводного обміну. Вже в 10-12 тижнів гестації Р-клітини здатні розпізнавати глюкозу як специфічний стимулятор, проте величина їх відповіді на цей подразник значно нижче, ніж у дорослого.

Інсулін сприяє переносу глюкози через цитоплазматичну мембрану, впливає на перебіг окислювальних процесів, має виражену анаболічну і ліпогенетичну дією і служить одним з найважливіших регуляторів соматичного розвитку плода. Звільнення інсуліну Р-клітинами підшлункової залози регулюється гіпоталамусом і гіпофізом.

Гормон росту визначається в гіпофізі починаючи з 8-го тижня вагітності, і його зміст прогресивно збільшується до 20-24-ї тижня-до терміну пологів його концентрація поступово знижується. СТГ не робить безпосереднього впливу на тканини, а реалізує свої ефекти опосередковано через освіту соматомединов, які стимулюють ріст різних типів клітин плоду і є плодовими гормонами росту.

У II триместрі вагітності встановлюються тісні взаємозв`язки гіпофіза з іншими ендокринними залозами і виявляється регулюючий вплив гіпоталамуса на секрецію тропних гормонів гіпофіза. Ендокринна система плоду формується в терміни 25-28 тижнів гестації, однак повне завершення основних етапів її морфогенезу відбувається лише до 32-34-му тижні. До моменту пологів функціональні зв`язки між основними ланками системи виявляються повністю сформованими.

Вплив АКТГ на метаболічні процеси пов`язано в основному з активацією їм функції надниркових залоз плода. АКТГ - один з факторів, що стимулюють ріст наднирників і впливають на їхній функціональний стан.

Наднирники плоду здатні синтезувати гормони по типу фетального стероидогенеза. Стероїдні гормони утворюються як з ацетил-СоА і холестерину, так і шляхом трансформації стероїдів плацентарного походження - прегненолона і прогестерону. У корі надниркових залоз синтезуються в основному С21-стероїди (дегідроепіандростерон, андростестерон) і лише в невеликій кількості - С19-стероїди (гідрокортизон, кортизол), які утворюються з материнського прогестерону, але що володіють малою глюкокортикоидной активністю. Ця особливість біосинтезу дозволяє плоду в основному синтезувати андрогени, а активні глюкокортикоїди отримувати від матері через плаценту і перебувати під контролем материнського гомеостазу. Участь материнських наднирників в синтезі андрогенів попередників незначно і становить лише 10% від їх загальної кількості, в той час як в тканинах плода їх виробляється близько 80%. Продукція фетальними залозами основного гормону, що володіє мінералокортикоїдної активності, - альдостерону, здійснюється шляхом трансформації прогестерону лише в кінці ембріонального періоду розвитку. У зв`язку з цим основна роль в підтримці електролітного балансу в організмі плода належить плаценті.

Адреналін, норадреналін, дофамін і їх метаболіти мають також фетальний походження, оскільки в фізіологічних умовах катехоламіни від матері до плоду переходять лише в обмежених кількостях. Основне місце їх утворення в найбільш ранні терміни внутрішньоутробного розвитку плода - скупчення хромаффинной тканини по передній поверхні брижової артерії. Пізніше цю роль бере розвивається мозковий шар надниркових залоз, але внаслідок його функціональної незрілості і відносній недостатності відповідних ферментів синтезується переважно норадреналін. Після народження дитини хромаффинная система продовжує розвиватися.

Таким чином, протягом внутрішньоутробного періоду складається ендокринна система гіпоталамус-гіпофіз-надниркові залози, вона стає визначальною в розвитку новонародженого в постнатальному періоді розвитку.