Энергетический обмен в онтогенезе

Энергетический обмен претерпевает в процессе онтогенеза значительные изменения.

Новорожденные расходуют энергию в порядке приоритетности для: 1) основного обмена, 2) регулирования температуры тела, 3) роста [4, 5].

Обычно увеличение интенсивности основного обмена растущего организма связывают с увеличением метаболических трат на рост. Однако имеется несоответствие темпов роста ребенка и возрастных изменений интенсивности основного обмена [6, 7].

Снижение интенсивности основного уровня энергетических потребностей растущего ребенка коррелирует со снижением относительной массы внутренних органов и мозга и с увеличением относительной массы мускулатуры. Масса мозга у новорожденных составляет 12 % от массы тела, а у взрослых — только 2 %. Скелетная мускулатура у новорожденных составляет около 22 % от массы тела, а у взрослых — 35-45 %. Внутренние органы, как и мозг, имеют даже в покое очень высокий уровень энергетического обмена — 300 ккал/кг в сутки.

Кроме того, изменения интенсивности энергетического обмена целостного организма связаны не только с неравномерностью роста отдельных органов и тканей, но и с изменением их окислительного метаболизма. При этом оказалось, что изменение интенсивности тканевого окислительного обмена, как правило, сопряжено с изменением темпов роста. Замедление роста наступает при тканевых дифференцировках, которые сопровождаются усилением интенсивности потребления кислорода [1].

Состояние терморегуляционных механизмов растущего организма связано с интенсивностью теплопродукции, параметрами, определяющими теплоотдачу, и необходимостью дополнительного термогенеза.

Значительная интенсивность химической терморегуляции (под химической терморегуляцией понимается изменение образования теплоты за счет регуляции энергетического обмена) в раннем возрасте требует для обеспечения теплового равновесия в оптимальном диапазоне внешних температур высокий уровень продукции тепла. Новорожденный ребенок при понижении температуры среды может увеличить теплопродукцию почти до тех же величин, что и взрослый человек, — до 4 ккал/кг/ч. Однако ввиду малой теплоизоляции (0,15 град./м²/ч/ккал) диапазон химической терморегуляции у новорожденного ребенка очень небольшой — не более 5 град. [1]. Подробно эти вопросы рассмотрены в нашей монографии «Нарушения теплового баланса у новорожденных детей».

При увеличении массы тела интенсивность химической терморегуляции, т. е. прибавки теплопродукции, на каждый градус понижения температуры среды снижается (у новорожденных детей эта величина составляет примерно 0,5 ккал/кг ч град., а у взрослого человека — 0,15 ккал/кг ч град.) [1].

Высокая активность специальных механизмов термогенеза детей первых месяцев жизни связана не только с малыми размерами и большой относительной поверхностью, увеличивающей теплоотдачу, не только с низкой теплоизоляцией кожных покровов, но и с относительно низким уровнем базального метаболизма. Низкие значения всех этих величин ведут к сдвигу критической температуры в сторону высоких значений, а это вызывает добавочное напряжение механизмов химической терморегуляции и необходимость активации термогенеза при более высокой температуре среды [1, 3, 4].

Снижение температуры тела на 1 градус повышает потребление кислорода на 60 %. Исследованиями E. Adolph (1946) установлено, что теплопродукция у новорожденных возрастает в 2 раза при снижении температуры кожи на 2 градуса. При истощении резерва холодовой адаптации быстро прогрессируют перекисные окислительные процессы и формируется полиорганная несостоятельность (рис. 1). При проведении ИВЛ резко возрастают потери тепла конвекцией из нижних дыхательных путей (до 30-45 %), компенсаторно снижаются потери тепла через кожу вследствие централизации кровообращения [8-12].

Рис. 1. Терморегуляция и респираторная адаптация новорожденных [8]

«Энергетическая цена» роста складывается из затрат энергии на образование новых тканей (всасывание, метаболизм, ассимиляцию углеводов и жиров и т. д.) и накопление запаса энергии в них. Она зависит от типа образующихся в процессе роста тканей. Точно «энергетическая цена» роста неизвестна. Ее приблизительные оценки колеблются в широких пределах (от 1,2 до 6 ккал/г увеличения массы тела). По приблизительным оценкам, у недоношенных на накопление 1 г белков расходуется 7,8 ккал, 1 г жиров — 1,6 ккал [2].

Продукция энергетических субстратов во внутриутробном и неонатальном периодах также имеет ряд особенностей [8, 13-29]:

1. Глюкоза является наиболее важным энергетическим субстратом плода. Хотя ферментные системы, которые необходимы для производства глюкозы (глюконеогенеза) развиваются рано, плод производит свою собственную глюкозу только в экстремальных условиях, например, во время материнского голода. Транспорт энергетических субстратов через плаценту зависит от кровотока в маточной артерии, градиента субстратов матери и плода, области совокупной возможности взаимодействия матери и плода и плотности конкретных транспортных молекул.

2. После рождения перед началом грудного вскармливания новорожденный должен производить свою глюкозу, в частности для нужд центральной нервной системы. Мозг новорожденного потребляет много энергии, и глюкоза является наиболее важным субстратом для церебрального окислительного метаболизма. Печеночная продукция глюкозы пропорциональна весу мозга как у новорожденных и детей, так и у взрослых. Глюкоза транспортируется в мозг путем облегченной диффузии с участием переносчиков глюкозы 1 и 3 (GLUT 1 и 3). Они функционально активны даже у незрелых детей.

3. Продукция глюкозы находится под гормональным контролем. Гормональные изменения, связанные с родами (увеличение уровня катехоламинов, снижение концентрации инсулина и увеличение глюкагона), стимулируют гликогенолиз. У доношенных детей депо гликогена в печени достаточно лишь на 10 часов. Следовательно, глюкоза должна быть также получена путем глюконеогенеза из таких соединений, как лактат, глицерол, аланин, пируват. Карбоксикиназа фосфоенолпирувата — фермент, ограничивающий скорость глюконеогенеза, присутствует у плода, но ее деятельность заметно увеличивается после рождения, вероятно, в результате снижения соотношения инсулин/глюкагон. Доношенные новорожденные, а также дети с внутриутробной задержкой роста способны превращать аланин в глюкозу. Глюконеогенез из глицерола имеет место как у доношенных, так и у крайне незрелых новорожденных. Парентеральное питание с использованием липидов повышает глюконеогенез у крайне незрелых детей. Младенцы могут эффективно преобразовывать лактат в глюкозу. Лактат может обеспечивать до 30 % продукции глюкозы печенью, а аланин и глицерол обеспечивают до 5-10 % глюконеогенеза каждый в течение первых суток жизни.

4. Даже если новорожденный может производить глюкозу со скоростью, соответствующей 46 мг/кг/мин, метаболизма глюкозы не достаточно для обеспечения новорожденных энергией. До начала грудного вскармливания мобилизация жировых отложений имеет большое значение для энергетического метаболизма. Доношенные новорожденные имеют жировые отложения, соответствующие 15 % веса при рождении. У недоношенного в гестационном возрасте 28 недель жировые отложения составляют примерно 2 % от веса тела.

5. Новорожденные имеют высокую скорость липолиза. Липолиз стимулируется подъемом уровня тиреотропного гормона (ТТГ). Повышенный уровень катехоламинов, вероятно, менее важен для регуляции липолиза в течение первого дня жизни. Гидролиз триглицеридов приводит к увеличению уровня неэтерифицированных жирных кислот. Печеночное в—окисление жирных кислот важно для энергообеспечения новорожденных. Параллельно с увеличением уровня жирных кислот происходит снижение респираторного фактора (respiratory quotient — RQ), что указывает на увеличение жирового метаболизма. Неэтерифицированные жирные кислоты не пересекают гематоэнцефалический барьер, но кетоновые тела, как конечный продукт в-окисления, являются важной альтернативой энергетических субстратов для мозга новорожденных. В дополнение к неэтерифицированным жирным кислотам, липолиз также генерирует глицерол, который может быть преобразован в глюкозу в процессе глюконеогенеза.

6. В крови пуповины после осложненных родов содержится низкий уровень инсулиноподобного фактора роста I (IGF-I) и инсулина, но повышенный уровень белка 1, связывающего инсулиноподобный фактор роста I (IGFBP-1), и интерлейкина-6 (IL-6). Это приводит к снижению периферического потребления глюкозы и, таким образом, обеспечению большего количества глюкозы для ЦНС.

7. Дети с ЗВУР хотя и имеют более низкие темпы производства глюкозы и липолиза, тем не менее могут обеспечивать эффективный глюконеогенез из глицерола (в среднем 50 % глицерола преобразуется в глюкозу).

8. Дети, родившиеся на сроке гестации 25 недель, могут производить глюкозу со скоростью, соответствующей или даже превышающей показатели характерные для доношенных. Несмотря на свои небольшие жировые отложения эти дети также имеют потенциал для липолиза. Исследования показали, что около 30 % глицерола, создаваемого в ходе липолиза, у крайне незрелых новорожденных преобразуется в глюкозу. Несмотря на то, что это только небольшая часть от общего производства глюкозы в печени, подобный вклад может быть важным для предотвращения гипогликемии. Незрелые младенцы могут преобразовывать пируват в глюкозу.

9. Дети, родившиеся преждевременно, имеют метаболические нарушения, аналогичные тем, что выявляются у детей, рожденных с ЗВУР. Хотя младенцы, родившиеся малыми к гестационному возрасту, имеют ограниченные запасы энергии, они способны обеспечить как липолиз, так и производство глюкозы. Чувствительность к инсулину у них в периферических тканях повышается, однако уменьшается в печени. Сниженная чувствительность к инсулину у детей, родившихся недоношенными, возможно, отражает неблагоприятные условия послеродовой окружающей среды.