Метаболизм фетоплацентарной системы

Основные энергетические субстраты для плода — такие соединения, как глюкоза, аминокислоты, лактат, коротко- и длинноцепочные жирные кислоты, поступающие из крови матери, среди них ведущую роль в обеспечении плода энергией играет глюкоза. Ее содержание в артерии пуповины ниже, чем в вене в соответствии с потреблением глюкозы плодом. В крови беременной содержание глюкозы намного выше, чем в артериальной крови плода, поэтому ее транспорт осуществляется по градиенту концентрации. При этом скорость перехода глюкозы из материнской крови через плаценту превышает интенсивность перехода других соединений. Разница между уровнем глюкозы в материнской крови и крови плода объясняется не только ее задержкой плодом, но и тем, что большая часть глюкозы утилизируется плацентой для собственных энергетических потребностей. В клетках плаценты около 40% глюкозы распадается до лактата, а 60% окисляется в цикле трикарбоновых кислот, на что затрачивается около 90% потребляемого кислорода. Образовавшийся лактат (также важный энергетический субстрат) частично утилизируется в плаценте, а оставшаяся его часть поступает в кровь матери и плода.

Первым фетальным органом на пути потока крови, несущего питательные вещества от матери и обогащенного ими в плаценте, становится печень, куда поступают субстраты окисления. Однако потребление ею глюкозы ниже, чем взрослым организмом, несмотря на то, что способность печени поглощать глюкозу в отсутствие альтернативного субстрата достаточно высока. Это объясняется, во-первых, тем, что она ингибируется физиологическими концентрациями свободных жирных кислот, аминокислот и лактата- во-вторых, отсутствием в фетальной печени глюкокиназы, которая индуцируется лишь в постнатальном периоде.

Один из путей утилизации глюкозы в печени — ее использование на синтез гликогена, обмен которого контролируется в основном глюкагоном, кортизолом и инсулином. Чувствительность рецепторного аппарата гепатоцитов плода для инсулина сопоставима с их чувствительностью в печени взрослого организма, в то время как рецепторы к глюкагону в антенатальном периоде сформированы еще недостаточно. Этот феномен — одна из причин, обусловливающих возможность синтеза гликогена у плода при отсутствии его распада. Хотя активность гликогенсинтазы в печени плода составляет лишь 30% от активности этого фермента во взрослом организме, в антенатальном периоде происходит накопление гликогена, что возможно лишь при крайне низкой скорости его мобилизации в физиологических условиях. Еще одна особенность обмена гликогена у плода — то, что в отличие от взрослого организма, вследствие отсутствия глюкокиназы фетальная печень лишена возможности интенсивно синтезировать гликоген из поступающей по воротной вене глюкозы. Напротив, в этом органе высока активность галакто- и фруктокиназы, что дает возможность использования данных субстратов для формирования запасов гликогена. Способность печени утилизировать галактозу можно рассматривать как адаптационное приспособление при переходе во внеутробное существование, так как материнское молоко богато лактозой.

Видео: Как улучшить обмен веществ - Все буде добре - Выпуск 233 - 12.08.2013 - Все будет хорошо

Распад гликогена — не единственный путь, способный обеспечить организм новорожденного в раннем постнатальном периоде эндогенной глюкозой. Она может образовываться путем глюконеогенеза за счет других источников неуглеводного происхождения. Пренатальный глюконеогенез у плода ограничен чрезвычайно низкой активностью ключевых ферментов этого метаболического пути, который регулируется главным образом инсулином и глюкагоном. В отношении рецепторного аппарата для инсулина печень плода может считаться вполне зрелым органом, тогда как чувствительность гепатоцитов к глюкагону ниже, чем у взрослого организма. Это в сочетании с более высоким отношением инсулин/глюкагон у плода по сравнению со взрослым организмом обусловливает низкую активность ключевых ферментов глюконеогенеза и незначительную его выраженность в печени плода при физиологических условиях развития.

Резервы гликогена, сформированные в течение внутриутробной жизни, расходуются затем на обеспечение адекватного энергетического метаболизма плода в родах и раннем постнатальном периоде. Однако формирование механизмов срочной мобилизации этого полисахарида, которые значительно активируются в условиях ПН и гипоксии, начинается уже в антенатальном периоде. Это объясняет низкую концентрацию глюкозы в крови новорожденных при синдроме задержки роста плода (СЗРП).

Гипогликемия развивается также при гипоксии новорожденных. Однако иногда у детей с низкой массой тела и сопутствующим тяжелым ацидозом может наблюдаться гипергликемия вследствие усиления глюконеогенеза за счет продуктов усиленного распада белков и утилизации образовавшихся аминокислот на синтез глюкозы.

Несмотря на низкую скорость фосфорилирования глюкозы, интенсивность гликолиза в фетальной печени достаточно высока. Она обусловлена относительно низким содержанием кислорода в окружающей среде, а также малочисленностью митохондрий и их незрелостью.

Один из ферментов пути окисления глюкозы у плода — лактатдегидрогеназа, характеризующаяся более высоким удельным весом в ее изоферментном спектре аэробных фракций (ЛДГ 1, 2) по сравнению со взрослым организмом. Несмотря на прогрессивный рост по мере увеличения срока беременности катодных фракций (ЛДГ 4, 5) в печени плода, их содержание не достигает значений, характерных для печени взрослого организма.

Превалирование в фетальной печени фракций ЛДГ 1, 2, типичных для тканей с высокой окислительной способностью, хорошо согласуется с преимуществами фетальной печени в снабжении кислородом при физиологических условиях развития в сравнении с сердцем и головным мозгом, а также со способностью к продуцированию и потреблению лактата на энергетические цели.

Наряду с глюкозой к экзогенным энергетическим субстратам, интенсивно потребляемым плодом, относятся лактат и жирные кислоты. Помимо постоянного образования в ходе ЛДГ-реакции, лактат доставляется к печени плода (так же, как кислород и глюкоза) в больших количествах по сравнению с другими органами. Положительная разница между концентрацией лактата в вене пуповины и печеночной вене плода — следствие того, что большая его часть потребляется печенью. На важную роль лактата в метаболизме плода указывают высокая скорость его образования в плаценте, удовлетворение за счет него 1/3 всей потребности плода в глюкозе, а также затраты на окисление лактата около 50% всего кислорода, потребляемого плодом.

Утилизация лактата позволяет эффективно сохранять материнскую глюкозу для удовлетворения энергетических потребностей других фетальных органов — прежде всего головного мозга, облигатного потребителя глюкозы, и сердца, которое утилизирует глюкозу для поддержания своего окислительного метаболизма. Значительное место лактата в энергетическом обмене подтверждается тем, что его содержание в пуповинной крови в 2 раза выше, чем в крови матери. Коэффициент лактат/пируват, отражающий соотношение анаэробных и аэробных процессов у плода, всегда увеличен, достигая наиболее высоких значений при патологической беременности.

Для биоэнергетики развивающегося организма важны жирные кислоты. На ранних этапах антенатального развития плод получает жирные кислоты исключительно из организма матери. В III триместре беременности в печени и жировой ткани плода начинается самостоятельный синтез жирных кислот. На цели липогенеза используются аминокислоты, кетоновые тела и свободные жирные кислоты, поступившие через плаценту из кровотока матери.

В печени плода жирные кислоты подвергаются процессам окисления, протекающим не до конца. Это обусловлено, во-первых, недостаточной активностью ферментов, участвующих в их активации, переносе и дегидрировании, а во-вторых, низким содержанием коэнзима А и карнитина, необходимых для процесса их окисления.

Образовавшиеся de novo или поступившие от матери жирные кислоты утилизируются в дальнейшем на биосинтез эндогенных триглицеридов и фосфолипидов, мобилизация которых происходит при истощении запасов гликогена и возникновении острой потребности в энергетическом обеспечении тех или иных процессов.

Содержание депонированных липидов в организме плода во многом определяется степенью его зрелости и массой: при возрастании массы, соответствующей гестационному возрасту плода, содержание липидов пропорционально увеличивается.

Видео: Как ускорить обмен веществ (метаболизм). Простые способы на каждый день

Резервные липиды плода расположены преимущественно в его подкожно-жировой клетчатке.

Высокой интенсивностью в организме плода отличается метаболизм холестерина и фосфолипидов. Их потребность обеспечивается усиленным биосинтезом, наиболее выраженным в конце внутриутробного и на первом этапе постнатального развития.

Фосфолипиды — важные структурные компоненты миелина, участвующего в построении миелиновой оболочки нервного волокна.

Фосфолипиды и холестерин — основные компоненты биологических мембран. От состояния липидов, их полярности, степени насыщенности жирных кислот, входящих в их состав, в значительной степени зависят такие физико-химические характеристики мембран, как текучесть, вязкость, проницаемость, электрические параметры. Изменения этих факторов непосредственно влияют на взаимную подвижность, субъединичную структуру и конформацию белковых комплексов мембран — рецепторов, ионных каналов, ферментов, а также на их функциональную активность.

Среди метаболических процессов, ответственных за поддержание нативного состава клеточных мембран в организме плода и новорожденного, важное место принадлежит перекисному окислению липидов. Этот процесс постоянно происходит в различных мембранных структурах с небольшой скоростью, поддерживая определенный уровень липоперекисей, необходимый для биосинтеза простагландинов, регуляции проницаемости мембранных липосом, подвижности фосфолипидов и жесткости мембран.

Субстратом для перекисного окисления служат жирные кислоты фосфолипидов мембран клеток и внутриклеточных образований. Процесс представляет собой типичную цепную реакцию с характерной для него кинетикой. В основе индукции свобод-норадикального окисления липидов лежит генерация активных форм кислорода, поэтому его инициируют синглентный кислород, супероксидный анион и гидроксильный радикал.

В ходе процесса перекисного окисления происходит образование диеновых конъюгатов, при дальнейшем разложении которых появляются гидроперекиси, шиффовы основания и другие продукты, оказывающие выраженное влияние на метаболизм клетки. Они приводят к разобщению окислительного фосфорилирования и нарушению синтеза аденозинтрифосфата (АТФ)- подавляют активность ряда SH-ферментов, а также моноаминооксидазы, сукцинатдегидрогеназы и других ферментов, что приводит к нарушению проницаемости мембран, накоплению ионов натрия, кальция и к гибели клетки.

Однако токсическое действие гидроперекисей проявляется лишь при избыточной их продукции.

Важную роль в торможении свободнорадикального окисления, а также в обезвреживании продуктов липидной пероксидации играет антиоксидантная система. В состав ее входят как неферментативные антиоксиданты (витамины Е, А, К, Р, стероидные гормоны, серосодержащие аминокислоты, восстановленный глутатион, ионы селена), так и ферменты — пероксидаза, каталаза, глутатионпероксидаза, супероксиддисмутаза, глутатионредуктаза. Ингибировать свободно-радикальные процессы способны тканевые липиды, прежде всего фосфолипиды.

Высокой антиоксидантной активностью обладают нервная ткань и легкие- средней — селезенка, почки, сердце, печень, желудок и щитовидная железа- низкой — мышцы, тимус, подкожно-жировая клетчатка и поджелудочная железа. Поскольку перекисное окисление липидов — физиологический процесс, стабильность клеточных структур, скорость их изнашивания и обновления во многом зависят от уровня антиоксидантов.

Видео: Как улучшить обмен веществ - Все буде добре - Выпуск 259 - 25.09.2013

Любое экстремальное воздействие (ультрафиолетовое облучение, ионизирующая радиация, стресс, инфекция, гипоксия) приводят к интенсификации перекисного окисления липидов, что является неспецифическим ответом клетки. Поэтому интенсификация этого процесса при гипоксии плода — один из патогенетических механизмов, приводящих к нарушению всей системы метаболизма, функции органов и систем.

Становление функции эндокринных органов плода зависит от особенностей метаболизма и функционального состояния желез внутренней секреции матери. В гормональной регуляции метаболизма участвует ряд гормонов — инсулин, глюкагон, глюкокортикоиды, катехоламины и др.

Инсулин, вырабатываемый в материнском организме, не проходит через плаценту и синтезируется в поджелудочной железе плода, которая становится функционально активной в раннем пренатальном периоде развития. Инсулинсодержащие гранулы выявляются уже на 9-й неделе, а инсулин определяется в плазме крови плода начиная с 12-й недели беременности. В возрасте от 15 до 28 нед его концентрация низкая, к 28-й неделе пятикратно увеличивается и с 32-й недели достигает нормальных значений для новорожденных. При этом существует прямая зависимость между содержанием инсулина и массой плода.

В пренатальном периоде инсулин выполняет двойную роль. На более ранних стадиях развития гормон обеспечивает плоду оптимальное питание, а в III триместре беременности он функционирует как регулятор углеводного обмена. Уже в 10—12 нед гестации Р-клетки способны распознавать глюкозу как специфический стимулятор, однако величина их ответа на этот раздражитель значительно ниже, чем у взрослого.

Инсулин способствует переносу глюкозы через цитоплазматическую мембрану, оказывает влияние на течение окислительных процессов, обладает выраженным анаболическим и липогенетическим действием и служит одним из важнейших регуляторов соматического развития плода. Освобождение инсулина Р-клетками поджелудочной железы регулируется гипоталамусом и гипофизом.

Гормон роста определяется в гипофизе начиная с 8-й недели беременности, и его содержание прогрессивно увеличивается до 20—24-й недели- к сроку родов его концентрация постепенно снижается. СТГ не оказывает непосредственного действия на ткани, а реализует свои эффекты опосредованно через образование соматомединов, которые стимулируют рост различных типов клеток плода и являются плодовыми гормонами роста.

Во II триместре беременности устанавливаются тесные взаимосвязи гипофиза с другими эндокринными железами и обнаруживается регулирующее влияние гипоталамуса на секрецию тропных гормонов гипофиза. Эндокринная система плода формируется в сроки 25—28 нед гестации, однако полное завершение основных этапов ее морфогенеза происходит лишь к 32—34-й неделе. К моменту родов функциональные связи между основными звеньями системы оказываются полностью сформированными.

Влияние АКТГ на метаболические процессы связано в основном с активацией им функции надпочечников плода. АКТГ — один из факторов, стимулирующих рост надпочечников и влияющих на их функциональное состояние.

Надпочечники плода способны синтезировать гормоны по типу фетального стероидогенеза. Стероидные гормоны образуются как из ацетил-СоА и холестерина, так и путем трансформации стероидов плацентарного происхождения — прегненолона и прогестерона. В коре надпочечников синтезируются в основном С21-стероиды (дегидроэпиандростерон, андростестерон) и лишь в небольшом количестве — С19-стероиды (гидрокортизон, кортизол), образующиеся из материнского прогестерона, но обладающие малой глюкокортикоидной активностью. Эта особенность биосинтеза позволяет плоду в основном синтезировать андрогены, а активные глюкокортикоиды получать от матери через плаценту и находиться под контролем материнского гомеостаза. Участие материнских надпочечников в синтезе андрогенных предшественников незначительно и составляет лишь 10% от их общего количества, в то время как в тканях плода их вырабатывается около 80%. Продукция фетальными надпочечниками основного гормона, обладающего минералокортикоидной активностью, — альдостерона, осуществляется путем трансформации прогестерона лишь в конце эмбрионального периода развития. В связи с этим основная роль в поддержании электролитного баланса в организме плода принадлежит плаценте.

Адреналин, норадреналин, дофамин и их метаболиты имеют также фетальное происхождение, поскольку в физиологических условиях катехоламины от матери к плоду переходят лишь в ограниченных количествах. Основное место их образования в самые ранние сроки внутриутробного развития плода — скопление хромаффинной ткани по передней поверхности брыжеечной артерии. Позже эту роль принимает развивающийся мозговой слой надпочечников, но вследствие его функциональной незрелости и относительной недостаточности соответствующих ферментов синтезируется преимущественно норадреналин. После рождения ребенка хромаффинная система продолжает развиваться.

Таким образом, в течение внутриутробного периода складывается эндокринная система гипоталамус—гипофиз—надпочечники, она становится определяющей в развитии новорожденного в постнатальном периоде развития.