Методы оценки метаболизма углеводов и жиров в организме
1. Оценка метаболизма глюкозы. Три десятилетия назад Bier и соавт. были первыми, кто определил продукцию глюкозы печенью, используя инфузию D-[6,6-2Н2]глюкозы у новорожденных детей, и показал практически линейную зависимость между массой головного мозга и продукцией глюкозы в человеческом организме, начиная с недоношенного ребенка с массой тела 1000 г и заканчивая взрослым человеком с массой тела 80 кг.
Эти ученые высказали предположение, что размер головного мозга может являться принципиальной детерминантой тех факторов, которые регулируют продукцию глюкозы печенью на протяжении всей жизни человека. С тех пор разведение изотопа широко использовали, например, для оценки ответной продукции глюкозы на инсулин.
Так, Farrag и соавт. обнаружили, что повышение уровня инсулина в плазме при поддержании глюкозы на одинаковом базальном уровне путем введения глюкозы извне (подход, имеющий классическое название «эугликемический зажим») не способно полностью подавить выработку эндогенной глюкозы у новорожденных в отличие от взрослых и детей старшего возраста.
Гликогенолиз и глюконеогенез представляют собой два основных пути продукции глюкозы. Глюконеогенез можно исследовать, применяя методы разведения изотопа: при сокращении дозы экзогенной глюкозы в два раза от необходимой у детей с ОНМТ, получающих полное парентеральное питание, инфузия [2-13С]глицерола показала, что он является основным предшественником глюконеогенеза, отвечая за 64% продукции эндогенной глюкозы.
Доля остальных субстратов для глюконеогенеза, преимущественно таких аминокислот, как аланин и глютамин, была определена по включению 2Н2 в глюкозу в процессе инфузии 2Н2О.
В совокупности эти исследования показывают, что в условиях дефицита глюкозы, но достаточного количества жира и аминокислот организм детей с ОНМТ в состоянии поддерживать уровень глюкозы благодаря глюконеогенезу, в котором роль основного субстрата принадлежит глицеролу.
2. Оценка синтеза лактозы. Лактоза — основной углевод молока. Ее молекула состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы галактозы. До недавнего времени путь образования лактозы грудного молока не был до конца понятен.
Комбинируя ведение [U-13С6]глюкозы и [2-13С]глицерола лактирующим матерям и мониторируя накопление 13С в составе лактозы грудного молока, Sunehag и соавт. обнаружили, что после еды у ребенка практически вся глюкоза, находящаяся в составе лактозы молока, является производным глюкозы плазмы, в то время как только 68% галактозы образуется из глюкозы, а глицерол включается в новый синтез галактозы в молочной железе.
Некоторые стабильные изотопы, применяемые в исследованиях с использованием меченого атома у новорожденных детей in vivo
3. Оценка кинетики жира как источника энергии. Впервые выполненные более 20 лет назад исследования введения [1-13С]пальмитата или [2-13С]глицерола и [2Н3]b-гидроксибутирата показали, что у новорожденных детей содержание глицерола, жирных кислот и кетоновых тел через 4 час с момента введения или натощак сравнимо с таковым у взрослых после 16—24 час голодания.
Было выявлено, что 75% транспортируемого глицерола конвертируется в глюкозу, что составляет 5% продукции глюкозы печенью. Более поздние исследования продемонстрировали появление 2Н в арахидоновой кислоте (20:4 n—6) и докозагексаеновой кислоте (22:6 n—3) после назначения 2Н-меченных линолевой (18:2 n-6) и линоленовой (18:3 n—3) кислот соответственно.
Это позволило сделать вывод о том, что организм младенцев обладает способностью конвертировать получаемые с пищей эссенциальные жирные кислоты в их длинноцепочечные полиненасыщенные кислые дериваты. Но даже в этом случае скорость их синтеза может быть недостаточна для удовлетворения потребностей ребенка. Было выявлено, что у получающих энтеральное питание недоношенных детей назначение среднецепочечных триглицеридов снижает окисление 13С-меченной линолевой кислоты и длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот без ухудшения эндогенного синтеза омега-6 ДЦПНЖК.
4. Оценка синтеза липидов. Исследования с использованием инфузии [13С]ацетата в течение 12 час показали, что скорость эндогенного синтеза холестерола была примерно в 3 раза выше у недоношенных младенцев по сравнению со взрослыми, что свидетельствует о хорошо развитом механизме синтеза холестерола у недоношенных детей.
Для вычисления скорости синтеза сложных молекул необходимо определить накопление изотопа в истинном предшественнике, что сложно сделать, т.к. он может быть локализован в труднодоступных тканях, например в печени. Молекулы ДЦЖК можно представить в виде продукта полимеризации множества молекул-предшественников, содержащих двухуглеродные единицы ацетил-СоА, например 8-ацетил-СоА в пальмитиновой кислоте.
Анализ распределения изотопомера представляет собой инновационный подход, при котором сначала определяют характер распределения однократно или множественно меченных молекул с помощью масс-спектрометрии в большой «полимерной» молекуле, а затем с помощью метода статистического моделирования меченые молекулы подвергают «обратной калькуляции» с вычислением накопления изотопа в маленькой молекуле субъединицы предшественника.
Как было выявлено с помощью анализа распределения изотопомера, скорости липогенеза липопротеин-пальмитата у новорожденных схожи с таковыми у взрослых, получающих нормальное питание.
В течение последнего десятилетия скорость синтеза фосфолипидов сурфактанта была определена с помощью включения 13С в ряд аспиратов из трахеи после суточного введения следовых количеств как [13С]ацетата, [13С]глюкозы, так и [13С4]пальмитата или [2Н] пальмитата, в то время как скорость синтеза сурфактант-ассоциированного протеина В может быть определена путем введения [13С]валина.
