Sacharidy Sacharidy, látky složené pouze z uhlíku, vodíku a kyslíku, jsou nejrozšířenější skupinou organických látek a tvoří největší podíl organické hmoty na Zemi. Formálně lze jejich složení vyjádřit vzorcem (CH[2]O)n, kde n ³ 3. Slouží jako důležitý zdroj a zásoba energie jak pro živočichy (glykogen), tak pro rostliny (škrob). U rostlin a bakterií tvoří i základní součást buněčných membrán (celulóza). D- ribosa/D-deoxyribosa je základní složkou ribonukleových kyselin (RNA, DNA). Rozdělení sacharidů podle funkční skupiny: a) Aldózy – hlavní funkční skupina je aldehydová skupina (skupina H-C=O, na kraji molekuly) b) Ketózy - hlavní funkční skupina je ketonová skupina (skupina C=O uprostřed molekuly) Rozdělení sacharidů podle počtu sacharidových jednotek: 1. Monosacharidy (1 cukerná jednotka, 3-7 uhlíků) · Podle uspořádání substituentů (určováno na základě polohy OH-skupiny) na předposledním uhlíku monosacharidového řetězce se rozlišují D- a L-monosacharidy. Součástí biologických molekul jsou mnohem častěji D-formy než L-formy. · Monosacharidy s 3 a 4 uhlíky jsou běžně přítomny v lineární podobě, zatímco u monosacharidů s 5 a více uhlíky dochází reakcí karbonylové skupiny s alkoholovou skupinou k tvorbě vnitřních hemiacetalů/hemiketalů a tak se tyto monosacharidy vyskytují v cyklické podobě: o 5-ti členný kruh = furanosy o 6-ti členný kruh = pyranosy · Podle počtu uhlíku se u monosacharidů rozlišují: a. Triózy (Existují jen 2, jedna aldóza a jedna ketóza; glyceraldehyd, dihydroxyaceton) b. Tetrózy c. Pentózy (např. ribóza) d. Hexózy (např. glukóza, fruktóza, galaktóza) e. Heptózy 2. Oligosacharidy (2-10 cukerných jednotek) · spojováním monosacharidů se vytváří tzv. glykosidická vazba · do názvu daného oligosacharidu se uvádí, mezi kterými uhlíky daných sacharidových jednotek tato vazba vznikla (např.: -(1®2)) · jsou-li pro vytvoření glykosidické vazby využity pouze uhlíky, které nesly karbonylovou skupinu, ztrácejí nově vzniklé oligosacharidy redukční schopnosti, proto jsou nazývány neredukující sacharidy a v názvu je zakončení –id. Zůstane-li u jedné z jednotek tento uhlík volný, redukční schopnosti zůstávají zachovány. Takovéto sacharidy se označují jako redukující a v názvu je koncovka –osa. ü sacharóza (α-D-glukopyranosyl-(1®2)-β -D-fruktofuranosid) – kuchyňský cukr ü laktóza (β-D-galaktopyranosyl-(1®4)-β-D-glukopyranosa) – mléčný cukr ü maltóza (α-D-glukopyranosyl-(1®4)-a-D-glukopyranosa) – vzniká enzymatickou hydrolýzou škrobu 3. Polysacharidy (více jak 10 monosacharidových jednotek, př. glykogen, škrob, celulóza, chitin) Metabolismus sacharidů · trávení sacharidů začíná v ústech, kde slinná a-amylasa štěpí 1,4-α-glykosidové vazby polysacharidů (škrob, glykogen) - v žaludku je aktivita a-amylas (pH optimum ~6,7) utlumena nízkou hodnotou pH - trávení pokračuje v tenkém střevě v duodenu, kde jsou přítomny pankreatické a-amylasy · výsledkem působení a-amylas je směs disacharidu maltózy, trisacharidu maltotriózy, glukosy a a-limitních dextrínů · ze sliznice tenkého střeva se uvolňují oligosacharidasy (maltasa, dextrinasa), které dokonají štěpení polysacharidů na konečný produkt – glukózu. · monosacharidy jsou vstřebávány enterocyty. Glukóza a galaktóza jsou aktivním kotransportem s Na^+ po gradientu uvolňovány do portální krve. Portální krví jsou monosacharidy transportovány do jater (zásobárna - tvorba glykogenu) a poté do tkání (zdroj energie). · hlavní dráhu katabolismu monosacharidů představuje glykolýza = sled reakcí vedoucích k přeměně glukózy na 2 molekuly pyruvátu · za fyziologických podmínek tj. při aerobním odbourávání je pyruvát přeměněn na acetyl-CoA, který pak vstupuje do citrátového cyklu - z 1 molekuly glukózy vytvořeno 36 molekul ATP a glukóza je odbourána na CO[2] a vodu. · alternativní katabolickou dráhou glukózy je pentosofosfátový cyklus důležitý pro produkci NADPH+ H^+ (redukční ekvivalenty pro anabolické děje) a ribózy-5-fosfát (prekursor nukleových kyselin) · hladiny glukózy v krvi jsou ovlivňovány celou řadou hormonů – snížení hladin glukózy v krvi způsobuje insulin a to podporou transportu glukózy do buněk, ve kterých stimuluje glykolýzu a dále aktivací syntézy glykogenu - zvýšení hladiny glukózy v krvi působí glukagon, kortisol, adrenalin, či noradrenalin. Glukagon stimuluje glykogenolýzu a glukoneogenesi v játrech a v menší míře inhibuje některé enzymy glykolýzy. · Insulin je tvořen b-buňkami pankreatu, nejprve vzniká proinzulin, ze kterého vzniká insulin a C-peptid. Insulin je aktivní v podobě monomeru, skladován je v inaktivní podobě hexameru. Diabetes mellitus (DM, úplavice cukrová) · metabolické onemocnění, které je zapříčiněno poruchou při sekreci nebo účinku insulinu · je charakterizováno porušeným metabolismem sacharidů, ale také i lipidů a proteinů. · nedostatek insulinu je způsoben destrukcí či poruchou b-buněk pankreatu a má za následek snížení utilizace glukózy a změnu poměru mezi glukagonem a insulinem, kdy glukagon je v relativním nadbytku. · v některých případech je organismus schopen produkovat dostatečné množství insulinu, ale je snížena jeho účinnost vlivem narušené funkčnosti insulinových receptorů. · Z klinického hlediska jsou rozlišována tři stádia ve vývoji poruch sacharidového metabolismu: 1. normoglykémie 2. porucha glukózové regulace – jedná se o poruchu glykémie na lačno a/nebo poruchu glukózové tolerance, nebo o insulinovou resistenci – toto stádium je někdo označováno souhrnným pojmem PREDIABATES - u těchto osob existuje vyšší riziko vývoje DM 3. diabetes mellitus · typickými příznaky DM jsou únava, hubnutí, polyurie (nadměrné močení), polydipsie (nadměrná žíznivost) a polyfagie („žravost“), špatné hojení ran Typy DM: diabetes mellitus 1. a 2. typu, gestační diabetes mellitus a potom celá řada specifických typů DM. DM 1. typu původně označován jako insulin-dependentní DM a to na základě absolutního nedostatku insulinu v organismu a nutnosti insulinové terapie. Podle etiologie DM 1. typu je rozlišován tzv. idiopatický DM 1. typu (neznámá etiologie a patofyziologie) a autoimunitní DM 1. typu (autoimunitní destrukce b-buněk pankreatu). Pacienti bývají náchylní ke ketoacidóze. Nejčastěji se projevuje v období puberty, kolem 12 roku života, ale objevit se může v kterémkoli věku; k jeho manifestaci dochází až při zničení asi 80% b-buněk. Častějším typem (80 – 90% případů) je však DM 2. typu, který je způsoben poruchou sekrece insulinu a insulinovou rezistencí. Příčinnou rozvoje insulinové rezistence může být snížení počtu insulinových receptorů, porucha insulinových receptorů nebo porucha v přenosu signálu v buňce. Insulinová rezistence má za následek hyperinsulinémii, která sice kompenzuje hladiny glykémie v krvi, ale dlouhodobé působení hyperinsulinémie vyčerpává b-buňky pankreatu a dochází k defektům b-buněk a tím následně i k porušení sekrece insulinu a rozvoji DM. Odhalení DM 2. typu je často náhodné, mnohdy až na základě projevů komplikací daných DM. Častější bývá rozvoj onemocnění až po čtyřicátém roce života, a dále pak u pacientů s hypertenzí či dyslipidémií. · k léčbě DM se využívá buďto insulin (u DM 1. typu a některých forem DM 2. typu) nebo tzv. perorální antidiabetika (PAD, DM 2. typu). Součástí léčby jsou vždy patřičná dietní opatření. · komplikace DM mohou být akutní či chronické; akutní komplikace diabetu jsou komplikace s rychlým nástupem (od minut u hypoglykémie až po hodiny), řadíme mezi ně hypoglykémii (hypoglykemické koma), ketoacidózu a ketoacidotické koma. · K rozvoji chronických komplikací DM dochází vlivem dlouhodobé hyperglykémie v organismu pacienta. Dlouhodobá hyperglykémie má za následek ireverzibilní glykaci (glykosylaci) proteinů. Nejprve vzniká reverzibilní reakcí tzv. Schiffova báze navázáním glukózy na aminoskupiny proteinů (po odeznění hyperglykémie, se glukóza z této vazby uvolňuje). Pokud přetrvává hyperglykémie, dochází k přesmyku a ze Schiffovy báze vzniká tzv. Amadoriho produkt. Souhrnně se konečné produkty pokročilé glykace označují AGEs (advanced glycation end products). AGEs mají negativní vliv na cévy, poškozují endotel, stimulují uvolňování zánětlivých mediátorů do krve a proliferaci fibroblastů. Na všech úrovních krevního řečiště dochází k rozvoji angiopatie. S rozvojem angiopatie jsou spojeny komplikace DM: diabetická retinopatie, diabetická nefropatie či diabetická neuropatie. Diagnostika DM K diagnostice diabetu mellitu se dle potřeby využívá několik různých testů. a) Stanovení glykémie – tedy stanovení hladiny glukózy v krvi · Hladina glukózy může být změřena náhodně, kdykoli během dne, bez ohledu na dietu · Cílené stanovení glykémie na lačno Hodnocení: Náhodná glykemie – tj. glykemie změřená v průběhu dne bez ohledu na dobu od požití posledního jídla c ≥ 11,1 mmol/l … potvrzený DM; c < 11,1 mmol/l … provádí se měření glukózy na lačno Hodnocení koncentrace glukózy v séru/plazmě na lačno Glykémie: c ≤ 5,6 mmol/l … zdravý člověk c = (5,6; 7) mmol/l … nutno provést oGTT (zřejmě je porušená glukozová tolerance, pacient trpí inzulinovou rezistencí) c ≥ 7 mmol/l … pacient s DM · pokud stanovení není prováděno ihned po odběru je nutné krev stabilizovat přídavkem antiglykolytického činidla (zabrání, aby se glukóza rozkládala – zabrání glykolýze, např. NaF) b) oGTT – orální glukózový toleranční test Provedení testu: 1. Provádí se po celonočním lačnění (8-12hodin) 2. Pacient přijde na odběr na lačno 3. Odebere se vzorek krve na lačno a stanoví se glykémie 4. Pacient dostane k vypití 75g glukózy rozpuštěné v cca 250-300ml vody, kterou během 5 minut vypije 5. Krev je odebírána po 60 a 120 minutách (Pokud je potřeba podrobnější rozbor tzv. glykemické křivky, je pacient odebírán co 30 minut) a stanovuje se koncentrace glukózy 6. Provede se hodnocení oGTT testu · Test se neprovádí u potvrzených diabetiků. · Test se provádí při glykémii nalačno mezi 5,6 - 7 mmol/l a u těhotných žen potvrzení/vyvrácení gestačního DM. Hodnocení testu: 1. Hodnotíme-li glykémii na lačno Glykémie: c ≤ 5,6 mmol/l … zdravý člověk c = (5,6; 7) mmol/l … nutno provést oGTT (zřejmě je porušená glukozová tolerance, pacient trpí inzulinovou rezistencí) c ≥ 7 mmol/l … pacient s DM 2. Hodnotíme-li hladinu glukózy po 120 minutách od vypití glukózy Hladina glukózy po 120 minutách: c ≤ 7,8 mmol/l …. zdravý člověk c ≥ 11,1 mmol/l …. potvrzený DM · u těhotných žen je hodnocení trošku jiné: gestační DM je potvrzen pokud: je glykémie nalačno opakovaně 5,1 mmol/l a výše nebo glykémie v 60. min OGTT 10,0 mmol/l a výše nebo glykémie ve 120. min OGTT 8,5 mmol/l a výše. c) Stanovení autoprotilátek U dětí, u kterých je vyšší riziko rozvoje DM 1. typu je možné stanovovat v krvi různé druhy autoprotilátek, např.: · Protilátky proti Langerhansovým ostrůvkům (ICA) – objevují se měsíce až roky před propuknutím DM (onemocnění se projeví, až když je zničeno cca 80-90% β) · Protilátky proti inzulínu – výrazem autoimunitního procesu Sledování kompenzace diabetu mellitu Diabetici si sami hlídají hladinu glukózy v kapilární krvi s pomocí glukometru (self-monitoring). Hladiny v kapilární krvi jsou mírně zvýšené oproti hodnotám v krvi venózní. Diabetik na insulinu by si měl hladiny kontrolovat před každým jídlem, aby si vhodně upravil dávku insulinu. Pro lékaře je u dlouhodobých diabetiků hodnota ranní glykémie jen velmi orientační. Kompenzaci onemocnění a dodržování dietních opatření je možno sledovat stanovením glykovaného hemoglobinu, který odráží dlouhodobé hladiny glukózy v krvi. Stanovení glykosurie · není-li DM kompenzován, v krvi jsou dlouhodobě zvýšeny hladiny glukózy – hyperglykémie – glukóza se dostává do primární moči a je-li přesažen tubulární práh, ledviny nezvládají glukózu resorbovat zpět a glukóza se dostane do definitivní moči · hodnota v moči je jen orientační, nedá se z ní usuzovat na hodnoty glykémie v krvi Stanovení glykovaných proteinů (AGEs) · stanovuje se glykovaný albumin prostřednictvím tzv. fruktosaminového testu (redukce NBT fruktosaminem na formazan, modře zbarven, měřen spektrofotometricky) · albumin má biologický poločas cca 19 dní – stanovení tedy ukazuje kompenzaci za poslední cca 2-3 týdny · Referenční hodnota: do 285 µmol/l; 285 – 320 µmol/l dobrá kompenzace DM; nad 370 µmol/l mluvíme o špatné kompenzaci DM Stanovení glykovaného hemoglobinu (HbA[1c]) Glykovaný hemoglobin: na bílkovinnou část molekuly hemoglobinu se naváží molekuly glukózy (většinou reaguje aldehydová skupina glukózy s volnou aminoskupinou) – reakce je do určité míry vratná, při dlouhodobé hyperglykémii dojde k nevratné přeměně (na tzv. Amadoriho produkt) · marker kompenzace diabetu – odráží hladinu cukru v krvi v dlouhodobém horizontu (dáno životností krvinky cca 120 dní) · může se vyjadřovat v % celkového hemoglobinu nebo v jednotkách SI – mmol/l, které vyjadřují kolik Amadoriho produktu vzniklo referenční hodnoty: zdravý člověk: < 4% neboli < 40 mmol/mol dobře kompenzovaný diabetik: < 4,5% neboli < 45 mmol/mol uspokojivá hodnota u diabetika: < 6% neboli < 60 mmol/mol · v USA se začíná využívat i k diagnostice DM – méně ovlivněno stresem, vyšší stabilita analytu ve vzorku · za hranici průkazu DM je považována hodnota vyšší než 4,75% (tedy 47,5 mmol/mol) Včasná diagnostika komplikací DM Mikroalbuminurie · jde o stanovení nízkých koncentrací albuminu v moči · fyziologicky se močí vylučuje do 30mg/l albuminu · za mikroalbuminurii se považují hodnoty albuminu v moči mezi 30 a 150 mg/l · je považována za první signál hrozícího poškození ledvin Diagnostika inzulinové rezistence Stanovení insulinu o insulin: jeho stanovení je nevhodné pro diabetiky, vyšetření je zkreslené, jestliže se pacient léčí inzulinem, stanovení je imunochemické a hladina je udávána v jednotkách aktivity (mU/l) Stanovení C-peptidu o C-peptid: ukazatel endogenní tvorby insulinu, stanovení v krvi imunochemické, udává se v jednotkách nmol/l Výpočet indexu inzulínové rezistence HOMA-IR o HOMA-IR – ukazatel inzulinové rezistence – počítá se z hodnot glykémie a koncentrace inzulinu HOMA-IR = (glukóza x insulin)/22,5 o hranice pro inzulinovou rezistenci je kolem HOMA-IR = 1,9; hodnoty nad 2,9 jsou považovány již za rozvinutou IR