Голодание

Голодание представляет собой лишение организма питательных веществ. Голодание подразделяется на полное, неполное и частичное.

Полное голодание – это прекращение потребления питательных веществ; полное голодание в сочетании с ограничением или прекращением потребления воды называется абсолютным голоданием.

Неполное голодание - недостаточная калорийность пищевого рациона по сравнению с реальными энергетическими затратами организма.

Частичное голодание представляет собой недостаток некоторых ингредиентов в рационе питания (белковое, липидное, углеводное, витаминное, минеральное голодание); при этом энергетическая ценность потребляемых продуктов может соответствовать нормам.

Этиология. Причины голодания могут быть экзогенными и эндогенными. К экзогенным причинам относится дефицит продуктов при стихийных бедствиях, военных действиях, из-за бедности населения. К внутренним причинам относят аномалии развития пищеварительного тракта, поражения органов пищеварительной системы, анорексия (отсутствие аппетита при различных патологических процессах) и т.д.

Патогенез. Патогенез голодания при действии экзогенных факторов состоит в недостаточном потреблении питательных веществ по отношению к реальным энергетическим и пластическим потребностям организма. Главными патогенетическими механизмами голодания, вызванного эндогенными факторами, являются невозможность потребления пищи (стеноз пищевода, привратника), нарушения пищеварения и абсорбции питательных веществ различной этиологии.

Динамика процессов при голодании и продолжительность жизни организма напрямую зависят от внутренних и внешних условий, которые определяют скорость и эффективность использования эндогенных питательных веществ (особенности пола, возраста, общего состояния организма, количество и качество липидных и белковых резервов организма, интенсивность метаболизма, размер энергетических затрат необходимых для поддержания температуры тела). К примеру, у маленьких детей, из-за большего соотношения поверхности тела к массе (специфическая поверхность тела), потери тепла превышают этот показатель у взрослых, что определяют повышенный основной обмен и уменьшение продолжительности жизни при голодании. Небольшие размеры тела и несовершенная регуляция теплообмена объясняют быструю гибель новорожденных при голодании.

Предельная продолжительность жизни при голодании человека составляет 65-70 дней. На протяжении голодания, поддержание жизненных процессов организма осуществляется посредством потребления эндогенных питательных веществ – гликогена, запасенного в печени и мышцах, липидов, отложенных в жировой ткани, белков из состава органов. Как следствие наблюдается снижение массы тела, в том числе и за счет внутренних органов. Разная степень потери массы различными органами и тканями наглядно демонстрирует тот факт, что при голодании одновременно проходят двунаправленные метаболические процессы – катаболизм веществ в некоторых органах с их атрофией параллельно с анаболическими процессами для поддержания структурного гомеостаза других органов. Благодаря этому, жизненно-важные органы (головной мозг и сердце) сохраняют неизмененную массу и свою функциональную способность до смерти. Сердце сохраняет не только массу, но и обычную интенсивность метаболизма и функциональную активность Поразительна феноменальная устойчивость головного мозга к голоданию, который продолжает расти у молодых животных даже в такой ситуации..

Функциональные и метаболические изменения при голодании.

При полном голодании обнаруживаются изменения в энергетическом метаболизме, потреблении кислорода, в белковом, углеводном, липидном и водно-солевом обмене.

В соответствии с метаболическими изменениями голодание может быть подразделено на три основных периода: начальный, адаптационный, и терминальный.

Начальный период (1-2 дня). Основной обмен повышается путем неэкономичного расходования энергии; дыхательный коэффициент равен 1, благодаря окислению преимущественно гликогена из резервов. Уровень глюкозы в крови падает (до 3 ммол/л), что ведет к гипосекреции инсулина, повышению активности альфа-клеток поджелудочной железы и секреции глюкагона. Повышается секреция глюкокортикоидов корковым веществом надпочечников, что вызывает интенсификацию белкового катаболизма и глюконеогенеза. Быстро снижается содержание гликогена в печени (примерно за 24 часа), но поддерживается, хоть и на низком уровне, благодаря усилению глюконеогенеза. Угнетение секреции инсулина ведет к снижению эффективности цикла Кребса в печени. В митохондриях падает интенсивность окислительного фосфорилирования и, соответственно, снижается клеточный энергогенез. Присутствие в избытке кортикоидов ингибирует активность гексокиназы, снижая, таким образом, усвоение глюкозы гепатоцитами.

Выделение азота с мочой снижается на 2-3 день голодания (с 12-14 до 10 г за 24 часа). В дальнейшем, на 5-6 день голодания, когда резервы углеводов израсходованы и интенсифицируется липидный катаболизм, наблюдается непродолжительное увеличение выделения азота с мочой, после чего оно снижается до 4-7 г, что указывает на более экономное использование белков. Синтез белков снижен. Падает интенсивность процессов дезаминирования и трансаминирования аминокислот в печени. Снижается биосинтез аминокислот из альфа-кетокислот. Снижается образование цитрулина и аргинина из их предшественников и, соответственно, снижается образование мочевины. Вместе с тем, в связи с необходимостью для организма пластического материала, продолжается распад белков, устанавливается отрицательный азотистый баланс.

Период адаптации продолжительный, проходит при минимальных расходах энергии. Резервы гликогена практически израсходованы, и, по этой причине, происходит преимущественное окисление липидов, что покрывает до 80 % энергетических потребностей организма, в то время как окисление белков – только 13 %, а углеводов всего 3 %. Дыхательный коэффициент достигает 0,7.

Низкий уровень инсулина ведет к снижению усвоения глюкозы в адипоцитах из-за недостатка глицерфосфата, необходимого для синтеза триглицеридов. Вместе с этим, доминирующее действие глюкагона и катехоламинов активирует аденилатциклазную систему и усиливает липолиз с накоплением в крови жирных кислот и установлением транспортной гиперлипидемии. Ткани, в которых транспорт глюкозы через клеточные мембраны зависит от инсулина (миокард, скелетные мышцы, жировая ткань), не усваивают глюкозу. В печени и мышцах растет уровень свободных жирных кислот и стимулируется их транспорт через митохондриальные мембраны. На уровне печени липогенез и синтез жирных кислот ингибированы; по причине дефицита белков и неспособности синтеза липопротеинов и фосфолипидов развивается жировая инфильтрация печени. В почках интенсивно проходит глюконеогенез – в день образуется около 80 г глюкозы, половина которой образуется из аминокислот (белковый катаболизм), а другая - из липидов (липидный катаболизм). Аминокислоты, которые высвобождаются в процессе протеолиза, фиксируют кетоновые тела, образованные при неполном окислении липидов и белков. Это ведет к выделению повышенного количества солей аммония с мочой, развивается негазовый ацидоз. Снижается функция щитовидной железы и бета-клеток поджелудочной железы – важнейшие факторы в снижении основного обмена.

Азотистый баланс остается отрицательным, хотя абсолютная экскреция азота снижается как результат общего снижения белкового метаболизма. Вместе с тем, сохраняется способность синтеза белковых структур в жизненноважных органах (напр., в сердце) на фоне распада белков в поперечнополосатых мышцах. В организме происходит глубокая реструктуризация метаболических процессов, направленная на более эффективное использование резервных веществ. При голодании происходит перераспределение питательных веществ в пользу жизненноважных органов (сердце, головной мозг), из-за чего их масса остается практически постоянной на всем протяжении голодания. Снижение основного обмена объясняется тем, что энергогенераторные системы, локализованные в митохондриях, переходят на более экономное функционирование – снижается скорость свободного окисления, повышается эффективность энергетического метаболизма посредством сопряжения процессов окисления и фосфорилирования.

На 6-8 день голодания наблюдается так называемая спонтанная секреция желудочного сока. Также повышается секреция желчи, поджелудочного и кишечного соков. В это же время, вместе с пищеварительными соками секретируется и повышенное количество альбуминов, глобулинов и полипептидов. В пищеварительном тракте они расщепляются до аминокислот, которые абсорбируются в кровь и снова используются как пластический материал. Этот процесс обеспечивает, хотя и не в полном объеме, жизненно важные органы пластическим материалом на протяжении голодания. В просвет кишечника секретируются также сложные липиды и нейтральные жиры, которые затем абсорбируются из кишечника и вновь используются организмом. На протяжении голодания повышается элиминация с желчью нейтральных жиров, лецитина и холестерина. Таким способом механизмы адаптации обеспечивают повторное использование белков в синтетических процессах и поддержание жизни в течение продолжительного времени в случае полного голодания.

При голодании угнетается секреция щитовидной железы, что ведет к снижению основного обмена и к максимальной экономии резервных питательных веществ - организм переходит на эндогенное питание. В ранние сроки голодания происходит активация гликолитических и липолитических энзимов, немного позже повышается активность энзимов трансаминирования. Постепенно снижается активность фосфомоноэстеразы-1 (которая участвует в углеводном метаболизме), липомобилизирующих энзимов, а также ксантиноксидазы, аргиназы, каталазы. На конечных этапах голодания повышается активность лизосомальных гидролаз, что указывает на нарушение целостности лизосомальных мембран.

Непосредственной причиной метаболических нарушений при голодании является недостаточная активность ферментных систем из-за невозможности регенерации энзимов белковой структуры, которые усиленно разрушаются в процессе голодания. Дезинтеграция и восстановление различных ферментных систем проходит с разной скоростью, поэтому и их активность нарушается не в одинаковой степени. Например, активность катепсинов практически не изменяется, в то время как активность окислительных энзимов нарушается уже в начальный период голодания. В крови накапливаются продукты неполного распада и промежуточные продукты (напр., кетоновые тела), что ведет к ацидозу и тяжелой интоксикации организма.

Изменения ферментной активности в органах могут быть связаны с изменениями изоферментного спектра. Снижается активность глюкозо-6-фосфодегидрогеназы (Г-6-ФДГ), фосфоглюконатдегидрогеназы и их изоферментов. Возможно, причина заключается в изменении механизмов генетической регуляции их синтеза и отсутствии их индукции субстратом. Угнетение синтеза изоферментов с повышенной активностью, возможно, связано с недостатком инсулина и избытком глюкокортикоидов. Важную роль играет также дефицит аминокислот и нарушение их оптимального соотношения, необходимого для синтеза белков.

О нарушении генетического контроля над синтезом энзимов свидетельствует и изменение их первичной структуры. Так, модификация мышечной альдолазы проявляется снижением количества серусодержащих аминокислот, увеличением содержания аланина и изменением пептидной структуры апоферментов.

Нарушение синтеза протеинов в случае голодания может быть объяснено модификациями тРНК, которые снижают ее способность как акцептора тирозина, лейцина, метионина и глицина. Возможно, при голодании, в частях молекулы РНК, ответственных за взаимодействие с аминоацилсинтетазами, происходят конформационные изменения, которые снижают в целом биологическую активность РНК.

Третий период голодания – терминальный, характеризуется внезапной интенсификацией белкового катаболизма в жизненно важных органах. Эти белки расходуются как энергетический материал. Дыхательный коэффициент возрастает и становится равным 0,8, что может быть объяснено относительным преобладанием окисления углеводов и белков над окислением жиров. Возрастает выделение с мочой азота, калия, серы, фосфора; соотношение между азотом, калием и фосфором такое же, как и в цитоплазме мышечных волокон, что свидетельствует о разрушени мышечной ткани. Появляются деструктивные изменения в митохондриях. Накопление солей и повышение осмотического давления в тканях ведет к задержке воды. Нарушается трофика тканей, что проявляется появлением некрозом кожи, слизистых, роговицы.

В первые дни голодания масса тела снижается относительно резко вследствие неэкономного потребления энергии, выделения каловых масс. В дальнейшем, потеря веса замедляется, составляя около 0,5-1 % в сутки. В терминальный период голодания, вследствие быстрого разрушения тканей, кривая потери массы тела становится крутой.

Проявления голодания. Жизненные функции организма в течение первого и второго периода голодания поддерживаются в физиологических пределах.

Термогенез при голодании поддерживается на минимальном уровне и снижается только к окончанию третьего периода; немного снижается теплооотдача, а температура тела устанавливается на минимальном уровне нормы. Только в терминальной стадии температура тела падает до 28-30 ⁰ С.

Со стороны ЦНС в первом периоде отмечается возбуждение центра голода, а некоторые условные рефлексы пропадают. Появляется торможение в коре головного мозга. При голодании гораздо легче может развиться шок. Высшая нервная деятельность сохраняется, но иногда могут развиться психозы. Функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем нарушаются в меньшей степени. К концу второго периода голодания отмечается некоторое ускорение сердечных сокращений и частоты дыхания. Диурез снижается, и лишь в терминальный период, когда происходит разрушение белков, начинает повышаться. В составе крови не наблюдается серьезных изменений, кроме гидремии (гемодилюции) в связи с задержкой воды в организме. Качественные изменения гемограммы на протяжении голодания незначительны: появляются макроциты, микроциты и дегенеративные формы лейкоцитов. Патоморфологические изменения в органах и тканях не являются специфическими и сводятся, как правило, к атрофии, особенно в паренхиматозных органах.

Последствия полного голодания. Восстановление питания голодающих, даже если начинается в последнем периоде, ведет к полному восстановлению всех функций организма, что доказывает обратимый характер изменений, наступивших при голодании. Процесс восстановления проходит достаточно быстро. Так, если за 1 месяц голодания были потеряны 40-50 % массы тела, то восстановление проходит за 2 месяца. Появляется аппетит, усиливаются окислительные процессы, возрастает анаболизм, устанавливается положительный азотистый баланс. Повторные эпизоды голодания постепенно истощают возможности организма к восстановлению, ведут к дистрофическим, некробиотическим и атрофическим процессам в желудочно-кишечном тракте и жизненно-важных органах. Значительно страдает и ЦНС. В исключительных, необратимых случаях, восстановление питания может оказаться неэффективным.

Абсолютное голодание (без воды, «сухое» голодание) имеет в качестве основного патогенетического фактора тяжелое обезвоживание, вплоть до эксикоза и дезинтеграции клеток.

Восстановление питания. После полного и продолжительного голодания восстановление питания должно осуществляться постепенно, поскольку, из-за атрофии пищеварительных желез и несостоятельности кишечного барьера, в кровь могут абсорбироваться промежуточные продукты пищеварения (альбумозы, пептоны), обладающие токсическим действием. В целом, восстановление массы тела в период реалиментации имеет более прогрессивную динамику, чем потеря массы тела в течение голодания. Восстановление питания после полного, но непродолжительного голодания, обеспечивает восстановление массы тела и всех жизненных функций организма за короткий период времени.