Голодание
Общие сведения
Голодание — это типовой патологический процесс, развивающийся в организме в случаях, когда он полностью лишен поступления питательных веществ, получает их в недостаточном количестве либо утрачивает способность к их адекватному усвоению. В современной патологической физиологии голодание рассматривается как длительный стресс, представляющий собой адаптивную реакцию с выраженной активацией биосинтеза гормонов коры надпочечников. Эти гормоны оказывают как прямое, так и косвенное воздействие на жизненно важные ферментативные системы, стремясь поддержать гомеостаз в критических условиях.
По своему происхождению голодание подразделяется на физиологическое и патологическое. Физиологическое голодание является нормальным эволюционно закрепленным процессом для некоторых видов животных (например, зимняя спячка сурков, медведей, пресмыкающихся), в ходе которого метаболизм перестраивается на экономное потребление энергии. Для человека, сформировавшегося в условиях субтропического и тропического климата с постоянным доступом к пище, физиологическое голодание не свойственно. Поэтому любое длительное лишение пищи у человека расценивается исключительно как патологическое голодание.
Этиология и классификация
Патологическое голодание возникает под воздействием факторов, которые делятся на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные). К внешним причинам относятся социальные бедствия, экономические кризисы, войны, низкий социальный статус и дефицит продовольственных ресурсов. Внутренние причины связаны с тяжелыми соматическими заболеваниями: пороками развития, болезнями органов пищеварения, онкологическими процессами (сопровождающимися раковой кахексией), тяжелыми инфекциями и патологическим отсутствием аппетита (анорексией).
По степени дефицита питательных веществ выделяют три основные формы голодания: Полное голодание — состояние, при котором в организм не поступают никакие питательные вещества. Оно может протекать с потреблением воды (с ограничением или без него) либо без воды (абсолютное голодание). Неполное голодание (недоедание) — состояние, при котором в организм поступают все необходимые нутриенты, но их энергетическая ценность существенно ниже физиологической нормы и текущих энергетических затрат (характерно для узников лагерей, тяжелых индустриальных условий). Частичное голодание — состояние, при котором общая энергетическая ценность рациона может быть достаточной, однако в нем отсутствует или резко ограничен один или несколько ключевых компонентов (дефицит белков, жиров, углеводов, витаминов или микроэлементов).
Продолжительность жизни при голодании зависит от комплекса факторов: температуры окружающей среды (при холоде энергия интенсивно тратится на терморегуляцию, что ускоряет гибель), физической активности, запасов жировой ткани и пола. Важнейшим фактором является возраст и удельная поверхность тела, определяющая интенсивность основного обмена. У мелких млекопитающих и птиц с большой удельной поверхностью и напряженным обменом гибель наступает стремительно (мелкие птицы и мыши погибают через 2-4 дня). Собака может переносить голодание до 40-60 дней, а взрослый человек — до 70 дней. У детей, особенно новорожденных, обмен веществ высок, а запасы малы, что ведет к быстрой смерти. Напротив, у лиц пожилого и старческого возраста основной обмен физиологически снижен, что делает их более устойчивыми к длительному дефициту калорий.
Патогенез полного голодания
Течение полного голодания (при условии потребления воды) клинически и патофизиологически разделяется на три периода: начального приспособления, максимального приспособления и терминальный.
Первый период (период возбуждения) продолжается у человека от 2 до 4 суток. Ведущим симптомом является острое чувство голода, возникающее вследствие снижения уровня глюкозы и аминокислот в крови, а также отсутствия нервных импульсов от пустого желудка. На фоне гипогликемии снижается секреция инсулина и холецистокинина (стимулятора центра сытости). Одновременно нейропептид Y и мотилин стимулируют пищевой центр. Поддерживается чувство голода также снижением выработки лептина и кахексина адипоцитами. В этот период расходуются углеводные резервы организма (в основном гликоген печени и мышц, запасов которого хватает менее чем на сутки). Для поддержания уровня глюкозы активируется секреция глюкагона и глюкокортикоидов, что запускает процесс глюконеогенеза — синтеза углеводов из тканевых белков. Основной обмен в начале первого периода кратковременно повышается, поведение характеризуется поисковой активностью. Потеря массы тела обусловлена не только распадом гликогена, но и выведением излишней жидкости.
Второй период (период угнетения) является самым продолжительным и длится около 40-50 дней. Чувство голода полностью исчезает, пищевой центр находится в состоянии глубокого торможения. Организм переходит на режим максимальной экономии: основной обмен снижается примерно на 20%, уменьшается теплопродукция, человек постоянно испытывает зябкость. Снижение обмена реализуется через угнетение функции щитовидной железы. Главным источником энергии становятся эндогенные жиры (до 84% энергозатрат покрывается за счет их окисления, 13% — за счет белков и лишь 3% — углеводов). Вследствие низкого уровня инсулина и преобладания катехоламинов усиливается липолиз, свободные жирные кислоты выходят из депо в кровь и направляются в печень и мышцы. Поскольку углеводов не хватает, бета-окисление жирных кислот в печени не доходит до конца, что приводит к массивному синтезу кетоновых тел (ацетоацетата, бета-гидроксибутирата). Накопление кетоновых тел вызывает кетоацидоз (определяется запах ацетона изо рта). Кетоновые тела становятся критически важным источником энергии для головного мозга, который способен снизить свою потребность в глюкозе со 100-150 граммов до 25 граммов в сутки, покрывая до половины энергетических нужд за счет кетонов. Почки активно включаются в поддержание гомеостаза, синтезируя до 80 граммов глюкозы в день (из белков и глицерина) и вырабатывая аммиак для нейтрализации кислот, что придает моче резкий аммиачный запах. Несмотря на экономное расходование, мышечная ткань, селезенка, половые органы и кожа постепенно атрофируются (снижение массы около 1% в день). Головной мозг и миокард сохраняют свою массу и функцию практически неизменными до самого конца периода.
Третий период (терминальный) наступает после истощения жировых запасов (длится 3-5 дней). Для поддержания работы головного мозга организм начинает стремительно разрушать белки жизненно важных органов, что делает процесс необратимым. Резко усиливается распад тканей, что отражается в усиленном выделении с мочой азота, калия и фосфора в пропорциях, характерных для мышечных волокон. Падает онкотическое давление плазмы крови (ввиду разрушения сывороточных альбуминов), что приводит к выходу жидкости в ткани и формированию массивных голодных отеков. Развивается тяжелая деструкция митохондрий, нарушается трофика, появляются пролежни и язвы (кератит). Температура тела падает с нижних границ нормы до критических 30-28 градусов Цельсия. Нарастает интоксикация непереваренными метаболитами, наступают параличи, кома и гибель организма.
Неполное и частичное голодание
Неполное голодание характеризуется хроническим дефицитом энергии. Адаптивные механизмы приводят к стойкому снижению основного обмена (на 30%), брадикардии, артериальной гипотензии и угнетению дыхания. Масса тела снижается медленно, однако потеря веса часто маскируется развивающимися голодными отеками. Угнетается половой инстинкт, возникает анемия. При потере около 40% массы тела наступает смерть.
Особое значение имеет частичное белковое голодание, или белково-энергетическая недостаточность. В условиях хронического дефицита белков при относительной сохранности углеводного питания (что часто наблюдается в развивающихся странах или во время блокад) развивается алиментарная дистрофия (или алиментарный маразм). При этом расходуются собственные белковые резервы организма, развивается тяжелая мышечная атрофия. Специфической формой белкового голодания у детей является квашиоркор. Он возникает при раннем переводе ребенка с грудного молока на углеводную пищу (например, только на рис). При квашиоркоре наблюдается жировая инфильтрация печени (ввиду невозможности синтеза липопротеинов без белка) с исходом в цирроз, деструкция поджелудочной железы, тяжелейшие отеки (асцит), слущивание эпидермиса (дети выглядят «красными»), остановка физического и умственного развития, депигментация волос.
Полное голодание без воды является крайне опасным. В отличие от голодания с водой, оно длится не более 3-6 суток. В этот период жировая ткань расщепляется стремительно, поскольку эндогенный жир служит единственным источником метаболической воды (эффект верблюда). Однако без поступления экзогенной воды невозможно функционирование почек по выведению продуктов распада (кетоновых тел, азотистых шлаков). Это приводит к молниеносной тяжелой аутоинтоксикации организма и быстрой смерти.
Биохимические и генетические сдвиги
Голодание вызывает глубокие изменения на клеточном и молекулярном уровнях. Нарушается первичная структура синтезируемых ферментов из-за изменений акцепторной способности транспортных РНК. В пентозофосфатном цикле значительно снижается общая активность ключевых ферментов — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и фосфоглюконатдегидрогеназы. Меняется изоферментный спектр многих белковых комплексов. Замедляется липогенез и синтез фосфолипидов в печени. Ввиду дефицита белка и недостаточного образования транспортных липопротеинов, синтезируемые триглицериды задерживаются в гепатоцитах, вызывая временную жировую инфильтрацию печени на ранних этапах голодания. Гормональный фон претерпевает стадийные изменения: изначальная активация гипофиза, надпочечников и щитовидной железы во втором периоде сменяется их тотальным угнетением. Уровень соматотропина резко падает (прекращается рост тканей), снижается продукция тиреотропина и лютеинизирующего гормона.
Особенности восстановления (выхода из голодания)
Несмотря на тяжелейшие метаболические сдвиги, при полном голодании первой и второй стадий необратимых изменений в органах, как правило, не происходит. Организм обладает высокой регенеративной способностью: потеря половины массы тела может быть восстановлена при адекватном питании за несколько недель. Однако процесс выхода из голодания (рефидинг) требует строжайшего медицинского контроля. Пищеварительная система находится в состоянии глубокого угнетения, ферменты не вырабатываются. Обильный прием пищи после длительного голодания может привести к летальному исходу из-за тяжелой дисфункции органов пищеварения и острого сдвига электролитов. Выход должен начинаться с дробного введения сильно разбавленных соков, растворов глюкозы и легких бульонов, с крайне медленным расширением рациона на протяжении нескольких недель для постепенного запуска выработки ферментов и восстановления ворсинок кишечника.
См. также
Патологическая физиология Обмен веществ Кахексия Дистрофия Ацидоз