Кетоновые кислоты в организме¶

Кетоновые кислоты (кетоновые тела, кетоны) — группа органических соединений, образующихся в организме человека и животных при неполном окислении жирных кислот. К ним относят ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат), β-оксимасляную кислоту (бета-гидроксибутират) и ацетон. Эти вещества служат альтернативным источником энергии, когда глюкоза недоступна или её поступление ограничено, и одновременно являются важным диагностическим показателем при ряде заболеваний, прежде всего при сахарном диабете.

¶Химическая природа

Строго говоря, термин «кетоновые кислоты» объединяет соединения разной химической природы. Ацетоуксусная кислота (CH₃COCH₂COOH) — это истинная кетокислота, содержащая одновременно кетогруппу и карбоксильную группу. β-оксимасляная кислота (CH₃CHOHCH₂COOH) — оксикислота, а не кетон, однако в биохимии её традиционно относят к кетоновым телам. Ацетон (CH₃COCH₃) — простейший кетон, не содержащий кислотной группы.

В физиологических условиях ацетоуксусная кислота и β-оксимасляная кислота существуют преимущественно в виде солей — ацетоацетата и β-гидроксибутирата, поскольку константы диссоциации этих кислот низкие. Именно поэтому в клинической практике чаще говорят о «кетоновых телах» в крови и моче, а не о свободных кислотах.

¶Биосинтез

Образование кетоновых тел, или кетогенез, происходит главным образом в митохондриях гепатоцитов — клеток печени. Исходным субстратом служат жирные кислоты, поступающие в печень из жировой ткани при её мобилизации. Процесс включает несколько этапов:

• β-окисление жирных кислот с образованием ацетил-КоА;
• конденсация двух молекул ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА;
• присоединение третьей молекулы ацетил-КоА с образованием β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА);
• расщепление ГМГ-КоА до ацетоацетата, который затем частично восстанавливается до β-гидроксибутирата или декарбоксилируется до ацетона.

Печень не способна использовать кетоновые тела в качестве источника энергии из-за отсутствия фермента сукцинил-КоА-ацетоацетат-трансферазы. Синтезированные соединения выделяются в кровь и потребляются другими тканями — мозгом, сердцем, скелетными мышцами, почками.

¶Физиологическая роль

В норме концентрация кетоновых тел в крови невелика и составляет примерно 0,1–0,5 ммоль/л. При голодании, длительных физических нагрузках, низкоуглеводных диетах или недостатке инсулина их уровень возрастает. Это состояние называют кетозом; при значительном накоплении говорят о кетоацидозе.

Кетоновые тела выполняют несколько функций:

• энергетическую — при длительном голодании мозг покрывает до 60–70 % энергозатрат за счёт β-гидроксибутирата;
• сигнальную — они влияют на экспрессию генов и секрецию гормонов;
• защитную — умеренный кетоз снижает окислительный стресс и воспаление в эксперименте.

¶Патологии и клиническое значение

Наиболее значимое состояние, связанное с кетоновыми кислотами, — диабетический кетоацидоз. Он развивается при абсолютной или выраженной относительной недостаточности инсулина, чаще всего при сахарном диабете 1 типа. Дефицит инсулина блокирует поступление глюкозы в клетки, организм переключается на жировой обмен, и продукция кетоновых тел резко возрастает. Их накопление сдвигает кислотно-щелочное равновесие в сторону ацидоза, что проявляется тошнотой, рвотой, глубоким шумным дыханием, запахом ацетона изо рта, нарушением сознания вплоть до комы. Без лечения состояние угрожает жизни.

Другие причины повышения кетоновых тел:

• алкогольный кетоацидоз;
• длительное голодание и тяжёлые инфекции;
• токсикозы у детей;
• беременность, осложнённая неукротимой рвотой.

Определение кетоновых тел в крови и моче — рутинный лабораторный тест. В моче их выявляют с помощью тест-полосок (реакция с нитропруссидом), в крови — ферментативными и электрохимическими методами. Важно учитывать, что нитропруссидный тест плохо улавливает β-гидроксибутират, преобладающий при кетоацидозе, поэтому современные анализаторы ориентированы именно на него.

¶Кетогенная диета

Управляемое повышение уровня кетоновых тел лежит в основе кетогенной диеты — режима питания с резким ограничением углеводов и высоким содержанием жиров. Метод изначально применялся для лечения фармакорезистентной эпилепсии у детей и сохраняет эффективность в этом качестве. Позднее диета стала использоваться при некоторых метаболических и неврологических состояниях, однако её длительное применение требует медицинского контроля из-за риска дефицита нутриентов, запоров и нарушений липидного профиля.

¶Диагностические показатели

¶Историческая справка

Кетоновые тела были обнаружены в моче больных диабетом в середине XIX века. Термин «ацетон» ввёл в употребление немецкий химик Юстус фон Либих. В 1880-х годах российский врач Николай Жуковский описал кетоновые тела как продукты нарушенного обмена. К началу XX века сформировалось представление о диабетической коме как следствии кетоацидоза, а открытие инсулина в 1921 году позволило эффективно корректировать это состояние.

¶Современные исследования

В начале XXI века интерес к кетоновым телам вырос в связи с изучением их роли в нейропротекции, старении и метаболическом здоровье. Обсуждается применение экзогенных кетоновых эфиров и солей β-гидроксибутирата как средств, имитирующих эффект голодания без ограничения калорий. Данные исследований на этот счёт остаются предварительными и не подтверждают широкого клинического применения вне установленных показаний.