糖質代謝

炭水化物は主要なエネルギー源です。1gの炭水化物は完全に分解されると16.7kJ（4kcal）のエネルギーを放出します。さらに、ムコ多糖類の形態の炭水化物は結合組織の一部であり、複合化合物（糖タンパク質、リポ多糖類）の形態の炭水化物は細胞の構成要素であるだけでなく、いくつかの活性生物学的物質（酵素、ホルモン、免疫体など）の成分でもあります。

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食事中の炭水化物

子供の食事における炭水化物の割合は、年齢によって大きく異なります。生後1年の子供では、エネルギーの必要量を満たす炭水化物含有量は40％です。1年後には、60％に増加します。生後数か月間は、炭水化物の必要量は母乳に含まれる乳糖（ラクトース）で賄われます。人工乳による授乳では、子供はスクロースまたはマルトースも摂取します。補助食品の導入後、多糖類（デンプン、一部はグリコーゲン）が体内に入り始め、主に体の炭水化物必要量を賄います。この種の子供への栄養は、膵臓によるアミラーゼの生成と唾液による分泌の両方を促進します。生後最初の数日間と数週間は、アミラーゼはほとんど存在せず、唾液分泌もわずかですが、3〜4か月からアミラーゼの分泌が始まり、唾液分泌が急増します。

デンプンの加水分解は唾液アミラーゼと膵液の影響下で起こり、デンプンはマルトースとイソマルトースに分解されることが知られています。

食物二糖類（ラクトース、スクロース）に加え、マルトース、イソマルトースも腸粘膜の腸絨毛表面で二糖分解酵素の作用によりグルコース、フルクトース、ガラクトースといった単糖類に分解され、細胞膜を通して再吸収されます。グルコースとガラクトースの再吸収プロセスは能動輸送と関連しており、単糖類のリン酸化とグルコースリン酸への変換、そしてグルコース-6-リン酸（それぞれガラクトースリン酸）への変換から構成されます。このような活性化は、グルコースキナーゼまたはガラクトースキナーゼの作用下で、1つのマクロエネルギー結合のATPを消費して起こります。グルコースやガラクトースとは異なり、フルクトースは単純な拡散によってほぼ受動的に再吸収されます。

胎児の腸内の二糖類分解酵素は妊娠週数に応じて形成されます。

消化管機能の発達時期、検出時期、成人における同機能の割合としての重症度

炭水化物の吸収	酵素の最初の検出、週	重症度、成人の割合
A-アミラーゼ膵臓	22	5
唾液腺のα-アミラーゼ	16	10
ラクターゼ	10	100以上
スクラーゼとイソマルターゼ	10	100
グルコアミラーゼ	10	50
単糖類の吸収	11	92

マルターゼとスクラーゼの活性は妊娠初期（妊娠6～8ヶ月）に、ラクターゼの活性は後期（妊娠8～10ヶ月）に上昇することが明らかです。腸粘膜細胞における様々な二糖類分解酵素の活性が研究されました。その結果、出生時における全てのマルターゼの総活性は、タンパク質1gあたり1分間に平均246μmolの分解二糖類に相当することが分かりました。スクラーゼの総活性は75μmol、イソマルターゼの総活性は45μmol、ラクターゼの総活性は30μmolでした。これらのデータは小児科医にとって非常に興味深いものです。母乳で育てられた乳児がデキストリンとマルトースの混合物をよく消化できるのに、ラクトースは下痢を引き起こしやすい理由が明らかになったからです。小腸の粘膜におけるラクターゼの活性が比較的低いため、ラクターゼ欠乏症は他の二糖類分解酵素の欠乏症よりも頻繁に観察されます。

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炭水化物の吸収障害

乳糖吸収不良には、一過性と先天性があります。前者は腸内ラクターゼの成熟の遅れによって引き起こされ、年齢とともに消失します。先天性は長期間観察されますが、一般的には出生時から授乳中に最も顕著になります。これは、母乳中の乳糖含有量が牛乳の約2倍であるという事実によって説明されます。臨床的には、乳児は下痢を発症します。下痢は、軟便（1日に5回以上）に加えて、酸性反応による泡状便（pH 6未満）を特徴とします。脱水症状が見られる場合もあり、深刻な状態として現れます。

高齢になると、いわゆるラクターゼ抑制が起こり、その活性が著しく低下します。多くの人が天然の牛乳に耐えられないのに対し、発酵乳製品（ケフィア、アシドフィルス、ヨーグルト）はよく吸収されるという事実はこのためです。ラクターゼ欠乏症は、アフリカ系およびインド系の人々の約75％、アジア系の人々の最大90％、ヨーロッパ系の人々の20％に影響を及ぼしています。スクロースとイソマルトースの先天的な吸収不良はそれほど一般的ではありません。これは通常、スクロースを強化したミルク混合物による人工栄養、およびこの二糖類を含むジュース、果物、または野菜を食事に取り入れている子供に現れます。スクロース欠乏の臨床症状は、ラクトース吸収不良の症状に似ています。二糖類分解酵素欠乏症は、完全に後天的なもの、子供が患っているさまざまな病気の結果または合併症である場合もあります。二糖類分解酵素欠損症の主な原因は以下の通りです。

損傷要因への曝露の結果:

• ウイルス性または細菌性腸炎の後;
• ロタウイルス感染の特別な意義;
• 栄養失調;
• ジアルジア症;
• 壊死性腸炎後;
• 免疫不全;
• セリアック病;
• 細胞増殖抑制療法;
• 牛乳タンパク質不耐症;
• 周産期の低酸素状態;
• 黄疸とその光線療法。

刷子縁の未熟さ：

• 未熟;
• 出生時の未熟さ。

外科的介入の結果：

• 胃瘻;
• 回腸造設術
• 人工肛門;
• 小腸切除術;
• 小腸吻合術。

単糖類（グルコースおよびガラクトース）の活性化障害においても、同様の臨床症状が報告されています。これらの単糖類は、高い浸透圧活性を有し、腸管への水分の流入を引き起こすため、食事中に過剰に摂取した場合とは区別する必要があります。単糖類は小腸から肝門部プールに吸収されるため、まず肝細胞に侵入します。その後、主に血糖値によって決定される状況に応じて、グリコーゲンに変換されるか、単糖類のまま血流に運ばれます。

成人の血液中のグリコーゲン含有量は、子供（0.117～0.206 g/l）よりもわずかに低い（0.075～0.117 g/l）。

体内の貯蔵炭水化物であるグリコーゲンの合成は、様々な酵素群によって行われ、1,4-結合または1,6-結合（グリコーゲンの側鎖は1,6-結合で形成されます）で連結されたグルコース残基からなる高度に分岐した分子が形成されます。必要に応じて、グリコーゲンは再びグルコースに分解されます。

グリコーゲンの合成は、子宮内発育9週目に肝臓で始まります。しかし、急速な蓄積は出生前（肝臓1gあたり1日20mg）にのみ起こります。そのため、出生時の胎児の肝臓組織中のグリコーゲン濃度は成人よりもやや高くなります。蓄積されたグリコーゲンの約90%は出生後2～3時間で消費され、残りのグリコーゲンは48時間以内に消費されます。

実際、これは新生児が生後数日間、母乳をほとんど摂取できない時期に必要なエネルギーを供給します。生後2週目からグリコーゲンの蓄積が再び始まり、生後3週目までに肝臓組織におけるグリコーゲン濃度は成人レベルに達します。しかし、小児の肝臓重量は成人よりも大幅に少なく（1歳児の肝臓重量は成人の肝臓重量の10%に相当）、小児のグリコーゲン貯蔵量はより早く消費されるため、低血糖を防ぐために補充が必要となります。

グリコーゲン生成とグリコーゲン分解の強度比は、血糖値、すなわち血糖値をほぼ決定します。この値は極めて一定です。血糖値は複雑なシステムによって調節されています。この調節における中心的な役割を担うのが、いわゆる糖中枢です。これは、大脳皮質、皮質下層（レンズ核、線条体）、視床下部、延髄といった中枢神経系の様々な部位に位置する神経中枢の機能的連携として捉えるべきです。さらに、多くの内分泌腺（膵臓、副腎、甲状腺）も炭水化物代謝の調節に関与しています。

炭水化物代謝障害：蓄積疾患

しかし、酵素系の先天性疾患が見られる場合があり、肝臓や筋肉におけるグリコーゲンの合成または分解が阻害されることがあります。これらの疾患にはグリコーゲン欠乏症が含まれます。これは、グリコーゲン合成酵素の欠損に基づいています。この疾患がまれな理由は、診断の難しさと、急速に悪化する予後にあると考えられます。新生児は、非常に早い段階で（授乳の合間でさえ）、けいれんやケトーシスを伴う低血糖を経験します。より一般的には、正常な構造のグリコーゲンが体内に蓄積するか、セルロース（アミロペクチン）に似た不規則な構造のグリコーゲンが形成されるグリコーゲン病の症例が報告されています。このグループは、原則として遺伝的に決定されます。グリコーゲン代謝に関与する特定の酵素の欠損に応じて、さまざまな形態またはタイプのグリコーゲン症が区別されます。

I型は、肝腎性グリコーゲン症、あるいはギールケ病を含み、グルコース-6-ホスファターゼ欠損症を基礎としています。これは、構造的グリコーゲン異常を伴わないグリコーゲン症の中で最も重篤な病態です。この疾患は劣性遺伝性で、臨床的には出生直後または乳児期に発症します。特徴的な肝腫大を呈し、低血糖発作、昏睡、ケトーシスを伴います。脾臓は肥大しません。その後、成長遅延と体格不均衡（腹部肥大、体長伸長、脚短、頭長）が観察されます。授乳と授乳の間は、低血糖のために顔面蒼白、発汗、意識消失が見られます。

II型グリコーゲン症 - 酸性マルターゼ欠損症を基盤とするポンペ病。出生後すぐに臨床症状が現れ、患児は急速に死亡する。肝臓肥大、心臓肥大、筋緊張低下（頭を支えたり、乳を吸ったりすることができない）が認められる。心不全を発症する。

III型グリコーゲン症（コリ病）は、アミロ-1,6-グルコシダーゼの先天性欠損によって引き起こされます。遺伝形式は劣性常染色体性です。臨床症状はI型ギールケ病に類似しますが、軽度です。ギールケ病とは異なり、この病態は限定的なグリコーゲン症であり、ケトーシスや重度の低血糖を伴いません。グリコーゲンは肝臓（肝腫大）に沈着するか、肝臓と筋肉に同時に沈着します。

IV型アンダーセン病は、1,4-1,6-トランスグルコシダーゼの欠損によって引き起こされ、セルロース（アミロペクチン）に似た不規則な構造のグリコーゲンが形成されます。これは異物のような状態です。黄疸と肝腫大が認められます。門脈圧亢進症を伴う肝硬変が進行します。その結果、胃と食道に静脈瘤が生じ、破裂すると大量の胃出血を引き起こします。

タイプV（筋グリコーゲン症、マッカードル病）は、筋ホスホリラーゼの欠損により発症します。この病気は生後3ヶ月で発症する可能性があり、乳児が長時間授乳できず、すぐに疲れてしまうことが観察されます。横紋筋へのグリコーゲンの徐々に蓄積により、偽性肥大が観察されます。

VI型グリコーゲン症（ヘルツ病）は、肝ホスホリラーゼの欠損によって引き起こされます。臨床的には、肝腫大が認められ、低血糖は比較的少ないです。成長遅延が認められます。経過は他の病型よりも良好です。これはグリコーゲン症の中で最も一般的な病型です。

単一酵素または多酵素障害が検出された場合、他の形態の蓄積疾患も観察されます。

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炭水化物代謝の指標としての血糖値

炭水化物代謝の指標の一つは血糖値です。出生時には、児の血糖値は母親の血糖値と一致します。これは胎盤透過による自由拡散によるものです。しかし、生後数時間から血糖値の低下が見られますが、これは2つの理由により説明されます。そのうちの一つ、より重要な理由は、抗島ホルモンの不足です。これは、この時期にアドレナリンとグルカゴンが血糖値を上昇させるという事実によって証明されています。新生児の低血糖のもう一つの理由は、体内のグリコーゲン貯蔵量が非常に限られており、生後数時間で母乳を与えられた新生児がそれを使い果たしてしまうことです。生後5～6日目には血糖値は増加しますが、小児では成人よりも比較的低いままです。生後1年を過ぎた乳幼児の血糖値は、成長の促進と成長ホルモン濃度の上昇に伴って、波のように上昇します（第1波は6歳頃、第2波は12歳頃）。これは、成長の促進と成長ホルモン濃度の上昇に一致しています。体内におけるブドウ糖酸化の生理的限界は4mg/(kg・分)です。したがって、1日のブドウ糖摂取量は体重1kgあたり2～4gとするのが適切です。

静脈内投与されたブドウ糖の利用は、小児では成人よりも速いことを強調しておく必要があります（静脈内投与されたブドウ糖は、通常20分以内に体内で利用されることが知られています）。そのため、小児は炭水化物負荷に対する耐性が高く、血糖曲線を研究する際にはこれを考慮する必要があります。例えば、血糖曲線を研究するためには、平均負荷として1.75 g / kgが使用されます。

同時に、小児では糖尿病の経過がより重篤となり、その治療には原則としてインスリンの使用が必要です。小児糖尿病は、特に成長が著しい時期（第1および第2の生理的発達期）に最も多く発見され、この時期には内分泌腺の相関関係の異常（下垂体の成長ホルモン活性の上昇）がより頻繁に観察されます。臨床的には、小児糖尿病は、喉の渇き（多飲）、多尿、体重減少、そして多くの場合、食欲増進（過食）として現れます。血糖値の上昇（高血糖）と尿中の糖の出現（糖尿）が検出されます。ケトアシドーシスがよく見られます。

この病気はインスリン欠乏症を原因としており、インスリンの欠乏によりグルコースが細胞膜を透過しにくくなります。その結果、細胞外液と血液中のグルコース含有量が増加し、グリコーゲンの分解も促進されます。

体内でグルコースはいくつかの方法で分解されます。その中で最も重要なのは、解糖系とペントース回路です。解糖系における分解は、好気条件でも嫌気条件でも起こり得ます。好気条件ではピルビン酸が、嫌気条件では乳酸が生成されます。

肝臓と心筋では、これらのプロセスは好気的に進行し、赤血球では嫌気的に、骨格筋では激しい運動中は主に嫌気的に、安静時は主に好気的に進行します。好気的経路は、大量のエネルギーを蓄えるATPをより多く生成するため、生物にとってより経済的です。嫌気的解糖はそれほど経済的ではありません。一般的に、解糖によって細胞は、酸素の「供給」の有無にかかわらず、非経済的ではあるものの、迅速にエネルギーを供給できます。解糖系（クレブス回路）における好気的分解は、生物の主要なエネルギー源です。

同時に、解糖系の逆流により、体はピルビン酸や乳酸などの炭水化物代謝の中間産物から炭水化物を合成することができます。アミノ酸はピルビン酸、α-ケトグルタル酸、オキサロ酢酸に変換され、炭水化物が形成されます。解糖系のプロセスは細胞の細胞質に局在しています。

小児の血液中の解糖系代謝産物とクレブス回路の比率を調べたところ、成人と比較してかなり大きな違いが見られました。新生児と生後1年目の小児の血清には相当量の乳酸が含まれており、これは嫌気性解糖が優勢であることを示しています。小児の体は過剰な乳酸蓄積を補うために、乳酸脱水素酵素の活性を高めようとします。この酵素は乳酸をピルビン酸に変換し、クレブス回路に組み入れます。

乳酸脱水素酵素アイソザイムの含有量にも若干の違いがあります。幼児では、第4分画と第5分画の活性が高く、第1分画の含有量が低くなります。

グルコースを分解するもう1つの重要な方法は、ペントース回路です。これは、解糖系のグルコース-6-リン酸レベルで始まります。1回の回路で、6つのグルコース分子のうちの1つが二酸化炭素と水に完全に分解されます。これはより短く速い崩壊経路であり、大量のエネルギーが放出されます。ペントース回路の結果として、ペントースも形成され、これは体内で核酸の生合成に使用されます。これがおそらく、ペントース回路が子供にとって非常に重要である理由です。その主要な酵素はグルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼであり、解糖系とペントース回路を結び付けます。この酵素の活性は、生後1か月から3歳までの子供の血液中では67〜83、4〜6歳では50〜60、7〜14歳では50〜63 mmol / gヘモグロビンです。

グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼの欠損によるグルコース分解のペントースサイクルの破綻は、非球状溶血性貧血（赤血球症の一種）の根底にあり、貧血、黄疸、脾腫などの症状を呈します。通常、溶血性クリーゼは、この酵素の阻害を増強する薬剤（キニーネ、キニジン、スルホンアミド、一部の抗生物質など）の服用によって引き起こされます。

溶血性貧血と同様の臨床像は、ホスホエノールピルビン酸をピルビン酸に変換する触媒作用を持つピルビン酸キナーゼの欠損によっても観察されます。これらの酵素の活性を赤血球中で測定する臨床検査によって区別されます。

血小板における解糖系の障害は、多くの血栓無力症の病因であり、臨床的には、血小板数は正常であるものの、機能（凝集）が低下し、血液凝固因子は損なわれていない状態での出血の増加として現れます。人の主なエネルギー代謝は、グルコースの利用に基づいていることが知られています。残りのヘキソース（ガラクトース、フルクトース）は、原則としてグルコースに変換され、完全に分解されます。これらのヘキソースからグルコースへの変換は、酵素系によって行われます。この変換を変換する酵素の欠損が、胃酸過多症およびフルクトース血症の根本原因です。これらは遺伝的に決定される酵素疾患です。胃酸過多症では、ガラクトース-1-リン酸ウリジルトランスフェラーゼが欠損しています。その結果、ガラクトース-1-リン酸が体内に蓄積します。さらに、大量のリン酸が循環から除去され、ATP 不足を引き起こし、細胞内のエネルギープロセスに損傷を与えます。

ガラクトース血症の最初の症状は、乳児、特に母乳の摂取開始直後に現れます。母乳には、グルコースとガラクトースが同量含まれた大量の乳糖が含まれています。嘔吐が見られ、体重増加が不良（低栄養状態）となります。その後、黄疸を伴う肝脾腫と白内障が現れます。腹水、食道および胃の静脈瘤が発生することもあります。尿検査ではガラクトース尿が認められます。

ガラクトース血症の場合、食事から乳糖を除外する必要があります。乳糖含有量を大幅に低減した特別に調合された粉ミルクを使用することで、お子様の健やかな発育が確保されます。

フルクトース血症は、フルクトース-1-リン酸アルドラーゼの欠損により、フルクトースがグルコースに変換されない場合に発症します。その臨床症状はガラクトース血症の症状と類似していますが、より軽度です。最も特徴的な症状は、嘔吐、食欲の急激な低下（食欲不振に陥る場合もあり）、果物ジュース、加糖シリアル、ピューレ（ショ糖にはフルクトースとグルコースが含まれています）を摂取した際に現れる症状です。そのため、混合栄養や人工栄養に切り替えると、臨床症状は特に悪化します。高齢になると、純粋なフルクトースを含む甘いものや蜂蜜は摂取できなくなります。尿検査でフルクトース尿が検出されます。食事からショ糖やフルクトースを含む製品を除外する必要があります。