Медицина

ЗАНЯТИЕ № 11

ЗАНЯТИЕ № 11

БИОХИМИЯ И ПАТОБИОХИМИЯ КРОВИ. ДЫХАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ ЭРИТРОЦИТОВ. ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ НВ.  КИСЛОТНО - ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ. БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КРОВИ В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ: БЕЛКИ ОСТРОЙ ФАЗЫ ВОСПАЛЕНИЯ, ФЕРМЕНТЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ.

КРОВЬ

Кровь – жидкая ткань, осуществляющая в организме транспорт химических веществ (в том числе кислорода), благодаря чему происходит интеграция биохимических процессов в различных клетках и межклеточных пространствах в единую систему. Кроме того, кровь выполняет защитную, регулятор-ную, терморегуляторную и другие функции.

Кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней форменных элементов. К последним относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Объем крови в норме составляет в среднем у мужчин 5200 мл, у женщин – 3900 мл. На долю плазмы приходится около 55% от объема крови.

http://www.youtube.com/watch?v=8ytkFqAMoa8

 

Эритроциты составляют основную массу форменных элементов – 44% от общего объема крови, в то время как на долю других клеток приходится лишь около 1%. В норме относительная плотность цельной крови 1,050–1,064, плазмы – 1,024–1,030, клеток – 1,080–1,097. Кровь обладает значительной вязкостью благодаря высокому содержанию белка и эритроцитов. Вязкость крови в 4–5 раз выше вязкости воды. Важный физико-химический показатель – осмотическое давление плазмы крови. Оно определяется осмотической концентрацией, т.е. суммой всех частиц, находящихся в единице объема. При температуре 37°С осмотическое давление плазмы крови ~ 7,6 атм. Эта величина в основном обусловлена содержащимися в крови хлоридом натрия и другими низкомолекулярными веществами; около 0,03 атм приходится на долю белков, главным образом альбуминов, и называется коллоидно-осмотическим, или онкотическим, давлением. Тесная взаимосвязь крови со всеми тканями организма позволяет обнаруживать (путем исследования крови больного) патологические изменения в организме, следить за развитием патологического процесса и судить об эффективности терапевтических мероприятий.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КРОВИ

Химический состав крови в норме относительно постоянен. Это объясняется наличием в организме мощных регулирующих механизмов (ЦНС, гормональная система и др.), обеспечивающих взаимосвязь в работе таких важных для жизнедеятельности органов и тканей, как печень, почки, легкие и сердечно-сосудистая система. Все случайные колебания в составе крови в здоровом организме быстро выравниваются. Напротив, при многих патологических процессах отмечаются более или менее резкие сдвиги в химическом составе крови.

Электролитный состав плазмы крови

Известно, что общее содержание воды в организме человека составляет 60–65% от массы тела, т.е. приблизительно 40–45 л (если масса тела 70 кг); 2/3 общего количества воды приходится на внутриклеточную жидкость, 1/3 – нa внеклеточную. Часть внеклеточной воды находится в сосудистом русле (5% от массы тела), большая часть – вне сосудистого русла – это межуточная (интерстициальная), или тканевая, жидкость (15% от массы тела). Кроме того, различают «свободную воду», составляющую основу внутри- и внеклеточной жидкости, и воду, связанную с различными соединениями («связанная вода»).

Распределение электролитов в жидких средах организма очень специфично по своему количественному и качественному составу. Из катионов плазмы натрий занимает ведущее место и составляет 93% от всего их количества. Среди анионов следует выделить прежде всего хлор и бикарбонат. Сумма анионов и катионов практически одинакова, т.е. вся система электронейтральна.

Натрий. Это основной осмотически активный ион внеклеточного пространства. В плазме крови концентрация ионов Na+приблизительно в 8 раз выше (132–150 ммоль/л), чем в эритроцитах. При гипернатриемии, как правило, развивается синдром, обусловленный гипергидратацией организма. Накопление натрия в плазме крови наблюдается при особом заболевании почек, так называемом паренхиматозном нефрите, у больных с врожденной сердечной недостаточностью, при первичном и вторичном гиперальдостеронизме. Гипонатриемия сопровождается дегидратацией организма. Коррекция натриевого обмена достигается введением растворов хлорида натрия с расчетом дефицита его во внеклеточном пространстве и клетке.

Калий. Концентрация ионов К+ в плазме колеблется от 3,8 до 5.4 ммоль/л; в эритроцитах его приблизительно в 20 раз больше. Уровень калия в клетках значительно выше, чем во внеклеточном пространстве, поэтому при заболеваниях, сопровождающихся усиленным клеточным распадом или гемолизом, содержание калия в сыворотке крови увеличивается. Гиперкалиемия наблюдается при острой почечной недостаточности и гипофункции коркового вещества надпочечников. Недостаток альдостерона приводит к усилению выделения с мочой натрия и воды и задержке в организме калия. При усиленной продукции альдостерона корковым веществом надпочечников возникает гипокалиемия, при этом увеличивается выделение калия с мочой, которое сочетается с задержкой натрия в тканях. Развивающаяся гипокалиемия вызывает тяжелые нарушения в работе сердца, о чем свидетельствуют данные ЭКГ. Понижение содержания калия в сыворотке отмечается иногда при введении больших доз гормонов коркового вещества надпочечников с лечебной целью.

Кальций. В эритроцитах обнаруживаются следы кальция, в то время как в плазме содержание его составляет 2,25–2,80 ммоль/л. Различают несколько фракций кальция: ионизированный кальций, кальций неионизированный, но способный к диализу, и недиализирующийся (недиффундирующий), связанный с белками кальций. Кальций принимает активное участие в процессах нервно-мышечной возбудимости (как антагонист ионов К+), мышечного сокращения, свертывания крови, образует структурную основу костного скелета, влияет на проницаемость клеточных мембран и т.д. Отчетливое повышение уровня кальция в плазме крови наблюдается при развитии опухолей в костях, гиперплазии или аденоме паращитовидных желез. В таких случаях кальций поступает в плазму из костей, которые становятся ломкими. Важное диагностическое значение имеет определение уровня кальция при гипокалъциемии. Состояние гипокальциемии наблюдается при гипо-паратиреозе. Нарушение функции паращитовидных желез приводит к резкому снижению содержания ионизированного кальция в крови, что может сопровождаться судорожными приступами (тетания). Понижение концентрации кальция в плазме отмечают также при рахите, спру, обтурационной желтухе, нефрозах и гломерулонефритах.

Магний. В организме магний локализуется в основном внутри клетки – 15 ммоль/ на 1 кг массы тела; концентрация магния в плазме 0,8–1.5 ммоль/л, в эритроцитах – 2,4–2,8 ммоль/л. Мышечная ткань содержит магния в 10 раз больше, чем плазма крови. Уровень магния в плазме даже при значительных его потерях длительное время может оставаться стабильным, пополняясь из мышечного депо.

Фосфор. В клинике при исследовании крови различают следующие фракции фосфора: общий фосфат, кислоторастворимый фосфат, липоидный фосфат и неорганический фосфат. Для клинических целей чаще определяют содержание неорганического фосфата в плазме (сыворотке) крови. Уровень неорганического фосфата в плазме крови повышается при гипопаратиреозе, гипервитаминозе D, приеме тироксина, УФ-облучении организма, желтой дистрофии печени, миеломе, лейкозах и т.д.Гипофосфатемия (снижение содержания фосфора в плазме) особенно характерна для рахита. Очень важно, что снижение уровня неорганического фосфата в плазме крови отмечается на ранних стадиях развития рахита, когда клинические симптомы недостаточно выражены. Гипофосфатемия наблюдается также при введении инсулина, гиперпаратиреозе, остеомаляции, спру и некоторых других заболеваниях.

Железо. В цельной крови железо содержится в основном в эритроцитах (около 18,5 ммоль/л), в плазме концентрация его составляет в среднем 0,02 ммоль/л. Ежедневно в процессе распада гемоглобина эритроцитов в селезенке и печени освобождается около 25 мг железа и столько же потребляется при синтезе гемоглобина в клетках кроветворных тканей.

В костном мозге (основная эритропоэтическая ткань человека) имеется лабильный запас железа, превышающий в 5 раз суточную потребность в железе. Значительно больше запас железа в печени и селезенке (около 1000 мг, т.е. 40-суточный запас). Повышение содержания железа в плазме крови наблюдается при ослаблении синтеза гемоглобина или усиленном распаде эритроцитов. При анемии различного происхождения потребность в железе и всасывание его в кишечнике резко возрастают. Известно, что в двенадцатиперстной кишке железо всасывается в форме двухвалентного железа. В клетках слизистой оболочки кишечника железо соединяется с белком апоферрити-ном и образуется ферритин. Предполагают, что количество поступающего из кишечника в кровь железа зависит от содержания апоферритина в стенках кишечника. Дальнейший транспорт железа из кишечника в кроветворные органы осуществляется в форме комплекса с белком плазмы крови трансферрином. Железо в этом комплексе трехвалентное. В костном мозге, печени и селезенке железо депонируется в форме ферритина – своеобразного резерва легкомобилизуемого железа. Кроме того, избыток железа может откладываться в тканях в виде хорошо известного морфологам метаболически инертного гемосидерина. Недостаток железа в организме может вызвать нарушение последнего этапа синтеза гема – превращение протопорфирина IX в гем. Как результат этого развивается анемия, сопровождающаяся увеличением содержания порфиринов, в частности протопорфирина IX, в эритроцитах.

Микроэлементы. Обнаруживаемые в тканях, в том числе в крови, в очень небольших количествах (10–6–10–12%) минеральные вещества получили название микроэлементов. К ним относят йод, медь, цинк, кобальт, селен и др. Большинство микроэлементов в крови находится в связанном с белками состоянии. Так, медь плазмы входит в состав церрулоплазмина, цинк эритроцитов целиком связан с карбоангидразой (карбонат-дегидратаза), 65–70% йода крови находится в органически связанной форме – в виде тироксина. В крови тироксин содержится главным образом в связанной с белками форме. Он составляет комплекс преимущественно со специфическим связывающим его глобулином, который располагается при электрофорезе сывороточных белков между двумя фракциями α-глобулина. Поэтому тироксинсвязывающий белок носит название интеральфаглобулина. Кобальт, обнаруживаемый в крови, также находится в белково-связанной форме и лишь частично как структурный компонент витамина В12. Значительная часть селена в крови входит в состав активного центра фермента глутатионпероксидазы, а также связана с другими белками.

Клетки крови

У человека в 1 мкл крови содержится 5•106 эритроцитов (красные кровяные клетки), которые образуются в костном мозге. Зрелые эритроциты человека и других млекопитающих лишены ядра и почти целиком заполнены гемоглобином. Средняя продолжительность жизни этих клеток 125 дней. Разрушаются эритроциты в селезенке и печени. Концентрация гемоглобина в крови зависит от общего количества эритроцитов и содержания в каждом из них гемоглобина. Поэтому выделяют гипо-, нормо- и гиперхром-ную анемию в зависимости от того, сопряжено ли падение уровня гемоглобина крови с уменьшением или увеличением его содержания в одном эритроците.

Большую часть гемоглобина взрослого человека составляет HbA1 (96– 98% от общего содержания гемоглобина), в небольшом количестве присутствуют НbА2 (2–3%), а также HbF (менее 1%), которого много в крови новорожденных. У некоторых людей в крови обнаруживаются генетически обусловленные аномальные гемоглобины (см. главу 2), всего описано более 100 типов таких гемоглобинов. Появление в крови аномальных типов гемоглобина нередко приводит к возникновению характерных анемий, которые получили название «гемоглобинопатии», или «гемоглобинозы». Следует заметить, что в эритроцитах интенсивно протекают гликолиз и пентозофосфатный путь.

Содержание лейкоцитов в 1 мкл крови составляет около 7•103, т.е. почти в 1000 раз меньше, чем эритроцитов. Лейкоциты в отличие от эритроцитов являются полноценными клетками с большим ядром и митохондриями и высоким содержанием нуклеиновых кислот. В них сосредоточен весь гликоген крови, который служит источником энергии при недостатке кислорода, например, в очагах воспаления.

http://www.youtube.com/watch?v=8ytkFqAMoa8

 

Лейкоциты представлены клетками 3 типов: лимфоцитами (26% от общего числа лейкоцитов), моноцитами (7%) и полиморфно-ядерными лейкоцитами, или гранулоцитами (70%). При окрашивании различными красителями выявляются 3 типа гранулоцитов: нейтрофилы, эозинофилы и базофилы.

http://www.youtube.com/watch?v=EpC6G_DGqkI&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=ce0Xndms1bc

 

Лимфоциты продуцируются в лимфатической ткани, основная их функция – образование антител, в частности иммуноглобулинов. Моноциты вдвое крупнее лимфоцитов; они способны переваривать клетки бактерий. Гранулоциты образуются в красном костном мозге и выполняют различные функции: например, основная функция нейтрофилов – фагоцитоз.

http://www.youtube.com/watch?v=cD_uAGPBfQQ&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=EpC6G_DGqkI&feature=related

 

Наконец, в крови имеются кровяные пластинки, или тромбоциты, которые образуются из цитоплазмы мегакариоцитов костного мозга. Тромбоциты не могут считаться полноценными клетками, поскольку не содержат ядра, однако в них протекают все основные биохимические процессы: синтезируется белок, происходит обмен углеводов и липидов, осуществляется биологическое окисление, сопряженное с фосфорилированием, и т.д. Основная физиологическая функция кровяных пластинок – участие в процессе свертывания крови.

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КРОВИ И КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ РАВНОВЕСИЕ

Постоянство рН внутренней среды организма обусловлено совместным действием буферных систем и ряда физиологических механизмов. К последним относятся дыхательная деятельность легких и выделительная функция почек. Кислотно-основное равновесие – относительное постоянство реакции внутренней среды организма, количественно характеризующееся или концентрацией водородных ионов (протонов), выраженной в молях на 1 л, или водородным показателем – отрицательным десятичным логарифмом этой концентрации – рН (power hydrogen – сила водорода). «Первая линия защиты» живых организмов, препятствующая изменениям рН их внутренней среды, обеспечивается буферными системами крови. Буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из акцептора и донора водородных ионов (протонов). Поведение буферных растворов описывается уравнением Гендерсона– Хассельбаха, которое связывает значение рН с константой кислотности (Ка):

Уравнение Гендерсона–Хассельбаха позволяет вычислить величину рКа любой кислоты при данном рН (если известно отношение молярных концентраций донора и акцептора протонов), определить величину рН сопряженной кислотно-основной пары при данном молярном соотношении донора и акцептора протонов (если известна величина рКа) и рассчитать соотношение между молярными концентрациями донора и акцептора протонов при любом значении рН (если известна величина рКа слабой кислоты).

Буферные системы крови

Установлено, что состоянию нормы соответствует определенный диапазон колебаний рН крови – от 7,37 до 7,44 со средней величиной 7,40 . Кровь представляет собой взвесь клеток в жидкой среде, поэтому ее кислотно-основное равновесие поддерживается совместным участием буферных систем плазмы и клеток крови. Важнейшими буферными системами крови являются бикарбонатная, фосфатная, белковая и наиболее мощная гемогло-биновая.

Бикарбонатная буферная система – мощная и, пожалуй, самая управляемая система внеклеточной жидкости и крови. На долю бикарбонатного буфера приходится около 10% всей буферной емкости крови. Бикарбонатная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты Н2СО3, выполняющую роль донора протона, и бикарбонат-иона НСО3, выполняющего роль акцептора протона:

Для данной буферной системы величину рН в растворе можно выразить через константу диссоциации угольной кислоты (рКН2СО3) и логарифм концентрации недиссоциированных молекул Н2СО3 и ионов HCO3:

Истинная концентрация недиссоциированных молекул Н2СО3 в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации растворенного углекислого газа (СО2 + Н2О <=> Н2СО3). Поэтому удобнее пользоваться тем вариантом уравнения, в котором рКH2СО3 заменена «кажущейся» константой диссоциации Н2СО3, учитывающей общую концентрацию растворенного СО2 в крови:

где K1– «кажущаяся» константа диссоциации Н2 С О3 ; [СО2(р)] – концентрация растворенного СО2.

При нормальном значении рН крови (7,4) концентрация ионов бикарбоната НСО3 в плазме крови превышает концентрацию СО2 примерно в 20 раз. Бикарбонатная буферная система функционирует как эффективный регулятор в области рН 7,4.

Механизм действия данной системы заключается в том, что при выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов водородные ионы

 Н+ взаимодействуют с ионами бикарбоната НСО3, что приводит к образованию слабодиссоциирующей угольной кислоты Н2СО3. Последующее снижение концентрации Н2СО3 достигается в результате ускоренного выделения СО2 через легкие в результате их гипервентиляции (напомним, что концентрация Н2СО3 в плазме крови определяется давлением СО2 в альвеолярной газовой смеси).

Если в крови увеличивается количество оснований, то они, взаимодействуя со слабой угольной кислотой, образуют ионы бикарбоната и воду. При этом не происходит сколько-нибудь заметных сдвигов в величине рН. Кроме того, для сохранения нормального соотношения между компонентами буферной системы в этом случае подключаются физиологические механизмы регуляции кислотно-основного равновесия: происходит задержка в плазме крови некоторого количества СО2 в результате гиповентиляции легких . Как будет показано далее, данная буферная система тесно связана с гемоглобиновой системой.

Фосфатная буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из иона Н2РО4 (донор протонов) и иона НРО42– (акцептор протонов):

Роль кислоты в этой системе выполняет однозамещенный фосфат NaH2PO4, а роль соли двузамещенный фосфат – Na2HPO4.

Фосфатная буферная система составляет всего лишь 1% от буферной емкости крови. В других тканях эта система является одной из основных. Для фосфатной буферной системы справедливо следующее уравнение:

Во внеклеточной жидкости, в том числе в крови, соотношение [НРО42–]: [Н2РО4] составляет 4:1. Величина рКН2РО4– равна 6,86.

Буферное действие фосфатной системы основано на возможности связывания водородных ионов ионами НРО42– с образованием Н2РО4+ + + НРО42– —> Н2РО4), а также ионов ОН с ионами Н2РО4 (ОН + + Н2 Р О4 —> HPO42–+ H2O). Буферная пара2РО4–НРО42–) способна оказывать влияние при изменениях рН в интервале от 6,1 до 7,7 и может обеспечивать определенную буферную емкость внутриклеточной жидкости, величина рН которой в пределах 6,9–7,4. В крови максимальная емкость фосфатного буфера проявляется вблизи значения рН 7,2. Фосфатный буфер в крови находится в тесном взаимодействии с бикарбонатной буферной системой. Органические фосфаты также обладают буферными свойствами, но мощность их слабее, чем неорганического фосфатного буфера.

Белковая буферная система имеет меньшее значение для поддержания КОР в плазме крови, чем другие буферные системы.

Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных групп в молекуле белков: белок–Н+ (кислота, донор протонов) и белок (сопряженное основание, акцептор протонов). Белковая буферная система плазмы крови эффективна в области значений рН 7,2–7,4.

Гемоглобиновая буферная система – самая мощная буферная система крови. Она в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера; на ее долю приходится 75% от всей буферной емкости крови.

Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и углекислого газа. Константа диссоциации кислотных групп гемоглобина меняется в зависимости от его насыщения кислородом. При насыщении кислородом гемоглобин становится более сильной кислотой (ННbО2). Гемоглобин, отдавая кислород, превращается в очень слабую органическую кислоту (ННb).

Итак, гемоглобиновая буферная система состоит из неионизированного гемоглобина ННb (слабая органическая кислота, донор протонов) и калиевой соли гемоглобина КНb (сопряженное основание, акцептор протонов). Точно так же может быть рассмотрена оксигемоглобиновая буферная система. Система гемоглобина и система оксигемоглобина являются вза-имопревращающимися системами и существуют как единое целое. Буферные свойства гемоглобина прежде всего обусловлены возможностью взаимодействия кисло реагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калийной соли кислоты и свободного гемоглобина:

КНb + Н2СO3—> КНСO3 + ННb.

Именно таким образом превращение калийной соли гемоглобина эритроцитов в свободный ННb с образованием эквивалентного количества бикарбоната обеспечивает поддержание рН крови в пределах физиологически допустимых величин, несмотря на поступление в венозную кровь огромного количества углекислого газа и других кисло реагирующих продуктов обмена.

Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры легких, превращается в окси-гемоглобин (ННbО2), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н2СО3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови . Перечисленные буферные системы крови играют важную роль в регуляции кислотно-основного равновесия. Как отмечалось, в этом процессе, помимо буферных систем крови, активное участие принимают также система дыхания и мочевыделительная система

Нарушения кислотно-основного равновесия

Если компенсаторные механизмы организма не способны предотвратить сдвиги концентрации водородных ионов, то нарушается кислотно-основное равновесие. При этом наблюдаются два противоположных состояния – ацидоз и алкалоз.

При ацидозе концентрация водородных ионов в крови выше нормальных величин. Естественно, при этом рН уменьшается. Снижение величины рН ниже 6,8 вызывает смерть.

В тех случаях, когда концентрация водородных ионов в крови уменьшается (соответственно значение рН возрастает), наступает состояние алкалоза. Предел совместимости с жизнью – рН 8,0. В клинике практически такие величины рН, как 6,8 и 8,0, не встречаются.

В зависимости от механизмов развития нарушений КОР выделяют дыхательный и метаболический ацидоз (или алкалоз).

Дыхательный ацидоз возникает в результате уменьшения минутного объема дыхания (например, при бронхиальной астме, отеке, эмфиземе, ателектазе легких, асфиксии механического порядка и т.д.). Все эти заболевания ведут к гиповентиляции и гиперкапнии, т.е. повышению РCO2 артериальной крови. Как следствие увеличивается содержание Н2СО3 в плазме крови. Увеличение РCO2 приводит также к повышению концентрации ионов

 НСО3 в плазме за счет гемоглобинового буферного механизма.

У больных с гиповентиляцией легких может довольно быстро развиться состояние, характеризующееся низким значением рН плазмы, повышением концентраций Н2СО3 и НСО3. Это и есть дыхательный ацидоз. Одновременно со снижением рН крови повышается выведение с мочой свободных и связанных в форме аммонийных солей кислот.

Метаболический ацидоз – самая частая и тяжелая форма нарушений КОР. Он обусловлен накоплением в тканях и крови органических кислот. Этот вид ацидоза связан с нарушением обмена веществ. Метаболический ацидоз возможен при диабете, голодании, лихорадке, заболеваниях пищеварительного тракта, шоке (кардиогенном, травматическом, ожоговом и др.).

Особенно явно метаболический ацидоз проявляется у больных тяжелой формой диабета и не получающих инсулина. Увеличение кислотности обусловлено поступлением в кровь больших количеств кетоновых тел. В ответ на постоянную выработку кетоновых тел (β-оксимасляной и ацето-уксусной кислот) в организме компенсаторно снижается концентрация Н2СО3донора протонов в бикарбонатной буферной системе. Снижение концентрации Н2СО3 достигается в результате ускоренного выделения СО2 легкими (напомним, что Н2СО3 обратимо диссоциирует на СО2 и Н2О). Однако при тяжелом диабете для компенсации ацидоза легкие должны выделять настолько большие количества СО2, что концентрация Н2СО3 и НСО3 становится крайне низкой и буферная емкость крови значительно уменьшается. Все это приводит к неблагоприятным для организма последствиям. При метаболическом ацидозе кислотность мочи и концентрация аммиака в моче увеличены.

Дыхательный алкалоз возникает при резко усиленной вентиляции легких, сопровождающейся быстрым выделением из организма СО2 и развитием гипокапнии (понижение РCO2 в артериальной крови).

Данный вид алкалоза может наблюдаться, например, при вдыхании чистого кислорода, компенсаторной одышке, сопровождающей ряд заболеваний, пребывании в разреженной атмосфере и при других состояниях.

Вследствие понижения содержания угольной кислоты в артериальной крови происходит сдвиг в бикарбонатной буферной системе: часть бикарбонатов превращается в угольную кислоту. Снижение концентрации НСО3 происходит при участии гемоглобинового буферного механизма. Однако этот механизм не может полностью компенсировать уменьшение концентрации Н2СО3 и гипервентиляция способна за несколько минут поднять внеклеточный рН до 7,65. При дыхательном алкалозе снижается щелочной резерв крови.

Метаболический алкалоз развивается при потере большого количества кислотных эквивалентов (например, неукротимая рвота и др.) и всасывании основных эквивалентов кишечного сока, которые не подвергались нейтрализации кислым желудочным соком, а также при накоплении основных эквивалентов в тканях (например, при тетании) и в случае неправильной коррекции метаболического ацидоза. При метаболическом алкалозе повышена концентрация НСО3 в плазме, увеличен щелочной резерв крови. Компенсация метаболического алкалоза прежде всего осуществляется за счет снижения возбудимости дыхательного центра при повышении рН, что приводит к урежению частоты дыхания и возникновению компенсаторной гиперкапнии (табл. 17.3). Кислотность мочи и содержание аммиака в ней понижены.

В клинической практике изолированные формы дыхательных или метаболических нарушений встречаются крайне редко. Уточнить характер этих нарушений и степень компенсации помогает определение комплекса показателей КОР. В последние десятилетия для изучения показателей КОР широко используются чувствительные электроды для прямого измерения рН и РCO2 крови. В клинических условиях удобно пользоваться приборами типа «Аструп» или отечественными аппаратами АЗИВ, АКОР. При помощи этих приборов и соответствующих номограмм можно определить следующие основные показатели КОР:

1) актуальный рН крови – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов крови в физиологических условиях;

2) актуальное РCO2 цельной крови – парциальное давление углекислого газа2СО3 + СО2) в крови в физиологических условиях;

3) актуальный бикарбонат (АВ) – концентрация бикарбоната в плазме крови в физиологических условиях;

4) стандартный бикарбонат плазмы крови (SB) – концентрация бикарбоната в плазме крови, уравновешенной альвеолярным воздухом и при полном насыщении кислородом;

5) буферные основания цельной крови или плазмы (ВВ) – показатель мощности всей буферной системы крови или плазмы;

6) нормальные буферные основания цельной крови (NBB) – буферные основания цельной крови при физиологических значениях рН и РCO2 альвеолярного воздуха;

7) излишек оснований ( B E ) – показатель избытка или недостатка буферных мощностей (BB–NBB).

ДЫХАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ КРОВИ.

Сущность дыхательной функции крови состоит в доставке кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким (табл. 17.4).

http://www.youtube.com/watch?v=WXOBJEXxNEo&feature=related

 

Кровь осуществляет дыхательную функцию прежде всего благодаря наличию в ней гемоглобина. Физиологическая функция гемоглобина как переносчика кислорода основана на способности обратимо связывать кислород. Поэтому в легочных капиллярах происходит насыщение крови кислородом, а в тканевых капиллярах, где парциальное давление кислорода резко снижено, осуществляется отдача кислорода тканям.

В состоянии покоя ткани и органы человека потребляют около 200 мл кислорода в минуту. При тяжелой физической работе количество потребляемого тканями кислорода возрастает в 10 раз и более (до 2–3 л/мин). Доставка от легких к тканям такого количества кислорода в виде газа, физически растворенного в плазме, невозможна вследствие малой растворимости кислорода в воде и плазме крови (табл. 17.5).

Исходя из приведенных в табл. 17.5 данных, а также зная РO2 в артериальной крови – 107–120 гПа (80–90 мм рт. ст.), нетрудно видеть, что количество физически растворенного кислорода в плазме крови не может превышать 0,3 об. %. При расчете кислородной емкости крови этой величиной можно пренебречь.

Итак, функцию переносчика кислорода в организме выполняет гемоглобин. Напомним, что молекула гемоглобина построена из 4 субъединиц (полипептидных цепей), каждая из которых связана с гемом (см. главу 2). Следовательно, молекула гемоглобина имеет 4 гема, к которым может присоединяться кислород, при этом гемоглобин переходит в оксигемо-глобин.

Гемоглобин человека содержит 0,335% железа. Каждый грамм-атом железа (55,84 г) в составе гемоглобина при полном насыщении кислородом связывает 1 грамм-молекулу кислорода (22400 мл). Таким образом, 100 г гемоглобина могут связывать



а каждый грамм гемоглобина – 1,34 мл кислорода. Содержание гемоглобина в крови здорового человека составляет 13–16%, т.е. в 100 мл крови 13–16 г гемоглобина. При РО2 в артериальной крови 107–120 гПа гемоглобин насыщен кислородом на 96%. Следовательно, в этих условиях 100 мл крови содержит 19–20 об. % кислорода:

http://www.youtube.com/watch?v=eor6EK_JP40

 

В венозной крови в состоянии покоя РО2 = 53,3 гПа, и в этих условиях гемоглобин насыщен кислородом лишь на 70–72%, т.е. содержание кислорода в 100 мл венозной крови не превышает

Артериовенозная разница по кислороду будет около 6 об. %. Таким образом, за 1 мин ткани в состоянии покоя получают 200–240 мл кислорода (при условии, что минутный объем сердца в покое составляет 4 л).

Возрастание интенсивности окислительных процессов в тканях, например при усиленной мышечной работе всегда связано с более полным извлечением кислорода из крови. Кроме того, при физической работе резко увеличивается скорость кровотока. Зависимость между степенью насыщения гемоглобина кислородом и РО2, можно выразить в виде кривой насыщения гемоглобина кислородом, или кривой диссоциации оксигемоглобина, которая имеет S-образную форму и характеризует сродство гемоглобина к кислороду (рис. 17.6).

Характерная для гемоглобина S-образная кривая насыщения кислородом свидетельствует, что связывание первой молекулы кислорода одним из

гемов гемоглобина облегчает связывание последующих молекул кислорода тремя другими оставшимися гемами. Долгое время механизм, лежащий в основе этого эффекта, оставался загадкой, так как, по данным рентгено-структурного анализа, 4 гема в молекуле гемоглобина довольно далеко отстоят друг от друга и вряд ли могут оказывать взаимное влияние. В последнее время принято следующее объяснение происхождения S-образ-ной кривой. Считают, что тетрамерная молекула гемоглобина способна обратимо распадаться на две половинки, каждая из которых содержит одну α-цепь и одну β-цепь:

При взаимодействии молекулы кислорода с одним из четырех гемов гемоглобина кислород присоединяется к одной из половинок молекулы гемоглобина (допустим, к α-цепи этой половинки). Как только такое присоединение произойдет, α-полипептидная цепь претерпевает конформа-ционные изменения, которые передаются на тесно связанную с ней β-цепь; последняя также подвергается конформационным сдвигам. β-Цепь присоединяет кислород, имея уже большее сродство к нему. Таким путем связывание одной молекулы кислорода благоприятствует связыванию второй молекулы (так называемое кооперативное взаимодействие).

После насыщения кислородом одной половины молекулы гемоглобина возникает новое, внутреннее, напряженное состояние молекулы гемоглобина, которое вынуждает и вторую половину гемоглобина изменить конфор-мацию. Теперь еще две молекулы кислорода, по-видимому, по очереди связываются со второй половинкой молекулы гемоглобина, образуя оксигемоглобин.

S-образная форма кривой насыщения гемоглобина кислородом имеет большое физиологическое значение. При такой форме кривой обеспечивается возможность насыщения крови кислородом при изменении РО2 в довольно широких пределах. Например, дыхательная функция крови существенно не нарушается при снижении РО2 в альвеолярном воздухе со 133,3 до 80–93,3 гПа. Поэтому подъем на высоту до 3,0–3,5 км над уровнем моря не сопровождается развитием выраженной гипоксемии.

Численно сродство гемоглобина к кислороду принято выражать величиной Р50 – парциальное напряжение кислорода, при котором 50% гемоглобина связано с кислородом (рН 7,4 температура 37°С). Нормальная величина Р50 около 34,67 гПа (см. рис. 17.6). Смещение кривой насыщения гемоглобина кислородом вправо означает уменьшение способности гемоглобина связывать кислород и, следовательно, сопровождается повышением Р50. Напротив, смещение кривой влево свидетельствует о повышенном сродстве гемоглобина к кислороду, величина Р50 снижена.

Ход кривой насыщения гемоглобина кислородом или диссоциации оксигемоглобина зависит от ряда факторов. Сродство гемоглобина к кислороду в первую очередь связано с рН. Чем ниже рН, тем меньше способность гемоглобина связывать кислород и тем выше Р50. В тканевых капиллярах рН ниже (поступает большое количество СО2), в связи с чем гемоглобин легко отдает кислород. В легких СО2 выделяется, рН повышается и гемоглобин активно присоединяет кислород.

Способность гемоглобина связывать кислород зависит также от температуры. Чем выше температуратканях температура выше, чем в легких), тем меньше сродство гемоглобина к кислороду. Напротив, снижение температуры вызывает обратные явления.

Количество гемоглобина в крови, а также в какой-то мере его способность связывать кислород (характер кривой диссоциации оксигемоглобина) несколько меняются с возрастом. Например, у новорожденных содержание гемоглобина доходит до 20–21% (вместо обычных для взрослого 13–16%). У человека имеется несколько гемоглобинов, которые образуются в различном количестве в разные стадии онтогенеза и различаются по своему сродству к кислороду.

Рассмотрим нарушения дыхательной функции крови при некоторых патологических состояниях.

Различные формы гипоксии

Гипоксия (кислородное голодание) – состояние, возникающее при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его утилизации в процессе биологического окисления. Согласно классификации, предложенной И.Р. Петровым, гипоксии делятся на 2 группы:

1. Гипоксия вследствие понижения РО2 во вдыхаемом воздухе (экзогенная гипоксия).

2. Гипоксия при патологических процессах, нарушающих снабжение тканей кислородом при нормальном содержании его в окружающей среде. Сюда относятся следующие типы: а) дыхательный (легочный); б) сердечнососудистый (циркуляторный); в) кровяной (гемический); г) тканевый (гис-тотоксический); д) смешанный.

Гипоксия вследствие понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Этот вид гипоксии возникает главным образом при подъеме на высоту. Может наблюдаться и в тех случаях, когда общее барометрическое давление нормальное, но РО2 понижено: например, при аварии в шахтах, неполадках в системе кислородообеспечения кабины летательного аппарата, в подводных лодках и т.п., а также во время операций при неисправности наркозной аппаратуры. При экзогенной гипоксии развивается гипоксемия, т.е. уменьшается РО2 в артериальной крови и снижается насыщение гемоглобина кислородом.

Гипоксия при патологических процессах, нарушающих снабжение или утилизацию кислорода тканями. Дыхательный (легочный) тип гипоксии возникает в связи с альвеолярной гипервентиляцией, что может быть обусловлено нарушением проходимости дыхательных путей (воспалительный процесс, инородные тела, спазм), уменьшением дыхательной поверхности легких (отек легкого, пневмония и т.д.). В подобных случаях снижаются РО2 в альвеолярном воздухе и напряжение кислорода в крови, в результате чего уменьшается насыщение гемоглобина кислородом. Обычно нарушается также выведение из организма углекислого газа, и к гипоксии присоединяется гиперкапния.

Сердечно-сосудистый (циркуляторный) тип гипоксии наблюдается при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровообращению органов и тканей. Для газового состава крови в типичных случаях циркуляторной гипоксии характерны нормальные напряжение и содержание кислорода в артериальной крови, снижение этих показателей в венозной крови и высокая артериовенозная разница по кислороду.

Кровяной (гемический) тип гипоксии возникает в результате уменьшения кислородной емкости крови при анемиях, обусловленных значительным уменьшением эритроцитной массы или резким понижением содержания гемоглобина в эритроцитах. В этих случаях РО2 в венозной крови резко снижено.

Гемическая гипоксия наблюдается также при отравлении оксидом углерода (образование карбоксигемоглобина) и метгемоглобинообразователя-ми (метгемоглобинемия), а также при некоторых генетически обусловленных аномалиях гемоглобина. При образовании карбоксигемоглобина и метгемоглобина напряжение кислорода в венозной крови и тканях оказывается значительно пониженным, одновременно уменьшается артериовеноз-ная разница содержания кислорода.

Тканевый (гистотоксический) тип гипоксии обычно обусловлен нарушением способности тканей поглощать кислород из крови. Утилизация кислорода тканями может затрудняться в результате угнетения биологического окисления различными ингибиторами, нарушения синтеза ферментов или повреждения мембранных структур клетки. Типичным примером тканевой гипоксии может служить отравление цианидами. Попадая в организм, ионы CNактивно взаимодействуют с трехвалентным железом, тем самым блокируя конечный фермент дыхательной цепи – цитохромоксидазу, в результате чего подавляется потребление кислорода клетками. Иными словами, при гистотоксической гипоксии ткани не в состоянии извлекать кислород из тканевых капилляров даже при высоком РО2.

Перенос углекислого газа кровью от тканей к легким

В организме человека, не выполняющего физической работы (состояние покоя), от тканей к легким каждую минуту переносится примерно 180 мл углекислого газа. Эту величину легко рассчитать. Если дыхательный коэффициент равен 0,85, то при поглощении тканями в покое 200 мл кислорода в минуту должно образовываться около 170 мл углекислого газа (200•0,85). На самом деле величина несколько больше, поскольку количество поглощаемого в покое кислорода колеблется от 200 до 240 мл в минуту.

В целом за сутки с вдыхаемым воздухом в организм человека поступает примерно 600 л кислорода и выделяется в окружающую среду 480 л углекислого газа (примерно 942,8 г), что соответствует 21,4 моль углекислого газа.

Организм располагает несколькими механизмами переноса СО2 от тканей к легким. Часть его переносится в физически растворенном виде. Растворимость СО2 в плазме крови в 40 раз превышает растворимость в ней кислорода, тем не менее при небольшой артериовенозной разнице РСО2 (напряжение СО2 в венозной крови, притекающей к легким по легочной артерии, равно 60 гПа, а в артериальной крови – 53,3 гПа) в физически растворенном виде может быть перенесено в покое 12–15 мл СО2, что составляет 6–7% от всего количества переносимого углекислого газа.

Некоторое количество СО2 может переноситься в виде карбаминовой формы. Оказалось, что СО2 может присоединяться к гемоглобину посредством карбаминовой связи, образуя карбгемоглобин, или карбаминогемо-глобин (впервые мысль о наличии углекислого газа, непосредственно связанного с гемоглобином, была высказана И.М. Сеченовым):

или

Карбгемоглобин – соединение очень нестойкое и чрезвычайно быстро диссоциирует в легочных капиллярах с отщеплением СО2.

Количество карбаминовой формы невелико: в артериальной крови оно составляет 3 об. %, в венозной – 3,8 об. % . В виде карбаминовой формы из ткани к легким переносится от 3 до 10% всего углекислого газа, поступающего из тканей в кровь. Основная масса СО2 транспортируется с кровью к легким в форме бикарбоната, при этом важнейшую роль играет гемоглобин эритроцитов.

Как отмечалось, кислотный характер оксигемоглобина выражен значительно сильнее, чем гемоглобина (константа диссоциации ННbО2 примерно в 20 раз больше константы диссоциации ННb). Важно также запомнить, что поступающий в ткани с кровью оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем Н2СО3, и связан с катионом калия. Эту калийную соль оксигемоглобина можно обозначить как КНbО2 (рис. 17.7). В периферических капиллярах большого круга кровообращения гемоглобин эритроцитов отдает кислород тканям (КНbО2 —> О2 + KHb), его способность связывать ионы водорода увеличивается. Одновременно в эритроцит поступает продукт обмена – углекислый газ. Под влиянием фермента карбоангидразы углекислый газ взаимодействует с водой, при этом образуется угольная кислота. Возникающий за счет угольной кислоты избыток водородных ионов связывается с гемоглобином, отдавшим кислород, а накапливающиеся анионы НСО3 выходят из эритроцита в плазму :

В обмен на эти ионы в эритроцит поступают анионы хлора, для которых мембрана эритроцитов проницаема, в то время как натрий – другой составной элемент хлорида натрия, содержащегося в крови, остается в плазме. В итоге в плазме крови повышается содержание бикарбоната натрия NaHCO3.

Этот процесс способствует восстановлению щелочного резерва крови, т.е. бикарбонатная буферная система находится в довольно тесных функциональных связях с буферной системой эритроцитов.

Рис. 17.7. Роль системы плазма-эритроцит в дыхательной функции крови (по

Г.Е. Владимирову, Н.С. Пантелеевой).

а - химические процессы в капиллярах легких; б - химические процессы в капиллярах ткани.

В легочных капиллярах, в эритроцитах, происходит процесс вытеснения угольной кислоты из бикарбоната калия оксигемоглобином:

ННbO2 + К+ + НCO3—> КНbO2 + Н2СO3.

Образующаяся угольная кислота быстро расщепляется при участии карбоангидразы на углекислый газ и воду. Низкое РCO2 в просвете альвеол способствует диффузии углекислого газа из эритроцитов в легкие.

По мере снижения в эритроцитах концентрации бикарбоната из плазмы крови в них поступают новые порции ионов НСО3, а в плазму выходит эквивалентное количество ионов Сl. Концентрация бикарбоната натрия в плазме крови в легочных капиллярах быстро падает, но одновременно в плазме повышается концентрация хлорида натрия, а в эритроцитах свободный гемоглобин превращается в калийную соль оксигемо-глобина.

Итак, в форме бикарбоната при участии гемоглобина эритроцитов транспортируется с кровью к легким более 80% от всего количества углекислого газа.

Белки плазмы крови

Из 9–10% сухого остатка плазмы крови на долю белков приходится 6,5–8,5%. Используя метод высаливания нейтральными солями, белки плазмы крови можно разделить на три группы: альбумины, глобулины и фибриноген. Нормальное содержание альбуминов в плазме крови составляет 40–50 г/л, глобулинов – 20–30 г/л, фибриногена – 2,4 г/л. Плазма крови, лишенная фибриногена, называется сывороткой.

Синтез белков плазмы крови осуществляется преимущественно в клетках печени и ретикулоэндотелиальной системы. Физиологическая роль белков плазмы крови многогранна.

1. Белки поддерживают коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление и тем самым постоянный объем крови. Содержание белков в плазме значительно выше, чем в тканевой жидкости. Белки, являясь коллоидами, связывают воду и задерживают ее, не позволяя выходить из кровяного русла. Несмотря на то что онкотическое давление составляет лишь небольшую часть (около 0,5%) от общего осмотического давления, именно оно обусловливает преобладание осмотического давления крови над осмотическим давлением тканевой жидкости. Известно, что в артериальной части капилляров в результате гидростатического давления безбелковая жидкость крови проникает в тканевое пространство. Это происходит до определенного момента – «поворотного», когда падающее гидростатическое давление становится равным коллоидно-осмотическому. После «поворотного» момента в венозной части капилляров происходит обратный ток жидкости из ткани, так как гидростатическое давление стало меньше, чем коллоидно-осмотическое. При иных условиях в результате гидростатического давления в кровеносной системе вода просачивалась бы в ткани, что вызвало бы отек различных органов и подкожной клетчатки.

2. Белки плазмы принимают активное участие в свертывании крови. Ряд белков, в том числе фибриноген, являются основными компонентами системы свертывания крови.

3. Белки плазмы в известной мере определяют вязкость крови, которая, как отмечалось, в 4–5 раз выше вязкости воды и играет важную роль в поддержании гемодинамических отношений в кровеносной системе.

4. Белки плазмы принимают участие в поддержании постоянного рН крови, так как составляют одну из важнейших буферных систем крови.

5. Важна также транспортная функция белков плазмы крови: соединяясь с рядом веществ (холестерин, билирубин и др.), а также с лекарственными средствами (пенициллин, салицилаты и др.), они переносят их к тканям.

6. Белки плазмы играют важную роль в процессах иммунитета (особенно это касается иммуноглобулинов).

7. В результате образования с белками плазмы недиализируемых комплексов поддерживается уровень катионов в крови. Например, 40–50% кальция сыворотки связано с белками, значительная часть железа, магния, меди и других элементов также связана с белками сыворотки.

8. Наконец, белки плазмы крови могут служить резервом аминокислот. Современные физико-химические методы позволили открыть и описать около 100 различных белковых компонентов плазмы крови. Особое значение приобрело электрофоретическое разделение белков плазмы (сыворотки) крови.

В сыворотке крови здорового человека при электрофорезе на бумаге можно обнаружить 5 фракций: альбумины, α1-, α2-, β-, γ-глобулины. Методом электрофореза в агаровом геле в сыворотке крови выделяют 7– 8 фракций, а при электрофорезе в крахмальном или полиакриламидном геле – до 16–17 фракций. Следует помнить, что терминология белковых фракций, получаемых при различных видах электрофореза, еще окончательно не установилась. При изменении условий электрофореза, а также при электрофорезе в различных средах (например, в крахмальном или полиак-риламидном геле) скорость миграции и, следовательно, порядок белковых зон могут меняться.

Еще большее число белковых фракций (свыше 30) можно получить методом иммуноэлектрофореза (рис. 17.1). Этот метод представляет собой своеобразную комбинацию электрофоретического и иммунологического методов анализа белков. Иными словами, термин «иммуноэлектрофорез» подразумевает проведение электрофореза и реакции преципитации в одной среде, т.е. непосредственно на гелевом блоке. При данном методе с помощью серологической реакции преципитации достигается значительное повышение аналитической чувстительности электрофоретического метода.

Характеристика основных белковых фракций

Альбумины. На долю альбуминов приходится более половины (55–60%) белков плазмы крови человека. Мол. масса альбумина около 70000. Сывороточные альбумины сравнительно быстро обновляются (период полураспада альбуминов человека 7 дней).

Благодаря высокой гидрофильности, особенно в связи с относительно небольшим размером молекул и значительной концентрацией в сыворотке, альбумины играют важную роль в поддержании онкотического давления крови. Известно, что концентрация альбуминов в сыворотке ниже 30 г/л вызывает значительные изменения онкотического давления крови, что приводит к возникновению отеков. Альбумины выполняют важную функцию транспорта многих биологически активных веществ (в частности, гормонов). Они способны связываться с холестерином, желчными пигментами. Значительная часть кальция в сыворотке крови также связана с альбуминами.

При электрофорезе в крахмальном геле фракция альбуминов у некоторых людей иногда делится на две (альбумин А и альбумин В), т.е. у таких людей имеется два независимых генетических локуса, контролирующих синтез альбуминов. Добавочная фракция (альбумин В) отличается от обычного сывороточного альбумина тем, что молекулы этого белка содержат два остатка дикарбоновых аминокислот или более, замещающих в полипептидной цепи обычного альбумина остатки тирозина или цистеина. Существуют и другие редкие варианты альбумина (альбумин Ридинг, альбумин Джент, альбумин Маки). Наследование полиморфизма альбуминов происходит по аутосомному кодоминантному типу и наблюдается в нескольких поколениях.

Помимо наследственного полиморфизма альбуминов, встречается преходящая бисальбуминемия, которую иногда принимают за врожденную. Описано появление быстрого компонента альбумина у больных, получавших большие дозы пенициллина. После отмены пенициллина этот компонент вскоре исчезал из крови. Существует предположение, что повышение электрофоретической подвижности фракции альбумин–антибиотик связано с увеличением отрицательного заряда за счет СООН-групп пенициллина.

Рис. 17.2. Строение молекулы иммуноглобулинов (схема). Объяснения в тексте.

Глобулины. Сывороточные глобулины при высаливании нейтральными солями можно разделить на 2 фракции – эуглобулины и псевдоглобулины. Фракция эуглобулинов в основном состоит из γ-глобулинов, а фракция псевдоглобулинов включает α-, β- и γ-глобулины, которые при электрофорезе, особенно в крахмальном или полиакриламидном геле, способны разделяться на ряд подфракций. α- и β-Глобулиновые фракции содержат липопротеины, а также белки, связанные с металлами. Большая часть антител, содержащихся в сыворотке, находится во фракции γ-глобулинов. При снижении уровня белков этой фракции резко понижаются защитные силы организма.

Иммуноглобулины, или антитела , синтезируются В-лимфоцитами или образующимися из них плазматическими клетками. Известно 5 классов иммуноглобулинов: IgG, IgA, IgM, IgD и IgE, при этом IgG, IgA и IgM – основные классы; IgD и IgE – минорные классы иммуноглобулинов плазмы человека. Молекула иммуноглобулина состоит из двух идентичных пар полипептидных цепей. Каждая пара в свою очередь состоит из двух разных цепей: легкой (L) и тяжелой (Н). Иными словами, молекула иммуноглобулинов состоит из двух легких (L) цепей (мол. масса 23000) и двух тяжелых (Н) цепей (мол. масса 53000–75000), образующих тетрамер (L2H2) при помощи дисульфидных связей (рис. 17.2). Каждая цепь разделена (может быть, несколько условно) на специфические домены, или участки, имеющие определенное структурное и функциональное значение. Половину легкой цепи, включающую карбоксильный конец, называют константной областью (CL), a N-концевую половину легкой цепи – вариабельной областью (VL).

Примерно четвертую часть тяжелой цепи, включающую N-конец, относят к вариабельной области Н-цепи (VH), остальная часть ее – это константные области (СН1, СН2, СН3). Участок иммуноглобулина, связывающийся со специфическим антигеном, формируется N-концевыми вариабельными областями легких и тяжелых цепей, т.е. VH- и УL-доменами. У высших позвоночных имеются все 5 классов антител (IgA, IgD, IgE, IgG и IgM), каждый со своим классом Н-цепей: α, δ, ε, γ и μ соответственно. Молекулы IgA содержат α-цепи, молекулы IgG – γ-цепи и т.д. Кроме того, имеется ряд подклассов иммуноглобулинов IgG и IgA. Например, у человека существует 4 подкласса IgG: IgG1, IgG2, IgG3и IgG4, содержащих тяжелые цепи γ1, γ2, γ3и γ4соответственно. Разные Н-цепи придают шарнирным участкам и «хвостовым» областям антител различную конформацию и определяют характерные свойства каждого класса и подкласса (подробнее см. руководства по иммунологии).

В клинической практике встречаются состояния, характеризующиеся изменением как общего количества белков плазмы крови, так и процентного соотношения отдельных белковых фракций.

Гиперпротеинемия – увеличение общего содержания белков плазмы. Диарея у детей, рвота при непроходимости верхнего отдела тонкой кишки, обширные ожоги могут способствовать повышению концентрации белков в плазме крови. Иными словами, потеря воды организмом, а следовательно, и плазмой приводит к повышению концентрации белка в крови (относительная гиперпротеинемия).

При ряде патологических состояний может наблюдаться абсолютная гиперпротеинемия, обусловленная увеличением уровня γ-глобулинов: например, гиперпротеинемия в результате инфекционного или токсического раздражения системы макрофагов; гиперпротеинемия при миеломной болезни. В сыворотке крови больных миеломной болезнью обнаруживаются специфические «миеломные» белки. Появление в плазме крови белков, не существующих в нормальных условиях, принято называть парапротеине-мией. Нередко при этом заболевании содержание белков в плазме достигает 100–160 г/л.

Иногда при миеломной болезни аномальные белки плазмы преодолевают почечный барьер и появляются в моче. Эти белки, представляющие собой легкие цепи иммуноглобулинов, получили название белков Бенс-Джонса. Явления парапротеинемии можно наблюдать и при макроглобу-линемии Вальденстрема. Для болезни Вальденстрема характерно появление в плазме крови белков с большой молекулярной массой (1000000– 1600000); содержание макроглобулинов может достигать 80% от общего количества белка, составляющего в этом случае 150–160 г/л.

Гипопротеинемия, или уменьшение общего количества белка в плазме крови, наблюдается главным образом при снижении уровня альбуминов. Выраженная гипопротеинемия – постоянный и патогенетически важный симптом нефротического синдрома. Содержание общего белка снижается до 30–40 г/л. Гипопротеинемия наблюдается также при поражении печеночных клеток (острая атрофия печени, токсический гепатит и др.). Кроме того, гипопротеинемия может возникнуть при резко увеличенной проницаемости стенок капилляров, при белковой недостаточности (поражение пищеварительного тракта, карцинома и др.). Следовательно, можно считать, что гиперпротеинемия, как правило, связана с гиперглобулинемией, а гипопро-теинемия – с гипоальбуминемией.

При многих заболеваниях очень часто изменяется процентное соотношение отдельных белковых фракций, хотя общее содержание белка в сыворотке крови остается в пределах нормы. Такое состояние носит название «диспротеинемия». На рис. 17.3 схематично представлен характер изменения белковых фракций сыворотки крови при ряде заболеваний без учета формы и стадии болезни.

Рис. 17.3. Изменения электрофореграммы белков сыворотки крови при некоторых заболеваниях (по Эммриху).

В течении многих болезней, связанных с общим воспалением (инфекционные заболевания, ревматизм и т.д.), отмечается несколько стадий, что, несомненно, сказывается и на белковом спектре крови.

Как отмечалось, α- и β-глобулиновые фракции белков сыворотки крови содержат липопротеины и гликопротеины. В состав углеводной части гликопротеинов крови входят в основном следующие моносахариды и их производные: галактоза, манноза, рамноза, глюкозамин, галактозамин, нейраминовая кислота и ее производные (сиаловые кислоты). Соотношение этих углеводных компонентов в отдельных гликопротеинах сыворотки крови различно. Чаще всего в осуществлении связи между белковой и углеводной частями молекулы гликопротеинов принимают участие аспа-рагиновая кислота (ее карбоксил) и глюкозамин. Несколько реже встречается связь между гидроксилом треонина или серина и гексозаминами или гексозами.

Нейраминовая кислота и ее производные (сиаловые кислоты) – наиболее лабильные и активные компоненты гликопротеинов. Они занимают конечное положение в углеводной цепочке молекулы гликопротеинов и во многом определяют свойства данного гликопротеина.

Гликопротеины имеются почти во всех белковых фракциях сыворотки крови. При электрофорезе на бумаге гликопротеины в большом количестве выявляются в α1- и α2-фракциях глобулинов. Гликопротеины, связанные с α-глобулиновыми фракциями, содержат небольшое количество фруктозы, а гликопротеины, выявляемые в составе β- и особенно γ-глобулиновых фракций, содержат фруктозу в значительном количестве.

Повышенное содержание гликопротеинов в плазме или сыворотке крови наблюдается при туберкулезе, плевритах, пневмониях, остром ревматизме, гломерулонефритах, нефротическом синдроме, диабете, инфаркте миокарда, подагре, а также при остром и хроническом лейкозах, миеломе, лимфосаркоме и некоторых других болезнях. У больного ревматизмом увеличение содержания гликопротеинов в сыворотке соответствует тяжести заболевания. Это объясняется, по мнению ряда исследователей, деполимеризацией основного вещества соединительной ткани, что приводит к поступлению гликопротеинов в кровь.

 

Отдельные наиболее изученные и интересные в клиническом отношении белки плазмы

Гаптоглобин входит в состав глобулиновой фракции. Этот белок обладает способностью соединяться с гемоглобином. Образовавшийся гаптоглобин– гемоглобиновый комплекс может поглощаться системой макрофагов, при этом предупреждается потеря железа, входящего в состав гемоглобина как при физиологическом, так и при патологическом его освобождении из эритроцитов. Методом электрофореза выявлены 3 группы гаптоглобинов: Нр 1–1, Нр 2–1 и Нр 2–2. Установлено, что имеется связь между наследованием типов гаптоглобинов и резус-антителами.

Ингибиторы трипсина обнаруживаются при электрофорезе белков плазмы крови в зоне α1- и α2-глобулинов; они способны ингибировать трипсин и другие протеолитические ферменты. В норме содержание этих белков составляет 2,0–2,5 г/л, но при воспалительных процессах в организме, беременности и ряде других состояний содержание белков-ингибиторов протеолитических ферментов увеличивается.

Трансферрин относится к β-глобулинам и обладает способностью соединяться с железом. Комплекс трансферрина с железом окрашен в оранжевый цвет. В этом комплексе железо находится в трехвалентной форме. Концентрация трансферрина в сыворотке крови составляет около 200–400 мг% (23–45 мкмоль/л). В норме только 1/3 трансферрина насыщена железом. Следовательно, имеется определенный резерв трансферрина, способного связывать железо. Трансферрин у различных людей может принадлежать к разным типам. Выявлено 19 типов трансферринов, различающихся по величине заряда белковой молекулы, ее аминокислотному составу и числу молекул сиаловых кислот, связанных с белком. Обнаружение разных типов трансферринов связывают с наследственными особенностями.

Церулоплазмин имеет голубоватый цвет, обусловленный наличием в его составе 0,32% меди; обладает слабой каталитической активностью, окисляя аскорбиновую кислоту, адреналин, диоксифенилаланин и некоторые другие соединения. Концентрация церулоплазмина в сыворотке крови в норме 25–43 мг% (1,7–2,9 мкмоль/л). При гепатоцеребральной дистрофии (болезнь Вильсона–Коновалова) содержание церулоплазмина в сыворотке крови значительно снижено, а концентрация меди в моче высокая. Снижение уровня церулоплазмина отмечается также при мальабсорбции, нефрозе, дефиците меди, возникающем при парентеральном питании.

Содержание церулоплазмина повышено при беременности, гипертирео-зе, инфекции, апластической анемии, остром лейкозе, лимфогранулематозе, циррозе печени.

Электрофоретическими методами установлено наличие 4 изоферментов церулоплазмина. В норме в сыворотке крови взрослых людей обнаруживается 2 изофермента, которые заметно различаются по своей подвижности при электрофорезе в ацетатном буфере при рН 5,5. В сыворотке новорожденных также были выявлены 2 фракции, имеющие большую электрофоре-тическую подвижность, чем изоферменты церулоплазмина взрослого человека. Следует отметить, что по своей электрофоретической подвижности изоферментный спектр церулоплазмина в сыворотке крови при болезни Вильсона–Коновалова сходен с изоферментным спектром новорожденных.

С-реактивный белок получил свое название в результате способности вступать в реакцию преципитации с С-полисахаридом пневмококков. В сыворотке крови здорового организма С-реактивный белок отсутствует, но обнаруживается при многих патологических состояниях, сопровождающихся воспалением и некрозом тканей.

Появляется С-реактивный белок в острый период болезни, поэтому его иногда называют белком «острой фазы». С переходом в хроническую фазу заболевания С-реактивный белок исчезает из крови и снова появляется при обострении процесса. При электрофорезе белок перемещается вместе с α2-глобулинами.

Криоглобулин в сыворотке крови здоровых людей также отсутствует и появляется в ней при патологических состояниях. Отличительное свойство этого белка – способность выпадать в осадок или желатинизироваться при температуре ниже 37°С. При электрофорезе Криоглобулин чаще всего передвигается вместе с γ-глобулинами. Криоглобулин можно обнаружить в сыворотке крови при миеломе, нефрозе, циррозе печени, ревматизме, лимфосаркоме, лейкозах и других заболеваниях.

В настоящее время установлено, что один из криоглобулинов идентичен белку фибронектину, связанному с поверхностью фибробластов. Последний был выделен как в мономерной (мол. масса 220000), так и в димерной формах. Данный белок широко распространен в соединительной ткани.

Интерферон – специфический белок, синтезируемый в клетках организма в ответ на воздействие вирусов. Этот белок обладает способностью угнетать размножение вирусов в клетках, но не разрушает уже имеющиеся вирусные частицы. Образовавшийся в клетках интерферон легко выходит в кровяное русло и оттуда проникает в ткани и клетки. Интерферон обладает специфичностью, хотя и не абсолютной. Например, интерферон обезьян угнетает размножение вируса в культуре клеток человека. Защитное действие интерферона в значительной степени зависит от соотношения между скоростями распространения вируса и интерферона в крови и тканях.

Небелковые азотистые компоненты крови

К небелковым азотсодержащим органическим компонентам крови относят мочевину, мочевую кислоту, креатинин, креатин, аминокислоты. Аминокислоты, которые всосались из кишечника, в органах и тканях испытывают различные преобразования. Часть используется для синтеза белков органов и тканей, ферментов, некоторых гормонов, гема, креатина. Те аминокислоты, которые не использованы для синтеза различных соединений, распадаются с образованием аммиака, углекислоты и воды. Большая часть аминокислот идет на образование мочевины, которая составляет 85-90% общего азота мочи. Кроме мочевины, азот выделяется с мочой в виде солей аммония, в составе креатинина, мочевой кислоты, индикана и небольшой части свободных аминокислот. Все эти вещества, кроме аминокислот, являются конечными продуктами азотистого обмена.

Мочевина составляет основную массу органического осадка мочи. Азот мочевины составляет 80-90% всего азота мочи. Взрослый человек за сутки выделяет с мочой 20-35 г мочевины. Уменьшение концентрации мочевины наблюдается в условиях ограничения белка в рационе, нарушении функции печени, в частности при перерождении печени и отравлении ее фосфором. Количество мочевины снижается также при ацидозе, поскольку значительная часть NH3 используется для нейтрализации кислот. Вместе с тем, поражение почек (нефриты) сопровождаются ухудшением выделения мочевины в мочу и накоплением ее в крови. В таких случаях наступает отравление организма продуктами азотного обмена (уремия). Повышенное содержание мочевины в моче наблюдается при недостаточности белка в питании, злокачественной анемии, лихорадке, интенсивном распаде белков в организме, после приема салицилатов, при отравлениях фосфором. Снижение мочевины в моче - при циррозе печени, паренхиматозной желтухе, нефрите, ацидозе, уремии. Низкое содержание мочевины в моче наблюдается в период интенсивного роста организма и в условиях применения анаболитикив.

Преимущественное питание белковой пищей, а также заболевания, связанные с усиленным распадом белков (сахарный диабет, злокачественные опухоли, некоторые инфекционные болезни, сопровождающиеся лихорадкой), обусловливают повышение уровня мочевины в моче.

Мочевая кислота. Мочевая кислота является конечным продуктом обмена пуриновых оснований, входящих в состав сложных белков нуклеопротеинов. В норме у человека с мочой выделяется 1,6 - 3,54 ммоль / сут (270-600 мг / сут) мочевой кислоты. Индикан - калиевая или натриевая соль индоксилсирчанои кислоты. Последняя образуется в печени как продукт обезвреживания индола. Количество индикана в моче за сутки 40-80 мкмоль. При избытке индикана моча приобретает коричневый цвет. За сутки с мочой выводится в среднем 0,6-1,0 г мочевой кислоты. Содержание ее в моче может меняться в зависимости от характера питания. Уменьшение выделения мочевой кислоты с мочой (до 0,3-0,5 г в сутки) бывает у людей, питающихся преимущественно углеводной пищей, не содержащей пуринов. Мясные продукты, икра, железистые ткани, богатые нуклеопротеиды, могут служить причиной повышения мочевой кислоты в крови и моче. Повышенное выделение мочевой кислоты - гиперурикурию-наблюдают при всех заболеваниях, сопровождающихся усиленным распадом нуклеопротеинов (лейкозы, лечение цитостатиками, ионизирующее облучение, ожоги, крупозное воспаление легких, ревматизм, гемолитическая анемия, отравление свинцом, токсикоз), а также при повышенном содержании пуринов в пищи. Вследствие слабой растворимости мочевой кислоты и ее солей они могут выпадать в осадок в собранной мочи, а также образовывать камни в нижних отделах мочевыводящих путей. Повышенное содержание пуринов в пище Гипоурикурию (уменьшение выделения мочевой кислоты с мочой) наблюдается при подагре (не всегда), нефрите, почечной недостаточности, прогрессивной мышечной атрофии. При подагре соли мочевой кислоты (ураты) откладываются в хрящах, мышцах и суставах. Содержание мочевой кислоты в крови может быть повышен, а с мочой выделяться меньше, чем в норме. С мочой выделяются также промежуточные продукты пуринового обмена (20-50 мг в сутки): ксантин, гипоксантин и другие. Применение некоторых лекарственных веществ (теобромин, кофеин), а также потребление большого количества кофе, какао, чая приводят к появлению в моче метилпроизводные пуриновых оснований. Креатинин и креатин. Креатинин образуется из креатинфосфата и является составной частью мочи. За сутки с мочой выделяется креатинина у мужчин 8,8-17,7 ммоль / сутки, а у женщин - 7,1-15,9 ммоль / сут (или 1-2 г в сутки), что составляет 2-7% азота всех азотсодержащих соединений мочи. Количество креатинина, выделяемого с мочой, зависит от интенсивности процессов распада белков тканей организма и от содержания креатинина в продуктах питания (его много в мясной пище). В норме с мочой взрослый человек выделяет 1-2 г креатинина в сутки. Пределы колебания зависят от состояния мускулатуры. Количество выделенного креатинина является постоянной для каждого человека и отражает ее мышечную массу. У мужчин на каждый 1 кг массы тела в сутки выделяется с мочой от 18 до 32 мг креатинина (креатинина коэффициент), а у женщин - от 10 до 25 мг. Креатинина коэффициент небольшой у полных и худых людей, но высокий у лиц с развитыми мышцами. Синтез креатина, из которого образуется креатинин, происходит в почках и печени. Поэтому при тяжелых поражениях печени и почек количество креатинина в моче уменьшается. Кроме того, концентрация креатинина в моче может уменьшаться у больных с ослаблением белкового обмена, например, при атрофии мышц и в других случаях. Креатинин не реабсорбируется из первичной мочи в канальцах нефронов, поэтому количество выделенного креатинина отражает величину клубочковой фильтрации и по его количеству можно рассчитывать объем фильтрации и объем реабсорбции в почках. В почечных больных с нарушением фильтрации уменьшается выделение креатинина, а содержание его в крови возрастает. Заболевания, при которых происходит разрушение белков (например, инфекционные болезни, интоксикации, вызванные некоторыми ядовитыми веществами), проявляются повышением уровня креатинина в моче При потере белковой массы тела вследствие длительного негативного азотового баланса выделение креатинина уменьшается, а креатина растет, но суммарное выделение этих двух веществ остается в общем постоянным. Это наблюдается у больных сахарным диабетом, гипертиреоз, лихорадку, а также при голодании. Выделение креатина у детей больше, чем у взрослых, аналогично у женщин его больше выделяется, чем у мужчин. Усиленное выделение креатина бывает у беременных женщин и в раннем послеродовом периоде. Креатинурия имеет место и у пожилых людей вследствие атрофии мышц. Наибольшее содержание креатина в моче наблюдается при патологических состояниях мышечной системы, особенно при миопатии и мышечной дистрофии. Определение креатинина в моче проводят для исследования функции почек. Содержание креатинина в моче зависит от питания, так как кроме эндогенного креатинина в моче находится еще креатинин экзогенный, поступающий из мясной пищей. Повышение выделения креатинина с мочой (гиперкреатининурия) наблюдается при потреблении мясной пищи, раздавливания мягких тканей (мышц), интенсивной мышечной работе, после снятия кровоостанавливающего жгута, лихорадке, пневмонии. Пониженное содержание креатинина в моче (гипокреатининурия) выявляют при хроническом нефрите с уремией (почечной недостаточности). Мышечной атрофии, дегенерации почек, лейкемии, у пожилых людей.

Аминокислоты. За сутки здоровый человек выделяет с мочой около 2 3,0 г аминокислот. Выделяются с мочой как свободные аминокислоты, так и аминокислоты, входящие в состав низкомолекулярных пептидов и парных соединений. В моче обнаружено 20 различных аминокислот и многие продукты их обмена. Содержание аминокислот в моче увеличивается при различных патологических состояниях, сопровождающихся распадом тканевых белков - у больных с травмами, при лучевой и ожоговой болезни. Рост концентрации аминокислот в моче свидетельствует нарушения функции печени и, в частности, угнетение образования белков и мочевины. Встречаются нарушения обмена отдельных аминокислот, имеют наследственный характер. Например, фенилкетонурия, обусловлена наследственным недостатком в печени фермента фенилаланингидроксилазы, в результате чего заблокировано преобразование фенилаланина в тирозин. Для выявления фенилкетонурии применяют хлорное железо: к свежей моче добавляют несколько капель раствора FeCl3 и через 2-3 минуты наблюдают появление оливково-зеленой окраски.

К наследственным нарушениям обмена аминокислот относится и алкаптонурия, при которой в моче резко возрастает содержание гомогентизиновой кислоты - промежуточного продукта обмена тирозина. Моча, выделенная этими больными, быстро темнеет на воздухе.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ остаточного азота крови

Остаточным азотом крови называют небелковый азот, т.е. азот органических и неорганических соединений, который остается после осаждения белков в крови. В норме содержание остаточного азота равна 0,2-0,4 г / л. Около 50% его приходится на мочевину, 25% - на азот аминокислот, 7,5% на креатинин и креатин, 0,5% в аммонийные соли и Индикан, 13% - на другие вещества.

Принцип метода Остаточный азот крови определяют в безбелковом фильтрате после осаждения белков крови с последующей минерализацией бизбилкового фильтрата концентрированной серной кислотой. Азот всех исследуемых фракций в виде аммиака связывается с серной кислотой, образует сульфат аммония, с реактивом Несслера дает соединение желто-оранжевого цвета. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации аммиака, а значит и остаточного азота в крови.

Клинико-диагностическое значение

Повышение остаточного азота крови называется азотемией. Азотемия может быть двух видов: абсолютной (накопление в крови компонентов остаточного азота) и относительной (дегидратация организма, например, при рвоте, поносе) (табл.7). В зависимости от причин, вызывающих заболевания, абсолютная азотемия делится на ретенционные и продукционные. Ретенционная азотемия возникает в результате недостаточного выделения с мочой азотсодержащих соединений при нормальном попадании их в кровь. Ретенционная азотемия может быть почечной и внепочечного. При почечной азотемии повышение концентрации остаточного азота в крови происходит вследствие нарушения экскреторной функции почек. Этот тип азотемии наблюдаются при гломерулонефритах, пиелонефрите, туберкулезе почек, амилоидозе почек. Внепочечные ретенционные азотемии обусловленные нарушением гемодинамики и, соответственно, снижением клубочковой фильтрации. Они возникают в результате сердечно-сосудистой декомпенсации, локальном нарушении кровотока в почечных артериях.

Продукционная азотемия обусловлена избыточным поступлением в кровь продуктов распада тканевых белков. Функция почек при этом не нарушена. Азотемию такого типа наблюдается при кахексии, лейкозах, злокачественных опухолях, лечении глюкокортикоидами. Снижение содержания остаточного азота наблюдается при недостаточном питании и иногда при беременности.

Содержание небелкового азота в цельной крови и плазме почти одинаково и составляет в крови 15–25 ммоль/л. Небелковый азот крови включает азот мочевины (50% от общего количества небелкового азота), аминокислот (25%), эрготионеина (8%), мочевой кислоты (4%), креатина (5%), креати-нина (2,5%), аммиака и индикана (0,5%) и других небелковых веществ, содержащих азот (полипептиды, нуклеотиды, нуклеозиды, глутатион, билирубин, холин, гистамин и др.). Таким образом, в состав небелкового азота входит главным образом азот конечных продуктов обмена простых и сложных белков. Небелковый азот крови называют также остаточным азотом, т.е. остающимся в фильтрате после осаждения белков. У здорового человека колебания в содержании небелкового (остаточного) азота крови незначительны и в основном зависят от количества поступающих с пищей белков. При ряде патологических состояний уровень небелкового азота

  в крови повышается. Это состояние носит название азотемии. Азотемия в зависимости от вызывающих ее причин подразделяется на ретенционную и продукционную. Ретенционная азотемия развивается в результате недостаточного выделения с мочой азотсодержащих продуктов при нормальном поступлении их в кровяное русло. Она в свою очередь может быть почечной и внепочечной. При почечной ретенционной азотемии концентрация остаточного азота в крови увеличивается вследствие ослабления очистительной (экскреторной) функции почек. Резкое повышение содержания остаточного азота происходит в основном за счет мочевины. В этих случаях на долю азота мочевины приходится 90% небелкового азота крови вместо 50% в норме. Внепочечная ретенционная азотемия может возникнуть в результате тяжелой недостаточности кровообращения, снижения артериального давления и уменьшения почечного кровотока. Нередко внепочечная ретенционная азотемия является результатом наличия препятствия оттоку мочи после ее образования в почке. Продукционная азотемия развивается при избыточном поступлении азотсодержащих продуктов в кровь, как следствие усиленного распада тканевых белков при обширных воспалениях, ранениях, ожогах, кахексии и др. Нередко наблюдаются азотемии смешанного типа.Как отмечалось, в количественном отношении главным конечным продуктом обмена белков в организме является мочевина. Принято считать, что мочевина в 18 раз менее токсична, чем остальные азотистые вещества. При острой почечной недостаточности концентрация мочевины в крови достигает 50–83 ммоль/л (норма 3,3–6,6 ммоль/л). Нарастание содержания мочевины в крови до 16–20 ммоль/л (в расчете на азот мочевины) является признаком нарушения функции почек средней тяжести, до 35 ммоль/л – тяжелым и свыше 50 ммоль/л – очень тяжелым нарушением с неблагоприятным прогнозом. Иногда определяют отношение азота мочевины крови к остаточному азоту крови (в процентах):

Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1252.jpg

В норме это соотношение меньше 48%. При почечной недостаточности оно повышается и может достигать 90%, а при нарушении мочевинообразо-вательной функции печени снижается (ниже 45%).

К важным небелковым азотистым веществам крови относится также мочевая кислота. Напомним, что у человека мочевая кислота является конечным продуктом обмена пуриновых оснований. В норме концентрация мочевой кислоты в цельной крови составляет 0,18–0,24 ммоль/л (в сыворотке крови – около 0,29 ммоль/л). Повышение содержания мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) – главный симптом подагры. При подагре уровень мочевой кислоты в сыворотке крови возрастает до 0,5–0,9 ммоль/л и даже до 1,1 ммоль/л. В состав остаточного азота входит также азот аминокислот и полипептидов. В крови постоянно содержится некоторое количество свободных аминокислот. Часть из них экзогенного происхождения, т.е. попадает в кровь из пищеварительного тракта, другая часть аминокислот образуется в результате распада белков ткани. Почти пятую часть содержащихся в плазме аминокислот составляют глутаминовая кислота и глутамин (табл. 17.2). Содержание свободных аминокислот в сыворотке и плазме крови практически одинаково, но отличается от уровня их в эритроцитах. В норме отношение концентрации азота аминокислот в эритроцитах к со-

Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1254.jpg

держанию азота аминокислот в плазме колеблется от 1,52 до 1,82. Это отношение отличается большим постоянством, и только при некоторых заболеваниях наблюдается его отклонение от нормы.

Суммарное определение уровня пептидов в крови производят сравнительно редко. Следует помнить, что многие пептиды крови являются биологически активными соединениями и их определение представляет большой клинический интерес. К таким соединениям относятся кинины.

Безазотистые органические компоненты крови

В группу безазотистых органических веществ крови входят углеводы, жиры, липиды, органические кислоты и некоторые другие вещества. Все эти соединения являются либо продуктами промежуточного обмена углеводов и жиров, либо играют роль питательных веществ. Основные данные, характеризующие содержание в крови различных безазотистых органических веществ, представлены в табл. В клинике большое значение придают количественному определению этих компонентов крови.

Липопротеины плазмы крови

Липопротеины – это высокомолекулярные водорастворимые частицы, представляющие собой комплекс белков и липидов. В этом комплексе белки вместе с полярными липидами формируют поверхностный гидрофильный слой, окружающий и защищающий внутреннюю гидрофобную липидную сферу от водной среды и обеспечивающий транспорт липидов в кровяном русле и их доставку в органы и ткани.

http://www.youtube.com/watch?v=97uiV4RiSAY

Плазменные липопротеины (ЛП) – это сложные комплексные соединения, имеющие характерное строение: внутри липопротеиновой частицы находится жировая капля (ядро), содержащая неполярные липиды (три-глицериды, эстерифицированный холестерин); жировая капля окружена оболочкой, в состав которой входят фосфолипиды, белок и свободный холестерин. Толщина наружной оболочки липопротеиновой частицы (ЛП-частица) составляет 2,1–2,2 нм, что соответствует половине толщины ли-пидного бислоя клеточных мембран. Это позволило сделать заключение, что в плазменных липопротеинах наружная оболочка в отличие от клеточных мембран содержит липидный монослой. Фосфолипиды, а также неэстерифицированный холестерин (НЭХС) расположены в наружной оболочке таким образом, что полярные группы фиксированы наружу, а гидрофобные жирно-кислотные «хвосты» – внутрь частицы, причем какая-то часть этих «хвостов» даже погружена в липидное ядро. По всей вероятности, наружная оболочка липопротеинов представляет собой не гомогенный слой, а мозаичную поверхность с выступающими участками белка. Существует много различных схем строения ЛП-частицы. Предполагают, что входящие в ее состав белки занимают только часть наружной оболочки. Допускается, что часть белковой молекулы погружена в ЛП-частицу глубже, чем толщина ее наружной оболочки (рис. 17.4). Итак, плазменные ЛП представляют собой сложные надмолекулярные комплексы, в которых химические связи между компонентами комплекса носят нековалентный характер. Поэтому применительно к ним вместо слова «молекула» употребляют выражение «частица».

Классификация липопротеинов. Существует несколько классификаций ЛП, основанных на различиях в их свойствах: гидратированной плотности, скорости флотации, электрофоретической подвижности, а также на различиях в апопротеиновом составе частиц. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на поведении отдельных ЛП в гравитационном поле в процессе ультрацентрифугирования. Применяя набор солевых плотностей, можно изолировать отдельные фракции ЛП: хиломикроны (ХМ) – самые легкие частицы, затем липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП).

Различная электрофоретическая подвижность по отношению к глобулинам плазмы крови положена в основу другой классификации ЛП, согласно которой различают ХМ (остаются на старте подобно γ-глобулинам), β-ЛП, пре-β-ЛП и α-ЛП, занимающие положение β-, α1- и α2-глобулинов соответственно. Электрофоретическая подвижность фракций ЛП, выделенных путем ультрацентрифугирования, соответствует подвижности отдельных глобулинов, поэтому иногда используют двойное их обозначение: ЛПОНП и пре-β-ЛП, ЛПНП и β-ЛП, ЛПВП и α-ЛП (рис. 17.5). Следует помнить, что изолированные различными методами ЛП не являются полностью идентичными, поэтому рекомендуется использовать терминологию, соответствующую методу выделения.

Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1244.jpg

http://www.youtube.com/watch?v=x-4ZQaiZry8

Рис. Строение ЛП-частицы (схема). Имеется сходство со структурой плазматической мембраны. Некоторое количество эстерифицированного холестерина и триглицеридов (не показано) содержится в поверхностном слое, а в ядре частицы -небольшое количество неэстерифицированного холестерина (по А.Н. Климову и Н.Г. Никульчевой). Объяснение в тексте.

Аполипопротеины (апобелки, апо) входят в состав липопротеинов. Это один белок либо несколько белков, или полипептидов, которые называют апобелками (сокращенно апо). Эти белки обозначают буквами латинского алфавита (А, В, С). Так, два главных апобелка ЛПВП обозначаются A-I и А-II. Основным апобелком ЛПНП является апобелок В, он входит также в состав ЛПОНП и хиломикронов. Апобелки C-I, С-II и C-III представляют собой небольшие полипептиды, которые могут свободно переходить от одного липопротеина к другому. Помимо апобелков А, В и С, в липопро-теинах плазмы крови идентифицировано еще несколько апобелков. Одним из них является выделенный из ЛПОНП апобелок Е, на его долю приходится 5–10% от общего количества апобелков ЛПОНП.

Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1246.jpg

Рис. Шлирен-профиль липопротеинов плазмы крови человека при аналитическом ультрацентрифугировании (по А.Н. Климову и Н.Г. Никульчевой, 1995).

Апобелки выполняют не только структурную функцию, но и обеспечивают активное участие комплексов ЛП в транспорте липидов в токе крови от мест их синтеза к клеткам периферических тканей, а также обратный транспорт холестерина в печень для дальнейших метаболических превращений. Апобелки выполняют функцию лигандов во взаимодействии ЛП со специфическими рецепторами на клеточных мембранах, регулируя тем самым гомеостаз холестерина в клетках и в организме в целом. Не меньшее значение имеет также регуляция апобелками активности ряда основных ферментов липидного обмена: лецитин-холестеролацилтрансферазы, липопротеинлипазы, печеночной триглицеридлипазы. Структура и концентрация в плазме крови каждого апобелка находится под генетическим контролем, в то время как содержание липидов в большей степени подвержено влиянию диетических и других факторов.

Дислипопротеинемией (ДЛП) называют изменения в содержании липо-протеинов в плазме (сыворотке) крови: повышение, снижение или практически полное отсутствие. Сюда же относят случаи появления в крови необычных или патологических ЛП. Таким образом, понятие «дислипопротеинемия» охватывает все разновидности изменения уровня ЛП в крови. Более узким является термин «гиперлипопротеинемия» (ГЛП), отражающий увеличение какого-то класса или классов ЛП в крови. Первой и весьма успешной попыткой систематизации отклонений от нормы в липопротеид-ном спектре крови явилась классификация типов ГЛП, разработанная D. Fredrickson и соавт. и одобренная экспертами ВОЗ. Согласно варианту ВОЗ, различают следующие типы ГЛП.

Тип I – гиперхиломикронемия. Основные изменения в липопротеи-нограмме следующие: высокое содержание ХМ, нормальное или слегка повышенное содержание ЛПОНП; резко повышенный уровень триглицери-дов в сыворотке крови. Клинически это состояние проявляется ксантоматозом.

Тип II делят на два подтипа: тип IIа – гипер-β-липопротеинемия с характерным высоким содержанием в крови ЛПНП и тип IIб – гипер-β-липо-протеинемия с высоким содержанием одновременно двух классов липопро-теинов (ЛПНП, ЛПОНП). При типе II отмечается высокое, а в некоторых случаях очень высокое содержание холестерина в плазме крови. Уровень триглицеридов в крови может быть либо нормальным (типа IIа), либо повышенным (тип IIб). Клинически проявляется атеросклеротическими нарушениями, нередко развивается ишемическая болезнь сердца (ИБС).

http://www.youtube.com/watch?v=XLLBlBiboJI&feature=related

Тип III – дис-β-липопротеинемия. В сыворотке крови появляются липопротеины с необычно высоким содержанием холестерина и высокой электрофоретической подвижностью («флотирующие» β-липопротеины). Они накапливаются в крови вследствие нарушения превращения ЛПОНП в ЛПНП. Этот тип ГЛП часто сочетается с различными проявлениями атеросклероза, в том числе с ИБС и поражением сосудов ног.

http://www.youtube.com/watch?v=OHE1ig4k64M&feature=related

Тип IV – гиперпре-β-липопротеинемия. Характерны повышение уровня ЛПОНП, нормальное содержание ЛПНП, отсутствие ХМ; увеличение уровня триглицеридов при нормальном или слегка повышенном уровне холестерина. Клинически этот тип сочетается с диабетом, ожирением, ИБС.

Тип V – гиперпре-β-липопротеинемия и гиперхиломикронемия. Наблюдаются повышение уровня ЛПОНП, наличие ХМ. Клинически проявляется ксантоматозом, иногда сочетается со скрытым диабетом. Ишемической болезни сердца при данном типе ГЛП не наблюдается.

Несомненным достоинством данной классификации является то, что она выделила связь нарушений обмена ЛП с развитием атеросклероза, благодаря чему не утратила своего значения и в настоящее время. Однако эта классификация не охватывает все возможные варианты отклонений от нормы в содержании липидов и ЛП в плазме крови. В частности, она не учитывает изменения концентрации ЛПВП, пониженное содержание которых является независимым фактором риска развития атеросклероза и ИБС, а повышенное, наоборот, выполняет роль антириск-фактора.

Исследования, проведенные во многих странах мира, показали, что у больных ИБС содержание α-липопротеинового холестерина ниже, чем у лиц без признаков ИБС. Холестерин ЛПВП как «предсказатель» ИБС оказался в 8 раз чувствительнее, чем холестерин ЛПНП. Предложено в качестве «предсказателя» рассчитывать так называемый холестериновый коэффициент атерогенности (К), представляющий собой отношение уровня холестерина ЛПНП и ЛПОНП к содержанию холестерина ЛПВП:

Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1248.jpg

В клинике очень удобно рассчитывать этот коэффициент на основании определения уровня общего холестерина и холестерина ЛПВП:

Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1250.jpg

Чем выше этот коэффициент (у здоровых лиц он не превышает 3), тем выше опасность развития (и наличия) ИБС.

http://www.youtube.com/watch?v=hRx_i9npTDU&feature=related

Транспорт холестерола липопротеинам крови

Холестерол транспортируется кровью только в составе ЛП. ЛП обеспечивают поступление в ткани экзогенного холестерола, определяют потоки холестерола между органами и выведение избытка холестерола из организма.

Транспорт экзогенного холестерола

Холестерол поступает с пищей в количестве 300-500 мг/сут, в основном в виде эфиров. После гидролиза, всасывания в составе мицелл, этерификации в клетках слизистой оболочки кишечника эфиры холестерола и небольшое количество свободного холестерола включаются в состав ХМ и поступают в кровь. После удаления жиров из ХМ под действием ЛП-липазы холестерол в составе остаточных ХМ доставляется в печень. Остаточные ХМ взаимодействуют с рецепторами клеток печени и захватываются по механизму эндоцитоза. Затем ферменты лизосом гидролизуют компоненты остаточных ХМ, и в результате образуется свободный холестерол. Экзогенный холестерол, поступающий таким образом в клетки печени, может ингибировать синтез эндогенного холестерола, замедляя скорость синтеза ГМГ-КоА-редуктазы.

Транспорт эндогенного холестерола в составе ЛПОНП (пре-β-липопротеинов)

Печень - основное место синтеза холестерола. Эндогенный холестерол, синтезированный из исходного субстрата ацетил-КоА, и экзогенный, поступивший в составе остаточных ХМ, образуют в печени общий фонд холестерола. В гепатоцитах триацилглицеролы и холестерол упаковываются в ЛПОНП. В их состав входят, кроме того, апопротеин В-100 и фоефолипиды. ЛПОНП сек-ретируются в кровь, где получают от ЛПВП апопротеины Е и С-IIВ крови на ЛПОНП действует ЛП-липаза, которая, как и в ХМ, активируется апоС-II гидролизует жиры до глицерола и жирных кислот. По мере уменьшения количества ТАГ в составе ЛПОНП они превращаются в ЛППП. Когда количество жиров в ЛППП уменьшается, апопротеины С-II реносятся обратно на ЛПВП. Содержание холестерола и его эфиров в ЛППП достигает 45%; часть этих липопротеинов захватывается клетками печени через рецепторы ЛПНП, которые взаимодействуют и с апоЕ и с апоВ-100.

Транспорт холестерола в составе ЛПНП. Рецепторы ЛПНП

На ЛППП, оставшиеся в крови, продолжает действовать ЛП-липаза, и они превращаются в ЛПНП, содержащие до 55% холестерола и его эфиров. Апопротеины Е и С-II реносятся обратно в ЛПВП. Поэтому основным апопротеином в ЛПНП служит апоВ-100. Апопротеин В-100 взаимодействует с рецепторами ЛПНП и таким образом определяет дальнейший путь холестерола. ЛПНП - основная транспортная форма холестерола, в которой он доставляется в ткани. Около 70% холестерола и его эфиров в крови находится в составе ЛПНП. Из крови ЛПНП поступают в печень (до 75%) и другие ткани, которые имеют на своей поверхности рецепторы ЛПНП.

Рецептор ЛПНП - сложный белок, состоящий из 5 доменов и содержащий углеводную часть (рис. 8-68).

Рецепторы ЛПНП синтезируются в ЭР и аппарате Гольджи, а затем экспонируются на поверхности клетки, в специальных углублениях, выстланных белком клатрином. Эти углубления называют окаймлёнными ямками (рис. 8-69). Выступающий на поверхность N-концевой домен рецептора взаимодействует с белками апоВ-100 и апоЕ; поэтому он может связывать не только ЛПНП, но и ЛППП, ЛПОНП, остаточные ХМ, содержащие эти апопротеины. Клетки тканей содержат большое количество рецепторов ЛПНП на своей поверхности: например, на одной клетке фибробласта имеется от 20 000 до 50 000 рецепторов.

Из этого следует, что холестерол поступает в клетки из крови в основном в составе ЛПНП.

Если количество холестерола, поступающего в клетку, превышает её потребность, то синтез рецепторов ЛПНП подавляется, что уменьшает поток холестерола из крови в клетки. При снижении концентрации свободного холестерола в клетке, наоборот, активируется синтез ГМГ-КоА-редуктазы и рецепторов ЛПНП.

В регуляции синтеза рецепторов ЛПНП участвуют гормоны: инсулин и трийодтиронин (Т3), полрвые гормоны. Они увеличивают образование рецепторов ЛПНП, а глюкокортикоиды (в основном кортизол) уменьшают. Эффекты инсулина и Т3, вероятно, могут объяснить механизм гиперхолестеролемии и увеличение риска атеросклероза при сахарном диабете или гипотиреозе.

Другие пути поступления холестерола в клетки

Кроме рецепторов ЛПНП, на поверхности клеток многих органов (печени, мозга, плаценты) имеется другой тип рецептора, называемый "белком, сходным с рецептором ЛПНП". Этот рецептор взаимодействует с апоЕ и захватывает ремнантные (остаточные) ХМ и ЛППП. Основной функцией этих рецепторов, вероятно, является "очистка" плазмы крови от ремнантных частиц. Так как ремнантные частицы содержат холестерол, этот тип рецепторов также обеспечивает поступление его в ткани.

Кроме поступления холестерола в ткани путём эндоцитоза ЛП, некоторое количество холестерола поступает в клетки путём диффузии из ЛПНП и других ЛП при их контакте с мембранами клеток.

Роль ЛПВП в обмене холестерола

ЛПВП выполняют 2 основные функции: они поставляют апопротеины другим ЛП в крови и участвуют в так называемом "обратном транспорте холестерола". ЛПВП синтезируются в печени и в небольшом количестве в тонком кишечнике в виде "незрелых липопротеинов" - предшественников ЛПВП. Они имеют дисковидную форму, небольшой размер и содержат высокий процент белков и фосфолипидов. В печени в ЛПВП включаются апопротеины А, Е, С-II, фермент ЛХАТ. В крови апоС-II и апоЕ переносятся с ЛПВП на ХМ и ЛПОНП. Предшественники ЛПВП пракгически не содержат холестерола и ТАГ и в крови обогащаются холестеролом, получая его из других ЛП и мембран клеток.

Для переноса холестерола в ЛПВП существует сложный механизм. На поверхности ЛПВП находится фермент ЛХАТ - лецитишхолестерол-ацилтрансфераза. Этот фермент превращает холестерол, имеющий гидроксильную группу, выступающую на поверхность липопротеинов или мембран клеток, в эфиры холестерола. Радикал жирной кислоты переносится от фосфатидилхолита (лецитина) на гидроксильную группу холестерола. Реакция активируется апопротеином A-I, входящим в состав ЛПВП.

Таким образом, рецепторы ЛПНП могут многократно использоваться клеткой. После удаления рецептора ЛПНП эндосомы сливаются с лизосомами, и гидролитические ферменты лизосом расщепляют компоненты эндосом (4). В результате освобождается холестероп, который может, быть использован для формирования структуры мембран, в клетках печени для синтеза жёлчных кислот, в клетках эндокринной системы для синтеза стероидных гормонов.

Гидрофобная молекула, эфира холестерола перемещается внутрь ЛПВП. Таким образом, частицы ЛПВП обогащаются эфирами холестерола. ЛПВП увеличиваются в размерах, из дисковидных небольших частиц превращаются в частицы сферической формы, которые называют ЛПВП3, или "зрелые ЛПВП". ЛПВП3 частично обменивают эфиры холестерола на триацилглицеролы, содержащиеся в ЛПОНП, ЛППП и ХМ (рис. 8-70). В этом переносе участвует "белок, переносящий эфиры холестерина" (он также называется aпoD). Таким образом, часть эфиров холестерола переносится на ЛПОНП, ЛППП, а ЛПВП3 за счёт накопления триацилглицеролов увеличиваются в размерах и превращаются в ЛПВП2. ЛПОНП под действием ЛП-липазы превращаются сначала в ЛППП, а затем в ЛПНП. ЛПНП и ЛППП захватываются клетками через рецепторы ЛПНП.

Рис. 8-70. Роль ЛПВП и ЛПНП в обратном транспорте холестерола в печень. Незрелые ЛПВП-предшественники обогащаются холестеролом, который поступает в ЛПВП при участии фермента ЛХАТ с поверхности клеток и других липопротеинов, содержащих холестерол. Незрелые ЛПВП, обогащаясь холестеролом, превращаются в ЛПВП3 - частицы сферической формы и большего размера. ЛПВП3 обменивают эфиры холестерола на триацилглицеролы, содержащиеся в ЛПОНП, ЛППП при участии "белка, переносящего эфиры холестерола"*. ЛПВП3 превращается в ЛПВП2, размер которых увеличивается за счёт накопления триацилглицеролов. ЛПОНП и ЛППП под действием ЛП-липазы превращаются в ЛПНП, которые доставляют холестерол в печень. Часть ЛПВП захватывается клетками печени, взаимодействуя со специфическими для ЛПВП рецепторами к апоА-I. На поверхности клеток печени фосфолипиды и триацилглицеролы ЛППП, ЛПВП2 гидролизуются печёночной ЛП-липазой**, что дестабилизирует структуру поверхности ЛП и способствует диффузии холестерола в гепатоциты. ЛПВП2 в результате этого опять превращаются в ЛПВП3 и возвращаются в кровоток. X - холестерол, ЭХ - эфиры холестерола, ФЛ - фосфолипиды, ЛХАТ - лецитин-холестеролацилтрансфераза, А-I - апопротеин, активатор ЛХАТ.

Рис. 8-70. Роль ЛПВП и ЛПНП в обратном транспорте холестерола в печень. Незрелые ЛПВП-предшественники обогащаются холестеролом, который поступает в ЛПВП при участии фермента ЛХАТ с поверхности клеток и других липопротеинов, содержащих холестерол. Незрелые ЛПВП, обогащаясь холестеролом, превращаются в ЛПВП3 - частицы сферической формы и большего размера. ЛПВП3 обменивают эфиры холестерола на триацилглицеролы, содержащиеся в ЛПОНП, ЛППП при участии "белка, переносящего эфиры холестерола"*. ЛПВП3 превращается в ЛПВП2, размер которых увеличивается за счёт накопления триацилглицеролов. ЛПОНП и ЛППП под действием ЛП-липазы превращаются в ЛПНП, которые доставляют холестерол в печень. Часть ЛПВП захватывается клетками печени, взаимодействуя со специфическими для ЛПВП рецепторами к апоА-I. На поверхности клеток печени фосфолипиды и триацилглицеролы ЛППП, ЛПВП2 гидролизуются печёночной ЛП-липазой**, что дестабилизирует структуру поверхности ЛП и способствует диффузии холестерола в гепатоциты. ЛПВП2 в результате этого опять превращаются в ЛПВП3 и возвращаются в кровоток. X - холестерол, ЭХ - эфиры холестерола, ФЛ - фосфолипиды, ЛХАТ - лецитин-холестеролацилтрансфераза, А-I - апопротеин, активатор ЛХАТ.

Таким образом, холестерол из всех тканей возвращается в печень в основном в составе ЛПНП, но в этом участвуют также ЛППП и ЛПВП2. Практически весь холестерол, который должен быть выведен из организма, поступает в печень и уже из этого органа выделяется в виде производных с фекалиями. Путь возвращения холестерола в печень называют "обратным транспортом" холестерола.

 

Иммунология

Иммунитет - способ защиты организма от бактерий, вирусов, паразитов и др. простейших микроорганизмов, а также от собственных «дефектных» клеток, в т.ч. опухолевых. Нарушение функции системы иммунитета приводит к развитию различных инфекционных и воспалительных процессов, аллергических заболеваний — повышенной (неадекватной) реакции на факторы, не обладающие болезнетворным действием: пыльца растений, пищевые продукты, шерсть животных и пр. Иммунная агрессия в отношении собственных клеток и тканей способствует возникновению аутоиммунных заболеваний эндокринных органов, сердца, печени, почек, желудочно-кишечного тракта, суставов и др. органов.

http://www.youtube.com/watch?v=lrYlZJiuf18

Общую систему иммунитета можно разделить на два больших отдела, совместное функционирование которых создает очень мощную, имеющую несколько звеньев, защиту: врожденный неспецифический (естественный) иммунитет и приобретенный специфический (адаптивный) иммунитет.

Описание: Описание: http://www.polyclinika.ru/img/immuno_html_1e56bd19.jpg

Органы иммунной системы.

Описание: Описание: http://www.polyclinika.ru/img/immuno_html_m4a54e59c.jpg

Иммунная система состоит из нескольких органов, способных производить или накапливать лимфоциты - разновидность белых клеток крови лимфоидного происхождения, вырабатывающие антитела. Такими органами являются красный костный мозг, лимфатические узлы, селезенка и кишечные пластинки Пэйе, а также тимус - эндокринная железа, расположенная под грудиной, спереди трахеи. В качестве реакции на присутствие микробов в организме лимфоциты вырабатывают антитела - белки, которые устремляются к антигенам - токсичным веществам микробов. Миссия антител состоит в том, чтобы бороться избирательно с вредным воздействием антигенов, присоединяясь к ним. Эта реакция антиген-антитело, происходящая в плазме крови, образует первичную иммунную реакцию, которая нейтрализует чужеродные молекулы или микробы, их содержащие. Кроме того, лимфоциты наделены «иммунной памятью»: они помнят, как образуется специфическое антитело для определенного антигена. Это значит, что если один и тот же антиген проникает вторично в один и тот же организм, образование антител идет значительно быстрее и их образуется больше. Эта реакция называется вторичной иммунной реакцией.

http://www.youtube.com/watch?v=Ys_V6FcYD5I&feature=related

Среди вторичных иммунодефицитных состояний выделены три формы:

·   Приобретенная - наиболее ярким примером является синдром приобретенного иммунодефицита – СПИД.

·   Индуцированная - возникает в результате конкретных причин, вызвавших ее появление: рентгеновское излучение, травмы и хирургические вмешательства, применение кортикостероидов, цитостатическая терапия, а также нарушения иммунитета развивающиеся вторично по отношению к основному заболеванию (диабет, заболевания печени, почек, злокачественные новообразования).

·   Спонтанная форма – характеризуется отсутствием явной причины, вызвавшей нарушение иммунной реактивности.

http://www.youtube.com/watch?v=9DeoAIjtD8I

Спонтанная форма преобладает среди всех форм вторичного иммунодефицита. Она проявляется в виде хронических, часто рецидивирующих инфекционно-воспалительных процессов бронхо-легочного аппарата, придаточных пазух носа, урогенитальной системы и желудочно-кишечного тракта, глаз, кожи, мягких тканей, вызванных условнопатогенными микроорганизмами. Поэтому хронические, часто рецидивирующие, вялотекущие, трудно поддающиеся лечению традиционными средствами воспалительные процессы любой локализации рассматриваются как клинические проявления вторичного иммунного дефицита. При вторичных иммунодефицитах нарушается функция различных звеньев иммунной системы: фагоцитарного, Т- и В- клеточного, системы комплимента, и.т.д.

Недавно ученые установили, что воспалительную реакцию запускает древнее семейство белков, так называемые Toll-подобные рецепторы (TLR, от англ. Toll-like receptors), которые опосредуют врожденный иммунитет у самых разных организмов - от камчатского краба до человека. Если TLR не функционируют, то вся иммунная система рушится и организм остается совершенно беззащитным перед любой инфекцией. Однако излишняя активность TLR тоже опасна, т.к. может привести к хроническим воспалительным заболеваниям (например, к артриту), волчанке и сердечно-сосудистым патологиям.

.Описание: Описание: Описание: http://www.sciam.ru/2005/4/img/immunology1.jpg

АНТИГЕН (АNTIGEN) является макромолекулой, содержащей чужеродную или собственную информацию, которая представляет собой основу для запуска специфического иммунного ответа; с другой стороны, антиген может служить для исследователей иммунобиологическим маркёром. Общее число различных антигенов оценивается в число 1018.

ИММУНОГЛОБУЛИН (IMMUNOGLOBULIN) - это один из типов молекул иммунной системы. Антитела и антигенраспознающие рецепторы могут связывать соответствующие антигены.

ЛИМФОЦИТЫ (LYMPHOCYTES) являются главными клетками иммунной системы. По-существу, иммунная система - это иерархическая совокупность лимфоидных клеток (1013). Существуют T- и B-лимфоциты. Остальные клетки (макрофаги, дендритные клетки, нейтрофилы, тучные клетки и др.) также участвуют во многих иммунных процессах.

Иммунная система выполняет несколько функций. Стратегической функцией является реализация генетической программы индивидуального развития организма от рождения до смерти в условиях чужеродного окружения.

http://www.youtube.com/watch?v=VOD5tuQ5wvo&feature=related

Существует две группы механизмов, которые лежат в основе функционирования иммунной системы.

I. МЕХАНИЗМЫ ВРОЖДЁННОГО ИММУНИТЕТА, включая НЕСПЕЦИФИЧЕСКУЮ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ:

·   Естественные барьеры: кожа, мерцательный эпителий слизистых, сальные и потовые железы, пищеварительные ферменты и др.

·   Нормальная микробиологическая оболочка тела (сапрофиты кожи и слизистых).

·   Печень (система цитохрома P450).

·   Система комплемента.

·   Неспецифический фагоцитоз.

·   Интерфероны, NK-клетки, NKT-клетки, gdТ-клетки.

·   Острофазная реакция.

·   Провоспалительные цитокины.

·   Естественные антитела.

·   Toll-подобные рецепторы.

·   Противомикробные пептиды (дефензины, кателицидины).

II. МЕХАНИЗМЫ АДАПТИВНОГО ИММУНИТЕТА или СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ИММУННЫЕ ОТВЕТЫ:

·   ГУМОРАЛЬНЫЕ или B-КЛЕТОЧНЫЕ ОТВЕТЫ, которые приводят к образованию плазматических клеток - продуцентов разных классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD.

·   Т-КЛЕТОЧНЫЕ ОТВЕТЫ, которые заканчиваются формированием двух субпопуляций эффекторных Т-клеток:

o                          1. Цитотоксических Т-лимфоцитов (или Т-киллеров).

o                          2. Эффекторных Т-лимфоцитов воспаления.

При врождённом иммунитете распознаётся "чужое" в исходной, не обработанной форме ("паттерны"), в то время как для формирования адаптивного иммунитета сначала необходима предварительная обработка (процессинг) "чужого", после чего происходит его распознавание. Естественно, это требует некоторого дополнительного времени. Структуры, обеспечивающие естественный иммунитет, существуют в неклональной форме.

В отличие от иммунного ответа иммунологическая толерантность (immunological tolerance) является состоянием, для которого характерна специфическая неотвечаемость на конкретный антиген.

Функциональная организация иммунной системы может быть рассмотрена на органном, клеточном и молекулярном уровнях. Существует два типа органов иммунной системы, центральные (или первичные) и периферические (или вторичные). КОСТНЫЙ МОЗГ - центральный орган, в котором рождаются все клетки иммунной системы и созревают В-лимфоциты (В-лимфопоэз или В-коммитмент). ТИМУС (ВИЛОЧКОВАЯ ЖЕЛЕЗА) - центральный орган, в котором дифференцирцются Т-лимфоциты (Т-лимфопоэз или Т-коммитмент) и который также является общекоординирующим для всей иммунной системы.

В периферических органах происходит антигензависимая дифференцировка лимфоцитов (иммунный ответ или прайминг), после которой разворачиваются эффекторные реакции по элиминации данного антигена. К периферическим органам относятся:

·   Лимфатические узлы, лимфатические протоки и селезёнка;

·   Лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками, mucosae (Mucous-Associated Lymphoid Tissue - МАLT), которая расположена на пяти уровнях: носоглотка (Nasal-Associated Lymphoid Tissue - NALT) и евстахиева труба (Tube-Associated Lymphoid Tissue - ТАLТ) представлена различными миндалинами; следующий уровень - бронхи (Bronchus-Associated Lymphoid Tissue - BALT) и грудные железы (у женщин); верхние отделы желодочно-кишечного тракта (Gut-Associated Lymphoid Tissue - GАLТ) имеют пейеровы бляшки, нижние отделы - аппендикс и солитарные фолликулы;

·   Лимфоидная ткань, ассоциированная с кожей.


Все клетки иммунной системы в функциональном отношении можно разделить на четыре группы:

·   АНТИГЕНПРЕЗЕНТИРУЮЩИЕ КЛЕТКИ (ANTIGEN-PRESENTING CELLS):

o                          Макрофаги, дендритные клетки типов 1 и 2, В-лимфоциты.

·   РЕГУЛЯТОРНЫЕ КЛЕТКИ (REGULATORY CELLS):

o                          Естественные регуляторные Т-клетки, T-индукторы, Т-хелперы типов 1, 2 и 3, Т-регуляторы типа 1.

·   ЭФФЕКТОРНЫЕ КЛЕТКИ (EFFECTOR CELLS):

o                          Плазматические клетки (дифференцирующиеся из В-лимфоцитов);

o                          Цитотоксические Т-клетки с фенотипом CD8+ (или T-киллеры);

o                          Эффекторные Т-клетки воспаления с фенотипом CD4+ (или Т-лимфоциты, ответственные за гиперчувствительность замедленного типа);

o                          Нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки, натуральные киллеры (NK-клетки), макрофаги.

·   КЛЕТКИ ПАМЯТИ (MEMORY CELLS):

o                          Т-клетки памяти с фенотипом CD8+, Т-клетки памяти с фенотипом CD4+;

o                          Долгоживующие плазматические клетки, В-клетки памяти.

Лимфоциты как главные клетки иммунной системы имеют отличительные особенности:

1. Постоянная "патрульная" рециркуляция по кровотоку, лимфотоку, межтканевым пространствами секретам. 2. Способность распознавать, т.е. взаимодействовать со "своим" и "несвоим" по принципу "лиганд - рецептор". 3. Клональная организация (McF. Burnet) и способность формировать сетевые элементы (N.K. Jerne). 4. Способность к непрерывным реаранжировкам в своём геноме в любом возрасте в связи с потребностями формирования специфического ответа на патоген. 5. Умение запоминать о факте встречи с каким-либо антигеном и обеспечивать в будущем экспрессный высокоэффективный ответ на него.

Описание: Описание: Описание: Описание: CloneКЛОН - это группа лимфоцитов, коммитированная (committed) к определённому антигену. По-видимому, в человеческом организме исходно существуют десятки миллионов клотов Т- и В-лимфоцитов. После встречи с соответствующим антигеном и в результате иммунного ответа коммитированный лимфоцит становится праймированным (primed)

Нoменклатура CD ("cluster of differentiation"), основанная на моноклональной технологии, позволяет идентифицировать клетки относительно их происхождения, стадии дифференцировки, функционального состояния и т.д.

ГЛАВНЫЕ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫЕ CD-МАРКЁРЫ КЛЕТОК

Обозначение кластера

Клетки

CD10, CD34

Лимфоидная стволовая клетка

CD3

T-лимфоцит

CD4

Т-индуктор/Т-хелпер

CD8

Цитотоксическая Т-клетка

CD19, CD72, CD79 и др.

B-лимфоцит

CD16/CD56

NK-клетка

CD14, CD64

Моноцит/макрофаг

Молекулы иммунной системы могут быть условно разделены на пять групп:

МОЛЕКУЛЫ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ИММУННЫХ ОТВЕТОВ - специфические субстанции, уникальные для каждого иммунного ответа:

·   Антигенраспознающие рецепторы В-клеток (BCR).

·   Свободные иммуноглобулины: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD.

·   Антигенраспознающие рецепторы Т-клеток ( TCR).

·   Свободные компоненты TCR (трансфер-факторы).

·   Антигенпрезентирующие молекулы: главный комплекс гистосовместимости человека (HLA) и CD1 (a, b, c, d и e).

МОЛЕКУЛЫ, РАСПОЗНАЮЩИЕ СВЯЗАННЫЕ С ПАТОГЕНОМ "ПАТТЕРНЫ" и участвующие в процессах естественного иммунитета:

·   Свободные молекулы.

·   Связанные с мембраной фагоцитов.

·   Toll-подобные рецепторы (TLR1-TLR11).

АДГЕЗИВНЫЕ МОЛЕКУЛЫ обеспечивают прямые контакты между клетками и лигандами (другими словами, адгезивные молекулы - это рецепторы клеток):

·   Суперсемейство иммуноглобулинподобных молекул.

·   Интегрины.

·   Селектины.

·   Муцинподобные молекулы или васкулярные аддрессины.

·   Суперсемейство рецепторов к факторам некроза опухоли и фактору роста нервов - TNF/NGF (или молекулы, опосредующие апоптоз).

·   Линк-семейство.

·   Кадхерины.

ИММУНОЦИТОКИНЫ являются гормонами иммунной системы, действующими с пара- и аутокринным, а также эндокринным эффектами:

·   Интерлейкины (ILs).

·   Колониестимулирующие факторы (CSFs).

·   Интерфероны (IFNs).

·   Факторы некроза опухоли (TNFs).

·   Хемокины

·   Суперсемейство трансформирующего ростового фактора-b (TGFb).

СБОРНАЯ ГРУППА РАЗЛИЧНЫХ МЕДИАТОРОВ ИММУННОГО ВОСПАЛЕНИЯ:

·   Белки системы комплемента.

·   Белки "острой фазы".

·   Простаноиды и лейкотриены.

·   Сверхокисные кислородные радикалы и др

ИММУНОГЛОБУЛИНЫ (Ig), группа близких по хим. природе и св-вам глобулярных белков позвоночных животных и человека, к-рые обычно обладают св-вами антител, т.е. специфич. способностью соединяться с антигеном, к-рый стимулирует их образование. И. продуцируются В-лимфоцитами и находятся либо в своб. виде в крови и нек-рых др. жидкостях организма, либо в виде рецепторов на поверхностных мембранах клеток. Семейство И. у высших позвоночных включает в себя неск. классов; у человека их известно пять (G, М, A, D, Е). Классы И. делятся на подклассы. Молекулы И. симметричны. Они построены из "легких" (ок. 220 аминокислотных остатков) и "тяжелых" (450-600 аминокислотных остатков) полипептидных цепей (соотв. L- и Н-цепи), скрепленных дисульфидными связями и нековалентными взаимодействиями (см., напр., на рис. 1 схему строения IgG). В антителах человека обнаружено два вида легких цепей (( и l) и пять видов тяжелых цепей (g, m, a, d и e), отличающихся аминокислотной последовательностью. При обозначении И. в ниж. индексах греческих букв цифры показывают, сколько цепей содержится в молекуле. Тяжелые цепи, характерные для каждого из классов и подклассов И., содержат по одному или более олигосахаридному фрагменту.

Описание: Описание: Описание: Описание: 201_220-91.jpg

Рис. 1. Схема строения иммуноглобулина G: 1 - легкая цепь; 2 - тяжелая цепь; 3 - гипервариабельные участки; 4 - шарнирная область; 5 - остаток олигосахарида; 6 - N-концы; 7 - С-концы; VL и VH - соотв. вариабельные домены легкой и тяжелой цепей; CH1, CH2 и СH3 - постоянные домены тяжелой цепи; пунктиром обведены Fab- и Fc-фрагменты.

http://www.youtube.com/watch?v=mUXIK5gGD1k

Легкие и тяжелые пептидные цепи каждого класса И. построены из двух осн. областей - вариабельной (имеет антител из-за вставок и делеций (потери одного из внутр. участков в сегментах); в среднем она равна у легких цепей 108, а у тяжелых 120 аминокислотным остаткам. Осн. различия между вариабельными областями антител разной специфичности сосредоточены в определенных положениях полипептидной цепи - т. наз. гипервариабельных участках; их четыре в тяжелых и три в легких цепях. Эти участки (за нек-рыми исключениями) принимают участие в контакте с антигеном, что и определяет специфичность антител. Постоянные области цепей И. кодируются одним геном (для каждого класса и подкласса). Молекулы И. связанные с поверхностью лимфоцитов, имеют дополнит. гидрофобные "хвосты" на С-концах тяжелых цепей, которые встроены в мембраны клеток. Пептидные цепи И. и ряда белков клеточных мембран (антигены гистосовместимости, рецепторы для антигенов Т-лимфоцитов) по своей первичной структуре сходны между собой, что указывает на общее эволюционное происхождение всех этих белков. Отрезки легких и тяжелых цепей И. примерно в ПО аминокислотных остатков свернуты в относительно независимые компактные глобулы (домены), каждый из которых содержит один дисульфидный мостик; легкие цепи содержат два домена (вариабельный и постоянный), тяжелые - четыре или пять (в зависимости от класса И.), один из которых вариабельный. По данным рентгеноструктурного анализа, осн. тип укладки цепи в доменах соответствует антипараллельной b-структуре. Посредине тяжелых цепей И. имеется т. называемая шарнирная область с межцепьевыми дисульфидными связями (у IgG и IgA между первыми и вторыми доменами; на рис. 1 - между СН1 и СН2), длины к-рых неодинаковы у разных подклассов этих белков. Шарнирная область чувствительна к протеолитич. ферментам. При расщеплении ими (напр., папаином) И. распадается на два идентичных Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Fab-Фрагмент слагается из четырех доменов. Два из них принадлежат легкой цепи, два других - N-концу тяжелой цепи. Fab-Фрагменты сохраняют способность к связыванию с антигеном. Fc-Фрагмент состоит из четырех или шести доменов двух тяжелых цепей и определяет такие св-ва И., как связывание им комплемента, возможность проникать через плаценту, присоединяться к клеткам и фиксироваться в коже. Благодаря высокой подвижности в шарнирной области, Fab- и Fc-фрагменты обладают определенной свободой вращения относительно друг друга. Такая гибкость позволяет молекулам И. оптимально присоединяться к антигенам, имеющим разное пространств. строение. Область, контактирующая с антигеном (паратоп, или активный, антигенсвязывающий центр), располагается на N-конце Fab-фрагментов; она представляет собой более или менее глубокую полость, стенки к-рой сформированы аминокислотными остатками гипервариабельных участков легкой и тяжелой цепей. У антител, связывающих белки и полисахариды, в полость может входить до 6-7 остатков аминокислот или моносахаров. У молекул IgG, IgD, IgE и IgA (молекула IgA построена подобно молекуле IgG) 2 активных центра, у молекул IgM - 10. Комплекс с антигеном образуется в результате нековалентных взаимод., характер к-рых может варьировать в зависимости от специфичности антитела. Сила связывания с антигеном увеличивается на неск. порядков, если молекула антитела реагирует сразу двумя (или более) областями связывания с неск. детерминантами одной молекулы антигена. Каждая молекула IgG (осн. класса И. у человека) состоит из двух идентичных легких и двух тяжелых цепей ((2g2 или l2g2). При расщеплении папаином молекула IgG распадается на три части - два идентичных Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Антитела IgM [((2m2)5 или (l2m2)5] - эволюционно наиб. древние И.; они синтезируются на первых стадиях иммунной р-ции. Их молекулы состоят из пяти субъединиц (рис. 2), напоминающих молекулу IgG и соединенных друг с другом дисульфидными связями (такие И. наз. полимерными). Описание: Описание: Описание: Описание: 201_220-92.jpgРис. Упрошенная схема строения иммуноглобулина М: 1 - легкая цепь; 2 - тяжелая цепь; 3 - вариабельная область; 4 - постоянные области легкой и тяжелой цепей; 5 - J-цепь.

Каждая молекула IgM имеет по одной J-цепи (мол. м. ок. 15000), к-рая присоединена дисульфидными связями к тяжелым цепям и участвует в образовании молекулы IgM из субъединиц. Для IgA [((2a2)n или (l2a2)n] характерна способность проникать в разл. секреты слюну, молозиво, слезы, кишечный сок. В состав IgA кроме J-цепи входит также еще одна пептидная цепь с мол. м. ок. 60000 (т. наз. секреторный компонент), к-рая образуется в эпителиальных клетках и присоединяется к молекуле IgA дисульфидными связями. Молекулы минорных классов И. - IgD ((2d2 или l2d2) и IgE ((2e2 или l2e2) - по общей структуре сходны с молекулами IgG. Вместе с субъединицами IgM молекулы IgD чаще других И. обнаруживаются на пов-сти В-лимфоцитов, где выполняют ф-ции антигенных рецепторов. Молекулы IgE, расположенные на пов-сти тучных и базофильных клеток, также являются рецепторами для антигенов. После присоединения к ним антигена (аллергена) происходит выбрасывание из этих клеток гистамина и серотонина, вызывающих аллергическую реакцию. На иммунизацию организм отвечает синтезом очень неоднородной популяции антител, молекулы к-рых могут сильно отличаться друг от друга по сродству к антигену. Такая неоднородность объясняется участием в иммунном ответе очень большой популяции В-лимфоцитов, каждый из которых синтезирует лишь одну разновидность молекул антител. С помощью техники гибридом (гибридные клетки, получаемые слиянием злокачественных и нормальных антителобразующих клеток лимфоцитов) удается получить в больших колличествах однородные моноклональные антитела, которые широко используют в качестве высокоспецифич. реагентов для обнаружения, локализации и выделения различных веществ, а также для диагностики и лечения некоторых заболеваний. Гомог. И. накапливаются в больших колличествах в крови и моче больных при ряде злокачеств. поражений лимфоцитов (т. наз. миеломные И.). Выделение чистых И. проводится с помощью ионообменных смол с послед. гель-фильтрацией. Для мн. целей используют препараты миеломных И., особенно минорных классов. Антитела выделяют с помощью иммуносорбентов - фиксированных на нерастворимых носителях (напр., целлюлозе) антигенов. Обнаружение и количеств. определение И. разных классов проводят иммунологич. методами с помощью соответствующих антисывороток. Для определения кол-ва антител используют методы преципитации (иммунная р-ция осаждения антигена антителом), агглютинации (взаимод. антитела с двумя клетками), нейтрализации бактерий и вирусов и др. Широкое распространение получают радиоиммунные и ферментно-иммунные методы, обладающие исключительно высокой чувствительностью и позволяющие определять очень малые кол-ва антител (или антигенов) в смесях с др. в-вами.

Антитела

А. Доменная структура иммуноглобулина G

Иммуноглобулины (Ig), или антитела, являются семейством Y-образных (по пространственной структуре) гликопротеинов, у которых обе вершины («буквы Y») могут связывать антиген. Иммуноглобулины находятся в виде мембранных белков на поверхности лимфоцитов и в свободном виде в плазме крови. На схеме показана структура наиболее важного из них — иммуноглобулина класса G (IgG). Молекула представляет собой крупный тетрамер (Н2L2 с 150 кДа) из двух идентичных тяжелых цепей (Н-цепей, на схеме красного или оранжевого цвета) и двух идентичных легких цепей (L-цепей, на схеме желтого цвета). В обеих H-цепях имеется ковалентно связанный олигосахарид.

Иммуноглобулины расщепляются протеиназой папаином на два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Оба Fab-фрагмента (от англ. antigen binding fragment — антиген-связывающий фрагмент) состоят соответственно из одной L-цепи и N-концевой части H-цепи. Изолированные Fab-фрагменты сохраняют способность связывать антиген. Fс-Фрагмент (от англ. fragment crystallizable — способный кристаллизоваться) состоит из С-концевой половины обеих H-цепей. Эта часть IgG выполняет функции связывания с клеточной поверхностью, взаимодействия с системой комплемента и участвует в переносе антител клетками.

Несмотря на большое разнообразие в иммуноглобулинах соблюдается общий принцип строения. Обе тяжелые пептидные цепи (Н-цепи) IgG состоят из четырех глобулярных доменов VH, СH1, СH2 и СH3, обе легкие (L- цепи) — из двух глобулярных доменов CL и VL. При этом буквы С и V соответственно обозначают константные (англ. constant) и вариабельные (англ. variable) области. Обе тяжелые цепи, а также тяжелая цепь с легкой, связаны дисульфидными мостиками. Дисульфидные мостики внутри доменов стабилизируют третичную структуру. Домены имеют длину около 110 аминокислот и обладают взаимной гомологией. Такая структура антител, очевидно, возникла благодаря дупликации гена.

В центральной области молекул иммуноглобулинов расположен шарнирный участок, который придает антителам внутримолекулярную подвижность.

Б. Классы иммуноглобулинов

Иммуноглобулины человека по структуре тяжелых цепей делятся на пять классов. Различия между IgA (с двумя подклассами), IgD, IgE, IgG (с четырьмя подклассами) и IgM определяются H-цепями, которые обозначаются греческими буквами — α, β, ε, γ и μ. L-Цепи имеют только две разновидности (κ и λ). IgM могут существовать в различных формах. Секретируемые IgM состоят из пяти взаимосвязанных димеров. IgA могут быть образованы из одного, двух или трех димеров. Олигомерные IgM и IgA удерживаются вместе благодаря связывающему J-пептиду (от англ. joining).

Иммуноглобулины всех пяти классов являются секретируемыми белками. Они поставляются в кровь зрелыми В-клетками (плазматическими клетками, см. с. 286), Ранние варианты IgM и IgD найдены также в виде интегральных мембранных белков на поверхности В-клеток.

Антитела имеют различные функции. При контакте с чужеродным антигеном первыми образуются lgM-антитела. Ранние формы IgM связаны с поверхностью В-клеток, более поздние формы секретируются в виде пентамеров плазматическими клетками. Антитела IgM особенно активны против микроорганизмов. В количественном отношении превалируют антитела IgG (см. таблицу сывороточных концентраций белков). Они находятся в крови и в интерстициальной жидкости; с помощью рецепторов они могут также проходить в плаценту и вследствие этого переноситься от матери к плоду. IgA обнаруживаются преимущественно в кишечном тракте и секретах. IgE присутствуют в плазме здорового человека лишь в незначительных, концентрациях. Повышение уровня IgE наблюдается при аллергических реакциях и паразитарных инфекциях. Количества в плазме IgD, функция которого еще не выяснена, также весьма малы.

 

Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.ssmu.ru/ofice/f4/biochemistry/uthebnik/10.files/book3.40.gif

Строение иммуноглобулинов: а — пептидные цепи иммуно—глобулинов (Н — тяжелые, L — легкие); пунктиром обозначены вариабельные области; б — молекула IgM, пять мономеров связаны дисульфидными связями; в — комплексы антиген—антитело.

Существует пять классов антител, имеющих различные константные области Н—цепи. С любым типом Н—цепей могут быть связаны L—цепи любого типа. Каждая L— и Н—цепь Ig состоит из вариабельной области на N—конце и расположенной за ней константной области. Вариабельность аминокислотной последовательности N—концевых участков, как Н — так и L—цепей обеспечивает структурную основу для разнообразия антигенсвязывающих участков. Н—цепи образуют Fc—область (Lхвостовую¦) антител. Разные Н—цепи придают Lхвостовым¦ областям антител различную конформацию, от которой зависит дальнейшая судьба комплекса антиген—антитело. От того, с какими белками будет связываться Fс—область Н—цепей, зависят свойства и функции данного класса Ig. Fc—область Ig может связываться не только с фагоцитирующими клетками, но и с первым компонентом системы комплемента, в результате чего активируется та особая система белков крови, которая способствует разрушению антигена.

Разнообразие антител — результат транспозиции генов. Все В—лимфоциты организма образуют большое число клонов, которые синтезируют антитела только одного вида — имеющие одинаковые вариабельные области. Антиген, присоединяясь к лимфоцитам соответствующего клона, вызывает пролиферацию этого клона и активирует синтез и секрецию антител клетками этого клона. В предшественниках лимфоцитов гены, кодирующие разные области пептидных цепей антител, расположены в разных частях молекулы DNA. При дифференцировке лимфоцитов в процессе онтогенеза происходит рекомбинация — перенос генов из одного места в другое в пределах молекулы DNA (транспозиция). DNA, определяющая вариабельные области антител, составлена из примерно 400 генов V, около 20 генов D и 4 генов J. В результате транспозиции объединяются 3 гена V, D и J в полный ген вариабельной области, который соединяется с любым из генов константной области, и получается полный ген тяжелой цепи. Сходным путем образуются и гены легких цепей антител. Таким способом возникают миллионы разных генов, ответственных за синтез антител.

Иммунный ответ

Вирусы, бактерии, грибы и паразиты, проникающие в организм позвоночных, могут узнаваться иммунной системой и уничтожаться ею. По аналогичному механизму опознаются системой и устраняются трансформированные клетки организма, например опухолевые. Иммунная система в состоянии опознавать инородные тела, специфически реагировать на них и сохранять это событие в «памяти».

Описание: Описание: Описание: Описание: 287

Ответ на структуру чужеродного вещества, антиген, осуществляемый клетками иммунной системы, лимфоцитами,  бывает различного типа.

За клеточный иммунитет ответственны Т - лимфоциты (Т - клетки). Эти иммунные клетки названы так из-за тимуса, в котором они подвергаются основным стадиям своей дифференциации (школа Т-клеток). Активность Т-клеток направлена против зараженной вирусом клетки организма, а также на защиту от грибов и паразитов. Т-Клетки принимают активное участие в процессе отторжения чужеродной ткани и помогают в формировании гуморального иммунного ответа (см. ниже). По своей функции они делятся на цитотоксические Т-клетки — Т-киллеры (на схеме зеленого цвета) и клетки-помощники — Т-хелперы (на схеме голубого цвета).

В свою очередь гуморальный иммунный ответ направлен на активацию В-лимфоцитов (В-клетки, на схеме светло-коричневый цвет), которые созревают в костном мозге в отличие от Т-клеток тимуса. В-Клетки несут на своей поверхности антитела (см. с. 288) и выделяют их в плазму. Антитела обладают способностью специфически связывать соответствующие антигены. Связывание антител с антигенами — решающее звено в системе защиты организма от внеклеточных вирусов и бактерий. В результате такого связывания последние опознаются как инородные тела и в дальнейшем уничтожаются.

"Память" иммунной системы представлена так называемыми "клетками памяти". Эти наиболее долгоживущие клетки существуют для каждого типа иммунных клеток.

А. Упрощенная схема иммунного ответа

Проникший в организм вирус эндоцитируется макрофагами и затем частично разрушается в эндоплазматическом ретикулуме (1). В результате образуются чужеродные фрагменты, которые экспонируются на клеточной поверхности макрофагов (2). Эти фрагменты «презентируются» специальной группой мембранных белков. Комплекс из вирусного фрагмента и белка главного комплекса гистосовместимости [ГКГС (МНС)] распознается и связывается Т-клетками с помощью специфических (Т-клеточных) рецепторов. Среди огромного числа Т-клеток только немногие обладают подходящим рецептором (3), Связывание приводит к активации этих Т-клеток и появлению их селективных копий (4, "клональная селекция"). В активации Т-клеток участвуют различные гормоноподобные Сигнальные белки, интерлейкины [ИЛ (IL). Эти белки секретируются теми клетками иммунной системы, которые активируются при связывании с Т-клетками. Так, активированные макрофаги с презентируемым вирусным фрагментом секретируют IL-1 (5), а Т-клетки продуцируют IL-2 (6), который стимулирует их собственное клональное копирование и репликацию Т-хелперных клеток.

Клонированные и активированные Т-клетки осуществляют различные функции в зависимости от их типа. Цитотоксические Т-клетки (на схеме зеленого цвета) способны узнавать и связывать те клетки организма, которые инфицированы вирусами и на своих рецепторах ГКГС несут фрагменты вируса (7). Цитотоксические Т-клетки секретируют перфорин — белок, который делает проницаемой мембрану связанной инфицированной клетки, что и приводит к ее лизису (8).

Т-Хелперы (на схеме голубого цвета), напротив, связываются с В-клетками, которые презентируют на своей поверхности фрагменты вируса, связанные с белком ГКГС (9). Это ведет к селективному клонированию индивидуальных В-клеток и их массированной пролиферации, Интерлейкин стимулирует (10) созревание В-клеток — превращение в плазматические клетки (11), способные синтезировать и секретировать антитела (12). Иммуноглобины состоят из многих b-структурных доменов и относительно небольших гибких шарниров между ними (Рис.). Разнообразие сочетаний вариабельных (антиген-связывающих) доменов обеспечивает иммуноглобинам широкий спектр сортов и, соответственно, широкий спектр действия, а твердость этих доменов  —  высокую селективность действия иммуноглобина каждого сорта. Я не буду пересказывать основы клонально-селекционной теории происхождения огромного разнообразия иммуноглобинов.

аОписание: Описание: Описание: Описание: http://phys.protres.ru/lectures/protein_physics/20-05a.gif бОписание: Описание: Описание: Описание: http://phys.protres.ru/lectures/protein_physics/20-05b1.jpg вОписание: Описание: Описание: Описание: http://phys.protres.ru/lectures/protein_physics/20-05b2.jpg гОписание: Описание: Описание: Описание: http://phys.protres.ru/lectures/protein_physics/20-05c.jpg

Рис. (а) Общее строение одного из иммуноглобинов (IgG). Отмечены вариабельные (V) и константные (С) домены двух легких (L: из двух доменов каждая) и двух тяжелых (H: из четырех доменов каждая) цепей, а также С-концы всех этих цепей. Домены СН2 гликозилированы. Жирные стрелки указывают на антиген-связывающие "карманы" между доменами VL и VH. (б) Строение домена VН; почти так же выглядят домены VL, СL, СН и прочие. В показанном домене VH выделены гипервариабельные петли; гипервариабельные петли есть и в домене VL. Вместе эти два домена образуют антиген-связывающий карман (в). (г) Антипараллельный b-цилиндр, образованный b-листом домена VH и b-листом домена VL. Антиген-связывающий карман образуют исходящие из этих листов гипервариабельные петли тяжелой и легкой цепи (Н1, Н2, Н3 и L1, L2, L3, соответственно). Для нас важно сейчас, что антиген опознается вариабельными доменами легкой и тяжелой цепи (VH и VL) совместно,  —  точнее, их (VH и VL) гипервариабельными петлями, оторачивающими антиген-связывающий карман, находящийся на стыке этих двух доменов (Рис.20-5,б-г). Первичная структура этих петель варьирует от одного сорта молекул иммуноглобина к другому (что и создает огромное разнообразие этих сортов), но, для каждого данного сорта,  —  не только аминокислотная последовательность, но и конформация всех петель строго фиксирована, а сам антиген-связывающий карман покоится на твердом b-цилиндре, образованном соединившимися в рукопожатии антипараллельными b-листами вариабельных доменов. Поэтому каждая молекула иммуноглобина может сильно связать только определенный антигенный детерминант  —  и равнодушна к другим. Рисунок  показывает, что селективность связывания антигенных детерминант определяется не устройством белка в целом (оно служит лишь как бы фундаментом), а прежде всего комплементарностью формы, обводов связываемой молекулы к форме относительно небольшой вмятины, к форме только самого антиген-связывающего кармана.