Медицина

Біохімія і патобіохімія крові

Біохімія і патобіохімія крові. Дихальна функція еритроцитів. Патологічні форми Нв. Кислотно-основний стан.  Біохімічний склад крові в нормі та при патології: білки гострої фази запалення, ферменти плазми крові. Небілкові азотовмісні та безазотові органічні компоненти крові. Залишковий азот

 

Кров – рідка специфічна тканина, яка є внутрішнім середовищем організму. вона складається з плазми і клітинних елементів: еритроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів (рис.1).

 

Рис. 1 Головні кровотворні органи  та клітини крові, що в них виробляються

 

В крові містяться білки, жири, вуглеводи, мінеральні речовини, ферменти, вітаміни і гормони (табл.1,2).

 

Таблиця 1 Основні хімічні компоненти крові

 

Кров

Клітинні елементи

Плазма крові

Еритроцити

Сироватка крові

Лейкоцити

Фібриноген

Тромбоцити

 

Таблиця 2 Компоненти сироватки крові

 

Сироватка крові

Вуглеводи

Ліпіди

Білки

Вітаміни

Гормони

Мінеральні речовини

Глюкоза

Холестерин

Альбуміни

Групи В

Адреналін

К

Галактоза

Жирні кислоти

Глобуліни

Віт.С

Тироксин

Na

Фруктоза

Фосфоліпіди

Ліпопротеїни

Віт.Р

Інсулін

P

Глюкозаміни

Триацилгліцерол

Глікопротеїни

Жиророзчинні

Кортикостероїди

Ca

 

Кров як багатокомпонента система виконує в організмі різноманітні функції: дихальну, захисну, транспорту, регуляторну. Кожна з цих функцій забезпечується відповідними компонентами крові. Так, білок еритроцитів (гемоглобін) переносить кисень від легень до тканин; альбумін, який міститься в плазмі, підтримує онкотичний тиск крові, виконує транспортну функцію - перенесення білірубіну, лікарських препаратів, вітамінів та інших речовин; a - і b- глобуліни крові транспортують до тканин ліпоїдні речовини і вітаміни, а гамма глобулінова фракція – це комплекс антитіл; фібриноген і протромбін беруть у зсіданні крові; білки – церулоплазмін (мідьвмісний білок), і трансфери (залізовмісний білок), відповідно, транспортують мідь і залізо.

Кров – гетерогенна система, яка в 3-4 рази в’язкіша, ніж вода. Це зумовлено розчиненими в ній білками і клітинними елементами з густиною 1,050-1,060. Осмотичний тиск створений всіма розчиненими в ній органічними і мінеральними речовинами, а онкотичний –  білками. Постійне рН крові – 7,36-7,4 підтримується буферними системами крові: бікарбонатною, фосфатною і гемоглобіновою, причому на  останню припадає 3/4 всієї буферної ємності.

При багатьох патологічниї станах, коли порушується функція таких органів як нирки, печінка, підшлункова залоза, серце і ін., настають значні зміни і хімічному складі крові. Дослідження хімічного складу і фізико-хімічних властивостей крові має важливе діагностичне значення. Крім того, кров є однією з доступних для аналізу тканин організму і її можна досліджувати повторно без будь-якої шкоди для обстежуваного.

Кров – найбільш спеціалізована рідка тканина, що циркулює в судинній системі й разом із лімфою та міжклітинним простором складає внутрішнє середовище організму. Кров поєднує біохімічні процеси різних частин тіла в цілісну систему та підтримує постійність її складу.

У дорослої людини об'єм крові становить у середньому 5 л. Більша частина крові бере участь у кровообігу, а менша знаходиться в окремих органах (депо). На сухий залишок крові припадає 16-17 % (850 г). За масою кров в організмі перевершують тільки м'язи і кістки.

Якщо загальмувати згортання крові й відцентрифугувати її, то вона розділиться на два шари: 1) верхній – рідкий, із жовтим відтінком – плазма. На неї припадає 55 % об'єму крові; 2) нижній – клітини крові (45 %). Осіла кров утворює згусток, що скорочується, над яким розміщується прозора рідина. Це сироватка (дефібринована плазма).

Відносна густина цільної крові – 1,050-1,064; плазми – 1,024‑1,030; клітин – 1,080-1,097. Крові притаманна висока в'язкість завдяки високому вмісту білка й еритроцитів. Осмотичний тиск крові, зумовлений сумою всіх розчинних речовин, що знаходяться в одиниці об'єму при температурі 37 °С, складає приблизно 7,6 атм. Він спричинений хлоридом натрію та іншими низькомолекулярними речовинами крові. Вклад білків, переважно альбуміну, в цю величину незначний – 0,03 атм. Він називається колоїдно-осмотичним, або онкотичним, тиском крові. Кров, проходячи через різні тканини й органи, забезпечує їх поживними речовинами, забирає від них відпрацьовані метаболіти, так звані "метаболічні шлаки", які несуть інформацію про стан організму. Тому кров вважають "внутрішнім дзеркалом організму", яке показує стан метаболізму всього організму. Через ці причини в клініці та в наукових цілях аналіз крові широко застосовують для діагностики захворювань і контролю ефективності лікування.

Кров виконує такі функції:

1) транспорт газів – перенесення із легень до тканин кисню, а у зворотному напрямку – вуглекислого газу;

2) транспорт поживних речовин до всіх клітин організму (глюкози, амінокислот, жирних кислот, вітамінів, кетонових тіл, мікроелементів та ін.). Із різних органів кров виносить до нирок кінцеві продукти обміну – сечовину, сечову кислоту, білірубін, креатинін тощо. Звідси вони виділяються з організму;

3) регуляторна або гормоноїдна функція, пов'язана з утворенням у крові місцевих гормонів (гормоноїдів), що переносяться з місця виникнення до місця їх дії, тобто до клітин-мішеней;

4) терморегуляторна функція – обмін теплом між тканинами і кров'ю;

5) осмотична функція – підтримання осмотичного тиску в судинах;

6) захисна функція, зумовлена наявністю в крові антитіл та фагоцитарною функцією лейкоцитів;

7) детоксикаційна – знешкодження токсичних речовин, пов'язане з активним їх розщепленням за допомогою ферментів крові.

Основні компоненти цільної крові і плазми людини наведено в таблицях 3, 4 .

Таблиця 3. Деякі біохімічні показники цільної крові й плазми людини

Безымянный

 

Таблиця 4. Основні органічні компоненти плазми крові

Безымянный

БІОХІМІЯ КЛІТИН КРОВІ

У крові розрізняють два види клітин – білі й червоні кров'яні тільця (рис. 2). Перші називаються білокрівцями, або лейкоцитами. Їх вміст в дорослих людей складає 4000-9000 клітин в 1 мкл крові.

Другий вид кров'яних тілець – це червонокрівці, або еритроцити, їх вміст у периферичній крові знаходиться в межах 4,5-5•1012. Крім того, в крові знаходяться ще так звані кров'яні пластинки, або тромбоцити. Розглянемо біохімічні особливості та призначення кожного з названих видів клітин.

 

Лейкоцити

 

Рис. 2 Форменні елементи крові

 

Лейкоцити (білі кров'яні тільця) захищають організм від мікроорганізмів, вірусів та сторонніх речовин, тобто забезпечують імунний статус організму.

Лейкоцити ділять на дві групи – гранулоцити (зернисті) й агранулоцити (незернисті). До гранулоцитів відносять нейтрофіли, еозинофіли і базофіли, а в групу агранулоцитів входять моноцити і лімфоцити.

 

Нейтрофіли

Нейтрофіли складають 60-70 % від усіх лейкоцитів (рис.3). Основне їх призначення – захист організму від мікроорганізмів і вірусів. У нейтрофілах є сегментоване ядро, ендоплазматичний ретикулум (слаборозвинений), який не містить рибосом, мало мітохондрій, добре розвинений апарат Гольджі та сотні різних гранул. Більші за розміром гранули мають пероксидази і гідролази з оптимумом активності в кислому рН. Малим гранулам властиві лужна фосфатаза, лізоцим, лактоферин і білки катіонної природи.

Изображение:Neuthrophil.pnghttp://www.medicreferat.com.ru/images/referats/1111/image001.gif

 

Рис. 3 Нейтрофільний гранулоцит

 

Нейтрофіли утворюються із стовбурових клітин – мієлобластів кісткового мозку. Вони переходять у кровообіг, а звідси – в різні тканини. В тканинах нейтрофіли живуть до двох днів, а потім гинуть. Припускають, що із тканин вони переміщуються на поверхню слизових оболонок (зокрема шлунково-кишкового тракту), звідки виводяться з організму.

Головним джерелом енергії нейтрофілів є глюкоза, яка або прямо утилізується, або перетворюється в глікоген. Більше енергії виробляється гліколітично (90 %), незначна частина глюкози перетворюється в пентозофосфатному циклі. Під час фагоцитозу відбувається не тільки посилення метаболізму глюкози, але й активація протеолізу, спрямованого на деградацію білкових антигенів. Одночасно спостерігається відновлення фосфатидної кислоти та інозитвмісних фосфогліцеридів, що вказує, очевидно, на причетність цих фосфатидів до функціонування мембран. Фагоцитоз супроводжується посиленням гліколізу та пентозофосфатного циклу. Але особливо зростає інтенсивність поглинання кисню нейтрофілами – так званий спалах дихання. Поглинутий кисень витрачається на утворення активних його форм, що здійснюється з участю ферментів:

1.                         НАДФ•Н-оксидаза каталізує утворення супероксидного аніона в реакції:

Безымянный

2. Фермент НАДН-оксидаза відповідає за утворення пероксиду ­водню:

3. Мієлопероксидаза каталізує утворення гіпохлорної кислоти з хлориду та пероксиду водню:

Аніон гіпохлорної кислоти може реагувати з наступною молекулою пероксиду водню й утворювати синглетний кисень:

Утворені активні форми кисню проявляють бактерицидну дію і руйнують мікробні нуклеїнові кислоти, білки та ліпіди. Головна роль у бактерицидній дії лейкоцитів належить, вірогідно, пероксиду водню і гіпохлориту. Утворений гіпохлорит викликає хлорування структур мікробної мембрани, що супроводжується їх руйнуванням. Крім цього, мієло­пер­оксидаза за допомогою гіпохлориту декарбоксилює амінокислоти за рівнянням:

 Руйнівну дію на мікроби мають і альдегіди, що утворюються у вказаній реакції.

Виражену бактерицидну дію проявляє вільний радикал ОН, який відноситься до активних форм кисню й утворюється в реакції:

Радикали ОН дуже нестабільні й досить активні, тому реагують практично з усіма органічними сполуками. Вони виникають також і в процесі ліпопероксидації під впливом ліпооксигеназ із ненасичених жирних кислот. За цих умов виникають ліпопероксирадикали та їх гідропер­оксиди, які можуть реагувати з О2 з утворенням ОН:

 О2 + RООН  ®ОН + RО- + О2 (частково IО2)

Хемілюмінісценція, що супроводжує фагоцитоз, пояснюється виникненням О2 або IО2. Синглетний кисень також є дуже активною формою кисню і знищує мікроорганізми. Зрозуміло, при надмірній кількості активних форм кисню фагоцитоз може спричинити і пошкодження клітин господаря. Для попередження цього клітини мають систему антиоксидного захисту. Зокрема, в цитоплазмі нейтрофілів виявлена глутатіонпероксидаза, яка знешкоджує пероксид водню за допомогою відновленого глутатіону:

У зворотному напрямку (відновлення глутатіону) реакція відбувається за рахунок відновленого НАДФ•Н і каталізується глутатіонредуктазою:

Надлишок пероксиду водню може усуватись і каталазою, але ця реакція відбувається лише при високих концентраціях Н2О2:

Нейтрофіли містять ще ряд пристосувань, що дозволяють їм активно фагоцитувати мікроорганізми. Сюди необхідно віднести і високу концентрацію Н+, що утворюються з лактату – кінцевого продукту гліколізу. За декілька хвилин фагоцитозу рН знижується до 4-5, що діє бактерицидно. З іншого боку, таке рН активує лізосомальні гідролази, які розкладають мертві мікробні тіла. У цьому їм допомагає лізоцим (амінополісахаридаза), що розщеплює полісахаридні ланцюги пептидгліканового шару клітинної стінки.

Бактерицидні властивості проявляє і комплекс основних білків, який називається фагоцитином (він діє при низьких значеннях рН), а також залізовмісний комплекс лактоферин.

Сприяють нейтрофілам у функції фагоцитозу і лейкотрієни (похідні арахідонової кислоти) шляхом стимуляції хемотаксису.

Таким чином, у фагоцитозі нейтрофілів беруть участь багато чинників ферментативного і неферментативного характеру і з різним механізмом дії.

Базофіли

Базофіли складають 1-5 % від усіх лейкоцитів крові. Активно утворюються в кістковому мозку при алергії. Базофіли беруть участь в алергічних реакціях, у згортанні крові та внутрішньосудинному ліполізі. Мають апарат синтезу білка, який працює за рахунок енергії дихання. Вони синтезують медіатори алергічних реакцій – гістамін і серотонін, які при алергії викликають місцеве запалення. Гепарин, що утворюється в базофілах, запобігає згортанню крові та активує внутрішньосудинну ліпопротеїнліпазу, яка розщеплює триацилгліцерин.

 

http://www.alexmorph.narod.ru/basic_hist/0100.jpg

Рис. 4 Базофіл

 

Еозинофіли

На них припадає 3-6 % від усіх лейкоцитів. Еозинофіли, як і нейтрофіли захищають клітини від мікроорганізмів: містять мієлопероксидазу, лізосомальні гідролази.

Про відношення еозинофілів до алергічних реакцій свідчить зростання їх кількості при сенсибілізації організму, наприклад, за бронхіальної астми, гельмінтозів. Вони здатні нагромаджувати і розкладати гістамін, "розчиняти" тромби з участю профібринолізину та брадикінін-кінінази.

 

Моноцити

Утворюються в кістковому мозку. Вони складають 4-8 % від усіх лейкоцитів.

http://www.healthsystem.virginia.edu/internet/hematology/HessImages/Normal-promonocyte-100x-website-arrow.jpghttp://www.alexmorph.narod.ru/basic_hist/blood/0086.jpg

Рис. 5 Моноцит

 

Період перебування моноцитів у крові становить 22 години, а далі спостерігається експоненціальне зниження їх вмісту, вони виходять у тканини і нагромаджуються при запаленні. За функцією їх називають макрофагами. Тканинні макрофаги походять від моноцитів крові. Залежно від місця знаходження їх називають: у печінці – ретикулоендотеліоцитами (купферовськими клітинами), в легенях – альвеолярними макрофагами, в проміжній речовині сполучної тканини – гістіоцитами тощо. Моноцит – клітина, що має ядро та інші субклітинні органели (рис. 5).

На відміну від нейтрофілів, у моноцитах переважає аеробний шлях одержання енергії. Гліколіз і пентозофосфатний шлях перетворення глюкози мають другорядне значення. Моноцити характеризуються широким набором лізосомальних ферментів з оптимумом дії переважно в кислому середовищі. Головною функцією моноцитів і макрофагів є ендоцитоз і фагоцитоз. Вони фагоцитують мікробні клітини, віруси, індиферентні та агресивні частинки (пил, SіО2) та ін. На відміну від нейтрофілів, знищення поглинутих частинок відбувається не шляхом окиснення. Спочатку здійснюється негідролітичне порушення проникності й транспорту мембран мікроорганізмів, що призводить до швидкого їх знищення. Після цього починають діяти лізосомальні гідролази, які перетворюють поглинуті частинки.

Лімфоцити

Вміст – 20-25 %, утворюються в лімфоїдній тканині або тимусі, відіграють важливу роль у формуванні гуморального і клітинного імунітету.

Лімфоцити містять потужний апарат синтезу білків-імуноглобулінів, енергію одержують, здебільшого, за рахунок гліколізу, рідше – аеробним –шляхом (рис. 6). Синтез імуноглобулінів відбувається при кооперативному функціонуванні декількох груп клітин, які утворюються в кістковому мозку. Клітини однієї групи – В-лімфоцити – залишають кістковий мозок і заселяють периферичну лімфоїдну тканину. Інша руппа клітин, покинувши кістковий мозок, потрапляє в тимус. Там вони перетворюються в Т-лімфоцити і через кров переносяться в лімфоїдну тканину.

 

 

Рис. 6 Лімфоцити

 

 

Тромбоцити (кров'яні пластинки)

Вміст – менше 1 %, відіграють головну роль у процесі гемостазу. Утворюються внаслідок розпаду мегакаріоцитів у кістковому мозку. Тривалість їх життя – 7-9 днів. Не дивлячись на те, що тромбоцити не містять ядра, вони здатні виконувати практично всі функції клітини, крім синтезу ДНК (рис. 7). Саме через це їх іноді називають клітинами, що не зовсім правильно. У цитоплазмі тромбоцитів містяться мітохондрії і два типи гранул: 1) щільні, в яких знаходяться АДФ, АТФ, катехоламіни, серотонін; 2) альфа-гранули, вірогідно, лізосомальноі природи. Щільні гранули подібні на ендоплазматичний ретикулум, мають здатність до синтезу білків та часточок, що необхідні для виділення кальцію в середовище. Тромбоцити синтезують білки скоротливої системи: актин, міозин, тропонін, тропоміозин. Їх скоротливі властивості проявляються відразу після активації кров'яних пластинок з участю Са2+.

http://www.ntmdt.ru/data/media/images/razdely_sajta/application_notes/science_technology_applications/biology_and_medicine/blood_cells_study/1277.jpg

Рис.7 Жовтою стрілкою позначений тромбоцит, білою - еритроцит

 

У них також утворюються простагландини і тромбоксани, які сприяють агрегації тромбоцитів і звуженню судин. Головним джерелом вуглеводів у тромбоцитах є глікоген. Він зазнає глікогенолізу, а далі – окиснення в мітохондріях із виділенням енергії. Пентозофосфатним шляхом перетворюється приблизно 25 % глюкози.

До основних реакцій тромбоцитів відносяться: адгезія, агрегація і секреція (з гранул). Під час адгезії (злипання) відбувається прикріплення тромбоцитів до колагену або субендотеліальної базальної мембрани, яка містить колагенові волокна. Агрегація тромбоцитів індукується тромбіном, колагеном при наявності Са2+ і турбулентним рухом тромбоцитів. Інгібують агрегацію ацетилсаліцилова кислота (аспірин), ц-АМФ та простагландини Е1 і Р2.

За умов пошкодження судин або їх ендотелію тромбоцити через декілька секунд змінюють свою форму і закривають пошкоджену поверхню (реакція з колагеном). Наступна агрегація тромбоцитів призводить до утворення тромбоцитарного тромбу, до якого приєднується нерозчинний фібрин і заповнює простір між коагульованими тромбоцитами, остання стадія процесу – контракція (ретракція) згустка кро­ві – здійснюється з участю скоротливих білків (актоміозин), АТФ, фібриногену й іонів кальцію (рис.8).

Безымянный

 

Рис.8 Схема етапів активації адгезин тромбоцитів у формуванні тромба

PWb – фактор Вілебранда, ФГ- фібриноген, ТХА2 - тромбоксан

 

Протидіють агрегації тромбоцитів чинники, що виділяються ендотеліальними клітинами судинної стінки: АДФаза, простациклін (простагландин І2), оксид азоту NO. Простациклін і NO потенціюють антитромбоцитарні ефекти один одного.

Еритроцити

 

 

http://www.vokrugsveta.ru/img/cmn/2008/02/17/002.jpg

 

Рис.9 Еритроцити

 

У крові людини міститься 25 трлн. еитроцитів (рис.9). Основну свою функцію – перенесення О2 і СО2 – вони виконують завдяки тому, що містять 34 % гемоглобіну (рис. 10), а на суху масу клітин – 95 %.

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

 

Рис. 10 Молекула гемоглобіну

 

Загальний вміст гемоглобіну у крові дорівнює 130-160 г/л, і якщо б гемоглобін був просто розчинний у плазмі, то розчин був би надто в'язким і його важко було б проштовхнути через судини.

Утворюються еритроцити в червоному кістковому мозку із стовбурових клітин, які послідовно проходять стадії еритробластів, пронормобластів, нормобластів до зрілих еритроцитів – нормоцитів. У процесі еритропоезу клітини-попередники зменшуються в розмірах. Їх ядра у кінці процесу руйнуються і виштовхуються з клітин. До завершення до­зрівання клітини містять багато глобінової мРНК і активно синтезують гемоглобін, а в повністю зрілих еритроцитах рибосоми зникають. Крім того, еритроцити втрачають мітохондрії. Таким чином, в обміні речовин в еритроцитах кисень не використовується. Енергію, необхідну для систем транспорту через мембрани і для підтримки цілісності клітинної мембрани, еритроцити отримують за рахунок анаеробного гліколізу. 90 % глюкози в еритроцитах розпадається в процесі гліколізу і 10 % – пентозофосфатним шляхом. Відомі спадкові дефекти ферментів цих метаболічних шляхів у еритроцитів. При цьому звичайно спостерігаються гемолітична анемія й інші порушення структури і функції еритроцитів.

Швидкість еритропоезу регулюється гормоноїдами – еритропоетинами, що виробляються в нирках, а також у печінці й селезінці, та стимулюють клітинну диференціацію і проліферацію на певних етапах еритропоезу. Кількість еритропоетинів у крові зростає при гіпоксіях різного ­походження. За добу утворюється приблизно 200-250 млрд. еритроцитів (така ж кількість руйнується). Тривалість життя еритроцитів складає 110‑120 днів.

Гемоглобін

 

До складу білка гемоглобіну входять простий білок глобін та простетична група гем. Гем – це хелатний комплекс іона заліза і порфірину – циклічної сполуки, що містить 4 пірольні кільця, з'єднані метиленовими містками (рис. 11)

http://nauka.relis.ru/08/9902/KROV-2.GIF

Рис. 11 Просторове зображення гемоглобіну

Існують різні порфірини, що відрізняються боковими групами пірольних кілець. Гем гемоглобіну, як і міоглобіну, цитохромів-b і Р-450, каталази і пероксидаз – це феропротопорфірин IX (феро – залізо двовалентне). Його ще називають протогемом. Відомі ще геми а, с, що містяться в цитохромах. Іон заліза зв'язаний із 4 атомами азоту пірольних кілець порфірину (2 зв'язки ковалентні та 2 – донорно-акцепторні). Крім цього, іон заліза поєднаний координаційним зв'язком з атомом азоту імідазольного кільця залишку гістидину, що входить до складу поліпептидного ланцюга глобіну. Додаткова стабілізація зв'язку гему з глобіном відбувається за рахунок гідрофобних та іонних взаємодій протопорфірину й амінокислотних радикалів глобіну. До шостого координаційного положення заліза можуть приєднуватись молекули кисню чи інших лігандів (СО, NO, ціанід-іон). Зв'язування кисню – процес зворотний і не супроводжується окисненням Fe2+ до Fe3

Рис.12 Основні типи гемоглобінів дорослої людини

 

Глобін є олігомерним білком, що містить 4 поліпептидних ланцюги (2 альфа-ланцюги по 141 амінокислотному залишку і 2 бета-ланцюги по 146 амінокислотних залишки). Із кожним ланцюгом зв'язаний один гем. Чотири поліпептидні субодиниці в просторі розміщені у вигляді тетраедра й у щільній упаковці дають глобулярну молекулу, в якій кожна субодиниця має контакт із трьома іншими. Така будова основного гемоглобіну дорослої людини – гемоглобіну А (рис. 12, 13).

Мінорні гемоглобіни еритроцитів дорослої людини – гемоглобін А2, що має структуру альфа2 дельта2, глікозильовані гемоглобіни А1b і НbА. На мінорні Нb припадає 5-10 %. Для еритроцитів плода характерний НbF (фетальний), який складається з двох альфа-ланцюгів і двох гамма-ланцюгів. В останні тижні вагітності й перші тижні після народження НbF поступово замінюється на НbА. Специфічні властивості НbF зумовлюють підвищену спорідненість його до О2 і, таким чином, перенесення кисню від матері до плода.

 

Рис. 13 Молекула гемоглобіну

 

У крові людей відкрито приблизно 300 варіантів гемоглобінів, які утворилися внаслідок мутацій генів. Величезна більшість таких гемоглобінів містить одиничну амінокислотну заміну в альфа- чи бета-ланцюзі. Рідше зустрічаються аномальні гемоглобіни з делеціями чи вставками амінокислот. Багато з варіантів гемоглобінів функціонують нормально і не викликають симптомів захворювання. Але в деяких випадках структурні аномалії так істотно порушують функції гемоглобіну, що спостерігаються клінічні ознаки захворювання. Найбільш поширеним серед аномальних гемоглобінів є гемоглобін S. У людей – носіїв гена НbS – має місце серпоподібно-клітинна анемія, яка за механізмом розвитку відноситься до гемолітичних. НbS відрізняється від НbА заміною однієї амінокислоти: в 6 положенні бета-ланцюга глутамінова кислота замінена валіном. Оскільки ці амінокислоти відрізняються за зарядом і гідрофобністю, заміна проявляється низькою розчинністю НвS у дезоксиформі (розчинність оксигемоглобіну не знижується). Молекули дезоксигемоглобіну S асоціюють з утворенням ниток, волокон і пучків волокон, що зумовлює зміну форми еритроцитів (рис.14). Серпоподібні клітини менш стабільні й швидко зазнають лізису.

http://medbook.medicina.ru/images/380/132414/r1_21.gif

Рис. 14 Серпоподібні еритроцити при серповидноклітинній анемії

 

При зменшенні кількості еритроцитів і зниженні вмісту гемоглобіну виникає анемія. У крові гомозиготних осіб є тільки НbS і в них розвивається важка анемія, смерть настає в ранньому дитячому віці. У гетерозигот, що мають в еритроцитах НbS і НbА, проявляються тільки слабкі ознаки хвороби. Характерно, що в таких індивідумів затримується розвиток в еритроцитах малярійного плазмодія і вони не хворіють на малярію або легко переносять її. Ген НbS поширений у малярійних областях. У деяких аномальних гемо­глобінів збільшується або зменшується спорідненість до кисню, що також може призводити до гематологічних захворювань. Крім розглянутих гемоглобінопатій, зустрічаються спадкові хвороби внаслідок порушення утворення в рівних кількостях альфа- і бета-ланцюгів або повної відсутності синтезу одного виду ланцюгів. Ці хвороби називаються таласеміями. Внаслідок дисбалансу альфа- і бета-ланцюгів надлишкові ланцюги випадають в осад, рівень гемоглобіну і тривалість життя еритроцитів знижуються. Гомозиготна форма альфа-таласемій призводить до смерті ще в період внутрішньоутробного розвитку або незабаром після народження.

 

Синтез гемоглобіну

У клітинах-попередниках еритроцитів (еритробластах і ретикулоцитах) усі компоненти Нb – альфа-ланцюги, бета-ланцюги і гем – синтезуються в збалансованих кількостях. Субстратами для синтезу порфіринового циклу гему є гліцин і сукциніл-КоА. При їх взаємодії утворюється гама‑амінолевулінова кислота (рис. 15)

Рис. 15 Регуляція синтезу гемоглобіну

 

Активність гама-амінолевулінатсинтази, яка каталізує цю реакцію, гальмується гемом гемоглобіну й іншими гемопротеїнами. Деякі лікарські препарати і стероїдні гормони індукують синтез ферменту в печінці. Дві молекули гама-амінолевулінової кислоти конденсуються під дією гама-амінолевулінатдегідратази з утворенням порфобіліногену, що має пірольне кільце. Активність ферменту також гальмується за принципом зворотного зв'язку гемом і гемопротеїнами. Далі чотири молекули порфобіліногену конденсуються з утворенням лінійної тетрапірольної сполуки, яка переходить у циклічний уропорфіриноген. Останній через копропорфіриноген перетворюється в протопорфірин IX. На останній стадії фермент ферохелатаза включає залізо в порфірин і утворюється гем (рис. 16).

http://chem.kcn.ru/science/Katz1/mediator34/mediator41.gifhttp://chem.kcn.ru/science/Katz1/mediator34/heme_coordinated.gif

Рис. 16 Утворення гему

 

Синтез поліпептидних ланцюгів глобіну відбувається тільки при наявності гему, який відразу ж зв'язується з білком. Побічними продуктами синтезу гему є порфірини серії 1.

Зустрічаються спадкові порушення синтезу гему – порфірії. Внаслі­док дефектів певних ферментів попередники або побічні продукти синтезу гему (уропорфірини, копропорфірини, протопорфірини) накопичуються в організмі й виводяться із сечею і калом. У хворих відзначається підвищена чутливість шкіри до сонячного опромінення через фотосенсибілізацію порфіринами. Порфірії поділяють на еритропоетичні й печінкові. При алкоголізмі, отруєнні сполуками свинцю, гемолітичній хворобі може спостерігатись неспецифічне підвищене виведення із сечею порфіринів.

Роль гемоглобіну в транспорті кисню

Кров повинна щоденно переносити від легень до тканин приблизно 600 л кисню (27 моль, 850 г). У розчинному стані переноситься незначна кількість кисню, оскільки він малорозчинний у плазмі крові (3 мл О2/1 л крові). Гемоглобін при повному насиченні киснем зв'язує 1,34 мл О2 на 1 г, а звідси 1 л цільної крові зв'язує приблизно 200 мл О2, тобто майже в 70 разів більше, ніж розчиненого.

Молекула гемоглобіну, що має 4 геми, зв'язує 4 молекули кисню. Схематично це можна зобразити таким чином:

Унікальною особливістю зв'язування гемоглобіном кисню є позитивна кооперативна взаємодія між субодиницями, яка проявляється в збільшенні спорідненості Нb із кожною наступною молекулою О2, тобто після приєднання першої молекули О2 кожна наступна молекула приєднується швидше. Коли О2 зв'язується з атомом заліза гему першої субодиниці, її третинна структура змінюється. Ця зміна індукує структурні зміни інших субодиниць, в яких відразу різко підвищується спорідненість із О2.

На рис. 17 показані криві насичення киснем Нb і білка м'язів міоглобіну, який також зв'язує О2, але тільки одну молекулу, оскільки містить один гем і один поліпептидний ланцюг.

Безымянный

Рис. 17 Залежність насичення киснем міоглобіну (А)та гемоглобіну (Б) від парціального тиску крові

 

Залежність між ступенем насичення мономерного міоглобіну киснем і парціальним тиском (pО2) виражається кривою, що має вигляд простої гіперболи. Це свідчить про відсутність кооперативного характеру зв'язування (збільшення спорідненості О2 з іншими мономерами міоглобіну). Міоглобін має набагато більшу спорідненість із киснем, ніж гемоглобін, що дає йому можливість приєднувати О2, який доставляється в м'язи гемоглобіном (рис.18). Таким чином, міоглобін пристосований до ефективного зв'язування, запасання киснем і забезпечення ним процесу тканинного дихання в м'язовій тканині.

 

Рис. 18 Структура міоглобіну

 

Крива насичення киснем гемоглобіну має S-подібну (сигмоїдну) форму. При низькому pО2 (до 10 мм рт.ст.) Нb має дуже малу спорідненість із О2, а після зв'язування першої молекули О2 крива насичення йде різко вгору. При 60 мм рт. ст. рівень насичення гемоглобіну киснем досягає 90 %, після чого знову повільно підні­мається до повного насичення. Завдяки таким властивостям гемоглобін добре пристосований до зв'язування кисню в легенях і його звільнення в периферичних тканинах. Рушійною силою перенесення О2 служить різниця парціального тиску його в повітрі, рідинах і тканинах орга­нізму. pО2 в альвеолярному повітрі дорівнює 100 мм рт. ст., а у венозній крові – 40 мм рт. ст. Завдяки градієнту в 60 мм рт. ст. кисень швидко дифундує через альвеолярну мембрану і в результаті pО2 артеріальної крові складає близько 95 мм рт. ст. При такому pО2 Нb насичується киснем приблизно на 96 %. Якщо ж pО2 альвеолярного повітря буде меншим – до 80-70 мм рт. ст. (наприклад, на висоті), вміст оксигемоглобіну знизиться всього на 1-3 %.

У міжклітинній рідині тканин організму pО2 складає 35 мм рт.ст. і менше. Під час протікання крові через капіляри оксигемоглобін дисоціює, причому ступінь дисоціації залежить від інтенсивності окиснювальних процесів у тканинах. Кисень дифундує з еритроцитів через плазму в міжклітинну рідину, а потім у клітини тканин, де в мітохондріях перетворюється у воду. У венозній крові в стані спокою pО2 дорівнює 40 мм рт.ст., а венозний гемоглобін насичений киснем приблизно на 64 %. Таким чином, приблизно одна третина зв'язаного кисню звільняється в тканинах (6,5 мл О2 із 100 мл крові). При фізичній роботі pО2 у м'язах знижується до 25-10 мм рт.ст. і гемоглобін віддає більше кисню. Крім того, через працюючий м'яз збільшується кровообіг.

На зв'язування гемоглобіном О2 впливають, крім pО2, температура, рН, концентрація СО2 і 2,3-дифосфогліцерату (ДФГ) (рис. 19 ).

Безымянный

Рис. 19 Криві зв'язування кисню гемоглобіном

 

Підвищення концентрації Н+ і СО2 знижує спорідненість гемоглобіну з О2 і навпаки, сприяє звільненню кисню з оксигемоглобіну. Це явище називається ефектом К. Бора. Так само діє підвищення температури і концентрації в еритроцитах ДФГ. Крива насичення гемоглобіну киснем під дією цих факторів зміщується вправо (рис. 17.4). ДФГ – проміжний продукт гліколізу – знаходиться в еритроцитах і, зв'язуючись з оксигемоглобіном, сприяє дисоціації кисню. Концентрація ДФГ зростає при підйомах на велику висоту (3-4 км над рівнем моря), а також при гіпоксіях, зумовлених патологічними процесами. Збільшення ступеня дисоціації оксигемоглобіну в тканинах буде компенсувати зниження кількості кисню, який зв'язуватиметься гемоглобіном у легенях в умовах гіпоксії.

Транспорт СО2 (діоксиду вуглецю)

СО2 утворюється в тканинах (основне джерело – реакції окиснювального декарбоксилювання альфа-кетокислот у матриксі мітохондрій). За добу у фізіологічних умовах легенями виводиться 300-600 л СО2 (в середньому 480 л або 22 моля). pCО22 у міжклітинній рідині складає приблизно 50 мм рт. ст., а в артеріальній крові – 40 мм рт. ст. І хоч різ­ниця pCО2 значно менша від аналогічної для О2, але коефіцієнт дифузії СО2 у 30 разів більший і він швидко дифундує з тканин через міжклітинну рідину, стінки капілярів у кров. Вміст СО2 у венозній крові становить 55-60 об. %, а в артеріальній – 50 об. %. Таким чином, із тканин до легень переноситься 5-10 мл СО2 на кожні 100 мл крові. У формі розчиненого в плазмі газу транспортується приблизно 6 %. Основ­на кількість СО2 переноситься у вигляді гідрокарбонатів, які утворюються внаслідок гідратації СО2 і дисоціації вугільної кислоти.

Гідратація СО2 – процес дуже повільний, і тільки в еритроцитах є фер­мент карбоангідраза, який каталізує цю реакцію. Протони, які звільнюються при дисоціації вугільної кислоти, зв'язуються специфічними амінокислотними залишками гемоглобіну. Це сприяє звільненню кисню з оксигемоглобіну (ефект Бора) в капілярах тканин. Таким чином, дисоціація оксигемоглобіну в тканинах зумовлюється низьким pО2 в тканинах, зв'язуванням іонів Н+, а також прямим приєднанням СО2 до гемоглобіну.

Уся кількість СО2, що утворюється в тканинах за добу, еквівалентна 13000 ммоль Н+/2 л конц. НСl. Величезна кількість іонів Н+ могла би миттєво знизити рН крові й міжклітинної рідини до 1,0, якщо б вони не зв'язувались із гемоглобіном. Дезоксигемоглобін, на відміну від оксигемоглобіну, є слабкою кислотою.

Аніони НСО3- виходять за градієнтом концентрації з еритроцитів у плазму, а замість них для збереження електронейтральності в еритроцити надходять іони Сl-.

Коли венозна кров потрапляє в капіляри легень, О2 дифундує в ери­троцити, утворюється оксигемоглобін, що як сильна кислота дисоціює, звільнюючи іони водню. Гідрокарбонати плазми також надходять у еритроцити, взаємодіють із протонами, з вугільної кислоти під дією карбоангідрази звільняється СО2, який дифундує в альвеолярне повітря. Переходу СО2 з еритроцитів в альвеолярний простір сприяють градієнт парціального тиску СО2 і висока дифузійна здатність. Схематично процеси, що відбуваються в капілярах тканин і капілярах легень, зображені на рис. 20

Безымянный

Рис. 20 Схема перенесення кисню і діоксиду вуглецю з участю гемоглобіну еритроцитів

Як згадувалось вище, гемоглобін безпосередньо зв'язує СО2, N‑кінцевою альфа-аміногрупою кожного із 4-х поліпептидних ланцюгів з утворенням карбгемоглобіну (карбаміногемоглобіну):

Реакція зворотна і в капілярах тканин внаслідок високого pО2 відбувається зліва направо, а в легенях – у зворотному напрямку. У вигляді карбгемоглобіну переноситься незначна кількість СО2, яка зменшує спорідненість його з О2 і навпаки, зв'язування в легенях гемоглобіном кисню зменшує спорідненість його із СО2.

Таким чином, гемоглобін може зв'язувати по 4 молекули О2 чи СО2, приблизно 4 іони Н+ й 1 молекулу ДФГ. Зміна концентрації будь-якого з цих 4 лігандів гемоглобіну через зміну кон­формації молекули білка регулює його спорідненість з іншими лігандами. Завдяки цьому молекула гемоглобіну прекрасно пристосована до здійснення одночасного переносу еритроцитами О2, СО2 й іонів Н+.

Карбоксигемоглобін, метгемоглобін

Замість кисню до гемоглобіну може приєднуватись оксид вуглецю (II) з утворенням карбоксигемоглобіну (НвСО). Спорідненість гемоглобіну людини із СО більше ніж у 200 раз перевищує спорідненість із О2. Токсичну дію на організм проявляють навіть невеликі концентрації в повітрі оксиду вуглецю, коли частина гемових груп гемоглобіну зв'язана із СО, а частина – з О2. Такі молекули гемоглобіну утримують кисень міцніше, ніж гемоглобін, з яким зв'язані 4 молекули кисню. Таким чином, при отруєнні СО гіпоксія зумовлена не тільки блокуванням частини гемів гемо­глобіну, а й порушенням процесу дезоксигенації гемів, з якими зв'язані молекули О2.

2+ гемоглобіну окиснюється до Fе3+ під дією таких агентів (окисників), як амілнітрит, анілін, нітробензол, нітрати і нітрити, тіосульфати, фериціанід. Форма гемоглобіну з Fе3+ називається метгемоглобіном (МеtНb). Він не приєднує ні О2, ні СО і, таким чином, не може забезпечувати транспорт кисню.

Окисно-відновний потенціал пари Fе2+/Нb–Fе3+/MetHb при рН 7 дорівнює +0,17 В, що вказує на можливість автоокиснення гемоглобіну до метгемоглобіну в середовищі з високою концентрацією кисню, яким є еритроцит. Дійсно, щоденно в організмі людини 0,5 % усього гемоглобіну перетворюється в метгемоглобін. Але в еритроцитах міститься фермент метгемоглобінредуктаза, який каталізує відновлення метгемоглобіну до гемоглобіну, тому фактично концентрація метгемоглобіну в крові в нормі невелика. Активність метгемоглобінредуктази знижена при спадковому захворюванні – сімейній метгемоглобінемії, головною ознакою якої є ціаноз, виражений різною мірою, що пов'язано з різною концентрацією метгемоглобіну (від 25 до 45 %). Метгемоглобінемію спостерігають також у клініці після прийому хворими сульфаніламідів, фенацетину, саліцилатів. Окиснення гемоглобіну до метгемоглобіну киснем зумовлює утворення супероксидного аніон-радикала (О2):

Супероксидний радикал, який проявляє токсичну активність, під дією супероксиддисмутази перетворюється в Н2О2. Останній розпадається під впливом каталази і пероксидаз еритроцитів.

3+ у метгемоглобіні може взаємодіяти з різними аніонами (ОН, Сl, СN-, S2- й ін.). Токсична дія ціанідів зумовлена взаємодією їх із Fе3+ цитохромоксидази і гальмуванням у результаті тканинного дихання.

Оскільки в організмі міститься значно більше гемоглобіну, ніж цитохромоксидази, як протиотруту при отруєнні синильною кислотою і її солями використовують амілнітрит, нітрит натрію, тіосульфат натрію, які зумовлюють утворення метгемоглобіну, а потім – ціанметгемоглобіну. Ця сполука не токсична і може повільно зазнавати подальших перетворень.

 

ВИЗНАЧЕННЯ ГЕМОГЛОБІНУ В КРОВІ

 

Гемоглобін – головний дихальний пігмент еритроцитів, який відноситься до хромопротеїнів і забезпечує тканини киснем, Складається гемоглобін з білка глобіну і гему. Останній надає гемоглобіну характерного забарвлення. Приєднання до гему різних хімічних груп супроводжується зміною забарвлення. На цьому базується визначення концентрації гемоглобіну в крові. У здорових людей в крові гемоглобін міститься у вигляді оксигемоглобіну. Концентрація його становить (12,0-14,0 г/100 мл у жінок, а у чоловіків 13,0-16,0 г/100 мл або 132-164 г/л у міжнародній системі одиниць СІ.

СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ПОХІДНИХ ГЕМОГЛОБІНУ

 

В еритроцитах здорової людини знаходиться оксигемоглобін (НbО2) і “відновлений” гемоглобін (Нb). В обох випадках зміни валентності заліза не відбувається. Можливим є утворення ще одного похідного гемоглобіну – карбгемоглобіну, коли гемоглобін зв’язується із СО2, який приєднується не до гену, а до NH2 – груп гемоглобіну: HbNH2 + CO2 ® HbNHCOO-+ H +. Утворення карбогемоглобіну використовується для перенесення СО2 з тканин. Під впливом токсичних факторів утворюються похідні гемоглобіну, в яких двовалентне залізо гемінової групи перетворюється в тривалентне (метгемоглобін НbОН) або міцно зв’язується з чадним газом (карбоксигемоглобін НbСО) і не можуть переносити кисень. Щоб встановити, які з похідних гемоглобіну циркулюють у крові, застосовують спектральний аналіз.

Принцип методу

При розкладанні білого світла за допомогою спектроскопа утворюється спектр, де кольорові смуги, що відповідають випроміненню різної довжини хвилі, розміщуються відповідно до кольорів “веселки”. Якщо видиме світло проходить через шар забарвленої речовини, то остання вибірково поглинає промені певної довжини хвилі і утворюється певний спектр поглинання у вигляді темних смуг. На основі цього була побудована шкала, що дає можливість точно визначити положення в спектрі смуг різних речовин (рис. 21).

Клініко-діагностичне значення

Зниження вмісту гемоглобіну в крові характеризує собою анемію, а різку падіння його несумісне з життям, як внаслідок кисневого голодування, так і порушення тканинного обміну. Частіше трапляється зниження вмісту гемоглобіну, різке підвищення.

Значне зниження характерне для гострої крововтрати, гіпопластичної анемії, гемолітичної анемії настадії гемолітичної кризи. Збільшення вмісту гемоглобіну в крові можуть спостерігати при еритремії, серцевій декомпенсації, мієлопроліферативних захворюваннях.

 

 

spektr2

Рис. 21 Спектри поглинання: гемоглобіну і його похідних

1–сонячний спектр, 2–оксигемоглобін, 3–гемоглобін, 4–карбоксигемоглобін, 5–метгемоглобін, 6–гемохромоген (лужний), 7–уробілін (у лужному розчині за наявності хлориду цинку)

 

 

ПРОБА НА КАРБОКСИГЕМОГЛОБІН

Принцип методу

Присутність карбоксигемоглобіну можна виявити за збереженням червоного кольору крові після додавання лугу. Нормальна кров при цьому забарвлюється в бурий колір внаслідок розкладання оксигемоглобіну і утворення гематину (основи, що відповідає геміну, у якого аніон кислоти, наприклад хлору, заміщений на гідроксил).

 

Буферні системи крові

Стала концентрація іонів водню є необхідною умовою життя орга­нізму. Кров має слабколужну реакцію. рН артеріальної крові дорівнює 7,4, рН венозної крові – 7,35, а рН в еритроцитах дещо нижча – приблизно 7,2. При зміні рН порушується дія ферментів і настають інші розлади, що можуть призвести до важких ускладнень і смерті. Вважають, що фізіологічні коливання рН відбуваються в межах 0,05-0,07. Стабільність рН крові підтримується буферними системами (гемоглобіновою, гідрокарбонатною, фосфатною) і білками плазми. Найсильнішою є гемоглобінова система, частка якої складає 75 % усієї буферної ємності крові.

Гемоглобінова буферна система складається з оксигемоглобіну (кислої й основної форми) і дезоксигемоглобіну (кислої й основної форми). Гемоглобін, як і інші білки, містить залишки амінокислот, які можуть зв'язувати та звільняти іони Н+ (зокрема залишки гістидину). Константа дисоціації іоногенних груп гемоглобіну змінюється залежно від його насичення киснем. рКа для ННbО2 складає 6,62, а для ННb – 8,18. Таким чином, оксигемоглобін є сильною кислотою, а дезоксигемоглобін – дуже слабкою, слабкішою за вугільну. При рН, що дорівнює значенню рН крові, оксигемоглобін знаходиться у формі основи НbО2-, а дезоксигемоглобін – у кислій формі ННb:

Буферна дія гемоглобіну поєднана з транспортом О2 і СО2. Як роз­глянуто вище, в капілярах тканин підвищена концентрація іонів Н+, ви­кликана дифузією і гідратацією СО2, нейтралізується завдяки утворенню кислої форми дезоксигемоглобіну:

 

Процес може бути і не пов'язаний із звільненням кисню, але він здійснюється швидше і більш ефективно компенсує зміну рН, якщо одночасно відбувається дезоксигенація.

У капілярах легень оксигемоглобін як сильна кислота витісняє з гідрокарбонатів вугільну кислоту, яка швидко розпадається на СО2 і Н2О. Таким чином, гемоглобін попереджує підлужування крові після звільнення з неї вуглекислоти:

Гідрокарбонатна буферна система (НСО3-2СО3) ефективно функціонує при рН біля 7,4. Вугільна кислота виконує функцію донора протона, а гідрокарбонат-іон НСО3- – акцептора протона. Концентрація недисоційованих молекул Н2СО3 в крові незначна і залежить від концентрації розчиненого СО2, а остання – від парціального тиску СО2 в альвеолярній газовій суміші.

Безымянный

При рН крові, рівному 7,4, відношення концентрації НСО3-2СО3 дорівнює 20:1. При надходженні в кров кислих продуктів іони Н+ взаємодіють із гідрокарбонатами, утворюється надлишок вугільної кислоти, яка розпадається. СО2 переходить у газову фазу в легенях і видихається з організму. Це зумовлює повернення НСО3-2СО3 до норми (20:1), а отже і до відновлення рН 7,4. І навпаки, коли в плазму крові потрапляє якась кількість лужних речовин і рН підвищується, іони ОН- взаємодіють із вугільною кислотою, яка переходить у гідрокарбонат-іон НСО3-. Це викликає розчинення в плазмі крові додаткової кількості СО2, що міститься в газовому просторі легень. Концентрація Н2СО3 у плазмі зростає до нормального співвідношення. Гідрокарбонатна буферна система функціонує спільно з гемоглобіновою. Між обома системами встановлюється рівновага і вони спільно забезпечують підтримання сталості рН крові.

Фосфатна буферна система складається з іонів Н2РО4- і НРО42-. Спряжена кислотно-основна пара Н2РО4-–НРО42- має рК 6,86, тому ця система служить буфером у межах рН 6,1-7,7. Значення її для крові незначне, оскільки вміст фосфатів у крові малий. Важливу роль фосфатна буферна система відіграє в підтримці сталості рН внутрішньоклітинної рідини, що знаходиться в межах 6,9-7,4.

Білки плазми проявляють буферну дію завдяки наявності іоногенних залишків амінокислот. Вклад їх у буферну ємність крові незначний.

Буферні системи складають першу лінію захисту від зміни рН. Додаткові можливості забезпечують діяльність легень і нирок, які усувають з організму СО2, кислі й лужні продукти. Так, при зниженні рН дихання стимулюється, що призводить до виведення з організму надлишку СО2 і навпаки, при підвищенні рН частота дихання знижується для зменшення виділення СО2 легенями. Частота і глибина дихання регулюються дихальним центром, який чутливий до рН і рСО2 позаклітинної рідини. Нирки при зниженні рН крові виділяють із сечею NаН2РО4, солі амонію (NН4+), слабкі кислоти в недисоційованій формі. При підвищенні рН крові нирки збільшують виведення Nа2НРО4, NаНСО3. Якщо буферні системи та механізми дихальної і ниркової регуляції рН не компенсують відхилень за межі фізіологічної норми, настають порушення кислотно-основної рівноваги – ацидоз чи алкалоз. Залежно від механізмів розвитку порушень розрізняють дихальний чи метаболічний алкалоз або ацидоз. При гіпервентиляції легень знижується концентрація Н2СО3 в організмі (гіпокапнія), підвищується рН крові, стан називається дихальним алкалозом. Для компенсації нирки виділяють лужну сечу. Гіповентиляція легень (наприклад, при запаленні, набряку легень, бронхіальній астмі) зумовлює збільшення вмісту СО2 в крові (гіперкапнія), зниження рН, підвищене виведення із сечею кислих продуктів. Стан називається дихальним ацидозом.

Метаболічний ацидоз виникає при значному збільшенні вмісту в крові кетонових тіл (цукровий діабет, голодування), молочної кислоти (гіпоксія м'язів), втраті секретів підшлункової залози і кишечника при діареї. У крові знижується концентрація НСО3- і Н2СО3, зростає виведення із сечею кислих продуктів і солей амонію. Метаболічний алкалоз настає внаслідок великої втрати іонів водню при тривалому блюванні чи підвищеній затримці в організмі гідрокарбонатів під впливом мінералокортикоїдів.

У клінічній практиці визначають показники кислотно-лужної рівноваги: рН крові й сечі, концентрацію в плазмі іона гідрокарбонату, парціальний тиск СО2 в крові, надлишок буферних основ цільної крові чи плазми (лужний резерв). Останній показник з'ясовує, скільки ммоль основ можна додати до даної проби крові чи забрати від неї, щоб її рН при рСО2, рівному 40 мм рт. ст. і температурі 37 °С досягло значення 7,4.

ПЛАЗМА КРОВІ

Плазма крові містить 90-91 % води і 9-10 % сухого залишку, а саме 7‑8 % білка, приблизно 1 % різноманітних небілкових органічних речовин і 0,9% – неорганічних солей. У табл. 17.1, 17.2  наведені концентрації основних органічних і неорганічних компонентів плазми крові. У фізіологічних умовах вміст їх коливається в певних межах, які називаються "нормальними", чи "фізіологічними". Відносно постійний рівень основних компонентів крові підтримується за допомогою регуляторних систем (ЦНС, гормональна система). За багатьох патологічних процесів відзначаються більші чи менші зрушення в хімічному складі крові.

Білки плазми крові

Загальна кількість білків, що виявлені в плазмі крові, зараз становить понад 200. Для розділення їх використовують різні фізико-хімічні методи. Методом електрофорезу в простих його варіантах білки плазми поділяються на п'ять фракцій: альбумін, альфа1-глобуліни, альфа2-глобуліни, бета-глобуліни і гама-глобуліни. При імуноелектрофорезі білки розділяються не тільки за електрофоретичною рухливістю, але і за імунними властивостями. Цим методом можна отримати понад 30 білкових фракцій (табл. 5, 6, 7).

Таблиця 5 Високомолекулярні компоненти плазми крові

Білкові фракції. Які отримують за допомогою електрофорезу (кількісно)

Фракції

Концентрація

Відносний вміст

Альбуміни

38-50 г/л

0,50-0,62

a1-глобуліни

1.4-3,0 г/л

0,01-0,05

a2-глобуліни

5,6-9,1 г/л

0,07-0,13

b-глобуліни

5,4-9,1 г/л

0,09-0,15

g-глобуліни

9,1-14,7 г/л

0,14-0,22

Загальний білок

65-85 г/л

1,00

 

Таблиця 6. Білкові фракції, які отримують за допомогоюімуноелектрофорезу на агаровому гелі (кількість визначають імунохімічно)

Білок

Концентрація

Кислий альфа1-глікопротеїд

 

0,20-0,40 г/л

Альфа1-антитрипсин

 

2,00-4,00 г/л

Церулоплазмін

 

0,15-0,60 г/л

Cu2+

16,0-31,0 мкмоль/л

 

Гаптоглобн

 

1,00-4,00 г/л

Альфа2-макроглобулін

 

2,5-3,5 г/л

Трансферин

 

2,5-4,1 г/л

Fe2+

11,0-27,0 мкмоль/л

 

Фібриноген

 

2,00-4,00 г/л

Імуноглобуліни

 

 

IgG

 

8,00-18,0 г/л

IgA

 

1,00-4,00 г/л

IgM

 

0,60-2,80 г/л

IgD

 

0,00-0,15 г/л

IgE

 

до 5´10-4г/л

 

Таблиця 7. Ферменти

Назва

Скорочення

К.Ф.

Активність в сироватці

Лактатдегідрогеназа

ЛДГ

1.1.1.27.

до 4,00 мккат/л

Аспартатамінотрансфераза

АсАТ

2.6.1.1.

до 0,33 мккат/л

Аланінамінотрансфераза

АлАТ

2.6.1.2.

до 0,25 мккат/л

Лужна фосфатаза

ЛФ

3.1.3.1.

до 2,5 мккат/л

Кисла фосфатаза

КФ

3.1.3.2.

до 0,18 мккат/л

Креатинкіназа

КК

2.7.3.2.

до 1.83 мккат/л

Холінестераза

ХЕ

3.1.1.8.

до 30,00-50,00 мккат/л

Глутаматдегідрогеназа

ГДГ

1.4.1.3.

до 0,07 мккат/л

g-глутамілтрансфераза

ГТФ

2.3.2.2.

до 1,77 мккат/л

 

Електрофоретичний аналіз дозволяє встановити ряд спадкових змін деяких індивідуальних білків плазми. Часто ці зміни зумовлюють розвиток захворювань.

 

Альбумін

Більша частина білків плазми припадає на альбумін (55-60 %). Він має порівняно невисоку молекулярну масу (за даними різних авторів, молекулярна маса альбумінів знаходиться в межах від 55 т. до 70 т. Da) і менші розміри молекул (13×3 нм), ніж глобуліни і фібриноген. Синтезується альбумін плазми крові в печінці (10-15 г за добу). Його основні функції:

1) підтримання осмотичного тиску крові, а отже, участь у регуляції розподілу води між кров'ю і міжклітинним простором;

2) транспортна;

3) детоксикуюча.

Осмотичний тиск крові підтримується на стабільному рівні (приблизно 7,7-8,1 атм. Або виражений як осмолярність – 285±10 ммоль/л). Його величина визначається, головним чином, концентрацією електролітів, а також глюкози, сечовини, амінокислот і білків. Частина осмотичного тиску крові, що забезпечується білками, називається колоїдно-осмотичним, або онкотичним. Вона складає тільки 0,03-0,04 атм., тобто приблизно 0,5 % загального осмотичного тиску, що зумовлено дуже малою кількістю в плазмі макромолекул білка порівняно з числом іонів електролітів. Але, незважаючи на малу величину, онкотичний тиск має вирішальне значення в регуляції розподілу води між плазмою і міжклітинною рідиною. Основну роль серед білків плазми в підтриманні онкотичного тиску відіграє асса альбумін. Його вклад в онкотичний тиск плазми складає 75-80 %. Це зумовлено рядом факторів. По-перше, концентрація альбуміну в плазмі більша, ніж інших білків. По-друге, серед основних білків плазми він має найменшу молекулярну асса, а чим більша молекулярна асса білка, тим менший осмотичний тиск білкового розчину. По-третє, альбумін містить велику кількість залишків дикарбонових амінокислот, які дисоціюють при рН крові й зумовлюють значний негативний заряд молекули (рівний 18). Оскільки молекули білків не проникають через ендотелій капілярів, іони електролітів розподіляються по обидва боки мембрани таким чином, що негативний заряд альбуміну компенсується більшою концентрацією катіонів і меншою концентрацією аніонів у плазмі порівняно з концентрацією їх у міжклітинній рідині (наслідок ефекту рівноваги Гібса-Донана).

На поверхні молекул альбуміну зв'язується велика кількість гідратованих іонів Nа+. Таким чином, ефективний онкотичний тиск білків плазми, основним чином альбуміну, забезпечує утримання води плазмою. Недостатність альбуміну проявляється втратою здатності зв'язувати воду, яка переходить із крові в міжклітинну рідину. Так, при зниженні вмісту альбуміну в плазмі внаслідок зменшення синтезу його в печінці (при білковому голодуванні, ураженнях ШКТ, захворюваннях печінки) чи виділенні із сечею, що спостерігається при захворюваннях нирок, зменшується осмотичний тиск крові, рідина виходить із судин у міжклітинний простір, розвиваються набряки. Зустрічається спадкова анальбумінемія, яка характеризується зниженим вмістом чи повною відсутністю альбуміну в плазмі й розвитком набряків.

Збільшення проникності ендотелію капілярів для білків плазми при ряді патологічних процесів (травми, опіки) призводить до переходу в міжклітинний простір великих об’ємів рідини, що містить альбумін. Якщо збільшення проникності капілярів настає швидко, то об’єм крові різко зменшується, падає кров’яний тиск, порушується мікроциркуляція, знижується постачання крові, розвивається тканинна гіпоксія. Такий стан називається шоком.

Друга важлива функція альбуміну – транспортна – зумовлена здатністю білка зв'язувати ряд речовин, погано розчинних у воді. Альбумін бере участь у перенесенні вільних жирних кислот із жирової тканини (рис. 22), білірубіну, стероїдних гормонів, іонів металів, а також багатьох лікарських речовин. Зв'язуються ці ліганди різними ділянками молекули альбуміну. Він зумовлює також детоксикуючу функцію крові.

 

http://www.apteka-ifk.ru/img/_big_foto/308.jpg

Рис. 22 Розчин альбуміну для в/в введення

 

Глобуліни

Електрофоретичними методами отримують фракції альфа1-, альфа2-, бета- і гама‑глобулінів. Кожна з фракцій включає велику кількість індивідуальних білків. 75-90 % альфа-глобулінів і 50% бета-глобулінів синтезуються гепатоцитами. Глобуліни альфа- і бета- є транспортними білками: ретинолзв'язаний білок переносить вітамін А, тироксинзв'язаний білок – тироксин, транскортин – переносник гормонів кортизолу і кортикостерону, церулоплазмін – іонів міді, трансферин – іонів заліза. Інгібіторами протеолітичних ферментів є альфа1-антитрипсин, альфа2-макроглобулін, інтер-альфа-трипсиновий інгібітор. Глобуліни гаптоглобіни і гемопексин попереджують втрату гемового заліза із сечею. Зокрема, гаптоглобіни (фракція альфа2-глобулінів) зв'язуються з розчиненим у плазмі гемоглобіном і комплекси їх захоплюються ретикулоендотеліальними клітинами, де розщеплюються. Аналогічно комплекс гемопексину (фракція бета-глобулінів) і гему захоплюється печінкою. Звільнене залізо використовується повторно. ЛПВГ або альфа - ЛП переміщуються під час електрофорезу разом із альфа-глобулінами; ЛПНГ або бета-ЛП – разом із бета-глобулінами; ЛПДНГ або пре – бета - ЛП – між альфа- і бета- ліпопротеїнами; хіломікрони не переміщуються в електричному полі й залишаються на місці старту.

Фракція гама-глобулінів містить, головним чином, антитіла (імуноглобуліни). Синтезуються імуноглобуліни В-лімфоцитами. Кількість індивідуальних імуноглобулінів, що відрізняються за первинною структурою, надзвичайно велика. Так, в організмі однієї людини може синтезуватись до 107 різних антитіл. До фракції імуноглобулінів відносяться і патологічні білки, які синтезуються при мієломній хворобі специфічними клітинами антитілоутворюючої системи і з'являються у великій кількості в плазмі хворих. Ці мієломні глобуліни є фрагментами імуноглобулінів і можуть фільтруватись у нирках та виділятись із сечею. Їх ще називають білком Бенс-Джонса. Його характерною властивістю є випадання в осад у кислому середовищі при 50-60 °С і повторне розчинення при вищій температурі.

У плазмі крові наявні різні ферменти, зокрема протеолітичні. За походженням вони бувають печінкові, шлунково-кишкові та тканинні. Протеїнази в плазмі крові відіграють роль факторів згортання крові, фібринолізу, кінінової системи, комплементу, ренін-ангіотензинової системи.

За патологічних станів у кров надходять протеази з тканин, так звані тканинні катепсини.

 

Протеїнази й антипротеїнази плазми крові

У плазмі крові відкрито приблизно 200 різних білків. Серед них особлива роль належить протеїназам і антипротеїназам. Як відомо, протеїнази викликають гідроліз пептидних зв'язків у молекулах білків і пептидів. За походженням вони бувають шлунково-кишкові, власне кров'яні та тканинні. Останні називаються ще катепсинами. До шлунково-кишкових відносяться: пепсин, гастриксин, трипсин, хімотрипсин, еластаза, ентеропептидаза, карбоксипептидази, амінопептидази, дипептидази. Усі вони беруть участь у травленні харчових білків. Певна їх кількість шляхом піноцитозу надходить у кров і там проявляє свою дію.

Внутрішньоклітинні протеїнази (катепсини), що локалізуються переважно в лізосомах, здійснюють внутрішньоклітинний розпад тканинних білків. Завдяки цьому вони виконують важливу регуляторну функцію: утворюють та інактивують ферменти, гормони, біологічно активні білки і пептиди. Оптимум дії катепсинів знаходиться в кислому середовищі (рН 5-6 і нижче). Ряд фізіологічних і патологічних станів супроводжується руйнуванням лізосомальних мембран і виходом катепсинів у цитозоль клітини. Як наслідок настає підвищення протеолітичної активності тканин. Катепсини беруть участь у патогенезі автоімунних захворювань і, можливо, утворюють автоантигени.

Ряд протеїназ крові відіграє роль факторів згортання крові, фібринолізу, а також кінінової та ренін-ангіотензинової систем. Зрозуміло, що дія цих ферментів мусить знаходитись під постійним контролем. У цьому плані велике значення мають їх інгібітори – антипротеази. Сироватка крові проявляє потужний антипротеазний вплив. Нормальний перебіг перерахованих вище протеолітичних процесів можливий тільки завдяки відрегульованому співвідношенню системи "протеаза-антипротеаза". Зміни співвідношення між цими системами обов'язково викликають патологічні реакції. Загальна антипротеїназна активність сироватки крові визначається чотирма інгібіторами трипсину: альфа-1-антитрипсин, альфа-2-макроглобулін, інтер-альфа-інгібітор трипсину і термокислотостабільний інгібітор. За природою всі вони є глікопротеїнами, що містять до 20-35 % вуглеводів. В основі інгібуючої дії антипротеїназ знаходиться їх здатність утворювати стійкі комплекси з протеазами, внаслідок чого останні втрачають свою активність. Найбільший несок в антипротеазну активність сироватки крові вносить альфа-1-антитрипсин (більше 90 %). Він інгібує дію трипсину, хімотрипсину, плазміну, калікреїну і еластази. Синтезується гепатоцитами й знаходиться, крім сироватки крові, в бронхіальному і назальному секретах, спинномозковій рідині й дуоденальному вмісті. На електрофореграмі сироватки крові альфа-1-антитрипсин розміщується у фракції альфа-1-глобулінів. Концентрація його в крові складає 2-4 г/л. Фізіологічне призначення альфа-1-антитрипсину зводиться до захисту організму від дії протеолітичних ферментів ендогенного й екзогенного походження, тобто від протеїназ крові, тканин, бактерій, грибків.

Альфа-2-макроглобулін є другим за значенням компонентом антипротеазної системи крові. Його частка в антипротеазній системі крові становить приблизно 10 %. Під час електрофорезу він мігрує разом з альфа-2-глобулінами. Вміст у сироватці крові складає 1,5-4,2 г/л. Альфа-2-макроглобулін здійснює регуляцію (знижує активність) згортальної, фібринолітичної і калікреїнової систем крові. Крім того, йому притаманна здатність розкладати низькомолекулярні токсичні пептиди бактеріального походження і тим самим захищати організм.

Інгібітором хімотрипсину є альфа-1-антихімотрипсин. У сироватці крові його вміст складає 0,1-0,35 г/л. До антипротеаз крові відноситься ще й антитромбін III, який відповідає на 75 % за антитромбінову активність сироватки крові. Він має здатність швидко зв'язуватись із трипсином і плазміном, що призводить до втрати їх протеолітичної активності. Вміст антитромбіну III в плазмі крові становить 0,3-0,4 г/л.

Підвищення активності протеїназ крові має значення для діагностики і лікування захворювань, пов'язаних із руйнуванням клітин і виходом у кров лізосомальних ферментів. Прикладом може служити гострий панкреатит, що супроводжується розпадом тканини та виходом у кров трипсину, який у нормі секретується у дванадцятипалу кишку. Збільшення вмісту трипсину в крові на тлі одночасного зниження активності альфа-2-макроглобуліну є небезпечним для організму, бо супроводжується активацією протеолізу, який призводить до пошкодження клітин і білків плазми крові, активації згортальної, фібринолітичної та кінінової систем. Одночасно спостерігається підвищення активності амілази і ліпази підшлункової залози. За таких ситуацій виникає необхідність термінового застосування інгібіторів протеаз – трасилолу і контрикалу.

Інфаркт міокарда викликає в сироватці крові підвищення активності лізосомальних протеаз, особливо катепсину D, рівень якого залежить від ступеня ураження. Збільшення активності протеаз у сироватці крові спостерігається при ревматизмі та інших колагенозах, при гострих запальних захворюваннях, опіковій хворобі, хірургічних втручаннях. Але в усіх цих випадках, що супроводжують деструкцію тканин, у сироватці крові зростає й активність антипротеаз. Винятком є хронічні неспецифічні захворювання легень, бронхіальна астма, опікова хвороба, при яких антипротеазна активність знижена. Спадкова недостатність альфа-1-анти­трипсину супроводжує неспецифічні захворювання легень у дорослих і цироз печінки в дітей та юнаків. Із сказаного випливає доцільність визначення вмісту інгібіторів протеаз як критеріїв характеристики прогнозу різних захворювань та ефективності застосованої терапії. Про активність трипсину говорять на основі вивчення гідролізу трипсином казеїну з наступним осадженням білків і визначенням у безбілковому надосаді вмісту тирозину.

Антипротеазну активність визначають ензиматичними методами, що грунтуються на спектрофотометричному вимірюванні інгібуючого впливу сироватки крові на гідроліз трипсином синтетичних субстратів.

 

Основні ферменти, які використовуються в клінічній діагностиці

Аспартатамінотрансфераза (ACT) Аланінамінотрансфераза (АЛТ)

Клінічне значення визначення концентрації амінотрансфераз.

Підвищення активності амінотрансфераз відзначено при ряді патологічних процесів, в які залучена печінка. Активність AсАT і АлАТ підвищена при гострому панкреатиті, холециститі, паразитарних захворюваннях, псоріазі, опіках, застосуванні пропіонлактона як противірусного засобу, перевантаження організму залізом, гепатобіліарній патології. Збільшення активності амінотрансфераз можна відзначити і у здорових людей при дієті, багатої білком або яка містить 25-30% сахарози, а також у донорів. Активність ACT в крові зростає при туберкульозі легень, септицемії, герпетичної інфекції, вірусному гепатиті, пухлинах. Активність ACT знижується при малярії і вагітності, не змінюється при емболії легеневої артерії, пневмоніях, абсцесах легені, ревматоїдному артриті. Збільшення активності АЛТ відзначено у пацієнтів при терапії деякими лікарськими засобами, особливо антибіотиками, гіполіпідемічними препаратами, кетоацидозі, азотемії. У гострому періоді інфаркту міокарда підвищення активності ACT - достовірний діагностичний тест. У той же час активність ACT підвищена в значно меншому ступені, ніж активність КК або ЛДГ. Клініко-морфологічні дослідження показали, що динаміку активності ACT можна використовувати для розрахунку обсягу ураження при інфаркті міокарда при невеликих осередках некрозу міоцитів настільки ж вірогідно, як і на підставі активності КК. Запропоновано використовувати підвищення активності ACT в сироватці крові як прогностичний тест при гострому лейкозі.

Амілаза

Клінічне значення визначення активності амілази в сироватці крові. Визначення активності α-амілази в сироватці крові - найбільш поширений тест діагностики гострого панкреатиту. При гострому панкреатиті активність ферменту в сироватці крові зростає через 3-12 год після больового нападу, досягає максимуму через 20-30 годин і повертається до норми за сприятливого перебігу в межах чотирьох днів. Активність α-амілази (діастази) в сечі зростає через 6-10 годин після підйому активності в сироватці і повертається до норми найчастіше через три дні після підйому. В даний час широко відомо, що збільшення загальної активності α-амілази неспецифічно для панкреатиту та інших захворювань підшлункової залози. Клінічні дослідження показали, що підвищення активності α-амілази відбувається при ряді захворювань, до яких відносять кишкову непрохідність, захворювання жовчних шляхів, апендицит, паротит, позаматкову вагітність. Чутливість і специфічність визначення α-амілази при діагностиці гострого панкреатиту зростають при зміні кордонів нормальних значень (дискримінаційний рівень норми і патології - актівность1 ,5-2 рази перевищує верхні межі норми). У цьому випадку визначення активності α-амілази найбільш інформативні добу розвитку гострого панкреатиту.

Гама-глутамілтранспептидаза

Клінічне значення визначення концентрації ГГТ у сироватці крові

Найбільш часта причина підвищення активності ГГТ у сироватці крові - патологія печінки. Слабка токсична дія на печінку, що викликає жирову інфільтрацію, прийом алкоголю і лікарських препаратів супроводжуються помірним збільшенням активності ГГТ. Більш виражене підвищення активності ферменту пов'язано з позапечінковою і внутрішньопечінковою обструкцією, вторинним залученням печінки в онкологічні процеси організму шляхом метастазування. Найвища активність ГГТ у сироватці крові відмічена при закупорці жовчної протоки або злоякісних пухлинах, прямо або опосередковано вражаючих печінку.

При відсутності жовтяниці визначення ГГТ - чутливий тест для виявлення патології печінки; клінічна чутливість вище, ніж у таких ферментів, як ЛФ і 5-нуклеотидази. При онкологічних захворюваннях нормальна активність ГГТ у сироватці крові свідчить про відсутність метастазів у печінці, тоді як висока активність ГГТ (у 12 разів і більше вище норми) служить індикатором ураження печінки метастазами. При гострому вірусному гепатиті багаторазове дослідження активності ГГТ дозволяє стежити за перебігом хвороби: постійно збільшена активність ГГТ вказує на розвиток хронічної форми захворювання. При збільшенні активності ЛФ і труднощі визначення її ізоферментів корисно визначати активність ГГТ для ідентифікації можливого джерела гіперферментемії: активність ГГТ залишається в межах норми, якщо збільшення активності ЛФ викликано кістковим ізоферментом, і збільшена, коли фермент утворюється в печінці. Присутня в сечі ГГТ має ниркове походження: фермент виділяється в сечу із зруйнованих клітин проксимальних відділів канальців, які містять ГГТ у високій концентрації.

Креатінкіназа (КК)

Клінічне значення визначення активності КК та її ізоферментів.

Підвищення активності КК у крові може бути наслідком травми, переохолодження або перегрівання, голодування і бактеріальної інтоксикації, дегідратації, ураження електричним струмом. Підвищена активність КК-МВ відзначена при м'язової дистрофії різної етіології, ішемічному рабдоміолізі з міоглобінурією, отруєння чадним газом. Активність КК-МВ підвищувалася, більш ніж на порядок перевищуючи норму, у хворих на гострий перикардит. Досвід застосування ізоферментної діагностики в блоці інтенсивної терапії показав, що підвищення в крові активності КК-МВ може відбуватися при вираженій недостатності кровообігу, катетеризації серця, набряку легень, аритміях, кардіогенному шоці, алкогольної інтоксикації, кровотечі з шлунково-кишкового тракту, травматичної епілепсії, травмі грудної клітки. Активність КК-МВ підвищена в крові пацієнтів при синдромі шоку, розвиненому при анемії, гіперкапнії, гіпоксемії, молочнокислом ацидозі, вираженої гіпотонії. Однак тільки в рідкісних випадках у зазначених ситуаціях активність КК-МВ на 6% перевищувала активність КК. Враховуючи можливості неспецифічного підвищення активності КК-МВ, треба пам'ятати і про можливість пропустити невеликий інфаркт міокарда. У хворих з гіпертрофією міокарда активність КК-МВ у період інфаркту може досягати 1/3 активності КК. Підвищення активності КК у сироватці крові може бути обумовлено збільшенням активності ізоферменту КК-ММ. Активність КК-ММ в сироватці крові підвищується при прогресуючій м'язовій дистрофії, дерматомиозите, поліміозиті, інфаркті міокарда, гіпотиреозі, деяких захворюваннях нервової системи. Активність КК-ММ збільшується також після фізичного навантаження, внутрішньом'язових ін'єкцій, хірургічних операцій. При м'язової дистрофії типу Дюшена (спадковому, пов'язаному зі статтю рецессивному захворюванні) активність КК-ММ збільшується в 8-90 разів у порівнянні з нормою, активність ізоферменту збільшена також у носіїв цього гена. Активність КК-ВР у крові відзначали під час аортокоронарного шунтування. Вважають, що активність КК-ВВ може бути тестом аноксії тканин. Активність КК-ВР у крові може також бути наслідком гіпоксичного пошкодження мозку, особливо в умовах перинатальної гіпоксії. Активність КК-ВВ збільшена у 53% новонароджених з асфіксією. КК-ВВ присутній у гладкій мускулатурі, але не визначається в сироватці крові осіб з доброякісними захворюваннями цих тканин. Одним з можливих пояснень підвищення активності КК-ВР у крові при судинних операціях служить припущення, що стінки вен, як, втім, і аорти, містять тільки одну ізоформу КК, а саме КК-ВВ. Активність ізоферменту КК-ВВ може бути підвищена в крові при раку передміхурової залози, дрібноклітинному раку легені, аденокарциномі шлунка, лейкозах, хронічній ниркової недостатності, передозуванні міорелаксантів. Метастазування раку передміхурової залози супроводжується особливо високими цифрами активності КК-ВР у крові. Дослідники сходяться на думці, що активність КК-ВВ може бути використана як неспецифічний маркер пухлинного процесу. У ряді випадків при інфаркті міокарда, а іноді і в його відсутність висока активність КК зберігається невизначено довго. Після поділу при ЕФ фракцій КК на електрофореграмі стають видимими смуги, що не відповідають положенню смуг КК-ММ, КК-МВ та КК-ВВ, і можна відзначити наявність ізоформ КК, що рухаються до катода, що з білків сироватки крові властиво імуноглобулінам. У хворих метастатичним раком передміхурової залози виділено ізофермент КК, мігруючий між КК-МВ та КК-ВВ.

Лактатдегідрогеназа (ЛДГ)

Клінічне значення визначення активності ЛДГ

Активність ЛДГ у сироватці крові підвищується при багатьох патологічних станах, тому для диференціальної діагностики захворювань більш доцільно дослідити зміни спектру ізоферментів ЛДГ. В даний час накопичено велику кількість даних про розподіл ізоферментів ЛДГ у тканинах і про зміну спектру ізоферментів ЛДГ у сироватці крові при різних захворюваннях. Ізоферментний спектр скелетної мускулатури показує переважання ЛДГ 5. При м'язової дистрофії відзначені збільшення більш рухливих ізоферментів ЛДГ і зниження активності ЛДГ 5, що характерно і для багатьох нейром'язових захворювань. Причиною зміни спектру ізоферментів може бути швидке видалення малорухомих ізоферментів з циркуляції. Активність ЛДГ 5 в сироватці крові - чутливий індикатор гепатоцелюлярного пошкодження, збільшення його активності зазвичай спостерігають при гепатиті, гіпоксії печінки (включаючи застій крові в печінці внаслідок серцевої недостатності), лікарської інтоксикації, цирозі, пухлинах і травмі. Активність ЛДГ у сироватці крові не підвищується при хронічних захворюваннях нирок і уремії, але іноді зростає після гемодіалізу або плазмаферезу, що може бути пояснено видаленням з крові інгібіторів (сечовина, оксалати). Загальна активність ЛДГ при інфаркті міокарда найбільш значно підвищується протягом перших 2 діб після нападу стенокардії і до вихідного рівня знижується повільно, протягом 14-16 днів, епізодичне підвищення ЛДГ можна відзначити і в більш пізні терміни. Активність ЛДГ схильна гормонального впливу. Великі дози тироксину знижували синтез ферменту, при цьому в більшій мірі зазначено інгібування синтезу субодиниці М. Норадреналін і адреналін викликають збільшення загальної активності ЛДГ з переважанням активності ЛДГ 1, і ЛДГ 2. Активність ферменту в крові зростає при дії анаболічних стероїдів і етанолу, а також ряду медикаментозних препаратів - клофібрату, кофеїну, сульфаніламідів та ін Спектр ізоферментів ЛДГ може мінятися при неопластичних процесах. У таких випадках його важко інтерпретувати, тому що джерелом ізоферментів ЛДГ служить не тільки неопластичних тканину, але й тканини, руйновані метастазами. Однак ізоферментний спектр транссудату при пухлинному ураженні схожий з таким сироватки крові, тоді як в запальних ексудатах переважає активність ЛДГ 1 і ЛДГ 2. Для ЛДГ, як і для інших ферментів, при пухлинному процесі характерний синтез ізоферментів, властивих ембріональним тканинам. Недиференційовані ембріональні тканини мають спектр ізоферментів ЛДГ, в якому переважають ЛДГ 2 і ЛДГ 3, а також ЛДГ 4. У злоякісних пухлинах виявлено три види розподілу ізоферментів ЛДГ. Збільшення вмісту ЛДГ 4 і ЛДГ 5 виявлено при пухлинах передміхурової залози, матки, молочних залоз, шлунка, товстої кишки, сечового міхура та деяких типах пухлин мозку. У хворих на лейкоз, злоякісної лімфомою, нейробластомою, феохромоцитомою, а також при пухлинах порожнини рота, раку бронхів і деяких типах пухлин мозку збільшена активність ЛДГ 2, ЛДГ 3, ЛДГ 4. Збільшення активності ЛДГ, зазначено у сироватці крові хворих з деякими типами пухлин мозку та різними типами пухлин статевих органів.

Можливість підвищення активності ЛДГ, при пухлинному процесі слід враховувати при діагностиці інфаркту міокарда. Іноді при пухлинах мозку, раку пішевода, нейробластомі відзначають незвичайну додаткову смугу при ЕФ сироватки крові і тканини пухлини. Визначення спектру ізоферментів ЛДГ у сироватці крові при онкологічних захворюваннях корисно не тільки для діагностики, а й для контролю ефективності лікування. Виявлено, що нормалізація спектру ізоферментів ЛДГ корелює з успішністю відповіді хворого на лікування. Наявність ускладнень при інфаркті міокарда та супутні захворювання можуть змінити спектр ЛДГ та активність ЛДГ. Виявлення спектру ізоферментів, характерного для інфаркту міокарда, можливо при застої крові в печінці та нирках внаслідок серцевої недостатності, при ішемічному ураженні деяких органів із-за різкого зниження серцевого викиду. При емболії легеневої артерії, яку у ряді випадків доводиться диференціювати з інфарктом міокарда, збільшення в крові активності ЛДГ 2 і ЛДГ 3 може бути пояснено виходом ферментів з тромбоцитів, патологією печінки, викликаної венозної гіпертензією, анемією коркового шару наднирників та нирок. Оскільки ці порушення не завжди вдається розрізнити, зміна спектру ізоферментів ЛДГ інтерпретувати непросто.

Лужна фосфатаза (ЛФ)

Клінічне значення визначення активності ЛФ.

Підвищення активності лужної фосфатази у сироватці крові не завжди дозволяє з достатнім ступенем достовірності скласти уявлення про органотопіческой патології.

У клінічній біохімії активність ЛФ найбільш часто використовують в діагностиці патології гепатобіліарної системи та кісткової тканини. Активність ЛФ сироватки крові часто підвищена при обструктивних захворюваннях печінки, холестаз, гепатит, явищах гепатотоксичності, хвороби Педжета, остеомаляції, новоутвореннях, які втягли в патологічний процес печінка і кісткову тканину.

Низька або навіть невизначуване активність ЛФ відзначена при гепатолентикулярной дегенерації. Механізм цього феномена неясний, припускають, що іон міді конкурує з цинком за місце в активному центрі лужної фосфатази, що веде до різкого падіння активності ферменту. Застосування гіполіпідемічних препаратів, зокрема клофібрату, також інгібує фермент. У недоношених дітей з метою ранньої діагностики рахіту рекомендовано визначати активність ЛФ. Активність ЛФ в сироватці крові може бути підвищена при остеоміодістрофіі, що розвивається як ускладнення тривалого гемодіалізу. При введенні циклоспорину після трансплантації підвищена активність ЛФ в більшій мірі залежить від токсичного впливу препарату на гепатоцити і в меншій мірі пов'язана з патологією остеобластів. У пацієнтів з гіперпаратиреозом активність ЛФ сироватки крові звичайно в межах норми, але при розвитку остеопорозу, особливо остеонекроза, може бути значно збільшена. Дослідження активності ЛФ виявляється корисним і в диференціальної діагностики внутрішньо-і внепеченочного холестазу. У разі екстрагепатобіліарной обструкції при каменях жовчного протоку і жовчного міхура, а також при новоутвореннях в цих органах активність ЛФ підвищується в 10 разів і більше. Внутрішньопечінкових обструкція жовчних шляхів при гепатиті також супроводжується підвищенням активності ЛФ, але ступінь гіперферментемії не перевищує 2-3-кратного значення. Гострі некротичні зміни гепатоцитів можуть не супроводжуватися підвищенням активності ЛФ до тих пір, поки в патологічний процес не будуть залучені жовчні канальці і не відбудеться затримка жовчовиділення. У той же час далеко не у всіх випадках ураження паренхіми печінки існує чітка кореляційна залежність між активністю ЛФ сироватки крові та вмістом у ній білірубіну. На початку розвитку внутрішньопечінкового холестазу збільшення активності ЛФ може бути наслідком підвищення синтезу білка в гепатоцитах; подальше підвищення активності лужної фосфатази у сироватці крові, пов'язане з порушенням цілісності клітин жовчних канальців.

До небілкових азотвмісних органічних компонентів крові відносять сечовину, сечову кислоту, креатинін, креатин, амінокислоти (табл.8). Амінокислоти, які всмокталися із кишечника, в органах і тканинах зазнають різних перетворень. Частина їх використовується для синтезу білків органів і тканин, ферментів, деяких гормонів, гему, креатину. Ті амінокислоти, які не використані для синтезу різних сполук, розпадаються з утворенням аміаку, вуглекислоти і води. Більша частина амінокислот йде на утворення сечовини, яка становить 85-90% загального азоту сечі. Крім сечовини, азот виділяється з сечею у вигляді солей амонію, в складі креатиніну, сечової кислоти, індикану і невеликої частини вільних амінокислот. Усі ці речовини, крім амінокислот, є кінцевими продуктами азотового обміну

 

Таблиця 8. Основні небілкові азотвмісні органічні компоненти крові

Небілкові азотвмісні органічні компоненти крові

Сечовина

Сечова кислота

Креатинін

Креатин

Амінокислоти

 

Сечовина становить основну масу органічного залишку сечі. Азот сечовини складає 80-90 % усього азоту сечі. Доросла людина за добу виділяє із сечею 20-35 г сечовини. Зменшення концентрації сечовини спостерігається за умов обмеження білка в раціоні, порушення функції печінки, зокрема при переродженні печінки й отруєнні її фосфором. Кількість сечовини знижується також при ацидозі, оскільки значна частина NH3 використовується для нейтралізації кислот. Разом із тим, ураження нирок (нефрити) супроводжуються погіршенням виділення сечовини в сечу і нагромадженням її у крові. У таких випадках настає отруєння організму продуктами азотного обміну (уремія).

 

Таблиця 9. Причини збільшення сечовини в сечі

Причини збільшення сечовини в сечі

Нестача білка у харчуванні

Злоякісні анемії

Лейкоз

Гарячка

Інтенсивний розпад білків в організмі

Після прийому саліцилатів

При отруєнні фосфором

 

Підвищений вміст сечовини в сечі спостерігають при недостатності білка в харчуванні, злоякісній анемії, гарячці, інтенсивному розпаді білків в організмі, після прийому саліцилатів, при отруєннях фосфором (табл.9.), знижений - при цирозі печінки, паренхіматозній жовтяниці, нефриті, ацидозі, уремії (табл.10).

 

Таблиця 10. Причини зменшення сечовини в сечі

Причини зменшення сечовини в сечі

Цироз печінки

Паренхіматозна жовтяниця

Нефрит

Ацидоз

Уремія

 

Низький вміст сечовини в сечі спостерігається в період інтенсивного росту організму і за умов вживання анаболітиків.

Переважне харчування білковою їжею, а також захворювання, що пов'язані з посиленим розпадом білків (цукровий діабет, злоякісні пухлини, деякі інфекційні хвороби, що супроводжуються лихоманкою), зумовлюють підвищення рівня сечовини в сечі.

Сечова кислота. Сечова кислота є кінцевим продуктом обміну пуринових основ, які входять до складу складних білків нуклеопротеїнів. У нормі в людини з сечею виділяється 1,6 - 3,54 ммоль/добу (270-600 мг/добу) сечової кислоти.

Індикан – калієва або натрієва сіль індоксилсірчаної кислоти. Остання утворюється в печінці як продукт знешкодження індолу. Кількість індикану в сечі за добу становить 40-80 мкмоль. При надлишку індикану сеча набуває коричневого кольору.

За добу із сечею виводиться в середньому 0,6-1,0 г сечової кислоти. Вміст її в сечі може змінюватися залежно від характеру харчування. Зменшення виділення сечової кислоти із сечею (до 0,3-0,5 г на добу) буває в людей, що харчуються переважно вуглеводною їжею, яка не містить пуринів.

М'ясні продукти, ікра, залозисті тканини, багаті на нуклеопротеїни, можуть служити причиною підвищення сечової кислоти в крові й сечі.

Підвищене виділення сечової кислоти – гіперурікурію- спостерігають при всіх захворюваннях, які супроводжуються підсиленим розпадом нуклеопротеїнів (лейкози, лікування цитостатиками, іонізуюче опромінення, опіки, крупозне запалення легень, ревматизм, гемолітична анемія, отруєння свинцем, токсикоз), а також при підвищеному вмісті пуринів у їжі (табл.11). Внаслідок слабкої розчинності сечової кислоти та її солей вони можуть випадати в осад у зібраній сечі, а також утворювати камінці в нижніх відділах сечовивідних шляхів.

 

Таблиця 11. Причини гіперурікемії

ПРИЧИНИ ГІПЕРУРІКУРІЇ (ЗБІЛЬШЕННЯ ВИДІЛЕННЯ СЕЧОВОЇ КИСЛОТИ ІЗ СЕЧОЮ)

 

Лейкози

Лікування цитостатиками

Іонізуюче опромінення

Опіки

Крупозне запалення легень

Ревматизм

Гемолітична анемія

Отруєння свинцем

Підвищений вміст пуринів у їжі

 

Гіпоурікурію (зменшення виділення сечової кислоти із сечею) спостерігають при подагрі (не завжди), нефриті, нирковій недостатності, прогресивній м’язовій атрофії (табл.12). При подагрі солі сечової кислоти (урати) відкладаються в хрящах, м’язах і суглобах. Вміст сечової кислоти в крові може бути підвищеним, а з сечею виділятися менше, ніж у нормі.

 

Таблиця 12. Причини гіпоурікурії

ПРИЧИНИ ГІПОУРІКУРІЇ (ЗМЕШЕННЯ ВИДІЛЕННЯ СЕЧОВОЇ КИСЛОТИ ІЗ СЕЧОЮ)

 

Подагра

Нефрит

Ниркова недостатність

Прогресивна мязова атрофія

 

Із сечею виділяються також проміжні продукти пуринового обміну (20-50 мг на добу): ксантин, гіпоксантин та інші. Застосування деяких лікарських речовин (теобромін, кофеїн), а також споживання значної кількості кави, какао, чаю призводять до появи в сечі метилпохідних пуринових основ.

Креатинін і креатин. Креатинін утворюється із креатинфосфату і є складовою частиною сечі. За добу із сечею виділяється креатиніну у чоловіків 8,8-17,7 ммоль/добу, а у жінок – 7,1-15,9 ммоль/добу, (або 1-2 г за добу), що складає 2-7 % азоту всіх азотовмісних сполук сечі. Кількість креатиніну, що виділяється із сечею, залежить від інтенсивності процесів розпаду білків тканин організму і від вмісту креатиніну в продуктах харчування (його багато в м’ясній їжі).

У нормі із сечею доросла людина виділяє 1-2 г креатиніну за добу. Межі коливання залежать від стану мускулатури. Кількість виділеного креатиніну є сталою для кожної людини і віддзеркалює її м'язову масу. У чоловіків на кожний 1 кг маси тіла за добу виділяється із сечею від 18 до 32 мг креатиніну (креатиніновий коефіцієнт), а в жінок – від 10 до 25 мг. Креатиніновий коефіцієнт невеликий у повних і худорлявих людей, але високий в осіб із розвинутими м'язами.

Синтез креатину, з якого утворюється креатинін, відбувається в нирках і печінці. Тому при тяжких ураженнях печінки і нирок кількість креатиніну в сечі зменшується. Крім того, концентрація креатиніну в сечі може зменшуватися у хворих із послабленням білкового обміну, наприклад, при атрофії м'язів та в інших випадках.

Креатинін не реабсорбується з первинної сечі в канальцях нефронів, тому кількість виділеного креатиніну відображає величину клубочкової фільтрації і за його кількістю можна розраховувати об'єм фільтрації й об'єм реабсорбції в нирках. У ниркових хворих із порушенням фільтрації зменшується виділення креатиніну, а вміст його в крові зростає. Захворювання, при яких відбувається руйнування білків (наприклад, інфекційні хвороби, інтоксикації, викликані деякими отруйними речовинами), проявляються підвищенням вмісту креатиніну в сечі (табл.13).

Таблиця 13 Причини і гіпо- і гіперкреатинінурії

Причини гіперкреатинінурії

Причини гіпокреатинінурії

Споживання мясної їжі

Хронічний нефрит з уремією (ниркова недостатність)

Розчавлення мяких тканин (мязів)

Мязова атрофія

Інтенсивна мязова робота

Дегенерація нирок

Після зняття кровозупинного джгута

Лейкемія

Лихоманка

У людей похилого віку

Пневмонія

 

При втраті білкової маси тіла внаслідок тривалого негативного азотового балансу виділення креатиніну зменшується, а креатину зростає, але сумарне виділення цих двох речовин залишається в загальному постійним. Це спостерігається у хворих на цукровий діабет, гіпертиреоз, лихоманку, а також при голодуванні.

Виділення креатину в дітей більше, ніж у дорослих, аналогічно в жінок його більше виділяється, ніж у чоловіків. Посилене виділення креатину буває у вагітних жінок і в ранньому післяпологовому періоді.

Креатинурія має місце й у людей похилого віку як наслідок атрофії м'язів. Найбільший вміст креатину в сечі спостерігається при патологічних станах м'язової системи, особливо при міопатії та м'язовій дистрофії.

Визначення креатиніну в сечі проводять для дослідження функції нирок.

Вміст креатиніну в сечі залежить від харчування, так як крім ендогенного креатиніну в сечі знаходиться ще креатинін екзогенний, який надходить із м’ясною їжею.

Підвищення виділення креатиніну з сечею (гіперкреатинінурія) спостерігають при споживанні м’ясної їжі, роздавленні м’яких тканин (м’язів), інтенсивній м’язовій роботі, після зняття кровозупинного джгута, лихоманці, пневмонії.

Понижений вміст креатиніну в сечі (гіпокреатинінурія) виявляють при хронічному нефриті з уремією (нирковій недостатності). М’язовій атрофії, дегенерації нирок, лейкемії, в людей похилого віку.

Амінокислоти. За добу здорова людина виділяє із сечею близько 2 ‑ 3,0 г амінокислот. Виділяються із сечею як вільні амінокислоти, так і амінокислоти, що входять до складу низькомолекулярних пептидів та парних сполук. У сечі виявлено 20 різних амінокислот та багато продуктів їх обміну. Вміст амінокислот у сечі зростає при різних патологічних станах, що супроводжуються розпадом тканинних білків – у хворих з травмами, при променевій і опіковій хворобі. Зростання концентрації амінокислот у сечі є свідченням порушення функції печінки і, зокрема, пригнічення утворення білків та сечовини.

Зустрічаються порушення обміну окремих амінокислот, що мають спадковий характер. Наприклад, фенілкетонурія, зумовлена спадковою нестачею в печінці ферменту фенілаланінгідроксилази, внаслідок чого заблоковано перетворення фенілаланіну в тирозин. Для виявлення фенілкетонурії застосовують хлорне залізо: до свіжої сечі додають декілька крапель розчину FeCl3 і через 2-3 хвилини спостерігають появу оливково-зеленого забарвлення.

До спадкових порушень обміну амінокислот відноситься й алкаптонурія, при якій у сечі різко зростає вміст гомогентизинової кислоти – проміжного продукту обміну тирозину. Сеча, виділена цими хворими, швидко темніє на повітрі.

 

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВОГО АЗОТУ КРОВІ

 

Залишковим азотом крові називають небілковий азот, тобто азот органічних і неорганічних сполук, який залишається після осадження білків у крові. В нормі вміст залишкового азоту дорівнює 0,2-0,4 г/л. Біля 50 % його припадає на сечовину, 25 % – на азот амінокислот, 7,5 % на креатинін і креатин, 0,5 % на амонійні солі й індикан, 13 % – на інші речовини.

Принцип методу

Залишковий азот крові визначають у безбілковому фільтраті після осадження білків крові з наступною мінералізацією бізбілкового фільтрату концентрованою сірчаною кислотою. Азот всіх досліджуваних фракцій у вигляді аміаку зв’язується з сірчаною кислотою, утворює сульфат амонію, який з реактивом Несслера дає сполуку жовто- оранжевого кольору. Інтенсивність забарвлення пропорційна концентрації аміаку, а значить і залишкового азоту в крові.

 

Клініко-діагностичне значення

 

Підвищення залишкового азоту крові називається азотемією. Азотемія може бути двох видів: абсолютною (нагромадження в крові компонентів залишкового азоту) і відносною (дегідратація організму, наприклад, при блювоті, проносі) (табл.14). Залежно від причин, які викликають захворювання, абсолютна азотемія поділяється на ретенційну і продукційну. Ретенційна азотемія виникає в результаті недостатнього виділення з сечею азотовмісних сполук при нормальному потраплянні їх у кров. Ретенційна азотемія може бути нирковою і позанирковою. При нирковій азотемії підвищення концентрації залишкового азоту в крові відбувається внаслідок порушення екскреторної функції нирок. Цей тип азотемії спостерігаються при гломерулонефритах, пієлонефриті, туберкульозі нирок, амілоїдозі нирок. Позаниркові ретенційні азотемії зумовлені порушенням гемодинаміки і, відповідно, зниженням клубочкової фільтрації. Вони виникають у результаті серцево-судинної декомпенсації, локальному порушенні кровотоку в ниркових артеріях.

 

Таблиця 14 Причини абсолютної та відносної азотемії

АЗОТЕМІЯ

АБСОЛЮТНА (нагромадження в крові компонентів залишкового азоту)

ВІДНОСНА (дегідратація організму)

РЕТЕНЦІЙНА (недостатнє виділення з сечею азотовмісних сполук при нормальному потраплянні їх у кров)

ПРОДУКЦІЙНА (надлишкове поступання у кров продуктів розпаду тканинних білків)

НИРКОВА

ПОЗАНИРКОВА

Порушення екскреторної функції нирок

Порушення гемодинаміки і зниження клуб очкової фільтрації

Лейкози

Блювота

 

Гломерулонефрит

Серцево-судинна декомпенсація

Злоякісні пухлини

Туберкульоз нирок

Локальне порушення кровоточу в ниркових артеріях

Кахексії

Пронос

Амілоїдоз нирок

Лікування глюкокортикоїдами

Опіки

 

Продукційна азотемія зумовлена надлишковим поступанням у кров продуктів розпаду тканинних білків. Функція нирок при цьому не порушена. Азотемію такого типу спостерігають при кахексії, лейкозах, злоякісних пухлинах, лікуванні глюкокортикоїдами.

Зниження вмісту залишкового азоту спостерігають при недостатньому харчуванні та іноді при вагітності.

 

Ліпопротеїни крові

Ліпіди в крові, як правило, містяться у вигляді білково-ліпідних комплексів: хіломікрони, a - ліпопротеїни (або ліпопротеїни високої густини – ЛПВГ), пре- b - ліпопротеїни (або ліпопротеїни дуже низької густини – ЛПДНГ), b - ліпопротеїни (або ліпопротеїни низької густини – ЛПНГ) (табл.15), які можна розподілити за допомогою методів електрофорезу, хроматографії, ультрацентрифугування та ін.

Таблиця 15 Основні кліси ліпопротеїнів

Основні класи ліпопротеїнів плазми крові

Хіломікрони (ХМ)

Ліпопротеїни дуже низької щільності (ЛПДНЩ), або пре-β-ліпопротеїни

Ліпопротеїни проміжної щільності (ЛППЩ)

Ліпопротеїни низької щільності (ЛПНЩ), або β-ліпопротеїни;

Ліпопротеїни високої щільності (ЛПВЩ), або α-ліпопротеїни.

 

Ці комплекси відрізняються за кількістю білка, відсотковим вмістом окремих ліпідних компонентів і відносною молекулярною масою. Так, ЛПВГ містять великий відсоток (45-50 %) білка, а значить і більш високу відносну густину (1,063-1,21), водночас як ЛПНГ і ЛПДНГ містять менше білка і значну кількість ліпідів (до 75 %), а тому мають низьку відносну густину (1,01-1,063).

Транспортуючи холестерин з тканин до печінки, ЛПВГ сприяють його метаболізму і виведенню з організму, зменшуючи ризик відкладання його в судинах і виникнення атеросклерозу (рис.23, 24).

Рис.23. Нормальна артерія

Рис.24.  Артерія з атероматозною бляшкою

 

За допомогою ЛПНГ холестерин транспортується до тканин (надниркових залоз, статевих залоз, мозку тощо). Вони вважаються атерогенними, оскільки їх збільшення призводить до гіперхолестеринемії, атеросклерозу з його наслідками.

 

Окремі класи ліпопротеїнів розрізняються також за складом білків, що входять до них. Білки, що входять до складу ліпопротеїнів плазми крові людини, отримали назву аполіпопротеїнів (апопротеїнів, апобілків, Апо) (табл.16).

 

Таблиця 16. Аполіпопротеїни плазми крові людини

 

Апопротеїн

Класи ліпопротеїнів, до складу яких входять певні апобілки

A-1

ЛПВЩ

А-2

ЛПВЩ

В

ЛПНЩ, ЛПДНЩ

С-1,С-2,С-3

ЛПВЩ, ЛПНЩ, ЛПДНЩ

D

ЛПВЩ

E

ЛПВЩ, ЛПНЩ, ЛПДНЩ

 

Таблиця 17 Апобілки ліпопротеїнів плазми крові людини

 

Апобілки ліпопротеїнів плазми крові людини

 

Апобілки

Ліпопротеїни

Молекулярна маса

Примітка

А-1

ЛПВГ, хіломікрони

28300

Активатор фермента лецитин: холестерол-ацилтрансферази (ЛХАТ)

А-ІІ

ЛПВГ, хіломікрони

17400

Утворені двома ідентичними мономерами, з’єднаними іпопротеїдів містком

В-100

ЛПНГ, ЛПДНГ, ЛПСГ

350000

Синтезуються в печінці

В-48

Хіломікрони, залишки хіломікронів

200000

Синтезуються в кишечнику

С-І

ЛПДНГ, ЛПВГ

7000

Активатор ЛХАТ

С-ІІ

ЛПДНГ, ЛПВГ, хіломікрони

8800

Активатор ліпопротеїнів ліпопротеїнліпази

С-ІІІ

ЛПДНГ, ЛПВГ, хіломікрони

8750

Декілька поліморфних форм в залежності від вмісту сіалової кислоти

Д

Субфракція ЛПВЩ, ЛПВЩ

32500

Можливо ідентичний білку-переноснику ефірів холестеролу

Е (багатий на аргінін)

ЛПДНГ, ЛПВГ, хіломікрони, залишки хіломікронів

34000

Присутній в надлишку в бета-ЛПДНГ у людей, які страждають гіперліпопротеїнемією типу ІІІ. Це єдиний апобілок, який виявляється в ЛПВГ тварин, у яких за допомогою спеціальної дієти була індуковани гіперхолестеролемія

 

Існує п’ять основних сімейств таких білків (А, В, С, D, Е), до яких належать десять основних апопротеїнів: А-1, А-2, А-4, В-48, В-100, С-1, С-2, С-3, D та Е, що входять до складу певних ліпопротеїнів у різних кількісних співвідношеннях (табл.17).

Розділяють ліпопротеїди крові методом центрифугування, оскільки вони розрізняються густиною, або методом електрофорезу (рис. 25). Під час електрофорезу при рН 8,6 ЛВГ переміщаються разом із альфа – глобулінами, ЛНГ – з бета‑глобулінами, ЛДНГ – перед фракцією бета-глобулінів, а хіломікрони залишаються на місці нанесення проби.

8

Рис.25.  Порівняльна характеристика ліпопротеїнів

 

До складу всіх форм ліпопротеїнів крові входять білки, жири, фосфоліпіди, холестерин і його ефіри, але відношення цих компонентів для кожної форми різне (табл.18).

 

Таблиця18. Склад ліпопротеїнів

 

Склад ліпопротеїнів

Білки

Жири

Фосфоліпіди

Холестерин та його ефіри

 

Будова ліпопротеїдів однотипна: всередині знаходяться нерозчинні у воді ліпіди (ефіри холестерину та триацилгліцерини), а у зовнішньому шарі – білки і фосфоліпіди (рис.26).

 

Безымянный

Рис. 26 Класи ліпопротеїнів крові. Співвідношення розмірів молекул та їх складових компонентів.

Тг триацилгліцерин, Х – холестерин, Фл - фосфоліпіди

 

Необхідно зазначити, що ліпопротеїни не є індивідуальними молекулами, а комплексами, асоціаціями молекул, об'єднаних за допомогою гідрофобних сил і, можливо, іонних взаємодій, але без ковалентних зв'язків. Молекулярна маса ліпопротеїнів величезна, від сотень тисяч до мільярдів, при цьому найменша у ЛВГ і зростає у ряді ЛНГ, ЛДНГ і хіломікрони (табл. 19).

У такому ж порядку зростають розміри частинок. Правда, змінюється розмір тільки ядра міцели, а розмір оболонки (її товщина) у всіх ліпопротеїнів складає 2 нм.

Функція кожного класу ліпопротеїнів крові специфічна. Хіломікрони транспортують жири, фосфоліпіди від кишечника до тканин. Інші ліпопротеїни служать для переносу їх від печінки до різних органів і тканин та навпаки.

 

Таблиця 19 Ліпопротеїни плазми крові

Ліпопротеїни плазми крові

Ліпопротеїни

Густина, г/мл

Мол.маса

Діаметр, нм

Концентрація у плазмі крові, г/л

Хіломікрони

0,95

1-10 млрд

30-500

1-2

ЛДНГ

0,95-1,00

5-100 млн

30-75

1-1,5

ЛНГ

1,00-1,06

2-4 млн

20-25

2-4

ЛВГ

1,06-1,21

200-400 тис.

10-15

1-3

Властивості хіломікронів

утворюються в стінці кишечника

містять 85 % ТАГ дієти

є основними транспортними формами ТАГ з кишечника в м’язи і жирову тканину

з кишечника всмоктуються в лімфатичну систему, а потім попадають в кров

частково деградують під впливом ліпопротеїнліпази

ремнанти хіломікронів захоплються печінкою

 

Транспорт холестерину

Перенесення холестерину кров'ю здійснюється ліпопротеїнами. На схемі показано утворення ліпопротеїнів плазми крові, їх циркуляція і роль у перенесенні холестерину від печінки до інших тканин і навпаки (рис. 27).

Із печінки холестерин виноситься разом із жиром у складі ліпопротеїнів дуже низької густини. У капілярах жирової й інших тканин ліпопротеїнліпаза каталізує гідроліз жирів ЛДНГ, і жирні кислоти захоплюються клітинами. Після втрати значної кількості жиру ЛДНГ стають у плазмі крові ліпопротеїнами низької густини, оскільки вміст жиру в них знижується із 50 % до 7 %, а холестерину зростає від 20 % до 45‑50 %. У ліпопротеїнах містяться в основному ефіри холестерину, а не вільний холестерин (табл.20).

 

Безымянный

Рис.27. Метаболізм ліпопротеїнів плазми крові

Б – білок, ФЛ – фосфоліпіди, Тр – триацилгліцерин, Х – холестерин, ЕХ – ефіри холестерину, ЖК – жирні кислоти

 

Таблиця 20. Властивості ліпопротеїнів дуже низької густини

Властивості ЛДНЩ

утворюються в печінці

містять 50 % ТАГ і 22 % холестеролу

два апопротеїни — aпо B-100 і aпo E

основні транспортні форми ТАГ, що синтезуються в організмі (печінці)

доставляють ТАГ з печінки до периферійних тканин (м’язів для енергії, жирова тканина для зберігання)

зв’язуються з мембран-зв’язаною ліпопротеїн ліпазою (триацилгліцероли знову деградують до вільних жирних кислот і моноацилгліцеролу)

 

Головна функція ліпопротеїнів низької густини (ЛНГ) – це транспорт холестерину до позапечінкових органів і тканин, де він використовується як структурний компонент мембран чи попередник при синтезі стероїдних речовин. ЛНГ мають менші розміри, ніж хіломікрони та ЛДНГ, і завдяки цьому здатні проникати у позасудинний простір, де зв'язуються із специфічними білками-рецепторами на поверхні клітин (табл.21).

Таблиця 21 Основні властивості іпопротеїдів низької густини

Основні властивості іпопротеїдів низької густини (ЛНГ)

ЛНЩ утворюються в крові з ЛПЩ і в печінці з ЛПЩ (фермент – печінкова ліпаза)

 

ЛНЩ збагачені холестеролом і ефірами холестеролу (містять близько 50 % холестеролу) Білковий компонент – aпo B-100

ЛНЩ – основний переносник холестеролу (транспортують холестерол до периферійних тканин)

 

Комплекси ЛНГ з рецепторами надходять шляхом ендоцитозу у клітини, після чого ліпопротеїнові частинки захоплюються лізосомами. Ферменти лізосом гідролізують білкову і фосфоліпідну оболонку іпопротеїдів, гідролізують ефіри холестерину, що містяться в ядрі міцели. У результаті в клітинах зростає вміст вільного холестерину, який або використовується для побудови мембран і синтезу стероїдних речовин (гормонів, вітаміну D3), або депонується у вигляді холестеридів. Підвищення вмісту холестерину в клітинах пригнічує синтез у них білків-рецепторів до ЛНГ і, таким чином, зменшує захоплення клітинами нових ліпопротеїнових частинок. Це, у свою чергу, призведе до зростання концентрації холестерину в крові.

При спадковій сімейній гіперхолестеринемії (гіпербеталіпопротеїнемії) внаслідок генетичного дефекту чи порушенні синтезу білків-рецепторів до ЛНГ знижується поглинання ліпопротеїнів клітинами. У крові зростає концентрація ЛНГ і холестерину, який міститься у цих ліпопротеїнах. При цій спадковій хворобі дуже рано розвивається атеросклероз. Гомозиготна форма цієї хвороби призводить до смерті у віці до 20 років (табл.22).

Транспорт холестерину від клітин різних органів і тканин до печінки здійснюється за допомогою ліпопротеїнів високої густини (ЛВГ). Вони утворюються в печінці, надходять у кров і забирають надлишок холестерину із поверхні периферичних клітин (табл.23). Молекули вільного холестерину із мембран клітин надходять у зовнішню оболонку ЛВГ, де розміщуються між гідрофобними ланцюгами фосфоліпідів.

 

Таблиця 22 Стани, повязані з ожирінням

Холестерин ЛПНЩ

Стани, повязані з ожирінням

Тісно корелює з розвитком атеросклерозу; зростання вмісту на 10 % підвищує кардіоваскулярний ризик на 20 %.

Цей ризик зростає за наявності:

-зниження вмісту холестерину ЛПВЩ

-паління

-артеріальної гіпертензії

-цукрового діабету

Саме маленькі щільні часточки ЛПНЩ є найбільш атерогенними

Запалення

Гіпертензія

Дисліпідемія

Діабет 2 типу

Тромбоз

Атеросклероз

Описание: http://internal.mif-ua.com/frmtext/VM/2009/3%2815%29-2009/93/20%281%29.png

 

Таблиця 23 Властивості ліпопротеїнів високої щільності

Властивості ЛВЩ

утворюються в печінці і в стінці кишечника

містять 50 % білка

на поверхні міститься багато білка, який визначає високу щільність ЛВЩ

основні транспортні форми холестеролу з периферійних тканин до печінки

молоді форми або ЛВЩ мають диско видну форму чи дископодібну форму, дорослі мають сферичну форму

запобігають розвитку ателосклерозу

 

У плазмі крові з ЛВГ зв'язується фермент лецитин-холестерин-ацилтрансфераза (скорочено ЛХАТ). Цей фермент каталізує реакцію утворення ефірів холестерину за рахунок перенесення залишку жирної кислоти із положення С-2 холінфосфатиду (лецитину) на холестерин:

Обидва субстрати, холінфосфатид і холестерин, локалізовані поряд у зовнішній оболонці ЛВГ. Оскільки продукти реакції – ефіри холестерину – не мають гідрофільної частини, вони переміщаються із оболонки ліпопротеїну в його ядро. Внаслідок цього вміст холестерину в оболонці ліпопротеїну зменшується і звільняється місце для надходження нових порцій холестерину. У холінфосфатиді в положенні С-2 приєдані в основному ненасичені жирні кислоти, тому утворюються ефіри холестерину з лінолевою кислотою.

Обмін холестерином і його ефірами здійснюється і між циркулюючими у крові ліпопротеїнами, при цьому вільний холестерин, а також фосфоліпіди і триацилгліцерини переносяться із ЛДНГ і ЛНГ до ЛВГ, а на їх місце переносяться ефіри холестерину. Крім того, ліпопротеїни різних класів обмінюються білками, що входять до складу оболонки частинок. Внаслідок цих перенесень ЛВГ, які надходять із печінки у формі диску, стають сферичними. В їх ядрі міститься велика кількість ефірів холестерину. Саме ЛВГ сферичної форми захоплюються печінкою. Здатність ЛВГ забирати надлишок холестерину від клітин і інших ліпопротеїнів, переводити його у холестериди і транспортувати до печінки, де холестерин зазнає подальших перетворень, забезпечує їх антиатерогенну дію. У печінці ЛВГ розпадаються, холестерин вивільнюється і поповнює загальний фонд холестерину. Клітини печінки захоплюють також ЛНГ рецепторним механізмом. При цьому виключається синтез у печінці ендогенного холестерину, синтез білка – компонента ЛДНГ, а включається синтез білка – компонента ЛВГ. Тим самим пригнічується секреція ЛДНГ і стимулюється секреція ЛВГ.

Принцип визначення і клінічна оцінка співвідношення альфа і бета-ліпопротеїнів

Метод грунтується на електрофоретичному розділенні на фракції заздалегідь пофарбованих суданом чорним ліпопротеїнів сироватки крові з наступним визначенням оптичної густини екстрагованих фракцій і вирахуванням відсоткового співвідношення між a - ЛП і b – ЛП (табл.24).

 

Таблиця 24 Ліпідограма людини

Ліпопротеїн

Вміст

Загальний холестерол

3.3-5.3 ммоль/л

ЛНЩ

< 100 мг %

ЛВЩ

>40 мг %

Співвідношення ЛНЩ/ЛВЩ

2.5/1

 

Клініко - діагностичне значення

При гострих гепатитах, цирозах печінки, застійних жовтяницях спостерігаєть зменшення a - ЛП у сироватці крові. Збільшення фракції b - ЛП може мати місце при цукровому діабеті, гіпотирозі, атеросклерозі, глікогенній хворобі.