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

БІОХІМІЯ КРОВІ

Кров – рідка специфічна тканина, яка є внутрішнім середовищем організму. Вона складається з плазми і клітинних елементів: еритроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів. В крові містяться білки, жири, вуглеводи, мінеральні речовини, ферменти, вітаміни і гормони.

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.

БІОХІМІЯ КЛІТИН КРОВІ

У крові розрізняють два види клітин – білі й червоні кров'яні тільця. 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.

Лейкоцити

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. Основне їх призначення – захист організму від мікроорганізмів і вірусів. 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.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

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. 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+.

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.

Еритроцити

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

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.

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

Глобін є олігомерним білком, що містить 4 поліпептидних ланцюги. 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 .

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.

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. Серпоподібні клітини менш стабільні й швидко зазнають лізису.

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.

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.

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. Таким чином, міоглобін пристосований до ефективного зв'язування, запасання киснем і забезпечення ним процесу тканинного дихання в м'язовій тканині.

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.

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.

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. 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.

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 альбумін. Його вклад в онкотичний тиск плазми складає 75-80 %. 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, білірубіну, стероїдних гормонів, іонів металів, а також багатьох лікарських речовин. Зв'язуються ці ліганди різними ділянками молекули альбуміну. Він зумовлює також детоксикуючу функцію крові.

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.

Фракція гама-глобулінів містить, головним чином, антитіла (імуноглобуліни). Синтезуються імуноглобуліни В-лімфоцитами. 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. 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. 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.