Тема 6. Роль печінки в метаболізмі ендогенних регуляторних сполук і метаболічних перетвореннях екзогенних біологічно активних речовин. Участь печінки у водно-сольовому обміні…………………………………………..(8 год.)

Детоксикаційна функція печінки та її фізіологічне значення й методи вивчення.

Участь печінки в обміні гормонів.

Деградація та виведення продуктів розпаду регуляторних сполук за участю гепато-біліарної системи.

Печінка і водно-сольовий гомеостаз.

“Печінка є найвірнішим вартовим організму, перетворюючи отруйні для інших органів речовини, які надходять із травного каналу, в нешкідливі”

І. П. Павлов

5 – синтез холіну та креатину.

СЕЧОВА КИСЛОТА МЕТАБОЛІЗМ ПУРИНІВ І ПІРИМІДИНІВ

Детоксикаційна функція печінки полягає у метаболічних перетвореннях, тобто біохімічній трансформації в її паренхімі величезної кількості потенційно шкідливих (токсичних) для інших органів і тканин сполук, як ендогенного (продукти власного обміну, продукти життєдіяльності симбіонтної мікрофлори), так і екзогенного походження (ксенобіотики, синтетичні антропогенні органічні й неорганічні речовини тощо). Численні біохімічні реакції здійснюються різноманітними ферментами, спектр яких у печінки найбагатший серед усіх внутрішніх органів (Таблиця. Ферменти клітин печінки). Відповідно до здійснюваних ферментативних перетворень, яким піддаються речовини під час біотрансформації, вирізняють наступні реакції біотрансормації:

- Синтез відносно нешкідливих і водорозчинних сполук із токсичних ендогенних метаболітів. Прикладом є утворення сечовини із аміаку, який виникає при дезамінуванні амінокислот. Аміак цитотоксичний і у великих концентраціях пошкоджує перш за все нервові клітини. У водних хребетних тварин проблема знешкодження аміаку не є такою актуальною, оскільки він одразу ж виводиться в навколишнє водне середовище (амоніотелічні організми), наприклад, у риб через зябра. У птахів і рептилій із аміаку утворюється сечова кислота, яка виводиться із організму в нерозчиненому вигляді (урикотелічні організми). У багатьох наземних хребетних (амфібії, ссавці) і у людини зокрема аміак перетворюється на сечовину, яка і виводиться у розчиненому вигляді нирками (уреотелічні організми). Оскільки дезамінування амінокислот відбувається переважно у печінці, то й синтез сечовини відбувається у ній. Сечовина синтезується у циклічній послідовності реакцій виключно у мітохондріях і цитоплазмі гепатоцитів (Схема. Цикл сечовини). Причому переміщення проміжних сполук циклу сечовини між цими двома компартментами гепатоцита здійснюється виключно спеціальними переносниками. Синтез сечовини вимагає значних витрат енергії (на утворення 1 молекули сечовини витрачається 4 молекули АТФ).

- Модифікація ендогенних та екзогенних сполук шляхом ферментативного введення до їх молекул функціональних груп, наприклад –ОН і –СН₃, або ж ферментативна зміна (відщеплення, модифікація) існуючої функціональної групи молекули цієї сполуки. Реакції модифікації протікають у гладенькому ендоплазматичному ретикулумі гепатоцитів. До модифікацій належать наступні реакції:

1 – гідролітичне розщеплення Саме таким чином руйнуються в печінці етерні сполуки і пептиди. Приклади: (Схема. Гідроліз ацетилсаліцилової кислоти, Схема. Розщеплення пептидних гормонів)

2 – окислення До цієї групи реакцій належать гідроксилювання, дезалкілування, дезамінування, введення епоксидних груп, утворення сульфоксидів. Реакції окислення каталізує система цитохрому Р450. Характрна риса цієї системи – здатність до індукції субстратами, полягає у значному зростанні ферментативної активності системи при збільшенні концентрації субстратів. Слід відзначити, що така індуцибельність не стосується високо специфічних ферментів стероїдного обміну. (Схеми… Гидроксилювання холестеролу із утворенням )

3 – відновлення У печінці здійснюється відновлення карбонільних груп, азо- і нітросполук, дегалогенування. (Схеми… Дегалогенування )

4 – метилювання Введення метальної групи до структури сполуки веде до … Шляхом метилювання інактивуються катехоламіни. (Схема. Метилювання норадреналіну)

5 – десульфурування (Схема. Десульфурування)

Детальніш про цитохром Р450.

- Кон’югація полягає у зв’язуванні субстрату із високо полярною сполукою, яка несе негативний заряд. Продукти реакцій кон’югації називають кон’югатами. Такі реакції каталізуються трансферазами. Субстратами для трансфераз виступають білірубін, стероїдні гормони, модифіковані ксенобіотики, лікарські речовини. У якості полярної сполуки з якою зв’язується субстрат перш за все виступає глюкуронова кислота (пригадаймо глюкуронокон’югати білірубіну), фосфоаденозинфосфосульфат (надає для утворення сірчанокислих ефірів сульфат і так з’являютья сульфокон’югати), амінокислоти гліцин і таурин (гліко- і таурокон’югати), глутамін. Приклади і схеми.

Таким чином, інактивація гормонів у печінці, в залежності від їх природи, протікає різними шляхами. Пептидні гормони гідролізуються протеазами. Молекула інсуліну інактивується в два етапи: відновлення дисульфідних зв’язків з вивільненням поліпептидних ланцюгів і їх гідроліз інсуліназою. Процес протікає швидко, при однократному проходженні крові через печінку руйнується 80% гормону. Катехоламіни (адреналін, норадреналін) в гепатоцитах піддаються метилуванню, окислювальному дезамінуванню і кон’югації з сірчаною та глюнуроновою кислотою. Продукти катаболізму виводяться сечою. Стероїдні гормони в ЕПР гідролізуються при участі гідроксилаз, коньюгуються з глюнуроновою або сірчаною кислотою і також виводяться з сечею.

Приклад із естрогенами їх глюкуронокон’югатами і холестазом. Глюкуронокон’югати естрадіолу виявляють холестатичну дію пригнічуючи активність транспортних білків каналікулярного домену плазматичної мембрани гепатоцитів, які забезпечують надходження до жовчних каналікул специфічних речовин, перш за все холатів. Як наслідок – холестатичні ураження печінки зустрічаються значно частіше у жінок, а особливою проблемою є холестаз вагітних.

Знезараження продуктів гниття амінокислот, що утворюються під дією мікрофлори кишечнику, відбувається слідуючим чином. Трупні яди (кадаверин та путресин) – виводяться з сечею в незмінному вигляді, крезол та фенол, що утворюються при розпаді тирозину, скатол і індол при розпаді триптофану, всмоктуються в кровообіг і затримується в печінці, утворюючи кон’югати з глюнуроновою і сірчаною кислотою, а скатол деметилюється, перетворюючись в індол, який коньюгується і виділяється у вигляді калієвої солі (тваринний індикан). Інтенсивність цього процесу пропорційна інтенсивності процесів гниття в кишечнику і швидкості знезараження в печінці. Тому вміст індикану служить показником функціонального стану печінки.

Тому при операції Екка спостерігається отруєння токсичними продуктами гниття амінокислот. Собака із такою зміною кровобігу (ворітна вена веде не до паренхіми печінки, а одразу у нижню порожнисту вену) відмовляється від м’яса і зрештою гине.

Приклад із активацією низки лікарських препаратів. Приклад із канцерогенами.

Метаболізм лікарських препаратів включає окислення, що каталізується мікросомальними оксидазами. Вони представляють собою ферментні комплекси, що вимагають молекулярного кисню та НАДФ•Н₂.Ферментні системи, що каталізують знезараження лікарських препаратів і других сполук, що проникають з зовнішнього середовища, не були сформовані в організмі в еволюційному процесі. Здатність до знезараження в організмі набута. З віком ця властивість у печінки зростає.

Активність оксидаз може бути підсилена індукторами, що представлють собою різні хімічні агенти і лікарські сполуки (гормони, лікарські препарати, інсектициди, канцерогени).

Відомі сполуки, що змінюють активність мікросомальних систем окислення. Класичний приклад - фенобарбітал. При його введенні кількість цитохромму Р₄₅₀ збільшується в 3-4 рази. Це супроводжується інактивацією етилморфіну, антипіріну, кумаринових препаратів. Після відміни фенобарбіталу індукція гальмується, що викликає підсилення ефекту інших лікарських препаратів. Наприклад, доза кумаринових препаратів на фоні відміни фенобарбіталу, може бути токсична. Другий приклад – етанол. Його перетворення в ацетальальдегід протікає з участю оксидаз ЕПР (цитохром Р450). У людей, що споживають великі дози алкоголю, концентрація цитохрому Р₄₅₀ підвищена. Тому у алкоголіків у тверезому стані виведення барбітуратів підсилене і вони не дають терапевтичного ефекту. Напроти, епізодичний прийом алкоголю гальмує інактивацію барбітуратів тому, що етанол конкурує з ними за фермент. До дії етанолу приєднується дія барбітуратів, що може привести до смерті. Індуктори можуть бути використані як лікарські препарати. Так введення фенобарбіталу може знизити концентрацію білірубіну.

Зараз відома ціла група речовин, що викликають рак – канцерогени – бензапірен, бензантрицен, циклічні ароматичні вуглеводи. Особливістю їх перетворення є те, що їх метаболіти теж є концерогенами. Так, бензантрацен в процесі перетворення, перетворюється в оксид-концероген. Друга група – ароматичні аміни, що використовуються для виробництва анілінових барвників. Вони можуть викликати рак слизової оболонки. Афлотоксини – метаболіти деяких видів плісняви, афлотоксин В₁ може викликати рак печінки.

Печінка забезпечує знешкодження важких металів, оскільки їх зв’язування і відповідно знешкодження відбувається за участі білку печінки – металотіонеїну. У амінокислотній послідовності цього білка міститься багато залишків цистеїну, завдяки чому він має високу спорідненість до іонів двовалентних металів (кобальт, мідь, ртуть, цинк тощо). Слід відмітити, що саме ці іони є індукторами синтезу металотіонеїну.

Як же дослідити детоксикуючу функцію печінки?

1. Для визначення потужності детоксикаційних процесів у печінці, її поглинально-видільної функції застосовують різноманітні методи, серед яких ті, що дозволяють визначити вміст у організмі метаболітів токсичних сполук, діагностичні проби з уведенням холеофільних барвників (бромсульфалеїнова проба, проба з вофавердином). Бромсульфалеїн відносять до так званих холеофільних барвників, які, зазнаючи детоксикації, утворюють парні сполуки та виводяться з жовчю й можуть розглядатися як показники антитоксичної функції печінки Поглинання бромсульфалеїну з крові та його виділення в жовч подібні до біотрансформації білірубіну в печінці. При порушенні поглинання барвника та сповільненні його виділення до жовчі різко порівняно з нормою (норма – 10%) зростає його виділення із сечею. За відсотковим вмістом барвника в плазмі, сечі або дуоденальній пробі роблять висновок про поглинально-видільну функцію печінки (ретенційний тест). Якщо через 45 хвилин після введення у крові людини залишається не більше 5% барвника, пробу вважають нормальною (негативною), більше 6% - патологічною (позитивною). Для гострих та хронічних гепатитів, цирозів характерне подовження процесу виділення бромсульфалеїну на 10 – 100%. Порівняно висока частота порушення екскреторної функції печінки спостерігається і у хворих на жирову дистрофію цього органу. Бромсульфалеїнову пробу також використовують для проведення кліренсного дослідження поглинальної функції печінки, що характеризує швидкість очищення плазми від барвника за одиницю часу і є більш точним, ніж ретенційний тест. Окрім бромсульфалеїну, для дослідження поглинально-видільної функції печінки застосовують інші барвники, наприклад вофавердин. На відміну від бромсульфалеїну, цей барвник майже не має алергічних властивостей, добре переноситься хворими, поглинається і екскретується в цілому лише печінкою. Принцип методу, що складає основу так званої бромсульфалеїнової проби полягає в тому, що бромсульфалеїн у лужному середовищі забарвлюється у фіолетовий колір.

2. Гепатоцит має так звану мікросомальну систему окиснення, представлену ферментами ендоплазматичного ретикулуму, де зазнають перетворення чужорідні для організму сполуки (ксенобіотики) та ендогенні метаболіти. Основою цієї системи є монооксигеназна гідроксилююча система, що переводить гідрофобні сполуки в більш гідрофільні після набуття їх молекулами групи ОН. Ключовим елементом гідроксилюючої ферментної системи є ланцюг окиснення, що складається, загалом, з НАДФ-редуктази, цитохромів Р-450 і b₅. Найтиповіша реакція монооксигеназної системи – окиснення ліпофільних субстратів при активації молекулярного кисню схематично виглядає так:

R-H + HAДФH + O₂ + 2H⁺ → R-OH + HАДФ⁺ + H₂O

де R-H – молекули ліпофільного субстрату (вихідна); R-OH – окиснена молекула ліпофільного субстрату; HAДФH – кофактор окиснення.

In vivo загальну активність гідроксилюючої ситеми печінки можна визначати за тривалістю гексеналового сну у тварин. Гексенал (1,5-диметил-5(циклогексан-1-іл)-барбітурат натрію) є типовим ксенобіотиком. У медичній практиці він застосовується при короткотривалих операціях. Повністю метаболізується у печінці з утворенням неактивних метаболітів, тому зміни тривалості гексеналового сну є адекватним и досить інформативним показником стану монооксигеназної системи печінки. Для ін’єкцій гексенал розчиняють у воді або фізіологічному розчині і зберігають протягом короткого періоду (не більше 1 години), оскільки його розчини є нестабільними, легко гідролізуються, розкладаються при стерилізації. За тривалого застосування можуть пригнічувати дихальну функцію і діяльність судинорухового центру стовбура головного мозку. В умовах експерименту лабораторним тваринам, наприклад, щурам, гексенал вводять у вигляді розчину внутрішньочеревно в дозі 80-100 мг на кг маси тіла тварини. Тварини досить швидко засинають, відкидаючись на бік. Момент просинання, який супроводжується у щурів кліпанням повік і ворушінням вусами, фіксується експериментатором за допомогою секундоміру, так само, як і момент поринання у сон. Тривалість гексеналового сну залежить від дози препарату та індивідуальних особливостей перебігу біохімічних процесів у кожної особини, перш за все від активності детоксикаційної функції печінки. Визначним фактором тривалості гексеналового сну вважається інтенсивність гідроксилювання гексеналу. Залежність між тривалістю гексеналового сну та інтенсивністю гідроксилювання препарату є обернено пропорційною. Вказаний метод визначення детоксикаційної функції печінки ґрунтується на тому, що гексенал (1,5-диметил-5(циклогексан-1-іл) - барбітурат натрію) метаболізується шляхом гідроксилювання ферментами ендоплазматичної сітки клітин печінки щурів. Залежність між тривалістю гексеналового сну та інтенсивністю гідроксилювання препарату є обернено пропорційною. Тривалість гексеналового сну, як вказувалось вище, залежить від дози препарату та індивідуальних особливостей перебігу біохімічних процесів. Істотний вплив може виявити отримання тваринами заздалегідь індукторів печінкових ферментів гідроксилювання.

3. У кишці ароматичні амінокислоти (фенілаланін, тирозин) під дією ферментів розщеплюються з утворенням отруйних фенолів. Останні, потрапляючи ворітною веною до печінки, знешкоджуються шляхом сполучення із сульфатною або глюкуроновою кислотами. Вони менш отруйні, ніж феноли, і виводяться з організму із сечею в кількості 0,2 – 0,3 г за добу. Тому у сечі людини завжди містяться парні сполуки – ефіри сульфатної кислоти у вигляді солей – фенолу сульфат, крезолу сульфат, утворення яких відбувається саме у печінці. Принцип визначення ефірів сульфатної кислоти у сечі полягає у тому, що залишок сульфатної кислоти реагує з барію хлоридом і випадає в осад у вигляді нерозчинної барієвої солі. Для вивільнення сульфатної кислоти з ефіросульфатних кислот їх піддають гідролізу шляхом нагрівання з хлоридною кислотою. Якщо сеча містить білок, то його заздалегідь осаджують шляхом додавання ТХОК.

Печінка відіграє значну роль у водно-сольовому обміні:

• як депо крові, а отже рідин

• як місце синтезу альбумінів, що регулюють обводненість тканин завдяки онкотичним властивостям

• як місце депонування багатьох іонів та мікроелементів: залізо, мідь, калій, натрій, марганець, молібден, кобальт, цинк тощо

• як регулятор кислотно-лужного балансу, оскільки здійснює численні метаболічні реакції, наприклад сечовиноутворення є акцептором іонів бікарбонату

Печінка відіграє ключову роль у підтриманні гормональної регуляції функціонування організму:

• як місце інактивації майже всіх гормонів

• як місце синтезу білків транспортерів гідрофобних гомонів (статевих стероїдів і кортикостероїдів)

• як місце синтезу ангіотензиногену, попередника ангіотензину, який утворюється у крові під впливом ферменту продукованого нирками – реніну, і це ще один спосіб яким печінка долучається до регуляції кровообігу.

• продукує специфічні білки, що мають гормональну активність (гепатокіни), зокрема, ймовірно, що печінковий селенопротеїн відіграє важливу роль у резистентності до інсуліну, впливаючи на безпосередні фактори, що викикають інсулінорезистентність – адіпокіни жирової тканини Це питання потребує подальшого вивчення!

Печінка займає провідне місце у обміні вітамінів:

• Багато вітамінів (A, B1, D, E, K) депонуються у печінці.

• Вітаміни В1, В2 і В6 активуються в печінці.

• Жиророзчинні вітаміни всмоктуються в кишечнику тільки за наявності жовчних кислот.

Печінка виконує в організмі основну антитоксичну функцію і не терпить до себе зневажливого ставлення.

АЛКОГОЛЬ

От 80 до 85% алкоголя вначале окисляется до ацетальдегида при помощи АлкДГ (см. рис. 20-3). Этот процесс происходит в цитозоле. Находящий­ся в митохондриях и цитозоле ацетальдегид может оказывать повреждающее действие на клетку, вызывая разрушения мембраны и некроз. Ацеталь­дегид превращается в ацетил-КоА при участии АлдДГ, действующей как коэнзим (см. рис. 20-3).

В дальнейшем ацетил-КоА может расщепляться до ацетата, который окисляется до углекислого газа и воды, либо, участвуя в цикле лимонной кисло­ты, превращается в другие важные биохимические соединения, в том числе в жирные кислоты. В процессе превращения алкоголя в ацетальдегид и далее в ацетил-КоА НАД играет роль кофактора и акцептора водорода. НАДН обеспечивает челноч­ный транспорт в митохондриях, вызывает измене­ние отношения НАДН/НАД и окислительно-вос­становительного потенциала печени. Образующий­ся водород замещает жирные кислоты в качестве топлива, что ведёт к накоплению триглицеридов и жировой печени. Изменяется окислительно-вос­становительный потенциал печени, подавляется синтез белка, усиливается перекисное окисление липидов (ПОЛ) [90].

Некроз зоны 3 влечёт за собой снижение актив­ности АлкДГ и АлдДГ печени.

АлкДГ слизистой оболочки желудка может ме­таболизировать некоторое количество алкоголя, однако у людей, злоупотребляющих алкоголем, атрофия слизистой оболочки желудка может при­вести к подавлению этого процесса.