Tomchuk_POSІB_VET_BІOHІMІJa

гепатиті, явищах гепатотоксичності, остеомаляції, новоутвореннях печінки та кісток.

Кисла фосфатаза (КФ) представлена трьома різновидами ізоензимів — II, III і IV. КФ II виявляє оптимальну дію при рН = 4,6. Найбагатшим джерелом цього лізосомального ензиму є передміхурова залоза, фосфатазна активність якої приблизно в 1000 разів перевищує активність цього ензиму в кістковій тканині, печінці, селезінці, нирках і еритроцитах.

КФ III (оптимум активності при рН = 3,4–4,4) знаходиться в печінці та інших паренхіматозних органах, КФ IV (оптимум активності при рН = 5,2–6,2) – в еритроцитах і тромбоцитах.

Оскільки еритроцити містять помітні кількості КФ, гемолізовані зразки крові зовсім не придатні для діагностичного визначення

γ-Глутамілтранспептидаза (γ-ГТП). Значне підвищення активності спостерігається при захворюваннях печінки та внутрішньопечінкових жовчовивідних шляхів з явищами обтурації (обтураційна жовтяниця різного генезу, гепатити, пухлини печінки й метастази в печінку).

Помірне підвищення – при алкогольній інтоксикації та хронічній інтоксикації, гострому панкреатиті, ураженнях паренхіми нирок, отруєннях гепатотропними отрутами.

Креатинфосфокіназа. Фізіологічне підвищення активності креатинкінази (КФК) виявлено в сироватці крові: у новонароджених (невелике), у перші дні після родів, при фізичному навантаженні.

Значне підвищення – при інфаркті міокарда, дистрофії м’я- зів, травматичних ушкодженнях м’язів (роздробленнях), шоку й недостатності кровообігу.

Помірне підвищення – при інфаркті міокарда (дрібноосередковий), обмеженому ушкодженні скелетних м’язів, судомах, гіпотиреозі, розладах мозкового кровообігу, травмах мозку, гострому стресовому стані.

Диференційно-діагностичне значення визначення активності КФК можна підсилити розділенням ізоензимів. Так, виявлення МВ-ізоензиму свідчить про ураження міокарда, ВВ – головного мозку, а також гладеньких м’язів травного каналу і сечовидільного тракту. Ізофермент ВВ може помірно зростати при злоякісних новоутвореннях бронхів й молочної залози. Враховуючи

161

більш широкий діапазон змін КФК–ВВ, можна сказати, що специфічність цього ензиму не така значна, як КФК–MB.

Певне значення має визначення ізоензимного спектра при розмежуванні інсульту та інфаркту міокарда, інфаркту легені.

Лактатдегідрогеназа. Значне підвищення активності в сироватці крові встановлено при інфаркті міокарда, гострому вірусному гепатиті, анемії, лейкозах, гемолітичному стані, нефропатії, гострих масивних ураженнях скелетних м’язів.

Помірне підвищення – при хронічних ураженнях печінки, цирозах у стадії загострення, панкреатиті, пневмонії, інфаркті міокарда, інфаркті нирки, легень, мозку, злоякісних новоутвореннях, прогресуючій м’язовій дистрофії.

Будь-яка тканинна деструкція супроводжується збільшенням активності ЛДГ в сироватці, при цьому ступінь гіперензинемії залежить від глибини й поширеності процесу. Органна специфічність цього ензимного тесту значно зростає при визначенні ізоформ. Збільшення вмісту ЛДГ1 має велике значення при діагностиці інфаркту міокарда, ЛДГ2 та ЛДГ3 – гострого лейкозу. ЛДГ4 і ЛДГ5 – паренхіматозного ураження печінки, ЛДГ3 – ізоензим, активність якого зростає при багатьох злоякісних захворюваннях. Чітка й закономірна зміна ЛДГ1 при інфаркті міокарда та ЛДГ5 – при гепатитах забезпечує високу органну специфічність цих ізоформ. Значної діагностичної цінності набуває визначення ізоензимного спектра ЛДГ при хронічних захворюваннях печінки – як критерій активності процесу. Так, вимірювання активності ЛДГ4 і ЛДГ5 виявилось надійнішим та інформативнішим показником у цих випадках, ніж визначення активності амінотрансфераз та інших ензимів.

Заслуговує на увагу дослідження ізоформ ЛДГ для оцінки вираженості структурних ушкоджень серцевого м’яза і печінки в групі захворювань з ураженням цих органів. Так, підвищення ЛДГ4 і ЛДГ5 у сироватці крові хворих на інфаркт міокарда, хронічну коронарну недостатність, міокардит свідчить про ступінь ураженості печінки («шокова» або «застійна» печінка), а збільшення ЛДГ1 і ЛДГ2 при гепатитах – про вираженість дистрофічних змін у міокарді.

Ліпаза. Значне підвищення її активності виникає при гострому панкреатиті (майже в 200 разів порівняно з нормою). Рекомендується визначати активність ліпази паралельно з

162

амілазою при ураженнях підшлункової залози. Гіперліпаземія триває довше, ніж амілаземія, тому може вважатися більш інформативним критерієм ступеня одужання. Широко застосовується для оцінки функції підшлункової залози.

Помірне підвищення можливе при перфорації виразки шлунка, перитонітах, ентеритах, пухлинному процесі, отруєннях сильнодіючими препаратами.

Сорбітолдегідрогеназа. Значне підвищення СД спостерігається при гострому інфекційному гепатиті (у 5–10 разів порівняно з нормою).

Помірне підвищення – при токсичному гепатиті (лікарські гепатити, отруєння гепатотропними отрутами), загостреннях хронічного гепатиту, цирозі.

Визначення її активності має важливе діагностичне значення при розмежуванні паренхіматозної та механічної жовтяниць.

Низькі значення активності СД у сироватці крові трапляються в нормі і при неускладненій запальним процесом механікній жовтяниці. Різке збільшення активності ензиму при гострому гепатиті забезпечує цьому показникові високу надій-ність та інформативність порівняно з іншими ензимами, які при цьому застосовують (лужна фосфатаза, 5-нуклеотидаза).

Важливим є ще й той факт, що при інфаркті міокарда, захворюваннях нирок і скелетних м’язів рівень активності СД у сироватці крові практично не змінюється. Тому підвищення активності ензиму характерне переважно для ураження паренхіми печінки. Як ранній діагностичний критерій СД поступається АлАТ. СД найчастіше використовується з диференційно-діагнос- тичною метою при захворюваннях гепатобіліарної системи.

Трансамідиназа. Значне підвищення активності викликають хронічний пієлонефрит у фазі порушення азотовидільної функції, хронічний нефрит у термінальній фазі, нефротичний синдром, зумовлений амілоїдозом нирок і тромбозом ниркових вен. Помірне підвищення – хронічний нефрит без порушення азотовиділювальної функції, залишкові явища гострого нефриту, панкреатит.

Одиниці активності ензимів. У біологічних об’єктах ензи-

ми знаходяться в дуже мізерних концентраціях, тому для оцінки ензимних процесів визначають не їх вміст, що пов’язано з великими труднощами, а швидкість каталізованої реакції. Швидкість

163

таких реакцій залежить як від активності, так і від кількості ензиму.

Дослідження проводять в умовах оптимальної температури (25 С), рН середовища і повного насичення ензиму субстратом. Швидкість реакції оцінюють за кількістю розщепленого субстрату або за кількістю утвореного продукту реакції.

За міжнародну одиницю активності ензиму приймається та його кількість, що перетворює один мікромоль субстрату (мкмоль) за одну хвилину в стандартних умовах: при t 25 °С, атмосферному тиску 1013 гПа (МО = мкМ/хв).

Новою міжнародною одиницею активності ензиму є катал (кат). Він відповідає кількості ензиму, що перетворює 1 моль субстрату в продукт за 1 с (кат = М/с). Відношення міжнародної одиниці (МО) до каталу виражається таким чином: 1 кат = 1 М·с-1

= 60 М·хв-1 = 60·106 мкМ·хв-1 = 6·107 МО; або МО = 1 мкМ·хв-1 = 1/60 мкМ·с-1 = 1/60 мккат = 16,67 нкат.

Активність ензимів виражають також через питому і молекулярну активність. Питома активність ензиму виражається числом одиниць ензимної активності, що припадає на 1 мг білка. Чим вища питома активність, тим чистіший виділений ензим. Кількість молекул субстрату, що перетворюється однією молекулою ензиму за хвилину, називають сукупністю обертів, або молекулярною активністю ензиму. Наприклад, одна молекула каталази еритроцитів здатна розщепити за 1 хв 5·106 молекул пероксиду гідрогену.

Ензимопатії

Загальні тактичні принципи діагностики ензимопатій:

•склад ензимів та їх тканинний розподіл у дорослої тварини зазвичай постійні і можуть змінюватися при хворобах;

•для кожної тканини (органа) характерний свій якісний та кількісний склад білків, що обумовлює функціональні особливості

кожної тканини;

•метаболічні шляхи в різних тканинах дуже схожі, тому існує небагато тканиноспецифічних ензимів (наприклад, орнітинкарбамоїлтрансфераза й гістидаза печінки);

•більш специфічним для тканин є співвідношення різних ензимів та ізоензимів.

164

Ензимопатії поділяють на первинні та вторинні. До першої групи належать спадкові захворювання обміну речовин, у патогенезі яких основну роль відіграє відсутність, нестача або аномальна структура ензиму. Краще вивчені та описані у гуманній медицині. Первинні, або спадкові, ензимопатії виникають унаслідок змін у генетичному коді синтезу ензимів. Причинами ензиматичних дефектів можуть бути: аномальна структура ДНК, порушення перенесення генетичного коду від ДНК до РНК, змінена структура РНК і порушення в передачі інформації від РНК до рибосом. Крім цього, причиною метаболічних розладів можуть бути генетично зумовлені пору-шення співвідношення природних активаторів та інгібіторів ензимів.

Причиною спадкових ензимопатій є мутації, що проявляються характерними змінами в активності відповідних ензимів. При цьому ензиматична активність відсутня або знижена, або (дуже рідко) підвищена. Можуть з’являтися патологічні ензими, які в нормі не трапляються.

Ензиматичні дефекти при спадкових ензимопатіях спричинюють порушення обміну речовин (метаболічний блок), що є причиною нагромадження невикористаного субстрату та його попередників, які, у випадку їх токсичності, призводять до патологічних змін і можуть викликати вторинний метаболічний блок. Так, при галактоземії (дефіцит галактозо-1-фосфат-уридилтрансферази або галактокінази) відбувається накопичення в крові й тканинах галактозо-1-фосфату, вільної галактози та спирту дульциту – продукту відновлення галактози. Високий їх вміст діє токсично, у новонароджених після споживання молока спостерігають блювання та пронос, збільшується печінка, розвивається катаракта.

Друга група – це захворювання, при яких ензиматичні порушення виникають вторинно. вони розвиваються внаслідок пошкодження тканин різними агентами (вірусами, бактеріями, найпростішими, отрутами тощо). Розвиток набутих ензимопатій можна представити так: етіологічний фактор викликає порушення (пригнічення або стимуляцію) діяльності однієї або декількох ензиматичних систем і порушення відповідних обмінних процесів, у результаті чого виникає захворювання з характерними для нього симптомами. Так, інфекційні хвороби (вірусні, бактеріальні, паразитарні) супроводжуються тяжкими розладами функцій ензиматичних сис-тем, насамперед, у результаті дії на них екзо- й ендотоксинів мікроор-

165

ганізмів, які блокують синтез низки важливих ензимів або гальмують їх активність. Описаний патогенез характерний також для більшості отруєнь.

Прикладом вторинних ензимопатій є ендокринні захворювання. Гіпоабо гіперфункція певної ендокринної залози пов’язана зі зниженням або підвищенням синтезу відповідних гормонів, отже, з порушенням роботи ензиматичних систем, які ними регулюються. Так, при цукровому діабеті дефіцит інсуліну викликає пригнічення або стимулювання активності низки ензимів: блокується активність ензимів, які забезпечують окиснення глюкози й активуються ензими глюконеогенезу, ліполізу, метаболізму білків тощо.

Алергійні захворювання вважають індивідуальною вразливістю ензиматичних систем різними кормовими, лікарськими та іншими алергенами. Дія лікарських препаратів викликає ураження лізосомальних ензимів.

Механічне пошкодження тканин (хірургічні втручання, травми) також є типовою ензимопатією. Механічна травма порушує кровопостачання в пошкодженій ділянці, блокує надходження субстратів і коферментів, порушує оптимальні умови їх дії.

Порушення водно-мінерального обміну, кислотно-лужного стану, терморегуляції – це також ензимопатії, оскільки нормальний електролітний склад, рН і температура організму забезпечують оптимальні умови для функціонування всіх ензимів.

Гіпо- й авітамінози, нестача незамінних амінокислот, есенційних жирних кислот, макро- і мікроелементів у кормовому раціоні викликають порушення синтезу великої кількості ензимів, сприяючи цим самим розвитку езимопатій.

У патогенезі деяких захворювань відбувається не тільки гальмування ензиматичних систем, але й їх гіперактивація. Так, наприклад, для гострого панкреатиту характерні гіперпродукція та гіперактивація протеолітичних ензимів, що викликає тяжкі метаболічні розлади. Тому штучне блокування протеїназ їх інгібіторами (трасилолом, контрикалом) забезпечує при цій патології виражений терапевтичний ефект. При травмах легенів із легеневої тканини в кров’яне русло викидається значна кількість фібринокіназ, які викликають гострий фібриноліз.

Таким чином, ензимопатії лежать в основі всіх патологій ссавців. Тому тяжко уявити захворювання, яке б не супроводжувалося ензиматичними порушеннями.

166

Ензими як аналітичні реагенти. Ензими, які застосовують для діагностики, отримують із різних джерел: рослин, тварин, мікроорганізмів (здебільшого бактерій). Їх широко використовують у клінічних лабораторіях як аналітичні реагенти для визначення кількості субстрату, ідентифікації медпрепаратів, визначення активності інших ензимів. Ці можливості пов’язані з каталітичними властивостями ензимів та високою специфічністю до субстратів каталізованих ними реакцій (табл. 3.3).

Таблиця 3.3. Приклади використання ензимів в якості хімічних реактивів

Перевагою цих методів є те, що відповідний субстрат для його визначення не потребує попереднього виділення та очищення, він може бути ідентифікований у сироватці крові або іншій біологічній рідині.

Питання для самоконтролю:

1.Яке значення ензимів для медицини?

2.Локалізація ензимів у різних органелах клітини.

3.Особливості складу й розподілу ензимів в організмі тварини.

167

4.Застосування ензимів для діагностики та лікування захворювань. Навести приклади.

5.Використання ензимів в якості аналітичних реактивів.

6.Міжнародні одиниці визначення активності ензимів.

7.Роль ізоензимів у діагностиці захворювань нирок.

8.Використання ізоензимів у діагностиці захворювань

серцево-судинної системи.

9.Клініко-діагностичне значення ізоензимів при патології печінки.

10.Клініко-діагностичне значення визначення активності: α-

амілази, амінотрансфераз, аланінамінопептидази, лужної та кислої фосфатаз.

11.Первинні та вторинні ензимопатій.

12.Ензими як аналітичні реагенти.

3.2.3. Лабораторна діагностика порушень біохімічних процесів у легенях і міокарді при хворобах респіраторної та серце - во-судинної систем

Клініко-біохімічна характеристика патологічних процесів у легенях. Структурна організація легень забезпечує основні газообмінні функції. Враховуючи анатомічні особливості легень, що мають значну площу поверхні дихальних шляхів і сполучаються із зовнішнім середовищем, важливо знати метаболічні процеси, що відбуваються в їхніх клітинах. Легені синтезують і секретують поверхнево-активні речовини (сурфактанти), які беруть участь у регуляції згортальної та протизгортальної систем, в обміні біоло - гічно активних речовин та інших механізмах підтримання гомеостазу організму.

Енергетичні процеси в легеневій тканині. Для підтриман-

ня структурної й функціональної системи в легенях потрібна енергія, яка утворюється під час метаболізму речовин. Основним місцем її синтезу є мітохондрії, де, крім цього, відбувається й біосинтез нових сполук: лецитину, фосфогліцеролу, кардіоліпіну. Мітохондрії легень відрізняються від мітохондрій інших тканин ферментативною активністю та розподілом ферментів Так, піруватфосфаттрансфераза (ЕС 2.7.1.40) у легенях знаходиться в мітоходріях (90 %), тоді як у печінці – в розчинній фракції цитоплазми (90–96 %).

168

У мітохондріях легень 60 % піридинових нуклеотидів представлені у формі НАДН, причому НАД відновлюється у 6–8 разів повільніше порівняно з печінкою, а α-гліцерофосфат і малат окиснюються у 5–10 разів швидше.

Енергетична система мітохондрій легень реагує на швидкість кровоплину в легеневій тканині та її наповнення повітрям. У разі повнішого заповнення повітрям легенів інтенсивніше відбувається гліколіз і утворюється більше АТФ. У разі низької швидкості кровоплину знижується енергозабезпечення клітин, а також синтез аденілових нуклеотидів. У випадку вираженої гіпоксії в легенях спостерігають зниження активності мітохондріальної су пероксиддисмутази.

Мірою метаболічної активності може слугувати ступінь використання Оксигену, концентрація АТФ у легеневій тканині така сама, як і в інших тканинах. Легені синтезують від 57 до 174 мМ АТФ на 1 г тканини за 1 год.

Одним з основних чинників, що зумовлюють порушення біохімічних процесів у легеневій тканині у разі бронхолегеневих захворювань, є гіпоксія. Порушення кровоплину та лімфотоку до ушкоджених ділянок легенів спричинюють кисневе голодування та розвиток дихальної недостатності. Збільшення продукування легеневою тканиною лактату в разі нестачі Оксигену є результаттом не тільки розщеплення глюкози, а й катаболізму амінокислот.

У разі виникнення гіпоксії в ізоферментному спектрі ЛДГ збільшується фракція ЛДГ5. В ізоферментному спектрі МДГ (ЕС 1.1.1.37) також відбуваються значні зміни. У ЦТК посилюється окиснення яблучної кислоти, а також катаболізм амінокислот. Хронічна гіпоксія зумовлює ще більшу активність гліколізу та глікогенолізу; при цьому знижується концентрація АТФ. У відповідь генетичний апарат збільшує кількість мітохондрій для відновлення продукування АТФ.

Гіпоксичні стани спричинюють зміни не лише в легеневій тканині, а й в еритроцитах. Гіпоксія зумовлює дихальну недостатність І і II ступенів у хворих на пневмонію. Підвищення 2,3- ДФГ знижує активність глюкозо-6-фосфат-дегідрогенази (Г-6- ФДГ, ЕС 1.1.1.49), водночас збільшується активність карбонатгідратази (ЕС 4.2.1.1), що призводить до порушення транспорту О2 еритроцитами. Подальша перебудова обмінних процесів у

169

еритроцитах спричинює виникнення компенсаторних механізмів транспорту О2.

Отже, у разі зміни або порушення газообміну, зумовленого патологічними процесами в легеневій тканині, відбувається перебудова окисно -відновних реакцій, активуються ком- пенсаторно-пристосувальні механізми, спрямовані на відновлення синтезу макроергічних сполук, які необхідні для реакцій синтезу жирних кислот, фосфоліпідів – поверхневоактивних компонентів сурфактанту, а також інших глікопротеїдів і протеїнів – компонентів бронхіального секрету легенів.

Особливості метаболізму протеїнів у легенях. Легені перебувають в умовах постійного навантаження, що пов’язане як із силами протидії їх спаданню, так із чергуванням фаз вдиху та видиху. Виконання легенями їхньої функції забезпечується завдяки значному вмісту в їхній структурі протеїнів – колагену та еластину. Порівняно з іншими паренхіматозними органами, кількість колагену в легенях найбільша. Ці протеїни забезпечують сталість форми легень і полегшують виконання ними газообмінної функції. При деяких хворобах – емфіземі й фіброзі легень – спостерігають зміну структури та властивостей цих протеїнів. Важливу роль у фізіологічних процесах легень відіграють протеїни, що входять до складу сурфактанту та бронхіального секрету.

Колаген – фібрилярний протеїн, локалізований на рибосомах, який утворює триспіральну молекулу – мономер з молекулярною масою 270000 Да, завдовжки 290 нм. Сполучення 5–8 мономерів утворює фібрилярну нитку. Протеоглікани сприяють утворенню пучків колагенових фібрил і колагенових ниток. Виділено 5 типів легеневих колагенів.

Еластин – фібрилярний протеїн строми легенів, який має два структурні компоненти – власний еластин і структурний глікопротеїн. Еластин характеризується наявністю значної кількості неполярних амінокислотних залишків таких як гліцин (близько 30 %), аланін (24 %), валін, фенілаланін, ізолейцин і лейцин. Структурний глікопротеїд містить у своєму складі багато вуглеводів і цистину, у ньому відсутні десмозин і оксипролін.

Концентрація еластину в легенях при емфіземі зменшується і перебуває в межах 9,0–9,9 %, тоді як у здорових тварин – 30–35 %,

170