Tomchuk_POSІB_VET_BІOHІMІJa

2.Особливості метаболічної адаптації тварин на ранніх етапах постнатального розвитку в поєднанні з функціональною адаптацією

всистемі органів травлення.

3.Особливості метаболічного гомеостазу в організмі

новонароджених телят під час захворювання на гострі розлади травлення та після клінічного одужання (у відновлювальний період).

4. Описати біохімічні механізми секреції води й електролітів в епітелії тонкого кишечнику при гострих розладах травлення в новонароджених телят.

Біохімічні констеляції у лабораторній діагностиці хвороб печінки

Печінка – найбільший орган в організмі людини і тварин. Клітини печінки займають центральне місце в реакціях проміжного метаболізму.

Основна функціонально-структурна одиниця печінки – печінкова часточка. Гепатоцити в ній досягають 80 % клітинного складу (приблизно 300 блн. екземплярів). У гепатоциті відбувається про - міжний обмін речовин, синтез жовчних кислот, знешкодження шкідливих речовин тощо, тобто забезпечується виконання основних біохімічних функцій, притаманних цьому органу. Між шарами гепатоцитів розташовані жовчні канальці.

Жовчні канальці переходять у дрібні жовчні протоки, а по - тім у головну жовчну протоку.

Крім гепатоцитів, печінка містіть ретикулоендотеліальні клітини. Вони представлені трьома типами:

1)Купферівськими клітинами. Їхньою функцією є фагоцитоз еритроцитів, часток емульгованого жиру, барвників, колоїдальних часток, холестеролу;

2)ендотеліальними клітинами, що оточують стінки сину-

соїдів. За певних умов вони можуть підключатися до процесів фагоцитозу шляхом перетворення на Купферівські клітини;

201

3) клітинами, які накопичують жир. Вони знаходяться в проміжках між гепатоцитами. Їх відмінна особливість – наявність крапельок жиру в цитоплазмі.

Найважливішими функціями печінки є метаболічна, депонуюча, бар’єрна, екскреторна й гомеостатична.

Метаболічна функція. Продукти розщеплення поживних речовин надходять до печінки з травного тракту через ворітну вену. У печінці відбуваються складні процеси обміну протеїнів, амінокислот, ліпідів, вуглеводів, біологічно активних речовин (гормонів, біогенних амінів, вітамінів) та мікроелементів, регуляція водного обміну. Тут відбувається синтез ліпідів, фосфоліпідів, холестеролу, вуглеводів (синтез глюкози, наприклад, – переважно в цьому органі) та протеїнів. У печінці відбувається також катаболізм багатьох органічних речовин, енергія цього процесу запасається у вигляді макроергічних молекул.

Депонуюча функція. Печінка є місцем депонування енергетичних резервів організму (вміст глікогену може досягати 20 % маси печінки) та сполук-попередників; тут також депонується багато мінеральних сполук, макроелементів, серед них Ферум (майже 15 % від сумарного Феруму, який є в організмі), мікрое-лементи, вітаміни A, D, К, В12 та фолієва кислота.

Екскреторна функція. Зовнішньосекреторна функція печінки пов’язана з тим, що вона є травною залозою. У печінці відбувається синтез жовчних кислот та утворення жовчі. З печінки різні речовини ендота екзогенного походження або надходять у жовчні протоки й виводяться в складі жовчі (близько 40 сполук), або потрапляють у кров, а потім виводяться нирками. Деякі хімічні елементи, наприклад, Плутоній, виводяться з організму тільки печінкою.

Жовч – це рідкий секрет клітин печінки, необхідний як для надходження в дванадцятипалу кишку поверхнево активних сполук (жовчних кислот, фосфоліпідів), що є учасниками перетравлення та всмоктування нейтральних жирів, так і для екскреції з організму кінцевих продуктів катаболізму, біомолекул і ксенобіотиків. У жовчі – 98 % води, 2 % сухого залишку. У міхуровій жовчі всіх компонентів у 5–10 разів більше, ніж у печінковій (табл. 3.6). Ра-

202

зом із жовчю з організму виводиться багато сполук, які утворюються в печінці або циркулюють в крові.

Таблиця 3.6 – Вміст основних біоорганічних сполук у печінковій та міхуровій жовчі, г/дм3

Передусім це жовчні кислоти, а також холестерол, сечовина, сечова кислота, протеїни, ензими, пігменти, муцин, мінеральні речовини, іони Na, К, Са, Сl, НСЮ3+.

Найважливіші органічні компоненти жовчі – жовчні кислоти. Вони синтезуються в печінці з холестеролу. Нині відомі близько 20 жовчних кислот. Основними серед них вважають холеву, дезоксихолеву та хенодезоксихолеву кислоти. Залежно від місця утворення їх поділять на первинні та вторинні. Первинні – холева та хенодезоксихолева – утворюються в печінці, вторинні – дезоксихолева та літохолева – синтезуються в кишках за участю ензимів бактеріальної мікрофлори і є похідними від первинних жовчних кислот.

Утворення й виділення жовчі має життєво важливе значення для організму.

Сучасні уявлення про молекулярні механізми жовчоу-

творення. Жовчоутворення є складним і поліетапним процесом, який здійснюється в паренхімі печінки на основі мем-бранних і внутрішньоклітинних механізмів транслокації, біосинтезу та енергетичного забезпечення.

Утворення канальцевої (первинної) жовчі розглядають як секреторний осмотичний процес, що відбувається за рахунок актив-

203

ного транспорту через апікальні мембрани гепатоцитів та жовчні канальці органічних речовин (насамперед жовчних кислот) і неорганічних іонів. З часу першого формулювання гіпотези осмотичної фільтрації отримано значну інформацію стосовно механізмів цих процесів, в останнє десятиріччя – на клітинному та молекулярному рівнях. Участь окремих компонентів жовчі в розвитку осмотичного градієнта, рушійної сили для надходження води в канальці обговорюється з позиції даних про наявність у плазматичних мембранах гепатоцитів систем транспорту відповідних речовин. Транспортери плазматичних мембран гепатоцитів переносять також метаболіти токсичних екзогенних та ендогенних речовин.

Утворення жовчі є результатом секреції і екскреції її органічних та неорганічних компонентів гепатоцитами (первинна жовч), фільтрації і реабсорбції води та електролітів холангіоцитами, і проникнення води та електролітів через міжклітинні щільні сполучення. Злагодженою роботою різних транспортних систем синусоїдальних та каналікулярних мембран обумовлюються певні етапи формування жовчі. Внутрішньоклітинні метаболічні процеси забезпечують біосинтез, кон’югацію, гідроксилювання та активний спрямований транспорт основних компонентів жовчі, а також енергетичне забезпечення жовчоутворювальної функції.

Слід зауважити, що при використанні транспортних, особливо Na+-залежних систем, є певний елемент конкуренції як між жовчними кислотами, так і з вільними амінокислотами зовнішнього середовища, бо зазначені системи відіграють значну роль у транслокації окремих груп останніх всере-дину клітини.

Певний внесок в надходження жовчних кислот до клітин печінки роблять мікрофіламенти та мікротубулярна система.

Надходження неорганічних катіонів та аніонів до гепатоцитах забезпечують іонні канали та транспортери: Na+-, К+-АТФаза, Na+-, H+-обмін-ник, Na+-, НСО3-котранспортер, НСО3-Nа+-незалежний транспортер SO2, Na+-/К+-/2Сl--котранспортер та інші.

Впливи жовчних кислот як амфіфільних речовин, призводять до зміни фізико-хімічного стану мембран і функції мебранних транспортерів в гепатоцитах, а при підвищенні їх внутрішньо-

204

клітинного вмісту можуть бути причиною некротичного чи апоптичного пошкодження, що спричинює холестатичне ураження печінки. Цей патофізіологічний процес супроводжує різні захворювання печінки, є комплексним, зумовленим порушеннями регуляції та експресії мембранних транспортерів, сигнальних шляхів, зміною функції білків цитоскелета, щільних контактів. Хронічний, довготривалий холестаз призводить до розвитку біліарного цирозу через некроз та апоптоз клітин печінки та наступний фіброз. Експериментальні дані та клінічні спостереження свідчать про ефективність при холестатичних ураженнях гідрофільної дигідроксижовчної кислоти – урсодезоксихолевої та її тауринового кон’ю- гата, які значною мірою поліпшують секреторну функцію та структуру печінки, виявляють антиапоптозний ефект.

Органічні сполуки, завдяки різноманітним механізмам активного і пасивного транспорту, проникають крізь каналікулярну мембрану і створюють осмотичний градієнт, що сприяє виходу води та електролітів, по типу пасивної осмотичної фільтрації, з перенхіматозних клітин печінки у каналікулярну жовч. Домінуюча роль у цьому процесі належить жовчним кислотам, а головними рушійними силами, котрі забезпечують їх транслокацію через каналікулярну мембрану є негативний електрохімічний потенціал та АТФ-залежні транспортні механізми.

Жовчні кислоти можуть змінювати секрецію жовчі через сигнальні механізми, які посттранскрипційно модулюють процеси їх транспорту в гепатоцитах: Са2+, протеїнкіназу С (ПКС), циклічний аденозинмонофосфат (цАМФ), а також мітогенактивовані протеїнкінази. Серед можливих механізмів таких впливів припускають фосфорилування/дефосфорилування транспортних білків, зміни їх вмісту в плазматичних мембранах гепатоцитів через поповнення з інтрацелюлярних пулів, активацію їх везикулярного транспорту та вбудовування в мембрану [179, 195].

У перенесенні через каналікулярну мембрану неорганічних катіонів та аніонів беруть участь АТФ-азні комплекси, обмінники типу АЕ-2 та інші транспортні системи. З обміном неорганічних і органічних катіонів і аніонів тісно пов’язаний рух води, котрий має важливе значення в утворенні жовчі.

205

У складному процесі жовчоутворення задіяні мембранні, внутрішньоклітинні поліферментні комплекси та мікротубулярна система різних клітин печінки тварин та людини. У регуляції діяльності цих систем нейрогуморальні чинники беруть активну участь як безпосередньо впливаючи на активність ключових ферментів у цих ланках, так і через активацію певних функціональних регуляторних блоків, змінюючи діяльний стан клітини в цілому. Ряд гормонів, взаємодіючи з функціональними елементами ядра клітини, індукують біосинтез певних білків-ензимів, у тому числі і причетних до жовчоутворення. Отже, в залежності від нейрогуморального статусу організму буде змінюватись функціональний стан печінки і перебіг процесів, пов’язаних із жовчоутворенням та визначаючих якісні і кількісні характеристики жовчі.

Підсумовуючи множинні ефекти безпосередньо жовчних кислот в гепатоцитах, механізми яких лишаються значною мірою гіпотетичними, свідчать, що жовчним кислотам відводиться значна регуляторна роль у процесах утворення канальцевої жовчі. Жовчні кислоти регулюють транспортні процеси в гепатоцитах на рівні транскрипції мембранних транспортних білків, взаємодіючи з ядерними гормональними рецепторами, а також на посттранскрипційному рівні – через активацію клітинних сигнальних шляхів та, як виявилося, безпосередньо при взаємодії з ліпідним матриксом мембран. Нові аспекти регуляції процесів утворення первинної жовчі жовчними кислотами важливі для розробки адекваткних підходів при корекції жовчосекреторної функції за умов холестатичних уражень печінки. В зв’язку з вищезгаданим, дослідження рівня та співвідношення жовчних кислот у жовчі тварин при певних відхиленнях у роботі шлунково-кишкового тракту є необхідним для оцінки функціонального стану печінки.

Співвідношення органічних компонентів жовчі як критерій зовніньосекреторної функції печінки. Жовч тварин та людини є продуктом зовнішньосекреторної діяльності печінки. Вона є хімічно складною забарвленою біорідиною, котра містить широкий спектр органічних і неорганічних сполук. Органічні речовини жовчі представлені метаболітами білкового, нуклеотидного, пігментного,

206

ліпідного та вуглеводного обмінів, низкою специфічних і не специфічних ферментів і цілим рядом гормонів, медіаторів та їх похідних.

Зупиняючись на конкретних складових, необхідно відмітити, що основними компонентами жовчі, котрі значною мірою визначають якісну характеристику цієї біологічної рідини, є жовчні кислоти, пігменти, білки, фосфоліпіди та холестерол.

Роль жовчних кислот в організмі розглядають у двох аспектах

– як компоненти жовчі і як поверхневоактивні речовини, що постійно циркулюють в крові, знаходяться в лімфі та тканинах.

При досягненні певної концентрації жовчні кислоти утворюють агрегати – міцели. За рахунок утворення ковалентного та іонного і водневих зв’язків з підключенням гідрофобних взаємодій жовчні кислоти утворюють комплекси, які сприяють розчинності важко розчинних речовин (ХС, ЖК, ТАГ, солі Кальцію). Завдяки таким властивостям жовчні кислоти відіграють вирішальну роль в забезпеченні колоїдостійкості жовчі і протидіють утворенню в жовчних шляхах і міхурі конкрементів.

Жовчні кислоти поряд із іншими поверхневоактивними компонентами жовчі, в т. ч. ФЛ, забезпечують емульгування та солюбілізацію ХС і жирів у кишечнику та полегшують їх всмоктування. Утворення комплексних сполук ЖК та жовчних кислот сприяє всмоктуванню іонів Кальцію. За відсутності жовчних кислот порушується всмоктування жиророзчинних вітамінів – А, Д, Е, К. Жовчні кислоти беруть участь в регуляції моторно-евакуаторної функції шлунково-кишкового тракту.

Для фізіологічних процесів є важливою взаємодія жовчних кислот із молекулами білків та ліпідів – основними компонентами мембран клітин. Під впливом цих сполук змінюється активність ферментів як на поверхні слизової оболонки, так і в порожнині кишечника. Встановлено, що жовчні кислоти є інгібіторами пепсину. Вони активують ензими панкреатичного соку (трипсин, амілаза, ліпаза) та стимулюють секреторну функцію підшлункової залози.

Жовчні кислоти змінюють процеси мембранного транспорту, стан клітинного метаболізму та активність мембранних ферментів. Виявлено вплив цих сполук на процеси кровотворення, дихання, на

207

діяльність залоз внутрішньої секреції, а також на функціональний стан збудливих структур ЦНС.

Слід зауважити, що в організмі тварин та людини жовчні кислоти переважно (95–98 %) зосереджені в органах системи травлення, циркулюючи в гепатоентеральному кругообороті. Вміст жовчних кислот у жовчі тварин та людини коливається в широкому інтервалі від 600 до 6500 мг%.

Для формування стабілізуючих колоїдних комплексів жовчі, забезпечення процесів всмоктування ліпідних компонентів із кишечника та здійснення ентерогепатичного круговороту речовин необхідна тісна взаємодія жовчних кислот, ХС і ФЛ. Жовчні кислоти активують синтез лецитину, котрий становить 90 % всіх ФЛ жовчі у людей та 95,8 % у собак.

У жовчі тварин та людини в значних кількостях присутні ВЖК. Так, у жовчі із жовчного міхура людини загальний їх вміст становить 70–451 мг%, тоді як у печінковій – лише 25–146 мг%. Найбільшою часткою в жовчі людей представлені пальмітинова, олеїнова та ліноленова кислоти.

Вміст білків у печінковій жовчі людей становить біля 0,7 г/дм3, а в міхуровій – 2,6 г/дм3. У жовчі собак найбільший вміст муцину (3–4 мг/см3), ніж інших білків.

У жовчі тварин та людини виявляється ціла низка білківензимів різного походження. Із ензимів плазматичних мембран гепатоцитів у жовчі присутні: 5-нуклеотидаза, лужна фосфатаза, лужна фосфодиестераза, альфа-лейцин-бета-нафтиламіназа, MgАТФаза. До лізосомальних ензимів у жовчі відносять бета-глюку- ронідазу, бета-галактозидазу, N-ацетил-бета-глюкуронідазу, кислу фосфатазу та арилсульфатазу. В жовчі ссавців є деякі ензими, котрі синтезуються в клітинах інших органів. До таких відноситься панкреатична амілаза, котра виявлена в жовчі собак і щурів. Фізіо - логічна роль більшості білків жовчі дотепер залишається нез’ясованою.

Щодо походження вільних амінокислот жовчі думки різних авторів явно протилежні. Одні вважають їх похідними з плазми крові та експериментальні дані інших авторів свідчать про суттєві відмінності у співвідношенні цих метаболітів у зазначених біорі-

208

динах. Специфічність співвідношення амінокислот у жовчі пов’я- зана частково з сечовиноутворювальною функцією печінки.

Недавно на канілікулярних мембранах гепатоцитів виявлена транспорт-на система, котра забезпечує вихід компонентів аденілової системи з клітини в позаклітинний простір, у т. ч. і у жовч. Концентрації АТФ, АДФ, АМФ у жовчі людей значні і у відношенні до рівня їх в плазмі крові становлять 40–60 %.

Дані наукової літератури свідчать, що жовч ссавців дуже багата на органічні речовини, котрі одночасно є метаболітами різних ланок обміну речовин в організмі тварин та людини. Їх призначення в цій біологічній ріди-ні недостатньо з’ясоване. Значна увага приділялася жовчним кислотам і менша – іншим органічним складовим жовчі. Сучасні дослідження показують, що для нормального жовчоутворення в печінці тварин та людини необхідне певне співвідношення не лише жовчних кислот, а й обов’язкова присутність, іноді в невеликій кількості, певних спеціалізованих білків, пігментів, окремих фракцій ліпідів та інших складових жовчі.

Детоксикаційна та бар’єрна функції. У печінці відбува-

ється знешкодження (біохімічна трансформація) чужорідних і токсичних сполук, які потрапили з кормом або утворилися в кишечнику, а також токсичних сполук екзогенного походження й токсичних продуктів метаболізму:

• знешкодження нормальних метаболітів (білірубіну та амі-

аку);

•інактивація гормонів;

•знешкодження чужорідних сполук (ксенобіотиків);

•знешкодження продуктів гниття амінокислот;

•метаболізм лікарських речовин.

Детоксикація реалізується шляхом хімічної модифікації сполук, яка включає дві групи перетворень:

1.Окиснення, відновлення або гідроліз з утворенням чи звільненням груп -ОН, -СООН, -SH, -NH2 та ін.;

2.Приєднання до цих груп глюкуронової або сульфатної кис-

лоти, гліцину, глутаміну або ацетильного залишку (кон’югація).

209

Реакції першої групи забезпечуються гідроксилазами (монооксигеназами) мікросом. З реакцій кон’югації переважає принднання глюкуронової кислоти. Процес каталізує глюкуронілтрансфераза – інтегральний білок ендоплазматичного ретикулуму; постачальником глюкуронату є УДФ-глюкуронат.

У реакціях кон’югації з сульфатною кислотою постачальником є 3-фосфоаденозин-3-фосфосульфат (ФАФС). Постачальник ацетилу в реакціях кон’югації – ацетил-КоА. Глутамін та гліцин утворюють кон’югати зі сполуками, активованими ацетил-КоА шляхом його заміщення. Усі розглянуті перетворення зводяться до підвищення гідрофільності знешкоджуваного продукту, що полегшує його виведення з організму.

Гомеостатична функція. Печінка виконує важливі функції підтримання сталого складу крові (гомеостазу), вона поглинає, трансформує та екскретує багато компонентів плазми крові.

Біохімічна трансформація. Стероїдні гормони та білірубін, а також лікарські сполуки, етанол та інші ксенобіотики потрапляють до печінки, де вони інактивуються і перетворюються на високополярні сполуки.

Обмін речовин у печінці та клініко-біохімічні показники, що характеризують його порушення. Печінка бере участь у метабо-

лізмі майже всіх класів речовин.

Метаболізм вуглеводів. Відомо, що вуглеводи корму, що потрапили в кишечник, перетравлюються там під дією амілолітичних ензимів до моносахаридів. Глюкоза, фруктоза й галактоза надходять у печінку з плазмою крові і перетворюються на глюкозо-6- фосфат, який є активованою формою глюкози. Напрям його використання залежить від активності ензиматичних систем клітини: розпад за гліколітичним шляхом дає енергію, за пентозофосфатним шунтом – субстрати для анаболічних реакцій. За участю ензиму глюкозо-6-фосфатази утворюється вільна глюкоза, що надходить у кров. Глюкозо-6-фосфатаза найбільш активна в печінці, клітинах епітелію ниркових канальців і тонкого кишечнику. Із глюкозо-6-фосфату синтезується резервний поліса-харид глікоген. Надлишок глюкозо-6-фосфату, який не був використаний для утворення глюкози крові та глікогену печінки,

210