Tomchuk_POSІB_VET_BІOHІMІJa

складається з чотирьох пірольних ядер, що з’єднані між собою метиновими містками (протопорфірин IX). У структурі гему порфіринове кільце зв’язане з двовалентним залізом. Слід відзначити, що гем може бути простетичною групою не тільки гемоглобіну, але й міоглобіну (червоної речовини м’язів), каталази, пероксидази та системи цитохромів.

Усе це зумовлює фізіологічні та патологічні різновиди гемоглобінів. До фізіологічних гемоглобінів відносять: гемоглобін

дорослої тварини (HbA), примітивний (HbР), фетальний (HbF).

Основна його функція – транспорт газів.

Так, у ембріонів еритробласти жовточного мішка, печінки і крові мають однаковий “примітивний” тип гемоглобіну (ξ- і ε- ланцюги). Надалі, ξ-ланцюги майже повністю замінюються α- ланцюгами, в той час, як ε-ланцюги ще синтезуються у значній кількості. У плідний період онтогенезу еритробласти печінки продукують вже незначну кількість ε-ланцюгів, переважає синтез γ- ланцюгів (утворюється фетальний гемоглобін – HbF). Під кінець плідного періоду в еритробластах печінки починається синтез β- ланцюгів, які входять до складу дорослого типу гемоглобіну (HbA). Отже, у крові плодів переважно міститься фетальний тип гемоглобіну (від. лат. fetus – плід), який складається із двох α- і двох γ-поліпептидних ланцюгів. У крові дорослої тварини його вміст становить не більше 1,5 % від загального гемоглобіну. У новонароджених тварин він досягає 80 % від загального гемоглобіну. До кінця першого місяця життя HbF майже повністю замінюється на HbA (від лат. adultus – дорослий), який складається із двох α- і двох β- поліпептидних ланцюгів.

Як відомо, здатність крові до зв’язування Оксигену залежить в основному від фізико-хімічних властивостей молекули гемоглобіну і її оточення, які визначають кисневу місткість гемоглобіну і характер кривої дисоціації оксигемоглобіну (КДО).

Важливою особливістю гемоглобіну як дихального пігменту крові є його здатність змінювати свою функціональну активність при зміні концентрації іонів водню. Як відомо, залежність спорідненості гемоглобіну до Оксигену від рН середовища називається ефектом Бору (Δ log P50 /Δ pH), причому у діапазоні

271

рН від 6,0 і вище розміщений лужний ефект Бору, а при рН менше 6,0 – кислий. Встановлено, що ефект Бору для розчинів з HbF і HbA при рН 7,2–6,5 становить 0,48. Однак у більш кислому середовищі при рН 7,2–6,5 ефект Бору для розчинів, які містять HbF, є вище та відповідно становить 0,51 і 0,43 для HbA.

Особливості зв’язування Оксигену мають відповідне фізіологічне значення для плоду. Так, внаслідок газообміну із материнсь - кою, величина рН у вені пуповини змінюється від 7,24 до 7,32, що забезпечує зсув КДО ліворуч і зв’язування Оксигену внутрішньоеритроцитарним HbF, який має високу до нього спорідненість. І, навпаки, під час проходження крові у тканинних капілярах плоду відбувається зсув рН у кислий бік. Завдяки підвищеному ефекту Бору в умовах низької артеріовенозної різниці за Оксигеном HbF додатково звільнює від 19 до 38 % Оксигену. Вказане ний характер дисоціації оксигемоглобіну крові плоду має адаптивне значення в плані забезпечення переходу Оксигену через плацентарний бар’єр і його утилізацію в тканинах. У відповідь на нові умови, в яких опиняється організм після народження, відбуваються різкі кількісні

іякісні зміни гемоглобіну крові.

Ворганізмі новонароджених тварин у ранній постнатальний період розвитку відмічається цілий ряд метаболічних закономір-

ностей та становлення багатьох фізіологічних функцій які сприяють адаптації тварин до умов зовнішнього середовища. Особливо інтенсивно функціонують у цьому напрямі метаболічні механізми, спрямовані на підтримку кислотно-лужного гомеостазу в тканинах, оскільки ссавці народжуються у стані респіраторно-метаболічного ацидозу. Це проявляється у перші години життя високою інтенсивністю функціонування ензимів мембран ентероцитів, які забезпечують надходження із тонкої кишки у кров’яне русло лужних катіонів, бікарбонатів, імунних білків, активацією окиснення вуглеводів у трикарбоновому циклі в умовах переходу на легеневий тип дихання; збільшенням активності ферментів антиоксидантного захисту; транзиторною гіперволемією і поліцитемією; інтенсивною заміною ембріонального гемоглобіну на фетальний. Із стану ацидозу, наприклад, телята виходять протягом перших 24– 36 год життя і в подальшому в їх крові спостерігають високий

272

рівень буферної ємності. Важливу роль у забезпеченні газообміну і, загалом, у підтримуванні кислотно-лужного гомеостазу в тканинах відіграє гемоглобін. Зміна співвідношення кислої та лужної його форм в умовах ацидозу і алкалозу сприяє утримуванню величини рН крові на фізіологічному рівні. Зниження вмісту гемоглобіну і величини рО2 в крові здорових тварин на 3–5-ту добу порівняно з першою добою після народження, очевидно, зумовлено розвитком гемолітичної анемії, спричиненої розпадом фетального гемоглобіну. Депонування мінеральних речовин у тканинах плоду перед родами, в т. ч. і тих, які беруть участь у синтезі гемоглобіну і контролюють його, інтенсивне надходження пластичного матеріалу з молозивом в організм новонароджених телят та висока буферна ємність крові сприяють завершенню процесу заміни гемоглобіну типу F на тип А. Збільшення вмісту гемоглобіну і насиченості крові Оксигеном у здорових тварин відмічається на 20-ту добу після народження.

У нормі гемоглобін крові становить, г/дм3: велика рогата худоба – 95–125, коні – 90–135, свині 90–110, собаки – 110–170 і коти

– 100–140.

Зниження рівня гемоглобіну в крові спостерігають при анеміях, найчастіше при залізодефіцитній. Це характерно для гострої крововтрати, гіпопластичній анемії на стадії гемолітичного кризу.

Підвищення вмісту гемоглобіну в крові при мієлопроліферативних захворюваннях і симпатичних еритроцитозах.

Перетворення гемоглобіну в організмі тварин

Середня тривалість життя еритроциту становить 120 діб, після чого він руйнується із вивільненням гемоглобіну, котрий підлягає подальшому розпаду. Розпад гемоглобіну переважно відбувається в клітинах системи мононуклеарних фагоцитів (СМФ), а саме, купферових клітинах печінки та селезінки. Цей процес можливий і в гістіоцитах сполучної тканини будь-якого органу. Тому гемоглобін перетворюється у жовчні пігменти скрізь, де є місце виходу крові з кров’яного русла.

Хімізм руйнування гемоглобіну в організмі тварин є добре вивченим. Початковим етапом розпаду гемоглобіну є розрив одного

273

метинового містка протопорфіринового кільця і перехід атома Феруму з двовалентного стану у тривалентний. При цьому утворюється сполука зеленого кольору, яку називають вердоглобін. У подальшому від молекули вердоглобіну відщеплюється атом Феруму і глобін. Утворюється безбарвна сполука – білівердин, який являє собою ланцюг з чотирьох кілець, зв’язаний метиновими містками. Білівердин відновлюється шляхом приєднання атомів Гідрогену за місцем вільних подвійних зв’язків біля атома Карбону та Нітрогену третього пірольного кільця і утворюється власне білірубін. Ця речовина червоно-коричневого кольору, нерозчинна у воді, дуже токсична для організму, особливо нервових клітин. Білірубін, який утворюється у клітинах СМФ на периферії, зв'язується з білком плазми крові – альбуміном і током крові транспортується у печінку для подальших перетворень. Ця транспортна функція альбуміну у відношенні до білірубіну дуже суттєва для видалення білірубіну з тканин і загалом з організму. Будь-які, процеси, що спричиняють зниження концентрації альбуміну в крові, викликають порушення у доставці білірубіну до печінки і накопичені його в тканинах та у крові. Зв’язок білірубіну з альбуміном не знижує його токсичність, а лише забезпечує транс-портування білірубіну в крові. Така форма білірубіну називається вільним, некон’югованим або непрямим білірубіном. Назва «непрямий» білірубін обумовлена типом хімічної реакції, якою визначають концентрацію білірубіну в крові. Ця фракція білірубіну не вступає у безпосередню взаємодію з діазорективом. Реакція відбувається тільки після обробки вільного білірубіну будь-яким реагентом, який переводить його у розчинний стан (наприклад, спирт або кофеїн).

У печінці вільний білірубін вибірково поглинається гепатоцитами з крові, втрачає зв’язок з альбуміном і взаємодіє (кон’югує) з глюкуроновою кислотою утворюючи білірубінглю-куроніди. Цей процес відбувається у гладких мембранах ендоплазматичного ретикулума гепатоцитів за участю ензиму УДФ-глюкуронілтранс- ферази і є високоенергозалежним. Кон’югацією здійснюється переведення нерозчинного білірубіну у розчинний стан, що сприяє надходженню білірубіну у складі жовчі до кишечнику. Лише незначна частина білірубінглюкуроніду реекскретується в кров, де

274

становить не більше 25 % від загальної кількості білірубіну. В нормі білірубінглюкуронід є тією формою, яка постійно видаляється з організму. Білірубінглюкуронід називається зв’язаним, кон’югованим або прямим білірубіном, оскільки розчинність у воді сприяє його безпосередній взаємодії з діазореактивом.

Розпізнають такі види похідних гемоглобіну – оксигемоглобін

(НЬО2), карбгемоглобін (НЬСО2), карбоксигемоглобін (НЬСО) та метгемоглобін (МеtНЬ).

НЬО2 – утворюється в легенях за рахунок приєднання Оксигену до гему гемоглобіну без зміни валентності Феруму.

НЬСО2 – зв’язок з вуглекислім газом утворює глобін за рахунок вільних аміногруп амінокислот.

НЬСО – це стійка сполука гемоглобіну з окисем Карбону. При отруєнні чадним газом виникає смерть від задухи (не здатний зв’язувати Оксиген).

МеtНЬ – утворюється при окисненні двовалентного Феруму у тривалентний (перехід забарвлення від червоного у коричневозелене). У нормі утворюється за рахунок процесів аутоокиснення (не більше 2 %). Збільшення його вмісту відмічають при отруєнні окисами Нітрогену, ціанідами. Смерть настає від асфіксії.

Вплив гіпоксії на фізико-хімічні та функціональні власти-

вості гемоглобіну. З’ясовано, що стан гіпоксії призводить до зміни дихальної функції гемоглобіну через зміни у взаємодії його з органічними фосфатами. При цьому характерне зміщення кривої дисоціації оксигемоглобіну, свідчить про поліпшення умов для віддачі Оксигену у глибини тканин. Водночас виявлено, що за такої ситуації спостерігається перебудова у гетерогенній системі гемоглобіну, внаслідок викиду до кровотоку з кісткового мозку незрілих еритроїдових клітин, причому співвідношення гемоглобіну та органічних фосфатів у таких клітинах відрізняється від функціонально зрілих еритроцитів. Можливе також посилення синтезу фетального типу гемоглобіну та різноманітні посттрансляційні модифікації поліпептидних ланцюгів.

Незважаючи на вірогідно встановлений факт існування індукованих гіпоксією різного характеру змін фізико-хімічних влас-

275

тивостей гемоглобіну, питання про молекулярні механізми цих перетворень залишається відкритим.

Отже, під впливом гіпобарійної гіпоксії у системі гемоглобіну можливі два типи змін, механізм утворення яких є принципово різним.

Один з них відображає структурно-функціональний стан гемоглобіну, зумовлений конформаційними перебудовами у моле-кулі цього білка. Такі зміни належать до первинних і неглибоких, порівняно з тими, що мають місце за подальшого розвитку гіпоксії. У такому разі до адаптаційного процесу залучаються механізми, які пов'язані із диференціацією еритроцитів та експресією окремих глобінових генів. Водночас відмічаються швидкі (тимчасові) і стійкі зміни у конформації білка, які забезпечують модуляцію його функціональної активності. Одним із чинників швидкої структурнофункціональної модуляції гемоглобіну є зміни кислотно-лужної рівноваги крові та вуглеводного обміну в еритроцитах, насамперед рівня 2,3-дифосфогліцерату.

Гемоглобінопатії. Аномалії гемоглобінів (гемоглобінози) поділяють на гемоглобінопатії, в основі яких лежать спадкові зміни структури гемоглобіну і таласемії, що зумовлені порушенням синтезу одного з ланцюгів молекули гемоглобіну.

Гемоглобінопатії –- це спадкові аномалії, пов’язані з порушенням глобіну за нормальної структури гему. Аномальні гемоглобіни різняться за своїми фізико-хімічними властивостями (електрофоретичною рухливістю, стійкістю до дії основ, розчинністю, ізоелектричною точкою).

Появу аномальних гемоглобінів пояснюють мутаційною теорією, а передавання нащадкам аномального гена здійснюється за законами спадковості. Встановлено понад 200 аномальних гемоглобінів: В (S), С, В, Е, К, L, М, N, О, Р, Q тощо, а також можливі їх комбінації (SС, SD тощо)

Гемоглобінопатії у гетерозиготній і гомозиготній формі поширені в Екваторіальній Африці, країнах Середземномор’я, на Аравійському півострові, у Південній Індії, на острові Шрі-Ланка, у Південному Китаї, південних районах США. Причину появи аномаль-

276

них гемоглобінів пояснюють за допомогою малярійної гіпотези, згідно з якою мутації в гені, що контролює утворення гемоглобіну, виникли в країнах зі значним поширенням тропічної малярії. Було встановлено, що наявність аномального гена в гетерозиготній формі підвищує стійкість людей до захворювання, створює імунітет до малярії, оскільки зміни молекули гемоглобіну запобігають використанню його малярійним плазмодієм.

При гемоглобінопатіях молекулярний дефект полягає у змінах первинної структури поліпептидних ланцюгів, які формують α- або β-субодиниці молекул гемоглобіну (амінокислотні заміни, делеції або вставки) з утворенням аномальних форм гемоглобінів. Такі аномальні гемоглобіни позначають великими літерами латинського алфавіту, або за місцем, де був вперше виявлений даний дефект.

НbS – мутантний гемоглобін, відкритий в 1949 році Полінгом і Утано, відрізняється від нормального гемоглобіну А тим, що в шостому положенні двох β-ланцюгів місце глутамінової кислоти займає валін. Внаслідок таких відносно невеликих змін редукована форма гемоглобіну S слабкіше і повільніше зазнає оксигенації і гірше (майже в 25 разів) розчиняється, ніж НbА.

У капілярах під час віддавання кисню гемоглобін S випадає в осад у формі веретеноподібних кристалоїдів (тактоїдів). Це породжує осмотичну нестійкість еритроцитів, зміну їх форми з двоввігнутої в серпоподібну. Серпоподібні еритроцити легко гемолізуються вже в судинному руслі. Клінічні прояви цієї хвороби змінються від ледь помітних (гетерозиготна форма серпоподібноклітинної анемії) до тих, що спричинюють летальний кінець в ранньому віці (гомозиготні форми).

НbС – аномальний гемоглобін, у молекулі якого існує заміна залишку глутамінової кислоти в 6-му положенні β-ланцюга на лізин. Еритроцити, що містять такий аномальний гемоглобін, здатні до гемолізу, що також супроводжується розвитком анемії. Наявність гена С в гомозиготному стані призводить до розвитку вираженої спленомегалії, помірної мікроцитарної анемії. За наявності комбінації гемоглобінів С і S анемія вияляється в тяжчій формі.

277

НbМ — існує група гемоглобінів М, в поліпептидних ланцюгах яких залишок гістидину, який бере участь у зв'язуванні гему з залізом, заміщений на іншу амінокислоту.

У гемоглобінах, які містять такий молекулярний дефект, залізо (Fe3+) не може відновлюватися метгемоглобінредуктазою до Fe2+, у зв’язку з цим в еритроцитах накопичується метгемоглобін, який не здатний до нормального транспорту кисню. Така метгемоглобінемія найбільш виражена в гомозиготному стані, внаслідок чого хворі гинуть в умовах тяжкої гіпоксії.

НbА1C – глікозильований гемоглобін, який з’являється в еритроцитах за умов некомпенсованого цукрового діабету. Цей гемоглобін – стабільний комплекс глюкози з мінорною А1C фракцією гемоглобіну, який утворюється між аміногрупою валіну - N- кінцевою амінокислотою β-глобіну і карбоксильною групою вуглеводу.

У нормі концентрація глікозильованого гемоглобіну становить 5–7 % від загальної кількості, тобто 8–10 г/л. Гіперглікемія впродовж 10–12 год сприяє збільшенню кількості глікозильованого гемоглобіну. Глікозилювання гемоглобіну підвищує його спорідненність до кисню в тканинах, крім цього, утруднює приєднання 2,3 -дифосфогліцерату. У клініці показник рівня глікозильованого гемоглобіну використовують для діагностики цукрового діабету та інших порушень вуглеводного обміну.

HbD спричинює мікроцитоз, слабкий анізо - та пойкілоцитоз і зміну еритроцитів.

HbЕ зумовлює мікроцитоз, який компенсується розвитком еритроцитозу (до7-8·1012/л).

Інші гемоглобінози поширені значно менше, а їх клінічні прояви слабко виражені. У разі тяжких форм гемоглобінопатій морфологічні зміни в печінці, що виникають унаслідок гемохроматозу, можуть істотно впливати на кровоплин і супроводжуватися порушенням механізмів регуляції гемостазу.

Таласемія – спадкове захворювання, спричинене порушенням синтезу одного з ланцюгів гемоглобіну.

Якщо пригнічено синтез α-ланцюгів, то спостерігається α-тала- семія, при генетичному дефекті синтезу β-ланцюгів – β-таласемія.

278

При всіх видах таласемій порушується продукування еритроцитів кістковим мозком і насичення гемоглобіну киснем.

В основі α-таласемії лежать порушення синтезу α-ланцюга, що призводять до порушення утворення всіх фізіологічних видів гемоглобіну. Ланцюги β і γ, які з’являються в надлишку, не можуть взаємодіяти з α-ланцюгами, внаслідок виникає два види гемоглобінів – Нbβ4 (НbН) і Нbγ4 (Нb Бартса). Ці дві форми нестабільні й мають низьку спорідненість до кисню. У гомозигот гемоглобін представлений здебільшого Нb Бартса (загибель настає вже в період внутрішньоутробного розвитку). У гетерозигот наявна суміш Нb Бартса – НbН (прояви захворювання зводяться до незначного гемолізу без істотних наслідків для загального стану).

β-Таласемія зумовлюється порушенням синтезу β-ланцюгів, що призводить до відносного надлишку α-ланцюгів і посиленого утворення НbF (α2γ2) і HbA2 (α2δ2).

σ-Таласемія пов’язана з гальмуванням синтезу β- і σ-ланцюгів і підвищеним утворенням НbF.

Часто зустрічаються комбіновані форми гемоглобінозів, які можуть поєднуватися з дефіцитом глюкозо-6-фосфатдегідрогенази в еритроцитах, що ще більше посилює розвиток захворювання (аннемії).

Лабораторна діагностика гемоглобінопатій ґрунтується на обов’язковому спеціальному електрофорезному дослідженні гемоглобіну. Це дослідження проводиться не тільки для хворого, але і для найближчих родичів. Дані електрофорезу гемоглобіну дозволяють поставити діагноз таласемії. Для α-таласемії характерно виявлення гемоглобинов гомотетрамерів Нв-Н і Нв-Bart. Для β- таласемії характерним є підвищений вміст гемоглобіну Α2.

Питання для самоконтролю:

1.Дослідження у крові вмісту гемоглобіну?

2.Клінічне значення гемоглобінурії?

3.Онтогенетичні зміни гемоглобіну.

4.Буферні властивості гемоглобіну.

5.Вплив гіпоксичної гіпоксії на фізико-хімічні й функціональні властивості гемоглобіну.

279

6.Перетворення гемоглобіну в організмі тварин.

7.Форми молекулярної патології гемоглобінів та їх лабора-

торна діагностика?

3.2.8. Біохімічні механізми імунної відповіді організму. Експрес-діагностика імунодефіциту в новонароджених тварин

Імунна система – анатомо-функціональна система організму вищих тварин і людини, яка виконує захисні функції щодо підтримання внутрішнього антигенного гомеостазу. Антигени – це високомолекулярні сполуки, які є генетично чужорідними для даного організму і викликають специфічну імунну реакцію, спрямовану на їх відторгнення та елімінацію. Антигенні властивості мають переважно біомакромолекули – білки, нуклеїнові кислоти, деякі полісахариди та, у низці випадків, синтетичні полімери. Імунна система за допомогою клітинних і гуморальних механізмів забезпечує розпізнавання, зв'язування та руйнування антигенів як інфекційного, так і неінфекційного походження.

Морфологічним синонімом імунної системи є лімфоїдна система. Вона складається з загруднинної залози (тимуса), селезніки, лімфатичних вузлів і фолікулів, лімфоцитів кісткового мозку та крові. Крім лімфоцитів, у реакціях імунітету беруть участь численні білки та пептиди, що є ефекторами імунних процесів, – імуноглобуліни, компоненти системи комплементу, гормони та медіатори імунітету.

Попередниками лімфоцитів є ембріональні стовбурові клітини кісткового мозку, що утворюються на ранніх етапах внутрішньоутробного розвитку. Вони поділяються на В- та Т-лімфоцити, останні включають Т-кілери( Тк), що зумовлюють процеси клітинного імунітету; Т-хелпери, що індукують проліферацію, трансформацію В-лімфоцитів; Т-супресори (Тс), що пригнічують розвиток реакцій гуморального та клітинного імунітету, сприяють формуванню стану імунологічної толерантності.

В-лімфоцити є ефекторами гуморального імунітету, попередниками антитілоутворюючих плазматичних клітин, – основних продуцентів антитіл (імуноглобулінів). Рецепторами для антигенів

280