bkh_dlya_tebya
.pdf
реакций. Если у вас алкалоз, гидроксид-ионы взаимодействуют с карбогемоглобином, гидроксид-ион нейтрализуется, но образуется оксигемоглобин, т.е. гидроксид-ионы заставляют гемоглобин связывать кислород, а протоны при ацидозе наоборот. Всё просто. Зависимость сродства гемоглобина к кислороду от концентрации ДФГ (2,3- дифосфоглицерол). У просто гемоглобина слишком высокое сродство к кислороду, ДФГ встраивается между протомерами гемоглобина, меняя их конформацию и снижая сродство до нормального значения. На графике показаны прямые при нулевой концентрации (атас полный), при 5 ммоль/л (норма) и при 8 ммоль/л (немного сниженное сродство).
Продолжая тему гемоглобина, нужно сказать, что гемоглобины разные бывают по строению, т.е. существуе полиморфизм гемоглобина, общее строение, функции и свойства меняются не сильно. У взрослых 98% гемоглобина – гемоглобин А (2 альфа-цепи, 2 бета-цепи), 2% гемоглобина А2 (2 альфа-цепи, 2 дельта-цепи). У эмбриона в первое время эмбриональный гемоглобин (2 кси-цепи, 2 эпсилонт-цепи), а чуть позже у него появляется на долгое время фетальный гемоглобин (2 альфа-цепи, 2 гамма-цепи).
Это нормальные генетические разновидности гемоглобина, но бывают ещё и патологические соединения гемоглобина, не запрограммированные
генетически: гликозилированный гемоглобин HbA1c (образуется при длительной гипергликемии при сахарном диабете, плохо функционирует), гемоглобин разновидности А3 (к нему присоединён глутатион), метгемоглобин (железо имеет заряд +3, вместо +2 – это очень плохо), карбоксигемоглобин (соединение угарного газа и гемоглобина в 300 раз прочнее соединения оксигемоглобина, т.е. это соединение не распадается, гемоглобин не переносит кислород).
И в завершение темы гемоглобина скажем, что есть болезни, связанные с ним, их называют гемоглобинопатиями, их делят на 4 типа. Первый тип – мутации в полипептидных цепях. Второй тип – цепи не мутированные, но нарушены процессы их синтеза. Третий тип – нарушен синтез гема. Четвёртый тип – переход железа в степень окисления +3.
Ив завершение тимы биохимии крови, немного поговрим о ферментах крови. Как их классифицируют? Выделяют 3 группы: секреторные (синтезируются печенью и в норме выделяются в кровь, т.е. в крови им и место), экскреторные (они синтезируются печенью, но выделяются с желчью или просто не задерживаются в крови, пример – щелочная фосфатаза), индикаторные (эти ферменты принадлежат конкретным тканям и оказываются в крови только, если ткань разрушается, поэтому их и назвали индикаторными – они индикаторы патологий конкретных тканей).
Ачто нам может показать ферментный анализ крови? Если в крови много экскреторных ферментов, значит закупорен желчный проток, скорее всего, уровень секреторных ферментов в крови характеризует работу печени либо указывает на некоторые мутации (если количество этих ферментов уменьшается, значит, либо печень не работает, либо она начала разрушать белки крови для получения аминокислот для глюконеогенеза, например), а вот появление или просто увеличение активности индикаторных ферментов
Икрови говорит о патологии (разрушении) тканей, которым принадлежат эти ферменты. Давайте ещё раз вспомним основные идникаторные ферменты. Изоформы лактатдегидрогеназы ЛДГ: ЛДГ-1,2 (сердце, инфаркт миокарда), ЛДГ-4,5 (мышцы, миопатии). Изоформы креатинфосфокиназы: MM (мышцы, миопатии), MB (сердце, инфаркт миокарда), BB (мозг, энцефалопатии с нарушением гематоэнцефалического барьера). Аспартатаминотрансфераза АсАТ (сердце) в крови относится к аланинаминотрансферазе АлАТ (печень) равно 1,33, если соотношение растёт, АсАТ становится больше – патология сердца (инфаркт миокарда), а если падает, то АлАТ становится больше – патология печени.
Биохимия мочи
Моча – вторая по значимости биологическая жидкость после крови, так как она образуется из крови в результате процессов, протекающих в почках. Именно почки образуют мочу. Как устроены почки (удивительно, но такое на биохимии реально спрашивают – сам в шоке)? Всю анатомию вспоминать не надо – просто скажем, что почки имеют бобовидну форму, в них есть корковый и мозговой слои, сами почки образованы нефронами (структурнофункциональные единицы), помним, что нефроны имеют капсулу БоуменаШумлянского, в ней сосудистый клубочек, проксимальный и дистальный прямые и извитые канальцы, затем идёт соединительный канал и собирательные трубочки. Корковый слой почек в основном состоит из извитых канальцев и капсул, а мозговое вещество из прямых канальцев нефронов и собирательных трубочек. В глубине почек имеются сосочки, в которые собираются трубочки (сосочки имеют клапан, чтоб моча не шла обратно), сосочки открываются в чашечки, а чашечки в лоханки, а те переходят в мочеточники – такая собирательная система. Именно нефрон отвечает за образование мочи. Как образуется моча? Вот это понимать очень
важно всем вам. Тут работает три процесса. Первый – клубочковая фильтрация, через неё из крови в полость нефрона попадают все молекулы, кроме большинства белков и форменных элементов крови, однако некоторые ионы проходят эту фильтрацию не на 100% (некоторые из них связываются с белками, поэтому свободные ионы проходят фильтрацию, а связанные – нет). Таким образом, первичная моча – это безбелковая плазма крови, с уменьшенными концентрациями некоторых ионов. Но в первичной моче есть много нужного нашему организму, как отделить нужное от ненужного? Для этого в канальце нефрона происходит реабсорбция – всасывание из канала в кровь всех нужных веществ (этот процесс можно усиливать или ослаблять, чтобы регулировать количество определённых веществ в крови и организме, типа у вас слишком много кальция – уменьшите его реабсорбцию и он начнёт уходить из организма с мочой). Однако ещё есть процесс секреции, когда особо вредные вещества (ну не всегда кстати вредные, иногда просто не нужные) настолько не нужны, что их из крови дополнительно секретируют в канальцы, чтобы они быстрее покидали организм. Вот эти три процесса определяют состав вторичной мочи (той, что покидает почки и организм), в ней остаётся всё вредное и ненужное.
Давайте охарактеризуем общие химико-физические свойства нормальной мочи. Во-первых, цвет соломенно-жёлтый, во-вторых, прозрачная, в-третьих, полностью жидкая – без кристалликов и осадка, в- четвёртых, pH 5,5-6,5.
Что касается лабораторной диагностики, она направлена на определение химико-физических свойств мочи и анализа её компонетов. Какие есть подходы? Многие вещества обнаруживается качественными реакциями. Если в моче есть осадок или кристаллы, их можно смотреть под микроскопом, а также под микроскопом считают форменные элементы крови, попадающие в мочу в норме и патологии. Также может использоваться калориметрия (проверка оптической плотности). Существуют микробиологические исследования с посевами на питательные среды. Это такие основные примеры, но есть и другие способы, однако с ними вы познакомитесь на других кафедрах.
Нормальные компоненты мочи. Минеральные: вода, натрий, калий, кальций, магний, хлориды, гидрокарбонаты, ортофосфаты, аммиак. Органические: мочевина, мочевая кислота, креатинин, гиппуриновая кислота, органические кислоты и желчные пигменты (ди- и трипирролы, стеркобилин).
Теперь обсудим патологические компоненты мочи и то, что они значит. Мы, конечно, всё не охватим, но возьмём основное, рассмотрим только вещества, клетки отношения к биохимии не имеют. Примеры патологических веществ: белки, аминокислоты, глюкоза, кетоновые тела, прямой биллирубин, мезобилиноген, креатин. Белки в моче – протеинурия. В моче могут быть крупные и мелкие белки – это две разные протеинурии, о чём они говорят? В норме крупные белки не проходят клубочковую фильтрацию,
а потому не попадают в мочу, их присутствие в ней указывает на разрушение капсул Боумена-Шумлянского, раз через её барьер способны пройти крупные белки. Мелкие белки проходят клубочковую фильтрацию, но реабсорбируются в проксимальном извитом канальце, если эти белки обнаружены в моче, значит, проблема в канальцах, которые их не реабсорбировали. Для справки скажу, в канальцах нет механизма реабсорбции крупных белков, так как те и не должны там оказываться. Аминокислоты попадают в первичную мочу, но полностью реабсорбируются в канальцах, если они обнаружены в моче, значит есть проблема с самими каналами, раз они не реабсорбируют, либо в организме идёт усиленное разрушение белков – аминокислот образуется так много, что они не успевают реабсорбироваться и попадают в мочу. Глюкоза в норме тоже полностью реабсорбируется и в моче отсутствует, если она там есть, то, скорее всего, её концентрация в крови при гипергликемии (при сахарном диабете обычно) превысила пороговую, поэтому глюкоза в нефронах просто не успевает полностью всасываться – она попадает в мочу. Реже глюкоза в моче является признаком патологии канальцев, раз они не реабсорбируют глюкозу. Кетоновых тел в моче и крови обычно нет. Когда они появляются в крови? Когда вы долгое время голодаете, либо у вас голод на фоне
254
гликогеноза, либо вы занимаетесь длительными физическими нагрузками, либо у вас сахарный диабет и вы съели лишний сахар. Если кетоновых тел в крови многовато, они переходят в мочу – плохой знак, они ведь вызывают кетацидоз. Креатин в крови в небольшом количестве, а потому в мочу не попадает, по крови креатин лишь идёт из печени в мышцы, сердце и мозг, но если у вас серьёзные миопатии, то много креатина выходит из мышц в кровь,
а часть попадает в мочу. Желчные пигменты. Вспомним, что в кишечнике билирубин превращается в мезобилирубин, а тот в мезобилиноген, тот в стеркобилиноген, тот в стеркобилин, так вот мезобилиноген всасывается кишечником в кровь, попадает в печень, обезвреживается до ди- и трипирролов, которые выводятся с мочой, ещё кишечник всасывает стеркобилин, который сразу идёт в мочу, т.е. стеркобилин, ди- и трипирролы в моче – норма. А что не норма? Во-первых, при паренхиматозной (печёночной) и механической (подпечёночной) желтухах уровень прямого билирубина в крови растёт, он, будучи гидрофильным, попадает в мочу и выводится с ней, во-вторых, если печень ну вообще не работает, то она не обезвреживает поступающий из кишечника мезобилиноген.
И последнее, что надо сказать о моче, в ней могут появляться кристаллы некоторых плохо растворимых солей, это происходит при нарушении обмена этих солей – их становится слишком много, а если их концентрация велика, то, скорее всего, они начнут в моче образовывать кристаллики, а в почках – камни. Камни бывают на основе уратов (мочевая кислота, часто сопровождается подагрой), фосфатов, оксалатов кальция.
255
Биохимия нервной ткани.
Сразу скажу, тема не очень интересная на уровне учебной программы, всё по большей части на запоминание, эта информация даётся вам, чтобы вы хотя бы примерно понимали некоторые тонкости в работе мозга и его отличия от всех остальных тканей.
Начнём с общего химического состава. Как вы помните, в мозге есть белое и серое вещество, которые морфо-функционально отличаются, а потому и химический состав их тоже несколько отличен. В сером веществе 84% воды и 16% плотного остатка, из которого 8% белков, 5% липиды, 1% минералов, а в белом веществе 70% воды и 30% плотного остатка, из которого 9% белков, 17% липидов, 2% минералов.
Функции нервной ткани в целом не хитрые – поддерживает высокую электрическую активность и информационный обмен (компьютер) и осуществлять регуляцию физиологических функций и поведения, но помимо этого, нервная ткань имеет выраженную секреторную функцию (нейромедиаторы в синапсах и гормоны гипоталамуса).
Липиды мозга. В сером веществе холестерол 22%, гликосфинголипиды 7,3%, глицерофосфолипиды 69,5%, сфингомиелин (сфингофосфолипиды) 6,9%, ТАГ отсутствует. В белом веществе холестерола 27,5%, гликосфинголипидов 26,4%, глицерофосфолипиды 45,9%, сфингомиелин 7,7%, ТАГ отсутствует. Примечательны и жирные кислоты мозга, они длиннее обычных (вплоть до 24-х углеродов), в них бывает нечётное количество углеродов, а количество двойных связей в одной молекуле может достигать 6-ти. В чём задача липидов мозга и почему их состав такой, какой есть? Вопервых, как и во всех клетках, липиды формируют мембрану у клеток нервной ткани, а у нейронов всё функционирование, все электрические явления протекают именно за счёт мембраны, поэтому её состав и свойства чрезвычайно важны! Во-вторых, гликосфинголипиды помогают формировать защитный гликокаликс. В-третьих, сфинголипиды участвуют в транспорте ионов, а все электрические явления в нервной ткани, да и в других возбудимых тканях тоже, построены на движении ионов. В-четвёртых, в электропроводящих системах крайне важно иметь изоляцию. Потому что нервные волокна идут очень близко друг к другу, если бы у них не было изоляции, возбуждение перескакивало с одного волокна на другое и появлялись бы сигналы, которых появляться было не должно – ошибки в работе нервной ткани, а липиды электричество не проводят. Плюс изоляция
в форме миелиновых оболочек (накрученная цитоплазматическая мембрана вокруг нервного отростка) позволяют осуществлять сальтаторное проведение нервных импульсов, которое гораздо быстрее обычного.
256
Белки мозга. Напоминаю, что белками мы называем всё, что содержит больше 50 аминокислот, а если меньше, то это пептиды. Просто перечислю группы белков и их функции.
Группа нейроспецифических кальций-связывающих белков. S-100 белок присутствует в глиальных клетках, регулирует проницаемость мембран нейронов для кальция, формируя память (по сути память базируется на совокупностях нейронов (если группа нейронов записала одно воспоминание, то проводимость между ними должна быть высокой, чтобы если мы решили поднять это воспоминание, то оно быстро и полностью воспроизвелось, но это я так объясняю, на самом деле всё сложнее), проводимость сигнала между которыми существенно повышена во многом за счёт лучшей проницаемости мембран для кальция – чем больше кальция поступает в синапс, тем проще ему секретировать нейромедиатор). Синапсины регулируют секрецию нейромедиатора в синапсе через протеинкиназу-С (эта протеинкиназа активируется комплексом кальцийкальмодулин, она включает экзоцитоз нейромедиатора в синапс, т.е. регулируя количество кальция в синапсе, мы регулируем активность ПК-С, а с ней регулируем и уровень экзоцитоза/секреции нейромедиатора в синапс). Кальций-связывающие белки управляют потоками кальция, который является необходимым участником синаптической передачи, с помощью которой нейроны взаимодействуют друг с другом.
Группа сократительных и цитоскелетных белков мозга. Альфа- и бетанейротубулины (похожи на актин, необходимый для сокращения), что придаёт нейронам возможность менять форму, а им это надо, потому что они должны периодически перестраиваться – это одна из основ пластичности нервной ткани. Нейростенин обеспечивает движение цитоплазмы в аксонах (аксоплазма), что важно для транспорта некоторых веществ. Кинезины (вот их прям запомните) берут на себя везикулу с какимнибудь веществом, цепляются к микротрубочкам, которые идут вдоль отростка, и тащут эти везикулы по отростку, идя по микротрубочкам, как по рельсам, расходуя АТФ, как топливо – короче настоящая тележка с моторчиком в нейронах, которая помогает осуществлять очень точный (адресный), относительно быстрый транспорт в больших объёмах (сами по себе везикулы полгода по нейрону гуляли, пока догадались бы, в какой отросток им надо пойти, а так их берут и довозят на тележке, куда им надо; про полгода утрирую, конечно, но вы поняли). Динеины делают то же, что кинезины, только кинезины идут от тела к отросткам, а динеины от отростков
к телу. В общем эти белки отвечают за движение в нейроне, помогая ему менять форму и осуществляя очень эффективный транспорт, что очень важно для нейрона, если учитывать, какие порою длинные бывают у него отростки (сантиметры).
257
Нейроспецифические белки, которые характерны глиальным клеткам. Так как они специфичны, они являются маркёрами, т.е. нам не интересно, что они делают в глие, нам интересно, что их обнаружение в клетке точно говорит, что это за клетка, потому что этот белок есть только в таких клетках. Примеры. Альфа-2-гликопротеин – маркёр астроцитов. Глиальный фибрилярный кислый протеин – маркёр нейроглиальных опухолей.
Группа секреторных белков мозга. Эти белки выполняют свою функцию за переделами клетки. Нейрофизины переносят гормоны нейрогипофиза. Нейтротрофины снаружи нейронов поддерживают их пластичность.
Группа белков миелиновых оболочек. Гидрофобный протеолипидный белок придаётт стабильность мембранам, из которых состоит миелиновая оболочка.
Нейроспецифические ферменты. Они имеют свою функцию, но больше интересны как маркёры (если они окажутся в крови, значит, имеет место быть разрушение нервной ткани и гематоэнцефалического барьера – серьёзнейшие энцефалопатии). Нейроспецифическая енолаза – маркёр нейробластом. Арилсульфатаза МВ изоформа, креатинфосфокиназа ВВ, лактатдегидрогеназа-1,2 – энцефалопатии. В мозге есть много МАО (моноаминоксидазы), ибо в мозге часто выделяютя биогенные амины – надо обезвреживать, чтобы не задерживались. Креатинфосфокиназа нужна для креатинфосфокиназного фосфорилирования, которое служит энергетическим стартёром, как в мышцах. Лактатдегидрогеназа нужна, чтобы лактат, который поглощает мозг из крови, можно было превратить в пируват и пустить его в общий конечный путь катаболизма (ПДК, ЦТК, ЦПЭ) с целью получения энергии.
Вам не нужно в подробностях запоминать всё написанное, я дал вам эту информацию, чтобы вы знали, что в нервной ткани есть много нетипичных функций, для которых есть специальные белки, каких не увидешь в других тканях, т.е. показал, почему нервная ткань стоит особняком. Вам же необходимо запомнить группы белков, примеры и функции.
Пептиды мозга. Напоминаю, обединения аминокислот числом 2-10 – олигопептиды, 11-50 – полипептиды, 50+ - белки. В мозге пептиды выполняют в основном регуляторную функцию. Гипоталамус вырабатывает гормоны пептидной природы – либерины (активируют синтез и секрецию гормонов гипофиза) и статины (ингибируют синтез и секрецию гормонов гипофиза), помимо этого гипоталамус вырабатывает такие пептидные гормоны, как вазопрессин (улучшает память, понижает диурез) и окситоцин (повышает тонус в матке и лактацию, ухудшает память), они синтезируются в гипоталамусе, но секретируются в нейрогипофизе (спускаются в гипофиз из
258
таламуса по аксонам секреторных нейронов). В разных отделах мозга вырабатываются эндорфины (альфа, бета, гамма) и энкифалины, которые выступают эффекторами антиноциоцептивной системы (подавляют лишнюю боль), приносят удовольствие. Нейропептид-Y повышает тонус гладкомышечных клеток, понижает аппетит, регулирует сексуальное поведение. Дельта-сон индуцирующий пептид перестраивает работу мозга так, чтобы у того наблюдался дельта-ритм на ЭЭГ. Холицистокинин-8 понижает аппетит, повышает страх. Вещество Р является нейромедиатором и активатором воспаления. Нейротензин понижает боль, АД, температуру тела. Бомбезин понижает температуру тела. Натрийуретический гормон понижает реабсорбцию натрия в почках, выводя его и часть воды из организма, что понижает объём циркулирующей крови и снижает АД. Эндозепины отрицательно регулируют ГАМК-рецепторы.
Основные аминокислоты мозга. Глицин, глутамин, глутаминовая кислота, ГАМК, аспартат, N-ацетиласпартат, таурин. Аминокислоты в основном выступают в роли нейромедиаторов, например, ГАМК и глицн – тормозные нейромедиаторы. Таурин имеет 2 необычные функции: замедляет синаптическую передачу, активирует репарацию. Но самой многофункциональной аминокислотой является глутаминовая. Почему? Вопервых, эта аминокислота, как и все, нужна для синтеза белка, во-вторых, из неё синтезируется ГАМК, в-третьих, сама по себе является возбуждающим нейромедиатором, в-четвёртых, необходима для временного обезвреживания аммиака (превращается в глутамин), в-пятых, участница трансдезаминирования, в-шестых, энергетическая функция – если подействовать на неё глутаматдегидрогеназой, получится НАДН2 (3 АТФ) и альфа-кетоглутарат, который сразу можно пускать в ЦТК.
Об углеводах скажем не так много. Полисахариды (линейные гетерополисахариды стуктурные) используются для постоения базальных мембран, но не в ЦНС, а в нервах, т.е. в мозге о полисахаридах мы даже и не говорим. Олигосахариды в мозге можно найти на гликопротеинах (их там полно) и в составе гликосфинголипидов – образуют гликокаликс на мембранах клеток. Но самая интересная для нас глюкоза. Мозг не делает запасов гликогена, как печень и мышцы, поэтому постоянно потребляет глюкозу (основной источник энергии), пуская её в аэробный гликолиз. Однако хотя глюкоза и расходуется в катаболизме, немалая её часть отправляется на синтез заменимых аминокислот, потому что в мозге постоянно происходит синаптическая передача, которая осуществляется с помощью нейромедиаторов, многие из которых являются аминокислотами или их производными.
Теперь обсудим метаболизм нервной ткани. Большинство органов имеет гематопаренхиматозный барьер (между тканью и кровью), который не
259
является каким-то серьёзным препятствием для питательных веществ, а вот в мозге есть гематоэнцефалический барьер. Сосуд, проходящий в мозге окружён периваскулярным пространством, а оно окружено каналом, образованным отростками астроцитов (сосуд внутри сосуда), астроциты решают, что из крови брать можно, а что нельзя, поэтому в мозг обычно не проникает ничего лишнего и опасного, но, к сожалению, это же порою мешает проникать в мозг некоторым препаратам. Интересно, что мозг в качестве источника энергии использует почти только глюкозу, но если постабсорбтивный период очень затянулся, то мозгу приходится часть глюкозы заменять кетоновыми телами, но ещё мозг может питаться лактатом. Нервная ткань потребляет нереальное количество энергии, так как очень много её уходит на постоянный транспорт ионов, ибо по нервной ткани постоянно ходят потенциалы действий – ионы входят и выходят, их надо возвращать на место, чтобы поддерживать необходимый градиент, плюс нервная ткань имеет выраженную секреторную функцию, а потому нужна энергия на синтез того, что она секретирует, плюс нервная ткань синтезирует для себя особые жирные кислоты – это тоже требует затрат энергии. Вот только нервная ткань не депонирует никаких особо богатых источников энергии вроде ТАГ и гликогена, поэтому мозг 24/7 поглощает кучу глюкозы, а иногда лактат и кетоновые тела, причём в мозге протекает именно аэробный гликолиз (он даёт много энергии), поэтому мозг ещё и кучу кислорода потребляет, чтобы полностью окислять глюкозу и получать необходимую энергию. В связи с высочайшими энергетическими нуждами, потребности в кислороде и при этом отсутствием ТАГ и гликогена нарушение кровоснабжения и гипоксия сразу же лишают нервную ткань энергии, а она,
в отличии от многих других тканей, не может просто взять и остановить свою работу на время, уж слишком важная у неё работа, поэтому нервная ткань начинает работать в гипоэнергетических условий, что быстро может привести к её разрушению.
260