Биоорганическая химия. Учебное пособие

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

Вклетке существует конкуренция за НАДФН между моноок сигеназными реакциями и другими НАДФН потребляющими процессами (глюконеогенез, синтез жирных кислот) и в присут ствии высоких концентраций субстратов микросомального окис ления заканчивается подавлением либо глюконеогенеза, либо синтеза жирных кислот.

2. Реакции конъюгации промежуточных метаболитов (соедине ние с белками, аминокислотами, глюкуроновой и серной кис лота ми), не требующие использования основных энергетических ресур сов клетки. Практически все реакции конъюгации идут с участием трансфераз за счет энергии гидролиза АТФ.

Цитохром Р 450 — сложный белок, состоящий из двух частей: апофермента — собственно белковой части и простетической части — гема. Апофермент выполняет регуляторную функцию

иможет связывать сотни самых различных соединений. Гем обла дает способностью переводить молекулярный кислород из неак тивной формы в активную и использовать его в реакциях окисле ния, которых насчитывается несколько десятков. Гем «работает» в составе окислительно восстановительной цепи, поставляющей ему необходимые для активации кислорода электроны. В качестве поставщика последних выступает метаболит гликогена — восстанов ленный никотин амид аденин динуклеотид.

Микросомальная система окисления является мощным потре бителем кислорода в живой клетке. На ее нужды уходит 10–40% кис лорода, утилизируемого в процессе тканевого дыхания.

Вмикросомах гепатоцитов содержатся ферменты, не только окисляющие, но и восстанавливающие некоторые чужеродные соединения. Эти реакции происходят с участием фермента цито хром с редуктаза или цитохром в редуктаза.

Специфичность гидроксилирования, происходящего в мик росомах печени, невелика. В механизме гидроксилирования многих медикаментов лимитирующей стадией является реакция восстановления цитохрома Р 450 и его комплекса с субстратом. Активен комплекс, в котором одна молекула Р 450 связывает од ну молекулу субстрата. Насыщение цитохрома Р 450 субстратом наступает при очень низких концентрациях последнего, что дает

231

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

возможность окисления очень малых количеств ксенобиотиков, проникающих в клетку.

Итак, в результате первой фазы биотрансформации происхо дит привнесение в молекулу чужеродных веществ групп —ОН, —NH2, —SH. После этих превращений метаболиты могут вклю чаться в дальнейшие реакции, а также выделяться в неизменен ном виде или в виде конъюгатов.

Другой путь утилизации кислорода эндоплазматическим рети кулумом — присоединение обоих атомов кислорода к субстрату системой оксигеназ. В этих реакциях кислородзависимые реакции восстановления цитохрома Р 450 катализируются НАД Н зависи мым флавопротеидом и сопровождаются окислительной деграда цией ненасыщенных жирных кислот. Перекисное окисление ини циируется супероксидным радикалом или образуемым им синглетным кислородом. Продуктом двухэлектронного восстано вления кислорода является перекись водорода.

II фаза биотрансформации — конъюгация (синтез) состоит из ряда реакций синтеза между двумя компонентами, из которых один представляет собой токсическое вещество, а другой — эндо

232

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

генный компонент. Присоединение осуществляется к гидроксиль ным группам отрицательно заряженных растворимых в воде моле кул (сульфат, глюкуроновая кислота и др.) на мембране эндоплаз матического ретикулума с участием ферментов — трансфераз. В результате этого молекула ксенобиотика или метаболита стано вится более полярной, менее липидорастворимой и поэтому лег ко выводится из организма.

1.Конъюгация с глюкуроновой кислотой — самая распро страненная. Глюкуроновая кислота образуется в организме из гликогена в печени, в меньшей степени — в почках и коже. Глю куроновая кислота в виде уридилдифосфоглюкуроновой кислоты

вмикросомах с помощью глюкуронилтрансфераз переносится на различные вещества, содержащие свободные группы: —ОН (мо носпирты, этилы, фенолы), группы —SH (тиолы), —NH2.

2.Конъюгация с серной кислотой. Серная кислота в виде ак тивной формы сульфата синтезируется в печени специфической сульфокиназой, с ней соединяются стероиды, фенолы, цикличе ские амины.

3.Связывание с глицином обеспечивает синтез желчных кислот.

4.Соединение с цистеином, глютатионом с ароматическими углеводородами (нафталин).

5.Уксусная кислота в виде ацилкоэнзима А используется для ацетилирования, например сульфаниламидов.

6.Метилирование фенолов, аминов.

Скорость биотранформации в печени зависит не только от физико химических свойств вещества, но и от функционирова ния всего организма, от функции элиминирующего органа. На пример, при нарушениях гемодинамики, снижении артериального давления, гипоксии, ацидозе — биотрансформация веществ осу ществляется медленнее. Нарушения функции печени, вызванные ранее перенесенным гепатитом или токсическим действием са мого яда, также задерживают метаболизм и исчезновение вещест ва из организма.

Существуют также ферментные системы немикросомального происхождения в печени, почках, легких, которые также катали зируют реакции окисления, восстановления и гидролиза, напри мер спиртов, альдегидов и фенолов (алкогольдегидрогеназа).

233

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

В печени происходит также обезвреживание аммиака и били рубина. Аммиак потребляется в аргининовом цикле и входит в со став молекулы мочевины, которая, поступая в кровь, выделяется с мочой. Билирубин образует конъюгаты с глюкуроновой кисло той и в меньшей степени — с серной, которые выводятся с жел чью в кишечник.

Пути инактивации гормонов в печени разные. Пептидные гормоны гидролизуются протеазами. При однократном прохож дении крови через печень инактивируется 80% инсулина: перво начально происходит восстановление дисульфидных связей с вы свобождением двух полипептидных цепей, затем их гидролиз инсулиназой. Катехоламины подвергаются окислительному дез аминированию при участии моноаминооксидазы, затем метилиро ванию по гидроксильным группам и конъюгации с серной или глю куроновой кислотой, продукты катаболизма выводятся с мочой.

Стероидные гормоны в микросомальной фракции гидрокси лируются при участии гидроксилаз, затем подвергаются конъюга ции с глюкуроновой или серной кислотой и выводятся с мочой.

Тироксин вовлекается в трансаминирование, превращаясь в кетопроизводное, которое подвергается конъюгации с этими же кислотами.

Обезвреживание продуктов гниения аминокислот, образую щихся в результате деятельности микрофлоры кишечника. Када верин и путресцин (продукты декарбоксилирования лизина и ор нитина) выделяются с мочой в неизменном виде; крезол и фенол (образующиеся при рападе тирозина), скатол и индол (при распаде триптофана) всасываются из кишечника, и в печени крезол и фенол образуют конъюгаты с глюкуроновой или серной кислотами; ска тол деметилируется, превращаясь в индол. Индол в свою очередь подвергается гидроксилированию, превращаясь в индоксил, ко торый конъюгирует с глюкуроновой или серной кислотами. В виде калиевой соли индолсульфат выделяется с мочой.

Свои энергетические потребности печень обеспечивает пре имущественно за счет кетокислот, образующихся при дезамини ровании и переаминировании аминокислот. Использовать в ка честве энергетического материала ацетоацетат печень не может,

234

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

так как отсутствует трансфераза, обеспечивающая образование его активной формы — ацето ацетил КоА.

2. Желтуха и холестаз. Желтуха — сиптом окрашивания в жел тый цвет слизистых оболочек, склер и кожи, сопровождает некото рые заболевания и связана с гипербилирубинемией, при которой уровень билирубина превышает пороговое значение — 34 мкмоль/л. Причиной желтухи является нарушение равновесия между обра зованием и выведением билирубина, что бывает при следующих обстоятельствах: повышенная скорость образования превышает способность печени к его экскреции; нагрузка билирубином ха рактерна для нормы, но поврежденные гепатоциты не могут обес печить конъюгацию или экскрецию всего билирубина; в резуль тате заболевания желчевыводящих путей отток желчи уменьшен

втакой степени, что в кишечник не поступает конъюгированный билирубин.

Увзрослого человека образуется 425–595 мкмоль билирубина

всутки, большинство молекул билирубина образуется при распа де гемоглобина из стареющих эритроцитов в клетках моноцитар но макрофагальной системы. При катаболизме гемоглобина вна чале от него отделяется глобин, поступающий в общий фонд белков, гем окисляется при участии микросомальной гемоксиге назы в биливердин, который при участии цитоплазматической би ливердин редуктазы превращается в билирубин. Химически род ственные гемоглобину соединения (миоглобин и цитохром) также являются источниками билирубина. Вслед за выходом в плазму не конъюгированный (несвязанный) билирубин фактически весь связывается с альбумином, обратимым нековалентным способом (максимальная связывающая способность составляет 2 молекулы билирубина на 1 молекулу альбумина). Связанный с белком неконъю гированный билирубин не проникает ни через почечные клубоч ки в мочу, ни через биомембраны мозга. Несвязанный с белком

(свободный) неконъюгированный билирубин нерастворим в воде, но растворим в липидах, может проникать в клетки мозга и повреждать их. У новорожденных при незрелых механизмах конъю гации в печени наиболее высока вероятность накопления свобод

235

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

ного билирубина в кровотоке, превышающая способность белка плазмы связывать его. При низком содержании альбумина в плазме или при вытеснении неконъюгированного билирубина из центров связывания на поверхности альбумина высокими концентрациями жирных кислот или таких органических ионов, как сульфанила мины и салицилаты, гормоны, морфин, возрастает доля неконъю гированного свободного билирубина, возникает риск поврежде ния мозга.

Печень осуществляет поглощение и конъюгацию билируби на, выведение билирубина в желчь. Гепатоциты извлекают били рубин из кровотока, в гепатоците непрямой билирубин, связанный с альбумином, диссоциирует на пигмент и альбумин. Связывание билирубина в гепатоците с лигандом предотвращает обратный вы ход билирубина в плазму. В эндоплазматической сети гепатоцитов непрямой билирубин подвергается конъюгации с глюкуроновой кислотой при участии фермента УДФ глюкуронил трансферазы

ипревращается в билирубин моно и билирубин диглюкурони ды (конъюгированный, прямой билирубин). Билирубин моно глюкуронид поступает к обращенной в сторону желчных каналь цев поверхности гепатоцита, где после присоединения второго остатка глюкуронида активно секретируется в желчные канальцы. Образование билирубин глюкуронидов предотвращает связыва ние водорода внутри молекулы, которая приобретает полярность

иобеспечивает возможность поступления пигмента в желчь. Конъю гированный (прямой) билирубин не только хорошо растворим в воде, но и имеет более компактную молекулу, что влияет на транспорт комплекса через мембраны. Процесс секреции прямо го билирубина в желчь представляет реакцию, энергозависимую

иконтролирующую скорость метаболизма билирубина в печени. Если она нарушается, то снижается секреция билирубина в желчь или может происходить обратный выход прямого билирубина из гепатоцита в кровоток. Транспорт билирубина зависит от нор мального оттока желчи, который в свою очередь тесно взаимосвя зан с активностью секреции желчных кислот из гепатоцитов. При различных поражениях печени и повышении давления в жел чевыводящих путях наиболее высока вероятность нарушения се

236

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

креции прямого билирубина в желчь. Непрямой билирубин обычно не поступает в желчь, кроме случаев его фотоокисления. После появ ления в просвете кишки билирубин глюкурониды могут экскрети роваться в кал или метаболизироваться до уробилиногена. Вслед ствие своей полярности прямой билирубин не реабсорбируется слизистой оболочкой кишечника, что представляет собой основной механизм, способствующий освобождению организма от пигмента. Для образования уробилиногена из прямого билирубина необхо димо воздействие бактерий в нижнем отделе тонкой кишки. В противоположность прямому билирубину уробилиноген реаб сорбируется из тонкой кишки в портальный кровоток и становит ся объектом эндоплазматического круговорота. Часть уробилино гена реэкскретируется печенью в желчь, остальная его часть поступает в мочу в небольшом количестве. При нарушении меха низма печеночной экскреции при гепатоцеллюлярном заболева нии или значительном образовании билирубина концентрация уро билиногена в моче может значительно возрастать. Непрямой билирубин достаточно прочно связан с альбумином и не фильтрует ся почечными клубочками. Поскольку в канальцах не происходит процессов секреции билирубина, непрямой билирубин не посту пает в мочу. Прямой билирубин связан с альбумином слабее. Не связанная фракция диализируется и фильтруется почечными клубочками, фракция прямого билирубина появляется в моче. Со ли желчных кислот увеличивают диализируемость прямого били рубина и при обтурационной желтухе повышенный уровень желчных кислот в плазме может служить причиной усиленного выведения прямого билирубина.

От желтухи следует отличать холестаз, под которым понимают недостаточное выделение всех или основных компонентов желчи. Холестаз может быть обусловлен нарушениями на различных участках гепатобилиарной системы: на уровне гепатоцитов, интра лобулярной и экстралобулярной области интра и экстрапеченоч ных ходов до области большого дуоденального сосочка. Процесс образования желчи начинается в гепатоците, где синтезируются холестерин, желчные кислоты, фосфолипиды, происходит конъю гация билирубина. Холестерин, желчные кислоты, фосфолипиды

237

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

выделяются из гепатоцита в виде специфического макромолеку лярного комплекса с относительно фиксированным соотношением этих трех градиентов. Образование комплекса необходимо для раст ворения в воде и экскреции билирубина. Достаточная его раство римость достигается только в присутствии фосфолипидов, кото рые не растворяются в воде, но в присутствии желчных кислот обладают высокой растворимостью. За начальный уровень холе стаза принимают измененные органеллы печеночной клет ки — в частности, гладкую эндоплазматическую сеть или группу органелл гепатоцита, называемых желчесекреторным аппаратом. Протоки портального тракта признают конечным уровнем внут рипеченочного холестаза. Синдром интралобулярного холестаза связан с повреждением паренхиматозных клеток печени. Экстра лобулярный холестаз возникает при обструктивно воспалитель ном процессе в портальных полях. Причина внутрипеченочного холестаза — нарушение образования желчных кислот из холесте рина в гладкой эндоплазматической сети с задержкой их выделе ния. Другой причиной внутрипеченочного холестаза может быть нарушение проницаемости желчных капилляров, вследствие чего теряется много жидкости, что способствует сгущению желчи с об разованием желчных тромбов, что развивается при вирусной, ме дикаментозной, гормональной этиологии холестаза.

В основе внепеченочного холестаза лежит нарушение оттока желчи, вызываемое механическими факторами. Препятствие от току желчи находится в области крупных ходов и связано с внут рипротоковым препятствием току желчи камнем, аденокарцино мой, сдавлением протоков опухолью, острым и хроническим панкреатитом, опухолью головки поджелудочной железы, стрик турой внепеченочных желчных ходов, стенозом и опухолью боль шого дуоденального сосочка. Основные клинические признаки холестаза — зуд кожи, ахоличный стул, моча темно коричневого цвета.

Традиционно классификация желтух проводится по патоге нетическому принципу на гемолитическую (надпеченочную), па ренхиматозно холестатическую (печеночно клеточную) и обту рационную (подпеченочную). Гемолитическая желтуха связана

238

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

с ускоренным высвобождением гемоглобина из эритроцитов, при водящим к избыточному образованию свободного билирубина. Она может развиться в результате мембранопатий — врожденно го сфероцитоза или врожденного дефицита глюкозо 6 фосфат дегидрогеназы эритроцитов. Количество свободного билирубина превышает функциональные возможности печени, в крови повы шено содержание свободного (непрямого) билирубина. Свобод ный билирубин не фильтруется почками, в моче его нет. Количество стеркобилина в кале и уробилиногена в моче повышено. При сохраненной функции печени повышается и уровень конъюгиро ванного билирубина.

Печеночная желтуха связана со следующими нарушениями: нарушены все три стадии обезвреживания свободного билируби на — элиминация из крови, конъюгирование и выведение. В зави симости от тяжести поражения печени возрастает уровень свобод ного билирубина. В повышенном количестве появляется в крови связанный билирубин (нарушено его выведение). Изменяется со держание желчных пигментов в каловых массах; конъюгирование билирубина в связи с врожденным дефектом УДФ глюкуронид трансферазы.

Элиминация и транспорт билирубина гепатоцитом. Выведение конъюгированного билирубина.

Дефект УДФ глюкуронид трансферазы (синдром Криглер Найяра). При полной блокаде фермента с первых дней жизни ре бенка появляется желтуха, резко повышен непрямой билирубин

вкрови, выявляются поражения центральной нервной системы, выведение билирубина не нарушено. Концентрация билирубина

вкрови на невысоком, но постоянном уровне, дети отстают в фи зическом и психическом развитии. При неполной блокаде конъ югирования билирубина возможно частично купировать дефицит введением индуктора ферментов (фенобарбитал).

Дефект элиминации и транспорта неконъюгированного би лирубина (синдром Жильберта Мейленграхта) вызывается мета болическим нарушением транспорта билирубина из крови в гепа тоцит по градиенту концентрации за счет генетического дефекта

239

Тема 22. Детоксицирующая функция печени

белков транспортной системы. Заболевание выявляется в юноше ском возрасте, нередко после перенесенного вирусного гепатита, проявляется легкой перемежающейся желтухой, слабостью, дис пептическими явлениями, возможны боли в животе, небольшое увеличение размеров печени. Периодическая гипербилирубине мия за счет свободного билирубина, повышенная активность АСТ и АЛТ.

Нарушение элиминации связанного билирубина (синдром Дубина Джонсона и Ротора) — конъюгация билирубина не нару шена, но глюкурониды билирубина не выводятся в печеночные ходы. Клинически обнаруживается желтуха, за счет в основном связанного билирубина, небольшие изменения функциональных проб печени, диспепсия, утомляемость, боли в животе.

Таблица 12

КлиникоJбиохимическая характеристика желтухи

240