3. Несахарный диабет
Дефицит АДГ, вызванный дисфункцией задней доли гипофиза, а также нарушениями в системе передачи гормонального сигнала, приводит к развитию несахарного диабета. При этом происходит нерегулируемая экскреция воды, а наиболее опасным последствием является дегидратация организма.
Под названием "несахарный диабет" объединяют заболевания с разной этиологией. Так, основными причинами центрального несахарного диабета могут быть генетические дефекты синтеза препро-АДГ в гипоталамусе, дефекты процессинга и транспорта проАДГ (наследственная форма), а также повреждения гипоталамуса или нейрогипофиза (например, в результате черепно-мозговой травмы, опухоли, ишемии). Нефрогенный несахарный диабет возникает вследствие мутации гена рецептора АДГ типа V2 (наследственная форма), следствием которого является неспособность почек реагировать на гормон. Основное проявление несахарного диабета - гипотоническая полиурия, т.е. выделение большого количества мочи низкой плотности. Снижение секреции АДГ приводит также к усиленному потреблению воды. Диагностические критерии несахарного диабета: выраженная полиурия (до 20 л в сутки, плотность мочи <1,010, в норме - 1,020).
Альдостерон - наиболее активный минера-локортикостероид, синтезирующийся в коре надпочечников из холестерола.
Синтез и секреция альдостерона клетками клубочковой зоны непосредственно стимулируются низкой концентрацией Na+ и высокой концентрацией К+ в плазме крови. На секрецию альдостерона влияют также простагландины, АКТГ. Однако наиболее важное влияние на секрецию альдостерона оказывает ренинангиотензиновая система.
Альдостерон не имеет специфических транспортных белков, но за счёт слабых взаимодействий может образовывать комплексы с альбумином. Гормон очень быстро захватывается печенью, где превращается в тетрагидроальдостерон-3-глюкуронид и экскретируется с мочой.
1. Механизм действия альдостерона
В клетках-мишенях гормон взаимодействует с рецепторами, которые могут быть локализованы как в ядре, так и в цитозоле клетки. Образовавшийся комплекс гормон-рецептор взаимодействует с определённым участком ДНК и изменяет скорость транскрипции специфических генов. Результат действия альдостерона - индукция синтеза: а) белков-транспортёров Na+ из просвета канальца в эпителиальную клетку почечного канальца; б) Nа+,К+,-АТФ-азы, обеспечивающей удаление ионов натрия из клетки почечного канальца в межклеточное пространство и переносящей ионы калия из межклеточного пространства в клетку почечного канальца; в) белков-транспортёров ионов калия из клеток почечного канальца в первичную мочу; г) митохондриальных ферментов ЦТК, в частности цитратсинтазы, стимулирующих образование молекул АТФ, необходимых для активного транспорта ионов (рис. 11-33).
Суммарным биологическим эффектом индуцируемых альдостероном белков является увеличение реабсорбции ионов натрия в канальцах нефронов, что вызывает задержку NaCl в организме, и возрастание экскреции калия.
Гиперальдостеронтм
Гиперальдостеронизм - заболевание, вызванное гиперсекрецией альдостерона надпочечниками. Причиной первичного гиперальдостеронизма (синдром Кона) примерно у 80% больных является аденома надпочечников, в остальных случаях - диффузная гипертрофия клеток клубочковой зоны, вырабатывающих альдостерон. При первичном гиперальдостеронизме избыток альдостерона усиливает реабсорбцию натрия в почечных канальцах. Увеличение концентрации Na+ в плазме служит стимулом к секреции АДГ и задержке воды почками. Кроме того, усиливается выведение ионов калия, магния и протонов. В результате развиваются гипернатриемия, вызывающая, в частности, гипертонию, гипер-волемию и отёки, а также гипокалиемия, ведущая к мышечной слабости, возникают дефицит магния и лёгкий метаболический алкалоз.
Вторичный гиперальдостеронизм встречается гораздо чаще, чем первичный, и может быть связан с рядом состояний (например, сердечная недостаточность, хронические заболевания почек, а также сопровождающиеся нарушением кровоснабжения опухоли, секретирующие ренин). При вторичном гиперальдостеронизме у больных наблюдают повышенный уровень ренина и ангиотензина II, что стимулирует кору надпочечников продуцировать и секретировать избыточное количество альдостерона. Клинические симптомы менее выражены, чем при первичном альдостеронизе. Одновременное определение концентрации альдостерона и активности ренина в плазме позволяет окончательно дифференцировать первичный (активность ренина в плазме снижена) и вторичный (активность ренина в плазме повышена) гиперальдостеронизм.
94 вопрос
Физические свойства и состав нормальной мочи: азотсодержащие, безазотистые органические и неорганические вещества.Патологические компоненты мочи. Клинико-диагностическое определение компонентов мочи.
Физические свойства мочи
Моча является водным раствором электролитов и органических веществ. Основной компонент мочи - вода (от 92 до 99%), в которой растворено порядка тысячи компонентов, многие из них до настоящего времени полностью не охарактеризованы. Около 50-70 г сухих веществ ежедневно удаляется из организма с мочой, большую их часть составляют мочевина и хлористый натрий. Состав мочи значительно варьирует даже у здоровых людей. Этот факт осложняет анализ мочи и заставляет быть осторожным при интерпретации полученных результатов. Суточный объем мочи и концентрация в ней тех или иных компонентов зависят от интенсивности гломерулярной фильтрации, степени канальцевой реабсорбции и экскреции. На 97 % моча человека состоит из воды. Содержитазотистыепродукты распадабелковых веществ:мочевину,мочевуюигиппуровую кислоты,креатинин,ксантин,уробилин,индикан, а также соли — преимущественнохлориды,сульфатыифосфаты
Органические компоненты
Мочевина(20 — 35 г)
Кетоновые тела(< 3 г)
Аминокислоты(1 — 3 г)
Креатинин(1 — 1,5 г)
Мочевая кислота(0,3 — 2, г)
Глюкоза(< 0,16 г)
Белок(< 0,15 г)
Гиппуровая кислота(0,15 г)
Креатин(0,05 — 0,1 г)
Неорганические компоненты
Катионы(K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+,)
Анионы(Cl−, SO42−, НРО42−)
Другие ионы(в малых количествах)
Патологические компоненты мочи
Широко используемое понятие «патологические компоненты мочи» в известной мере условно, так как большинство соединений, рассматриваемых как патологические компонентымочи, хотя и в небольшом количестве, но всегда присутствуют в нормальноймоче. Иными словами, речь идет овеществах, которые в нормальноймочене встречаются в аналитически определяемых количествах. Это прежде всегобелки,глюкоза, ацетоновые (кетоновые) тела, желчные и кровяныепигменты.
Белок. В нормальной мочечеловека содержится минимальное количествобелка, присутствие которого не может быть доказано обыкновенными качественнымипробамина наличиебелка. При ряде заболеваний, особенно при болезнях почек, содержаниебелкавмочеможет резко возрасти (протеинурия). Источникомбелкамочиявляютсябелкисыворотки крови, а также в какой-то степенибелкипочечнойткани.Протеинурии делятся на две большие группы: почечные и внепочечные. При почечных протеинурияхбелки(в основномбелки плазмы крови) попадают вмочувследствие органического повреждения нефрона, увеличения размеров пор почечногофильтра, а также в результате замедления токакровив клубочках. Внепочечные протеинурии обусловлены поражением мочевых путей или предстательной железы.Часто употребляемое в клинической практике название «альбуминурия» (при обнаружении вмочебелка) неправильно, так как смочойвыделяются не толькоальбумины, но иглобулины. Например, при нефрозах общее содержаниебелкавмочеможет достигать 26 г/л, при этомконцентрацияальбуминов12 г/л, аглобулинов – 14 г/л.
В мочечеловека можно обнаружитьактивность рядаферментов:липазы,рибонуклеазы, ЛДГ, аминотрансфераз,урокиназы,фосфатаз, α-амила-зы, лейцинаминопептидазы и др. Основные трудности приопределении активности ферментовмочи, кроме α-амилазы и некоторых других, заключаются в необходимостисгущения(концентрирования)мочии предотвращенииингибирования ферментовв процессе этогосгущения.
Кровь. В мочекровьможет быть обнаружена либо в форме красных кровяныхклеток(гематурия), либо в виде растворенного кровяногопигмента(гемоглобинурия). Гематурии бывают почечные и внепочеч-ные. Почечная гематурия – основной симптом острого нефрита. Внепочеч-ная гематурия наблюдается при воспалительных процессах или травмах мочевых путей. Гемоглобинурии обычно связаны сгемолизоми гемоглоби-немией. Принято считать, чтогемоглобинпоявляется вмочепосле того, как содержание его вплазмепревысит 1 г на 1 л. Гематурию диагностируют, как правило, с помощью цитологического исследования (исследование осадкамочипод микроскопом), а гемоглобинурию – химическим путем.
Глюкоза. Нормальная мочачеловека содержит минимальные количестваглюкозы, которые не обнаруживаются обычными качественнымипробами. При патологических состояниях содержаниеглюкозывмочеувеличивается (глюкозурия). Например, присахарном диабетеколичествоглюкозы, выделяемое смочой, может достигать нескольких десятков граммов в сутки.Иногда вмочеобнаруживают и другиеуглеводы, в частностифруктозу,галактозу,пентозу. Фруктозурия наблюдается при врожденной недостаточностиферментов, превращающихфруктозувглюкозу; встречаются также и врожденная пентозурия, и врожденная галактозурия.
Кетоновые (ацетоновые) тела. В нормальной мочеэти соединения встречаются лишь в самых ничтожных количествах (не более 0,01 г в сутки). Они не обнаруживаются обычными качественнымипробами(нитропруссидныепробыЛегаля, Ланге и др.). При выделении больших количеств кетоновых тел качественныепробыстановятся положительными. Это явление патологическое и называется кетонурией. Например, присахарном диабетеежедневно может выделяться до 150 г кетоновых тел.Смочойникогда не выделяетсяацетонбез ацетоуксуснойкислоты, и наоборот. Обычные нитропруссидныепробыпозволяют определить не только присутствиеацетона, но также и ацетоуксуснойкислоты; β-оксимас-лянаякислотапоявляется вмочелишь при сильном увеличении количества кетоновых тел (сахарный диабети др.).Кетоновые тела выделяются смочойне только присахарном диабете, но и при голодании, исключенииуглеводовиз пищи. Кетонурия наблюдается при заболеваниях, связанных с усиленным расходомуглеводов: например, при тиреотоксикозе, кровоизлияниях в подпаутинные пространства, черепно-мозговых травмах. В раннем детском возрасте (продолжительные заболевания пищеварительного тракта (дизентерия, токсикозы) могут вызвать кетонемию и кетонурию в результате голода и истощения. Кетонурия нередко наблюдается при инфекционных заболеваниях: скарлатине, гриппе, туберкулезе, менингите. В этих случаях кетонурия не имеет диагностического значения и является вторичной.
Билирубин. В норме мочасодержит минимальное количествобилирубина, которое не может быть обнаружено обычными качественнымипробами. Повышенное выделениебилирубина, при котором обычные качественныепробына наличиебилирубинавмочестановятся положительными, называется билирубинурией. Она встречается при закупорке желчного протока и заболеваниипаренхимыпечени.Выделениебилирубинавмочуособенно сильно выражено при обтура-ционных желтухах. При застоежелчипереполненныежелчьюканальцы травмируются и пропускаютбилирубинв кровяные капилляры. Если пораженапаренхимапечени,билирубинпроникает вкровьчерез разрушенные печеночныеклетки. Билирубинурия проявляется при уровне прямогобилирубинавкровивыше 3,4 мкмоль/л. Непрямойбилирубинне может пройти через почечныйфильтр. Это становится возможным при значительных поражениях почек.
Уробилин. В мочеуробилин, точнее стеркобилин, присутствует всегда в незначительном количестве.Концентрацияего резко возрастает при гемолитической и печеночной желтухах. Это связано с потерейпеченьюспособности задерживать и разрушать мезобилиноген (уробилиноген), всосавшийся из кишечника. Напротив, отсутствие вмочеуробилиногена при наличиижелчных пигментов(билирубина) указывает на прекращение поступленияжелчив кишечник вследствие закупорки желчного протока (см. главу 16).
Порфирины. В норме мочасодержит лишь очень малые количествапорфириновI типа (до 300 мкг в суточном количестве). Однако выделениепорфириновможет резко возрасти (в 10–12 раз) при заболеванияхпечении пернициозной анемии. При врожденной порфирии имеет место сверхпродукцияпорфириновI типа (уропорфирина I и копропорфирина I). В этих случаях в суточном количествемочиобнаруживается до 10 мг смеси этихпорфиринов. При острой порфирии отмечается экскреция смочойповышенных количеств уропорфирина III, копропорфирина III, а также порфобилиногена.
Определение компонентов мочи с помощью диагностических полосок
Проведение анализа.
1. Из патрона вынимают полоску, не касаясь зон индикации
2. Полоску опускают в исследуемую мочу на 1-2 с так, чтобы все зоны были смочены. Капли мочи с полоски удаляют, проведя полоской по краю пробирки. Полоску оставляют в горизонтальном положении.
3. Приблизительно через 60 с сравнивают окраску зон индикации с соответствующей цветной шкалой для компонентов мочи на наружной поверхности патрона и находят соответствующее по окраске пятно. Записывают содержание компонентов мочи.
Определение рН мочи:тест основан на изменении цвета смешанного кислотно-основного индикатора с переходом от оранжевой окраски через жёлтую, зелёную до синей в диапазоне рН. Значение рН можно определить с точностью до 0,5 единицы рН.
Клинико-диагностическое значение: рН мочи зависит от характера диеты и колеблется в пределах 5,0-7,0 в норме. При сахарном диабете, голодании, лихорадочных состояниях рН сдвигается в кислую сторону, а при воспалении мочевыводящих путей, сильной рвоте – в щелочную.
Определение белка в моче тест основан на изменении цвета кислотно-основного индикатора под влиянием белков. Проба наиболее чувствительна к альбумину, значительно менее чувствительна к глобулинам, мукопротеинам, гемоглобину.
Определение глюкозы в моче определение глюкозы основано на ферментативной (глюкозооксидаза/пероксидаза) реакции. Тест типичен для глюкозы, другие сахара не взаимодействуют.
Определение уробилиногена и билирубина в моче.тест основан на реакции азосочетания со стабилизированным реактивом (триазен).
Определение кетоновых тел в моче. :тест основан на нитропруссидной реакции. Проба значительно чвствительнее к ацетоуксусной кислоте, чем к ацетону. С-гидроксимасляной кислотой проба не реагирует.
Определение крови в моче тест основан на способности гемоглобина катализировать окисление индикатора о-толуидина органическим гидропероксидом, содержащимся в зоне индикации.
95 вопрос
Белки крови. Отдельные белковые фракции, разделение методом электрофореза, характеристика. Небелковые компоненты крови. Возрастная динамика белковых фракций. Эмбриоспецифические белки, их диагностическое значение. Остаточный азот, динамика уровня остаточного азота в постнатальный период.
БЕЛКИ ПЛАЗМЫ КРОВИ
В плазме крови содержится 7% всех белков организма при концентрации 60 - 80 г/л. Белки плазмы крови выполняют множество функций. Одна из них заключается в поддержании осмотического давления, так как белки связывают воду и удерживают её в кровеносном русле. Их концентрация колеблется в пределах 5,5 – 8,5 г /100 мл. Выделяют следующие фракции: преальбумины, альбумины, a1 -, a2- , b-, g- глобулины и фибриноген. Соотношение количества белков этих фракций имеет важное диагностическое значение.
1) Преальбумины выполняют транспортную функцию. Переносят тироксин и ретинол. Содержание этого белка снижается при циррозе и хроническом гепатите печени, когда нарушается ее белоксинтезирующая активность.
2) Альбумины – наиболее гомогенная фракция белков крови. Основная функция – связывание воды, что обеспечивает коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление в крови. Альбумины транспортируют ионы магния, кальция, билирубин, свободные ЖК, стероидные гормоны, такие лекарственные соединения как антибиотики, барбитураты, сердечные гликозиды. Снижение содержание альбуминов наблюдается при повышении проницаемости сосудов клубочка нефрона (нефротический синдром) и заболеваниях печени.
3) a1-глобулины. К этой фракции относятся два белка:
Антитрипсин – ингибитор таких протеиназ как трипсина, химотрипсина, плазмина. Его содержание повышается при воспалительных заболеваниях и механических повреждениях тканей.
Гликопротеин содержит в составе около 40 % углеводов. Транспортирует стероиды. Повышается его содержание при воспалительных процессах, снижается при циррозе печени.
4) a2-глобулины содержат следующие белки:
Макроглобулин – цинксодержащий гликопротеин с большой молекулярной массой. Ингибирует протеолитические ферменты, как и антитрипсин. Содержание его увеличивается при циррозе, нефротическом синдроме, сахарном диабете и не изменяется при воспалении.
Гаптоглобин связывает и транспортирует свободный гемоглобин А. Содержание снижается при поражениях паренхимы печени, гемолитической анемии. Увеличивается при воспалении и сахарном диабете.
Церулоплазмин – медьсодержащий белок. Окисляет двухвалентное железо в трехвалентное.
3) b-глобулины представлены двумя белками:
Трансферрин участвует в транспорте трехвалентного железа.
Гемопексин переносит свободный гем, порфирин. Связывает гемсодержащие белки и переносит их в печень для разрушения.
4) g-глобулины. В этой фракции представлены антитела. Эти белки обладают двоякой специфичностью: по отношению к данному виду животного и к белку-антигену, вызвавшему образование антител. Они состоят из двух цепей тяжелой и легкой, соединенных между собой дисульфидными связями.
Небелковые компоненты плазмы Поскольку основная функция крови транспортная, то в ней обнаруживаются многие компоненты белкового, углеводного, липидного и минерального обменов.
В качестве компонентов белкового обмена в крови содержатся аминокислоты, мочевина, креатин и креатинин, мочевая кислота.
К компонентам углеводного обмена относятся: глюкоза, фруктоза, галактоза, молочная кислота, пировиноградная кислота, альфа-оксимаслянная кислота, гликопротеины и сиаловые кислоты.
Компоненты липидного обмена: фосфолипиды, нейтральные липиды, неэтерифицированные ЖК, холестерин и его эфиры, липопротеиды низкой плотности и ЛВП.
Основными неорганическими компонентами плазмы крови являются: анионы бикарбонатов, хлоридов, фосфатов, сульфатов, катионы кальция, магния, калия, натрия, железа, меди.
Отдельные белковые фракции
Вообще в крови содержится до 100 различных белковых компонентов (белковых фракций крови). С помощью электрофореза на бумаге выделяют 5 белковых фракций, в агаровом геле — 7—8, в крахмальном геле — 16—18, методом иммуноэлектрофореза — около 30 фракций Обычно методом электрофореза выделяют 5-6 стандартных белковых фракций: 1 - альбумины (альбумины не делят на фракции) и 4-5 фракций глобулинов (альфа1-, альфа2-, бета- и гамма-глобулины, иногда отдельно выделяют фракции бета-1 и бета-2 глобулинов). Глобулиновые фракции более разнородны.
Существует ряд методов, позволяющих оценить физиологическое состояние человека по характерным показателям сыворотки крови. Одним из них является метод хемилюминесцентного анализа, основанный на регистрации естественного свечения биологических жидкостей, который находит все большее применение для диагностики различных патологий, сопровождающихся усилением свободнорадикального окисления (СРО).Согласно свободнорадикальной теории старения, в организме с возрастом происходит нарушение баланса СРО и антиоксидантной активности, что может приводить к патологиям и ускорению процессов старения. Исследовали возрастные изменения белкового состава и хемилюминесценции (ХЛ) сыворотки крови здоровых доноров в возрасте 18-64 года. Результаты исследований показали, что с возрастом у людей происходит перераспределение содержания отдельных белковых фракций в сыворотке крови, тогда как показатели ХЛ возрастают у доноров старших возрастных групп по сравнению с более молодыми (20-30 лет). Кроме того, обнаружена высокая вариабельность показателей ХЛ в сыворотке крови людей различного возраста, которая у старших доноров (после 30 лет) значительно выше по сравнению с соответствующими величинами молодых. В наибольшей степени варьируют показатели ХЛ в сыворотке крови людей в возрасте 31-40 лет, разброс которых в 2-4 раза превышает соответствующие величины других возрастных групп. Для этой же группы характерен самый высокий коэффициент вариации (44.1) по сравнению с другими возрастными группами, где этот параметр составил 27.3 у людей 20-30 лет, 23.5 у 41-50-летних и 30.7 у доноров свыше 50-ти лет. У людей старших возрастных групп была выявлена тенденция уменьшения уровня сывороточного альбумина по сравнению с более молодыми, что может быть обусловлено общим снижением обмена веществ с возрастом и преобладанием катаболических реакций над анаболическими процессами. Полученные данные подтверждают результаты анализа показателей ХЛ. В этом случае можно отметить тенденцию усиления ХЛ в сыворотке крови доноров старших возрастных групп, что свидетельствует об увеличении уровня свободных радикалов в сыворотке крови, характерное для процессов старения. Показатели вариации как концентрации белка в сыворотке крови, так и величины ХЛ варьируют значительно сильнее у людей старшего возраста. Это может быть обусловлено индивидуальными особенностями физиологического состояния организма, образом жизни и питания, а также наличием различных патологий и действием неблагоприятных факторов окружающей среды, что необходимо учитывать при диагностике разных заболеваний. Таким образом, метод ХЛ является достаточно чувствительным для определения физиологического состояния человека, его возрастных изменений и действия различных физических, химических, биологических факторов. В связи с этим он может быть успешно использован в диагностике для выявления ранних патологий, сопровождающихся усилением свободнорадикальных процессов, и для мониторинга статуса больных при проведении различных лечебных мероприятий.
Остаточный азот
Под остаточным азотом понимают тот небелковый азот, который определяется в надосадочной жидкости, получаемой после осаждения белков сыворотки (плазмы) крови трихлоруксусной, фосфорномолибденовой или фосфорновольфрамовой (вольфрамовой) кислотами. При использовании других осадителей белка происходит неполная преципитация полипептидов, что может исказить результат исследования. В сущности, понятие «небелковый азот» немного объемнее, чем понятие «остаточный азот», поэтому их нельзя отождествлять. Фракция остаточного азота включает: азот мочевины (46-60% всего остаточного азота), азот аминокислот (25%), креатина (5%), креатинина (2,5 – 7,5%), мочевой кислоты (4%) и других продуктов белкового обмена (за исключением азота гетероциклических структур). Разность между всем остаточным азотом и азотом мочевины представляет собой так называемый резидуальный азот. Основная фракция резидуального азота – свободные аминокислоты.
Эмбриоспецифические белки, т.е. белки, характерные только для плода и в норме не синтезирующиеся в организме матери, сохраняют большое диагностическое значение. К таким белкам в первую очередь следует отнести альфафетопротеин (АФП), ацетилхолинэстеразу, белки микроворсинок кишечника плода и стероидные гормоны.
96 вопрос
Дыхательная функция крови: механизм переноса кислорода и углекислого газа. Гемоглобин, структурная характеристика. Формы и производные гемоглобина. Гемоглобин плода, его физиологическое значение. Механизм образования оксигемоглобина. Роль кооперативных взаимодействий. 2,3-дифосфоглицерат в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. Эффект К. Бора и его роль в кислород-транспортной функции гемоглобина.
Сущность дыхательной функции крови состоит в доставке кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким.
Кровь осуществляет дыхательную функцию прежде всего благодаря наличию в ней гемоглобина. Физиологическая функция гемоглобина как переносчика кислорода основана на способности обратимо связывать кислород. Поэтому в легочных капиллярах происходит насыщение крови кислородом, а в тканевых капиллярах, где парциальное давлениекислорода резко снижено, осуществляется отдача кислорода тканям.
В состоянии покоя ткани и органы человека потребляют около 200 мл кислорода в минуту. При тяжелой физической работе количество потребляемого тканями кислорода возрастает в 10 раз и более (до 2–3 л/мин). Доставка от легких к тканям такого количества кислорода в виде газа, физически растворенного в плазме, невозможна вследствие малойрастворимости кислорода в воде и плазме крови.
Итак, функцию переносчика кислорода в организме выполняет гемоглобин.
Строение гемоглобина
Гемоглобин представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие белковые субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водородными связями по принципу комплементарности. При этом они взаимодействуют не произвольно, а определенным участком - контактной поверхностью. Этот процесс высокоспецифичен, контакт происходит одновременно в десятках точек по принципу комплементарности. Взаимодействие осуществляют разноименно заряженные группы, гидрофобные участки, неровности на поверхности белка.
Белковые субъединицы в нормальном гемоглобине могут быть представлены различными типами полипептидных цепей: α, β, γ, δ, ε, ξ (соответственно, греч. - альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон, кси). В состав молекулы гемоглобина входят по две цепи двух разных типов.
Гем соединяется с белковой субъединицей, во-первых, через остаток гистидинакоординационной связью железа, во-вторых, через гидрофобные связи пиррольных колец и гидрофобных аминокислот. Гем располагается как бы "в кармане" своей цепи и формируется гемсодержащий протомер.
Нормальные формы гемоглобина
Существует несколько нормальных вариантов гемоглобина:
HbР – примитивный гемоглобин, содержит 2ξ- и 2ε-цепи, встречается в эмбрионе между 7-12 неделями жизни,
HbF – фетальный гемоглобин, содержит 2α- и 2γ-цепи, появляется через 12 недель внутриутробного развития и является основным после 3 месяцев,
HbA – гемоглобин взрослых, доля составляет 98%, содержит 2α- и 2β-цепи, у плода появляется через 3 месяца жизни и к рождению составляет 80% всего гемоглобина,
HbA2 – гемоглобин взрослых, доля составляет 2%, содержит 2α- и 2δ-цепи,
HbO2 – оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в легочных венах его 94-98% от всего количества гемоглобина,
HbCO2 – карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови составляет 15-20% от всего количества гемоглобина.
Дезоксигемоглобин – ННb – не связанный с кислородом и содержащий гем с двухвалетным железом Fe2+
Метгемоглобин– MetHb – образуется при действии окислителей (нитрит натрия, нитробензол). Содержит железо в трехвалентной форме Fe3+ и теряет способность к переносу кислорода. В норме образуется небольшое количество метгемоглобина – примерно 0,5 % в сутки.
Механизм образования оксигемоглобина.
При взаимодействии молекулыкислородас одним из четырехгемовгемоглобинакислородприсоединяется к одной из половинокмолекулыгемоглобина(допустим, к α-цепи этой половинки). Как только такое присоединение произойдет, α-полипептидная цепь претерпевает конформа-ционные изменения, которые передаются на тесно связанную с ней β-цепь; последняя также подвергается конформационным сдвигам. β-Цепь присоединяеткислород, имея уже большее сродство к нему. Таким путем связывание одноймолекулыкислородаблагоприятствует связыванию второймолекулы(так называемоекооперативное взаимодействие).
После насыщения кислородомодной половинымолекулыгемоглобинавозникает новое, внутреннее, напряженное состояниемолекулыгемоглобина, которое вынуждает и вторую половинугемоглобинаизменить конфор-мацию. Теперь еще двемолекулыкислорода, по-видимому, по очереди связываются со второй половинкоймолекулыгемоглобина, образуяоксигемоглобин.
Роль 2,3-дифосфоглицерата
2,3-Дифосфоглицерат образуется в эритроцитах из 1,3-дифосфоглицерата, промежуточного метаболита гликолиза, в реакциях, получивших название шунт Раппопорта.
2,3-Дифосфоглицерат располагается в центральной полости тетрамера дезоксигемоглобина и связывается с β-цепями, образуя поперечный солевой мостик между атомами кислорода 2,3-дифосфоглицерата и аминогруппами концевого валина обеих β-цепей, также аминогруппами радикалов лизина и гистидина. Функция 2,3-дифосфоглицерата заключается в снижении сродства гемоглобина к кислороду. Это имеет особенное значение при подъеме на высоту, при нехватке кислорода во вдыхаемом воздухе. В этих условиях связывание кислорода с гемоглобином в легких не нарушается, так как концентрация его относительно высока. Однако в тканях за счет 2,3-дифосфоглицерата отдача кислорода возрастает в 2 раза.
Изменение рН среды
Влияние рН на сродство гемоглобина к кислороду носит название эффекта Бора. При закислении среды сродство снижается, при защелачивании – повышается.
При повышении концентрации протонов (закисление среды) в тканях возрастает освобождение кислорода из оксигемоглобина. В легких после удаления угольной кислоты (в виде СО2) из крови и одновременном увеличении концентрации кислорода высвобождаются ионы Н+ из гемоглобина.
Реакция взаимодействия кислорода с гемоглобином упрощенно имеет вид:
Изменение сродства гемоглобина к кислороду в тканях и в легких при изменении концентрации ионов H+ и О2 обусловлено конформационными перестройками глобиновой части молекулы. В тканях ионы водорода присоединяются к остаткам гистидина, образуя восстановленный гемоглобин (H-Hb) с низким сродством к кислороду. В легких поступающий кислород "вытесняет" ион водорода из связи с остатком гистидина гемоглобиновой молекулы.
Механизм эффекта Бора
97 вопрос
Патологические производные гемоглобина: карбоксигемоглобин, метгемоглобин, циангемоглобин. Принципы коррекции патологических состояний. Ферменты, участвующие в восстановлении иона железа (3+) в гемоглобине.
Метгемоглобин. Метгемоглобин образуется при окислении гемоглобина и представляет собой комплекс гемина с нативным глобином. Известно, что метгемоглобин в небольших количествах имеется в крови даже в нормальных условиях. Его появление связано с тем, что при присоединении кислорода к гемоглобину небольшая часть кислорода не присоединяется к железу, а окисляет его. Таким образом, в процессе переноса кислорода все время происходит окисление гемоглобина. Образующийся метгемоглобин восстанавливается в гемоглобин с помощью восстановительных ферментативных систем эритроцита. Основным субстратом в этом процессе является глюкоза. В этом и заключается собственное дыхание эритроцитов, причем гемоглобин в данном случае выполняет функцию, которую в тканях осуществляют ферменты цитохромной системы. В результате постоянного образования и восстановления метгемоглобина устанавливается равновесие и в крови в каждый данный момент всегда имеются небольшие (0,5—1%) количества метгемоглобина. Метгемоглобин обладает способностью связывать токсические вещества типа сульфидов и цианидов. В процессе метаболизма постоянно вырабатываются небольшие количества таких токсических веществ, и «физиологический» метгемоглобин защищает такие важные участки организма, как, например, дыхательный центр, от проникновения туда токсических веществ, блокирующих цитохромоксидазу. В связи с этим свойством метгемоглобина при отравлении цианистыми соединениями в кровь в качестве терапевтического средства вводят метгемоглобинообразователи, например большие дозы метиленовой синьки. Он легко связывает CN- с образованием цианметгемоглобина и спасает организм от смертельного дейс
Окись углерода обладает в 200 раз большим сродством к гемоглобину , чем кислород . Замена даже одной молекулы кислорода на окись углерода значительно усиливает связь остальных трех молекул кислорода с гемоглобином. Сдвиг кривой диссоциации карбоксигемоглобина влево нарушает доставку кислорода к тканям значительно сильнее, чем снижение насыщения крови кислородом. В противоположность метгемоглобину , карбоксигемоглобин имеет вишнево-красный цвет, и его присутствие нельзя определить по цвету крови твия цианидов.
Карбоксигемоглобин. Хорошо известно, что даже при небольших концентрациях окись углерода (СО) вытесняет кислород из связи с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин, неспособный служить переносчиком кислорода. Повышение его содержания до 50% может быть смертельным
HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии.
HbA1С – гликозилированный гемоглобин. Концентрация его нарастает при хронической гипергликемии и является хорошим скрининговым показателем уровня глюкозы крови за длительный период времени.