Биологическая химия / Лекции / 29 Азот крови

АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ВЕЩЕСТВА КРОВИ

Составные компоненты крови

Кровь является жидкостью, состоящей из двух основных компонентов: плазма

и клетки (форменные элементы). Форменные элементы представлены тремя видами клеток – эритроциты, лейкоциты, тромбоциты. Плазма крови является

раствором белков, электролитов, моносахаридов, азотсодержащих соединений,

липидов. При свертывании крови часть белков, отвечающих за этот процесс, теряет растворимость и вместе с форменными элементами образует сгусток. Жид-

кая часть крови, лишенная свертывающих белков, называется сыворотка.

БЕЛКИ

Функции белков плазмы крови

•поддерживают постоянство коллоидно-осмотического давления крови;

•определяют вязкость крови и сохраняют устойчивость эритроцитов и лейкоци-

тов в кровотоке, обеспечивают нормальный кровоток в капиллярах (реологи-

ческие свойства крови);

•белковая буферная система участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния;

•специализированные белки связывают и транспортируют углеводы, липиды, гормоны, лекарства, витамины, токсичные вещества;

•удерживают в связанном состоянии и транспортируют катионы кальция, магния, железа, меди и другие ионы, препятствуя их потере с мочой;

•специализированные белки участвуют в свертывании крови (фибриноген, протромбин, антигемофильный глобулин и др.);

•иммуноглобулины, факторы системы комплемента, трансферрин и пропердин (предупреждая инфекционный процесс и сохраняя резистентность организма) выполняют защитную функцию;

•являются резервом аминокислот.

•состояние белкового обмена в организме оценивают, определяя содержание

общего белка, белковых фракций и индивидуальных белков плазмы крови.

ОБЩИЙ БЕЛОК КРОВИ

Плазма крови человека в норме содержит более 100 видов белков. Примерно

90% всего белка крови составляют альбумины, иммуноглобулины, липопро-

теины, фибриноген, трансферрин; другие белки присутствуют в плазме в небольших количествах.

В регуляции содержания белков плазмы на определенном уровне большое

значение имеет

•печень (полностью синтезирует фибриноген и альбумины крови, большую

часть α- и β-глобулинов);

•клетки ретикулоэндотелиальной системы костного мозга и лимфатических узлов.

КЛИНИКО- ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

Изменения концентрации общего белка могут иметь как абсолютный, так и от-

носительный характер. Изменения абсолютного характера являются следствием колебаний содержания белка в крови. Относительные изменения зависят от

объема крови, то есть наблюдаются при обезвоживании или гипергидратации.

Для того, чтобы отличить абсолютные изменения в плазме от относительных необходимо установить объем плазмы либо определить гематок-

рит.

Гипопротеинемии

Гипопротеинемия чаще всего связана с уменьшением фракции альбуминов крови.

Истинная (абсолютная)

Такое снижение белка в крови может быть связано

•с недостаточным потреблением белка с пищей — заболевания желудочно-

кишечного тракта, сужение пищевода (опухоли), недоедание, голодание.

•со снижением синтеза белка — несбалансированный аминокислотный состав

пищи, хронические паренхиматозные гепатиты, интоксикации, злокачественные новообразования, лечение кортикостероидами.

•с усиленным распадом — кахексия, тяжелые инфекции, длительные воспали-

тельные процессы, лихорадочные состояния, тиреотоксикозы.

•с потерей белка — нарушения проницаемости капиллярных стенок, кровоизлияния, ожоги, острые и хронические кровотечения, нефротический синдром

и гломерулонефриты.

Относительная гипопротеинемия

Связана с нарушением водного баланса — гипергидратация и потерей белка

(нефротический синдром).

Гиперпротеинемии

Истинная гиперпротеинемия

Истинная гиперпротеинемия встречается

•при острых инфекциях — увеличение синтеза белков острой фазы,

•при хронических — за счет γ-глобулинемии, выявляется при болезни Вальденштрема (образование патологических белков – парапротеинов), при мие-

ломной болезни, лимфогрануломатозе, саркоидозе.

Относительная гиперпротеинемия

Относительная гиперпротеинемия вызывается потерями внутрисосудистой жидкости:

•потери через кишечник – профузные поносы (например, холере);

•неукротимая рвота;

•испарение с поверхности тела – тяжелые и обширные ожоги, усиленное пото-

отделение;

•мочеизнурение – несахарный диабет,

•выход во внесосудистое пространство – перитониты.

БЕЛКОВЫЕ ФРАКЦИИ СЫВОРОТКИ КРОВИ

Наиболее распространенным методом

фракционирования является электрофорез, основанный на разной скорости движения бел-

ков в электрическом поле, в зависимости от ве-

личины заряда и молекулярной массы. Различают несколько типов электрофореза в зависи-

мости от поддерживающей среды. В качестве

поддерживающих сред используют бумагу, ацетатцеллюлозную пленку, агаровый, полиак-

риламидный, крахмальный гели.

Количество выделяемых фракций определяется условиями проведения электрофореза.

При электрофорезе на бумаге и пленках ацета-

та целлюлозы выделяют 5 фракций (альбумины, α1–, α2–, β– и γ–глобулины), в то время как

в полиакриламидном геле — до 20 и более фракций.

При использовании более совершенных методов (радиальная иммунодиффузия, иммуноэлектрофорез и других) в составе белковых фракций (кроме альбуминовой) выявляются многочисленные индивидуальные белки.

На ход электрофореза влияет подвижность разделяемых веществ, нахо-

дящаяся в зависимости от следующих факторов:

•заряд (обычно зависит от pH), размеры и форма молекул веществ;

•электрическое поле: скорость миграции ионов вещества прямо пропорциональна силе тока (обусловлена переносом ионов буфера и образца), на-

пряжению и обратно пропорциональна сопротивлению (зависит от типа и

размеров носителя и ионной силы буфера);

•буфер: состав, концентрация, pH и ионная сила, зависящая от концен-

трации ионов и их заряда;

•носитель: учитывается его гидрофильность, адсорбция веществ на мо-

лекулах носителя.

За основу классификации белков по фракциям принято разделение белков на бумаге. На протеинограмму оказывают влияние только те белки, концентрация которых достаточно высока.

В клинико-диагностических лабораториях наиболее распространены методы

электрофореза на бумаге и на ацетатцеллюлозных пленках. В качестве унифицированного утвержден метод электрофореза на ацетатцеллюлозных пленках.

Клинико-диагностическое значение

Гиперальбуминемии

Истинной гиперальбуминемии, обусловленной естественной причиной, не на-

блюдается.

Гипоальбуминемии

Концентрация альбумина <20 г/л сопровождается отеками.

Снижение содержания альбуминовой фракции происходит при состояниях,

характеризующихся:

•пониженным синтезом – врожденная анальбуминемия, белковое голодание,

нарушение всасывания аминокислот, тяжелые поражения печени (цирроз,

дистрофии, некроз, активный гепатит, амилоидоз печени);

•повышенным катаболизмом – лихорадка, кахексии, тяжелые инфекции, пан-

креатит, коллагенозы, тиреотоксикоз, болезнь Иценко-Кушинга (гипофункция

надпочечников);

•потерей альбумина через кожу, почки, желудочно-кишечный тракт;

•воспалительными процессами с выходом альбумина из кровотока в межкле-

точное пространство.

Повышение α1- и α2-глобулиновой фракции

Связано с острыми и подострыми воспалительными процессами и некоторыми

злокачественными опухолями, травмами, т.к. сюда входит большинство белков

острой фазы (С-реактивный белок, α2-макроглобулин, α1-гликопротеид, α1-антитрипсин, церулоплазмин, гаптоглобин).

Повышение β-глобулиновой фракции

Так как в составе этой фракции находится много β-липопротеинов, повышение

этой фракции часто связано с гиперлипопротеинемиями. Кроме того, влияние на

динамику этой фракции оказывают трансферрин, гемопексин, компоненты системы комплемента.

Повышение γ-глобулиновой фракции

Фракция γ-глобулинов увеличивается при патологических состояниях, связан-

ных с хроническими воспалительными процессами, т.к. содержит иммуноглобули-

ны G, A и M.

Коэффициент альбумин/глобулины

Снижается при хронических диффузных поражениях печени (гепатите и цир-

розе, инфекционных заболеваниях, пневмонии, плевритах, эндокардите и прочих

воспалительных процессах)

Коэффициент альбумин/α1+α2

Является адекватным и информативным показателем при бронхолегочных заболеваниях. Его величина снижается в зависимости от интенсивности процесса.

БЕЛКИ ОСТРОЙ ФАЗЫ

Белки острой фазы (БОФ) – большая группа белков сыворотки крови (в основном α-глобулинов) с молекулярной массой от 12 тыс до 340 тыс D и различными

функциями, объединенных по общему признаку – быстрое и значительное изме-

нение концентрации при бактериальной, вирусной, паразитарной инфекции, фи-

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ БЕЛКИ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Альбумин

Белок синтезируется почти исключительно в печени. Отмечается микрогетеро-

генность молекул альбумина, что связано с количеством и качеством агрегиро-

ванных с альбумином молекул.

Значение альбумина в крови заключается:

1.В поддержании коллоидно-осмотического давления,

2.Он является богатым и быстро реализуемым резервом белка,

3.Транспортная – альбумин переносит

•длинноцепочечные жирные кислоты — основная физиологическая функция сывороточного альбумина.

•катионы (например, Ca2+ и Mg2+), анионы (Cl–),

•желчные кислоты,

•витамины,

•пигменты (билирубин),

•гормоны (альдостерон, прогестерон, гидрокортизон),

•органические красители,

•лекарственные вещества (дигоксин, барбитураты, пенициллин, ацетилсалициловая кислота, сердечные гликозиды).

Гиперальбуминемия наблюдается при тех же состояниях, что и гиперпротеинемия.

Снижение концентрации альбумина наступает при больших потерях белка, связанных с кровотечением, при нарушении синтеза альбумина или увеличении скорости его распада.

α1-глобулины

Во фракции α1-глобулинов наиболее исследованными являются α1-антитрипсин, α1-липопротеин и α1-гликопротеин, α1-фетопротеин, α1-антихимотрипсин.

1. α1-АНТИТРИПСИН (α1-протеиназный ингибитор), гликопротеин, образуется в печени, белок острой фазы, является ингибитором протеиназ (трипсина, химот-

рипсина, калликреина, плазмина) и обуславливает 92-94% от общей антипротео-

литической функции крови.

Концентрация возрастает при воспалительных процессах, злокачественных

образованиях, при действии гормонов (беременность, стероидная терапия), сис-

темной красной волчанке.

Аутосомно-рецессивно наследуемый недостаток его в крови является одним из факторов патогенеза эмфиземы легких, бронхоэктазий и хрониче-

ского бронхита, ранних циррозов печени. Очевидно, что отсутствие ингибитора приводит к неограниченному протеолизу клеток в зоне воспаления, что удлиняет и углубляет деструктивные процессы в тканях.

2.α1-АНТИХИМОТРИПСИН (ранее α1-гликопротеин Шульца) является одним из

реагирующих первыми белков острой фазы (уровень в сыворотке может удваи-

ваться в течение нескольких часов), представляет собой слабый специфический ингибитор химотрипсина, вместе с тем отмечена его активность по отношению и к

другим протеазам.

Увеличение концентрации белка обусловлено острофазовыми реакциями: воспаление, травма после хирургической операции, инфаркт миокарда, бактери-

альные инфекции.

3.α-липопротеины (см "Липопротеины сыворотки крови").

α2 -глобулины

Во фракции α2-глобулинов наиболее важными для диагностики являются α2-макроглобулин, гаптоглобин, церулоплазмин, Gc-глобулин. Также к этой фрак-

ции относятся ангиотензиноген, α2-гликопротеин, связанный с беременностью,

α2-HS-гликопротеин, α2-антиплазмин, белок A, связанный с беременностью.

1. α2-МАКРОГЛОБУЛИН — цинксодержащий белок, содержит 4 идентичных

субъединицы и включает углеводный компонент. Белок синтезируется в печени и

в иммунокомпетентых клетках. Является ингибитором протеиназ (как свертывающей системы крови, так и других) — плазмина, пепсина, трипсина, химотрипсина,

эндопептидаз, катепсина D, тромбина, калликреина.

Дополнение

Механизм ингибирования состоит в захвате ферментативной молекулы α2-макроглобулином, при этом энзим теряет способность гидролизовать крупные белки, однако сохраняет активность по отношению к низкомолекулярным субстратам. Комплексируясь с плазмином, белок снижает его

протеолитическую активность до физиологических значений, оптималь-

ных для активации системы фибринолиза.

Белок контролирует развитие инфекций и воспалительных процессов. Повышение его количества выявляется при циррозе печени, остром и хроническом гепатите, эндокринных заболеваниях (сахарный диабет, микседема), нефротическом синдроме. Снижение — при ревматическом полиартрите, потере белка или недостаточности его в питании, диссеминированном свертывании крови, фибринолитической терапии.

2. ГАПТОГЛОБИН — типичный представитель белков острой фазы, синтезиру-

ется в печени и в низких концентрациях присутствует во многих жидкостях организма – ликворе, лимфе, синовиальной жидкости, желчи.

Белок обладает следующими функциями:

•связывает свободный гемоглобин плазмы и предохраняет организм от потери железа, данный комплекс разрушается в клетках РЭС и печени;

•выполняет неспецифическую защитную функцию, комплексируясь с белковыми и небелковыми веществами, появляющимися при распаде клеток;

•участвует в транспорте витамина В12.

Концентрация белка неспецифически повышается в ответ на повреждение

ткани, воспаление, опухолевый процесс (особенно с метастазами). Высокие показатели наблюдаются при сахарном диабете, нефротическом синдроме, пиело-

нефрите, ожогах, острых и хронических воспалительных состояниях, некрозе тканей, инфаркте миокарда, активных аутоиммунных заболеваниях.

Снижение количества белка отмечено при поражении паренхимы печени, ге-

молитических анемиях. Уровень гаптоглобина считается чувствительным показа-

телем гемолитических состояний: высвобождение гемоглобина вызывает снижение концентрации Hp.

Фракция γ-глобулинов

Содержит иммуноглобулины G, A, M, Е, D.

Иммуноглобулин G – основные иммуноглобулины сыворотки, осуществляют

гуморальную защиту организма от бактерий и вирусов, и их растворимых токсинов

(антигенов). Активно транспортируются через плаценту. У детей должная концентрация достигается только к 1,5-2 годам.

Иммуноглобулины А осуществляют местный иммунитет на слизистых поверх-

ностях дыхательных путей (носовой и бронхиальный секрет) и кишечного тракта. Они присутствуют в женском молозиве, слезе, слюне. После рождения количество

секреторного IgA (на слизистых) достигает уровня взрослых уже на 2-3 неделе

жизни, сывороточного IgA – только к 14-15 годам.

Иммуноглобулины М появляются в процессе формирования иммунного отве-

та, являясь первичными антителами. Вскоре после рождения их уровень нараста-

ет, достигает максимума к 9 месяцу жизни, после чего снижается и восстанавливается только к 20-30 годам.

Иммуноглобулины Е вырабатываются плазматическими клетками и участвуют

в аллергических реакциях организма.

Иммуноглобулины D не имеют четкой сформированной функции. Предполага-

ется, что они регулируют активность других иммуноглобулинов.

ФЕРМЕНТЫ КРОВИ

Изменения в специфических ферментативных процессах могут быть причиной или следствием различных патологических состояний. Большинство ферментативных процессов локализованы внутри клеток, но определение активности ферментов внеклеточной среды (сыворотка, плазма, слюна, моча) может иметь диагностическое значение.

ЭНЗИМОДИАГНОСТИКА

Энзимодиагностика – это исследование активности ферментов лпазмы крови,

мочи, слюны с целью диагностики тех или иных заболеваний. Примером может

служить фермент лактатдегидрогеназа, его активности в плазме крови повышается при заболеваниях сердца, печени, скелетной мускулатуры. Увеличение ак-

тивности амилазы плазмы крови и мочи наблюдается при воспалительных про-

цессах в поджелудочной и слюнных железах., В ряде случаев определенное диагностическое значение имеет установление

взаимоотношений между изменением активности отдельных ферментов и полу-

чение своеобразных ферментных спектров крови. При этом удается установить

достоверные ферментные симптомы отдельных заболеваний.

Например,

•острые гепатиты характеризуются резким увеличением активности аланин- и аспартатаминотрансфераз и альдолазы;

•инфаркт миокарда сопровождается увеличением активности лактатдегидрогеназы, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы

•при механических желтухах характерным является нарастание содержания щелочной фосфатазы без большого увеличения активности аминотрансфераз и альдолазы.

ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

Степень изменения активности ферментов клеточного метаболизма в сыво-

ротке крови зависит от массы пораженного органа, распределения ферментов между тканями, локализации ферментов во внутриклеточных органеллах. При

воспалительных процессах из клетки в первую очередь выходят цитоплазматиче-

ские ферменты, при прогрессировании заболевания наблюдается некроз клеток и происходит разрушение органелл.

Например,

АлАТ локализована в цитоплазме, а АсАТ и в цитоплазме, и в митохондриях, глутаматДГ — митохондриальный фермент.

Повышение активности в сыворотке крови может быть результатом ускоре-

ния процессов

•синтеза – щелочная фосфатаза при рахите, гепатите;

•некроза клеток – АлАТ, АсАТ, ЛДГ, КК при инфаркте миокарда, кислая фосфа-

таза при аденоме простаты, липаза, амилаза при панкреатитах;

•понижения выведения – щелочная фосфатаза при желчнокаменной болезни;

•повышения проницаемости клеточных мембран – АлАТ, АсАТ, ЛДГ при гепа-

тите.

Снижение активности вызывается

•уменьшением числа клеток, секретирующих фермент (холинэстераза при циррозе печени),

•недостаточностью синтеза,

•увеличением выведения фермента,

•торможением активности в результате действия протеиназ.

ГРУППЫ ФЕРМЕНТОВ СЫВОРОТКИ КРОВИ

1.Ферменты, поступающие в плазму, и выполняющие в ней специфические функции — истинно плазменные ферменты. В плазме их активность много больше, чем в органах (церулоплазмин, псевдохолинэстераза, липопротеинлипаза, белковые факторы систем свертывания крови, фибринолиза и кининогенеза, ренин). Снижение активности этих ферментов в плазме будет свидетельствовать

оснижении синтетической способности клеток или о накоплении ингибиторов в плазме крови.

2.Ферменты, не характерные для плазмы — органоспецифичные. Выделяют две группы этих ферментов:

•ферменты клеточного метаболизма — их активность резко повышается в плазме крови в случае нарушения проницаемости клеточных мембран или их

альтерации:

Например,

при изменениях со стороны сердечной мышцы происходит повышение активности сердечного изофермента креатинфосфокиназы (КФК-MB), изо-

ферментов лактатдегидрогеназы 1 и 2 (ЛДГ-1 и ЛДГ-2), аспартатаминотрансферазы;

нарушения скелетных мышц – мышечного изофермента КФК (КФК-MM),

алкогольдегидрогеназы; костной ткани – щелочной фосфатазы (ЩФ), альдолазы (АЛД);

поджелудочной железы – α-амилазы и липазы;

предстательной железы – кислой фосфатазы;