ГОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия

Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

кафедра биохимии

Утверждаю

Зав. каф. проф., д.м.н.

Мещанинов В.Н.

_____‘’_____________2007 г

Методическая разработка к практическому занятию № 5 (для преподавателей)

Факультет: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический.

Курс: 2

Семестр: 3

1. ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Медицинская энзимология.

2. УЧЕБНАЯ ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Сформировать у студентов представление об основных направлениях и принципах медицинской энзимологии.

3. ЗАДАЧИ ЗАНЯТИЯ:

3.1. Разобрать общие представления об энзимопатиях и их классификации. Рассмотреть примеры наследственных энзимопатий, факторы возникновения и развития приобретенных энзимопатий.

3.2. Обсудить со студентами основные принципы энзимодиагностики, закрепив теоретический материал рассмотрением некоторых примеров определения активности ферментов с целью диагностики болезней.

3.3. Познакомить студентов с различными методами энзимотерапии.

3.4. Дать представления об использовании ферментов в качестве аналитических реагентов в лабораторной диагностике.

4. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЗАНЯТИЯ: 3 акад. часа.

5. МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ: учебная комната

6. ОСНАЩЕНИЕ ЗАНЯТИЯ

6.1. Набор для итогового тест-контроля знаний студентов по теме: ферменты.

6.2. Плакаты с основными биохимическими показателями сыворотки и плазмы крови мочи.

6.3. Микроплакаты с показателями активности ферментов плазмы крови взрослых людей.

7. ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ И БЮДЖЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

7.1. Организационные вопросы – 5 мин.

7.2. Введение. Формулировка актуальности, цели и задач практического занятия – 10 мин.

7.3. Рассмотрение теоретических вопросов темы – 60 мин.

7.4. Перерыв – 15 мин.

7.5. Итоговый контроль по теме «ферменты» – 45 мин.

8. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ЗАНЯТИЯ.

Контрольные вопросы по теме занятия

8.1. Энзимопатии: понятие, классификация.

8.2. Наследственные энзимопатии: понятие, молекулярные причины и механизмы возникновения, последствия, биохимическая диагностика, понятие о неонатальном скрининге.

8.3. Вторичные энзимопатии: классификация (алиментарные, токсические, вследствие различных видов патологии), механизмы развития, последствия, профилактика.

8.4. Значение исследования активности ферментов и их физико-химических свойств в диагностике энзимопатий.

8.5. Принципы и направления энзимодиагностики: а) определение количества метаболитов (примеры); б) определение активности ферментов и их физико-химических свойств; в) определение активности органо- и органеллоспецифических ферментов.

8.6. Ферментемия и гиперферментемия: понятия, происхождение, факторы влияющие на активность экзо и эндогенных ферментов крови и мочи.

8.7. Принципы и направления использования ферментов в качестве аналитических реагентов и лечебных препаратов.

8.8. Классы и ферменты, используемые для системной энзимотерапии.

8.9. Пути введения энзимных препаратов, применение иммобилизованных энзимов для лечения.

8.10. Метаболические и клинические эффекты энзимных препаратов перорального, парентерально и местного применения.

8.11. Механизмы действия и области применения энзимотерапии.

8.12. Перспективы развития энзимотерапии.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

Медицинская энзимология – одно из направлений исследования ферментов, явилось логическим развитием общего биологического учения о ферментах. К настоящему времени четко определилось три основных направления исследований в области медицинской энзимологии: энзимопатология, энзимодиагностика и энзимотерапия. В каждой из указанных областей энзимологии имеются не только собственные цели и конкретные задачи, но и особые методологические подходы и методические приемы.

Энзимопатология – является теоретической, фундаментальной частной медицинской энзимологией. Она призвана изучить молекулярные основы развития патологического процесса, основанные на данных нарушения механизмов регуляции активности или синтеза индивидуального фермента или группы ферментов.

Энзимопатии – это группа заболеваний, которые вызваны различными энзимодефектами. Классификация энзимопатий приведена ниже:

Энзимопатии

наследственные (первичные) приобретенные (вторичные)

аллиментарные токсические

Причиной наследственных (врожденных) энзимопатий является генетически обусловленная недостаточность или полное отсутствие синтеза одного или нескольких ферментов.

Особенностью течения наследственных энзимопатий является наличие скрытого периода, когда болезнь клинически не проявляется, но может быть заподозрена или установлена на основании биохимических исследований крови, мочи или кала. Обычно первые клинические симптомы врожденных энзимопатий обнаруживаются в раннем детском возрасте, однако, в ряде случаев болезнь длительное время может протекать бессимптомно, и клинически проявляться у детей в более старшем возрасте или у взрослых. Многочисленные патологические состояния, обусловленные дефицитом одного или нескольких ферментов, характеризуется большим разнообразием течения; прогноз их различен.

Классификация наследственных энзимопатий до конца не разработана.

Их разделяют по типу нарушений метаболизма:

1. нарушения метаболизма аминокислот (наследственные болезни обмена аминокислот): фенилкетонурия, альбинизм, алкаптонурия и др.

2. нарушения углеводного обмена: галактоземия, наследственная непереносимость фруктозы, гликогенозы.

3. нарушения липидного обмена: липидозы.

4. нарушения метаболизма пуриновых и пиримидиновых оснований: подагры, синдрома Леш-Нихана и др.

5. нарушение обмена в соединительной ткани: мукополисахаридозы, хондродистрофия и др.

6. деферты ферментов в ЖКТ: муковисцидоз, целиакия, непереносимость лактозы и др.

7. нарушения обмена стероидов и т.д.

Типичным примером подобной связи болезни с отсутствием синтеза в печени специфического фермента является фенилпировиноградная олигофрения – наследственное заболевание, приводящее в раннем детстве к гибели ребенка или к развитию тяжелой умственной отсталости. Молекулярный дефект болезни заключается в блокировании превращения незаменимой аминокислоты фенилаланина (Фен) в тирозин (Тир):

Оказалось, что фермент, катализирующий данную реакцию, - Фен-4-гидроксилаза, точнее Фен-4-монооксигеназа, - не синтезируется в клетках печени, единственном органе, где он в норме открыт. Следствием этого молекулярного нарушения обмена фенилаланина является развитие тяжелого наследственного заболевания, обусловленного избыточным накоплением самого фенилаланина и продуктов его побочного пути обмена – фенилпировиноградной кислоты, а затем фенилмолочной и фенилуксусной кислоты в ткани мозга и сыворотке крови больных детей. Обычно диагноз ставят на основании химического метода открытия фенилаланина или фенилпировиноградной кислоты на пеленках детей. Лечение в основном сводится к исключению из питания ребенка (в том числе и из молока матери) аминокислоты фенилаланина. Для такого ребенка тирозин оказывается незаменимой аминокислотой.

Развитие другого тяжелого наследственного заболевания – галактеземии (непереносимость молочного сахара), связано с отсутствием синтеза в клетках печени фермента, катализирующего превращение галактозы в глюкозу. Следствием подобной аномалии является накопление галактозы в тканях и развития катаракты в раннем возврате, поражение тканей печени и мозга, нередко приводящие к гибели ребенка. Лечение в данном случае сводиться к исключению из диеты молочного сахара.

Аллиментарные энзимопатии – это стойкие нарушения активности ферментов, связанные с характером питания:

1. отсутствие или снижение количества белков в рационе;

2. дефицит витаминов;

3. дефицит макро- и микроэлементов;

4. разбалансированность рациона (нарушение соотношения белков, жиров и углеводов);

5. отсутствие некоторых низкомолекулярных веществ, выполняющих определенные биологические функции.

Токсические энзимопатии обусловлены избирательным угнетением активности или биосинтеза отдельных ферментов или неспецифическим угнетением биосинтеза белка в результате длительного воздействия токсических агентов.

Токсическими агентами могут являться как компоненты пищевых продуктов, так и чужеродные токсические соединения.

1. угнетение активности протеаз ЖКТ (трипсина, химотрипсина, эластазы) ингибиторами, содержащимися в соевых продуктах, яйцах домашней птицы и др.

2. угнетение активности ряда ферментов при недостаточности коферментов-водорастворимых витаминов, обусловленное присутствием в пищевых продуктах антивитаминов – веществ, способных разрушать витамины или конкурентно замещать их в молекуле фермента.

3. угнетение активности ферментов, содержащих в активном центре Fe²⁺, цианидами или оксидом углерода (II).

4. угнетение активности ферментов, содержащих в активном центре Mg²⁺ при длительном контакте с фторидами.

Энзимодиагностика занимается разработкой ферментных тестов, основанных на определении активности органо- или тканеспецифических ферментов и изоферментов в биологических жидкостях организма пациента. Энзимодиагностика служит основой для постановки правильного и своевременного диагноза и для проверки эффективности проводимого лечения.

Сейчас используются около двух десятков ферментативных тестов, основанных на количественном определении активности ферментов, главным образом в крови (реже в моче), а также в биоптатах органов и тканей.

В норме существует большой градиент внутри- и внеклеточной концентрации ферментов. Поэтому даже незначительные повреждения клеток приводят к выделению ферментов в кровь.

В качестве примера можно сослаться на результаты определения активности двух трансаминаз АсТ и АлТ, величины активности которых в норме составляют 5-40 МЕ. При наступлении инфаркта миокарда уже через 20 минут активность обеих трансаминаз в сыворотке крови резко, в десятки раз, возрастает.

Необходимо указать, что помимо трансаминаз сыворотки крови, при инфаркте миокарда весьма информативными диагностическими ферментативными пробами являются креатинфосфокиназный лактатдегидрогеназный тесты, относящиеся к так называемым некротическим ферментным методам.

Диагностическая ценность ферментов повысилась после внедрения в клиническую практику методов определения изоферментов. В настоящее время во всех клинических лабораториях мира внедрено определение изоферментных спектров ЛДГ и КФК.

При инфаркте миокарда в сыворотке крови резко повышается активность ЛДГ₁ и ЛДГ₂, а при поражениях скелетной мускулатуры и печени (гепатит, отравления хлорорганическими соединениями) изоферментный спектр перемещается слева направо (т.е. уровни ЛДГ₄ ЛДГ₅ резко повышаются при почти неизменном уровне ЛДГ₁ и ЛДГ₂).

Определение изоферментного спектра КФК особенно важно при диагностике инфаркта миокарда, когда в сыворотке крови больного при электрофорезе открывается МВ-изофермент, отсутствующий в норме.

Важным постинфарктным ферментным тестом может служить гамма-глутамилтрансферазный тест сыворотки крови. Активность этого фермента медленно повышается при наступлении инфаркта миокарда, достигая максимума на 10-14 сутки. Это является результатом того, что в процессе заживления и заполнения некротизированной зоны нормальной мышечной тканью в постинфарктном периоде происходит усиленное развитие сосудистой сети. В эндотелии образующихся в этой зоне сосудов открыто повышенное количество гамма-глутамилтрансферазы, что, по-видимому, может служить источником повышенного содержания этого фермента в сыворотке крови больных в постинфарктном периоде при благоприятном исходе.

Третье направление медицинской энзимологии – энзимотерапия – применение ферментов животного, бактериального или растительного происхождения и регуляторов активности ферментов с лечебной целью.

Средства, содержащие ферменты, издавна использовали в народной медицине. Известно, что для лечения поврежденной кожи донские казаки присыпали раны порошком высушенного и растертого куриного желудка, а жители Антильских островов с этой же целью применяли папаин.

Внедрению ферментных препаратов в современную клиническую практику способствовало развитие технологий получения обогащенных ферментами препаратов и очищенных ферментов.

Наиболее широко применяют протеолитические ферменты. Так пепсин, трипсин, химотрипсин и их смеси используют с целью заместительной терапии при недостаточной секреторной функции пищеварительных желез.

Протеолитические препараты применяют при первичной обработке ран: гидролизуя белки разрушенных клеток, ферменты способствуют очищению раны и уменьшению воспалительных явлений.

Протеолитические ферменты (стрептокиназа, уролиназа) применяют для предотвращения и лечения тромбозов (закупорки кровеносных сосудов сгустками крови).

Нуклеазы используют при лечении некоторых вирусных заболеваний (герпес, аденовирусный конъюктивит, вирусный менингит, ОРВИ и др.). Фермент разрушает ДНК вируса, не повреждая вместе с тем ДНК клеток макроорганизма.

Гиалуронидазы – (лидаза, ронидаза) – ферменты, специфическим субстратом которых является гиалуронованная кислота, основа межклеточного матрикса соединительной ткани.

Показателями к их применению являются рубцы после ожогов и операций, гематомы, контрактуры суставов и т.д. Лечебный эффект проявляется размягчением рубцов, рассасыванием гематом, появлением подвижности в суставах.

Применение ферментов в терапии ограничивалось их лабильностью, нежелательными антигенными свойствами, трудностями адресной доставки к пораженным органам и тканям. Этих недостатков лишены иммобилизированные ферменты – энзимные препараты, соединенные с полимерной матрицей, либо включенные в липосомы, тени эритроцитов и др. Так, прозефим (комплекс бактериальных протеаз, иммобилизированный на аминоцеллюлозе), применяемый при гнойно-некротических процессах, обладает пролонгированным лечебным эффектом, т.к. способен гидролизовать денатурированный белок непрерывно свыше 10 суток, сохраняя по истечении этого срока до 90% исходной активности.

Иммобилизированные ферменты применяют в специальных колонках для экстракорпоральной перфузии крови типа «искусственная почка». Такое лечение полностью исключает нежелательные воздействия на организм чужеродного белка и может проводиться в течение длительного времени.

Бактериолитические ферменты и их применение в медицине.

Некоторые виды бактерий способны не только вырабатывать бактериолитические ферменты, необходимые для собственной жизнедеятельности, но и продуцировать их в окружающую среду. Сравнительно недавно российскими учеными на основе культуры таких бактерий были получены ферментные препараты бактериолитического действия. Обладая способностью лизировать клеточные стенки бактерий, такие препараты оказались эффективными по отношению к клиническим формам бактерий, множественно устойчивым к большинству используемых в медицинской практике антибиотиков. Это позволяет успешно решать такую важнейшую проблему медицины как, возникновение у патогенных бактерий устойчивости (невосприимчивости) к используемым в медицинской практике антибиотикам.

Примером таких препаратов является «лизоамидаза», которая представляет собой комплекс ферментов с высокомолекулярным полисахаридом. В состав лизоамидазы входят ферменты: 1) лизоцимподобная N-ацетилмурамидаза (мурамидаза); 2) N-ацетилмурамидаза (амидаза); 3) пептидаза. Последний обладает наибольшей бактерицидной активностью по отношению к грамположительным бактериям: стафилакоккам, стрептококкам, а также менингококкам, гонококкам и др.

Наряду с собственно ферментами в качестве лекарственных средств успешно используется коферментные препараты (кокарбоксилаза, флавинат, кобамид и др.).

Одновременно стал расширяться круг лекарственных средств, действие которых связано с инактивированием ферментов. К ним относятся ингибиторы протеолитических ферментов (пантрипин, ингитрин, контрикал и др.), широко применяемые при лечении острых панкреатитов.

В нормальных физиологических условиях протеолитические ферменты поджелудочной железы секретируются в неактивной форме и активируются лишь при поступлении в кишечник. При острых панкреатитах процесс активации нарушается и в протоках поджелудочной железы выделяютя активированные ферменты, что вызывает самопереваривание тканей железы, появление внутритканевых кровоизлияний и т.д. Вышеназванные препараты, подавляя активность ферментов, предотвращают развитие патологических изменений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание студентам

1. Тестовый контроль по теме: «ферменты».

9. ЭТАЛОНЫ ОТВЕТОВ НА ЗАДАЧИ, тестовые вопросы, используемые при контроле знаний на занятии (можно в виде приложения)

10. ХАРАКТЕР И ОБЪЕМ ВОЗМОЖНОЙ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ

(Указать конкретно характер и форму УИРС: подготовка реферативных выступлений, проведение самостоятельных исследований, имитационная игра, оформление истории болезни с использованием монографической литературы и др. формы)

11. ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ ПРЕПОДАВАТЕЛЯМ: