Всякое / 27-28_gemoglobin_i_bilirubin

10

При недостаточности железа в организме в первую очередь используется:

•железо из депо (ферритин),

•затем в клетке снижается количество гемопротеинов до жизнеспособного минимума,

•далее истощаются запасы сывороточного железа (трансферрин),

•в последнюю очередь страдает синтез гемоглобина.

Таким образом, железодефицитная анемия является проявлением крайнего дефицита железа и концентрация гемоглобина крови не должна быть критерием

обеспеченности организма железом!

Выведение

В сутки обычные потери железа составляют 1-2 мг и происходят несколькими путями:

•с желчью

•вместе со слущивающимся эпителием ЖКТ

•десквамация кожи

•выпадение волос, срезание ногтей

Женщины

Уженщин детородного возраста основные потери вызывают менструальные кровотечения. Известно, что около 20% женщин теряет 20 мл крови, 70% - 40-60 мл крови, 5% - 100 мл, 5% - 200 мл крови за цикл. Учитывая, что в 1 мл крови находится около 0,7 мг железа, потери железа составляют от 14 мг до 140 мг.

Во время беременности мать отдает ребенку 300-500 мг железа, особенно активно это происходит на 28-32 неделях, когда ребенок забирает у матери по 22 мг в неделю.

При лактации потери железа у матери составляют 11-12 мг/сут.

Мужчины

Умужчин основной причиной железодефицитных состояний являются кровопотери через ЖКТ. К сожалению, методы определения скрытой крови в кале низкочувствительны и позволяют обнаружить крови только при ее количестве свыше 15 мл (10,5 мг железа) в суточной порции кала.

Симптомы железодефицита

Недостаточный синтез цитохромов и нарушение доставки кислорода к тканям (при снижении содержания гемоглобина) вызывает ряд специфических и неспе-

цифических симптомов:

•ухудшение внимания и памяти у детей и взрослых,

•иногда детская гиперактивность,

•уплощение, неровность и ломкость ногтей, появление исчерченности, белых пятен и полосок на ногтях,

•выпадающий и секущийся волос,

•поражение эпителия, проявляющееся в сухости и трещинах кожи рук и ног,

•неинфекционный ларингофаринготрахеит (гиперемия и охриплость), что дез-

ориентирует врача,

•мышечная слабость:

-общая утомляемость,

-недостаточное сокращение сфинктеров мочевого пузыря, при этом характерным признаком является выделение нескольких капель мочи при резком кашле, смехе, чихании,

-недостаточное сокращение сфинктеров пищевода, что позволяет забрасы-

ваться соляной кислоте в пищевод и вызывать изжогу,

10

•атрофический гастрит - может быть как причиной, так и следствием железоде-

фицита, половина больных гастритом имеет недостаток железа,

•обострение ИБС и других сердечно-сосудистых заболеваний, так как усиливает гипоэнергетическое состояние клеток (снижение содержания цитохромов в

миокардиоцитах),

•извращение обонятельных предпочтений - нравится запах краски, бензина, выхлопных газов, резины, мочи,

•извращение вкусовых предпочтений - больные едят мел, штукатурку, уголь,

песок, мясной фарш, лед.

По данным ВОЗ за 2002-2003 г.г. количество больных анемиями на Земле достигло 1.970.300.000 человек, из них 90% составила железодефицитная анемия. в западных странах недостаток железа имеется у 15-20% населе-

ния, в России и развивающихся странах – у более чем 50%.

Дети, страдавшие железодефицитными анемиями в 4 месяца, и получив-

шие ее адекватную коррекцию к 1 году отставали от сверстников в интеллектуальном развитии – IQ=94 балла, против 104 баллов в контроле, физическом развитии – 86 баллов против 96. В пятилетнем возрасте от-

ставание еще сохранялось.

ГЕМОГЛОБИН

Гемоглобин представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водо-

родными связями по принципу комплементарности.

ОБМЕН ГЕМА

Строение

Гем – небелковая часть гемопротеинов:

•гемоглобин (85% общего количества гема) лока-

лизованный в эритроцитах и клетках костного

мозга,

•миоглобин скелетных мышц и миокарда (17%),

•цитохромы, каталаза, пероксидаза и т.д. – менее

1%

10

Синтез

Синтез в основном идет в предшественниках эритроцитов, клетках печени, почек, слизистой кишечника, и в остальных тканях. Первая реакция синтеза с уча-

стием δ-аминолевулинат-синтазы происходит в митохондриях. Следующая ре-

акция при участии аминолевулинат-дегидратазы протекает в цитозоле.

Аминолевулинат-дегидратаза содержит Zn и ингибируется ионами свинца.

Регуляция

Регуляторным ферментом синтеза гема является аминолевулинат-синтаза. Гем после взаимодействия с молекулой апорепрессора формирует активный ре-

прессорный комплекс и подавляет синтез фермента.

Положительным модулятором этого же фермента служит гипоксия тканей, которая в эритропоэтических тканях индуцирует синтез фермента.

В печени повышение активности аминолевулинат-синтазы вызывают соедине-

ния, усиливающие работу микросомальной системы окисления – при этом возрастает потребление гема для образования цитохрома Р450. Результатом является

снижение внутриклеточной концентрации гема и дерепрессия синтеза фермента. Железо оказывает синергический эффект при индукции аминолевулинат-

синтазы.

БЕЛКОВЫЕ СУБЪЕДИНИЦЫ

Белковые субъединицы в нормальном гемоглобине могут быть представлены

различными типами полипептидных цепей: α (альфа), β (бета), γ (гамма), δ (дельта), ξ (кси). В состав молекулы входят по две цепи двух разных типов.

Гем соединяется со "своей" белковой субъединицей, во-первых, через остаток

гистидина координационной связью железа, во-вторых, через гидрофобные связи

пиррольных колец и гидрофобных аминокислот. Он располагается как бы "в кармане" своей цепи.

Протомеры соединяются благодаря образованию гидрофобных, ионных, водородных связей. При этом они взаимодействуют не произвольно, а определен-

ным участком – контактной поверхностью. Этот процесс высокоспецифичен, од-

10

новременно происходит в десятках точек по принципу комплементарности.

Взаимодействие осуществляют разноименно заряженные группы, гидрофобные

участки, неровности на поверхности.

РЕГУЛЯЦИЯ ПРИСОЕДИНЕНИЯ КИСЛОРОДА

Кооперативное взаимодействие

В легких при присоединении первой молекулы кислорода к железу (за счет 6-й координационной связи) атом железа втягивается в плоскость гема, кислород ос-

тается вне плоскости.

Это вызывает перемещение участка белковой цепи и изменение конформации

первого протомера и, впоследствии, других протомеров. Взаимовлияние протоме-

ров друг на друга называется кооперативное взаимодействие и ускоряет при-

соединение в легких кислорода к гемоглобину в 300 раз.

В тканях идет обратный процесс и ускорение отдачи кислорода также

300-кратное.

Роль 2,3-дифосфоглицерата

2,3-дифосфоглицерат образуется в эритроцитах из 1,3-дифосфоглицерата,

промежуточного метаболита гликолиза, в реакциях получивших название шунт Раппопорта.

При снижении концентрации кислорода в эритроцитах повышается содержание 2.3-дифосфоглицерата. Он рас-

полагается в центральной полости тет-

рамера дезоксигемоглобина и связы-

вается с β-цепями, образуя поперечный

солевой мостик между атомами кисло-

рода 2.3-дифосфоглицерата и концевы-

ми аминогруппами валина, аминогруп-

пами остатков лизина и гистидина.

Функция 2,3-дифосфоглицерата за-

ключается в снижении сродства гемо-

глобина к кислороду. Это имеет особенное значение при подъеме на высоту, при нехватке кислорода во вдыхаемом воздухе. В этих условиях связывание ки-

10

слорода с гемоглобином в легких не нарушается, так как концентрация его отно-

сительно высока. Однако в тканях за счет 2,3-дифосфоглицерата отдача кислоро-

да возрастает в 2 раза.

Изменение рН среды

В тканях при повышении концентрации протонов (закисление среды) возрас-

тает освобождение кислорода из оксигемоглобина, в легких при увеличении концентрации кислорода высвобождаются протоны из гемоглобина. Этот феномен

носит название эффекта Бора.

Датский физиолог Христиан Бор, отец знаменитого Нильса Бора.

Реакция связывания кислорода гемоглобином упрощенно имеет вид:

Это означает, что в легких поступающий кислород будет вытеснять водород из

связи с гемоглобином, а при добавлении протонов водорода начнется реакция

диссоциации оксигемоглобина

НАРУШЕНИЕ СИНТЕЗА ГЕМОГЛОБИНА

Порфирии

Порфирии – это группа гетерогенных наследственных заболеваний, возникающих в результате нарушения синтеза гема и повышения содержания порфиринов и их предшественников в организме. Выделяют наследственные и приобретенные формы порфирии.

При наследственных формах дефект фермента наблюдается во всех клетках организма, но проявляется только в одном типе клеток. В наследственных формах имеются три большие группы:

1. Печеночные – группа заболеваний с аутосомно-доминантными нарушениями ферментов различных этапов синтеза протопорфирина III. Наиболее ярким заболеванием этой группы является перемежающаяся острая порфирия, проявляющаяся после достижения половой зрелости. У гетерозигот активность уропор-

фириноген-I-синтазы снижена на

50% и больные экскретируют с мочой

большие количества порфобилиноге-

на и аминолевулиновой кислоты. На свету порфириноген окисляется в ок-

рашенные порфобилин и порфирин, и

это является причиной потемнения мочи при ее стоянии на свету при доступе воздуха.

Провокацией к обострению состояния часто является прием лекарственных

препартов, метаболизм которых требует участия цитохрома Р450, что повышает потребление гема, снижает его концентрацию в гепатоците и активирует амино-

левулинат-синтазу. Симптомами являются острые боли в животе, запоры, сер-

дечно-сосудистые нарушения, нервно-психические расстройства.

10

2.Эритропоэтические – аутосомно-рецессивные нарушения уропорфирино-

ген-I-синтазы или уропорфириноген-III-косинтазы в эритроидных клетках. При

этом смещается баланс реакций образования уропорфириногенов сторону синтеза уропорфириногена I. Симптомы заболевания схожи с предыдущим, но до-

полнительно наблюдается светочувствительность кожи, обусловленная нали-

чием уропорфириногенов, кроме этого отмечаются трещины на коже и гемолитические явления.

3.Смешанные.

Приобретенные формы порфирий носят токсический характер и вызываются действием гексахлорбензола, солей свинца и других тяжелых металлов (ингиби-

рование порфобилиноген-синтазы, феррохелатазы и др.), лекарственными препа-

ратами (антигрибковый антибиотик гризеофульфин)

Следует отличать заболевания порфирии от симптома – порфиринурии. Порфиринурия сопровождает приобретенные заболевания и интоксикации (различного генеза) в результате которых происходит повреждение кле-

ток РЭС и гепатоцитов. Порфиринурии могут также иметь место при некоторых аллергических заболеваниях или при авитаминозах фолиевой и ни-

котиновой кислот. В отличие от порфирий, при порфиринурии в моче в повышенном количестве содержится, главным образом, копропорфирин.

Талассемии

Для таласемий характерно снижение синтеза α-цепей гемоглобина (α-

талассемия) или β-цепей (β-талассемия). Это приводит к нарушению эритропоэза,

гемолизу и тяжелым анемиям.

НОРМАЛЬНЫЕ И ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ ГЕМОГЛОБИНА

Нормальные формы

HbF – фетальный гемоглобин, содержит 2α- и 2γ-цепи

HbA – гемоглобин взрослых, доля составляет 98%, содержит 2α- и 2β-цепи

HbA2 – гемоглобин взрослых, доля составляет 2%, содержит 2α- и 2δ-цепи,

HbO2 – оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в ле-

гочных венах его 94-98% от всего количества гемоглобина.

Hb-CO2 – карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови его 15-20% от всего количества гемоглобина.

Патологические формы

HbS – гемоглобин серповидно-

клеточной анемии. При этом нарушении в

ДНК в результате точковой мутации триплет ЦТТ заменен на триплет ЦАТ, что влечет за

собой включение в 6-м положении β-цепи

вместо глутамата аминокислоты валина. Изменение свойств β-цепи влечет измене-

ние свойств всей молекулы и формирова-

ние на поверхности гемоглобина "липкого"

участка. При дезоксигенации гемоглобина участок "раскрывается" и связывает одну молекулу гемоглобина с другими. Результатом является полимеризация гемоглобино-

вых молекул и образование крупных белко-

10

вых тяжей, вызывающих деформацию эритроцита и гемолиз.

metHb – метгемоглобин, форма гемоглобина, включающая трехвалентный

ион железа вместо двухвалентного. Такая форма обычно образуется спонтанно, в этом случае ферментативных мощностей клетки хватает на его восстановление.

При использовании сульфаниламидов, нитритов натрия, потреблении нитратов

ускоряется переход Fe2+ в Fe3+. MetHb не способен связывать кислород и возникает гипоксия тканей. Для восстановления ионов железа используют аскорбино-

вую кислоту и метиленовую синь.

Hb-CO – карбоксигемоглобин, образуется при наличии СО (угарный газ) во вдыхаемом воздухе. Он постоянно присутствует в крови в малых концентрациях,

но его доля может колебаться от условий и образа жизни. Так, у если горожан до-

ля Hb-CO составляет около 2%, то у курильщико – до 10% от всего гемоглобина. Опасность наличия такой формы заключается в увеличенном в 200 раз сродстве

гемоглобина к СО по сравнению с O2. Вследствие этого при отравлениях возника-

ет острая гипоксия тканей, усугубляющаяся связыванием СО также и с другими гемопротеинами, например цитохромами дыхательной цепи.

HbA1c – гликозилированный гемоглобин, концентрация его нарастает при хро-

нической гипергликемии и является хорошим скрининговым показателем уровня глюкозы крови за длительный период времени.

МИОГЛОБИН

Миоглобин является одиночной полипептидной цепью, состоит из 153 аминокислот с молекулярной массой 17 кДа и по структуре сходен с β-цепью гемоглобина. Белок локализован в мышечной ткани. Миоглобин обладает более высоким сродством к кислороду по сравнению с гемоглобином. Это свойство обуславливает функцию миоглобина – депонирование кислорода в мышечной клетке и использование его только при значительном уменьшении парциального

давления О2 в мышце (до 1-2 мм Hg).

Кривые насыщения кислородом показывают отличия миоглобина и гемоглобина:

•одно и то же 50%-е насыщение достигается при совершенно разных концентрация кислорода – около 26 мм рт ст для гемоглобина и 5 % для миоглобина

•при физиологическом парциальном давле-

нии кислорода от 26 до 40 мм рт ст гемо-

глобин насыщен на 50-80%, тогда как миоглобин – почти на 100%.

Таким образом, миоглобин остается окси-

генированным до того момента, пока количество кислорода в клетке на снизится до предельных величин. Только после этого начинается отдача кислорода для

реакций метаболизма.

КАТАБОЛИЗМ ГЕМА.

За сутки у человека распадается около 9 г гемопротеидов, в основном это гемоглобин эритроцитов. Эритроциты живут около 120 дней, после чего лизируются в кровяном русле или в селезенке.

10

При разрушении эритроцитов в кровяном русле высвобождаемый гемоглобин образует комплекс с белком-переносчиком гаптоглобином (фракция

α2-глобулинов крови) и переносится в клетки селезенки (главным образом), печени и костного мозга.

Катаболизм гема представляет собой многоступенчатый процесс

В реакциях последовательно происходит разрыв метинового мостика между 1-м и 2-м пиррольными кольцами с их восстановлением, отщеплением железа и

белковой части с образованием оранжевого пигмента билирубина. Это токсичное,

жирорастворимое вещество, способное нарушать окислительное фосфорилирование в клетках, в первую очередь в нервной ткани.

Из клеток ретикуло-эндотелиальной системы билирубин попадает в кровь. Здесь он находится в комплексе с альбумином плазмы (частично в виде альбуминфосфатидного комплекса), в меньшем количестве — в комплексах с металлами, аминокислотами, пептидами и другими малыми молекулами. Образование таких комплексов предотвращает выделение билирубина с мочой.

Из сосудистого русла в гепатоциты билирубин попадает с помощью белка-переносчика (лигандина). В клетке протекает реакция связывания билирубина с УДФ-

глюкуроновой кислотой, при этом образуются моно- и

диглюкурониды. Кроме глюкуроновой кислоты, в реакцию могут вступать сульфаты, фосфаты, глюкозиды.

После этого билирубин-глюкурониды АТФ-

зависимым переносчиком секретируются в желчные протоки, где. при участии β-глюкуронидазы, вновь превращаются в свободный

билирубин, который с током желчи попадает в тонкий кишечник. Одновременно

некоторое количество билирубин-глюкуронидов может попадать из желчи в кровь

по межклеточным щелям.

10

Таким образом, в крови одно-

временно существуют две формы

билирубина: одна является гидрофобной, всегда попадает в кровь

при катаболизме гемоглобина. Эта

форма называется неконъюгиро-

ванный (свободный) или непря-

мой билирубин. Билирубин-

глюкуронид, который в норме может быть в крови, получил назва-

ние связанный (конъюгирован-

ный) или прямой билирубин.

Названия "свободный" или "связанный" определяют строение билирубина, а именно наличие в его структуре глюкуроновой кислоты.

Названия "прямой" или "непрямой" отражают химические свойства разных

форм билирубина – гидрофобный непрямой билирубин плохо реагирует с реактивом Эрлиха, и требует наличия дополнительных веществ (ускори-

телей, акселераторов) для протекания реакции Ван-ден-Берга. Прямой билирубин гидрофилен и с реактивом Эрлиха реагирует прямо, без посредни-

ков.

С током желчи прямой билирубин поступает в кишечник, где подвергается восстановлению под действием микрофлоры до мезобилирубина и мезобилиногена (уробилиногена). Часть последних всасывается и с током крови вновь попадает в печень, где окисляется до ди- и трипирролов. При этом в здоровом организме в общий круг кровообращения и в мочу мезобилирубин и уробилиноген не попадают, а полностью задерживаются гепатоцитами. Оставшаяся в кишечнике часть пигментов ферментами бактериальной флоры толстого кишечника восстанавливается до стеркобилиногена и выделяется из организма, окрашивая кал. Незначительное количество стеркобилиногена через геморроидальные вены попадает в большой круг кровообращения, отсюда в почки и выделяется с мочой. На воздухе стеркобилиноген и уробилиноген превращаются, соответственно, в стер-

кобилин и уробилин.