Гемолитические яды, механизмы гемолиза

Гемолитические яды - это яды, оказывающие прямое действие на гемоглобин и эритроциты, а также вызывающие ферментативные нарушения. Все гемолитические яды условно делят на:

1. вещества, обладающие прямым действием на оболочку эритроцитов;

2. вещества, вызывающие гемолиз (разрушение эритроцитов), главным образом за счет нарушения ферментных систем, ответственных за поддержание целостности красных кровяных клеток (эритроцитов).

К веществам первой группы относятся: мышьяковистый водород, тринитротолуол, хлористый водород, некоторые детергенты, алкалоиды, тиоловые яды. Механизм действия этих ядов можно представить следующим образом. Известно, что белки мембраны эритроцитов содержат сульфгидрильные группы (SH). Блокирование этих групп ядами приводит к изменению конформации белков мембран эритроцитов, что ведет к разрыву их связей с липидами и нарушению целостности оболочки эритроцитов.

Наряду с блокадой SH-групп белков мембраны эритроцитов и SH-групп молекулы гемоглобина, яды нарушают стабильность мембран путем снижения уровня восстановленного глутатиона, от которого зависит стабильность мембран эритроцитов. Ниже приведена формула глутатион - трипептида (-L-глутамил-L-цистинилглицин):

СО - NH - CH - CONH - CH₂ - COOH

• 

CH₂ CH₂SH

CH₂



CHNH₂



COOH

Глутатион встречается в организме в виде трипептида как в восстановленной (Г-SH), так и в окисленной (Г-S-S-Г) формах.

Физиологическое значение глутатиона определяется наличием в его молекуле SH-группы. Глутамилтрипептид (Г-SH) легко окисляется, переходя в дисульфид (Г-S-S-Г), и, наоборот, Г-S-S-Г легко восстанавливается, переходя в Г-SH:

2 Г-SH  Г-S - S-Г.

Превращения происходят с использованием энергии АТФ.

Роль глутатиона - поддержание уровня сульфгидрильных (SH) групп в белках и ферментах.

Система “восстановленный глутатион - окисленный глутатион” является буферной системой, защищающей эритроциты от действия ядов.

Снижение содержания восстановленного глутатиона в эритроцитах при действии ядов может быть в результате действия 4 факторов: 1) окисление его гемолитическими ядами; 2) нарушения его синтеза; 3) в результате увеличения скорости его распада; 4) за счет изменения активности ферментных систем, регулирующих его уровень в клетке. Все эти факторы приводят к развитию гемолиза.

Вторая группа ядов характеризуется действием, связанным с ферментативными нарушениями в эритроцитах. К этой группе относятся: фенилгидразин, гидроксиламин, хиноны, ацетилфенилгидразин. Эти яды ингибируют в эритроцитах активность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Снижение активности глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы приводит к снижению уровня восстановленного глутатиона. Происходит это потому, что уровень восстановленного глутатиона регулируется несколькими ферментными системами: Глутатион-редуктаза катализирует переход восстановленного глутатиона Г-SH в окисленную форму (Г-S-S-Г). Действие ядов гемолитиков направлено на глюкозо-6-фосфат-дегидрогена-зу, т.е. данные яды уменьшают активность этого фермента. Снижение активности фермента ведет к уменьшению образования НАДФ•Н (никотинамидадениндинуклеотидфосфа-та восстановленного), присутствие которого необходимо при переходе окисленной формы глутатиона Г-S-S-Г в восстановленную Г-SH. Уменьшение образования НАДФ•Н приводит к замедлению перехода окисленной формы глутатиона в восстановленную и в результате количество восстановленного глутатиона в эритроцитах уменьшается.

Глутатион имеет значение для поддержания целостности эритроцитов по двум причинам:

1. он является буферной системой для сохранения целостности мембран эритроцитов;

2. восстановленный глутатион обеспечивает протекание реакции гликолиза, так как ряд ферментов гликолиза являются сульфгидрильными и нуждаются в группах SH, которые дает восстановленный глутатион. Снижение уровня глутатиона приводит к торможению реакций гликолиза, которые поставляют энергию АТФ в эритроциты, необходимую для поддержания Na⁺, K⁺ баланса в мембранах и клетках. Недостаток энергии АТФ ведет к потере клетками калия и проникновению в эритроцит H₂O и Na⁺. В результате нарушается ионное равновесие, клетка набухает и лопается. Таким образом, влияние гемолитического яда только на один фермент глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназу вызывает цепь биохимических реакций, что в итоге приводит к гибели эритроцитов.

Пероксид водорода. К числу сильнейших гемолитических ядов относится и пероксид водорода. Накопление эндогенного пероксида водорода в эритроцитах приводит к их гибели. Уровень эндогенного пероксида водорода регулируют две ферментные системы. Первая - это глутатион-пероксидаза, которая катализирует окисление пероксидом водорода восстановленного глутатиона (Г-SH) до окисленной формы (Г-S-S-Г). Пероксид водорода в эритроцитах синтезируется с определенной скоростью (10^-10-10^-9 моль на 1 мг гемоглобина в 1 мин). Если почему-то скорость увеличилась до 10^-7 моля на 1 мг гемоглобина в минуту, сразу в действие вступает другой фермент - каталаза, разлагающая его до Н₂О и О₂. В результате осуществляется регуляция уровня пероксида водорода, которая имеет большое значение для регуляции уровня восстановленного глутатиона. Например, при действии озона происходит увеличение содержания пероксида водорода в эритроцитах, снижается активность каталазы, что ведет к снижению уровня восстановленного глутатиона. В итоге нарушается проницаемость мембран эритроцитов и развивается гемолиз.

Такой же механизм действия и у экзогенного пероксида водорода.

Механизмы метгемоглобинобразования. В крови здоровых людей концентрация метгемоглобина (MtHb) составляет 1-1,5 %, хотя в норме ежедневно образуется от 4 до 10 % метгемоглобина. Уровень в 1% поддерживается за счет постоянно идущего процесса восстановления метгемоглобина. Восстановление метгемоглобина до гемоглобина обеспечивается двумя ферментными системами:

а) редуктазой метгемоглобина, действие которой зависит от количества восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАД•Н);

б) редуктазой метгемоглобина, зависящей от восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ•Н).

Таким образом, уровень метгемоглобина зависит от скорости его образования под влиянием гемолитических ядов и от активности редуктаз, обеспечивающих его восстановление. Подавление химическими веществами активности редуктаз метгемоглобина, снижение скорости образования НАД•Н и НАДФ•Н приводит к накоплению метгемоглобина.

Таким образом, другим механизмом действия гемолитического яда является его воздействие на скорость эндогенного образования метгемоглобина.

Ускорение процесса метгемоглобинобразования может наступать, когда под влиянием яда в эритроцитах возрастает уровень эндогенного пероксида водорода, который относится к числу метгемоглобинообразователей. Все химические вещества, которые способны угнетать активность каталазы, глутатионредуктазы, восстановленного глутатиона, будут способствовать образованию метгемоглобина.

Существуют видовые особенности образования метгемоглобина. Максимальная скорость образования метгемоглобина в эритроцитах у собак и уток, у которых в эритроцитах обнаруживается минимальная активность каталазы. В эритроцитах, лишенных каталазы, образование метгемоглобина идет значительно интенсивнее, чем в эритроцитах, содержащих каталазу. В то же время повышение активности каталазы при действии ядов свидетельствует о развитии защитных реакций. Вероятно, большинство гемолитических ядов обладает смешанным действием, оказывая как прямое влияние на гемоглобин, так и косвенное через биохимические процессы, регулирующие уровень метгемоглобина в крови.

В результате токсического действия гемолитического яда уменьшается поступление О₂ к органам и тканям и развивается состояние гипоксии, которая может быть разной тяжести. Глюкоза как восстановитель метгемоглобина и метиленовый синий является антидотом.

Оксид углерода. Из всех токсичных веществ наибольшим сродством к гемоглобину обладает оксид углерода (СО), или угарный газ, - продукт неполного окисления углерода, образующийся там, где углеродсодержащие вещества сгорают в условиях недостаточного доступа воздуха. Развитие промышленности, транспорта, механизация сельского хозяйства и возрастающее в связи с этим потребление нефти, газа, угля приводят к тому, что с каждым годом все большее число людей на производстве и в быту подвергается воздействию продуктов горения. Хотя химический состав горючих веществ разнообразен, в число конечных продуктов горения в том или ином количестве всегда входит СО. Оксид углерода присутствует в светильном, генераторном, взрывных и выхлопных газах как постоянный компонент. Немало оксида углерода в табачном дыме и других дымах. Отравления оксидом углерода возможны, например, в химической промышленности, где он является исходным продуктом синтеза ряда веществ (ацетона, метилового спирта и др.). Надо помнить и об опасном воздействии оксида углерода на человека при неправильной топке печей и при нарушениях правил пользования бытовыми газовыми приборами.

Оксид углерода обладает выраженными свойствами восстановителя, так как его молекула включает 2 ненасыщенные валентности (С = О) и потому может присоединять ряд химических элементов. В этой связи уместно упоминание о токсичных карбонилах металлов, например, соединенениях оксида углерода с никелем и железом, которые используются в химической промышленности. Поступая в организм, карбонилы выделяют оксид углерода

Ni(CO)₄  Ni + 4CO.

Подобная реакция может протекать и при нагревании карбонилов, в особенности на активированном угле и других пористых материалах, а также при воздействии сильных окислителей, например хлора:

Fe(CO)₅ + Cl₂  5CO + FeCl₂

Одним из источников оксида углерода является сам человек, организм которого производит и выделяет во внешнюю среду (с выдыхаемым воздухом) за сутки около 10 мл СО. Это так называемый эндогенный, т.е. образующийся во внутренних средах организма, оксид. Он отщепляется от молекул гемоглобина при превращении последнего в желчный пигмент билирубин. Поскольку билирубин образуется не только из гемоглобина, но и из других металлопротеидов (цитохромов, миоглобина, порфирина и др.), то последние также являются источником эндогенного СО. Таким образом, СО является продуктом нормального метаболизма и его выделение человеком в окружающую среду подобно удалению из организма диоксида углерода, аммиака и других образующихся в процессе обмена веществ химических соединений.