8.2. Роль ензимів у клінічних дослідженнях

Ензимна діагностика має широке застосування. Це зумовлено, перш за все, її клінічним значенням, чутливістю та специфічністю, методичними особливостями її визначення, затратами часу та праці, а також вартістю виконання аналізу. Найчастіше у біологічних рідинах (кров, сеча) досліджують активність амінотрансфераз (АсАТ, АлАТ), фосфатаз (КФ і ЛФ), амілази, -глутамілтранспептидази, ЛДГ та її ізоензимограми, дегідрогенази -гідроксимасляної кислоти, холінестерази та ліпази.

Дослідження ензимів сироватки крові застосовують у клініці для вирішення різних завдань: встановлення діагнозу; проведення диференційної діагностики; оцінки динаміки перебігу захворювання; визначення ефективності лікування та ступеня одужання, а також з прогностичною метою.

Відомо три типи змін активності ензимів при патології: гіперензимемія – підвищення, гіпоензимемія – зниження активності ензимів порівняно з нормою, дисензимемія – поява в крові ензимів, які в нормі не виявляють.

Активність ензимів у клініко-біохімічних дослідженнях здебільшого виражають у каталах або його частках на 1 л (кат/л = моль/с = моль/(с×л), мкат/л = ммоль/(с×л), мккат/л = мкмоль/(с×л), нкат/л = нмоль/(с×л), інколи виражають числом одиниць ензимної активності на 1 мг білка (питома активність ензиму).

Про кількість ензиму судять за швидкістю реакції при визначеній температурі, рН середовища, концентрації субстрату. Зазвичай, активність ензиму вимірюють за швидкістю ензимної реакції, яка пропорційна концентрації ензиму. На активність ензиму можуть впливати присутні в середовищі коензими, активатори й інгібітори. Про швидкість ензимної реакції судять за швидкістю взаємодії субстрату або за швидкістю утворення продукту реакції.

Для кількісної оцінки активності ензиму комісія з ензимів міжнародної біохімічної спілки рекомендувала стандартну міжнародну одиницю. За одиницю активності (ЕІ) будь-якого ензиму приймають ту його кількість, яка в оптимальних умовах каталізує перетворення 1 мкмоль субстрату за 1 хв (мкмоль/хв).

8.3. Зміна активності ензимів при різних патологічних станах

8.3.1. Захворювання печінки. Розрізняють три типи змін активності ензимів плазми крові при захворюваннях печінки:

1. Вивільнення цитоплазматичних (меншою мірою, мітохондріальних) ензимів з клітин ушкодженої паренхіми печінки.

2. Вивільнення ензимів, пов’язаних із плазматичними мембранами (під час холестазу).

3. Порушення вивільнення ензимів внаслідок зниження інтенсивності їх синтезу.

Відзначають активність амінотрансфераз, які вважають стандартними ензимами, характерними для виявлення пошкодження гепатоцитів, що обумовлено простотою відповідних методів і традиціями (мал. 39).

Мал. 39. Зміна активності амінотрансфераз у сироватці крові при вірусному гепатиті

АлАТ характерніша для печінки і має вищу активність порівняно з АсАТ. Гепатоцелюлярні захворювання характеризуються зростанням АлАТ, помірним підвищенням активності ЛФ і γ-глутамілтранспептидази (ГГТФ) (у 3 рази понад норму), якщо вони не супроводжуються обструктивними процесами (табл. 8). Під час ушкодження печінкової паренхіми їх вивільнення незначне, проте суттєво зростає під час холестазу. Ці ензими допомагають диференціювати різні типи жовтяниці, але головне значення вони мають під час захворювань печінки, які перебігають без жовтяниці.

Таблиця 8. Ензими гепатоцитів, активність яких визначають

з діагностичною метою в сироватці крові

Екскреторні ензими	ЛФ, ЛАП, γ-ГТП
Секреторні ензими	ХЕ
Індикаторні ензими а) цитоплазматичні (монолокалізаційні) б) мітохондріальні (монолокалізаційні) в) цитоплазматично-мітохондріальні (білок-локалізаційні)	АлАТ, ЛДГ, γ-ГТП ГлДГ АсАТ

При гемолітичній жовтяниці активність АлАТ та АсАТ знаходиться в межах норми, подібно до активності ЛФ. Можливе зростання ЛДГ₁ при розпаді еритроцитів. Під час паренхіматозної жовтяниці активність АлАТ та АсАТ може помітно зростати (у 5 і більше разів понад норму), тоді як активність ЛФ зростає більше, ніж у 2 рази. Під час холестатичної жовтяниці, навпаки, активність АлАТ та АсАТ зростає несуттєво, в той час як ЛФ зростає більше ніж у 2 рази. Це типові зміни ензимів. У багатьох хворих, головним чином, при хронічних захворюваннях картина є складнішою, оскільки на пошкодження паренхіми накладається холестаз, а на холестаз – пошкодження гепатоцитів.

При тяжких і тривалих патологічних станах може змінюватися синтез ензимів печінки, спостерігають зниження їх вивільнення з розвитком захворювання.

Цитолітичний синдром виникає внаслідок порушення структури клітин печінки, першою чергою, гепатоцитів. Синдром ураження цілісності гепатоцитів може бути різної тяжкості та залежить від ступеня пошкодження гепатоцитів – порушення проникності зовнішньої та внутрішньої мембран, наявності дистрофічних змін або некрозу. При цьому спостерігають підвищення активності АсАТ, АлАТ, ЛДГ (її ізоензимів ЛДГ₄, ЛДГ₅), фруктозо-1-фосфатальдолази, сорбітолдегідрогенази, орнітинкарбамоїлтрансферази, альдолази, глутаматдегідрогенази.

Порушення проникності плазматичних мембран гепатоцитів визначають за активністю в сироватці крові глутаматдегідрогенази та мітохондріальної АсАТ, які в нормі знаходяться в матриці мітохондрій. Визначення активності глутатіон-S-трансферази є чутливішим і органоспецифічним тестом ураження печінки порівняно з активністю інших трансаміназ. Тривале підвищення активності трансаміназ у крові свідчить про тривале руйнування гепатоцитів, що може призвести до розвитку хронічного захворювання печінки. Раптове зниження дуже високих показників активності трансаміназ може свідчити про руйнування гепатоцитів. Про зниження синтетичних процесів у гепатоцитах свідчить також зниження активності ЛХАТ. Порушення детоксикаційної функції печінки проявляється зміною активності ензимів мікросомальної фракції печінки.

Гострий алкогольний гепатит. Основними показниками захворювання при біохімічній діагностиці є гіперхолестеринемія, підвищення рівня β-ліпопротеїнів, активності амінотрансфераз (менш виразно ніж при вірусному гепатиті), ГлДГ.

Гострий лікарський гепатит характеризується підвищенням активності амінотрансфераз із переважанням активності АлАТ, високою активністю ЛФ і ГГТФ.

При хронічному персистуючому гепатиті спостерігають помірне підвищення активності амінотрансфераз, різке зниження альбуміну та ХЕ в сироватці крові.

При цирозі печінки ступінь тяжкості процесу визначають за активністю амінотрансфераз, СДГ, ГлДГ.

Печінково-клітинна недостатність (гепатаргія, кома) характеризується зниженням активності ХЕ, концентрації холестерину, значним підвищенням активності амінотрансфераз, особливо АлАТ.

Злоякісні пухлини печінки. Поряд із гіпер-α-фетопротеїнемією спостерігають збільшення активності ензимів α-глутамілтрансферази, ГлДГ, ЛФ, ЛДГ, АлАТ і АсАТ. З діагностичною метою часто використовують не абсолютну активність деяких ензимів печінки, а їх співвідношення в сироватці крові (табл. 9).

Таблиця 9. Співвідношення активності ензимів сироватки крові

при різних патологічних станах печінки

(АсАТ+АлАТ)/ ГлДГ	При метастазах у печінку	< 10
	Обструктивна жовтяниця, біліарний цироз	5 – 20
	Гострий початок хронічного гепатиту, цирозу печінки	30 – 40
	Холестатичний гепатоз	40 – 50
	Гострий вірусний гепатит, гострий алкогольний гепатит	> 50
ЛДГ/АсАТ	Гемолітична жовтяниця	> 12
	Гепатоклітинна (паренхіматозна) жовтяниця	< 12
АлАТ/ГлДГ	Обструктивна жовтяниця	< 10
	Гепатоклітинна (паренхіматозна) жовтяниця	> 10
γ-ГлТП/АсАТ	Гострий вірусний гепатит, токсичний гепатит	< 1
	Хронічний гепатит, гострий алкогольний гепатит, цироз печінки	1 – 3
	Алкогольний цироз, недавня обструктивна жовтяниця	3 – 6
	Біліарний цироз, тривала обструктивна жовтяниця, карцинома печінки, печінка з метастазами	> 6

У деяких хворих на гепатит без жовтяниці підвищення активності АлАТ та АсАТ може бути єдиним об’єктивним показником ушкодження паренхіми. Ці ензими допомагають оцінити ступінь розвитку захворювання, одужання або переходу до хронічного стану, а також виявити розвиток цирозу.

Хронічний холангіт у фазі загострення. Поряд із гострофазовими показниками запалення (α₁-α₂-глобулінемією, фібриногенемією, появою С-реактивного білка, підвищенням рівня сіалових кислот), спостерігають гіперензимемію за рахунок зростання активності як індикаторних (АлАТ та АсАТ), так і холестатичних (ЛФ, ЛАП, γ-ГТП) ензимів (табл. 10).

Таблиця 10. Зміна активності ензимів при різних формах холестазу

Форма холестазу	Зростання активності
Холестаз без жовтяниці	ЛФ, ЛАП, γ-ГТП
Холестаз без жовтяниці, але з ушкодженням гепатоцитів	ЛФ, ЛАП, γ-ГТП, АлАТ, АсАТ, ГлДГ
Холестаз із жовтяницею	ЛФ, γ-ГТП, білірубін
Холестаз із жовтяницею та ушкодженням гепатоцитів	ЛФ, γ-ГТП, білірубін АлАТ, АсАТ, ГлДГ

Зростання активності амінотрансфераз може бути наслідком використання лікарських препаратів з побічною гепатотоксичною дією або дії гепатотоксичних ксенобіотиків. Деякі лікарські препарати, наприклад, хлорпромазин, можуть викликати холестаз і зростання активності ЛФ і ГГТФ. Зловживання алкоголем супроводжується підвищенням рівня ГГТФ.

8.3.2. Інфаркт міокарда. Діагноз „інфаркт міокарда”, зазвичай, встановлюють на підставі клінічної картини (гострий загруднинний біль), характерних змін ЕКГ і на підставі виявлення в сироватці крові специфічних ензимів. У діагностиці та моніторингу інфаркту міокарду найінформативнішими є зміни активності трьох ензимів: амінотрансферази (АсАТ), серцевого ізоензиму ЛДГ₁ та КК (її серцевого ізоензиму МВ-КК). Особливо характерною є часова динаміка змін активності названих ензимів (мал. 40). Проте, необхідно пам’ятати, що в перші 4 години після інфаркту рівень ензимів може і не підвищуватись.

Визначення кардіоспецифічних ензимів у сироватці – дуже чутливий діагностичний критерій при інфаркті міокарда, їх рівень підвищується в 95 % випадків. Однак, якщо клінічна картина та ЕКГ є характерними для інфаркту міокарда, ензимодіагностика має менше значення. Роль ензимодіагностики має суттєве значення в наступних випадках:

• Клінічна картина атипова. Особливо, якщо характерний загруднинний біль відсутній.

• Пацієнт поступив у стаціонар через певний час після нападу.

• Утруднена інтерпретація ЕКГ. Наявність аритмії або попереднього інфаркту міокарда часто призводить до подібної ситуації.

Мал. 40. Зміна активності ензимів у сироватці крові при інфаркті міокарда

Поява в сироватці крові зазначених ензимів пов’язана з некротичними явищами в серцевому м’язі та досить рідко зустрічається при стенокардії. Відсутність зниження активності КК до норми свідчить про поширення інфаркту або про повторний інфаркт.

Визначення ізоензиму МВ-КК є дуже чутливим тестом для виявлення пошкодження серцевого м’язу. У понад 95 % пацієнтів з інфарктом міокарда спостерігають характерні зміни його активності за умови, що дослідження здійснюють у відповідний час. Зростання активності ізоензиму МВ-КК понад 15 % починається приблизно через 3 години після появи інфарктного болю і зростає досить швидко, досягаючи найвищого значення впродовж 1 – 2 діб, після чого повертається до нормального рівня зі швидкістю, яка залежить від часу півжиття ензиму в плазмі крові. Серцевому ізоензиму МВ-КК властиве як швидке зростання активності, так і швидке повернення до норми. Дослідження МВ-КК призначають, головним чином, у таких випадках:

• коли потрібно терміново встановити діагноз, тобто у перші 6 годин після випадку (інші ензими в цей період ще суттєво не змінюються);

• коли існує підозра, що виявлене зростання активності КК має м’язове походження (наприклад, після внутрішньом’язевої ін’єкції);

• у пацієнтів після операцій або після травми, коли існує підозра виникнення в них інфаркту міокарда; всі інші ензими (загальна активність КК, АсАТ і навіть серцевий ізоензим ЛДГ) можуть бути підвищеними, і лише МВ-КК не буде підвищеним у випадку відсутності інфаркту;

• у пацієнтів, в яких підозрюють повторний інфаркт через кілька днів після першого інфаркту.

Під час мікроінфарктів або у пацієнтів, які мають дуже низьку початкову активність ензиму, результати дослідження можуть мало відрізнятись від верхньої межі норми. Тому необхідно пам’ятати про характерний перебіг змін активності АсАТ та КК між 18 – 30-ю годинами після появи інфаркту. Після діагностування інфаркту його розвиток можна контролювати, використовуючи визначення серцевого ізоензиму ЛДГ. Цей тест є найінформативнішим у хворих, яких обстежують в перші кілька днів після нападу. Ензимний аналіз може вказувати на масштаби пошкодження та прогноз для пацієнта.

Серцевий ізоензим ЛДГ₁ характеризується повільним приростом активності та повільною її нормалізацією. У пацієнтів, яких лікували тромболітичними препаратами, цей профіль зміни активності ензимів є дещо зміненим: у них наростання активності ЛДГ відбувається швидше і тому її найвищий рівень досягається вже через 10 – 18 годин, у той час як повернення до норми відбувається так само. Це явище пояснюють прискореним виходом ензимів з некротизованої тканини при швидкому відновленні кровоплину (реперфузія). Більшість змін активності ензимів залежить від масштабу пошкодження тканини. Суттєве зростання активності (наприклад, приріст АсАТ у 10 разів понад норму) вказує на поширений некроз і свідчить про велику небезпеку для життя пацієнта.

Рівень AсАT і ЛДГ підвищується повільніше порівняно з КК. Сироваткова AсАT зростає, досягаючи максимуму до 48 години, і повертається до норми через 5 – 7 діб.

8.3.2.1. Інші біохімічні індикатори інфаркту міокарда. Міоглобін визначають впродовж 1 – 3 годин після виникнення інфаркту. Визначення цього білка може бути ранньою ознакою цього захворювання, тому його визначення обов’язково повинно проводитись у пацієнтів, що надійшли в приймальне відділення.

Тропоніни І та Т. Серцеві тропоніни І і Т – високочутливі та специфічні маркери гострого інфаркту міокарда. Подібно до КК-МВ вони вивільняються з ушкоджених кардіоміоцитів впродовж 3 – 12 годин після інфаркту, але утримуються на високому рівні триваліший час. Тропонін Т повертається до норми впродовж 2-х тижнів, тоді як рівень тропоніну I відновлюється через 5 – 10 днів.

Тропоніни успішно застосовують у діагностиці інфаркту міокарда та в діагностиці ризику виникнення інфаркту міокарда в пацієнтів з нестабільною стенокардією.

8.3.3. Захворювання м’язів. Скелетні м’язи – джерело декількох ензимів: КК, AсАT, АлАТ, альдолази та ЛДГ. Активність багатьох ензимів може бути підвищеною при м’язових захворюваннях.

Під час м’язових дистрофій активність КК суттєво підвищується. Дистрофія Дюшена є природженим генетичним захворюванням, яке успадковується рецесивно через Х-хромосому. Хворіють хлопчики, у них відразу після народження виявляють дуже високу активність КК. У міру розвитку захворювання спостерігають поступове зниження активності ензиму. У жінок, які є носіями патологічного гену, має місце лише незначне підвищення активності ензиму. При інших формах дистрофії підвищення активності КК є меншим порівняно з хворобою Дюшена.

Псевдогіпертрофічна м’язова дистрофія – це пов’язане з Х-хромосомою рецесивне захворювання, викликане аномальним геном, яке характеризується прогресуючою (з п’ятирічного віку) слабкістю м’язів. Зростання активності КК відбувається ще до появи клінічних симптомів, рівень ензиму в 10 разів перевищує норму, проте знижується на пізніх стадіях захворювання.

Сироваткова дистрофія Беккера – це доброякісніша форма псевдогіпертрофічної м’язової дистрофії з пізнішим початком, частіше уражує чоловіків у репродуктивному віці. Картина підвищення активності КК подібна до описаної раніше. Зростання активності ензиму спостерігають і при інших формах міодистрофії, а іноді, наприклад, при міотонічній дистрофії, рівень сироваткової КК може залишатись в межах норми.

Високу активність КК виявляють у випадку злоякісної гіперпірексії, яка характеризується підвищеною температурою тіла та судомами, що є реакцією на загальну втрату чутливості. Активність КК також підвищується при різних видах міопатії, наприклад, при міопатії у хворих на алкоголізм і при поліміозитах різної етіології. Під час м’язових захворювань нейрогенного походження (поліомієліт, запалення периферійних нервів тощо) активність КК залишається в межах норми.

8.3.4. Ензимодіагностика при захворюваннях кісток. Рівень сироваткової ЛФ як індикатора остеобластної активності залишається в нормі при остеопорозі, тоді як при остеомаляції та рахіті спостерігають зростання активності ензиму. Збільшення активності виявляють також при переломах кісток. Пацієнти з первинним або вторинним гіперпаратиреозом також мають підвищену активність ЛФ за умови залучення в процес кісток.

Як первинні, так і вторинні пухлини кісток спричинюють п’ятикратне зростання активності ЛФ, вищий рівень спостерігають рідко (зокрема, при остеогенній саркомі).

8.3.5. Порушення активності ензимів еритроцитів. Активність ензимів еритроцитів може бути зміненою в результаті природженого дефіциту або в результаті набутих захворювань. Часто природжені дефекти є причиною гемолітичної хвороби або метгемоглобінемії. Найбільше поширення має недостатність Г-6-ФДГ. Вона захищає еритроцити від окисного пошкодження, каталізуючи відновлення НАДФ у першій реакції ПФШ. Ген цього ензиму локалізований на Х-хромосомі, тому більшість хворих – чоловіки. Захворювання поширене у тропічній Африці, на Середньому та Далекому Сході. Дефект Г-6-ФДГ у цих ендемічних зонах забезпечує певний захист від тропічної малярії.

Аномалії ензиму викликають значну кількість клінічних станів. Найчастішим проявом є гострий гемоліз, який можуть прискорювати такі лікарські засоби, як примахін і сульфаніламіди або речовина з бобів фава (фавізм).

Дефіцит піруваткінази еритроцитів може також бути причиною гемолітичної анемії та викликати жовтяницю новонароджених. Для оцінювання рибофлавінового статусу в організмі проводять визначення глутатіонредуктази, а для дослідження вмісту піридоксину використовують визначення АлАт і АсАТ в еритроцитах. Дефіцит кожного з цих вітамінів проявляється переважно ангулярним стоматитом, хейлозом, дерматитом. Найчутливішим методом, здатним виявити субклінічний дефіцит тіаміну, є визначення активності транскетолази в гемолізаті еритроцитів.

Підвищення активності сироваткової ЛДГ виявляють при різних гемолітичних порушеннях, що включають мегалобластну анемію та лейкемію.

8.3.6. Зміна активності ензимів при новоутвореннях. Пухлинним клітинам властивий спотворений метаболізм – зростає активність катаболічних змін, метаболічний колообіг клітинних складників. При злоякісних новоутвореннях на стадії дисемінації в плазмі крові можна виявити зростання активності багатьох клітинних ензимів.

Речовини, що можуть свідчити про наявність або прогресування пухлини, отримали назву пухлинних маркерів, які секретуються або вивільняються в плазму клітинами пухлин. Такі маркери необов’язково є унікальними продуктами злоякісних клітин, вони можуть продукуватися пухлиною у більшій кількості порівняно зі здоровими клітинами.

Пухлинні маркери поділяють на кілька груп:

• гормони, наприклад, хоріонічний гонадотропін людини, що секретується хоріокарциномою;

• ензими, наприклад, КФ при карциномі передміхурової залози (у нормі < 3 нг/мл), нейроспецифічна енолаза (НСЕ) при карциномі легенів, нейробластомі, інсуліномі, феохромоцитомі (у нормі < 12,5 нг/мл);

• ембріональний антиген, наприклад, карциномоембріональний антиген при колоректальній, бронхіальній і шлунковій карциномах.

Пухлинні маркери можуть застосовуватися з різною метою. Найбільше значення вони мають у моніторингу лікування й оцінюванні радикальності лікування, їх також використовують у діагностиці, прогнозуванні та скринінгу на наявність захворювання.

Активність ЛФ у пацієнтів з новоутвореннями може бути підвищеною з багатьох причин. Так, активність кісткового ізоензиму зростає при первинних і вторинних пухлинах кісток, викликаючи підвищення остеобластної активності (наприклад, остеосаркома). Ця активність не змінюється при пухлинах остеолітичного характеру (наприклад, множинна мієлома).

Активність печінкового ізоензиму ЛФ зростає у пацієнтів із первинним або вторинним новоутворенням печінки внаслідок часткового холестазу. Багато злоякісних пухлин синтезують і виділяють ізоензими ЛФ, які в нормі не утворюються органом, у якому є пухлина. Зазвичай їх кількість невелика, і вони не можуть впливати на загальну активність ензиму. Використання моноклональних антитіл дозволяє виявити та визначити активність цих ізоензимів. Найчастіше піддається визначенню плацентарний ізоензим (або подібний до нього) або ізоензим Рейгана. Його переважно виявляють у пацієнтів з пухлинами легенів (бронхів). У пацієнтів з пухлинами травного тракту можна виявити ізоензим ЛФ, подібний до ембріональної форми ізоензиму кишки.

Печінка є одною з основних зон метастазування пухлин. Ізольоване зростання в сироватці активності ЛФ і -ГТП – часта ознака метастазування. Однак навіть при значному залученні в цей процес печінки, біохімічні порушення можуть бути відсутні. Помірне зростання активності трансаміназ (АлАТ і AсАT) спостерігають при високій швидкості деструкції клітин.

Швидкий пухлинний ріст часто призводить до біохімічних порушень. Так, лейкемія та лімфома зазвичай характеризуються підвищенням у сироватці крові концентрації уратів, що пов’язано з інтенсифікацією клітинного метаболізму. У таких пацієнтів часто підвищена активність ЛДГ сироватки, що є наслідком високої концентрації ензиму в пухлині та високої швидкості обмінних процесів у клітинах. У пухлинах може спостерігатися дефіцит кровопостачання і, відповідно, дефіцит забезпечення киснем, результатом чого є інтенсифікація анаеробного гліколізу та розвиток лактоацидозу.