Лекция № 16 кровь. общие свойства. биохимия плазмы

Энзимопатии

В
основе многих заболеваний лежат нарушения
функционирования ферментов в клетке –
энзимопатии. Приобретённые энзимопатии,
как и вообще протеинопатии, по-видимому,
наблюдают при всех болезнях.

При
первичных энзимопатиях дефектные
ферменты наследуются, в основном, по
аутосомно-рецессивному типу. Гетерозиготы,
чаще всего, не имеют фенотипических
отклонений. Первичные энзимопатии
обычно относят к метаболическим болезням,
так как происходит нарушение определённых
метаболических путей. При этом развитие
заболевания может протекать по одному
из ниже перечисленных «сценариев».
Рассмотрим условную схему метаболического
пути:

Е₁
Е₂
Е₃
Е₄

А
→ В → С → D
→ Р

Вещество
А в результате последовательных
ферментативных реакций превращается
в продукт Р. При наследственной
недостаточности какого-либо фермента,
например фермента Е₃,
возможны разные нарушения метаболических
путей:

Нарушение
образования конечных продуктов.
Недостаток
конечного продукта этого метаболического
пути (при отсутствии альтернативных
путей синтеза) может приводить к развитию
клинических симптомов, характерных для
данного заболевания.

Клинические
проявления.
В качестве примера можно рассмотреть
альбинизм. При альбинизме нарушен синтез
в меланоцитах пигментов – меланинов.
Меланин находится в коже, волосах,
радужке, пигментном эпителии сетчатки
глаза и влияет на их окраску. При
альбинизме наблюдают слабую пигментацию
кожи, светлые волосы, красноватый цвет
радужки глаза из-за просвечивающих
капилляров. Проявление альбинизма
связано с недостаточностью фермента
тирозингидроксилазы (тирозиназы) –
одного из ферментов, катализирующего
метаболический путь образования
меланинов.

Накопление
субстратов-предшественников.
При недостаточности фермента будут
накапливаться определенные вещества,
а также во многих случаях и предшествующие
им соединения. Увеличение
субстратов-предшественников дефектного
фермента – ведущее звено развития
многих заболеваний.

Клинические
проявления.
Известно заболевание алкаптонурия, при
котором нарушено окисление гомогентизиновой
кислоты в тканях (гомогентизиновая
кислота – промежуточный метаболит
катаболизма тирозина). У таких больных
наблюдают недостаточность фермента
окисления гомогентизиновой кислоты –
диоксигеназы гомогентизиновой кислоты,
приводящей к развитию заболевания. В
результате увеличиваются концентрация
гомогентизиновой кислоты и выведение
её с мочой. В присутствии кислорода
гомогентизиновая кислота превращается
в соединение чёрного цвета – алкаптон.
Поэтому моча таких больных на воздухе
окрашивается в чёрный цвет. Алкаптон
также образуется и в биологических
жидкостях, оседая в тканях, коже,
сухожилиях, суставах. При значительных
отложениях алкаптона в суставах
нарушается их подвижность.

Нарушение
образования конечных продуктов и
накопление субстратов-предшественников.
Отмечают
заболевания, когда одновременно
недостаток продукта и накопление
исходного субстрата вызывают клинические
проявления.

Клинические
проявления.
Например, у людей с болезнью Гирке
(гликогеноз I
типа) наблюдают снижение концентрации
глюкозы в крови (гипогликемия) в перерывах
между приёмами пищи. Это связано с
нарушением распада гликогена в печени
вследствие дефекта фермента
глюкозо-6-фосфатазы. Одновременно у
таких людей увеличиваются размеры
печени (гепатомегалия) вследствие
накопления в ней не используемого
гликогена.

Буферные системы крови. Кислотно-основное состояние.

рН крови зависит
от согласованной работы буферных систем
крови, выделительной функции почек и
дыхательной функции легких. рН является
показателем кислотно-основного состояния
(КОС). КОС отражает состояние клеточного
метаболизма, газотранспортной функции
крови, внешнего дыхания, состояния
вводно-солевого обмена. КОС отражает
отношение ионов ОН-
к ионам Н+.
Поддержание рН необходимо для функции
ферментов, стабильности мембран, деления
клеток, энергетического баланса.

Нейтрализация
кислых продуктов обмена: Н++Н-СО₃Н₂СО₃Н₂О+СО₂
Избыток СО₂
удаляется путем увеличения вентиляции
легких, т.о. соотношение компонентов
восстанавливается.

Нейтрализация
основных продуктов: ОН-+Н₂СО₃Н-СО₃+Н₂О
Происходит снижение вентиляции легких,
т.о. Н₂СО₃
задерживается в организме – рефлекторно.
Все это предотвращает резкий сдвиг рН.

2) фосфатная
буферная система
– 1%, состоит из сопряженной кислотно-основной
пары. [HPO₄2-]/[H₂PO₄-]
(двузамещенный и однозамещенный фосфат)
соотношение при рН = 7,4 будет 4/1. Механизм
действия аналогичен – кислые продукты
нейтрализуются основным компонентом
с образованием сопряженной пары, а
основной продукт кислым компонентом.
Избыток сопряженных пар выводятся через
почки. Н+ +
НРО₄2-
Н₂РО₄—
ОН—
+ Н₂РО₄—

НРО₄2-
+ Н₂О

Бикарбонатная и
фосфатная буферные системы являются
открытыми
выводящими системами,
то есть избыток компонентов выводится
через легкие и почки.

1. Белковая буферная
   система –
   14%, представлена альбуминами и глобулинами
   плазмы крови. Буферное действие
   обусловлено амфотерностью, играют роль
   слабые кислоты и слабые основания.

2. Гемоглобиновая
   буферная система
   – 75%, самая мощная, ее работа зависит
   от оксигенации гемоглобина. Она состоит
   из дезоксигемоглобина и оксигемоглобина.
   /
   – дезоксиформа, [KНbO₂]/[HHbO₂]
   – оксиформа.

Работа этой буферной
системы тесно связана с работой
бикарбонатной буферной системой, т.е.
кислые компоненты сравнивают – самая
слабая HHb<H₂CO₃<HНbO₂
самая сильная.

Нарушения КОС:
1) компенсированные – без сдвига рН, при
этом рН не изменяется; 2) некомпенсированные
– сдвиг рН.

Если рН менее 7,35,
то это состояние называется ацидоз,
если более 7,45 – алкалоз. Пограничные
с жизнью значения – 6,8 и 7,8, но в клинике
они не встречаются.

Респираторный
(дыхательные) ацидоз
– связан с гиповентиляцией легких.
Наблюдается при: астматическом статусе,
воспалительных процессах легких,
повышении порциального давления СО₂
крови. Проявляется компенсаторная
реакция — повышение актуального
бикарбоната (АВ).

Респираторный
алкалоз –
усиление вентиляции легких при нахождении
в разряженной атмосфере, вдыхании чистым
кислородом, заболеваниях ЦНС, легких с
одышкой, опухолях, инфекции. В крови
наблюдается понижение порциального
давленияСО₂,
понижение АВ. Моча щелочной реакции.

Метаболический
ацидоз – а)
гиперхлорэмические нарушения –
характеризуются накоплением Сl
в крови, т.е. накоплением НСl,
снижается количество бикарбонатов.
Причина – увеличение продукции Н+
ионов, введение Н+
или медикаментов, которые превращаются
в кислоты, нарушается выведение Н+
почками, потеря бикарбонатов из ЖКТ при
диарее, с мочой при болезни почек.

Б) ацидоз с высоким
аммонийным дефицитом. В результате
снижается Cl-,
H-CO₃
т.к. в кровь поступают анионы органических
кислот. Наблюдается при диабете,
голодании, гипоксии, интоксикации
метанолом, этиленгликолем. Сопровождается
повышением в крови лактата или кетоновых
тел, или других органических веществ.
В крови понижается АВ. Компенсаторная
реакция – повышение вентиляции легких,
снижение порциального давления СО₂,
увеличение выведения кислых и аммонийных
соединений с мочой.

Метаболический
алкалоз –
при потере водородных ионов с желчным
содержимым при рвоте, при введении
щелочных растворов, дефиците калия в
организме, при альдостеротизме –
введение стероидных гормонов.
Характеризуется повышением АВ,
гипокалийэмия, при тяжелой форме
дегидратации, геперкалийэмия.
Компенсаторная реакция –повышение
порциального давления СО₂,
повышении секреции бикарбонатов почками.

Применение ферментов в качестве лекарственных средств

Использование
ферментов в качестве терапевтических
средств имеет много ограничений
вследствие их высокой иммуногенности.
Тем не менее энзимотерапию активно
развивают в следующих направлениях:

• заместительная
  терапия – использование ферментов в
  случае их недостаточности;

• элементы комплексной
  терапии – применение ферментов в
  сочетании с другой терапией.

Заместительная
энзимотерапия эффективна при
желудочно-кишечных заболеваниях,
связанных с недостаточностью секреции
пищеварительных соков. Например, пепсин
используют при ахилии, гипо- и анацидных
гастритах. Дефицит панкреатических
ферментов также в значительной степени
может быть компенсирован приёмом внутрь
препаратов, содержащих основные ферменты
поджелудочной железы (фестал, энзистал,
мезим-форте и др.).

В качестве
дополнительных терапевтических средств
ферменты используют при ряде заболеваний.
Протеолитические ферменты (трипсин,
химотрипсин) применяют при местном
воздействии для обработки гнойных ран
с целью расщепления белков погибших
клеток, для удаления сгустков крови или
вязких секретов при воспалительных
заболеваниях дыхательных путей.
Ферментные препараты стали широко
применять при тромбозах и тромбоэмболиях.
С этой целью используют препараты
фибринолизина, стрептолиазы, стрептодеказы,
урокиназы.

Фермент гиалуронидазу
(лидазу), катализирующий расщепление
гиалуроновой кислоты, используют
подкожно и внутримышечно для рассасывания
рубцов после ожогов и операций
(гиалуроновая кислота образует сшивки
в соединительной ткани).

Ферментные препараты
используют при онкологических
заболеваниях. Аспарагиназа, катализирующая
реакцию катаболизма аспарагина, нашла
применение для лечения лейкозов.

Предпосылкой
антилейкемического действия аспарагиназы
послужило обнаружение в лейкозных
клетках дефектного фермента
аспарагинсинтетазы, катализирующего
реакцию синтеза аспарагина.

Лейкозные клетки
не могут синтезировать аспарагин и
получают его из плазмы крови. Если
имеющийся в плазме аспарагин разрушать
введением аспарагиназы, то в лейкозных
клетках наступит дефицит аспарагина и
в результате – нарушение метаболизма
клетки и остановка прогрессирования
заболевания.

Иммобилизованные
ферменты
– это ферменты, связанные с твердым
носителем или помещенные в полимерную
капсулу. Для иммобилизации ферментов
используют два основных подхода:

1. Химическая
   модификация фермента.

2. Физическая изоляция
   фермента в инертном материале.

Часто
для иммобилизации ферментов используют
капсулы из липидов – липосомы,
которые
легко проходят через мембраны и оказывают
необходимые эффекты внутри клетки.
Преимущества

иммобилизованных
ферментов:

1. Легко отделяются
   от реакционной среды, что позволяет
   использовать фермент повторно. Продукт
   не загрязнен ферментом.

2. Ферментативный
   процесс можно осуществлять непрерывно.

3. Повышается
   стабильность фермента.

Иммобилизированные
ферменты можно использовать для
аналитических и препаративных целей.
Существуют несколько типов устройств,
где иммобилизированные ферменты
применяются в аналитических целях –
ферментные электроды, автоматические
анализаторы, тест-системы и т.д.

Препаративное
использование иммобилизованных ферментов
в промышленности:

1. Получение
   L-аминокислот
   с помощью аминоацилазы.

2. Получение сиропов
   с высоким содержанием фруктозы с
   использованием глюкозоизомеразы.

3. Обработка молока.

Энзимопатии наследственные (фенилкетонурия) и приобретенные (цинга). Применение ферментов для лечения болезней.

В
основе многих заболеваний лежат нарушения
функционирования ферментов в клетке —
энзимопатии. Различают первичные
(наследственные) и вторичные (приобретённые)
энзимопатии. Приобретённые энзимопатии,
как и вообще протеинопатии, по-видимому,
наблюдают при всех болезнях.

При
первичных энзимопатиях дефектные
ферменты наследуются, в основном, по
аутосомнорецессивному типу. Гетерозиготы,
чаще всего, не имеют фенотипических
отклонений. Первичные энзимопатии
обычно относят к метаболическим болезням,
так как происходит нарушение определённых
метаболических путей. При этом развитие
заболевания может протекать по одному
из ниже перечисленных «сценариев».
Рассмотрим условную схему метаболического
пути:

Вещество
А в результате последовательных
ферментативных реакций превращается
в продукт Р. При наследственной
недостаточности какого-либо фермента,
например фермента Е3, возможны разные
нарушения метаболических путей:

Нарушение
образования конечных продуктов. Недостаток
конечного продукта этого метаболического
пути (Р) (при отсутствии альтернативных
путей синтеза) может приводить к развитию
клинических симптомов, характерных для
данного заболевания:

Накопление
субстратов-предшественников. При
недостаточности фермента Е₃ будут
накапливаться вещество С, а также во
многих случаях и предшествующие
соединения. Увеличение
субстратов-предшественников дефектного
фермента — ведущее звено развития многих
заболеваний:

Нарушение
образования конечных продуктов и
накопление субстратов предшественников.Отмечают
заболевания, когда одновременно
недостаток продукта и накопление
исходного субстрата вызывают клинические
проявления.

Ферментные
препараты широко используют в медицине.
Ферменты в медицинской практике находят
применение в качестве диагностических
(энзимодиагностика) и терапевтических
(энзимотерапия) средств. Кроме того,
ферменты используют в качестве
специфических реактивов для определения
ряда веществ. Так, глюкозооксидазу
применяют для количественного определения
глюкозы в моче и крови. Фермент уреазу
используют для определения содержания
количества мочевины в крови и моче. С
помощью различных дегидрогеназ
обнаруживают соответствующие субстраты,
например пируват, лактат, этиловый спирт
и др.

А.
Энзимодиагностика

Энзимодиагностика
заключается в постановке диагноза
заболевания (или синдрома) на основе
определения активности ферментов в
биологических жидкостях человека.
Принципы энзимодиагностики основаны
на следующих позициях:

• при
  повреждении клеток в крови или других
  биологических жидкостях (например, в
  моче) увеличивается концентрация
  внутриклеточных ферментов повреждённых
  клеток;

• количество
  высвобождаемого фермента достаточно
  для его обнаружения;

• активность
  ферментов в биологических жидкостях,
  обнаруживаемых при повреждении клеток,
  стабильна в течение достаточно
  длительного времени И отличается от
  нормальных значений;

• ряд
  ферментов имеет преимущественную или
  абсолютную локализацию в определённых
  органах (органоспецифичность);

• существуют
  различия во внутриклеточной локализации
  ряда ферментов.

Б.
Применение ферментов в качестве
лекарственных средств

Использование
ферментов в качестве терапевтических
средств имеет много ограничений
вследствие их высокой иммуногениости.
Тем не менее энзимотерапию активно
развивают в следующих направлениях:

• заместительная
  терапия — использование ферментов в
  случае их недостаточности;

• элементы
  комплексной терапии — применение
  ферментов в сочетании с другой терапией.

Заместительная
энзимотерапия эффективна при
желудочно-кишечных заболеваниях,
связанных с недостаточностью секреции
пищеварительных соков. Например, пепсин
используют при ахилии, гипо- и анацидных
гастритах. Дефицит панкреатических
ферментов также в значительной степени
может быть компенсирован приёмом внутрь
препаратов, содержащих основные ферменты
поджелудочной железы (фестал, энзистал,
мезим-форте и др.).

В
качестве дополнительных терапевтических
средств ферменты используют при ряде
заболеваний. Протеолитические ферменты
(трипсин, химотрипсин) применяют при
местном воздействии для обработки
гнойных ран с целью расщепления белков
погибших клеток, для удаления сгустков
крови или вязких секретов при воспалительных
заболеваниях дыхательных путей.
Ферментные препараты рибонуклеазу и
дезоксирибонуклеазу используют в
качестве противовирусных препаратов
при лечении аденовирусных конъюнктивитов,
герпетических кератитов.

Кислотно-основной баланс

Концентрация
ионов Н+в плазме и в межклеточном
пространстве составляет около 40 нМ. Это
соответствуетвеличине рН 7,40. рН
внутренней среды организма должен
поддерживаться постоянным, так как
существенные изменения концентрации
прогонов не совместимы с жизнью(рис
2).

Постоянство
величины рН поддерживается буферными
системамиплазмы (схемаВ),
которые могут компенсировать
кратковременные нарушения кислотно-основного
баланса. Длительное рН-равновесие
поддерживается с помощью продукции и
удаления протонов. При нарушениях в
буферных системах и при несоблюдении
кислотно-основного баланса, например
в результате заболевания почек или
сбоев в периодичности дыхания из-загипо- илигипервентиляции, величина
рН плазмы выходит за допустимые пределы.
Уменьшение величины рН 7,40 более, чем на
0,03 единицы, называетсяацидозом, а
повышение —алкалозом

Происхождение
протонов.Существуют два источника
протонов — свободные кислоты пищи и
серосодержащие аминокислоты белков,
полученные с пищейкислоты, например,
лимонная, аскорбиновая и фосфорная,
отдают протоны в кишечном тракте (при
щелочном рН). В обеспечение баланса
протонов наибольший вклад вносят
образующиеся при расщеплении белков
аминокислотыметиониницистеин.
В печени атомы серы этих аминокислот
окисляются до серной кислоты, которая
диссоциирует на сульфат-ион и протоны.

При
анаэробном гликолизе в мышцах и
эритроцитах глюкоза превращается в
молочную кислоту, диссоциация
которой приводит к образованию лактата
и протонов. Образование кетоновых тел
— ацетоацетата и- гидроксибутирата — в печени также
приводит к освобождению протонов,
избыток кетоновых телведет к
перегрузке буферной системы плазмы и
снижению рН (метаболический ацидоз;
молочная кислота →лактацидоз,
кетоновые тела →кетоацидоз). В
нормальных условиях эти кислоты обычно
метаболизируют до СО₂и Н₂О
и не влияют на баланс протонов.

Удаление протонов.В почках протоны попадают в мочу за счет
активного обмена на Na+-ионы. При
этом в моче протоны забуфериваются,
взаимодействуя с NH₃и фосфатом

Локализация и компартментализация ферментов в клетке и тканях: ферменты общего назначения, органоспецифические и органеллоспецифические (маркерные) ферменты.

Ферменты по локализации делят на 3
группы:

I– общие ферменты
(универсальные)

II- органоспецифические

III- органеллоспецифические

Общие ферментыобнаруживаются
практически во всех клетках, обеспечивают
жизнедеятельность клетки, катализируя
реакции биосинтеза белка и нуклеиновых
кислот, образование биомембран и основных
клеточных органелл, энергообмен. Общие
ферменты разных тканей и органов, тем
не менее, отличаются по активности.

Органоспецифичные ферментысвойственны только определенному органу
или ткани. Например: Для печени –
аргиназа. Для почек и костной ткани –
щелочная фосфатаза. Для предстательной
железы – КФ (кислая фосфатаза). Для
поджелудочной железы – α-амилаза,
липаза. Для миокарда – КФК
(креатинфосфокиназа), ЛДГ, АсТ и т.д.

Внутри клеток ферменты также распределены
неравномерно. Одни ферменты находятся
в коллоидно-растворенном состоянии в
цитозоле, другие вмонтированы в клеточных
органеллах (структурированное состояние).

Органеллоспецифические ферменты.
Разным органеллам присущ специфический
набор ферментов, который определяет их
функции.

Органеллоспецифические ферменты это
маркеры внутриклеточных образований,
органелл:

1. Клеточная мембрана: ЩФ (щелочная
   фосфатаза), АЦ (аденилатциклаза),
   К-Nа-АТФаза

2. Цитоплазма: ферменты гликолиза,
   пентозного цикла.

3. ЭПР: ферменты обеспечивающие
   гидроксилирование (микросомальное
   окисление).

4. Рибосомы: ферменты обеспечивающие
   синтез белка.

5. Лизосомы: содержат гидролитические
   ферменты, КФ (кислая фосфатаза).

6. Митохондрии: ферменты окислительного
   фосфорилирования, ЦТК (цитохромоксидаза,
   сукцинатдегидрогеназа), β-окисления
   жирных кислот.

7. Ядро клетки: ферменты обеспечивающие
   синтез РНК, ДНК ( РНК-полимераза,
   НАД-синтетаза).

8. Ядрышко: ДНК-зависимая-РНК-полимераза

В результате в клетке образуются отсеки
(компартменты), которые отличаются
набором ферментов и метаболизмом
(компартментализация метаболизма).

Среди ферментов выделяется немногочисленная
группа регуляторных ферментов,которые способны отвечать на специфические
регуляторные воздействия изменением
активности. Эти ферменты имеются во
всех органах и тканях и локализуются в
начале или в местах разветвления
метаболических путей.

Строгая локализация всех ферментов
закодирована в генах.

Определение в плазме или сыворотке
крови активности органо- органеллоспецифических
ферментов широко используется в
клинической диагностике.