В фагоцитозе участвует 2 типа лейкоцитов – нейтрофилы и моноциты.
Транспорт диоксида углерода
Углекислый газ, поступающий из межклеточной жидкости в кровь, в эритроцитах под действием карбангидразы превращается в Н2СО3. Далее Н2СО3 диссоциирует с образованием протона и иона НСО3-. Протон присоединяется к гемоглобину и способствует отдаче О2 гемоглобином. После этих изменений в капиллярах тканей эритроцит попадает в капилляры легких и здесь происходят обратные процессы (тем, что протекают в тканях). Гемоглобин насыщается кислородом. Присоединение кислорода увеличивает кислотность (степень диссоциации некоторых кислотных групп белковой части) гемоглобина. Освобождающиеся протоны нейтрализуют НСО3-, угольная кислота расщепляется карбангидразой, образующийся СО2 диффундирует в альвеолярный воздух. Таким образом, СО2 вытесняет О2 из гемоглобина в тканях и, наоборот, в легких О2 вытесняет СО2 из крови в альвеолярный воздух. Это явление известно под именем эффекта Бора (К.Бор, датский физиолог, отец знаменитого Н.Бора). Эффект Бора обеспечивает перенос ~80% СО2 из тканей в легкие. остальная часть транспортируется в форме карбгемоглобина – соединения СО2 с N-концевыми аминокислотами гемоглобина, а также в форме растворенного в плазме СО2.
Распад (катаболизм) гемоглобина
Время жизни эритроцитов составляет 110-120 дней. Состарившиеся эритроциты фагоцитируются макрофагами, главным образом в селезенке, а также в печени и костном мозге. Освобождающийся из гемоглобина гем повторно не используется: он распадается с образованием железа и желчных пигментов. Железо реутилизируется, а желчные пигменты выводятся из организма.
Первая реакция распада гема катализируется гем-оксигеназой. В реакции используются НАДФН·Н+ и О2. Один из метеновых мостиков тетрапиррольной структуры гема окисляется. При этом от гема отщепляется железо, глобин и образуется биливердин – пигмент зеленого цвета. Биливердин затем восстанавливается до билирубина биливердинредуктазой. Билирубин – пигмент краснокоричневого цвета. Основная часть билирубина образуется в клетках РЭС селезенки и костного мозга. Из этих органов билирубин в комплексе с альбумином транспортируется кровью в печень, где происходит его конъюгация с глюкуроновой кислотой. Глюкуроновая кислота присоединяется к карбоксильным группам пропионильных остатков, образуя глюкурониды: моноглюкуронид (20%) и диглюкуронид (80%) билирубина. Конъюгация с глюкуроновой кислотой происходит при участии фермента УДФ-глюкуронизил-трансферазы и существенно изменяет свойства билирубина. Билирубин нерастворим в воде и поэтому транспортируется кровью в соединении с альбумином. Билирубинглюкурониды растворимы в воде и легко выводятся с желчью в кишечник. Билирубин токсичен, особенно для мозга; глюкурониды билирубина не токсичны. Таким образом, в результате конъюгации билирубина происходит его детоксикация и облегчается выведение из организма.
В кишечнике от билирубинглюкуронидов под действием бактериальных ферментов отщепляется глюкуроновая кислота, а вновь образовавшийся билирубин восстанавливается по некоторым двойным связям, образуя в конечном итоге уробилиногены и стеркобилиногены. Основная часть этих веществ выводится с калом (95%). Остальная часть всасывается из кишечника в кровь. При этом, если всасывание происходит в нижней трети прямой кишки, то всосавшиеся пигменты по анастомозам минуют печень и выводятся из организма через почки. Уробилиногены и стеркобилиногены – бесцветные вещества. В кале и выпущенной моче они окисляются кислородом воздуха и превращаются в уробилин и стеркобилин, имеющие желтую окраску. Определение концентрации желчных пигментов в крови и моче применяют при выяснении происхождения желтух.
Желтухи
Концентрация билирубина в крови здорового человека составляет 8-20 мкмоль/л. При этом в крови содержится как неконъюгированный билирубин (~75%), так и глюкурониды. Билирубин образует с диазохлорсульфоновой кислотой азосоединение розово-фиолетового цвета. Эта реакция используется для определения билирубиа в крови и моче. Неконъюгированный билирубин, связанный с альбумином, реагирует лишь после добавления спирта, который освобождает его из соединения с альбумином (непрямой билирубин). Глюкурониды билирубина определяются без добавления спирта (прямо билирубин). При целом ряде патологических состояний концентрация билирубина в крови увеличивается, в результате чего кожа, слизистые оболочки и склера глаз окрашиваются в желтый цвет (желтуха). В зависимости от механизма развития различают: 1) гемолитическую 2) обтурационную или механическую и 3) паренхиматозную желтухи.
Гемолитическая желтуха развивается вследствие усиленного распада эритроцитов, когда скорость образования билирубина превышает способность печени извлекать его из крови. Поэтому при гемолитической желтухе в крови повышается концентрация непрямого билирубина. Другие биохимические признаки: кал интенсивно окрашен, т.к. печень выделяет в кишечник большие количества глюкуронидов билирубина; увеличивается выделение стеркобилиногенов и уробилиногенов с мочой.
Обтурационная желтуха развивается вследствие закупорки желчных протоков (желчно-каменная болезнь) или сдавлении их извне (рак головки поджелудочной железы), когда желчь перестает поступать в кишечник, но гепатоциты продолжают ее вырабатывать. В этих условиях желчные пигменты попадают в кровь, поэтому в крови повышается концентрация преимущественно прямого билирубина. Прямой билирубин как вещество водорастворимое и низкомолекулярное фильтруется в почках и выводится с мочой. Поскольку билирубин в кишечник не поступает, кал имеет светлое окрашивание.
Паренхиматозная желтуха развивается при гепатитах различного происхождения (токсических, инфекционных). При гепатитах повреждаются клетки печени, что сопровождается снижением активности фермента УДФ-глюкуронозилтрансферазы (т.е. нарушается конъюгация билирубина), а также нарушением транспорта образовавшихся глюкуронидов билирубина из гепатоцитов в желчевыводящие пути, т.к. этот процесс осуществляется против градиента концентрации и требует затрат энергии АТФ. Отсюда можно заключить, что при паренхиматозной желтухе в крови увеличивается концентрация как непрямого, так и прямого билирубина. В моче обнаруживается прямой билирубин.
Желтуха новорожденных. В первые дни в крови новорожденных концентрация билирубина увеличена, причем у части новорожденных (~20%) увеличение значительно. Желтуха новорожденных может быть связана с запаздыванием включения генов, кодирующих УДФ-глюкуронозилтрансферазу, а также низкой способностью печени извлекать билирубин из крови. В тяжелых случаях желтухи новорожденных наблюдаются повреждения функций мозга, что обусловлено высокой проницаемостью у новорожденных гемато-энцефалического барьера.
Плазма крови
Плазма крови представляет собой ~10% водный раствор органических и минеральных веществ. Концентрация белков составляет около 7%, минеральных солей – около 1%, остальная часть приходится на различные небелковые органические соединения.
Белки плазмы крови методом электрофореза разделяются на 5 фракций: альбумины, a1-глобулины, a2-глобулины, b-глобулины и g-глобулины. Каждая из этих фракций представляет собой смесь разных белков. Наиболее однородна альбуминовая фракция плазмы крови: она почти целиком представлена одним белком – альбумином крови. Фракция g-глобулинов содержит главным образом антитела (иммуноглобулины). Большинство белков, постоянно содержащихся в плазме, синтезируется в печени.
На долю альбумина приходится более половины всех белков плазмы крови: его концентрация в плазме равна 40-50 г/л. Важная функция альбумина заключается в создании осмотического давления. Молекула альбумина содержит много дикарбоновых аминокислот, вследствие чего его изоэлектрическая точка = 4,7. В крови, которая имеет рН 7,4, отрицательный заряд альбумина удерживает много положительно заряженных ионов, главным образом Na+, и таким образом создается значительная часть осмотического давления крови.
При увеличении проницаемости капилляров альбумин в большом количестве выходит в межклеточную жидкость. За ним уходит вода. Если процесс имеет острый характер, т.е. наступает быстро, то объем крови резко уменьшается, кровяное давление падает. Клинически это проявляется как шок. Шок является частым осложнением тяжелых травм и ожогов.
При нарушениях кровообращения также увеличивается выход альбумина в межклеточное пространство вследствие замедления тока крови. Но поскольку в этих случаях события развиваются медленно, уменьшение объема крови компенсируется действием ренин-ангиотензин-альдостероновой системы восстановления объема крови. Включение этой системы вызывает, в частности, жажду. Однако потребляемая вода вновь уходит из крови в межклеточное пространство, что приводит к возникновению отеков.
Способность альбумина к неспецифическому связыванию лежит в основе транспортной и защитной функции альбуминов. Альбумин связывает и транспортирует с кровью жирные кислоты, билирубин, гормоны (альдостерон, Т4), лекарства (пенициллин), токсины.
Содержание ряда белков в плазме крови может резко увеличиваться при острых воспалительных процессах и некоторых других патологических состояниях, таких как ожоги, инфаркт миокарда. К их числу относятся преимущественно белки, входящие в состав a1- и a2-глобулинов. Такие белки называют белками острой фазы, т.к. они принимают участие в развитии воспалительной реакции организма. С наличием белков острой фазы связано повышение скорости оседания эритроцитов (СОЭ) и повышение вязкости крови, характерных для воспалительной реакции. Основным индуктором синтеза большинства белков острой фазы в гепатоцитах является полипептид интерлейкин-1, освобождающийся из мононуклеарных фагоцитов. К белкам острой фазы относят С-реактивный белок (СРБ), называемый так, потому что он взаимодействует с С-полисахаридом пневмококков, α1-антитрипсин, гаптоглобин, кислый гликопротеин, фибриноген и др. Известно, что С-реактивный белок, соединяясь с фосфолипидами поврежденных тканей, становится активатором системы комплемента. α1-антитрипсин может инактивировать некоторые протеазы, обеспечивая минимальное повреждение тканей хозяина. Гаптоглобин связывает гемоглобин, высвобождаемый при локальном гемолизе во время воспалительной реакции.