Раздел X. «МЕТАБОЛИЗМ ГЕМА И ОБМЕН ЖЕЛЕЗА»

Тема: ОБМЕН ХРОМОПРОТЕИНОВ. БИОСИНТЕЗ И РАСПАД ГЕМОГЛОБИНА В ТКАНЯХ. ОБМЕН ЖЕЛЕЗА

I. Научно-методическое обоснование темы:

Хромопротеиды — класс белков, простетическая группа ко­торых представлена пигментом. Важным подклассом его являют­ся гемопротеиды -небелковая группа гем. К гемопротеидам отно­сятся: гемоглобины, миоглобины, транспортирующие кислород и углекислый газ, цитохромы, обеспечивающие движение электро­нов в дыхательной цепи, делая кислород реакционноспособным; каталаза и пероксидаза, защищающие клеточные мембраны от перекисного окисления.

Сложный белок — гемоглобин наиболее активно синте­зируется в печени и красном костном мозге. Для этого клетка должна иметь полный набор аминокислот для синтеза белковой и небелковой части (глобина, гема), весь комплекс ферментов, ионизированное железо. Лимитируют реакции образования ге­моглобина ферменты процесса и Fe²+. В организме человека со­держится 4,5-5,0 г железа. Оно поступает экзогенно (пищевой) и эндогенно. Содержание железа в организме регулируется глав­ным образом интенсивностью всасывания в кишечнике пищево­го железа. Всасывается из вне более 10% железа пищи. Усвоение Fe²+ в кишечнике сложный процесс и начинается прежде всего с освобождения Fe²⁺ro органических веществ, затем в присут­ствии аскорбиновой кислоты (оксидазы) превращается Fe³+. В энтероците железо связывается с апоферритином, образуя фер- ритин — депо железа в организме. По мере необходимости с по­мощью редуктаз энтероцита, железо становится двухвалентным, способствуя диссоциации ферритина. Поступая в кровь, железо вновь окисляется фероксидазой и связывается с транспортным (Pj-глобулином) трансферрином и поступает в печень. В клетках печени связывается железо с апоферритином и депонируется в виде ферритина. По мере необходимости железо используется органами кроветворения.

Источниками эндогенного железа являются эритроциты, под­вергающиеся постоянному разрушению (25 мг в сутки). Осво­бождающееся железо включается в процессы реутилизации.

Синтез гема начинается в аэробных условиях (в митохондри­ях). Происходит конденсация сукцинил-Ко А и глицина с обра­зованием 5-аминолевулиновой кислоты. Катализирует фермент синтетаза 5 -аминолевулиновой кислоты, коферментом являет­ся витамин В₆, активная форма — фосфопиридоксаль. Фермент имеет аллостерическую регуляцию: ингибирует гем, активируют стероиды и препараты барбитуровой кислоты.

5-аминолевулиновая кислота поступает в цитоплазму, где про­исходит конденсация 2-х молекул с образованием порфобилино- гена. Катализирует фермент — порфобилиноген-синтетаза.

В процессе жизнедеятельности гемоглобин подвергается мно­гократным обратимым конформационным изменениям, которые позволяют выполнять основную функцию клетки (эритроцита). Однако могут наступить необратимые структурные изменения гемоглобина (80 дней), клетка теряет свои функции и подверга­ется фагоцитозу.

Эритрофагами являются клетки РЭС, где гемоглобин под­вергается катаболизму. В присутствии фермента гемоксигеназы гемоглобин в микросомах, с участием цитохрома P₄₅₀ окисляет­ся. В результате реакции происходит разрыв метинового мостика между I и II пиррольными кольцами выделяется СО2 и образуется вердоглобин- пигмент сине- красного цвета. Вердоглобин спон­танно распадается на белок — глобин, железо и биливердин. Би-ливердин восстанавливается в присутствии НАДФН_2-

Распад гемоглобина с образованием непрямого билирубина

1.

2.

Непрямой (динамический, свободный, прегепатический) били­рубин поступает в кровь, где связывается с альбумином и транспор­тируется к гепатоциту. Прегепатический билирубин — гидрофобен, токсичен, непрямой — дает непрямую реакцию с диазореактивом Эрлиха. Он хорошо растворяется в липидах, поэтому может прони­кать через гематоэнцефалический барьер и клеточные мембраны. В гепатоцитах этот билирубин подвергается обезвреживанию. Обез­вреживание осуществляется следующими реакциями

1. Захват билирубина гепатоцитом специфическим рецептором-ферментом.

2. Транспорт билирубина в микросомы специальным белком лигандином.

3. Конъюгация с УДФ — глюкуроновой кислотой ферментом УДФ-глюкуронилтрансферазой с образованием моно- и диглюку- ронидов.

4. Экскреция в желчные капилляры, используя энергию АТФ.

Коньюгированный билирубин — диглюкуронид — прямой билирубин (дает прямую реакцию с диазореактивом Эрлиха), гепатический, связанный, он гидрофилен, менее токсичен, поро­говое вещество. Прямой билирубин вместе с желчью выводится в верхний отдел тонкого кишечника, где ферментом глюкурони- дазой отщепляется глюкуроновая кислота, а сам билирубин вос­станавливается до мезобилиногена (уробилиногена). Незначи­тельная часть мезобилиногена всасывается в кровь и по системе воротной вены с током крови относится к печени, где окисляется до моно-дипиролов.

Основная же часть уробилиногена поступает в толстый ки­шечник, где восстанавливается до стеркобилиногена. С калом выделяется за сутки около 250-300 мг, малая часть стеркобили- ногена всасывается в большой круг кровообращения в нижнем отделе прямой кишки и по системе геммороидальных вен попа­дает в почки и выделяется с мочой(1-4 мг/сутки). В норме в крови содержится общий билирубин 1,7-20,5 мкмоль/л, на долю непря­мого билирубина приходится 75% — 1,7 — 17,1 мкмоль/л; а 25% — на долю прямого 0,86 — 4,3 мкмоль/л.

В условиях патологии (заболевания печени, селезенки, кост­ного мозга, заболевания крови, усиленный гемолиз) количество и соотношение между «прямым» и «непрямым» билирубином рез­ко меняется, поэтому определение обеих форм билирубина в кро­ви имеет огромное значение в клинике при дифференциальной диагностике различных форм желтух.

Желтуха — это синдром, характеризующийся высоким со­держанием в крови общего билирубина (гипербилирубинемия), желтой окраской кожных покровов и слизистых. По этиопатоге- незу различают:

Надпеченочную желтуху (гемолитическую);

Печеночную (паренхиматозную);

Подпеченочную (обтурационную) желтуху.

1) Надпеченочная желтуха:

Причиной этого вида желтух является усиленный гемолиз эритроцитов, который приводит к интенсивному образованию в клетках РЭС (ретикуло-эндотелиальной системы) непрямого билирубина. Печень не в состоянии связать весь этот билирубин с глюкуроновой кислотой. В результате в крови и тканях нака­пливается непрямой билирубин. Так как через печень идет по­вышенный поток непрямого билирубина, то прямого билирубина образуется значительно больше. Формируется так называемая «плейехромная» желчь (насыщенная пигментами). Такая желчь поступает в тонкий и толстый кишечник, где продуктов деграда­ции билирубина (уробилиногена, стеркобилиногена) образуется значительно больше. Кал приобретает более интенсивное окра­шивание. В крови повышается концентрация общего билирубина за счет повышения непрямого билирубина (гипербилирубине- мия). Кал: повышение стеркобилиногена (темная окраска).

В моче повышается содержание стеркобилиногена (стерко- билинурия!), уробилиногена.

2) Печеночная (паренхиматозная) желтуха.

Этот вид желтухи связан с повреждением печеночной клет­ки, ведущей к нарушению функции ее. Прежде всего нарушается экскреция прямого билирубина в желчные капилляры. Частично последний поступает в кровь, повышая концентрацию общего билирубина. Прямой билирубин способен проходить через почеч­ный фильтр, поэтому в моче определяется билирубин. Снижение содержания прямого билирубина в желчи приводит к уменьше­нию образования стеркобилиногена. Поскольку в больной клетке нарушается процесс конъюгации свободного билирубина, увели­чивается содержание и непрямого билирубина в крови.

Повреждение гепатоцитов ведет к печеночной недостаточности,что проявляется нарушением процессов дегра­дации уробилиногена и он поступает в большой круг кровообра­щения и через почки выводится с мочой. В моче содержится два патологических компонета — прямой билирубин и уробилиноген.

Биохимические показатели:

Кровь: повышается содержание общего билирубина за счет повышения концентрации прямого билирубина и относительного повышения непрямого билирубина.

В моче появляются желчные пигменты — билирубин и уро- билиноген. В кале содержание стеркобилиногена понижается (ахоличный).

3) Подпеченочная (обтурационная) желтуха.

При частичной или полной обтурации желчных протоков нарушается желчевыделение и компоненты желчи попадают в кровь, то есть увеличивается в крови содержание прямого били­рубина, а значит,он появляется в моче. Так как желчь в меньшем количестве поступает в кишечник или совсем не поступает, резко уменьшается количество стеркобилиногена. При полной обтура­ции кал обесцвечивается.

В крови: медленно повышается концентрация общего били­рубина за счет прямого билирубина (холестаз). Повышается кон­центрация желчных кислот.

Кал: резкое снижение уровня стеркобилиногена вплоть до полного отсутствия (ахоличный стул).

В моче определяются желчные пигменты, желчные кислоты.

Проявления обтурационной и паренхиматозной желтухи очень сходны. Критерием для дифференциального диагноза является наличие уробилиногена в моче при печеночной желтухе и отсутствие при обтурационной.

I.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1