Образование разрушение и выведение продуктов обмена гемоглобина
За сутки у человека распадается около 9 г гемопротеинов, в основном это гемоглобин эритроцитов.
Эритроциты в норме живут 90-120 дней, после чего лизируются в клетках ретикулоэндотелиальной системы – макрофагах селезенки (главным образом), купферовских клетках печени и макрофагах костного мозга. При разрушении эритроцитов в кровеносном русле высвобождаемый гемоглобин образует комплекс с белком-переносчиком гаптоглобином (фракция α2-глобулинов крови) и также переносится в клетки РЭС селезенки, печени и костного мозга.
Синтез билирубина
В клетках РЭС гем в составе гемоглобина окисляется молекулярным кислородом. В реакциях последовательно происходит разрыв метинового мостика между 1-м и 2-м пиррольными кольцами гема с их восстановлением, отщеплением железа и белковой части и образованием оранжевого пигмента билирубина. Высвобождаемое железо может либо запасаться в клетке в комплексе с ферритином, либо выделяться наружу и связываться с трансферрином.
Реакции распада гемоглобина и образования билирубина
Билирубин – токсичное, жирорастворимое вещество, способное разобщать окислительное фосфорилирование в клетках. Особенно чувствительны к нему клетки нервной ткани.
Строение билирубина
Выведение билирубина
Из клеток ретикуло-эндотелиальной системы билирубин попадает в кровь. Здесь он находится в комплексе с альбумином плазмы, в гораздо меньшем количестве – в комплексах с металлами, аминокислотами, пептидами и другими малыми молекулами. Образование таких комплексов не позволяет выделяться билирубину с мочой. Билирубин в комплексе с альбумином называется свободный (неконъюгированный) или непрямой билирубин.
Этапы метаболизма билирубина в организме
Из сосудистого русла в гепатоциты билирубин попадает с помощью белка-переносчика (транспортный белок органических анионов) или по механизму флип-флоп. Далее при участии цитозольного связывающего белка лигандина (Y-протеин) билирубин транспортируется в ЭПР, где протекает реакция связывания билирубина с УДФ-глюкуроновой кислотой, при этом образуются моно- и диглюкурониды. Кроме глюкуроновой кислоты, в реакцию конъюгации могут вступать сульфаты, фосфаты, глюкозиды.
Билирубин-глюкуронид получил название связанный (конъюгированный) или прямой билирубин.
После образования билирубин-глюкурониды АТФ-зависимым переносчиком секретируются в желчные протоки и далее в кишечник, где при участии бактериальной β-глюкуронидазы превращаются в свободный билирубин. Одновременно, даже в норме (особенно у взрослых), некоторое количество билирубин-глюкуронидов может попадать из желчи в кровь по межклеточным щелям.
Таким образом, в плазме крови обычно присутствуют две формы билирубина: свободный (непрямой), попадающий сюда из клеток РЭС (80% и более всего количества), и связанный (прямой), попадающий из желчных протоков (в норме не более 20%).
Термины “связанный“, “конъюгированный“, “свободный“, “несвязанный” отражают взаимодействие билирубина и глюкуроновой кислоты (но не билирубина и альбумина!).
Термины “прямой” и “непрямой” введены, исходя из возможности химической реакции билирубина с диазореактивом Эрлиха. Связанный билирубин реагирует с реактивом напрямую, без добавления дополнительных реагентов, т.к. является водорастворимым. Несвязанный (жирорастворимый) билирубин требует добавочных реактивов, реагирует не прямо.
Превращение в кишечнике
В кишечнике билирубин подвергается восстановлению под действием микрофлоры до мезобилирубина и мезобилиногена (уробилиногена). Часть уробилиногена всасывается и с кровью портальной вены попадает в печень, где либо распадается до моно-, ди- и трипирролов, либо окисляется до билирубина и снова экскретируется. При этом при здоровой печени в общий круг кровообращения и в мочу мезобилирубин и уробилиноген не попадают, а полностью задерживаются гепатоцитами.
Оставшаяся в кишечнике часть пигментов ферментами бактериальной флоры толстого кишечника восстанавливается до стеркобилиногена. Далее
- малая часть стеркобилиногена может всасываться и катаболизировать в печени, подобно уробилиногену,
- незначительное количество стеркобилиногена через геморроидальные вены попадает в большой круг кровообращения, отсюда в почки и в мочу. После окисления на воздухе из стеркобилиногена образуется стеркобилин мочи,
- однако основное количество стеркобилиногена достигает нижних отделов толстого кишечника и выделяется. В прямой кишке и на воздухе стеркобилиноген окисляется в стеркобилин, окрашивая кал,
- аналогично уробилиноген, появляющийся в моче при патологии печени, окисляется в уробилин.
Очень часто стеркобилиноген, содержащийся в нормальной моче, называют уробилиногеном. И в клинической практике обычно не проводят различий между стеркобилиногеном и уробилиногеном мочи, их рассматривают как один пигмент – урохромы (уробилиноиды), что может создавать некоторую путаницу при оценке результатов анализа.
Источник
Происходит в мононуклеарных фагоцитах (в селезенке и печени). Сначала происходит разрыв связи между I-м и II-м кольцами. Фермент – НАДзависимая оксигеназа. После ее действия образуется пигмент зеленого цвета – вердоглобин. В его составе сохраняется и железо и белок. В дальнейшем вердоглобин распадается на составные части: белок, железо и пигмент-биливердин. Железо образует комплекс с белком трансферрином, и этот комплекс поступает в ткани, где оно снова может быть использовано для синтезов или депонироваться в виде комплекса с белком ферритином.
Билирубин плохо растворим в воде, поэтому он адсорбируется на альбумине крови. Такой комплекс называется СВОБОДНЫМ или НЕПРЯМЫМ БИЛИРУБИНОМ. Он свободный, потому что не связан ни с каким другим веществом ковалентными связями; непрямой, потому что не дает прямой реакции с диазореактивом Эрлиха (для определения этого вида билирубина необходимо предварительно осадить альбумины).
В печени непрямой билирубин подвергается обезвреживанию путем связывания с глюкуроновой кислотой. В реакции расходуется УТФ. При этом к молекуле билирубина присоединяются 2 молекулы глюкуроновой кислоты (образование билирубиндиглюкуронида). Это вещество малотоксично и хорошо растворяется в воде, называется ПРЯМЫМ СВЯЗАННЫМ БИЛИРУБИНОМ, т.к. определяется в прямой реакции с диазореактивом Эрлиха и связан ковалентно с глюкуроновой кислотой. В таком виде билирубин поступает в желчь и вместе с ней выводится из организма.
При определении содержания билирубина используют диазореактив Эрлиха, который дает розовую окраску с билирубином и по ее интенсивности судят о концентрации билирубина в крови.
В крови человека примерно 75% непрямого билирубина от его общего количества. Общее содержание билирубина в норме (прямой+непрямой) от 8 до 20 мкмоль/л.
Билирубин – это конечный продукт распада гемоглобина у человека. Однако, поступив с желчью в кишечник, он превращается под действием ферментов микрофлоры кишечника. Сначала от него отщепляется глюкуроновая кислота, затем происходит частичное восстановление и образуется вещество, называемое “мезобилиноген”, а затем стеркобилиноген. Стеркобилиноген в основном выводится с калом и на воздухе (в кале) превращается в стеркобилин, а мезобилиноген частично всасывается из кишечника по системе v.portae, т.е. попадает в печень и там разрушается. Поэтому его нет у здоровых людей в крови. Небольшая часть стеркобилиногена тоже всасывается из кишечника через систему геморроидальных вен, т.е. попадает сразу в большой круг кровообращения, минуя печень, поэтому часть его выводится с мочой.
Значит, стеркобилиноген является компонентом мочи в норме.
В НОРМЕ:
Кровь:
Билирубин (в основном непрямой) – в норме (8-17мкмоль/л)
Гемоглобин – в норме (мужчины – 130-145 г/л; женщины – 110-130 г/л
Моча: светло-желтого цвета, стеркобилиноген – в норме, мезобилиногена нет.
Кал: нормальной окраски, стеркобилиноген – в норме
135.
ГЕМОЛИТИЧЕСКАЯ ЖЕЛТУХА Наблюдается при усилении распада эритроцитов. Билирубина образуется больше, чем в норме и скорость экскреции тоже увеличивается. Непрямой билирубин повышается в крови. В моче билирубина нет, а содержание стеркобилина в кале и в моче повышено.
136.
ПАРЕНХИМАТОЗНАЯ ЖЕЛТУХА (паренхиматозная). Наблюдается при повреждении гепатоцитов (например, при вирусном гепатите). Билирубин не обезвреживается. Желчные пигменты поступают не только в кишечник, но и в кровь. Т.е. в крови повышается содержание не только прямого, но и непрямого билирубина. Наблюдается билирубинурия. В моче обнаруживают мезобилиноген.
137.
ОБТУРАЦИОННАЯ ЖЕЛТУХА (механическая) Наблюдается при закупорке желчных протоков (например, при желчнокаменной болезни). Желчь продолжает вырабатываться, но поступает не только в желчные протоки, а также в кровь. В крови повышается уровень билирубина, в основном – прямого билирубина. Наблюдается билирубинурия. Содержание стеркобилина в моче и в кале снижено (кал становится светлым, а моча темнеет за счет прямого билирубина).
138.
Источник
Начальным этапом распада гемоглобина является разрыв одного метинового мостика с образованием вердоглобина. В дальнейшем от молекулывердоглобина отщепляются атомжелеза и белокглобин. В результате образуется биливердин. Затем биливердин, восстанавливаясь,превращается в билирубин – пигмент, выделяемый с желчью и поэтому называемыйжелчным пигментом. Образовавшийся билирубин называется непрямым(неконъю-гированным) билирубином,поскольку вследствие плохой растворимости в воде он легко адсорбируется на белках плазмы крови (альбуминах).
Комплекс альбумин-билирубин с током крови попадает в печень, где происходит его превращение в прямой билирубин путем коньюгации с глюкуроновой кислотой. Реакцию катализирует фермент УДФ-глюкуронилтрансфераза. Образующийся билирубиндиглюкуронид получил название прямого(коньюгированного) билирубина или связанного.Прямой билирубин – это нормальный компонент желчи, попадающий в кровь в незначительном количестве.
Механизм токсического действия билирубина:
– снижение синтеза АТФ
– снижении скорости реакций, идущих с затратой АТФ
– разобщение процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования
Распределение желчных пигментов в норме: кровь – общий билирубин – 8,5 – 20,5 мкмоль/л; непрямой билирубин – 1,7 – 17,1 мкмоль/л; прямой билирубин – 2,2 – 5,1 мкмоль/л; моча – стеркобилиноген – 4 мг/сутки; кал – стеркобилиноген.
Гемолитическая желтуха. Механизм развития. Лабораторные маркеры.
Гемолитическая желтуха развивается вследствие интенсивного гемолиза эритроцитов при гемолитических анемиях, вызванных сепсисом, лучевой болезнью, переливанием несовместимых групп крови, отравлением сульфаниламидами и т. д. Усиленный гемолиз эритроцитов приводит к интенсивному образованию в клетках РЭС непрямого билирубина. Печень не способна утилизировать в короткое время весь образующийся непрямой билирубин, он накапливается в крови и тканях. Так как печень обезвреживает повышенное количество непрямого билирубина, в больших количествах образуется прямой билирубин в печени. Поступление значительных количеств билирубина в кишечник ведет к усиленному образованию и выделению с калом и мочой стеркобилиногена. Кал приобретает более интенсивное окрашивание.
Характерные признаки гемолитической желтухи:
· кровь – повышение общего билирубина и непрямого билирубина; концентрация прямого билирубина – в норме;
· моча – отсутствие билирубина и положительная реакция на стеркобилиноген (который в больших количествах, чем обычно, поступает в почки из толстого кишечника);
· кал – повышение количества стеркобилиногена (темная окраска).
Паренхиматозная желтуха. Механизм развития. Лабораторные маркеры.
Паренхиматозная желтуха обусловлена повреждением гепатоцитов при острых вирусных инфекциях, хроническом и токсическом гепатитах. Причина повышения концентрации билирубина – нарушение функций и некроз части печеночных клеток.
Биохимические нарушения.
1. В результате некроза гепатоцитов прямой билирубин частично попадает в кровь, его концентрация увеличивается. Прямой билирубин хорошо растворим в воде и экскретируется с мочой.
2. Экскреция жёлчи нарушена, в кишечник попадает меньше билирубина чем в норме, поэтому количество образующегося в толстом кишечнике стеркобилиногена также снижена. Кал гипохоличный.
3. При прогрессирующем гепатите нарушается процессы коньюгации билирубина в печени, вследствие этого в крови накапливается непрямой билирубин.
4. Нарушается процесс разрушения уробилиногена, поступающего в печень из кишечника по воротной вене. Он попадает в общий кровоток и экскретируется с мочой (в норме в моче отсутствует).
Характерные признаки паренхиматозной желтухи:
· кровь – повышение общего билирубина, прямого и непрямого билирубина;
· моча – положительная реакция на билирубин и уробилиноген, интенсивная окраска;
· кал – снижение количества стеркобилиногена, гипохоличный кал.
Источник
16
ВОЕННО-МЕДИЦИНСКАЯ
АКАДЕМИЯ
Экз
№__
Кафедра
клинической биохимии и лабораторной
диагностики
«УТВЕРЖДАЮ»
ИО
начальника кафедры
клинической
биохимии и
лабораторной
диагностики
полковник
медицинской службы
В.ПАСТУШЕНКОВ
«___»
_____________ 2008 г.
доцент
кафедры клинической биохимии и
лабораторной диагностики
кандидат
медицинских наук доцент А.ЧАЙКА
_____________________________________________________________________
должность,
ученая степень, ученое звание, воинское
звание, инициал имени, фамилия автора
(авторов)
ЛЕКЦИЯ
№ 16
_________________________________________
(номер
по тематическому плану изучения
дисциплины)
по дисциплине:
«Биохимия»
___________________________________________________________
(наименование
учебной дисциплины)
на
тему: «ОБМЕН ГЕМСОДЕРЖАЩИХ ХРОМОПРОТЕИНОВ»
________________________________________________
(наименование
темы занятий по тематическому плану
изучения дисциплины)
с
курсантами и студентами 2 курса факультетов
подготовки врачей
(военно-медицинских
специалистов иностранных армий)
Обсуждена
и одобрена на заседании кафедры
«____» ____________
200___ г.
Протокол
№______
Уточнено
(дополнено):
«____» ____________ 200___
г.
_____________________________________
(воинское
звание, подпись, инициал имени, фамилия)
План
лекции
1.Синтез гемоглобина.
Возможные нарушения биосинтеза.
2. Основные этапы
распада геминовых хромопротеинов.
Образование и пути выведения конечных
продуктов обмена.
3. Изменение
показателей пигментного обмена
4. Типы желтух.
Введение
Необходимость
изучения обмена сложных белков, в том
числе и гемохромопротеинов, в системе
биохимического образования врача
определяется важной ролью этих соединений
для жизнедеятельности человека.
Гемохромопротеины осуществляют
дыхательную функцию крови (гемоглобин),
транспорт кислорода в мышцах (миоглобин),
входят в состав цитохромной системы,
принимающей участие в окислительных
процессах в клетке. Нарушение обмена
гемохромопротеинов лежит в основе
многих заболеваний. Большое диагностическое
значение в клинической практике имеет
определение промежуточных и конечных
продуктов метаболизма гемма (его распада
и биосинтеза), а также содержание железа
в организме. Различные анемии, желтухи
(гипербилирубинемии), порфирии,
гемоглобинопатии, талассемии – далеко
не исчерпывающий перечень заболеваний,
связанных с нарушениями обмена в
организме гемохромопротеинов. Действия
многих отравляющих веществ (ядов)
направлено на повреждение механизмов
функционирования в организме
гемохромопротеинов.
В обмене различных
гемохромопротеинов важную роль играет
печень, костный мозг, селезёнка, хотя в
принципе их синтез и распад происходит
в гистиоцитах соединительной ткани
любого органа (З.А.Бондарь, 1965). Остановимся
прежде всего на путях распада гемоглобина
– белка, представленного в наибольшем
количестве (после сократительных белков)
в организме человека (от 700 до 900 и более
граммов в зависимости от массы тела).
Гемоглобин
(Hb)
освобождается (около 8-9 г в сутки) при
разрушении эритроцитов; время жизни
около 4-х месяцев. Оба компонента Hb
(белок гемоглобин и гемм) превращаются
далее независимо друг от друга. Глобин
протеолитически гидролизуется до
аминокислот, а гемм превращается в
пигменты желчи. Другие гемсодержащие
белки (миоглобин, цитохромы, пероксидазы,
каталаза и т.д.) разрушаются аналогичным
образом.
Гемоглобин,
освобождаемый из эритроцитов, сразу же
связывается с гаптоглобином, белком
плазмы крови (α2-глобулин),
одна молекула которого может связывать
две молекулы Hb.
Образующийся комплекс адсорбируется
ретикулоэндотелиальной системой (РЭС)
из циркулирующей в печени, селезёнке,
костном мозге и других органах крови.
В
комплексе гаптоглобин-гемоглобин железо
гемма окисляется до Fe3+
(с образованием
метгемоглобина), а начальный этап распада
Hb
– окисление α-метинового мостика гемма
сначала до формила – происходит после
того как отщепляется гаптоглобин. Затем
формил отщепляется и образуется
вердоглобин. Этот процесс катализируется
НАДФ-содержащей гемоксидазой и приводит
к образованию вердоглобина, или
холеглобина (слайд №1). Как видно из
приведённых формул, в молекуле вердоглобина
ещё сохраняется атом железа и белковый
компонент. В этом окислительном
превращении гемоглобина принимает
участие витамин С, иона Fe2+
и другие
кофакторы. При открытии порфиринового
цикла сродство Fe3+
и глобина
к тетрапирольному производному
понижается, и молекула распадается на
линейное производное тетрапиррола
биливердин, а также глобин и железо.
Биливердин (зелёный пигмент) в
эндоплазматическом ретикулюме клеток
Купфера восстанавливается НАДФН2
в присутствии
биливердинредуктазы по центральному
метиновому мостику, давая основной
желчный пигмент человека и плотоядных
животных – билирубин («непрямой
билирубин»). «Непрямым» свободный
билирубин (красно-коричневый пигмент)
называется потому, что он не даёт прямой
цветной реакции с диазореактивом Эрлиха,
поскольку из-за плохой растворимости
в воде он легко адсорбируется на белках
плазмы крови, и для его определения в
крови необходимо предварительно
осаждение белков спиртом. После этого
билирубин вступает во взаимодействие
с диазореактивом.
Образовавшийся в
клетках РЭС токсичный непрямой билирубин,
будучи связанным с альбумином, током
крови переносится в печень, где отделяется
от
альбумина
и активно захватывается мембранами
гепатоцитов, связывается и переносится
на эндоплазматический ретикулюм
цитоплазматическими Y-
и Z-протеинами.
В эндоплазматическом ретикулюме
гепатоцитов билирубин обезвреживается,
образуя гликозидную связь с одной или
двумя молекулами УДФ-глюкуроновой
кислоты через остатки пропионовой
кислоты центральных пирольных колец.
Этот процесс катализируется
УДФ-билирубин-глюкоронидтрансферазой.
Образующийся моно- и диглюкуронид
билирубина, будучи объёмистым соединением,
не может проходить обратно через мембрану
клетки печени. Часть «непрямого»
билирубина (15%) связывается с серной
кислотой (в форме ФАФС –
фосфоаденозинфосфосульфата) при участии
фермента сульфаттрансферазы, а также
с фосфорной кислотой, глюкозой или
ксилозой. Таким образом, его молекула
становится водорастворимой и в этой
форме экскретируется из печени в желчь
с помощью цитоплазматических мембран
билиарного полюса гепатоцита, лизосом
и аппарата Гольджи (слайд №2).
Глюкурониды
билирубина (в норме преобладает
диглюкуронид), а также сульфат билирубина
известны под названием «прямого»
билирубина, так как они дают цветную
реакцию с диазореактивом Эрлиха без
предварительной обработки исследуемой
сыворотки этиловым спиртом (прямая
реакция).
Выделение желчных
пигментов.
Вместе
с желчью прямой билирубин попадает в
кишечник, где подвергается дальнейшим
превращениям под действием бактерий
(слайд №3). Сначала глюкуроновая кислота
отщепляется от комплекса с билирубином,
и освободившийся билирубин подвергается
восстановлению в мезобилирубин, затем
в мезобилиноген (уробилиноген) и
стеркобилиноген, последний выводится
с калом. В сутки человек выделяет от 250
до 300 мг стеркобилиногена, который легко
окисляется под действием света и воздуха
до стеркобилина. Лишь небольшая часть
билирубина (от 5 до 20 мг) выводится с
калом в неизменном виде.
Известно,
что небольшая часть желчных пигментов
(мезобилиноген и образующийся из него
при окислении мезобилин) может всасываться
в тонком кишечнике в кровь и по системе
портальной вены возвращаются в печень
с венозной кровью (энтерогепатическая
циркуляция). В этом случае токсичный
мезобилиноген обезвреживается
гепатоцитами, распадаясь до три-, ди- и
монопирролов, которые выводятся из
организма с калом и мочой. Задержка в
печени мезобилиногена (уробилиногена)
и превращение его в дипиррольные
соединения исключает возможность
поступления его в норме в общий ток
кровообращения и, следовательно, в мочу.
Таким образом, моча здорового человека
не содержит уробилиногена (слайд №4).
Если же с мочой выделяется повышенное
содержание уробилиногена (точнее
мезобилиногена), то это является
свидетельством недостаточности функции
печени, например, при печёночной или
гемолитической желтухаха, когда печень
частично теряет способность извлекать
этот пигмент из крови воротной вены.
Небольшая часть стеркобилиногена (до
5%) после всасывания через систему нижних
геморроидальных вен попадает в большой
круг кровообращения, минуя печень, и в
таком виде выводится почками с мочой
(около 4 мг в сутки). Иногда ошибочно
стеркобилиноген мочи называют
уробилиногеном.
Желчные пигменты,
выводимые из организма почками с мочой
(стеркоболиноген, уробилиноген и другие),
называют «уробилиногеновыми телами»
мочи (слайд №4).
У
здорового человека ежедневно образуется
250-300 мг билирубина, который почти
полностью удаляется из организма,
Содержание его в крови невелико – 8,5-20
мкмоль/л (0,4 -0.8 мг/дл), причём около 75%
этого количества приходится на долю
«непрямого», т.е. свободного билирубина
(слайд №5). Повышение содержания билирубина
в крови (гипербилирубинеимя) более 30-35
мкмоль/л (больше 2 мг/дл) сопровождается
желтушной окраской склер и кожных
покровов. При этой концентрации альбумин
оказывается насыщенным, а избыточный
билирубин свободным и осаждается из
раствора.
Источник