Распад гемоглобина желчные пигменты
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту
Узнать стоимость
Продолжительность жизни эритроцитов составляет 120 дней, затем они разрушаются (состарившиеся эритроциты фагоцитируются макрофагами, главным образом в селезенке, а также в печени и костном мозге; в микросомальной фракции ретикуло-эндотелиальной системы клеток) и освобождается гемоглобин. В организме человека в течение 1 ч разрушается примерно 100-200 млн эритроцитов. Гем повторно не используется: он распадается с образованием железа и желчных пигментов; железо реутилизируется, а желчные пигменты выводятся из организма.
Распад гемоглобина в печени начинается с разрыва a-метиновой связи между I и II кольцами порфиринового кольца, т.е окисляется один из метеновых мостиков тетрапиррольной структуры гемма, углерод метеновой группы превращается в оксид углерода СО. Этот процесс катализируется НАДФ-содержащей оксидазой ЭПР (гем-оксигеназой) с помощью кислорода и НАДФН и приводит к образованию зеленого пигмента вердоглобина (холеглобина):
В приведенных структурных формулах здесь и далее в желчных пигментах М-метильная СН3-группа, В-(—СН=СН2)-винильная группа и П-(—СН2—СН2—СООН)- остаток пропионовой кислоты.
Как видно из приведенных формул, в молекуле вердоглобина еще сохраняются атом железа и белковый компонент. Имеются экспериментальные доказательства, что в этом окислительном превращении гемоглобина принимают участие витамин С, ионы Fe2+ и другие кофакторы. Дальнейший распад вердоглобина, вероятнее всего, происходит спонтанно с освобождением железа, белка-глобина и образованием одного из желчных пигментов зеленого цвета − биливердина. Спонтанный распад сопровождается перераспределением двойных связей и атомов водорода в пиррольных кольцах и метановых мостиках. Образовавшийся биливердин ферментативным путем при участии биливердинредуктазы восстанавливается в печени в оранжевый или красно-коричневый билирубин, являющийся основным желчным пигментом у человека и плотоядных животных:
Интенсивный цвет гема и других порфиринов является результатом сопряжения многочисленных двойных связей, которые образуют две резонансно стабилизированные (мезомерные) системы.
Основное место образования билирубина − печень, селезенка и, по-видимому, эритроциты (при распаде их иногда разрывается одна из метановых связей в протопорфирине). Образовавшийся во всех этих клетках билирубин поступает в печень, откуда вместе с желчью попадает в желчный пузырь. Билирубин, образовавшийся в клетках системы макрофагов, называется свободным, или непрямым, билирубином, поскольку вследствие плохой растворимости в воде он легко адсорбируется на белках плазмы крови и для его определения в крови необходимо предварительное осаждение белков спиртом и только после этого билирубин вступает во взаимодействие с диазореактивом.
Так как билирубин нерастворим в воде, плохо растворим в плазме, его транспорт в крови осуществляется в комплексе с альбумином.
В крови взрослого здорового человека содержится относительно постоянное количество общего билирубина-от 4 до 26 мкмоль/л, в среднем 15 мкмоль/л. Около 75% этого количества приходится на долю непрямого билирубина. Повышение его концентрации в крови до 35 мкмоль/л приводит к желтухе. Более высокий уровень билирубина в крови вызывает явления тяжелого отравления.
Непрямой билирубин, поступая с током крови в печень, подвергается обезвреживанию путем связывания с активированной
глюкуроновой кислотой. В этом процессе принимают участие УДФ-глюкуроновая кислота и особый фермент УДФ-глюкуронилтрансфераза — фермент, находящийся в ЭР печени, а также в незначительных количествах в почках и слизистой кишечника. При этом к билирубину присоединяются 2 остатка глюкуроновой кислоты (к карбоксильным группам боковым цепям билирубина сложноэфирными связями) с образованием комплекса − билирубин-диглюкуронида, дающего прямую реакцию с диазореактивом. Образующийся диглюкуронид билирубина переносится в желчь путем активного транспорта против градиента концентрации. Этот транспорт является скорость-лимитирующей стадией метаболической трансформации билирубина в печени. Лекарственные препараты, такие, как, например фенобарбитал, могут индуцировать образование конъюгата и транспортный процесс.
В желчи всегда присутствует прямой билирубин. В крови количество прямого и непрямого билирубина, а также соотношение между ними резко меняются при поражениях печени, селезенки, костного мозга, болезнях крови и т. д., поэтом) определение содержания обеих форм билирубина в крови имеет существенное значение при дифференциальной диагностике различных форм желтухи. При желчнокаменной болезни в составе желчных камней наряду с основным их компонентом-холестерином всегда обнаруживается непрямой билирубин. Вследствие плохой растворимости в воде он выпадает в осадок в желчном пузыре в виде билирубината кальция, участвующего в формировании камней.
Коньюгация с глюкуроновой кислотой существенно изменяет свойства билирубина. Билирубин тлксичен, особенно для мозга; глюкурониды билирубина не токсичны. Билирубин нерастворим в воде, а билирубинглюкуронид растворим. Таким образом, в результате коньюгации билирубина происходит его детоксикация и облегчается выведение его из организма.
Дальнейшая судьба желчных пигментов, точнее билирубина, связана с их превращениями в кишечнике под действием бактерий. Сначала глюкуроновая кислота под действием бактериальных ферментов (β-глюкуронидаза) гидролитически отщепляется от комплекса с билирубином и далее свободный билирубин подвергается восстановлению по двойным связям, образуя две группы продуктов: бесцветные стеркобилиногены и уробилиногены, которые выводятся из кишечника с калом (95% от общего количества). В сутки человек выделяет около 200−300 мг желчных пигментов. Стеркобилиногены и уробилиногены легко окисляется под действием света и кислорода воздуха в стеркобилин и уробилины, имеющие желтую окраску.
Остальная часть стеркобилиногенов и уробилиногенов всасывается из кишечника в кровь и затем вновь попадает в желчь (энтерогепатическая циркуляция), а частично выводится через почки (1−2 мг за сутки), минуя печень. Желчные пигменты практически всегда содержатся в желчных камнях, а часто являются их основыми компонентами.
Наряду с гемоглобином, по аналогичному пути разрушаются группы гема и у других гемсодержащих белков (миоглобина, цитохрома, каталазы, пероксидазы). Однако их вклад в образование желчных пигментов (250 мг в сутки) составляет лишь примерно 10-15%.
Определение концентрации желчных пигментов в крови и моче применяют при выяснении происхождения желтух. Если с мочой выделяется повышенное содержание уробилиногена, то это является свидетельством недостаточности функции печени, например, при печеночной или гемолитической желтухе, когда печень частично теряет способность извлекать этот пигмент из крови воротной вены. Химически уробилиноген (мезобилиноген) неидентичен стеркобилиногену (уробилиногену) мочи. Исчезновение стеркобилиногена (уробилиногена) из мочи при наличии билирубина и биливердина является свидетельством полного прекращения поступления желчи в кишечник. Такое состояние часто наблюдается при закупорке протока желчного пузыря (желчнокаменная болезнь) или общего желчного протока (желчнокаменная болезнь, раковые поражения поджелудочной железы и др.).
Таким образом, количественный и качественный анализ желчных пигментов в моче может представлять большой клинический интерес.
Повышенный уровень билирубина (>10 мг/л) называется гипербилирубинемией. Билирубин диффундирует из крови в периферические ткани и окрашивает их в желтый цвет. Это особенно легко заметить на белой конъюктиве глаза, в таком случае говорят о желтухе.
Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.
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.
ЖЕЛЧНЫЕ ПИГМЕНТЫ
Источник образования желчных пигментов в организме человека является гемоглобин (дыхательный пигмент крови).
Гемоглобин– хромопротеид (сложный белок), состоящий из белковой части – глобина и простетической (небелковой) части – гема.
Гем состоит из 4 пиррольных колец, связанных между собой метиновыми мостиками (- СН =). В центре, образованного пиррольными ядрами, порфиринового кольца находится ион Fe2+.
Гемоглобин содержится в эритроцитах. Продолжительность жизни, которых 90-120 дней, после чего они распадаются. При их гибели гемоглобин освобождается. Этот процесс активно происходит в клетках РЭС (ретикуло-эндотелиальной системе – в печени, селезёнке, красном костном мозге). Гемоглобин распадается на свои составные части: глобин гидролизуется до аминокислот, которые всасываются в кровь, гем окисляется в гематин и выводится с калом, т.е. не используется организмом. Освободившийся при этом гемоглобин адсорбируется в крови гаптоглобином (Нр) и транспортируется в печень, где распадается.
Механизм распада гемоглобина в клетках
При участии ферментов гемоглобин окисляется гем-оксидазой. Fe2+ в составе гемоглобина окисляется до Fe3+ и гемоглобин превращается в метгемоглобин. Затем начинается разрушение тетрапиррольного кольца гема. Образует пигмент зелёного цвета – вердоглобин. Вердоглобин (самопроизвольно) распадается на свои составные части: глобин (гидролизуется до аминокислот), железо (захватывается трансферрином и кровью доставляется в печень, где откладывается про запас) и гем. Образуется пигмент зелёного цвета – биливердин.
Биливердин ферментативным путём восстанавливается в билирубин (пигмент красно-жёлтого (оранжевого) цвета), который является водонерастворимым и токсичным веществом. Поэтому он быстро выводится из клеток и поступает в кровь, где адсорбируется альбуминами плазмы крови (вследствие чего он не проходит через неповреждённый почечный фильтр). Образуется комплекс билирубин-альбумин (который уже является растворимым в воде и нетоксичным). Этот билирубин не даёт прямой реакции с диазореактивами, и поэтому его называют неконъюгированным (непрямым или свободным). Этот комплекс транспортируется в печень, где, достигая печёночных клеток, теряет альбумин и соединяется с двумя молекулами глюкуроновой кислоты (коньюгируется) и превращается в комплекс билирубин-диглюкуронид. Этот комплекс является нетоксичным, водорастворимым и называется – коньюгированный (прямой или связанный) билирубин. В клетках печени (гепатоцитах) накапливается конъюгированный билирубин, который поступает в желчный пузырь и входит в состав желчных пигментов. Содержание конъюгированного билирубина в крови не должно превышать 34 ммольл (0,01-0,02 гл) – почечный порог билирубина.
В составе желчи по желчному протоку коньюгированный билирубин поступает в тонкий кишечник, где под действием ферментов микроорганизмов превращается в мезобилиноген. Небольшая часть мезобилиногена всасывается в кровь и по системе воротной вены возвращается в печень, где расщепляется полностью (до дипирролов), а большая часть остаётся в кишечнике.
В толстом кишечнике мезобилиноген подвергается дальнейшему воздействию кишечной микрофлоры, превращаясь в стеркобилиноген (пигмент кала, придающий ему коричневую окраску). В нижних отделах толстой кишки некоторая часть стеркобилиногена всасывается в кровь и через систему геморроидальных вен всасывается в общий кровоток (большой круг кровообращения), а затем выводится с мочой в виде уробилиногена. Уробилиноген мочи на воздухе окисляется и превращается в уробилин. Другая часть стеркобилиногена выводится с калом, окисляясь на воздухе до стеркобилина.
ПАТОЛОГИЯ ОБМЕНА ЖЕЛЧНЫХ ПИГМЕНТОВ:
Нарушение обмена желчных пигментов сопровождается гипербилирубинемией и билирубинурией, уробилиногенурией и желтухой. Выделяют несколько патогенетических механизмов этих нарушений:
Усиленное главным образом внутриклеточное разрушение эритроцитов
- Повреждение паренхимы печени (любой этиологии)
- Обтурация желчных ходов или желчного протока
- Врождённые (наследственные) и приобретённые дефекты обмена желчных пигментов.
ВИДЫ ЖЕЛТУХ
Различают следующие виды желтух: гемолитическую, паренхиматозную и механическую (обтурационную).
Гемолитическая желтуха– возникает при повышенном гемолизе эритроцитов в кровяном русле (встречается при токсикозах, ожогах и при переливание несовместимой крови). При этом в крови резко возрастает уровень неконъюгированного билирубина, который в печени превращается в конъюгированный билирубин (возникает – гипербилирубинемия), а оттуда поступает в составе желчи в кишечник. Кал и моча становятся почти чёрными из-за повышенного содержания стеркобилина (в кишечнике) и уробилина (в моче). В крови наблюдается – уробилиногенемия и, как следствие – уробилиногенурия.
Билирубин в моче не определяется.
Паренхиматозная желтуха– в основе лежит повреждение печёночных клеток (гепатоцитов) и наблюдается при воспалениях печени (гепатитах). При этом печень не справляется с обезвреживанием неконъюгированного билирубина (превращения его в конъюгированный), и в крови повышается уровень неконъюгированного билирубина. Также в печени нарушается целостность клеточных мембран и повышается проницаемость капилляров. Конъюгированный билирубин из желчи проникает в кровь. При этом возникает – гипербилирубинемия и, как следствие – гипербилирубинурия. Таким образом, билирубин поступает в мочу, которая приобретает цвет «пива» и появляется жёлтая пена.
Если процесс зашёл далеко, то печень не справляется с возвращающимся мезо- и уробилиногеном. Возникают уробилиногенемия и уробилиногенурия. Проба на уробилин в моче становится положительной.
При очень тяжёлых поражениях печени кал может посветлеть.
Механическая (обтурационная) желтуха– возникает при нарушении оттока желчи в двенадцатипёрстную кишку и поступления конъюгированного билирубина в кишечник, вследствие закупорки (опухолью, камнем) или спазма общего желчного протока. В общем желчном протоке повышается давление желчи, что приводит к проникновению желчи в капилляры. В циркулирующей крови повышается количество конъюгированного билирубина – гипербилирубинемия, вследствие чего возникает – билирубинурия. Кал становится бесцветным (так как желчь из-за механической преграды не попадает в кишечник) – ахоличный стул. Проба на стеркобилин – отрицательная. Механической желтухе предшествует картина печёночной колики (острые боли в правом подреберье, отдающие в правую лопатку).