Желчные пигменты образуются из гемоглобина

Продолжительность
жизни эритроцитов составляет 120 дней, затем они разрушаются и освобождается
гемоглобин. Главными органами, в которых происходят разрушение эритроцитов и
распад гемоглобина, являются печень, селезенка и костный мозг, хотя в принципе
оба процесса могут происходить и в клетках других органов. Распад гемоглобина в
печени начинается с разрыва α-метиновой связи между I и
II кольцами порфиринового кольца. Этот процесс катализируется НАДФ-содержащей
ок-сидазой 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 – биливердина. Спонтанный распад сопровождается
перераспределением двойных связей и атомов водорода в пиррольных кольцах и
метиновых мостиках. Образовавшийся биливердин ферментативным путем
восстанавливается в печени в билирубин, являющийся основным желчным пигментом у
человека и плотоядных животных:

Основное
место образования билирубина – печень, селезенка и, по-видимому, эритроциты
(при распаде их иногда разрывается одна из метиновых связей в протопорфирине).
Образовавшийся во всех этих клетках билирубин поступает в печень, откуда вместе
с желчью попадает в желчный пузырь (см. главу 16). 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. После этого билирубин вступает во взаимодействие с
диазореактивом Эрлиха.

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 глюку-роновой кислотой. В этом процессе принимают участие особый
фермент УДФ-глюкуронилтрансфераза и УДФ-глюкуроновая кислота, являющаяся
донором глюкуроновой кислоты. При этом к билирубину присоединяются 2 остатка
глюкуроновой кислоты с образованием сравнительно индифферентного комплекса –
билирубин-диглюкуронида, хорошо растворимого в воде и дающего прямую реакцию с
диазореактивом. 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., поэтому 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.

Дальнейшая
судьба желчных пигментов, точнее билирубина, связана с их превращениями в
кишечнике под действием бактерий. Сначала глю-куроновая кислота отщепляется от
комплекса с билирубином и освободившийся билирубин подвергается восстановлению
в стеркобилиноген, который выводится из кишечника. В сутки человек выделяет
около 300 мг стеркобилиногена. Последний легко окисляется под действием света и
воздуха в стеркобилин. Механизм бактериальных превращений билирубина до
стеркобилина до конца еще не расшифрован. Имеются данные, что промежуточными
продуктами восстановления являются последовательно мезобилирубин и
мезобилиноген (уробилиноген). После всасывания небольшая часть мезобилиногена
поступает через воротную вену в печень, где подвергается разрушению с образованием
моно- и дипиррольных соединений. Кроме того, очень небольшая часть
стеркобилиногена после всасывания через систему геморроидальных вен попадает в
большой круг кровообращения, минуя печень, и в таком виде выводится с мочой.
Однако называть его уробилиногеном не совсем точно (см. главу 18). Суточное
содержание стеркобилиногена в моче составляет около 4 мг, и, пожалуй, именно
стеркобилиноген является нормальной органической составной частью мочи. Если с
мочой выделяется повышенное содержание уробилиногена (точнее, мезобилиногена),
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
(мезо-билиноген) 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.

 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).

К желчным пигментам относят билирубин и продукты его преобразования — уробилин и стеркобилин. Промежуточные продукты преобразования билирубина — уробилиноген и стеркобилиноген к желчным пигментам не относятся, т. к. не имеют окраски.

Билирубин придает темно-бурую окраску желчи, в составе которой он выводится из организма. Желчные пигменты образуются главным образом в процессе распада гемоглобина эритроцитов (70-80%), в меньшей степени — миоглобина.

Средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет примерно 120 дней, после чего они разрушаются, освобождая гемоглобина, который подвергается дальнейшему распаду.

Распад гемоглобина происходит в основном в клетках системы мононуклеарных фагоцитов (СМФ), в частности — в купферовских клетках печени, селезенки. Гемоглобин превращается в желчные пигменты практически везде, где имеет место выход крови из кровяного русла. Например, если кровоизлияние происходит в кожу, то образуется гематома (синяк). Его окраска изменяется в соответствии с этапами превращения гемоглобина в билирубин. Красный — зеленый — желтый — красно-коричневый.

Этапы распада гемоглобина:

Разрыв одного метинового мостика протопорфиринового кольца и переход железа (II) в железо (III). При этом образуется вердоглобин зеленого цвета.

От молекулы вердоглобина отщепляется атом железа и белок глобин. Образуется неокрашенное соединение биливердин.

Биливердин восстанавливается, присоединяя атомы водорода по месту разрыва двойной связи у атома углерода и азота 3его пирольного кольца. Образуется билирубин красно-коричневого цвета. Он нерастворим в воде и токсичен для организма.

Билирубин, который образуется в клетках СМФ на периферии, связывается с белком плазмы крови альбумином и током крови доставляется в печень для дальнейших преобразований. Поэтому снижение уровня альбумина в крови ведет к нарушению доставки билирубина в печень и накоплению его в тканях и крови. Связь билирубина с альбумином не снижает его токсичность, а лишь обеспечивает транспорт билирубина. Такая форма билирубина называется свободным билирубином, неконъюгированным или непрямым билирубином.

Эта фракция билирубина не вступает в непосредственное взаимодействие с диазореактивом. Реакция происходит только после обработки свободного билирубина агентом (спиртом, кофеином), который переводит его в растворимое соединение.

Поступая в печень свободный билирубин избирательно поглощается гепатоцитами из крови, теряет связь с альбумином и взаимодействует с глюкуроновой кислотой с образованием билирубинглюкуронида.

Билирубинглюкуронид называется связанным билирубином, конъюгированным или прямым билирубином.

В такой форме билирубин постоянно удаляется из организма. Перевод нерастворимого билирубина в растворимое состояние способствует выведению билирубина в составе желчи в кишечник.

В кишечнике билирубинглюкурониды под влиянием микрофлоры кишечника (бета-глюкуронидаза) расщепляются на свободный билирубин и глюкуроновую кислоту. Билирубин под влиянием ферментных систем микрофлоры превращается в мезобилирубин и уробилиноген. Уробилиноген из тонкой кишки поступает через систему воротной вены в печень, где полностью расщепляется. Этот процесс нарушается при повреждениях печеночной паренхимы и нерасщепившийся уробилиноген поступает в кровь, а оттуда через почки в мочу.

Мезобилирубин в толстой кишке превращается в стеркобилиноген, часть его в отделе толстой кишки всасывается по системе геморроидальных вен в общий круг кровообращения, током крови приносится к почкам и выводится с мочой.

При доступе кислорода воздуха и света стеркобилиноген превращается в стеркобилин — пигмент, придающий моче соломенно-желтый цвет. Уробилиноген (уробилин) появляется в моче при повреждениях гепатоцитов.

Основная часть стеркобилиногена удаляется из организма в составе кала. Окисляясь, стеркобилиноген превращается в стеркобилин, который окрашивает кал.