ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

III. Применение коферментов.

Лекция

МЕДИЦИНСКАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ

Медицинская энзимология охватывает два важнейших направления науки о ферментах: 1) использование определения активности (и количества) ферментов в диагностических целях и 2) использование ферментных препаратов в лечебных целях.

Рассмотрим оба этих направления более подробно.

Энзимодиагностика.

1. Для энзимодиагностики используют любые части крови: форменные элементы (лейкоциты, тромбоциты, эритроциты), но наиболее часто - жидкую часть крови - плазму или сыворотку крови. Плазма - это жидкая часть крови, полученная после ее центрифугирования в таких условиях, чтобы предотвратить свертывание крови. Как правило - в присутствии гепарина. Сыворотку крови получают при центрифугировании крови после ее свертывания. Т.е., сыворотка - это та же плазма, но лишенная фибриногена.

Кроме крови, для энзимодиагностики можно также использовать слюну и мочу. Гораздо реже, в основном в специализированных клиниках, используют также лимфу и спинно-мозговую жидкость, синовиальную жидкость, бронхолаважную жидкость, экссудаты из плевральной и брюшной полости.

2. Необходимо знать, какие ферменты и в каком количестве имеются в этих жидкостях в норме, у здорового человека, а какие появляются лишь в условиях патологии.

3. Необходимо также знать, что как снижение активности ферментов ниже какой-то критической величины, так и ее резкое повышение сами могут быть причиной возникновения каких-либо патологических процессов. Например, в слюне в настоящее время обнаружено более 50 ферментов. Оказывается от состава слюны и от активности ферментов в слюне зависит проницаемость зубной эмали. Особой активностью в этом отношении обладает фермент - гиалуронидаза. Ее активность увеличивается в слюне при наличии кариозных зубов. Возникает порочный круг: чем больше кариозных зубов - тем больше активность гиалуронидазы, причем большую часть фермента выделяют микробы, обнаруженные в глубоких слоях дентина. Чем выше активность гиалуронидазы - тем больше создаются условия для кариеса.

Таким образом, обнаружение повышенной или пониженной активности ферментов в биологических жидкостях, а особенно в крови имеет важное диагностическое значение.

Для удобства все ферменты, которые могут оказаться в крови_, подразделяют на 3 большие группы:

I. Секреторные ферменты.

II. Экскректорные ферменты.

III. Индикаторные или клеточные ферменты.

Рассмотрим подробнее, как может изменяться уровень всех этих ферментов в крови, и какое это может иметь диагностическое значение.

I. Секреторные ферменты или ферменты плазмы крови:

Эти ферменты поступают в кровь в процессе нормальных физиологических отправлений. Т.е. эти ферменты выполняют свои функции в самой плазме крови. При нарушении функции органа, где они синтезируются, их активность в крови снижается.

По отношению к этим ферментам главным образом встречаются гипо-

или аферментемии, связанные с врожденными или приобретенными нарушениями их синтеза. Клиническое значение исследования активности этих

ферментов сводится к тому, чтобы открыть нарушение в соответствующей функциональной системе: Так, при снижении ферментов свертывающей системы у больного будет наблюдаться коагулопатия,т.е. нарушение свертывания крови. При недостаточности церулоплазмина у больного будет иметь место нарушение обмена меди.

В некоторых случаях снижение секреторных ферментов может означать повреждение органа, где они синтезируются (как правило, печени).

II. Экскреторные ферменты:

Эти ферменты выводятся в ротовую полость, в полость желудка, кишечника и т.д., где и работают. В норме выводные канальцы и протоки анатомически отделены от кровеносной системы. Лишь очень небольшие количества этих ферментов в нормальных условиях поступают в кровь. При определении активности она будет минимальной, иногда следовой. Однако, их количество повышается в крови при закупорке протоков железы в результате какого-либо патологического процесса: воспаления или опухоли. При этом паренхиматозные клетки будут переполнены ферментами, которые не имеют нормального выхода, тем самым нормальное функционирование клеток нарушается, повышается проницаемость клеточных мембран, и ферменты в этом случае будут устремляться в другом направлении, т.е. - в кровь.

В клиническом отношении самыми важными из этой группы ферментов являются альфа-амилаза и липаза.

Альфа-амилаза (диастаза) - это фермент, катализирующий гидролиз крахмала до глюкозы. Амилаза образуется главным образом в поджелудочной железе и в меньшей степени - в слюнных железах. Повышение содержания амилазы в крови - гиперамилаземия - встречается главным образом при заболевании двух основных органов, где она образуется - поджелудочной железы и слюнных желез. Причем, параллельно с увеличением амилазной активности в крови наступает увеличение амилазной активности и в моче. Сильнее всего гиперамилаземия проявляется при остром панкреатите. При этом увеличение может быть 5-8-15-кратным. Признак очень ранний, проявляется уже в первые часы развития острого панкреатита.

Липазы - это ферменты, гидролизующие триглицериды до глицерина и жирных кислот. Липаза сыворотки крови преимущественно панкреатического происхождения. При остром панкреатите активность липазы быстро увеличивается в 15 раз и больше, к норме приходит только к 15 с.

III. Индикаторные или клеточные ферменты.

Это очень важная группа ферментов. Они все внутриклеточные, т.е. синтезируются и работают внутри клеток. В норме их активность в крови низкая. В норме они попадают в кровь только благодаря обычному физиологическому распаду устаревших, износившихся клеток организма. При повреждении же клеток, например, при их некрозе, клеточные ферменты через разрушенную плазматическую мембрану клетки будут попадать в кровь в больших количествах, активность ферментов будет резко возрастать.

То же будет наблюдаться и без разрушения клеток, но при повышении проницаемости клеточных мембран, вызванном различными болезненными состояниями, например, при резком нарушении энергетического обмена (снижение внутриклеточного содержания АТФ при гипоксии), при воспалительных изменениях, при активации перекисного окисления липидов в мембранах и др. Отсюда ясно, что исследование активности клеточных ферментов в крови представляет очень большую ценность, т.к. ферменты могут попадать в кровь даже раньше разрушения соответствующих клеток. Особенно важно в этих целях исследовать активность органоспецифичных ферментов, а также изоферментные спектры.

Что касается органоспецифичных ферментов, то в настоящее время их известно немало. Разберем некоторые из них.

Щелочная фосфатаза. Ее определение в плазме имеет очень большое значение в микропедиатрии. Повышение уровня ЩФ в плазме (сыворотке) крови оказалось одним из важных изменений химизма крови при рахите. Фосфатазами называют ферменты, которые отщепляют неорганические фосфаты от органических фосфорных эфиров. В зависимости от оптимума рН, различают ЩФ (рН 8,6-9,4) и КФ (рН 3,4-6,2).

ЩФ сыворотки крови происходит из остеобластов костной ткани, кроме того, этого фермента много в стенках желчных протоков печени.

КФ происходит- из простаты, печени, селезенки, почек и эритроцитов.

Клиническое значение: У детей грудного возраста увеличение ЩФ в

крови указывает на рахит. Чем выше активность ЩФ, тем тяжелее рахит.

Значительное увеличение ЩФ в крови наблюдается при застое желчи, связанном с закупоркой желчных протоков, например, камнями желчного пузыря или опухолью.

Важное диагностическое значение имеет определение ЩФ в лейкоцитах крови. В основном ЩФ сосредоточена в нейтрофильных лейкоцитах. Повышение активности наблюдается при синдроме Дауна и, по-видимому, связано с нарушениями в 21-й хромосоме.

Понижение ЩФ в сыворотке крови может указывать на недостаточность функции щитовидной железы (гипотиреоз) или - на некоторые гематологические заболевания.

Определение активности КФ применяется в основном при ранней диагностике и для наблюдения за ходом лечения карциномы предстательной железы.

Фосфатазы катализируют гидролитическое расщепление органических эфиров фосфорной кислоты. Они играют важную роль в минерализации тканей зуба, а также в течении физиологических процессов в тканях полости рта. Больше всего фосфатаз ротовой жидкости происходит из больших слюнных желез. Но они также могут выделяться из молочно-кислых бактерий, стрептококков и актиномицет. При заболевании пародонта в крови увеличивается активность фосфатаз как кислых, так и щелочных.

Трансаминазы. Эти ферменты катализируют перенос аминогруппы от какой-либо аминокислоты к кетокислоте. В клинической практике наиболее широкое применение нашло определение двух трансаминаз - аспартатаминотрансферазы (АсТ) иаланинаминотрансферазы (АлТ).

Аспартатаминотрансфераза (Аспартаттрансаминаза) обратимо катализирует следующую реакцию:

СООН COOH СООН COOH

СН₂ (CH₂)₂ (СН₂)₂ CH₂

_СН_{NH2 + C=O ====} _СН_{NH2 + C=O}

COOH COOH COOH COOH

L-Аспартат альфа-Кетоглютарат L-глутамат ЩУК

АсТ широко распространена в тканях человека, из которых наиболее богатыми являются сердце, печень, скелетные мышцы и почки.

При ОИМ уровень фермента в сыворотке нарастает примерно в 4-5 раз, по сравнению с верхним пределом нормы, и остается повышенным 3 -5 дней. При стенокардии АсТ обычно не изменяется, что используют при дифференциальном диагнозе.

В случае заболевания печени наиболее высокие значения активности АсТ регистрируются при остром гепатите и других тяжелых изменениях клеток печени. Сывороточная активность в этих случаях может в 50 раз превышать верхний предел нормы. Этот тест полезен тем, что активность трансаминаз при остром гепатите повышается прежде, чем появляется желтуха, что позволяет достаточно рано поставить диагноз. Особое значение это имеет в детских коллективах (детских садах, яслях), когда можно рано выявить и изолировать всех заболевших инфекционным гепатитом.

Аланинаминотрансфераза (Аланинтрансаминаза) так же, как и АсТ, широко распространена в тканях человека, но самое большое количество его находится в печени. Следовательно, измерение активности этого фермента в сыворотке крови имеет большое диагностическое значение при заболеваниях печени.

АлТ обратимо катализирует следующую реакцию:

СН₃ COOH СН₃ СООН

СНNH₂ + (СН₂)₂ ==== С=О + (СН)₂

_{COOH С=О СООН СНNH2}

_{СООН COOH}

L-Аланин альфа-Кетоглютарат ПВК L-глутамат

Клиническое значение определяется тем, что сердечная мышца содержит незначительное количество АлАТ, по сравнению с АсАТ, поэтому уровень АлТ в сыворотке крови при ОИМ остается в нормальных пределах, если только в результате застойных явлений вторично не затрагивается печень.

При заболеваниях печени уровень АлТ так же, как и АсТ резко повышается, и даже в большей степени, чем АсТ.

Иногда используют так называемый индекс Де Ритиса, который обозначает соотношение Аст/АлТ. Считается, что индекс Де Ритиса >1 указывает на хронический, а <1 - на острый гепатит.

Следующий очень важный диагностический фермент - это орнитинкарбомоилтрансфераза. Это ключевой фермент цикла образования мочевины. А поскольку этот цикл представлен только в печени, то повышение его активности в сыворотке крови имеет исключительное диагностическое значение при заболеваниях печени. Активность этого фермента также является очень чувствительным индикатором токсичности различных веществ по отношению к печени, например, хлороформа, фенилбутазона или избыточных количеств алкоголя.

Этими ферментами не ограничивается список диагностически важных ферментных показателей.

ИЗОЗИМЫ.

Ферменты могут находиться в виде множественных молекулярных форм (Vessel, Bearn, 1957) т.е. в виде изоферментов. Изоферменты - это ферменты, которые катализируют одну и ту же химическую реакцию, вырабатываются у одного и того же биологического вида, но отличаются по физико-химическим свойствам. Более 100 ферментов из известных в настоящее время встречаются в виде множественных молекулярных форм. Количество таких форм у каждого фермента может быть своим. Изоферменты различаются по многим физико-химическим параметрам и обычно могут быть разделены с помощью стандартных методов белковой химии, например, с помощью электрофореза, хроматографии, гельфильтрации, ультрацентрифугирования и др.

Гетерогенность изоферментов достигается за счет наличия полипептидных субъединиц. Так, например, ЛДГ у человека содержится в 5 разных молекулярных формах: ЛДГ₁, ЛДГ₂, ЛДГ₃, ЛДГ₄, ЛДГ₅. Все они построены из 2-х полипептидных цепей Н (heart) и M (muscel), имеют четвертичную структуру:

ЛДГ₁ ЛДГ₂ ЛДГ₃ ЛДГ₄ ЛДГ₅

_{НННН НННМ ННММ НМММ ММММ}

Каталитическая скорость каждой из форм ЛДГ - различна. Хотя по общему количеству ЛДГ разные органы и ткани практически не отличаются друг от друга, но изоферментный состав ЛДГ в разных тканях будет различаться довольно значительно. Так, 1-я и 2-я формы ЛДГ превалируют в сердечной мышце, мозге, почках и эритроцитах. 4-я и 5-я формы в большем количестве содержатся в печени и скелетных мышцах. Отсюда, при наличии каких-то патологических изменений, например, при повреждениях некротического характера, в крови будет увеличиваться та молекулярная форма, которая характерна для данного органа. Так, при инфаркте миокарда в крови повышается активность ЛДГ₁ и ЛДГ₂, а при остром гепатите - ЛДГ₄ и ЛДГ₅.

Другой характерный пример использования изоферментного спектра ферментов в диагностических целях, это электрофоретическое исследование креатинкиназы. Этот фермент катализирует фосфорилирование креатина при помощи аденозинтрифосфата. Молекула фермента является димером, состоит из В- или М-единиц. Так, креатинкиназа мозга состоит из двух В-единиц, скелетной мышцы - из 2 М-единиц, а креатинкиназа сердечной мышцы - из МВ-единиц.

Активность креатинкиназы повышается в 7-10 раз в первые же часы после острого инфаркта миокарда, что имеет огромное диагностическое значение. Но особенно важно, если обнаружено повышение активности изофермента креатинкиназы-МВ параллельно с повышением активности ЛДГ₁ и ЛДГ₂.

Обнаружение повышения активности диагностического фермента или его изоферментной формы имеет не только диагностическое, но и прогностическое значение. Так, если, например, при остром инфаркте миокарда мы наблюдаем раннее, очень высокое по значениям и длительно сохраняющееся повышение активности КФК-МБ, ЛДГ₁ и ЛДГ₂, АЛТ и АСТ, то можно с уверенностью сказать, во-первых, об обширном инфаркте миокарда, а во-вторых, предсказать неблагоприятное течение с осложнениями и неясным прогнозом в смысле реабилитации.

ЭНЗИМОТЕРАПИЯ

Энзимотерапия включает в себя несколько важных разделов: I. Собственно энзимотерапия, т.е. применение с лечебной целью ферментных препаратов. II. Применение с лечебной целью антиферментных препаратов - различных ингибиторов и антиметаболитов. III. Применение с лечебной или профилактической целью коферментов или витаминов, из которых уже в самом организме образуются коферменты.

I. Применение ферментов с лечебной целью в свою очередь подразделяется на два вида:1) применение в целях заместительной терапии и 2) с целью воздействия фермента на очаг заболевания.

С целью заместительной терапии наиболее широко используют пищеварительные ферменты, когда у пациента обнаруживается их недостаточность. В качестве примера можно привести препараты желудочного сока или чистый пепсин или ацидин-пепсин, который незаменим при гастритах с секреторной недостаточностью, при диспепсиях у детей. Панкреатин - препарат, представляющий смесь ферментов поджелудочной железы, применяют при панкреатитах, в основном хронического характера. Такое же значение имеют известные препараты холензим, панзинорм и др.

Другая область применения заместительной терапии - это лечение заболеваний, связанных с так называемыми энзимопатиями. Это заболевания врожденные или наследственные, при которых нарушен синтез каких-либо ферментов. Эти заболевания обычно чрезвычайно тяжелые, дети с наследственным отсутствием какого-либо фермента живут недолго, страдают тяжелыми умственными и расстройствами, отсталостью физического и умственного развития. Заместительная терапия иногда может помочь преодолеть эти нарушения.

Целый ряд ферментных препаратов используют в хирургической практике для очистки раневой поверхности от гноя, микробов, излишков грануляционной ткани; в клинике внутренних болезней их применяют:с целью разжижения вязких секретов, экссудатов, сгустков крови, например, при тяжелых воспалительных заболеваниях легких и бронхов. это в основном ферменты - гидролазы, способные расщеплять природные биополимеры - белки, НК, полисахариды. В связи с их противовоспалительным действием их применяют также при тромбофлебитах, воспалительно-дистрофических формах пародонтоза, остеомиелите, гайморите, отитах и др. воспалительных заболеваниях.

Среди них такие ферменты, как трипсин,химотрипсин, РНК-за, ДНК -аза, фибринолизин. Фибиринолизин также используют для удаления внутрисосудистых тромбов. РНК-азу и ДНК-азу с успехом применяют для лечения некоторых вирусных инфекций, например для уничтожения вируса герпеса.

Такие ферменты, как гиалуронидаза, коллагеназа, лидаза, используются для борьбы с излишними рубцовыми образованиями.

Аспарагиназа - фермент, образуемый некоторыми штаммами кишечной палочки. Оказывает лечебный эффект при некоторых формах опухолей. Лечебный эффект связан со свойством фермента нарушать обмен аминокислоты аспарагина, необходимой опухолевым клеткам для роста.

Применение ферментных препаратов с лечебной целью представляет пока еще очень молодое направление медицинской науки. Ограничением здесь является трудоемкость технологий и дороговизна получения чистых ферментных препаратов в кристаллическом виде, пригодном для хранения и применения у человека. Кроме того, при использовании ферментных препаратов приходится учитывать также и другие обстоятельства:

1) Ферменты - это белки, а следовательно в некоторых случаях могут вызвать нежелательную аллергическую реакцию.

2) Быстрым разложением введенных ферментов (белковый препарат, поэтому немедленно захватывается клетками "мусорщиками" - макрофагами, фибробластами и др. Отсюда, требуются большие концентрации препаратов, чтобы достичь нужного эффекта.

3) Однако при повышении концентрации ферментные препараты могут оказаться токсичными.

И все-таки, в тех случаях, когда удается преодолеть эти препятствия, ферментные препараты оказывают прекрасный лечебный эффект.

Например, эти недостатки частично устраняются при переводе ферментов в так называемую "иммобилизованную" форму.

Более подробно о методах иммобилизации ферментов и способах их применения вы прочтете в ваших учебно-методических пособиях.

II. Применение антиферментных препаратов и антиметаболитов.

В основе некоторых болезней лежит гиперферментемия, отсюда большое распространение получило применение препаратов, обладающих антиферментной активностью. Чаще всего их применяют при заболеваниях, связанных с обширными некрозами, при которых в кровь попадает большое количество активных лизосомальных гидролаз, в первую очередь протеиназ. И хотя эти заболевания сопровождаются также увеличением активности эндогенных антипротеиназ (альфа-1 -антитрипсина, гамма-2 -глобулина и др.), однако этого увеличения оказывается недостаточно. Поэтому в некоторых случаях бывает выгодным затормозить активность гидролаз введением искусственных препаратов: среди них наиболее широко известны такие, как контрикал,аминокапроновая кислота, пантиприн (из поджелудочной железы крупного рогатого скота) и др.

III. Применение коферментов.

В настоящее время в клиниках широко применяются не только препараты самих ферментов, но также их коферментов.

Вы уже знаете, что наиболее часто коферментами являются производные витаминов. В настоящее время многие из этих препаратов получены в кристаллическом виде и поэтому пригодны для широкого применения. Наиболее известными среди таких лечебных препаратов являются кокарбоксилаза (кофермент ферментов углеводного обмена), рибофлавин (кофермент флавопротеинов - ферментов энергетического обмена), никотинамид (кофермент НАД или НАДФ - окислительно-восстановительных ферментов), витамин В15 - пантотеновая кислота (входит в состав коэнзима А), пиридоксин (витамин В₆) (кофермент ферментов, осуществляющих декарбоксилирование и переаминирование аминокислот),липоевая кислота (кофермент, участвующий в окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты и альфа-кетокислот, одни из ключевых реакций в энергетическом обмене организма.

На этом мы завершаем рассмотрение общих аспектов энзимологии и ее медицинского применения и теперь перейдем к рассмотрению конкретных обменных процессов в организме, в которых главными действующими началами являются те или иные ферменты.