ЗАПОРОЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра клинической лабораторной диагностики

ЗАПОРОЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра клинической лабораторной диагностики КЛИНИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ КРОВИ кандидат медицинских наук, доцент Беленький Сергей Андреевич ЗАПОРОЖЬЕ 2016

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ 1. ОБМЕН АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ЕГО КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ. НЕБЕЛКОВЫЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ КОМПОНЕНТЫ КРОВИ. 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ФРАКЦИЙ ОСТАТОЧНОГО АЗОТА КРОВИ. 3. АЗОТЕМИЯ И ЕЁ ВИДЫ.

ОБМЕН АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ЕГО КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ. НЕБЕЛКОВЫЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ КОМПОНЕНТЫ КРОВИ.

Белки запасаются в организме лишь в ограниченных количествах. Кратковременный резерв белка составляет всего 45 г (40 г в мышцах, 5 г – в крови и печени). При безбелковой диете (полностью удовлетворяющей потребности организма в энергии!) потери белка в результате катаболизма при весе человека 70 кг составляют 23, 2 г/сут (абсолютный белковый минимум, коэффициент изнашивания).

Доля аминокислот, идущая на синтез собственных белков организма, зависит от состава пищевого белка. Её величина определяет биологическую ценность белка, показатель которой – количество белков организма, восполняемых при потреблении 100 г пищевого белка: 80 -100 г – для животных белков и 6070 г – для растительных. Для поддержания белкового баланса при смешанной диете необходимо 30 -40 г белка в сутки.

Суточная потребность белка – 1 г/кг (у детей и беременных - 1, 5 – 2 г /кг). АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС – отношение Отрицательное значение азотистого суммарного азота, поступившего и баланса образовавшегося в организме к является следствием выделившемуся из организма дистрофических изменений в органах Показателем онкологических белкового при нормального и обмена заболеваниях, воспалительных является азотистое равновесиедр. анорексии и или положительный азотистый баланс 6

Конечные продукты азотистого обмена (способы выведения аминного азота): АММОНИОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ (большинство водных беспозвоночных, АММОНИОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ костистые рыбы, личинки земноводных, постоянно живущие в воде земноводные) УРИКОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ В качестве конечного продукта азотис. УРЕОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ того обмена выделяют в окружающую среду NН 3 или аммиачные соли, хорошо растворимые в воде и легко диффундирующие через дыхательные полости, омываемые водой.

Конечные продукты азотистого обмена (способы выведения аминного азота): УРИКОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ (наземные насекомые и брюхоногие моллюски, рептилии, птицы) В качестве конечного продукта выделяют мочевую кислоту, что связано со спецификой их эмбрионального развития в замкнутом пространстве яиц и возможностью утилизации аммониака практически без расходования воды.

Конечные продукты азотистого обмена (способы выведения аминного азота): УРЕОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ (наземные планарии, хрящевые рыбы, взрослые земноводные, млекопитающие, в т. ч. человек) В качестве конечного продукта азотистого обмена выделяют в окружающую среду мочевину.

Метаболизм аминокислот Дезаминирование 10

Катаболизм аминокислот декарбоксилирование дезаминирование Синтез ВЖК и кетоновых тел энергия глюконеогенез 11

Катаболизм углеводных скелетов аминокислот 12

Остаточный азот крови – небелковые азотсодержащие вещества остающиеся после осаждения белков Пределы физиологических сыворотки трихлоруксусной, фосфорномолибденовой или фосфорноколебаний вольфрамовой кислотами мочевина – азота остаточного 50% аминокислоты – 25% крови 5% креатин – мочевая кислота – 4% креатинин – 2, 5% нуклеотиды, индикан, аммиак и др. 14, 3 – 28, 6 ммоль/л 13

Компоненты остаточного азота Аммониак 7, 14 - 21, 42 мкмоль/л Мочевина 3, 33 - 8, 32 ммоль/л Мочевая кислота: мужч 0, 12 - 0, 46 ммоль/л женщ 0, 12 - 0, 38 ммоль/л Азот 1, 43 - 3, 1 ммоль/л аминокислот

Компоненты остаточного азота Креатинин 53 – 106 мкмоль/л Креатин: мужч 15, 25 - 45, 75 мкмоль/л женщ 45, 75 - 76, 25 мкмоль/л Индикан 1, 19 - 3, 18 мкмоль/л

ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ФРАКЦИЙ ОСТАТОЧНОГО АЗОТА КРОВИ.

Основные компоненты остаточного азота Аммониак 7, 14 - 21, 42 мкмоль/л Мочевина 3, 33 - 8, 32 ммоль/л Мочевая кислота: мужч 0, 12 - 0, 46 ммоль/л женщ 0, 12 - 0, 38 ммоль/л Креатинин 53 – 106 мкмоль/л

АММОНИАК непрерывно образуется во всех органах и тканях, особенно в тканях с высокой интенсивностью обмена аминокислот и биогенных аминов (нервная ткань, печень, мышцы, кишечник). Основные источники аммиака: – окислительное дезаминирование глутамата – все ткани (кроме мышечной), особенно в печени и почках

Основные источники аммониака: – неокислительное дезаминирование серина, треонина, гистидина в печени – гидролитическое дезаминирование амидов (глутамина и аспарагина) – в печени, почках и кишечнике

Основные источники аммониака: – катаболизм биогенных аминов – всех тканях, особенно в нервной ткани. во – дезаминирование пуриновых и катаболизм пиримидиновых оснований – во всех тканях – жизнедеятельность бактерий ЖКТ

ТОКСИЧНОСТЬ АММОНИАКА 1. Аммониак в митохондриях сдвигает катализируемую глутаматдегидрогеназой реакцию в сторону образования глутамата: α-Кетоглутарат + NAD-H + NH 3 +. → Глутамат + NAD (снижение концентрации метаболитов ЦТК – гипоэнергетическое состояние).

ТОКСИЧНОСТЬ АММОНИАКА 2. Высокие концентрации аммониака стимулируют синтез глутамина (при участии глутаминсинтетазы): Глутамат + NH 3 + АТФ → Глутамин + АДФ + Н 3 Р 04. Накопление глутамина в астроцитах повышает в них осмотическое давление, что может вызвать отёк мозга.

ТОКСИЧНОСТЬ АММОНИАКА 3. Снижение концентрации глутамата нарушает синтез основного тормозного медиатора ГАМК (γ-аминомасляной кислоты), а также обмен аминокислот (реакций трансаминирования). При недостатке ГАМК и других медиаторов нарушается проведение нервного импульса, возникают судороги.

ТОКСИЧНОСТЬ АММОНИАКА 4. Избыток иона аммония нарушает трансмембранный перенос одновалентных катионов Na+ и К+, конкурируя с ними за ионные каналы (NH 4+ не способен проникать через мембраны), что также влияет на проведение нервных импульсов.

ТОКСИЧНОСТЬ АММОНИАКА 5. Снижение концентрации метаболитов ЦТК вызывает компенсаторное усиление синтеза оксалоацетата из пирувата, сопровождающееся интенсивным потреблением СО 2. Гипокапния из-за повышенного потребления СО 2 при гипераммониемии особенно характерна для клеток головного мозга.

ТОКСИЧНОСТЬ АММОНИАКА 6. Повышение концентрации аммониака в крови вызывает алкалоз (сдвиг р. Н в щелочную сторону), что увеличивает сродство гемоглобина к кислороду и ведёт к гипоксии тканей, от которой главным образом страдает головной мозг.

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ (ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ) АММОНИАКА Поскольку аммониак является чрезвычайно токсичным соединением, в тканях существует несколько путей его обезвреживания: 1. Синтез глутамина (взаимодействие глутамата с аммониаком) 2. Синтез аспарагина (взаимодействие аспартата с аммониаком) 3. Синтез глутамата (взаимодействие α -кетоглутарата с аммониаком) 4. Синтез карбамоилфосфата (образование мочевины, синтез нуклеотидов) 5. Синтез солей аммония (NH 4 Cl)

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ (ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ) АММОНИАКА 1. Синтез глутамина (взаимодействие глутамата с аммониаком в митохондриях) – главный способ связывания аммониака, наиболее активно происходит в нервной и мышечной тканях, в печени, почках, сетчатке. Глутамин легко проникает во все клетки (облегченная диффузия), где есть потребность в аминогруппах для синтеза нуклеотидов, аргинина, аспарагина, глюкозамина (предшественника всех остальных аминосахаров).

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ (ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ) АММОНИАКА 2. Синтез аспарагина – второстепенный способ связывания аммониака. Энергетически невыгоден!

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ (ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ) АММОНИАКА 3. Синтез глутаминовой кислоты из α-кетоглутарата и аммониака (восстановительное аминирование – кофермент НАДФ-Н) Проходит во всех тканях (кроме мышечной), но только при значительных концентрациях аммониака, т. к. для глутамат-дегидрогеназы главный субстрат – глутамат, и в о. у. равновесие реакции сдвинуто в сторону α-кетоглутарата.

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ (ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ) АММОНИАКА 4. Синтез карбамоилфосфата: а) из бикарбоната и аммониака в митохондриях (фермент – аммониак-Mg 2+-зависимая карбамоилфосфатсинтетаза І – цикл мочевины, синтез аргинина); б) из бикарбоната и амидной аминогруппы глутамина в цитозоле (фермент – глутаминзависимая карбамоилфосфатсинтетаза ІІ – синтез азотистых оснований).

МОЧЕВИНА синтезируется в печени (орнитиновый цикл Кребса-Гензелейта) для обезвреживания высокотоксичного аммониака. Это низкомолекулярное беспороговое малотоксичное водорастворимое соединение, фильтрующееся в почечных клубочках с последующей значительной пассивной реабсорбцией с водой в канальцах, особенно если скорость тока мочи снижена.

Концентрация мочевины в плазме зависит от скорости ее синтеза, скорости клубочковой фильтрации и скорости ренальной перфузии Мочевина – осмотически активное вещество (её накопление приводит к отеку тканей паренхиматозных органов, миокарда, ЦНС, подкожной клетчатки). Мочевина малотоксична, гораздо более токсичны накапливающиеся вместе с ней в избыточном количестве катионы калия (!!!) и производные гуанидина.

Суммарное уравнение синтеза мочевины: СО 2 + NH 3 + Аспартат + 3 АТФ + 2 Н 2 О → орнитиновый Мочевина + Фумарат + 2 АДФ + 2 Н 3 Р 04 цикл + АМФ + H 4 P 2 O 7 АМФ + АТФ → 2 АДФ

Энергозатраты на образование 1 моля мочевины – 4 моля АТФ!

Эффективность работы орнитинового цикла при нормальном питании человека и умеренных нагрузках – около 60% его мощности. Это необходимо для избежания гипераммониемии при изменении количества белка в пище, при продолжительной интенсивной физической работе или длительном голодании, при патологических состояниях, сопровождающихся интенсивным распадом белков тканей (сахарный диабет и др. ). Известны врожденные метаболические нарушения, связанные с недостатком одного из ферментов, участвующих в синтезе мочевины.

Дефект Заболевание фермента Гипер. Карбамоиламмониемия фосфаттип I синтетаза I Метаболиты кровь моча Глн, Ала Оротат NH 3 Гипер. Орнитин. Глн, Ала Оротат аммониемия карбамоил. NH 3 тип II ** трансфераза Цитруллин- Аргинино-сукциемия нат-синтетаза Цитр NH 3 Цитр Аргинино-сукци- Арг-сукцинатурия NH 3 Глн, Лиз нат-лиаза Apг Apr, Лиз Гиперар. Аргиназа NH 3 Орнитин гининемия

орнитиновый цикл

Коррекция диеты при гипераммониемиях

МОЧЕВАЯ КИСЛОТА – продукт катаболизма экзо- и эндогенных пуринов. Ø Ø Повышенное образование мочевой кислоты – причина гиперурикемии. Её проявления: нефропатии; мочекаменная болезнь; появление тофусов; подагра.

ПОДАГРА В крови мочевая кислота находится в виде уратов. При превышении порога их растворимости (0, 7 ммоль/л) они кристаллизуются, образуя тофусы. Накапливающиеся в межклеточном веществе ураты фагоцитируются, но фагоциты не способны разрушить пуриновое кольцо. Гибель фагоцитов приводит к выходу лизосомальных ферментов, активации свободнорадикального окисления и развитию острой воспалительной реакции – подагрический артрит.

Играет роль наследственное (рецессивное, сцепленное с X-хромосомой) изменение активности ферментов метаболизма пуринов: Ø увеличение активности ФРПФсинтетазы (повышен синтез пуринов) Ø снижение активности гипоксантингуанин-фосфорибозил-трансферазы (ФРПФ не используется для реутилизации пуринов, а участвует в первой реакции их синтеза, поэтому одновременно повышается их образование и разрушение).

Реутилизация азотистых оснований Отсутствие активности гипоксантингуанин-фосфорибозил-трансферазы (синдром Лёша-Нихана)

Креатинин образуется в мышцах из фосфокреатина. Его уровень не зависит от пищевых продуктов, нагрузок, циркадных ритмов и других биологических констант. Креатинин – более специфичный и чувствительный показатель функции почек, чем мочевина, т. к. в норме не реабсорбируется, а при повышенной концентрации в крови активно экскретируется. Определение содержания креатинина используют для оценки скорости клубочковой фильтрации (проба Реберга).

АЗОТЕМИЯ И ЕЁ ВИДЫ

Повышение содержания остаточного азота – азотемия Продукционная Ретенционная Внепочечная надпочечная Почечная подпочечная

Уровень поступления азота с пищей Уровень катаболизма азотистых соединений Факторы, влияющие на уровень остаточного азота Уровень выведения азотистых продуктов метаболизма

ПРОДУКЦИОННАЯ АЗОТЕМИЯ Усиленное поступление в кровь продуктов распада тканевых белков. Функция почек не нарушена! обширные ранения (травмы), ожоги, инфекции, воспаление (лихорадка), злокачественные опухоли (лейкозы), применение глюкокортикоидов, бутадиона, допегита (альдомета), алкалоидов раувольфии, анаболических стероидов

При продукционных азотемиях скорость образования мочевины отстает от продукции аминокислот. Поэтому, среди фракций остаточного азота преобладают аминокислоты, аммиак, мочевая кислота, креатин и креатинин. Содержание мочевины не превышает 10 ммоль/л, а при тяжелом нарушении функций печени может быть снижено! 49

Печень обладает исключительными функциональными резервами. Дезаминирование и синтез мочевины нарушается только при очень тяжелых поражениях печени до 85% ее ткани! (острый некроз печени, цирроз, печеночная кома, отравления фосфором, мышьяком). 50

РЕТЕНЦИОННАЯ АЗОТЕМИЯ (ПОЧЕЧНАЯ) Недостаточное выделение азотсодержащих веществ с мочой при нормальном поступлении их в кровь Гломеруло- и пиелонефриты, туберкулез и амилоидоз почек

При нарушении фильтрационной функции почек содержание мочевины составляет до 95% остаточного азота! Содержание мочевины при острой почечной недостаточности: средней тяжести – до 16 ммоль/л, тяжелой – до 33, 2 ммоль/л, очень тяжелой (неблагоприятный прогноз) – свыше 49, 8 ммоль/л. 52

РЕТЕНЦИОННАЯ АЗОТЕМИЯ (ВНЕПОЧЕЧНАЯ) Нарушение гемодинамики и Азотемия при скорости снижение этой группе клубочковой фильтрации; заболеваний не достигает препятствие значений, оттоку мочи больших сердечная декомпенсация, стеноз содержание мочевины привратника, обезвоживание, ожоги, шок, кровотечения, обычно не превышает диабет, болезнь Адиссона, 13 ммоль/л. аденома простаты