кольца эквимолярного количества биливердина IX-α. В этой реакции гем участвует в качестве катализатора.
У птиц и земноводных зеленый пигмент биливердин IX-α экскретируется из организма; у млекопитающих фермент НАДФН- биливердинредуктаза катализирует восстановление метенильного мостика между пиррольными кольцами III и IV в метиленовую группу, в результате образуется желтый пигмент билирубин IX-α. Суточное образование билирубина у взрослого человека составляет около 250-350 мг.
Дальнейшее превращение билирубина происходит в основном в печени и включает три процесса: поглощение билирубина паренхимальными клетками печени; конъюгацию билирубина в гладком ЭР и секрецию билирубина из эндоплазматического ретикулума в желчь.
Билирубин слабо растворим в плазме и специфически связывается альбумином. Каждая молекула альбумина имеет два центра связывания билирубина – высоко- и низкоаффинный. Поэтому часть билирубина (около 25 мг на 100 мл плазмы) связывается прочно, а часть легко диссоциирует с молекулы белка. В печени происходит переход билирубина от альбумина на синусоидальную поверхность гепатоцитов при участии насыщаемой системы переноса, в функционировании которой участвует специфический переносчик. Эта система облегченного транспорта имеет очень большую емкость и даже при патологических условиях не лимитирует скорость метаболизма билирубина. Потребление билирубина зависит от его потребления в последующих метаболических процессах.
Вгепатоцитах к билирубину присоединяются полярные группировки, повышающие его растворимость в воде. Процесс получил название конъюгации, он осуществляется специальной системой ферментов ЭПС. У млекопитающих билирубин секретируется в кровь преимущественно в форме билирубиндиглюкуронида. При нарушении метаболизма билирубина его конъюгаты находятся в форме билирубинмоноглюкуронидов. Секреция конъюгированного билирубина в желчь идет против весьма высокого градиента концентрации и осуществляется с помощью механизма активного транспорта, который, вероятно, является скорость-лимитирующей стадией всего процесса метаболизма билирубина в печени.
Вусловиях физиологической нормы практически весь секретируемый
вжелчь билирубин (97%) находится в коньюгированной форме. В толстом кишечнике билирубин подвергается воздействию специфических бактериальных ферментов и восстанавливается в группу бесцветных тетрапиррольных соединений, называемых уробилиногенами. Небольшая часть уробилиногенов всасывается из толстого кишечника в кровь и снова попадает
впечень, совершая внутрипеченочный уробилиногеновый цикл. При пато-
логических состояниях, например при накоплении избыточного количества желчных пигментов или при заболеваниях печени, нарушающих работу внутрипеченочного цикла, уробилиноген может выделяться с мочой.
111
Внорме большая часть бесцветных уробилинногенов, образующихся
втолстой кишке под действием кишечной микрофлоры, окисляется в уробилины (окрашенные соединения) и удаляется с фекалиями.
Диагностическую значимость имеет определение общего билирубина,
конъюгированного(прямого) и свободного (непрямого) билирубина в плазме крови. В норме количество общего билирубина составляет 8,5-20,5 мкМ/л;
– свободного 6,4-17,1 мкМ/л; конъюгированного – 0,9-4,3 мкМ/л. Гипербилирубинемия может быть следствием образования билирубина в бόльшем количестве, чем то, которое нормальная печень может экскретировать или же быть следствием повреждений печени, нарушающих экскрецию билирубина. Помимо повреждений самой печени к развитию гипербилирубинемии приводит закупорка желчевыводящих протоков печени, препятствующая выделению билирубина. Накопление билирубина в крови по достижении им определенной концентрации приводит к диффундированию его в ткани и развитию желтухи. В зависимости от того, какой тип билирубина превышает норму, в плазме различают постгепатитную гипербилирубинемию (повышен неконъюгированный билирубин) и регургитационную гипербилирубинемию (повышен конъюгированный билирубин). В центральную нервную систему через гематоэнцефальный барьер может проникать неконъюгированный билирубин, поэтому энцефалопатия, связанная с токсическим действием билирубина, характерна только для постгепатитной гипербилирубинемии.
Неконъюгированная гипербилирубинемия. Наиболее распространенной формой данного вида гипербилирубинемии является так называемая физиологическая желтуха, наблюдаемая как временное явление у новорожденных. Причиной этой гипербилирубинемии служат ускоренный гемолиз
инезрелое состояние печеночной системы поглощения, конъюгации и секреции билирубина. При этом не только понижается активность УДФглюкуронилтрансферазы, но и, вероятно, сказывается недостаточность синтеза субстрата этого фермента – УДФ-глюкуроновой кислоты. Поскольку накапливающийся билирубин находится в неконъюгированной форме, то существует угроза развития у новорожденных с физиологической желтухой энцефалопатии. К данному типу гипербилирубинемии относится синдром Криглера-Найяра I и II типа. Синдром Криглера-Найяра I типа представляет собой метаболическое нарушение конъюгации билирубина. Причиной заболевания считается отсутствие активности билирубин- УДФ-глюкуронилтрансферазы в гепатоцитах. Болезнь обычно приводит к летальному исходу в первые 15 месяцев жизни. Синдром Криглера-Найяра II типа – редкое наследуемое заболевание, характеризующееся менее серьезными дефектами в системе конъюгирования билирубина и более доброкачественным течением. Весь накапливающийся билирубин относится к неконъюгированному типу, хотя кровь больных содержит билирубинглюкуронид. Отсюда возникло предположение, что генетическое нарушение
112
может затрагивать печеночную УДФ-глюкуронилтрансферазу, которая катализирует присоединение второй глюкуронильной группировки к билирубинмоноглюкурониду. Было показано, что больные с этим синдромом поддаются лечению большими дозами фенобарбитала. Снижение гипербилирубинемии вызвано, вероятно, индукцией системы метаболизма билирубина, а не только стимуляцией конъюгирования билирубина. К этому виду гипербилирубинемии относится также болезнь Гильберта. Заболевание представляет собой гетерогенную группу нарушений, многие из которых являются следствием компенсированного гемолиза, сопряженного с неконъюгированной гипербилирубинемией. А также имеются повреждения паренхимы печени, приводящие к снижению поглощения билирубина этими клетками. У больных выявляется уменьшение активности билирубин- УДФ-глюкуронилтрансферазы.
Неконъюгированная гипербилирубинемия может быть следствием дисфункции печени, наступающей после токсического действия хлороформа, четыреххлористого углерода и других токсинов или как результат вирусного гепатита, цирроза. Большинство этих приобретенных нарушений наступает из-за повреждения паренхимы печени и обозначается как
токсическая гипербилирубинемия.
Конъюгированная гипербилирубинемия. Поскольку конъюгированный билирубин растворим в воде, то он обнаруживается в моче большинства больных конъюгированной гипербилирубинемией, поэтому ее называют холеурической желтухой. К конъюгированной гипербилирубинемии отно-
сится хроническая идиопатическая желтуха (синдром Дубина-Джонсона),
которая представляет собой аутосомно-рецессивное нарушение печеночной секреции конъюгированного билирубина в кровь. Нарушение секреции конъюгированных веществ не ограничивается билирубином, оно касается также и других конъюгированных соединений: эстрогенов, пигментов, индикаторов.
Конъюгированная гипербилирубинемия возникает также при холестазе – закупорке желчных протоков. В этом случае желчный пигмент, поступающий из крови в гепатоциты, не может экскретироваться и вновь поступает в печеночные вены и лимфатические сосуды.
Некоторые особенности обмена гликопротеидов и его нарушения.
Муцины и мукоиды содержатся в соединительной ткани и слюне. Небольшие количества мукоидов обнаруживаются в сыворотке крови и моче. При электрофорезе гликопротеиды движутся с фракцией α1- и α2-глобулинов. Увеличение содержания этих фракций характерно для тяжелых воспалительных процессов: туберкулеза, пневмонии, плеврита, ревматизма, аппендицита и др. При ревматизме определение гликопротеидов имеет прогностическое значение – служит для оценки тяжести процесса (повышение может составить 50-60%).
113
По природе связей между полипептидными и олигосахаридными цепями гликопротеиды можно разделить на 4 класса: 1) содержащие связь Сер (или Тре)—N-ацетилгалактозамин; 2) содержащие связь Сер— ксилоза; 3) коллагены, содержащие связь гидроксилизин—галактоза; 4) содержащие связь Асн—N-ацетилглюкозамин.
Наиболее характерными нарушениями обмена гликопротеидов являются изменения соединительной ткани при патологических процессах: амилоидозы и коллагенозы. Амилоидозы объединяют разные патологические процессы, ведущие к образованию в тканях амилоида. Основной компонент амилоида – фибриллярные белки типа коллагена и плазменные гликопротеиды: α- и β-глобулины, фибриноген. Среди полисахаридов, присутствующих в амилоиде, преобладают хондроитинсульфаты. Амилоид имеет фибриллярную структуру, каждая фибрилла состоит из двух субфибрилл, расположенных параллельно друг другу. Клиническая картина зависит от локализации амилоида и интенсивности амилоидных отложений. Особенно четкие проявления свойственны поражениям почек, сердца, нервной системы и кишечника. Лабораторно регистрируется протеинурия (преимущественно альбуминурия) с потерей от 2 до 20 г белка в сутки. В крови диспротеинемия: снижение альбуминов при повышении уровня α 2- и γ-глобулинов, рост глико- и липопротеинов.
Часть коллагенозов преимущественно связана с нарушениями иммуногенеза. Морфологически эти состояния проявляются генерализованной альтерацией внеклеточных компонентов соединительной ткани, в основном – коллагеновых волокон и самого коллагена. Отдельные заболевания из группы коллагенозов, такие как: системная красная волчанка, ревматизм, системная склеродермия, ревматоидный артрит, отличаются по клинической картине и этиологии. Однако общность патогенетических механизмов обусловливает тем не менее однородность биохимических проявлений коллагенозов. К ним относятся прежде всего биохимические признаки воспаления, рассмотренные нами в первой главе: рост уровня α 2- и γ-глобулинов, серомукоидов, появление С-реактивного белка, повышение содержания α1-антитрипсина и α1-гликопротеида, увеличение СОЭ и фибриногена и другие.
Другая разновидность коллагенозов обусловлена аномалиями самого коллагена и его сборки. В тканях млекопитающих присутствует не менее пяти различных типов коллагенов. Наиболее характерная особенность коллагеновых белков – это их трехспиральная структурная организация. Каждая субъединица представляет собой левозакрученную спираль с шагом три аминокислотных остатка. Три такие левозакрученные спирали организуются в правозакрученную суперспираль. В результате формируется жесткая палочковидная молекула с диаметром 1,4 нм и длиной около 300 нм. Еще одной характерной особенностью молекул коллагенов является то, что каждый третий аминокислотный остаток тройной спирали
114
представляет собой глицин. Размеры глициновых остатков позволяют им разместиться под центральным ядром тройной спиральной молекулы. Таким образом, центральное ядро этой молекулы состоит из глициновых остатков всех трех субъединиц. Эту повторяющуюся структуру можно представить как (Гли-Х-Y)n, где X,Y – любые аминокислотные остатки. У коллагена млекопитающих около 100 Х-положений заняты пролином, около 100 Y-положений – 4-гидрооксипролином. Остатки гидрооксипролина придают структуре дополнительную стабильность за счет образования большого количества внутримолекулярных водородных связей (для этого используются окружающие молекулы воды). В некоторых Х-положениях коллагена содержится также 3-гидроксипролин, а в Y-положениях – 5-гидроксилизин. Тройная спираль коллагена стабилизируется многочисленными межцепочечными поперечными сшивками между лизиловыми и гидроксилизиловыми остатками. Зрелый коллаген представляет собой гликопротеин, содержащий сахариды, связанные с белковой цепью по остаткам гидроксилизина О-гликозидной связью. Молекулы коллагена ассоциируются в фибриллы. Коллагеновые фибриллы образуют продольные зигзагообразные структуры длиной чуть меньше ¼ длины тройной спирали. Между концом одной тройной спирали и началом следующей имеется пространство, которое может служить местом отложения кристаллов гидроксиапатита при формировании костной ткани.
Синтез коллагена осуществляется в виде предшественника, который подвергается значительной посттрансляционной модификации. Наиболее ранним предшественником коллагена является препроколлаген, который содержит на N-конце лидерную (сигнальную) последовательность из 100 аминокислотных остатков. Препроколлаген образуется на рибосомах, прикрепленных к ЭПС. При поступлении в каналы ЭПС сигнальная последовательность отщепляется, пролиновые и лизиновые остатки подвергаются гидроксилированию по мере продвижения по ЭПС с помощью ферментов: пролил-4-гидроксилазы, пролил-3-гидроксилазы и лизилгидроксилазы. Фермент гликозилтрансфераза переносит глюкозу или галактозу на ряд остатков гидроксилизина. Молекула проколлагена содержит на концах пептиды, которые отсутствуют в зрелом коллагене. Оба пептида содержат остатки цистеина; N-концевой пептид образует за счет этих остатков только внутрицепочечные дисульфидные связи, С-концевой – и внутри- и межцепочечные. После образования этих связей идет формирование тройной спирали, что делает невозможным дальнейшее гидроксилирование пролиловых и лизиловых остатков, а также гликозилирование гидроксилизиловых остатков. После завершения этого процесса молекулы выводятся из клеток через аппарат Гольджи. Внеклеточные аминопротеаза и карбоксипротеаза отщепляют концевые пептиды, и цепи коллагена спонтанно собираются в фибриллы. Однако коллагеновые волокна приобретают зрелость только тогда, когда произойдет перекрестное связывание их ковалентными
115