Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ VI. БІОХІМІЯ ФІЗІОЛОГІЧНИХ ФУНКЦІЙ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ ТКАНИН

ГЛАВА 31. БІОХІМІЧНІ ФУНКЦІЇ ПЕЧІНКИ. ПРОЦЕСИ ДЕТОКСИКАЦІЇ

31.3. ОБМІН ЖОВЧНИХ ПІГМЕНТІВ. БІОХІМІЯ ЖОВТЯНИЦЬ

В організмі людини йде постійне руйнування зрілих еритроцитів, швидкість якого складає (1-2) · 10⁸/год; середня тривалість життя еритроцитів — 100-120 днів.

Жовчні пігменти (білірубін, білівердин) є продуктами катаболізму гемоглобіну еритроцитів та частково — інших гемовмісних білків. Руйнування еритроцитів та розщеплення гемоглобіну, який складає 90-95 % сухого залишку еритроцитів, відбувається в клітинах ретикулоендотеліальної системи органів та тканин людини — селезінці (переважно), купферовських клітинах печінки, кістковому мозку, гістіоцитах сполучної тканини.

Катаболізм гемоглобіну та обмін жовчних пігментів

Гем, що входить до складу гемоглобіну, складає близько 80 % всього пулу гему організму. Протягом доби у людини масою 70 кг обмінюється (розщеплюється та синтезується знову) близько 6 г гемоглобіну. В процесі деградації гемопротеїну відбувається протеоліз його білкової частини, вивільнення іонів заліза, що реутилізуються для синтезу залізовмісних білків, та незворотний катаболізм порфіринового циклу гему, що призводить до утворення білірубіну (жовто-червоного пігменту жовчі) і білівердину (зеленого пігменту), які виводяться з організму.

Процес катаболізму гемоглобіну та його порфіринової простетичної групи гему складається з наступних етапів.

1. Розрив тетрапірольного кільця гему (у складі гемоглобіну) шляхом окислювального розщеплення метинового містка між I та II кільцями протопорфіринового циклу; в результаті реакції червоний пігмент еритроцитів гемоглобін перетворюється на зелений кров’яний пігмент вердоглобін (холеглобін):

Реакція каталізується ферментом НАДФН-залежною гемоксигеназою, що є за хімічною будовою однією з ізоформ цитохрому Р-450, і супроводжується виділенням монооксиду вуглецю.

Перетворення гемоглобіну на вердоглобін внаслідок окислення гему спричиняє послідовну зміну забарвлення в ділянках гематом, що утворюють «синці».

2. Розпад вердоглобіну з відщепленням білкової частини, вивільненням іона заліза та утворенням тетрапірольної молекули білівердину.

3. Перетворення білівердину на білірубін шляхом відновлення метинового зв’язку (між піролами III, IV). Реакція каталізується ферментом НЛДФН-залежною білівердинредуктазою:

4. Зазначені етапи утворення жовчних пігментів (1-3) відбуваються в клітинах ретикулоендотеліальної системи, з яких білірубін надходить у кров, де адсорбується молекулами сироваткового альбуміну. Комплекс сироватковий альбумін — білірубін транспортується в печінку, де пігмент поглинається гепатоцитами і підлягає подальшим перетворенням.

5. Білірубін є ліпідорозчинною речовиною і у високих концентраціях проявляє мембранотоксичність, особливо для клітин головного мозку. Детоксикація білірубіну, яка полягає в перетворенні пігменту у водорозчинну (і менш токсичну) форму — глюкуронід білірубіну, відбувається в мембранах ендоплазматичного ретикулума гепатоцитів. У процесі взаємодії білірубіну з УДФ-глюкуроновою кислотою (УДФГК) утворюються моно- та диглюкуроніди білірубіну:

Реакція каталізується УДФ-глюкуронілтрансферазою. Основна частина білірубіну екскретується в жовч у формі диглюкуронідів; при порушеннях ферментативних властивостей гепатоцитів (паренхіматозні жовтяниці — див. нижче) в крові хворих накопичуються переважно моноглюкуроніди білірубіну.

У сироватці крові здорової людини концентрація білірубіну низька, з межами коливань 0,1-1,0 мг % (1-10 мг/л, або 1,7-17 мкмоль/л). Цей білірубін («загальний білірубін» сироватки крові) складається з двох фракцій («форм»):

(1) вільний білірубін (складає близько 75% від загального білірубіну) — такий, що не пройшов кон’югації з глюкуроновою кислотою (некон’югований білірубін); цей білірубін знаходиться в крові у комплексі з сироватковим альбуміном;

(2) зв’язаний білірубін (складає відповідно до 25% від загального білірубіну) — такий, що пройшов кон’югацію з глюкуроновою кислотою (кон’югований білірубін); ця форма секретується нормальними гепатоцитами в жовч, і лише частково, в незначній кількості надходить у кров.

Для визначення вмісту в сироватці крові людини загального білірубіну та його фракцій застосовується метод Ван ден Берга, який ґрунтується на використанні діазосульфанілової кислоти (діазореактив Ерліха), що при взаємодії з білірубіном утворює діазосполуку рожевого забарвлення. Оскільки вільний білірубін знаходиться в комплексі з альбуміном, він дає позитивну реакцію з діазореактивом Ерліха лише після осадження білків етанолом («непряма реакція з діазореактивом») і тому отримав назву непрямого білірубіну. Зв’язаний (кон’югований) білірубін дає безпосередню («пряму») реакцію з діазореактивом і позначається в клініко-біохімічній практиці як прямий білірубін. Зміни кількісних взаємовідношень між фракціями непрямого та прямого білірубіну плазми є важливою диференціально-діагностичною ознакою різних типів жовтяниць.

6. Глюкуроніди білірубіну («кон’югований білірубін») екскретуються гепатоцитами в жовч і у її складі надходять у кишечник, де підлягають біотрансформації ферментами мікроорганізмів, частковому повторному всмоктуванню та виведенню з фекальними масами («ентерогепатична циркуляція» жовчних пігментів).

Біотрансформація білірубін-глюкуронідів у кишечнику полягає у відщепленні глюкуроновї кислоти (при дії мікробної β-глюкуронідази) і послідовному утворенні таких тетрапірольних сполук, як мезобілірубін і мезобіліноген (в тонкій кишці) та стеркобіліноген (продукт, що утворюється в товстому кишечнику та виводиться з фекаліями):

Деяка кількість мезобіліногену утворюється вже в печінці і надходить у жовчний міхур разом із глюкуронідами білірубіну. Уробіліноген та стеркобіліноген є безбарвними сполуками, що, потрапляючи в кал та сечу, окислюються до жовтих пігментів — уробіліну та стеркобіліну.

Загальний метаболічний шлях розщеплення гемоглобіну та перетворення жовчних пігментів подано на схемі (рис. 31.6).

Рис. 31.6. Схема катаболізму гемоглобіну та біотрансформації жовчних пігментів.

Всмоктування тетрапіролів у кишечнику

Основна кількість продуктів перетворення білірубіну в кишечнику — 200-300 мг/добу (близько 95% усіх тетрапірольних сполук) виводиться з організму людини у складі калових мас. Разом з тим, деяка частина жовчних пігментів та продуктів їх біотрансформації всмоктується з кишечника в кров і підлягає подальшим перетворенням (рис. 31.7):

Рис. 31.7. Всмоктування в кишечнику та подальша біотрансформація продуктів перетворення жовчних пігментів (Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 1983; модифіковано).

(а) стеркобіліноген (основна маса якого виводиться з калом у вигляді стеркобіліну) частково всмоктується в нижніх відділах товстої кишки, звідки потрапляє в загальний кровообіг через судини pl. haemorroidalis, тобто минаючи печінку. З крові цей водорозчинний стеркобіліноген екскретується в сечу у вигляді уробіліну (0-4 мг/добу); ці слідові концентрації пігменту можуть не визначатися в сечі звичайними клініко-біохімічними методами дослідження, і тому вважають, що в сечі здорової людини «уробілін», як правило, відсутній;

(б) мезобіліноген (уробіліноген) резорбується слизовою оболонкою тонкої кишки і через судини системи v. porta надходить у печінку, де розщеплюється ферментами гепатоцитів до дипірольних сполук, які остаточно екскретуються з організму через жовч. За умов порушення бар’єрної функції печінки (паренхіматозні жовтяниці — див. нижче) розщеплення мезобіліногену в печінці не відбувається, внаслідок чого цей пігмент надходить у кров і виділяється нирками також під назвою уробіліну сечі, що додається до уробіліну, який є продуктом всмоктування стеркобіліногену — п. (а).

Патобіохімія жовтяниць

Перевищення концентрації загального білірубіну сироватки крові людини понад 2-4 мг % проявляється характерною жовтуватістю шкіри та слизових оболонок (особливо склер очного яблука) і позначається як жовтяниця(icterus — лат.).

Причинами виникнення гіпербілірубінемії і розвитку жовтяниць є надмірне утворення білірубіну в організмі, пошкодження печінки з порушенням її детоксикаційної та екскреторної функцій або наявність механічних перешкод в системі жовчовивідних шляхів, що протидіють нормальному виведенню жовчі в кишечник. Відповідно розрізняють декілька типів жовтяниць.

Передпечінкова (гемолітична) жовтяниця — розвивається внаслідок патологічно підсиленого руйнування (гемолізу) еритроцитів та розщеплення гемоглобіну і надмірного накопичення в крові білірубіну. Причинами такого стану можуть бути резус-конфлікт у новонароджених, переливання несумісної крові, радіаційне ураження, дія гемотоксичних отрут тощо.

Для передпечінкової жовтяниці характерним є збільшення концентрації в крові загального білірубіну, переважно за рахунок непрямої фракції, тобто вільного білірубіну, який не встигає бути кон’югованим у печінці в умовах його надмірного утворення.

Надходження в цих умовах значних кількостей білірубіну в кишечник призводить до посиленого утворення стеркобіліногену (в деяких випадках — до 10 г), що в збільшеній кількості виділяється з калом (стеркобілін) та (після всмоктування в товстій кишці) з сечею (уробілін сечі).

Печінкова (паренхіматозна) жовтяниця — розвивається внаслідок порушення структури та ферментативних властивостей гепатоцитів в результаті дії пошкоджувальних факторів вірусного, бактеріального, хімічного походження (вірусні, інфекційні, токсичні гепатити). При цьому типі жовтяниць спостерігається значна гіпербілірубінемія (збільшення концентрації загального білірубіну) внаслідок таких причин:

а) порушення кон’югації білірубіну як результат пошкодження мембран ендоплазматичного ретикулума гепатоцитів і зменшення активності УДФ-глюкуронілтрансферази; дія цього фактора призводить до зростання рівня в крові непрямого білірубіну;

б) порушення секреторної функції гепатоцитів, тобто їх здатності транспортувати білірубін-глюкуронід у жовч (транспорт проти градієнта концентрації); ця обставина, а також некроз печінкових клітин призводять до надходження в сироватку крові надмірної кількості прямого білірубіну.

Зростання в крові прямого білірубіну (білірубін-глюкуроніду), що здатен проходити через ниркові мембрани, супроводжується (у важких випадках захворювання) появою білірубін-глюкуроніду в сечі (лабораторні проби на наявність жовчних пігментів у сечі стають позитивними). Внаслідок порушення здатності гепатоцитів до розщеплення тетрапіролів (що всмоктуються у вигляді мезобіліногену), ці сполуки також надходять у сечу (підвищена реакція на «уробілін» сечі).

Післяпечінкова (обтураційна) жовтяниця — спричиняється неможливістю надходження жовчі в дванадцятипалу кишку внаслідок закупорки жовчних шляхів (наявність пухлин, жовчнокам’яної хвороби). Цей тип жовтяниць характеризується знебарвленням калових мас внаслідок відсутності в них стеркобіліногену («ахолічний» кал) та цілковитою відсутністю уробіліну в сечі. Внаслідок утрудненого надходження білірубін-глюкуроніду в жовч (зростання гідростатичного тиску в жовчних шляхах), кон’югований пігмент у збільшеній кількості всмоктується в кров, що призводить до зростання рівня прямого білірубіну; в цих умовах можлива поява жовчних пігментів у сечі, як при паренхіматозній жовтяниці.

Ферментативні (спадкові) жовтяниці — виникають внаслідок генетичних ензимопатій, що спричинені порушеннями експресії генів, які відповідають за синтез у гепатоцитах ферментів кон’югації білірубіну (УДФ-глюкуронілтрансферази та/або УДФГ-дегідрогенази — ферменту, що утворює УДФГК з УДФ-глюкози), його абсорбції з крові або екскреції в жовч. Некон’югований білірубін, що накопичується в сироватці крові в надмірній кількості, за цих типів жовтяниць може проникати через гематоенцефалічний бар’єр в головний мозок і відкладатися в базальних гангліях та ядрах стовбура мозку, спричиняючи важкі неврологічні зрушення («ядерні жовтяниці»).

Синдром Криглера-Найяра — жовтяниця, що спричинена недостатністю синтезу УДФ-глюкуронілтрансферази («кон’югаційна жовтяниця»).

Хвороба Жильбера — патологічний стан, який є гетерогенною групою порушень, спричинених як блоком синтезу УДФ-глюкуронілтрансферази, так і порушенням здатності гепатоцитів до поглинання білірубіну з крові («абсорбційна жовтяниця»).

Синдром Дабіна-Джонсона — жовтяниця, пов’язана з порушенням транспорту білірубін-глюкуроніду з гепатоцитів у жовч («екскреційна жовтяниця ).

Ферментативні жовтяниці можуть також бути у новонароджених як тимчасовий стан, спричинений запізнілим включенням генів, що кодують УДФ-глюкуронілтрансферазу. Терапевтичний ефект може досягатися призначенням дітям Фенобарбіталу, який є універсальним індуктором печінкових ферментів детоксикації — як мікросомального окислення, так і глюкуронування субстратів.

Основні механізми виникнення гіпербілірубінемій при жовтяницях різного генезу подано на рис. 31.8.

Рис. 31.8. Схема обміну білірубіну (Б) та білірубін-глюкуроніду (БГл) між кров’ю, гепатоцитами та жовчними капілярами і їх порушення при різних типах жовтяниць: (1) гемолітичні жовтяниці — збільшене розщеплення гемоглобіну; (2) паренхіматозні та ферментативні жовтяниці порушення кон’югації білірубіну з УДФГК; (3) обтураційні жовтяниці — порушення нормального витоку жовчі.