2 курс / Биохимия / Кленова_Биохимия_патологических_состояний

Спектр лейкотриенов, производимых различными лейкоцитарными клетками, весьма различен, но имеет малые видовые различия у млекопитающих [12]. В нестимулированных клетках синтез лейкотриенов идет очень медленно. Сигналом к ускорению производства ЛТ является взаимодействие с клеткой комплекса антиген-иммуноглобулин Е, а также ряд других комплексов антиген-антитело. Кроме того, стимуляция образования

ивыделения ЛТ идет под действием бактериальных липополисахаридов

идругих факторов активации альтернативного пути комплемента. Непо-

средственными стимуляторами являются фрагменты С3а и С5а (анафилотоксины) системы комплемента.

Первой реакцией синтеза любого изЛТ является окисление арахидоновой кислоты под действием 5-липоксигеназы, которое сопровождается присоединением молекулы кислорода в положении 5, в результате образуется 5-гидроперекись, дегидратирующаяся с образованием 5-оксидоарахидоновой кислоты, то есть лейкотриена А. Данный лейкотриен, обладающий биологической активностью, является нестабильным соединением. Время его полураспада около 3 минут. Лейкотриен А становится предшественником других ЛТ. При гидролизе ЛТА образуются ЛТВ. Образование других ЛТ связано с восстановлением ЛТАивключением аминокислотного фрагментавположение6.

Способность ЛТ повышать проницаемость сосудов, вызывать клеточную инфильтрацию (хемотаксис лейкоцитов), стимулировать дегрануляцию полимормоядерных лейкоцитов свидетельствует о том, что эти соединения занимают одно из центральных мест в поддержании аллергического воспалительного процесса.

Биохимические механизмы регуляции производства вторичных ме-

диаторов воспаления. Вторичная волна медиаторов воспаления (простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов) приводит к активации таких мощных разрушительных процессов, как сужение сосудов и увеличение их проницаемости, тромбообразование или, наоборот, кровоточивость, повышение температуры, лизис клеток. Естественно, что существует система регуляции, препятствующая гиперпроизводству медиаторов и способствующая восстановлению гомеостаза организма. Одним из таких механизмов, как мы описывали выше, является альтернативный процесс превращения циклической эндоперекиси в сосудистом эндотелии в простациклин ПГI2, вызывающий расширение сосудов и подавление активации тромбоцитов.

Кроме альтернативного синтеза соединений с противоположным действием, в клетках существуют сложные механизмы регуляции процессов образования биологически активных соединений по принципу обратной связи с помощью вторичных сигнальных молекул, производящихся в них в ответ на действие первичных сигналов (гормонов, медиаторов, цитокинов).

21

Рассмотрим возможную схему регуляции синтеза тромбоксанов в тромбоцитах млекопитающих [36,37]. В основе этого процесса регуляции лежит блокирование отщепления арахидоновой кислоты от фосфотидилинозита с помощью фосфолипазы А2 за счет ингибирования ее активности цГМФ (вторичная сигнальная молекула).

Гуанилатциклаза (КФ 4.6.1.2.) катализирует образование циклического ГМФ (3′-5′ циклизация) из ГТФ. Фермент существует в двух формах: растворимой и мембраносвязанной. В настоящее время установлено, что это два различных фермента, с разными механизмами регуляции [36]. Характерной особенностью растворимых гуанилатциклаз (ГЦ) является наличие в молекуле гемовой структуры и активации гема с помощью NO, или соединений, содержащих в своем составе и образующих окись азота.

Важная роль гема в регуляции активности ГЦ была показана в работах Монкадо [цит. по 36] , установившего в 1987 году эндогенную природу NO. Оказалось, что в эндотелии сосудов в ответ на действие гормонов и нейротрансмиттеров (ацетилхолина, брадикинина, гистамина) образуется эндотелиальный фактор, расширяющий сосуды (ЭДФР). ЭДФР был идентифицирован как NO, синтезирующийся из L-аргинина за счет окисления азота аминогруппы гуанидинового фрагмента под влиянием фермента L-аргинин-NO-синтетазы (NOS). Образование NO из L-аргинина было найдено во многих клетках и тканях, в том числе в клетках крови: тромбоцитах, эритроцитах, лейкоцитах.

Эндогенный NO – мощный фактор гемостаза, эндогенный вазодилататор. Однако истинным активатором ГЦ является комплекс нитрозил-гем, который образуется при взаимодействии свободнорадикальной группы NO с гемом гуанилатциклазы, при этом железо выступает из плоскости порфириного кольца.

Нитрозил-гемовые комплексы могут возникать и в результате взаимодействия NO или NO-соединений с гемом других гем-содержащих протеинов: гемоглобином, миоглобином, каталазой и другими. ГЦ характеризуется значительно более высоким сродством к нитрозил-гемовому комплексу, что определяет возможность его переноса на фермент с других гемсодержащих белков, но не наоборот. Было показано, что тиолы способствуют активации ГЦ NO-содержащими соединениями [35], что свидетельствует о наличии активных SH-групп в каталитическом центре фермента. Отличительным свойством растворимой гуанилатциклазы также является способность фермента активироваться свободными радикалами.

В экспериментах было показано, что цГМФ тормозит освобождение арахидоновой кислоты из фосфолипидов тромбоцитов, но не влияет на скорость дальнейших превращений, то есть образование циклической эндоперекиси и тромбоксана А2. Это может служить основой для предположения ингибирующего действия цГМФ на фосфолипазы (рис.1.2).

22

Взаимодействие гормонов и медиаторов (адреналин, норадреналин, гистамин, ангиотензин II) с рецепторами тромбоцита (особенно с α-адренорецепторами) сопровождается активацией фосфолипаз, а именно фосфолипазы С, и распадом фосфатидилинозита, которое приводит к производству двух вторичных сигнальных молекул: инозитол-3-фосфата (И3Ф) и диацилглицерола (ДАГ). Кроме тромбоцитов, фосфолипазы С обнаружены и во многих других клетках (нейронах, гепатоцитах, энтероцитах, миоцитах, лимфоцитах и др.)[33].

Циклическая эндоперекись

ПК С Мобилизация Са2+

Тромбоксансинтетаза

Активация и агрегация тромбоцитов

Рис. 1.2. Схема синтеза тромбоксана А2 и активация тромбоцитов. Пунктирной линией показано блокирование фосфолипаз цГМФ [36,37]

Фосфолипаза С из тромбоцитов имеет молекулярную массу 68 кДа. Она катализирует расщепление фосфоиноизитов при концентрации Са2+ от 150 мкМ до 5 мМ [40] и в области рН 5-7 [33]. В настоящее время есть основания предполагать, что в клетке фосфолипаза С ассоциирована с белком или липидом с молекулярной массой 20 кДа [40]. Она ингибируется рядом фосфолипидов: фосфатидилхолином, фосфатидилсерином. Возможно, при образовании гормонрецепторного комплекса и формировании кластеров, происходят разрушение комплекса и транслокация фермента в мембрану, где он осуществляет гидролиз фосфатидилинозита c образова-

23

нием ДАГ и И3Ф. Инозитол-3-фосфат стимулирует выход кальция из эндоплазматического ретикулума, а ДАГ активирует протеинкиназы С (ПК С) (ДАГ-зависимые), что лежит в основе каскадных процессов активации и агрегации тромбоцитов (рис.1.2).

Циклический ГМФ блокирует активацию фосфолипазы С, что останавливает процесс активации. Запускается же обратная связь через активацию NOS комплексом Са2+-кальмодулин, являющимся природным активатором данного фермента (рис.1.2).

Есть путь регуляции синтеза простагландинов через аденилатциклазную систему и цАМФ. Известно, что сами простагландины угнетают аденилатциклазу, а цАМФ активирует их синтез. При этом возникает отрицательная обратная связь: после активации фосфолипаз, аденилатциклазы

иобразования цАМФ образовавшиеся простагландины ингибируют аденилатциклазу и выключают свой синтез. Циклический АМФ активирует синтез простагландинов, вероятно, через протеинкиназы А, осуществляющие фосфорилирование и, соответственно, активацию простагландинсинтетазного комплекса ферментов.

Делая заключение, можно сказать, что как сами жирные кислоты, так

иих производные – простагландины, тромбоксаны, лейкотриены – являются мощными медиаторами воспаления, образующимися вслед за выбросом первичных медиаторов: гистамина, серотонина, кининов. Простагландины вызывают лихорадку, увеличение проницаемости сосудов и их сужение, действуют на болевые рецепторы.

Повреждение тканей и процессы свертывания крови при воспалении.

При воспалении обязательно происходит повреждение тканей, хотя бы местное в очаге воспалительного процесса. Любое повреждение тканей затрагивает сосуды и тем самым вызывает активацию свертывания.

С патогенетической точки зрения особенно важно подчеркнуть возможность перехода фибриногена в фибрин не только под действием физиологического фактора – тромбина, специфической протеазы, отщепляющей пептид от фибриногена при превращении его в фибрин, но и под действием протеаз различного происхождения. Например, папаина (протеаза ряда растений), коагулазы стафиллококков, протеазы из яда змей. Подобно фрагментам комплемента, фрагменты, отщепляемые от белков свертывающей системы крови, выполняют роль медиаторов воспаления. После отщепления пептидного фрагмента от фибриногена, фибринмономеры соединяются между собой мощными амидными связями через ε-аминогруппу лизинового остатка одного мономера и γ-карбоксильной группой глутаминовой кислоты другого мономера. При этом их растворимость резко падает, а способность к полимеризазии и формированию сгустка возрастает. При расщеплении фибриногена под действием плазмина (протеолитический фермент противосвертывающей системы крови) отще-

24

пляемые пептиды получили название продуктов деградации фибриногена. Продукты плазминового гидролиза фибриногена различаются между собой молекулярным весом, иммунологическими свойствами, элекрофоретической подвижностью и термостабильностью. Молекулы фибрин-мономеров способны образовывать с продуктами деградации фибриногена (ПДФ) растворимые комплексы, устойчивые к действию тромбина. Однако в патологических условиях данные комплексы приобретают свойство полимеризоваться. Этот процесс получил название паракоагуляции. Паракоагуляция активизируется в присутствии четвертого тромбоцитарного фактора и протаминсульфата. Растворимые комплексы фибрин-мономеров с ПДФ имеют физиологическое значение, которое заключается, в частности, в образовании слоя, выстилающего интиму сосудов и обеспечивающего гладкость сосуда. При формировании атипичных фибрин-мономерных комплексов нарушается структура слоя, вследствие чего повышается проницаемость эндотелия и развивается кровоточивость. У различных продуктов расщепления фибриногена обнаруживается разная биологическая активность. Так антикоагуляционным действием, которое выражается в подавлении полимеризации фибрин-мономеров, обладают фрагменты, обозначаемые как X, Y, D. Пептидные фрагменты с низким молекулярным весом – А, B, C – усиливают действие гистамина и брадикинина, влияют на физикохимические свойства мембран, снижая порог физиологической чувствительности рецепторов.

Количество растворимых комплексов фибрин-мономеров увеличивается при воспалении, что повышает вязкость крови, способствуя агрегации эритроцитов и повышению скорости их оседания (СОЭ). Концентрация ПДФ в плазме крови увеличена у больных с тяжелой диссеминированной внутрисосудистой коагуляцией [35]. Состояние диссеминированной внутрисосудистой коагуляции может возникать при гипертермии, укусе змеи, осложненных родах, внутрисосудистом гемолизе, инфаркте миокарда и др.

Рассмотрим важнейшие факторы, нарушающие процессы свертывания крови при воспалении.

1.Бактериальные эндотоксины. Для ряда бактериальных эндотоксинов показана способность активировать процесс превращения фибриногена в фибрин по еще неизвестному механизму.

2.Тканевые тромбопластины. Источниками активного тромбопластина становятся поврежденные клетки, гемолизированные эритроциты.

3.Комплексы антиген-антитело или агрегированные антитела. Данные крупные комплексы, адсорбируясь на интиме, могут восприниматься контактным фактором Хагемана как повреждение поверхности эндотелия и активировать свертывание, фибринолиз, кининогенез.

4.Коллоидные молекулы, липидные агрегаты. Действуют по вышеописанному механизму.

25

5.Вирусы. Механизм активации – через активацию системы комплемента, образование комплексов антиген-антитело и повреждение сосудистого эндотелия.

6.Замедление кровотока, что приводит к активации внутрисосудистого свертывания.

7.Активация протеолитических ферментов, которые поступают из лизосом разрушенных клеток, а также из клеток бактерий и ядов.

Нарушения процессов свертывания крови сопутствуют любому вос-

палительному процессу и проявляются при сильном воспалении либо

ввиде тромбозов, либо, наоборот, увеличении кровоточивости. Чем тяжелее клиническое течение воспалительного процесса, тем более выражены изменения свертывающей и антисвертывающей систем крови. В настоящее время установлено, что причиной этих расстройств является одновременная активация внутрисосудистого свертывания и фибринолиза, ведущая к постепенному истощению факторов свертывающей и противосвертывающих систем.

Важная роль в активации данных систем принадлежит тромбоцитам. Под действием бактериальных, вирусных антигенов, а также иммунологических комплексов происходят активация тромбоцитов и их агрегация. Основной реакцией тромбоцитов после агрегации является их агрануляция, то есть распад гранул с выделением новых порций медиаторов воспаления: гистамина, серотонина, простагландинов. В развитии воспалительного процесса секреция медиаторов играет ведущую роль, так как это приводит к лавинообразному нарастанию воспалительной реакции за счет аутокаталитической активации все новых ферментных систем, образованию все новых медиаторов. Зачастую течение воспалительного процесса больше зависит от наличия медиаторов и наличие соответствующих ингибиторов, чем от собственно инициаторов воспаления. Классическим примером является врожденный вазомоторный ринит (отек слизистых носа). Изначально вызывается инициирующим фактором (например, холодным возду-

хом), а затем недостаток ингибитора С1¯ компонента комплемента обусловливает избыточную воспалительную реакцию за счет большого количества медиаторов воспаления.

Действие медиаторов воспаления сопровождается освобождением лизосом из поврежденных клеток и выбросом лизосомальных ферментов

вмежклеточный матрикс. Лизосомы содержат около 40 различных гидролаз в неактивном состоянии. Кроме гидролаз присутствуют также оксидазы. Лизосомы содержат несколько видов гидролаз: эстеразы, фосфолипазы, фосфатазы, сульфатазы, гликозидазы и различные протеолитические ферменты. Система лизосомных протеаз получила название катепсинов.

D-катепсины, Е-катепсины и коллагеназы являются эндопептидазами и осуществляют деградацию белков до полипептидов. Дальнейшее расщепление пептидов происходит под действием катепсина А. Катепсины

26

В и С - амино- и карбоксипептиды и завершают расщепление пептидов до аминокислот.

Некоторые бактериальные токсины (например, стрептолизин С) обусловливают гибель клеток за счет освобождения лизосомальных ферментов и их выброс в экстрацеллюлярный матрикс. В плазме крови, подобно ингибиторам остальных ферментных систем, присутствуют ингибиторы лизосомальных ферментов, продуцируемые клетками печени. Они представляют собой гликопротеиды, количество которых увеличивается при развитии воспалительного процесса. В медицине эти белки получили название белков острой фазы воспаления. К ним относятся серомукоиды, гаптоглобин, α2- макроглобулин. Последний белок является ингибитором В и D-катепсинов. Еще одним ингибитором катепсинов служит α1-антитрипсин, он менее специфичен и угнетает активность многих протеаз. Недостаток этого ингибитора приводит к чрезмерному повреждению тканей, перерождению легочной ткани (эмфиземе легких).

Лисозомальные ферменты играют важную роль не только в процессах воспаления, но и в физиологических процессах внутриклеточного переваривания. Поэтому недостаток лизосомальных ферментов приводит к развитию так называемых болезней накопления, когда в организме накапливаются неразрушенные компоненты клеток, отслуживших свой срок. По современным данным, лизосомальные ферменты освобождаются из нейтрофилов и макрофагов не только при распаде этих клеток, но и под действием низкомолекулярных С3а и С5а фрагментов комплемента, называемых ФОЛ (LRF) – фактор освобождения лизосом.

Особая роль в процессах патологического освобождения лизосомальных ферментов принадлежит иммунным комплексам. Одной из главных причин повреждения тканей при первичном полиартрите и гломерулонефрите считается освобождение лизосомальных ферментов под действием комплексов антиген-антитело и медиаторов воспаления. Также важная роль лизосомных ферментов была показана при развитии приступов подагры. Как оказалось, кристаллы мочевой кислоты, откладывающиеся в межклеточный матрикс, фагоцитируются нейтрофилами или макрофагами. Активация макрофагов ведет к выделению интерлейкинов и запуску через Т-хелперы производства антител В-лимфоцитами. Формирование иммунологических комплексов сопровождается активацией контактного фактора Хагемана с последующей стимуляцией систем свертывания, фибринолиза, кининогенеза и белков комплемента. Кроме того, доказано, что мононатриевые ураты способны взаимодействовать с мембранами лизосом и липосом, что приводит к выделению лизосомальных ферментов и нарушению обмена липидов и холестерола.

Для процессов воспаления характерна некоторая степень видовой и индивидуальной специфичности. Она обусловлена, прежде всего полиморфизмом белковых и небелковых медиаторов воспаления. Кроме того,

27

особенности течения воспалительных процессов часто зависит от индивидуальной чувствительности к медиаторам. Как процесс инициации, так и его последующее течение во многом зависит от особенностей генотипа, так как главное значение имеет соотношение медиаторов воспаления и их ингибиторов, состояния иммунокомпетентных систем организма. Видовые отличия определяются, прежде всего резистентностью к одним антигенам и, наоборот, чувствительностью к другим по сравнению с другими видами. Например, некоторые микроорганизмы и другие патогенные факторы, вызывающие острые воспалительные процессы у человека, не патогенны для других животных.

1.2.Нарушения процессов гомеостаза.

Гомеокинез [2,3,17,18,26,27,42]

Состав и функции крови. Кровь как центральная внутренняя среда человеческого организма выполняет ряд важных функций: регуляторную, питательную, экскреторную, транспортную, защитную и другие.

Регуляторная функция крови заключается в создании и поддержании гомеостаза – относительного, динамического постоянства внутренней среды и тканей организма. Изучение механизмов гомеостаза, а также его изменений – гомеокинеза – имеет чрезвычайно большое значение для диагностики патологических процессов, оценки тяжести их протекания, а также эффективности лечения. Главными параметрами гомеостаза, которые поддерживаются в жестких пределах изменений, являются рН и ионный состав, осмотическое давление, температура. Более лабильными, которые могут колебаться в довольно широких пределах являются соотношение метаболитов, продуктов обмена, иммунологический и гормональный статус.

На долю крови приходится 1/13 часть всей массы тела человека. Количество крови изменяется при ряде патологических состояний. Чаще всего наблюдается уменьшение жидкой части крови, реже – увеличение.

Удельный вес крови в норме колеблется от 1,050 до 1,060 при температуре +150С. У новорожденных немного выше. Удельный вес связан с вязкостью крови, которая в свою очередь определяется гематокритом, то есть соотношением форменных элементов и плазмы крови. Гематокрит выражается в виде коэффициента, который представляет собой часть, приходящуюся на форменные элементы. В норме гематокрит составляет 0,45- 0,55. В норме вязкость крови – величина постоянная, изменяется она мало, так как вода, поступающая из кишечника, быстро связывается тканевыми белками и солями, часть экскретируется почками, выдыхается с воздухом, выделяется с потом.

Снижение вязкости крови наблюдается при уменьшении содержания плазменных белков, что в свою очередь характерно для различных форм

28

поражения клеток печени, где синтезируются плазменные белки. Также снижение вязкости наблюдается при различных видах анемий – уменьшении количества эритроцитов или гемоглобина в крови. Все анемии принято делить на 4 вида. Рассмотрим коротко виды анемий и их причины.

1. Геморрагические Причиной являются кровопотери. Тяжесть анемии определяется уров-

нем кровопотери. Небольшие кровопотери стимулируют процессы эритропоэза и в некоторых случаях полезны. Небольшое снижение содержания гемоглобина можно наблюдать у некоторых женщин после обильной менструации.

2. Железодефицитные Патогенетический фактор – недостаточность железа для синтеза гемо-

вых структур. Данный вид анемии может быть обусловлен алиментарным дефицитом при несбалансированном питании; нарушением процессов транспорта железа, замедленной его мобилизацией из депо; изменением распределения железа при инфекционных заболеваниях, воспалительных процессах и новообразованиях.

3. Фолиеводефицитные (пернициозные, мегалобластические анемии) Заболевание развивается вследствие дефицита витаминов В12 и фолиевой кислоты. Недостаточность цианкобаламина часто возникает вследствие мутации по гену, ответственному за синтез гастромукопротеина

вклетках слизистой желудка и нарушения транспорта В12 в кровь.

4.Наследственные гемолитические анемии

Обусловлены мутациями генов, участвующих либо в синтезе гемоглобина, либо ряда ферментов, определяющих устойчивость и жизнеспособность эритроцитов, но не связанных с непосредственным восстановлением самого гемоглобина. С нарушением синтеза гемоглобина (белковой части) связаны такие виды гемолитических анемий, как талассемия, сер-

повидноклеточная анемия, метгемоглобинемия.

При талассемии нарушается синтез α-цепей (α-талассемия) или β-цепей (β-талассемия) гемоглобина. Может быть нарушен синтез и α и β-цепей (σ-талассемия). Возникающие патологические формы гемоглобина обладают бόльшим сродством к кислороду и это приводит к нарушению транспорта кислорода. При всех видах талассемии страдают производство эритроидных клеток в костном мозге и насыщение гемоглобином эритроцитов.

Серповидноклеточная анемия обусловлена присутствием в эритроцитах патологической формы гемоглобина – НвS. У НвS в 6 положении глутаминовая кислота заменена на валин. Замена одного аминокислотного остатка привела к существенному изменению конформации белка. В дезоксигенированном состоянии НвS образует длинные ассоциированные цепи и его растворимость снижается на 50% по сравнению с растворимостью

29

оксигенированной формы. Это приводит к потере клетками способности к изменению формы и гибели эритроцитов при входе в капилляры.

Метгемоглобинемии могут быть результатом наследственного дефицита НАДФ-метгемоглобинредуктазы (К.Ф.1.6.7.1.). Обычно болезнь не имеет существенных последствий, так как не нарушены другие пути восстановления гемоглобина, и характеризуется снижением срока жизни эритроцитов и ускорением стимуляции эритропоэза. Следует отметить, метгемоглобинемии необязательно наследственные, они могут возникать при отравлении нитратами, нитритами, нитрозосоединениями, анилином, сульфониламидами, ацетиланилидом и бромидами.

Энзимопенические анемии определяются недостаточностью глюкозо- 6-фосфатдегидрогеназы, 6-фосфоглюконатдегидрогеназы и глутатионредуктазы эритроцитов. Более подробно об этих ферментах будет рассказано в разделе, описывающем ферменты плазмы крови и форменных элементов.

Повышение вязкости крови наблюдается при обезвоживаниях. Обезвоживание сопровождает дизентерии, диареи различной этиологии, холеру, рвоту, сахарный диабет, гипофункцию надпочечников. Особенно быстро развивается повышение вязкости крови у грудных детей при токсикозах, энтеритах и может привести к гибели детей.

Состав плазмы крови. Плазма крови составляет около 55% от всей крови и на 90% состоит из воды. В воде растворено около 7% белков, около 1% других органических веществ и 1% неорганических соединений.

Изучение состава плазмы и вообще крови дает представление об интенсивности обмена веществ, о функциях отдельных органов и тканей. Большинство патологических процессов сопровождается изменениями состава крови или количества и функций форменных элементов.

Вода плазмы крови составляет лишь 8% от количества всей воды в организме человека, 66% воды находится внутри клеток, 33% во внеклеточной жидкости (из них 8% в плазме). Обычно молекулы воды свободно обмениваются между вне- и внутриклеточными средами, и их распределение зависит только от осмотических свойств этих сред.

Общее содержание белков в плазме крови в норме колеблется от 60 до 85г/л. Биосинтез протеинов плазмы крови осуществляется преимущественно в гепатоцитах и клетках ретикулоэндотелиальной системы. Снижение содержания белков плазмы – гипопротеинемия – сопровождает многие патологические процессы: тяжелые поражения печени (как первичные, так и вторичные), злокачественные опухоли. Все гипопротеинемии делят на первичные и вторичные.

Первичные гипопротеинемии – обычно наследственные формы или проявляются у недоношенных детей. Чаще всего наблюдается снижение

30