2 курс / Биохимия / Н.Ю.Коневалова - Биохимия

5. Биохимические аспекты лечения атеросклероза

Любая профилактика, как и лечение атеросклероза, начинается с диеты. Баланс пищевых калорий реализуется главным образом через соотношение атерогенных/ антиатерогенных липопротеинов, Обычно диета частично нормализует липидные показатели крови у большинства населения. Эта часть относительно здорового населения может за счет повышения физической активности практически избавиться от риска преждевременного инфаркта миокарда или инсульта.

Существует большая группа людей, у которых диета не исправляет липидных показателей. Даже на строгой диете эти пациенты имеют высокий уровень ЛПНП или низкий уровень ЛПВП. Таким л юдям показана коррекция липидного обмена с помощью лекарств. Лекарства назначаются на фоне подобранной диеты. Существуют несколько групп лекарств, которые эффективны при разных формах н арушений липидного обмена.

1.Чаще всего назначают антибиотики - статины, которые блокируют синтез собственного холестерина в печени через ингибирование активности ГМГ-КоА- редуктазы. Мевакор, правастатин снижают уровень ЛПНП в плазме крови на 40 -60%. С помощью этих лекарств можно задать условия для такого обмена холестерина, который типичен для детей или строгих вегетарианцев. Эти дорогостоящие препараты приходится принимать всю жизнь - если прекратить их прием, уровень ЛПНП возрастает в 2-3 раза (650-1000 дол. в год).

2.Ловушки желчных кислот представляют собой нерастворимые

вводе смолы, которые суспендируются в соках. Связывая и выводя желчные кислоты из кишечника, препараты стимулируют окисление новых порций холестерина в печени.

221

3.Фибраты (производные фиброевой кислоты) симулируют метаболизм ЛПОНП и эффективны при накоплении в крови ЛПОНП, т.е. IV типе ГЛП.

4.Мировой опыт показывает, что развитие атеросклероза замедляет регулярный прием витаминов-антиоксидантов (водорастворимого витамина С, жирорастворимых витаминов Е и А). Широко используются и природные растительные антиоксиданты в качестве пищевых добавок.

5.В связи с тем, что у человека основная масса ЛП НП катаболизирует в печени при участии апо В,Е -рецепторов, применение средств

ивоздействий, стимулирующих синтез указанных рецепторов, является одним из наиболее эффективных путей предупреждения и лечения атеросклероза.

6.Средства и воздействия, направленные на повышение синтеза антиатерогенных ЛПВП в организме.

7.Исходя из современных представлений о роли модифицированных ЛП в атерогенезе, наряду со снижением ЛПНП и ЛПОНП, представляют особый интерес средства, предупреждающие атерогенную модификацию этих липопротеинов. Важно еще раз подчеркнуть, что перечисленные препараты нормализуют липидный обмен и баланс жиров и холестерина, не влияя прямо на события в бляшке.

От лекарств к шунтированию и сосудистым протезам

К сожалению, приходится констатировать, что химики не нашли простых молекулярных объяснений атеросклерозу. Поэтому медикаментозное лечение остается симптоматическим («высокий» холестерин - симптом, а не причина болезни). Вот почему стала так бурно развиваться хирургия сосудов. Коронарные артерии, пораженные стенозирующими бляшками, иссекают, а на их место вшивают сегмент вены пациента, которая в течение нескольких недель превращается в артерию по законам клеточной биологии. Только у 25% оперированных скорость повторного зарастания просвета сосуда больше 12% в год. На процесс рестеноза удается влиять с помощью лекарств. В мире благополучно живут тысячи пациентов с повторным и даже троекратным шунтирование. На подходе дакроновые протезы нового поколения, которые изнутри покрыты генетически модифицированными клетками эндотелия, снабженные молекулами - блокаторами рестеноза. Медицина вступает в новую эру удивительных технологий, которые помогают хирургам успешно лечить болезни, причина которых остается плохо понятной ученым.

222

Лекция 21

БИОХИМИЯ ЖЕЛЧНЫХ КИСЛОТ

1. Химия желчных кислот

Желчные кислоты у высших позвоночных по химической природе являются, как правило, производными, С24-5β-холановой кислоты, невстречающейся в природе.

Холановая кислота

СООН

Основными (составляют 92-99 % всех желчных кислот желчи) желчными кислотами, обнаруживаемыми у человека являются:

1. Первичные желчные кислоты – холевая (3α-,7α-,12α-тригидро- кси-5β-холановая) кислота и хенодезоксихолевая (3α-,7α-дигидрокси- 5β-холановая) кислота, синтезирующиеся в печени из холестерина и составляющие по 30-40% всех желчных кислот в желчи.

Первичные желчные кислоты

Хенодезоксихолевая Холевая

2. Вторичные желчные кислоты – дезоксихолевая (3α,12α- дигидрокси-5β-холановая) кислота и литохолевая (3α-гидрокси-5β- холановая) кислота, образующиеся в кишечнике под воздействием

223

ферментов кишечной микрофлоры и составляющие 20-25% и 1 -2% всех желчных кислот желчи, соответственно.

3. Третичные желчные кислоты – урсодезоксихолевая (3α,7β- дигидрокси-5β-холановая) кислота, которая образуется в печени и в кишечнике при участии ферментов кишечных бактерий из вторичных желчных кислот. Урсодезоксихолевая кислота составляет 1-2% от всех желчных кислот желчи.

Молекулы желчных кислот имеют полярную и неполярную части и могут действовать как детергенты. В желчи они практически все (> 99,5%) присутствуют в конъюгированной форме, то есть в виде амидных соединений с глицином или таурином. Глициновые и тауриновые конъюгаты желчных кислот обычно присутствуют в желчи здоровых субъектов в соотношении примерно 3:1, соответственно. Строение таких конъюгатов, называемых иногда парными желчными кислотами, может быть представлено в следующем виде:

С23Н26(ОН)3–СО–NН–СН2–СООН – холилглицин

С23Н26(ОН)3–СО–NН–СН2 - СН2–SО3Н – холилтаурин

Ранее конъюгаты желчных кислот называли, например, гликоили таурохолат; в настоящее время рекомендуется использовать термин холилглицин вместо гликохолат, что более правильно отражает структуру аминоацильных амидов желчных кислот. Поскольку желчь содержит значительное количество ионов Na+ и К+, а все глициновые и тауриновые производные желчных кислот полностью ионизированы при рН кишечного содержимого, принято рассматривать конъюгаты желчных кислот в форме солей. В 1978 году G. Нaslewood был пред-

ложен общий термин соли желчных кислот.

По физико-химическим свойствам основные желчные кислоты разделяют на гидрофобные (литохолевая, дезоксихолевая, хенодезоксихолевая и холевая) и гидрофильные (урсодезоксихолевая) кислоты. Существенное уменьшение липофильности урсодезоксихолевой кислоты обусловлено наличием 7-бета-ОН-группы.

2. Метаболизм желчных кислот

Для желчных кислот термин “метаболизм” означает их биосинтез и биотрансформацию во время кишечно-печеночной рециркуляции.

224

2.1. Биосинтез первичных желчных кислот и его регуляция

Синтез в печени желчных кислот из холестерина: 1) обуславливает около 40 % ежедневного удаления холестерина из организма; 2) пополняет ежедневную потерю желчных кислот с фекалиями, сохраняя пул циркулирующих желчных кислот.

Первичные желчные кислоты, холевая и хенодезоксихолевая, синтезируются в печени из холестерина. При этом происходит два главных изменения в молекуле холестерина:

1)модификация циклопентанпергидрофенантренового кольца или стероидного ядра;

2)окисление и укорочение восьмиуглеродной боковой цепи или углеводородного “хвоста”.

Биосинтез желчных кислот включает в себя 14 ферментативных реакций, происходящих в эндоплазматическом ретикулуме, цитозоле, митохондриях и пероксисомах гепатоцита.

Инициирующим и скорость-лимитирующим шагом в этом пути

биосинтеза желчных кислот является превращение холестерина в 7α- гидроксихолестерин. Эта реакция катализируется холестерин-7α- гидроксилазой (КФ 1.14.13.17), микросомальным ферментом, находящимся только в печени. Активность холестерин-7α-гидроксилазы стимулируется тиреоидными гормонами, ингибируется гидрофобными

желчными кислотами и глюкагоном. Далее 7α-гидроксихолестерин превращается через реакции изомеризации и окисления в ключевой

интермедиат 7α-гидрокси-4-холестен -3-он (не имеет тривиального названия). Этот ненасыщенный интермедиат является точкой ветвления для синтеза холевой или хенодезоксихолевой кислот.

Схема биосинтеза желчных кислот в печени.

ХС

7α-гидроксилаза (1)

7α-гидроксиХС

7α-гидрокси-4холестен-3-он

Холевая Хенодезоксихолевая кислота кислота

Активность 7α-гидроксилазы ингибируется гидрофобными желчными кислотами.

225

У здоровых людей размеры пулов первичных желчных кислот схожи (около 1 г каждый). Однако объем ежедневного синтеза хенодезоксихолевой кислоты равен только половине от такового для холевой кислоты, 0,1-0,25 г и 0,18-0,36 г, соответственно. Различия объясняются более эффективным всасыванием конъюгатов хенодезоксихолевой кислоты в тонком кишечнике и неконъюгированной ее формы в толстом кишечнике. Это обуславливает и более высокую концентрацию хенодезоксихолевой кислоты в сыворотке крови.

2.2.Синтез вторичных и третичных желчных кислот

Втолстом кишечнике часть первичных желчных кислот под действием ферментов бактерий образуют вторичные желчные кислоты.

Главные желчные кислоты человека.

Холестерол

↓ печень ↓ Первичные Холевая Хенодезоксихолевая

кишечные кишечные бактерии бактерии

Вторичные Дезоксихолевая Литохолевая [7-оксолитохолевая] кишечные бактерии

печень Третичные Урсодезокси -

холевая

Главными реакциями при этом являются деконъюгирование и 7α-дегидроксилирование с образованием дезоксихолевой кислоты из холевой, а литохолевой кислоты из хенодезоксихолевой. Третья вторичная желчная кислота (неотносящаяся, однако, к основным желчным кислотам желчи), 7-оксолитохолевая (3α-моногидрокси-7-оксо-5β- холановая), образуется через 7α-дегидрирование хенодезоксихолевой кислоты и является предшественником в синтезе урсодезоксихолевой кислоты.

2.3. Кишечно-печеночная рециркуляция желчных кислот

Функции:

1.Удаление излишков холестерина из организма (в виде желчных кислот и солюбилизированных желчными кислотами неизмененных молекул).

2.Соли желчных кислот возвращаются в гепатоциты и ингибируют свой собственный синтез из холестерина. Тем самым они могут непрямо регулировать синтез холестерина в печени.

226

3.Обеспечение всасывания (путем образования сложных мицелл) больших количеств продуктов переваривания жиров при относительно малом общем пуле желчных кислот.

Около 93-99% всех желчных кислот, поступивших в кишечник,

могут всасываться обратно пассивной диффузией по всей длине кишечника.

Кишечно-печеночная циркуляция желчных кислот

Неконъюгированные желчные кислоты пассивно абсорбируются в толстом кишечнике. Глициновые и тауриновые конъюгаты желчных кислот всасываются активным транспортом в дистальных отделах подвздошной кишки. Примерно 0,2-0,3 г желчных кислот не абсорбируется и выводится из организма с фекалиями. Желчные кислоты фекалий здоровых лиц представлены, главным образом, дезоксихолевой и литохолевой кислотами.

Поступающие из слизистой оболочки кишечника в кровь воротной вены желчные кислоты активно захватываются печенью, 40-90% за один пассаж через печень в зависимости от вида желчной кислоты. Эти желчные кислоты затем секретируются в желчные канальцы посредством специальных транспортных систем. При этом менее 5% секретируемых в желчные канальцы желчных кислот являются вновь синтезированными. Таким образом, желчные кислоты в составе желчи вновь поступают в кишечник. Такой кругооборот желчных кислот,

называемый кишечно-печеночной рециркуляцией, повторяется 4-12 раз за сутки. Это обеспечивает, при относительно малом (около 3 г) общем пуле желчных кислот, билиарную секрецию около 12-36 г в сутки. Незахваченная при прохождении через печень часть желчных кислот поступает в системный кровоток. В крови желчные кислоты транспортируются, в основном, в связанном с альбуминами и липопротеинами со-

227

стоянии, и продолжают захватываться печенью, имея период полужизни только несколько минут.

Ничтожное количество желчных кислот (< 0,5 мг/сут или < 10 мкмоль/сут) выводятся из организма с мочой.

Уровень желчных кислот в периферической крови колеблется в диапазоне 1-5 мкмоль/л. Доминирующими (около 80%) желчными кислотами в сыворотке крови натощак являются хенодезоксихолевая и дезоксихолевая.

3. Холелитиаз

Желчнокаменная болезнь, или холелитиаз (от греч. chole - желчь, lithos - камень) является второй проблемой в гастроэнтерологии после язвенной болезни. Камни желчного пузыря встречаются у женщин с частотой 1:11, у мужчин – 1:29, то есть женщины болеют желчнокаменной болезнью в 3-5 раз чаще.

Движение холестерина из печени в желчь сочетается с одновременной секрецией фосфолипидов и желчных кислот. Если этот сопряженный процесс нарушается и в желчь поступает больше холестерина, чем может быть солюбилизировано присутствующими желчными кислотами и фосфолипидами, он может преципитировать в желчном пузыре, инициируя образование желчных камней.

Причины возникновения перенасыщенности желчи холестеролом следующие: 1) избыточная секреция холестерола в желчь, особенно при ожирении; 2) уменьшенная секреция в желчь желчных кислот; 3) недостаточная секреция в желчь фосфолипидов и 4) комбинация этих причин.

Для лечения желчнокаменной болезни, кроме хирургических методов удаления желчных камней, применяется медикаментозное растворение холестериновых желчных камней с помощью лекарственных средств – хенодезоксихолевая кислота (хенофалк) и урсодезоксихолевая кислота (урсофалк). Прием этих препаратов внутрь: 1) возмещает недостаток эндогенных желчных кислот в желчи; 2) ингибирует синтез холестерина в печени (за счет ингибирования ключевого фермента биосинтеза – 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА-редуктазы), что ведет к уменьшению поступления холестерина в желчь. Это препятствует образованию и росту желчных камней. Кроме того, урсофалк образует с холестерином жидкие кристаллы, что также способствует растворению желчных камней.

228

Лекция 22

ОБМЕН БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ. АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС. ПЕРЕВАРИВАНИЕ БЕЛКОВ. ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Обмен белков занимает особое положение среди других обменов, что объясняется специфическими функциями белков. Белки, как и углеводы и жиры, выполняют энергетическую функцию. При полном окислении 1 г белков в организме выделяется 4,1 ккал (17,2 кДж), однако для получения энергии белки могут быть полностью заменены углеводами или липидами. Исключение из пищи углеводов и жиров даже на длительный срок не приводит к существенным нарушениям в организме. Исключение же белков из пищи даже на короткий срок приводит к серьезным или необратимым патологическим изменениям. Это связано с нарушением главных функций белков - пластической (белки - основа всех клеточных структур организма) и каталитической.

Даже у взрослого сформировавшегося организма постоянно происходит обновление составных химических частей тела, т.е. его стабильность определяется равновесием скорости синтеза и распада его составляющих и, в первую очередь, белков. Благодаря этому происходит разрушение сложных клеточных структур и их обновление. Таким образом, все белки организма находятся в динамическом состоянии, т.е. постоянно обмениваются, но обновление разных белков происходит с разной скоростью. Так, период полураспада белков плазмы крови, печени, слизистой желудка, кишечника составляет 10 суток, а белков мышечной ткани - 180. Очень медленно обмениваются белки соединительной ткани, мозга. В целом период полураспада всех белков человеческого организма составляет около 80 суток. Синтез белков не прекращается даже при длительном голодании.

Высокая скорость обновления белков организма свидетельствует о постоянной потребности организма в строительном материале - аминокислотах. Источником аминокислот являются белки пищи, в то же время наравне с ними используются аминокислоты, образующиеся при распаде собственных белков. Общий пул (фонд) свободных аминокислот в тканях, таким образом, состоит из аминокислот пищи, аминокислот распавшихся белков организма (внутриклеточный гидролиз), а также заменимых аминокислот, синтезировавшихся в организме из других соединений или при превращении аминокислот друг в друга. Установлено, что 2/3 этого метаболического пула составляют именно эндогенные аминокислоты.

О состоянии обмена белков в организме судят по азотистому балансу, т.е. разнице между количеством азота, поступающего в орга-

229

низм, и количеством азота, выводимого из организма ( с мочой и к а- лом) в виде конечных продуктов обмена. Возможны три состояния азотистого баланса.

Положительный азотистый баланс - состояние, при котором количество поступающего азота превышает количество выводимого из организма. Такое состояние характерно для детского возраста (у растущих организмов), беременности, периода лактации, периода выздоровления людей после перенесенных тяжелых заболеваний, спортсменов в период интенсивной тренировки. При таком состоянии азотистого баланса синтетические процессы превалируют над процессами распада белков органов и тканей.

Отрицательный азотистый баланс - состояние, при котором количество азота, выделяемого из организма, превышает количество азота, принимаемого с пищей в течение суток. Оно встречается при голодании (частичном или полном), белковой недостаточности, тяжелых раневых и инфекционных заболеваниях, в норме в старческом возрасте. Старики, как правило, теряют в весе, хотя в организм может поступать достаточное количество белков.

Азотистое равновесие - состояние, при котором количество вводимого с пищей азота равно количеству азота, выводимого из организма.

Оно характерно для здорового взрослого человека, находящегося на полноценной диете. Таким образом, для того, чтобы здоровый человек находился в состоянии азотистого равновесия, для удовлетворения его потребностей в белках важную роль играет количество поступающих в организм белков. Этот фактор очень важен также и у детей для их нормального роста и развития. В связи с этим были определены нормы белков в питании. Исследования проводились на добровольцах, находившихся на безбелковой диете в течение 10 суток. Было установлено, что через несколько суток безбелковой диеты человек начинает выделять постоянное количество азота в сутки - 53 мг на 1 кг массы. Эта величина была названа коэффициентом изнашивания, который выражал количество азота распадающихся азотсодержащих веществ (белков, аминокислот) на 1 кг массы тела. В пересчете на среднюю массу человека - 70 кг количество выделяемого в сутки взрослым человеком азота составило 3,71 г (53 х 70), что соответствует 23,2 г распадающегося белка (3,71 х 6,25, так как содержание азота в белках в среднем составляет 16%). Однако введение такого количества белков в рацион не приводило к азотистому равновесию, и баланс был резко отрицательным. Кроме этого в опытах не были учтены потери белков эпидермиса, волос, ногтей, пота и др. Следующим этапом исследования было введение в диету 46 г белков, в результате чего в состоянии покоя в организме устанавливалось азотистое равновесие, но которое

230