бышевский-биохимия для врача

рация универсальных носителей энергии, восстановительного эквива­ лента и структурных блоков. Три элемента, составляющих цель метаболизма, объединены принципиальным сходством механизмов регуляции превращения отдельных химический соединений:

присутствием лимитирующих метаболические пути реакций и энзимов; аллостерическим характером регуляции ключевых энзимов;

использованием общих коферментных структур; принципиально одинаковыми механизмами гормональной регуля­ ции; наличием общих метаболитов;

возможностью взаимопревращений через общие метаболиты.

Раздел III. Биохимия патологических процессов

7. Врожденные нарушения метаболизма (молекулярные болезни)

М олекулярные заболевания или врожденные пороки метаболизма — пато­ логия, обусловленная молекулярным дефектом, нарушением превращ ений одного или более видов молекул. М олекулярные дефекты вызываю тся м ута­ цией структурных генов, заменой одного из азотистых оснований в мононук­ леотиде какого-либо триплета ДНК другим. Такие изменения представляю тся случайными, возникающими спонтанно или под влиянием невыясненных причин. У человека наиболее частая форма мутаций — точечная: изменение одного основания (чаще всего это трансверсия, замена пуринового основания пиримидиновым или наоборот).

Трансверсия проявляется на уровне клетки прекращением синтеза какоголибо белка, появлением необычного белка, нередко белка-фермента. Д ефекты ферментов чаще обнаруживают себя и легче определяются.

Последствия дефекта на уровне организма зависят от степени остаточной активности фермента, роли заблокированного пути в обмене, наличия альтер­ нативных путей, степени токсичности метаболита, накапливающегося вслед­ ствие блокады метаболического процесса.

Вотдельных случаях энзимдефект приводит лишь к снижению адаптивных свойств организма и служит причиной предрасположенности к заболеванию.

7.1.Энзимопатии

Вэтой группе заболеваний объединены те, которые вызваны врожденным энзимдефектом.

7.1.1.Нарушения метаболизма углеводов и гликопротеинов

7.1.1.1. Моносахариды

Эссенциальная ф руктозурия обусловлена недостаточностью фосфофруктокиназы, катализирующей превращение фруктозы в фруктозо-1-фосф ат, что исключает ее включение в метаболизм. Ф руктоза накапливается и выделяется с мочой.

Клинические проявления отсутствуют. Сахар в моче обнаруживают при обследовании в связи с подозрением на сахарный диабет или по какому-либо другому поводу. Важно исключить диабет, что и следует осуществить в случае, если единственное указание на диабет — мелитурия.

С этой целью причину мелитурии устанавливают с помощью глюкозооксидазной реакции, которая специфична для глюкозы, и проводят пробу Селиванова — при отсутствии глюкозы положительная реакция укажет на фруктозурию.

Наследственная непереносимость ф руктозы клинически проявляется при переводе на пищу, содержащую фруктозу (когда в рацион включает ф рукты или соки, сахарозу или сорбит). Признаки: приступы рвоты, болей в животе, гипогликемия после определенной пищи, гипотрофия, прогрессирующее нару­ шение функций печени. Нередко процесс развивается остро после приема с пищей фруктозы: примерно через 30 мин рвота, боли в животе, профузное потение (гипогликемия), диарея, возможна кома и судороги. Наблюдаются гипофосфатемия, рост содержания в крови магния, уратов, фруктозы.

Ребенок сам исключает из пищи сладости, отличается хорошим состоянием зубов.

При продолжающемся потреблении фруктозы нарастает синдром хрони­ ческой печеночной недостаточности и нарушение функций почечных каналь­ цев, напоминающее тирозинемию.

В основе синдрома — недостаточность фруктозо-1-фосфат-альдолазы, ката­ лизирующей распад фруктозо-1-фосфата и его дальнейшие превращения. Накопление фосфорилированной фруктозы вызывает гипофосфатемию: фрук- тозо-1-фосфат тормозит фосфорила зу (замедляет гликогенолиз) и фосфогексоизомеразу (тормозит превращение глюкозы в фруктозо-6-фосфат), что сопро­ вождается нарушением гликолиза. Это наряду с гипофосфатемией приводит к ослаблению продукции АТФ. Дефицит АТФ и гипофосфатемия служат сигнала­ ми для расщепления адениловых нуклеотидов — источников внутриклеточного фосфора. В итоге повышается содержание инозинмонофосфата, накапливается мочевая кислота и как следствие возникает гиперурикемия.

В диагностике особое значение придают выяснению связи между приемами фруктозосодержащ ей пищи и приступами заболевания. Из лабораторных данных наиболее существенны: выявление в моче редуцирующих веществ и их дифференциация (фруктоза или галактоза), результаты пробы на толеран­ тность к фруктозе (0,25 г фруктозы на 1 кг массы тела в течение 5 мин вызывают при непереносимости гипофосфатемию, гиперурикемию, умерен­ ную гипогликемию). К биопсии прибегать нет необходимости.

Непереносимость фруктозы может быть обусловлена такж е дефицитом фруктозо-1,6-дифосфатазы . В этом случае наблюдаются описанные выш е метаболические сдвиги, однако печеночные нарушения не прогрессируют до степени недостаточности, больные не избегают сладостей.

Механизм развития биохимических сдвигов примерно тот же, что при дефиците ф руктозо-1 -фосфатальдолазы .

Галактозем ия может быть вызвана отсутствием одного из трех ферментов, обеспечивающих ее вхождение в общий путь метаболизма углеводов, осуще­ ствляющееся в следующем порядке.

1. Галактоза при участии галактокиназы фосфорелируется за счет АТФ, превращ аясь в галактозо-1-фосфат.

2.Галактозо-1-фосфат взаимодействует с УДФ-глюкозой, превращ ается в УДФ -галактозу, а глюкоза высвобождается в виде глюкозо-1-фосфата (ката­ лизатор — галактозо-1-фосфат-уридилтрансфераза).

3.УДФ -галактоза при участии эпимеразы преобразуется в УДФ -глюкозу (эпимерное превращение).

визбытке и появляется в моче. Заболевание обычно проявляется ухудшением зрения в результате образования катаракт. Их возникновение связано с усиленным образованием галактитола (дульцитол) — продукта восстановле­ ния галактозы (в норме этот процесс протекает с малой скоростью при участии

вкачестве восстановительного эквивалента НАДФ • Н2). Н акапливаясь в

стекловидном теле, галактитол связывает большие количества воды, что приводит к разры ву зонулярных волокон.

Наличие галактозы в моче при отсутствии печеночных наруш ений и сниженная активность галактокиназы в эритроцитах — признаки галактоземии, обусловленной дефицитом галактокиназы.

Деф ицит галактозо-1-фосфат -уридилтрансферазы ведет к накоплению галактозо-1-фосфата и галактозы. Недостаточность проявляется почти так же, как непереносимость фруктозы, и возникает уж е через несколько дней после начала кормления: диарея, рвота, дегидратация, желтушность, сохраняюща­ яся длительнее, чем обычная желтуха новорожденных. Позднее присоеди­ няется гепатомегалия.

Биохимические изменения включают галактоземию, галактозо-1-фосфате- мию, появление тех ж е продуктов в моче, аминоацидурию, протеинурию и тирозинемию (последние три изменения вызваны нарушением функции почек, приводящим к развитию почечного канальцевого ацидоза). Если галактоза не исключена из рациона, наблюдается задерж ка психического развития и возможен летальный исход.

Абсолютный признак дефицита галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы — снижение ее активности в эритроцитах (от 10 до 50% от нормы при разных формах

заболевания). Наличие галактозурии не патогномонично для заболевания, тем более что ее дифференциация от других сахаров требует малодоступных методов исследования Прибегать к нагрузке галактозой не следует. Полезнее испытать эффект рациона, не содержащего галактозу — в случае дефицита галактотрансферазы это приводит к быстрому улучшению состояния больного.

В заключение отметим, что имеются основания связы вать дефицит галакто- зо-1-фосфат-уридилтрансферазы с изменением 21-й хромосомы. Так при болезни Дауна, характеризующейся трисомией 21-й хромосомы, активность фермента на 50% выше, чем в норме.

Дефицит урадинфосфатгалактозо-4-эпимеразы описан к середине 80-х годов лишь у больных одной семьи: наблюдали гипергалактоземию и галактозурию при отсутствии каких-либо клинических проявлений.

Пентозурия (а-ксилулозурия) обусловлена отсутствием НАД • Н -зависимо- го фермента, катализирующего восстановление а-ксилулозы до ксилитола — реакции, инициирующей процесс превращения ксилулозы в глюкозо-6-фос- ф ат, ее включение в общий путь превращения углеводов. При этом деф екте с мочой ежедневно выводится несколько граммов а-ксилулозы без клинических проявлений.

7.1.1.2. Недостаточность дисахаридаз

Эта патология характеризуется синдромом, включающим следующие при­ знаки:

диарея, вздутие живота и боли после приема с пищей определенного сахара (симптомы исчезают после исключения этого сахара из пищи);

pH кала ниже 6,0;

мелитурия интермиттирующая (при выраженной диарее); после нагрузки определенным сахаром не повышается гликемия; в биоптате слизистой отсутствует определенный фермент.

Непереносимость м альтазы и изом альтазы всегда сочетается с неперено­ симостью сахарозы, обусловлена дефицитом изомальтазы (мальтазы 1а) и сахарозы. Дисахариды не расщепляются и не могут быть утилизированы. Повышая осмотическое давление в содержимом кишечника, они связывают воду и вызывают понос. После нагрузки крахмалом или сахарозой до 1,5 ч не обнаруживается рост гликемии, характерный для здоровых людей. П репараты дрожжевой у-амилазы и сахаразы (инвертазы), принимаемые перед нагруз­ кой, оказывают нормализующее действие. Проба с нагрузкой глюкозой сопро­ вождается обычным изменением гликемической кривой.

Непереносимость лактозы выявляется у детей, так как их пища (молоко) содержит в суточной порции примерно 50-60 г этого дисахарида. Обусловлена непереносимость дефицитом лактазы щеткообразного кишечного эпителия. К перечисленным выше признакам присоединяется гипотрофия. При тяж елой диарее возможно появление лактозы в кале. Ослаблен подъем гликемической кривой на введение лактозы, но не изменен в ответ на нагрузку глюкозой и галактозой. Быстрое улучшение состояния при безлактозной диете.

От приобретенной недостаточности лактазы, распространенной довольно широко, наследственную отличает появление признаков заболевания в первые дни после рождения.

Следует дифференцировать с синдромом непереносимости лактозы без дефицита лактазы, протекающим злокачественно: проявляется в первые дни после рождения тяжелой диареей, рвотой и ацидозом, лактозурией, часто аминоацидурией и протеинурией.

При исключении лактозы из пищи все симптомы исчезают, минимальное количество лактозы вызывает рецидив. Нагрузка лактозой вызывает нормальное повышение гликемии. Отличительные признаки: лактозурия, нормальный рост гликемии в ответ на введение лактозы, нормальная активность кишечной лактазы.

7.1.1.3. Гликогенозы

Для понимания механизмов развития гликогенозов необходимо вспомнить основные моменты обмена гликогена. Этот полисахарид — полимер субъеди­ ниц Д-глюкозы, связанных 1,4-гликозидными связями в линейные цепи, у которых имеются ответвления через 1,6-гликозидные связи:

повышает гликемию, так как глюкозо-6-фосфатаза функционирует. Проба с глюкагоном не вызывает гипергликемии, но и не увеличивает содержание лактата.

В биоптатах печени снижена активность амило-1,6-глюкозидазы.

Болезнь Андерсена (амилопектиноз, гликогеноз типа ІҮ) проявляется как цирроз печени с желтухой и печеночной недостаточностью, обусловленный накоплением гликогена в печени. Позднее может присоединиться мышечная слабость, такж е вызванная накоплением гликогена. Его избыточное отложение связано с дефектом ветвящего фермента (амило-1,4;1,б-трансглюкозидазы). Этот фермент лимитирует рост наружных ветвей, в его отсутствии гликоген отличается очень длинными наружными ветвями с редкими точечными ветвлениями.

Наличие печеночной недостаточности в качестве единственного признака требует исключить галактоземию и наследственную непереносимость фруктозы, тирозинемию и болезнь Вильсона. Диагноз ставят по результатам исследования активности ветвящего фермента в лейкоцитах.

Болезнь М ак-Ардля (гликогеноз тип Ү) проявляется впервые около 30 лет: боли в мышцах после умеренной физической нагрузки. Установлена связь заболевания с дефицитом мышечной фосфорилазы, отличающейся от печеночной.

Дефект диагностируется на основании лабораторных данных: после напря­ женной мышечной работы в крови увеличивается активность мышечных ферментов — креатинфосфокиназы, альдолазы и лактатдегидрогеназы, но остается в норме концентрация лактата. Дело в том, что лактат при мышечной нагрузке растет в связи с ускоренным потреблением мышцами глюкозы. При отсутствии мышечной фосфорилазы энергетика мышцы обеспечивается не глюкозой, а жирными кислотами.

Болезнь Херса (гликогеноз тип ІҮ) — самый легкий по течению вариант болезни накопления гликогена, проявляющийся гепатомегалией, слабовыраженным замедлением темпов роста. В основе заболевания лежит нарушение актива­ ции печеночной фофорилазы. Участок нарушения активации фермента у разных больных неодинаков — дефект активации протеинкиназы, киназы фосфорилазы или собственно фосфорилазы. У большей части больных наблюдали отсутствие киназы фосфорилазы.

Лабораторно: гипогликемия обнаруживается не всегда, однако глюкагон не вызывает роста гликемии. Это изменение наряду с легкостью течения позво­ ляет заподозрить заболевание. Однако окончательный диагноз можно устано­ вить, только оценив активность фосфорилазного комплекса в лейкоцитах.

Болезнь Тэрье (гликогеноз тип ҮІІ) напоминает болезнь М ак-А рдля тем, что мышечная нагрузка вызывает боли в мышцах и сопровождается гиперлактат- и гиперпируватемией, возможна миоглобулинурия. Отличается механизмом нарушения углеводного обмена в мышцах — дефицит фосфофруктокиназы . Диагноз ставят на основании сниженной активности этого фермента в эритро­ цитах.

Болезнь Х ойджина (гликогеноз тип ҮІІІ) сходна по проявлениям с гликогенозом типа ҮІ. Причина — низкая активность фосфорилазы гепатоцитов. Может рассматриваться как один из уточненных вариантов болезни Херса.

В заключение приводим общую сравнительную характеристику гликогенозов (табл. 20).

7.1.1.4. Нарушения обмена мукополисахаридов (гликозаминогликанов)

Гликозаминогликаны (ГАГ) — гетерополисахариды, углеводный стержень которых образован чередующимися остатками уроновой кислоты и гексозамина. Отличаются между собой по составу блоков, из которых они построены, а такж е по тому, какие из заместителей содержат сульфатные остатки. Ф ункция ГАГ — поддержание структурной целостности соединительной ткани, роль «смазки», определенная роль в организации межклеточного матрикса. ГАГ взаимодействуют с компонентами клеточных мембран в таких процессах, как рост клеток, межклеточные коммуникации, восприятие информации, взаимо­ действие некоторых плазменных белков с сосудистой стенкой.

М укополисахаридозы — патология, характеризую щ аяся отложением в разных тканях полимерных углеводов — гликозоаминогликанов или мукопо­ лисахаридов, вызванным дефектом специфической лизосомной гидролазы.

Синдром Гурлера-Шейе — вариант промежуточной тяж ести с продолжи­ тельностью жизни до 20 лет и дольше, но тяж елее, чем синдром Шейе. Признаки идентичны, в том числе отставание в росте и умственном развитии.

В основе болезни — дефицит a -L -идуронидазы.

Синдром Гунтера развивается при дефиците идуронатсульфатазы . Клиника напоминает синдром Гурлера с менее выраженными нарушениями психики, но с обязательной глухотой. Помутнение роговицы минимально — выявляется только с помощью щелевой лампы.

С мочой в избыточном количестве выделяются измененные полимеры дерматансульфата и гепарансульфата, снижена активность идуронатсульфа­ тазы в лейкоцитах.

Синдром Санфилиппо вызван отсутствием одного из трех ферментов, расщепляющих гепарансульфаты: N-сульфамидазы, N -ацетилглюкозамини- дазы или а-глюкозаминид-Ы -ацетилтрансферазы.

Х арактеризуется умственным и физическим отставанием ребенка, гру­ бостью черт лица. Продолжительность жизни — до полового созревания.

Лабораторно: высокий уровень гепарансульфатов в моче.

Синдром Моркио вызван дефектом галактозо-6-сульфатазы, которая рас­ щепляет связь, имеющуюся только в кератансульфате. Дефект катаболизма кератаноульфата ведет к его накоплению в составе хрящ а межпозвоночных дисков и роговицы, что и определяет клинику заболевания.

Поражается преимущественно скелет: в возрасте 12-18 мес. можно заметить выступание нижних ребер, к этому ж е сроку выявляется огрубление черт лица, позднее наступает Х-образное искривление ног, характерно выпирание гру­ дины и очень короткая шея.

Лабораторно: выделение с мочой кератансульфата, снижение активности энзима в лейкоцитах. М укополисахаридурия к подростковому возрасту ослабевает.

Синдром Марото-Лами обусловлен дефектом Ы -ацетилгалактозамин-4- сульфатазы. Х арактеризуется задержкой роста и изменениями скелета при нормальном интеллекте. После двух-трех лет жизни появляются огрубление черт лица, Х-образное искривление ног с поворотом коленей внутрь, нередки поражения сердечных клапанов, помутнение роговицы. Развивается гидроце­ фалия в связи со смещением I и II шейных позвонков.

Лабораторно: обнаружение дерматансульфата и гепарансульфата в моче, снижение активности фермента в клетках.

Дефицит глюкуронидазы — дефект, проявляющийся гротескностью черт лица, гепатоспленомегалией и изменениями скелета.

Лабораторно: выявление дерматан- и гепарансульфатов в моче, метахроматические гранулы в гранулоцитах периферической крови, снижение актив­ ности фермента в лейкоцитах и сыворотке крови.

Мукополипидозы — энзимдефекты, вызывающие патологию, которая имеет некоторые общие признаки с мукополисахаридозами: задерж ка умственного развития, грубость черт лица, нарушения скелета, гепатомегалия, поражения глаз, глухота.

Тип I обусловлен дефицитом нейрамидиназы, отщепляющей концевую N - ацетилнейраминовую (сиаловую) кислоту от олигосахаридных цепей некото­ рых гликопротеинов от ганглиозидов. Избыток этих соединений при дефиците фермента накапливается в лизосомах и иногда выводится с мочей.

Тип II связан с отсутствием у лизосомных ферментов концевого маннозофосфата, который необходим для взаимодействия фермента с рецептором мембра­ ны, обеспечивающим его экзоцитоз и эндоцитоз. При муколипидозе типа II в связи с нарушением возврата ферментов в лизосомы происходит накопление в них неразрушенных макромолекул муколипидов.

Тип III сходен с типом II, отличаясь более благоприятным течением. Известны дефекты ферментов углеводного обмена с преимущественной

локализацией в однотипных клетках или отдельных органах. Эти дефекты приводят, в первую очередь, к избирательным повреждениям определенных органов, клеток или тканей и будут рассмотрены в соответствующих разделах.