Биохимия крови

Внутренняя среда организма формируется совокупностью биологических жидкостей (кровь, лимфа, тканевая жидкость), омывающих клетки и структуры тканей. Эти жидкости функционально тесно взаимосвязаны, они постоянно обмениваются между собой клетками и молекулами.

Химический состав плазмы

Функции крови
Дыхательная -транспорт кислорода от легких к тканям и CO2 от тканей к легким
Выделительная - транспорт конечных продуктов метаболизма к органам выделения (почкам, легким, коже, потовым железам, кишечнику) для удаления.
Защитная (иммунитет, гемостаз и др.)
Транспортная
Трофическая - транспорт субстратов (поступающих с пищей и метаболитов), обеспечивающих основные жизненные потребности клетки
Регуляторная (КОС, водно-электролитный баланс, t°, метаболизма – транспорт БАВ и др.).

Химический состав крови
Большую часть этих функций выполняют компоненты плазмы крови.
Плазма крови состоит на 90-93% из воды и 10-7%. сухого остатка – белки, углеводы, липиды,, органич. метаболиты и электролиты
Сухой остаток на 6,6-8,5% состоит из белков плазмы крови и 1,5-3,5% - органических метаболитов (углеводы, липиды, азотосодержащие продукты) и электролитов (Na+, K+, Ca2+ , Cl-, HCO3- и др.).
Водный и электролитный состав плазмы очень похож на состав др. внеклеточных биологических жидкостей.
Лабораторный мониторинг уровней Na+, K+, Са2+, Cl-, HCO3- и рН крови важны для оценки состояния метаболизма.

Характеристика белков плазмы крови
содержатся в плазме крови
синтезируются в печени или РЭС (реже в специализированных тканях)
проявляют основную функцию в пределах сосудистой системы
секретируются в кровь, а не попадают в результате повреждения тканей
находятся в плазме в концентрации большей, чем в других биологических жидкостях
проявляют генетический полиморфизм, имеют вариантные формы, не связанные с тканевым происхождением
не являются продуктами катаболизма в плазме, но могут быть продуктами ограниченного протеолиза
имеют большее время биологического полураспада в плазме, чем время транспорта по крови.

Состав белков плазмы крови
В плазме обнаружено более 100 разных белков соответствующих этим критериям, содержание которых колеблется в широких пределах
Изучение их функций, содержания, состава при патологии — одна из важных задач клинической биохимии.
Уровень ~10 белков составляющих 90 %, и называемых главными достигает высоких значений (альбумин – 40 г/л).
Остальные 10 % минорные, следовые белки.
приходится свыше 100 различных белков, содержание которых может быть в пределах 50 – 200 мкг/л. Это

Остаточный азот
Все азотсодержащие вещества плазмы образуют общий пул азота, состоящий из:
Азота белкового – осаждаемого кислотами
Азота небелкового (остаточного) (ОА), представленного конечными продуктами обмена АК, ФЛ, АО, Амины и др. азотсодержащих в-в, которые остаются после осаждения белков

Состав ОА
Мочевина - 50% (главный компонент)
АК - 25% (~ 10% ГЛУ и ГЛН)
Ураты - 8%
Креатинин - 2.5%
NH3 и индикан - 0.5%
билирубин, нуклеотиды, биогенные амины, метаболиты АК, АО, холин, олигопептиды и др

Ds значение ОА
Уровень ОА зависит от:
Интенсивности катаболизма
Травмы (ожоги, краш-синдром)
Распад тканей (tbc, c-r, etc )
Гнойно-воспалит процессы
О радиационные травмы и др.
Питания
Кол-во белка, НК и др.
Экскреторной функции почек
ОПН, ХПН, др поражения почек
Нарушение кровообращения почек
ОА
крови
Экскреция с мочой
Обмен в-в
Диета

Азотемия - повышение уровня ОА в крови
Ретенционная – задержка компонентов ОА в организме из-за нарушения экскреторной функции почек
Почечная азот мочевины составляет 90% ОА крови (норма 50%) (ОПН, ХПН – отравления, травмы, гломерулонефриты, пиелонефриты и др поражения почек)
Внепочечная азотемия возникает при снижения почечного кровотока из-за недостаточности кровообращения, снижения АД (шок, коллапс, большая кровопотеря)
Продукционная – увеличение продукции ОА за счет катаболизма
Комбинированная

Общие понятия КОС
КОС – система гомеостаза рН внутри- и внеклеточной среды организма.
Единицы измерения :рН = -lg [H+],
сдвиг рН: на 1ед соответствует 10 кратному изменению [H+]
на 2ед соответствует 100 кратному изменению [H+]
рН внутри клеток рНi ~ 6.9 – 7.0
рН вне клеток рНО =7.40±0.04 [H+] ~ 40 ±0.5 нМ/л
Кислоты – доноры H+
Основания – акцепторы H+
Щелочи - доноры ОН -
Буфер система состоит из слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием, стабилизирует рН,

рН – производное метаболизма
За сутки организм hs образует 50-100 мМ [Н+] на 15-20л ВКЖ.
Весь метаболизм представлен преимущественно обменом кислот (Г6Ф, ЖК, АК и др.):
Распад 100г Б дает ~ 30 мМ Н2SO4 и 100 мМ Н2РО4-
Распад 100 г Л дает ~ 17 мМ Н2РО4-
постоянно образуется ПВК, лактат, ацетат и др.
накопление оснований идет значительно меньше: ОН-, NH3, основных АК, креатинина и др, которые вместе с буферами стабилизируют рН

Стабильный рН - необходимое условие метаболизма
Изменение рН приводит к изменению:
заряда и функции белков (ферментов, каналов, рецепторов и др.), что обуславливает:
рН зависимость всех б/х реакций и многих физиологических процессов в организме
Наличие мощной гомеостатической системы
стабилизации рН

Оптимум рН разных ферментов

Изоосмолярность – осм. давление=310 осМ/л - const
любые изменения должны поддерживать эту константу
Электронейтральность – (по 155 мМ- катионов и анионов)
Постоянство рН
Принципы организации КОС

Механизмы регуляции КОС
Физико-хим – действует в автоматическом режиме и представлен:
разбавлением т.е. выходом Н+ или др. иона из одного компартмента в др. (из клетки в МКЖ или наоборот)
активность буферных систем (см типы, мех-мы действия БС
Физиологические – функция экскреторных органов (выделение или задержка Н+ или др. иона ) – легкие, почки, ЖКТ и др.

Классификация нарушений КОС
рНО =7.40±0.04
рН = 7.35 и ниже – ацидоз
рН = 7.45 и выше – алкалоз
По этиологии:
Респираторный (дыхательный, газовый)
Метаболический
Выделительный
Смешанный
По степени компенсации:
Компенсированный
Декомпенсированный (выраженное истощение буферных систем и сдвиг значений рН)

Механизм развития респираторных нарушений КОС
ацидоз
СО2 + Н2О Н2СО3 Н++ НСО3-
Алкалоз
Причины: изменение частоты дыхания (гипо- или гипервентиляция)

Межорганное взаимодействие в регуляции рН
Если этих респираторных механизмов недостаточно, то активируются др.экскреторные системы.
В печени снижение рН ингибирует биосинтез мочевины.
NH3 + HCO3- ---? мочевина
В почках – ацидо- и аммониогенез – подкисление мочи и одновременно «подщелачивание» крови (за счет поступления НСО3- в плазму). Детоксикация NH3 происходит путем аммониогенеза

Эритропоэтин (Эпо)
Эпо – цитокин, специфический регулятор эритропоэза в костном мозге
Эпо человека – гликопротеид, состоит из 193 АК (ММ -21,28 kDa), синтезируется почками и печенью, скорость его секреции в кровоток возрастает при гипоксии.
Эпо взаимодействует в костном мозге с клетками-мишенями при участии рецептора со свойствами тирозинкиназы способствуя их пролиферации и дифференцировке. Тип вторичного посредника и специфичные гены к настоящему времени точно не установлены.
Действие Эпо усиливается другими факторами (ИЛ-3 и ИПФР).
Рекомбинантный Эпо используется в лечении анемий.

Э общий обзор
Кол-во Э у мужчин - 4.6-6.2 млн/мкл крови, а у женщин - 4.2-5.4 млн/мкл. Общее количество Э в кровотоке ~2.5 x 1013.
Продолжительность жизни Э - 120 суток.
Ежедневно обновлняется ~1 % популяции Э кровеносного русла (200 млрд клеток или 2 млн/сек).
«Старые» Э разрушаются клетками РЭС (селезенка, костный мозг и печень). Образующиеся при распаде гема желчные пигменты выделяются, а Fe и АК глобина используются повторно.
Увеличение кол-ва Э в крови называют полицетемией, снижение – анемией.

Цитоскелет Э

Структура цитоскелета Э
Большинство мембран Э - интегральные Б, гликопротеиды.
Б без углеводной части находятся на внутренней поверхности:
Ферменты - 3ФГА ДГ,
структурные белки (спектрин или актин) и Hb.
анкирин 3 обеспечивает, связь спектрина с цитозольном концом белка полосы 3 с бислоем ФЛ
актиновые филаменты взаимодействуют с несколькими молекулами спектрина , формируется единая молекулярная сеть в мембране эритроцита.

Метаболизм глюкозы в Э
Глюкоза в Э используется в:
Гликолизе (90-95%) – образование АТФ
ПФП (10-5%) - образование NADPH (АОЗ)
Особенностью обмена в Э является боковой путь, ответвляющийся на уровне 1.3-ди ФГК (шунт Раппопорта).

Особенности метаболизма Э (шунт Раппопорта)

Мет Hb редуктазная система Э
Hb(Fe2+)
Met-Hb(Fe3+)
2 G-SH
G-S-S-G
NAD(P)H + H+
NAD(P)+
Мет Hb редуктаза
GSH-редуктаза
ПФП,
изоцитратДГ,
МДГ
Спонтанно, нитриты, нитраты, сульфаниламиды и др.

Синтез порфобилиногена и гема
Первая реакция б/с гема происходит в Мх и происходит путем конденсации гли и сукцинил-КоА при участии пиридоксаль-фосфат содержащего фермента – синтазы d-аминолевулиновой кислоты (дАЛК).
Эта реакция регуляторная и скорость-лимитирующая в синтезе гема
Из Мх дАЛК транспортируется в цитозол, где дАЛК дегидратаза (синтаза порфобилиногена) димеризует 2 молекулы дАЛК с образованием пиррольного кольца порфобилиногена

Синтез порфобилиногена и гема (прод)
Затем следует этап конденсации (голова-хвост) 4 молекул порфобилиногена с образованием линейного тетрапиррола – гидроксиметилбилана при участии фермента порфобилиноген деаминаза (уропорфирин I синтаза)
Гидроксиметилбилан превращается в
Уропорфириноген III и далее в гем (фермент уропорфириноген синтаза)

Б/с гема

Б/с гема (прод)

SH-содержащие ферменты - Феррохелатаза, синтаза дАЛК и дАЛК дегидратаза высокочувствительны к действию тяжелых металлов
Характерный признак для интоксикации Pb - возрастание в крови содержания дАЛК
Протопорфирин и Pb

Экспрессии субъединиц глобина

Кривая диссоциации HbО2

Распад гема
Продолжительность жизни Э ~120 дней, ежедневный оборот Hb ~6 г/день.
Гем из старых Э и др источников (цитохромы и др. гем-содержащие ферменты) освобождаются в РЭС.
Глобин деградирует обычным путем и АК реутилизируются.
Гем окисляется в ЭПС гем оксигеназой с разрывом цикла и образованием линейного тетрапиррола – биливердина, выделения Fe3+ и СО .
Стадия окисления The oxidation step requires heme as a substrate, and any hemin (Fe3+) is reduced to heme (Fe2+) prior to oxidation by heme oxygenase. The oxidation occurs on a specific carbon producing the linear tetrapyrrole biliverdin, ferric iron (Fe3+), and carbon monoxide (CO).
CO выделяется легкими и его количество является показателем активности гем оксигеназы l.

Образование билирубина
Следующий этап СН2 мост (между кольцами III и IV) биливердина восстанавливается биливердин редуктазой до билирубина, с соответствующим изменением цвета
Деградация гема отражается при прогрессирующем «цветении» гематом-синяков темно-синий →красно-желтый → желтый.
Билирубин гидрофобен поэтому транспортируется в виде комплекса с альбумином в печень, где подвергается дальнейшей деградации путем коньюгации с глюкуронидами.

Деградация гема
M= Метил, P=Пропионил V=Винил

Билирубин-диглюкуронид
В гепатоцитах УДФ-глюкуронил трансфераза присоединяет 2 остатка ГК к билирубину с образованием гидрофильного билирубина-диглюкуронида, что облегчает его экскрецию.
Билирубин и его метаболиты называются
желчными пигментами.

Клинические аспекты метаболизма гема
представлены в виде:
Дефектов ферментов и нарушения б/с гема – порфирий, которые сопровождаются увеличением содержания в крови и моче интермедиатов б/с гема .
Врожденные и приобретенные нарушения метаболизма и экскреции билирубина – гипербилирубинемии (желтухи).

Желтухи
Гипербилирубинемия проявляется в виде желтух – желтой пигментации кожи и слизистых.
В норме в кишечнике билирубин при участии бактерий превращается в уробилиноген (мезобилиноген), который выделяется с фекалиями.
Bilirubin and its catabolic products are collectively known as the bile pigments.

Нейтрофилы (гранулоциты) –полиморфноядерные лейкоциты:
обладают выраженной способностью к фагоцитозу,
Хорошо развитый, подвижный цитоскелет,
Активное Мх и Мс - окисление
Систему продукции NADPH (ПФП и др.)
Систему генерации АФК
Богаты гранулами (определяющие название), в состав которых входят гидролазы - протеазы: эластаза, коллагеназа или катепсин G и гликозидазы: лизоцим (мураминидаза), лизирующие бактерии

4O2
2O2
H+
2H2O2
2H2O + O2
(pH↓)
Цитоплазма
4e-
Вакуоль
4K+
и/или
4H+
(pHнейтр)
(pH↑)
NADPH
оксидаза
Компенсаторный
обмен
Плазмалемма
Мембрана
Протонирование