Обмен билирубина
Основной источник билирубина — гемоглобин. Он превращается в билирубин в клетках ретикуло-гистиоцитарной системы, главным образом в печени, селезенке, костном мозге. За сутки распадается примерно 1% эритроцитов и из их гемоглобина образуется 10–300 мг билирубина. Приблизительно 20% билирубина образуется не из гемоглобина зрелых эритроцитов, а из других гемсодержащих веществ, этот билирубин называется шунтовым или ранним. Он образуется из гемоглобина распадающихся в костном мозге эритробластов, незрелых ретикулоцитов, из миоглобина и др.
При разрушении эритроцитов гемоглобин расщепляется на глобин, железосодержащий гемосидерин и не содержащий железа гематоидин. Глобин распадается на аминокислоты и снова идет на построение белков организма. Железо подвергается окислению и снова используется организмом в виде ферритина. Гематоидин (порфириновое кольцо) превращается через стадию биливердина в билирубин.
Образующийся билирубин поступает в кровь. Так как он не растворим в воде при физиологическом pH крови, то для транспортировки в крови он связывается с носителем — главным образом, альбумином.
Печень выполняет три важнейшие функции в обмене билирубина: захват из крови гепатоцитами, связывание билирубина с глюкуроновой кислотой и выделение связанного (конъюгированного) билирубина из гепатоцитов в желчные капилляры. Перенос билирубина из плазмы в гепатоцит происходит в печеночных синусоидах. Свободный (непрямой, неконъюгированный) билирубин отщепляется от альбумина в цитоплазматической мембране, внутриклеточные протеины гепатоцита захватывают билирубин и ускоряют его перенес в гепатоцит.
Поступив в гепатоцит, непрямой (неконъюгированный) билирубин переносится в мембраны эндоплазматической сети, где связывается с глюкуроновой кислотой под влиянием фермента глюкуронилтрансферазы. Соединение билирубина с глюкуроновой кислотой делает его растворимым в воде, что делает возможным переход его в желчь, фильтрацию в почках и обеспечивает быструю (прямую) реакцию с диазореактивом (прямой, конъюгированный, связанный билирубин).
Далее билирубин выделяется из печени в желчь.
Экскреция билирубина из гепатоцита в желчь находится под контролем гормонов гипофиза и щитовидной железы. Билирубин в желчи входит в состав макромолекулярных агрегатов (мицелл), состоящих из холестерина, фосфолипидов, желчных кислот и незначительного количества белка.
Желчь течет согласно градиенту давления: печень выделяет желчь при давлении 300–350 мм.водн.ст., далее она накапливается в пузыре, который сокращаясь, создает давление 200–250 мм.вод.ст, что достаточно для свободного истечения желчи в ДПК при условии расслабления сфинктера Одди.
Билирубин поступает в кишечник и под действием бактериальных дегидрогеназ превращается в мезобилиноген и уробилиногеновые тельца: уробилиноген и стеркобилиноген. Основное количество уробилиногена из кишечника выделяется с калом в виде стеркобилиногена (60–80 мг в сутки), на воздухе превращающегося в стеркобилин, что окрашивает кал в коричневый цвет. Часть уробилиногена всасывается через стенку кишечника и попадает в воротную вену, затем в печень, где расщепляется. Здоровая печень полностью расщепляет уробилин, поэтому в норме в моче он не определяется.
Часть стеркобилиногена через систему геморроидальных вен попадает в общий кровоток и выводится почками (около 4 мг в сутки), придавая моче нормальный соломенно-желтый цвет.
Нормальное содержание билирубина в крови:
Общий: 5,1–21,5 мкмоль/л;
непрямой (неконъюгированный, свободный): 4–16 мкмоль/л (75–85% от общего);.
прямой (конъюгированный, связанный): 1–5 мкмоль/л (15–25% от общего).
Повышение уровня общего билирубина в крови (гипербилирубинемия) свыше 27–34 мкмоль/л приводит к связыванию его эластическими волокнами кожи и конъюнктивы, что проявляется желтушным окрашиванием. Тяжесть желтухи обычно соответствует уровню билирубинемии (легкая форма — до 85 мкмоль/л, среднетяжелая — 86–169 мкмоль/л, тяжелая форма — свыше 170 мкмоль/л). При полном блоке желчных протоков ежедневно происходит повышение уровня билирубина на 30–40 мкмоль/ч (до уровня 150 мкмоль/л, далее скорость снижается).
Интенсивность желтухи зависит от кровоснабжения органа или ткани. Сначала обнаруживается желтое окрашивание склер, несколько позднее кожных покровов. Накапливаясь в коже и слизистой, билирубин в сочетании с другими пигментами прокрашивает их в светло-желтый цвет с красноватым оттенком. В дальнейшем происходит окисление билирубина в биливердин, и желтуха приобретает зеленоватый оттенок. При длительном существовании желтухи кожные покровы приобретают черновато-бронзовую окраску. Таким образом, осмотр больного позволяет решить вопрос о длительности желтухи.
Билирубин слаборастворим в плазме и воде; в плазме он специфически связывается с альбумином. Каждая молекула альбумина имеет, по-видимому, два центра связывания билирубина — высоко- и низкоаффинный. В 100 мл плазмы может содержаться 25 мг билирубина, прочно связанного с альбумином по его высокоаффинному центру. «Избыточный» билирубин связывается с альбумином менее прочно; он легко отделяется от альбумина, диффундируя в ткани. Ряд соединений — антибиотики и некоторые другие лекарственные вещества — конкурируют с билирубином за высокоаффинный центр альбумина. Эти соединения могут вытеснять билирубин из комплекса с альбумином и проявляют значительное клиническое действие.
В печени происходит переход билирубина от альбумина на синусоидальную поверхность гепатоцитов при участии насыщаемой системы переноса, в функционировании которой участвует некий переносчик. Эта система облегченного транспорта имеет очень большую емкость и даже при патологических условиях не лимитирует скорость метаболизма билирубина. Поскольку система облегченного транспорта обеспечивает установление равновесия билирубина по обе стороны синусоидальной мембраны гепатоцита, поглощение билирубина зависит от его потребления в последующих метаболических процессах.
Конъюгация билирубина
В печени к билирубину присоединяются полярные группы и он переходит в водорастворимую форму, которая секретируется в желчь. Процесс, обеспечивающий повышение растворимости в воде (т. е. повышение полярности) билирубина, называется конъюгацией. Этот процесс, по крайней мере на начальных стадиях, протекает в гладком эндоплазматическом ретикулуме и осуществляется специальным набором ферментов. У млекопитающих билирубин секретируется в желчь преимущественно в форме билирубиндиглюкуронида (рис. 1).
Рисунок 1 — Структура билирубиндиклюкуронида (конъюгированный «прямой» билирубин).
Глюкуроновая кислота присоединяется эфирной связью к двум группам пропионовой кислоты с образованием ацилглюкуронида (М — метильная группа, V — винильная)
Сначала происходит образование билирубинмоноглюкуронида, которое катализируется UDP-глюкуронилтрансферазой — ферментом, присутствующим в гладком эндоплазматическом ретикулуме и состоящим, вероятно, из нескольких компонентов. Катализируемая реакция представлена на рис. 2.
Рисунок 2 — Конъюгирование билирубина с глюкуроновой кислотой
Донором глюкуроната является UDP-глюкуроновая кислота, образующаяся из UDP-глюкозы.
Она протекает главным образом в печени, а также в почках и слизистой кишечника. При нарушении метаболизма билирубина его конъюгаты находятся в сыворотке преимущественно в форме моноглюку-ронидов.
Образование диглюкуронида билирубина может происходить в канальцах мембраны гепатоцитов при участии UDP-глюкуронилтрансферазы, подобной рассмотренной выше (рис. 1) или другого фермента дисмутазы, которая катализирует превращение двух молекул билирубинмоноглюкуронида в молекулу билирубиндиглю-куронида и молекулу свободного билирубина (рис. 2). Система конъюгации билирубина будет рассматриваться ниже в связи с наследственными нарушениями ее работы.
Активность UDP-глюкуронилтрансферазы может индуцироваться рядом используемых в клинике лекарств, в частности фенобарбиталом.
Есть данные, что еще в древности Митридат систематически принимал небольшие дозы ядов, чтобы избежать острого отравления. «Эффект Митридата» основан на индукции определенных защитных систем: фенобарбитал индуцирует систему цитохрома Р-450, глутатион- и УДФ-глюкуронилтрансферазы и эпоксидгидролазы; дибунол (бутилокситолуол) и бутилоксианизол — эти же трансферазы и ферменты синтеза глутатиона; противораковые лекарства — Р-гликопротеин и синтез глутатиона; металлы вызывают накопление обоих видов связывающих их SH-веществ. В результате возрастает устойчивость клеток и организма к ядам и лекарствам. Так, снотворное действие фенобарбитала постепенно все больше снижается. Курсовое введение фенобарбитала у новорожденных увеличивает связывание и, следовательно, обезвреживание свободного билирубина при наследственном дефекте этой системы или гемолитической желтухе.
Источники билирубина в норме (рис. 38-2). Большинство молекул билирубина образуется в результате катаболизма гемоглобина в стареющих эритроцитах. В норме при этом образуется около 80—85% билирубина в сутки. Когда циркулирующий в крови эритроцит достигает окончания нормального срока своего существования, составляющего приблизительно 120 сут, он разрушается в ретикулоэндотелиальной системе. В процессе катаболизма гемоглобина вначале от гема отделяется глобин, после чего небелковая часть молекулы (ферропротопорфирин IX) разрушается в процессе окисления и превращается в биливердин под действием микросомальной гемоксигеназы. Эта ферментная система нуждается в кислороде и коферменте, представляющим собой восстановленный никотинамиддинуклеотидфосфат (NADPH). Под действием биливердинредуктазы из биливердина затем образуется билирубин (в химической форме билирубина IXa).
Около 15-20% билирубина образуется из других источников. Одним из них служит разрушение созревающих клеток эритроидного ряда в костном мозге, или так называемый неэффективный эритропоэз (см. главу 287). Еще одним источником бывают неэритроидные компоненты (особенно в печени), включающие в себя продукты преобразования гема и близкие к нему по структуре белки (цитохромы, миоглобин и гемсодержащие ферменты). Эти два источника образования билирубина обозначаются совместно как ранняя меченая фракция (термин появился при проведении экспериментов с меченым глицином и D-аминолевулиновой ки слотой — АЛК). Так, когда меченый глицин вводят здоровому человеку, то приблизительно 15% метки обнаруживают в уробилиногенах кала в течение первых 3-5 сут; 85% метки появляется в широком временном диапазоне, пик се определяется приблизительно через 120 сут; эта фракция отражает образование билирубина в норме в результате деструкции стареющих эритроцитов.
Транспорт билирубина. Вслед за высвобождением неконъюгированного билирубина в плазму он фактически весь прочно связывается с альбумином. Максимальная связывающая способность составляет две молекулы билирубина на одну молекулу альбумина, причем связывание происходит обратимым, нековалентным способом. Определенные органические анионы, такие как сульфонамиды и салицилаты, конкурируют с билирубином за общие места связывания на поверхности альбумина и могут вытеснять из них билирубин, что дает ему возможность проникнуть в ткани, например в центральную нервную систему. Большинство данных относительно связывания с альбумином было получено в экспериментах с использованием непрямого билирубина. Прямой билирубин тоже связывается с альбумином, но как обратимым, так и необратимым способами. Обратимое связывание аналогично нековалентному связыванию непрямого билирубина, но связь прямого билирубина наименее прочная. Второй тип связывания приводит к образованию очень прочного, необратимого комплекса альбумин — билирубин, который появляется в сыворотке при нарушении выведения билирубина печенью (например, при холестазе). Вследствие подобного связывания этот комплекс не появляется в моче. Комплекс альбумин — билирубин может также обнаруживаться в сыворотке в течение нескольких недель после устранения обструкции или в период выздоровления больного от печеночной желтухи.
Билирубин обнаруживают в жидкостях организма (в спинномозговой, суставном выпоте, содержимом кист и др.) в пропорциях, соответствующих количеству в них альбумина, но он отсутствует в подлинных секретах, таких как слезы, слюна и сок поджелудочной железы. На развитие желтухи влияют и такие факторы, как кровоток и отеки. Парализованные конечности и отечные участки кожи имеют тенденцию оставаться неокрашенными, при желтухе у больных с гемиплегией и отеками желтушность может быть односторонней.
Метаболизм билирубина в печени (рис. 38-3). Печень играет основную роль в метаболизме желчных пигментов. Различают три фазы метаболизма: 1) поглощение печенью; 2) конъюгация; 3) выведение в желчь. Из этих трех фаз выведение, по-видимому, представляет собой фазу, ограничивающую скорость метаболизма, самую чувствительную к повреждению клеток печени.
Поглощение. Непрямой билирубин, связанный с альбумином, поступает в печеночную клетку, при этом происходит диссоциация пигмента и альбумина. Фаза поглощения и последующего накопления билирубина в гепатоците включает в себя связывание билирубина с определенными цитоплазматическими анион-связанными белками, в частности, с лигандином. Это связывание может предотвратить обратный выход билирубина в плазму.
Связывание. Непрямой билирубин растворим в воде, и, для того чтобы иметь возможность выделяться клетками печени в желчь, он должен превратиться в водорастворимые производные. Это завершается связыванием, вследствие чего большая часть билирубина превращается в глюкуронид билирубина. Эта реакция происходит в эндоплазматической сети гепатоцитов в результате воздействия билирубинглюкуронилтрансферазы. Как показано на рис. 38-3, эта реакция, по-видимому, двухступенчата и приводит вначале к образованию моцоглюкуронида, а затем образуется диглюкуронид. В норме желчь содержит 85% билирубиндиглюкуронида и 15% билирубинмоноглюкуронида. Непрямой билирубин обычно не поступает в желчь (за исключением случаев его фотоокисления, см. ниже).
Экскреция, или секреция, в желчь. В норме для того, чтобы билирубин поступил в желчь, он должен находиться в связанном виде. Несмотря на то что этот процесс в целом недостаточно ясен, секреция прямого билирубина в желчь, по-видимому, представляет собой энергозависямую и ограничивающую скорость метаболизма фазу в метаболизме билирубика в печени. Если она нарушается, то: 1) снижается секреция билирубина в желчь и 2) происходит рсгургитация, или обратный выход прямого билирубина из клеток печени в кровоток.
Рис. 38.3. Поглощение билирубина (Б) печенью, его связывания и экскреции в желчь печеночной клеткой.
Несмотря на то что превращение билирубинмоноглюкуронида (БМГ) в билирубин-диглюкуронид (БДГ), по-видимому, катализируется глюкуронилтрансферазой, некоторые исследователи считают обязательным участие в этом превращении мембранной трансглюкуронидазы плазмы. УДФ — уридиндифосфат; Ал — альбумин.
Как уже было показано, билирубин 1Ха может существовать в виде четырех геометрических изомеров. В норме встречается изомер Z—Z (см. рис. 38-2), т. е. форма, позволяющая связываться водороду внутри молекулы, в результате чего она становится гидрофобной. Другие изомеры (Z—e, e—z и Е—Е, зависящие от положения атомов водорода в двух мостиках двойной связи) могут быть образованы под воздействием синего света и нестабильны. Они водорастворимы, потому что их геометрическая конфигурация препятствует внутримолекулярному связыванию водорода. Таким образом, эти изомеры (фотоизомеры) могут поступать в желчь в несвязанном состоянии. Естественный изомер Z—Z также становится водорастворимым в результате связывания с глюкуроновой кислотой. Образование билирубинглюкуронида предотвращает связывание водорода внутри молекулы, которая приобретает полярность и обеспечивает возможность поступления пигмента в желчь (см. рис. 38-2).
Кишечная фаза метаболизма билирубина. После появления в просвете кишки билирубина глюкуронид может экскретироваться в кал или метаболизироваться до уробилиногена и родственных ему веществ. Вследствие своей полярности прямой билирубин не реабсорбируется слизистой оболочкой кишечника, что представляет собой механизм, способствующий освобождению организма от этого пигмента. Для образования уробилиногена из прямого билирубина необходимо воздействие бактерий, которое происходит в нижнем отделе тонкой кишки и в толстой кишке.
В противоположность прямому билирубину, уробилиноген реабсорбируется из тонкой кишки в портальный кровоток и таким образом становится объектом энтерогепатического круговорота. Часть уробилиногена реэкскретируется печенью в желчь; остальная его часть поступает в мочу в количестве, обычно не превышающем 4 мг/сут. При нарушении механизма печеночной экскреции (например, при гепатоцеллюлярном заболевании) или же значительно усиленном образовании билирубина (например, при гемолитической анемии) концентрация уробилиногена в моче может значительно увеличиться.
Количество выводимого с калом уробилиногена в норме колеблется в пределах 50—280 мг/сут. В условиях сниженной экскреции прямого билирубина в кишечник (например, при болезнях печени, обструкции желчного протока) или подавления микрофлоры кишечника антибиотиками выделение уробилиногена с калом уменьшается. При гемолитической анемии выведение уробилиногена с мочой и калом резко увеличивается.
У здорового человека, у которого объем крови составляет 5 л, а концентрация гемоглобина 150 г/л, общее количество гемоглобина в циркулирующей крови составляет 750 г. Поскольку ежесуточно разрушается приблизительно 0,8% всех эритроцитов, то для катаболизма высвобождается 6,3 г гемоглобина.
обычно связано с нарушением его образования и выделения, что ведет к накоплению его в крови- билирубинемии и обусловливает окраску склер, кожи, слизистых в желтый цвет. Поэтому такое состояние обозначается термином желтуха.
а\ Гемолитическая\ надпеченочная- Эта желтуха развивается при повышенном распаде эритроцитов в клетках и образовании большого количества непрямого билирубина. Желтуха, как результат билирубинемии, развивается потому, что печень не успевает переработать весь непрямой билирубин. Проявления патологии- Кровь – много непрямого билирубина.Кал – интенсивно окрашен в желтый цвет, в нем много стеркобилина.Моча — много уробилина.
б\Паренхиматозная \ печеночная\ в результате нарушения захвата билирубина и его конъюгации с глюкуроновой кислотой и экскреции. Отмечается при повреждении гепатоцитов и , следовательно, снижении функции печени , отчего даже обычное количество внепеченочного билирубина не перерабатывается прямой билирубин. Проявления патологии-Кал – бледно окрашен\ мало желчи\ и мало стеркобилина.Моча — мало уробилина. Кровь – увеличение непрямого билирубина. Паренхиматозная желтуха часто отмечается при вирусных гепатитах ; гепатозах – токсических повреждениях печени ядовитыми грибами, медикаментами, солями тяжелых металлов, четыреххлористым углеродом, при беременности и энзимопатиях.
в\ Механическая желтуха Возникает при наличии препятствия для прохождения желчи в желчевыводящих протоках. Затруднение экскреции и регургитация желчи. Причины:1\ камень, закупоривающий общий желчный проток, опухоль поджелудочной железы. При застое желчи в печени возникают очаги некроза с последюущим их замещением ст и развитием цирроза (вторичный билиарный цирроз). Ведет к холемии.
Проявления желтухи1\ Яркое интенсивное желтое окрашивание с зеленоватым оттенком кожи и слизистых 2\ Бесцветный кал цвета известковой замазки \ отсутствие желчи\, в кале отсутствует стеркобилин3\ В моче нет уробилина 4\ Кровь — большое количество прямого билирубина, желчных кислот. Накопление в крови прямого билирубина и желчных кислот предопределяет тяжелую общую интоксикацию и повреждение всех органов и тканей — центральной нервной системы, сердца, почек . Х-м проявлением механической желтухи являются приступы нестерпимого кожного зуда вследствие раздражения нервных рецепторов желчными кислотами.
Среди неконъюгированных гипербилирубинемий основную массу составляют болезнь Жильбера и примыкающие к ней синдромы. Остальные гипербилирубинемий встречаются очень редко (синдромы Криглера — Найяра, Дубина — Джонсона, Ротора). Точных статистических данных о частоте этих синдромов нет.
Болезнь Жильбера относится к наследственным заболеваниям, передающимся по аутосомно-доминантному типу. В патогенезе заболевания играют роль, во-первых, нарушения транспортной функции белков (глутатионтрансферазы и др.), доставляющих неконъюгирован-ный билирубин к гладкому эндоплазматическому ретикулуму (микросомам) гепатоцита и, во-вторых, неполноценность фермента микросом УДФ-глюкуронилтрансферазы, при помощи которого осуществляется конъюгация (соединение) билирубина с глюкуроновой и другими кислотами.
Нарушение конъюгации непрямого билирубина- Криглера- Найяра до ядерной желтухи
Нарущение выведения прямого билирубина- синдром Дабина-Джонсона, Ротора.
11.Нарушение обмена Кальция.Метаболизм кальция в организме. Кальцинозы- причины, патогенез,виды, морфологическая характеристика
Влияет на 1\функцию клеточных мембран, 2\возбудимость нервно-мышечного аппарата 3\ свертывание крови 4\ кислотно-щелочное равновесие 5\ формирование скелета .
Кальциноз выражаются выпадением кальция в тканях с образованием структур каменистой плотности. Матрицей для кальция могут быть белки, гликопротеиды, эластические и коллагеновые волокна.
1. Различают 3 типа известковых дистрофий: 1\метастатическое 2\ дистрофическое 3\ метаболическое
1\ Метастатические — отмечается при интенсивном вымывании кальция из костной ткани и насыщение им крови и тканевой жидкости.
Массивное вымывание кальция из костей отмечается –а\ при гиперпродукции паратгормона в случаях аденомы и гиперплазии паращитовидной железы. В итоге развивается фиброзная остеодистрофия, кости становятся гибкими наподобии резиновых жгутиков. б\ при разрушении костей метастазами опухолей\ рак легких, рак щитовидной железы\ в\ разрушении костей при миеломной болезни\ опухоль из плазматических клеток\ Места отложения кальция- легкие, желудок, стенки артерий, почки, миокард, где отмечается щелочная среда и уменьшение углекислоты. В местах скопления извести, которые легко определяются и макроскопически и микроскопически часто развивается воспалительная реакция.
2\ Дистрофическое обызвествление,петрификация наблюдается в местах глубокой дистрофии и некроза, имеет местный характер. На местах дистрофического обызвествления образуются каменистые образования. А в дальнейшем формируется костная ткань. Петрификация и оссификация являются признаками благоприятного исхода на местах туберкулезных, сифилитических очагов, зон некрозов, хронического воспаления, погибших паразитов, мертвого плода при внематочной беременности.
3\ Метаболическое обызвествление известковая подагра, интерстициальный кальциноз развивается в местах без предшествующего патологического процесса, первично. Это связано с нестойкостью буферных систем, неспособностью коллоидов и белков удерживать кальций в растворенном состоянии.
Исход- неблагоприятен, выпавшая известь не рассасывается или с трудом