Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?
Обеспечение организма белками из нескольких источников определяет разнообразную этиологию нарушений белкового обмена. Последние могут носить первичный или вторичный характер.
Одной из наиболее частых причин общих нарушений белкового обмена является количественная или качественная белковая недостаточность первичного (экзогенного) происхождения. Дефекты, связанные с этим, обусловлены ограничением поступления экзогенных белков при полном или частичном голодании, низкой биологической ценностью пищевых белков, дефицитом незаменимых аминокислот (валина, изолейцина, лейцина, лизина, метионина, треонина, триптофана, фенилаланина, гистидина, аргинина).
При некоторых заболеваниях нарушения белкового обмена могут развиваться в результате расстройства переваривания и всасывания белковых продуктов (при гастроэнтеритах, язвенном колите), повышенного распада белка в тканях (при стрессе, инфекционных болезнях), усиленной потери эндогенных белков (при кровопотерях, нефрозе, травмах), нарушения синтеза белка (при гепатитах). Следствием указанных нарушений часто является вторичная (эндогенная) белковая недостаточность с характерным отрицательным азотистым балансом.
При длительной белковой недостаточности резко нарушается биосинтез белков в различных органах, что ведет к патологическим изменениям обмена веществ в целом.
Белковая недостаточность может развиться и при достаточном поступлении белков с пищей, но при нарушении белкового обмена.
Она может быть обусловлена:
- нарушением расщепления и всасывания белков в ЖКТ;
- замедлением поступления аминокислот в органы и ткани;
- нарушением биосинтеза белка; нарушением промежуточного обмена аминокислот;
- изменением скорости распада белка;
- патологией образования конечных продуктов белкового обмена.
Нарушения расщепления и всасывания белков.
В пищеварительном тракте белки расщепляются под влиянием протеолитических ферментов. При этом, с одной стороны, белковые вещества и другие азотистые соединения, входящие в состав пищи, теряют свои специфические особенности, с другой стороны, из белков образуются аминокислоты, из нуклеиновых кислот - нуклеотиды и т.д. Образовавшиеся при переваривании пищи или находившиеся в ней азотсодержащие вещества с небольшой молекулярной массой подвергаются всасыванию.
Различают первичные (при различных формах патологии желудка и кишечника - хронических гастритах, язвенной болезни, раке) и вторичные (функциональные) расстройства секреторной и всасывательной функции эпителия в результате отека слизистой оболочки желудка и кишечника, нарушения переваривания белков и всасывания аминокислот в желудочно-кишечном тракте.
Основные причины недостаточного расщепления белков заключаются в количественном уменьшении секреции соляной кислоты и ферментов, снижении активности протеолитических ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина) и связанном с этим недостаточным образованием аминокислот, уменьшении времени их воздействия (ускорение перистальтики). Так, при ослаблении секреции соляной кислоты снижается кислотность желудочного сока, что ведет к уменьшению набухания пищевых белков в желудке и ослаблению превращения пепсиногена в его активную форму - пепсин. В этих условиях часть белковых структур переходит из желудка в двенадцатиперстную кишку в неизмененном состоянии, что затрудняет действие трипсина, химотрипсина и других протеолитических ферментов кишечника. Дефицит ферментов, расщепляющих белки растительного происхождения, ведет к непереносимости злаковых белков (риса, пшеницы и др.) и развитию целиакии.
Недостаточное образование свободных аминокислот из пищевых белков может происходить в случае ограничения поступления в кишечник сока поджелудочной железы (при панкреатите, сдавлении, закупорке протока). Недостаточность функции поджелудочной железы ведет к дефициту трипсина, химотрипсина, карбоангидразы А, Б и других протеаз, воздействующих на длинные полипептидные цепи или расщепляющих короткие олигопептиды, что снижает интенсивность полостного или пристеночного пищеварения.
Недостаточное действие пищеварительных ферментов на белки может возникнуть вследствие ускоренного прохождения пищевых масс по кишечнику при усилении его перистальтики (при энтероколитах) либо уменьшении площади всасывания (при оперативном удалении значительных участков тонкого кишечника). Это ведет к резкому сокращению времени контакта содержимого химуса с апикальной поверхностью энтероцитов, незавершенности процессов энзиматического распада, а также активного и пассивного всасывания.
Причинами нарушения всасывания аминокислот являются повреждение стенки тонкого кишечника (отек слизистой оболочки, воспаление) или неравномерное по времени всасывание отдельных аминокислот. Это ведет к нарушению (дисбалансу) соотношения аминокислот в крови и синтеза белка в целом, поскольку незаменимые аминокислоты должны поступать в организм в определенных количествах и соотношениях. Чаще всего имеет место нехватка метионина, триптофана, лизина и других аминокислот.
Помимо общих проявлений нарушения аминокислотного обмена, могут быть специфические нарушения , связанные с отсутствием конкретной аминокислоты. Так, недостаток лизина (особенно в развивающемся организме) задерживает рост и общее развитие, понижает содержание в крови гемоглобина и эритроцитов. При недостатке в организме триптофана возникает гипохромная анемия. Дефицит аргинина приводит к нарушению сперматогенеза, а гистидина - к развитию экземы, отставанию в росте, угнетению синтеза гемоглобина.
Кроме того, недостаточное переваривание белка в верхних отделах желудочно-кишечного тракта сопровождается усилением перехода продуктов его неполного расщепления в толстый кишечник и ускорением процесса бактериального расщепления аминокислот. В результате увеличивается образование ядовитых ароматических соединений (индола, скатола, фенола, крезола) и развивается общая интоксикация организма этими продуктами гниения.
Замедление поступления аминокислот в органы и ткани.
Всосавшиеся из кишечника аминокислоты поступают непосредственно в кровь и частично в лимфатическую систему, представляя собой запас разнообразных азотистых веществ, которые затем участвуют во всех видах обмена. В норме аминокислоты, всосавшиеся в кровь из кишечника, циркулируют в крови 5 - 10 мин и очень быстро поглощаются печенью и частично другими органами (почками, сердцем, мышцами). Увеличение времени этой циркуляции указывает на нарушение способности тканей и органов (в первую очередь печени) поглощать аминокислоты.
Поскольку ряд аминокислот является исходным материалом при образовании биогенных аминов, задержка их в крови создает условия для накопления в тканях и крови соответствующих протеиногенных аминов и проявления их патогенного действия на различные органы и системы. Повышенное содержание в крови тирозина способствует накоплению тирамина, который участвует в патогенезе злокачественной гипертонии. Длительное повышение содержания гистидина ведет к увеличению концентрации гистамина, что способствует нарушению кровообращения и проницаемости капилляров. Кроме того, повышение содержания аминокислот в крови проявляется увеличением их выведения с мочой и формированием особой формы нарушений обмена - аминоацидурии. Последняя может быть общей, связанной с повышением концентрации в крови нескольких аминокислот, или избирательной - при увеличении содержания в крови какой-либо одной аминокислоты.
Нарушение синтеза белков.
Синтез белковых структур в организме является центральным звеном метаболизма белка. Даже небольшие нарушения специфичности биосинтеза белка могут вести к глубоким патологическим изменениям в организме.
Среди причин, вызывающих нарушения синтеза белка, важное место занимают различные виды алиментарной недостаточности (полное, неполное голодание, отсутствие в пище незаменимых аминокислот, нарушение количественных соотношений между незаменимыми аминокислотами, поступающими в организм). Если, например, в тканевом белке триптофан, лизин, валин содержатся в равных соотношениях (1:1:1), а с пищевым белком эти аминокислоты поступают в соотношении (1:1:0,5), то синтез тканевого белка будет обеспечиваться при этом только наполовину. При отсутствии в клетках хотя бы одной из 20 незаменимых аминокислот прекращается синтез белка в целом.
Нарушение скорости синтеза белков может быть обусловлено расстройством функции соответствующих генетических структур, на которых происходит этот синтез (транскрипция ДНК, трансляция, репликация). Повреждение генетического аппарата может быть как наследственным, так и приобретенным, возникшим под влиянием различных мутагенных факторов (ионизирующего излучения, ультрафиолетового облучения и др.). Нарушение синтеза белка могут вызывать некоторые антибиотики. Так, ошибки в считывании генетического кода могут возникнуть под влиянием стрептомицина, неомицина и некоторых других антибиотиков. Тетрациклины тормозят присоединение новых аминокислот к растущей полипептидной цепи. Митомицин угнетает синтез белка за счет алкилирования ДНК (образование прочных ковалентных связей между ее цепями), препятствуя расщеплению нитей ДНК.
Одной из важных причин, вызывающих нарушение синтеза белков, может явиться нарушение регуляции этого процесса. Интенсивность и направленность белкового обмена регулируют нервная и эндокринная системы, действие которых заключается, вероятно, в их влиянии на различные ферментные системы. Клинический и экспериментальный опыт показывают, что отключение органов и тканей от ЦНС приводит к местному нарушению процессов обмена в денервированных тканях, а повреждение ЦНС вызывает расстройства белкового обмена. Удаление коры головного мозга у животных ведет к снижению синтеза белка.
Соматотропный гормон гипофиза, половые гормоны и инсулин оказывают стимулирующее воздействие на синтез белка. Наконец, причиной патологии синтеза белка может стать изменение активности ферментных систем клеток, участвующих в биосинтезе белка. В крайне выраженных случаях речь идет о блокировке метаболизма, представляющей собой вид молекулярных расстройств, составляющих основу некоторых наследственных заболеваний.
Результатом действия всех перечисленных факторов является обрыв или снижение скорости синтеза как отдельных белков, так и белка в целом.
Выделяют качественные и количественные нарушения биосинтеза белков. О том. какое значение могут иметь качественные изменения биосинтеза белков в патогенезе различных заболеваний, можно судить на примере некоторых видов анемий при появлении патологических гемоглобинов. Замена только одного аминокислотного остатка (глутамина) в молекуле гемоглобина на валин приводит к тяжелому заболеванию - серповидноклеточной анемии.
Особый интерес представляют количественные изменения в биосинтезе белков органов и крови, приводящие к сдвигу соотношений отдельных фракций белков в сыворотке крови - диспротеинемии. Выделяют две формы диспротеинемий: гиперпротеинемия (увеличение содержания всех или отдельных видов белков) и гипопротеинемия (уменьшение содержания всех или отдельных белков). Так, ряд заболеваний печени (цирроз, гепатит), почек (нефрит, нефроз) сопровождаются выраженным уменьшением содержания альбуминов. Ряд инфекционных заболеваний, сопровождающихся обширными воспалительными процессами, ведет к увеличению содержания γ-глобулинов.
Развитие диспротеинемии сопровождается, как правило, серьезными сдвигами в гомеостазе организма (нарушением онкотического давления, водного обмена). Значительное уменьшение синтеза белков, особенно альбуминов и γ-глобулинов, ведет к резкому снижению сопротивляемости организма к инфекции, снижению иммунологической устойчивости. Значение гипопротеинемии в форме гипоальбуминемии определяется еще и тем, что альбумин образует более или менее прочные комплексы с различными веществами, обеспечивая их транспорт между различными органами и перенос через клеточные мембраны при участии специфических рецепторов. Известно, что соли железа и меди (чрезвычайно токсичные для организма) при pH сыворотки крови трудно растворимы и транспорт их возможен только в виде комплексов со специфическими белками сыворотки (трансферрином и церулоплазмином), что предотвращает интоксикацию этими солями. Около половины кальция удерживается в крови в форме, связанной с альбуминами сыворотки. При этом в крови устанавливается определенное динамическое равновесие между связанной формой кальция и его ионизированными соединениями.
При всех заболеваниях, сопровождающихся снижением содержания альбуминов (заболевания почек) ослабляется и способность регулировать концентрацию ионизированного кальция в крови. Кроме того, альбумины являются носителями некоторых компонентов углеводного обмена (гликопротеиды) и основными переносчиками свободных (неэстерифицированных) жирных кислот, ряда гормонов.
При поражении печени и почек, некоторых острых и хронических воспалительных процессах (ревматизме, инфекционном миокардите, пневмонии) в организме начинают синтезироваться особые белки с измененными свойствами или несвойственные норме. Классическим примером болезней, вызванных наличием патологических белков, являются болезни, связанные с присутствием патологического гемоглобина (гемоглобинозы), нарушения свертывания крови при появлении патологических фибриногенов. К необычным белкам крови относятся криоглобулины, способные выпадать в осадок при температуре ниже 37 °С, что ведет к тромбообразованию. Появление их сопровождает нефроз, цирроз печени и другие заболевания.
Патология промежуточного белкового обмена (нарушение обмена аминокислот).
Основные пути промежуточного обмена белка - это реакции переаминирования, дезаминирования, амидирования, декарбоксилирования, переметилирования, пересульфирования.
Центральное место в промежуточном обмене белков занимает реакция переаминирования, как основной источник образования новых аминокислот.
Нарушение переаминирования может возникнуть в результате недостаточности в организме витамина В 6 . Это объясняется тем, что фосфорилированная форма витамина В 6 - фосфопиридоксаль - является активной группой трансаминаз - специфических ферментов переаминирования между амино- и кетокислотами. Беременность, длительный прием сульфаниламидов тормозят синтез витамина В 6 и могут послужить причиной нарушения обмена аминокислот.
Патологическое усиление реакции переаминирования возможно в условиях повреждения печени и инсулиновой недостаточности, когда значительно увеличивается содержание свободных аминокислот. Наконец, снижение активности переаминирования может произойти в результате угнетения активности трансаминаз из-за нарушения синтеза этих ферментов (при белковом голодании) либо нарушения регуляции их активности со стороны некоторых гормонов. Так, тирозин (незаменимая аминокислота), поступающий с белками пищи и образующийся из фенилаланина, частично окисляется в печени до фумаровой и ацетоуксусной кислот. Однако это окисление тирозина совершается только после его переампнирования с α-кетоглутаровой кислотой. При белковом истощении переаминирование тирозина заметно ослаблено, вследствие этого нарушено его окисление, что приводит к увеличению содержания тирозина в крови. Накопление тирозина в крови и выделение его с мочой могут быть связаны и с наследственно обусловленным дефектом тирозинаминотрансферазы. Клиническое состояние, развивающееся в результате этих нарушений, известно под названием «тирозиноз». Для болезни характерны цирроз печени, рахитоподобные изменения костей, геморрагии, поражения канальцев почек.
Процессы переаминирования аминокислот тесно связаны с процессами окислительного дезаминирования . в ходе которого происходит ферментативное отщепление аммиака от аминокислот. Дезаминирование определяет образование конечных продуктов белкового обмена и вступление аминокислот в энергетический обмен. Ослабление дезаминирования может возникнуть вследствие нарушения окислительных процессов в тканях (гипоксии, гиповитаминозов С, РР, В 2). Однако наиболее резкое нарушение дезаминирования наступает при понижении активности аминооксидаз либо вследствие ослабления их синтеза (диффузное поражение печени, белковая недостаточность), либо в результате относительной недостаточности их активности (увеличение содержания в крови свободных аминокислот). Вследствие нарушения окислительного дезаминирования аминокислот происходит ослабление мочевинообразования, повышение концентрации аминокислот и увеличение выведения их с мочой (аминоацидурия).
Промежуточный обмен ряда аминокислот совершается не только в форме переаминирования и окислительного дезаминирования, но и путем их декарбоксилирования (потеря СO 2 из карбоксильной группы) с образованием соответствующих аминов, получивших название «биогенные амины». Так, при декарбоксилировании гистидина образуется гистамин, тирозина - тирамин, 5-гидрокситриптофана - серотонин и т.д. Все эти амины биологически активны и оказывают выраженное фармакологическое действие на сосуды. Если в норме они образуются в малых количествах и довольно быстро разрушаются, то при нарушении декарбоксилирования складываются условия для накопления в тканях и крови соответствующих аминов и проявления их токсического действия. Причинами нарушения процесса декарбоксилирования могут служить усиление активности декарбоксилаз, торможение активности аминооксидаз и нарушение связывания аминов белками.
Изменение скорости распада белка.
Белки организма постоянно находятся в динамическом состоянии: в процессе непрерывного распада и биосинтеза. Нарушение условий, необходимых для реализации этого подвижного равновесия, также может привести к развитию обшей белковой недостаточности.
Обычно полупериод существования разных белков колеблется в пределах от нескольких часов до многих суток. Так, биологическое время уменьшения наполовину альбумина человеческой сыворотки составляет около 15 сут. Величина этого периода в значительной степени зависит от количества белков в пище: при уменьшении со держания белков он увеличивается, а при увеличении - уменьшается.
Значительное увеличение скорости распада белков тканей и крови наблюдается при повышении температуры организма, обширных воспалительных процессах, тяжелых травмах, гипоксии, злокачественных опухолях, что связано либо с действием бактериальных токсинов (в случае инфицирования), либо со значительным увеличением активности протеолитических ферментов крови (при гипоксии), либо токсическим действием продуктов распада тканей (при травмах). В большинстве случаев ускорение распада белков сопровождается развитием в организме отрицательного азотистого баланса в связи с преобладанием процессов распада белков над их биосинтезом.
Патология конечного этапа белкового обмена.
Основными конечными продуктами белкового обмена являются аммиак и мочевина. Патология конечного этапа белкового обмена может проявляться нарушением образования конечных продуктов либо нарушением их выведения.
Рис. 9.3. Схема нарушения синтеза мочевины
Связывание аммиака в тканях организма имеет большое физиологическое значение, так как аммиак обладает токсическим эффектом прежде всего в отношении центральной нервной системы, вызывая ее резкое возбуждение. В крови здорового человека его концентрация не превышает 517 мкмоль/л. Связывание и обезвреживание аммиака осуществляется при помощи двух механизмов: в печени путем образования мочевины , а в других тканях - путем присоединения аммиака к глутаминовой кислоте (посредством аминирования) с образованием глутамина .
Основным механизмом связывания аммиака является процесс образования мочевины в цитруллин-аргининорнитиновом цикле (рис. 9.3).
Нарушения образования мочевины могут наступить в результате снижения активности ферментных систем, участвующих в этом процессе (при гепатитах, циррозе печени), обшей белковой недостаточности. При нарушении мочевинообразования в крови и тканях накапливается аммиак и увеличивается концентрация свободных аминокислот, что сопровождается развитием гиперазотемии . При тяжелых формах гепатитов и цирроза печени, когда резко нарушена ее мочевинообразовательная функция, развивается выраженная аммиачная интоксикация (нарушение функции центральной нервной системы с развитием комы).
В основе нарушения образования мочевины могут лежать наследственные дефекты активности ферментов. Так, увеличение концентрации аммиака (аммониемия) в крови может быть связано с блокированием карбамил-фосфатсинтетазы и орнитинкарбомо-илтрансферазы. катализирующих связывание аммиака и образование орнитина. При наследственном дефекте аргининсукцинатсинтетазы в крови резко увеличивается концентрация цитруллина, в результате с мочой экскретируется цитруллин (до 15 г в сутки), т.е. развивается цитруллинурия .
В других органах и тканях (мышцы, нервная ткань) аммиак связывается в реакции амидирования с присоединением к карбоксильной группе свободных дикарбоновых аминокислот. Главным субстратом служит глутаминовая кислота. Нарушение процесса амидирования может происходить при снижении активности ферментных систем, обеспечивающих реакцию (глутаминаза), или в результате интенсивного образования аммиака в количествах, превосходящих возможности его связывания.
Другим конечным продуктом белкового обмена, образующимся при окислении креатина (азотистое вещество мышц), является креатинин . Нормальное суточное содержание креатинина в моче составляет около 1-2 г.
Креатинурия - повышение уровня креатинина в моче - наблюдается у беременных женщин и у детей в период интенсивного роста.
При голодании, авитаминозе Е, лихорадочных инфекционных заболеваниях, тиреотоксикозе и других заболеваниях, при которых наблюдаются нарушения обмена в мышцах, креатинурия свидетельствует о нарушении креатинового обмена.
Другая общая форма нарушения конечного этапа белкового обмена возникает при нарушении выведения конечных продуктов белкового обмена при патологии почек. При нефритах происходит задержка мочевины и других азотистых продуктов в крови, остаточный азот увеличивается и развивается гиперазотемия. Крайней степенью нарушения экскреции азотистых метаболитов является уремия.
При одновременном поражении печени и почек возникает нарушение образования и выделения конечных продуктов белкового обмена.
Наряду с общими нарушениями белкового обмена при белковой недостаточности могут возникать и специфические нарушения в обмене отдельных аминокислот. Например, при белковой недостаточности резко ослабляется функция ферментов, участвующих в окислении гистидина, а функция гистидиндекарбоксилазы, в результате действия которой из гистидина образуется гистамин, не только не страдает, но, наоборот, усиливается. Это влечет за собой значительное увеличение образования и накопления в организме гистамина. Состояние характеризуется поражением кожи, нарушением сердечной деятельности и функции желудочно-кишечного тракта.
Особое значение для медицинской практики имеют наследственные аминоацидопатии , число которых на сегодня составляет около 60 различных нозологических форм. По типу наследования почти все они относятся к аутосомно-рецессивным. Патогенез обусловлен недостаточностью того или иного фермента, осуществляющего катаболизм и анаболизм аминокислот. Общим биохимическим признаком аминоаиидопатий служит ацидоз тканей и аминоацидурия. Наиболее частыми наследственными дефектами обмена являются четыре вида энзимопатии, которые связаны между собой общим путем метаболизма аминокислот: фенилкетонурия, тирозинемия, альбинизм, алкаптонурия.
При рассмотрении вопроса о том, в чем же проявляется это предрасположение, эта особая «предуготованность» к появлению эпилептических припадков, столь резко снижающая порог корковой возбудимости, приходится, конечно, прежде всего думать о каких-то особенностях обмена веществ, свойственных этим больным. В этом отношении в настоящее время собран уже очень большой и отчасти противоречивый материал. Сопоставление его приводит, во- первых, к тому выводу, что все еще не вполне ясным представляется ведущий момент в этих нарушениях обмена и все еще не удалось определить химическую структуру того предположительного вещества, накопление которого будто бы приводит к эпилептическому припадку, а во-вторых, сопоставление это приводит к тому выводу, что чуть не все биохимические исследования, проделанные при эпилепсии, неизменно обнаруживали чрезвычайную изменчивость и нестойкость получающихся показателей, что, по-видимому, и является до настоящего времени единственной, точно установленной биохимической характеристикой эпилепсии.
Рассмотрим отдельные частности этой большой проблемы - биохимических аномалий, свойственных больным, страдающим эпилепсией.
Как мы видели выше, еще со времени первых работ И. П. Павлова с экковским свищом придавалось особое значение именно накоплению в крови карбаминовой кислоты, что могло рассматриваться как причина появления эпилептических припадков на почве аутоинтоксикации.
Этой же проблеме был посвящен ряд последующих работ. Так, И. Ф. Случевский в ряде своих работ поддерживал точку зрения, согласно которой ведущим в происхождении эпилепсии является накопление в крови азотистых соединений, продуктов нарушения мочевинообразовательной функции печени - аммиака, углекислого и карбаминовокислого аммония. А. С. Борзунова в ряде экспериментов показала, что 10% раствор смеси углекислого и карбаминовокислого аммония, введенный внутривенно кроликам, кошкам и собакам, неизменно приводит по истечении 10-20 секунд к развитию судорожного припадка. Внутривенное вливание такой аммонийной смеси (3-5 мл) вызывает у больных эпилепсией припадок, во всех своих проявлениях вполне характерный для каждого из них.
Изложенные данные привели ряд авторов к тому выводу, что для больных эпилепсией наиболее типично нарушение мочевинообразовательной функции печени и что ведущим при эпилепсии является именно нарушение белкового обмена, нарушения же других видов обмена (основного, углеводного, водно-солевого, холестеринового) представляют лишь вторичные изменения. Однако такая обобщающая точка зрения разделяется далеко не всеми исследователями. В то время как по данным одних авторов у больных, страдающих эпилепсией, содержание свободного аммиака в крови оказывалось увеличенным, Роже указывает, наоборот, что вариации содержания в крови общего азота, мочевины, аминокислот, мочевой кислоты и креатина у больных эпилепсией не выходят за пределы нормальных. В то же время ряд авторов обнаружили в этом отношении значительные вариации. Так, М. К. Кокин, изучая кровь больных, страдающих эпилепсией, среди других особенностей установил резкие колебания в содержании азота и мочевины. Е. М. Губарев и Е. Н. Маркова также отметили большие скачки при исследовании содержания остаточного азота в крови больных эпилепсией. Сходные выводы вытекают и из исследований Л. Я. Шаргородского: количество выделяемого с мочой азота характеризуется при эпилепсии значительной вариабильностью по сравнению с нормой, в то время как средняя величина выведения азота существенно не отличается от нормальной.
К. И. Гуркина и Р. В. Конникова сообщают об очень характерной для эпилепсии положительной реакции гидролиза белкового амидного азота крови.
М. С. Шейман находил у больных эпилепсией высокий процент содержания белков крови - 9,1% против 8,54% у контрольных, здоровых - и колебания количества белков крови, значительно превышающие те, которые свойственны норме. Кроме того, по М. С. Шейману, при эпилепсии меняется и соотношение альбуминов и глобулинов. Средняя величина содержания альбуминов несколько повышена (5,5 % против 5,35% в норме); еще больше повышено среднее количество глобулинов (3,6% против 3,06% в норме), вследствие чего коэффициент альбумины: глобулины оказывается при эпилепсии более низким, чем в норме (1,52 против нормального 1,82). Также, по данным Д. А. Маркова и Т. М. Гельмана, у больных эпилепсией в межприпадочном периоде наблюдается увеличение белка в сыворотке крови (до 8,5-9%) и четкий сдвиг в сторону альбуминов.
Чрезвычайно лабильным при эпилепсии оказалось и кислотно-щелочное равновесие, которому большинство авторов придают исключительно важное значение. Характерно, что в отношении этого пункта поддерживались мнения прямо противоположные. Так, по мнению одних авторов, возникновению судорожного припадка способствует ацидоз, а по мнению других - алкалоз. В. К. Хорошко, упоминая об этих разногласиях, указывал, что в основном для эпилепсии следует считать типичным не столько алкалоз или ацидоз, сколько именно большую вариабильность и неустойчивость кислотно-щелочного равновесия, что и является, по-видимому, причиной имеющихся в литературе столь больших разногласий по этому поводу. Также Бигвуд считает особенно характерной для эпилепсии именно неустойчивость кислотно-щелочного равновесия: рН колеблется от 7,26 до 7,48 против нормальных колебаний от 7,33 до 7,39. Л. Я. Шаргородский и Я. С. Рабинович также могли в своих исследованиях обнаружить при эпилепсии колебания кислотно-щелочного равновесия, далеко превосходящие то, что наблюдается в норме. Указывалось, что такого рода колебания наблюдались и вне зависимости от припадков. Я. С. Рабинович, а также А. А. Арутюнов обращали внимание на низкую величину резервной щелочности крови, наблюдаемую при эпилепсии.
Основной обмен, по Я. С. Рабиновичу, может быть при эпилепсии как пониженным, так и повышенным и может оставаться нормальным. Такие же указания находим мы и у других авторов.
Значительные изменения обнаружены были и в отношении минерального обмена. Так, М. С. Шейман обнаружил в сыворотке крови больных эпилепсией значительные колебания в содержании кальция. Колебания эти почти в 2 раза превышали колебания, свойственные норме. При этом среднее содержание кальция оказалось относительно высоким (12,2 мл%). Количество калия было не изменено, хотя вариабильность калия, по сравнению с вариабильностыо кальция, оказалась еще более значительной. Коэффициент К/Са в сыворотке крови больных эпилепсией был, таким образом, понижен (1,56 вместо 2,0). Пониженным оказался и коэффициент отношения кальция спинномозговой жидкости и кальция сыворотки крови - вместо нормальных 0,57, он оказался равным 0,43. Увеличение кальция в крови больных эпилепсией отмечал п Я. С. Рабинович. Д. А. Марков и Т. М. Гельман наблюдали приблизительно у 15-20% страдавших эпилепсией в межприпадочном периоде повышение в сыворотке крови уровня кальция и калия. Резкие колебания калия и кальция отмечал М. К. Кокин.
Так же точно характерной для эпилепсии оказалась большая против нормы вариабильность содержания в крови неорганического фосфора, с наклонностью к снижению во внеприпадочном периоде.
В отношении содержания в крови при эпилепсии хлора и хлоридов имеются значительные разногласия. Одни авторы находили в крови увеличение хлоридов, другие, как И. Ф. Случевский, А. С. Борзунова и К. И. Шахриманян, находили содержание хлора и хлоридов пониженным. Имеются указания на то, что при эпилепсии повышается кислотность желудочного сока.
Немало разногласий возникло также в отношении углеводного обмена, нарушения которого многими исследователями признаются имеющими важное значение в происхождении эпилепсии. Проверка этого вопроса показала, что хотя средние цифры сахара крови во вне- припадочном состоянии и не отличаются сколько-нибудь значительно от того, что свойственно норме, тем не менее и здесь типичными оказываются значительные колебания этих цифр. Нагрузка глюкозы во внеприпадочном периоде может давать кривые различных типов как нормального, так и гипо- или гипергликемического характера.
Много исследований было посвящено содержанию холестерина в крови, поскольку на возможную связь эпилептических припадков с гипохолестеринемией имеются определенные клинические указания (учащение припадков во время менструаций, уменьшение их во время беременности, при жирной диете). Исследования эти приводили к противоречивым результатам. Якоби нашел резкие колебания холестерина в крови больных, страдавших эпилепсией, причем колебания эти не удавалось поставить в связь с припадками. Е. В. Шмидт, изучивший этот вопрос, также подчеркивает, что для эпилепсии очень характерна лабильность содержания холестерина в крови и во внеприпадочное время. На такие колебания содержания холестерина указывают и другие авторы.
В отношении водного обмена, имеющего, как известно, столь большое значение в патогенезе эпилептического припадка, выяснилось, что и в межприпадочное время здесь могут быть обнаружены аномалии. Так, Н. С. Иванова обнаружила у этих больных очень частое снижение водовыделительной функции, а также концентрационной способности почек. У некоторых больных такое снижение достигало значительной степени. В то же время при пробе Мак Клюр-Олдрича скорость рассасывания внутрикожного пузыря оказалась у этих больных нормальной. В. Е. Литвинова обнаружила и в отношении этой последней величины при эпилепсии колебания, значительно превосходящие те, которые наблюдаются в норме.
Имеются указания на ряд других биохимических сдвигов, характерных для эпилепсии. Так, значительные колебания были обнаружены у этих больных в отношении содержания билирубина крови. В крови больных эпилепсией отмечено снижение содержания каталазы и повышение - антикаталазы, а также повышение и высокая лабильность антитриптического титра. Антитоксическая функция печени оказалась у больных, страдающих эпилепсией, пониженной. В. К. Хорошко придавал большое значение повышению свертываемости крови, которое может быть определено и у больных вне припадков.
Целый ряд работ был сделан в смысле попыток выяснить, не обладает ли кровь больных эпилепсией каким-либо специальным токсическим действием. В этом отношении представляют интерес опыты, поставленные Панье. Он вводил морским свинкам через сонную артерию по 3 мл сыворотки крови, полученной от больных эпилепсией. Оказалось, что эти животные, в отличие от тех, которым вводилась сыворотка не эпилептиков, часто обнаруживали непосредственно после пункции характерные миоклонии, иногда появлявшиеся в виде последовательных серий. Эта токсичность сыворотки значительно варьировала у одного и того же больного, иногда исчезая после судорожного припадка. Нагревание сыворотки до 58° полностью уничтожало это ее токсическое свойство.
Очень интересные данные о токсичности крови больных эпилепсией сообщил недавно М. К. Кокин. Выяснилось, что кровь больных эпилепсией оказывает токсическое действие на изолированное сердце лягушки. Автор поставил, кроме того, сложные эксперименты с изучением того, как на поведение собаки в специальном лабиринте влияет введение крови людей, страдающих эпилепсией. Оказалось, что по сравнению с контрольными собаками, которым вводилась кровь здоровых доноров, поведение этих собак резко ухудшалось. У собаки, которой повторно вводилась кровь больного, отмечались судорожные подергивания, двигательное беспокойство, походка делалась шаткой, иногда наблюдались непроизвольное мочеиспускание и дефекация. Собака была то вялой и малоподвижной, то громко и злобно лаяла и рвалась с цепи. Все это свидетельствовало о глубоких нарушениях высшей нервной деятельности, которые могут развиваться у собак под влиянием введения им крови больных, страдающих эпилепсией.
Говоря об изменениях крови при эпилепсии, следует также подчеркнуть, что Е. К. Сепп указывал на очень часто наблюдавшуюся при эпилепсии эозинофилию. Он объяснял это тем, что эозинофилия является реакцией на денатурированный белок и возникает у больных эпилепсией в связи с нарушением у них дисперсности белков кровяной плазмы.
Были сделаны многочисленные попытки выяснить, не свойственны ли эпилепсии какие-либо специальные дисфункции со стороны эндокринной системы. Разными авторами публиковались целые списки различных желез внутренней секреции, которые будто бы повышают или же тормозят «судорожную готовность». Однако никакой достоверности в этих сопоставлениях не оказалось, хотя в то же время оставалось несомненным, что какая-то связь между функцией эндокринных желез и эпилепсией имеет место.
Были сделаны и отдельные попытки как-то увязать друг с другом разные и часто противоречивые данные в отношении биохимической характеристики эпилепсии. Приведем некоторые из таких высказываний.
И. Ф. Случевскому принадлежит интересная попытка увязать друг с другом различные особенности обмена, наблюдаемые у больных эпилепсией. Основываясь на работах своих сотрудников, он сопоставляет ряд сделанных наблюдений. Так, после удаления паращитовидных желез, для вызывания судорожного припадка у оперированных таким образом животных достаточно значительно меньшей дозы аммонийной смеси, - кстати же тетанические и эпилептические судороги очень похожи; нарушение мочевинообразовательной функции печени идет рядом и с аномалиями углеводного обмена; после экстирпации различных отделов поджелудочной железы припадки наступают только при очень больших дозах аммонийной смеси. Эти наблюдения И. Ф. Случевский ставит в связь с тем, что небольшие дозы инсулина у больных эпилепсией в состоянии вызывать у них судорожные припадки и что патологоанатомически при эпилепсии находили увеличение лангергансовых островков. Очевидно при эпилепсии имеется гиперфункция поджелудочной железы. Нарушение же углеводного обмена зависит от нарушения кислотно-щелочного равновесия. С этой точки зрения интересна связь припадков с повышенной кислотностью желудочного сока. Нарушение кислотно-щелочного равновесия ведет и к нарушению водно- солевого обмена. По-видимому, этим объясняются и низкие цифры содержания хлора и хлоридов в крови при эпилепсии. В основе гуморальных нарушений при эпилепсии лежит, таким образом, сложное координированное системное поражение внутренних органов. К последним должны быть отнесены: печень, поджелудочная железа, щитовидная и паращитовидные железы, надпочечники и железы желудка.
Иную схему взаимоотношения основных систем организма при эпилепсии представил В. К. Хорошко. С его точки зрения неустойчивость обмена веществ, неустойчивость кислотно-щелочного равновесия и неустойчивость сердечно-сосудистой регуляции приводит под влиянием нам еще не достаточно известных экзо- или эндогенных причин или к появлению каких-то токсических продуктов, обладающих спазмофильным действием, или к повышению восприимчивости нервных клеток в отношении нормально циркулирующих в крови продуктов обмена.
Е. А. Попов, обсуждая проблему травматической эпилепсии, построил схему постепенно кумулирующихся биохимических вредностей несколько иначе. В механизме судорожного припадка с этой точки зрения играют роль четыре основных фактора: сосудистый спазм, обогащение организма водой, алкалоз и аноксия. Все эти факторы действуют совместно в качестве звеньев единой патогенетической цепи.
Из этих основных факторов за последнее время особенно обращено внимание на аноксию как на важный эпилептогенный фактор, играющий определенную роль в качестве местного раздражающего момента.
Наряду с обнаружением общих биохимических изменений, имеющих место в организме больного, естественно, возник вопрос о наличии биохимических изменений в самом мозгу, а в тех случаях, где удается найти определенный участок мозга, из которого исходит эпилептический разряд, - вопрос о биохимической характеристике именно этих участков. Пенфилд предлагает гипотезу, согласно которой как атрофические, так и опухолевые корковые очаги приводят к стойкой или рецидивирующей ишемии нервных корковых клеток, и эта ишемия действует раздражающим образом, являясь причиной эпилептического разряда. Такие работы начали появляться только в последнее время в связи с развитием нейрохирургии (удаление больных участков мозга при операциях). Так, Тоуэр и Эллиот могли обнаружить в этих участках мозга измененное содержание ацетилхолина. Такие исследования обещают пролить новый свет на интересующий нас вопрос. При этом, конечно, уже заранее следует иметь в виду, что местные биохимические изменения мозга могут быть как причиной, так и результатом эпилептической активности этих отделов.
Как бы то ни было, проделанные до сих пор исследования указывают на наличие большого числа разного рода биохимических аномалий, свойственных организму больного эпилепсией. При этом, как мы видели, почти всегда оказывалось, что характеризуют эпилепсию не какие-либо стойкие биохимические изменения, идущие в определенном направлении, а прежде всего крайняя изменчивость вообще всех биохимических показателей. В. К. Хорошко указывал, что только жировой обмен при эпилепсии остается стойким.
Естественно возникает вопрос: как же конкретно трактовать эту изменчивость? Является ли она признаком того, что в организме больного эпилепсией накапливаются какие-то ядовитые вещества, концентрация которых периодически достигает порога, приводящего к эпилептическому разряду? Или, наоборот, в центральной нервной системе таких больных беспрестанно происходит серия очень мелких, так сказать, субклинических разрядов, выражением которых могут быть не только изменения электроэнцефалографии или хронаксии, но и периодические изменения обмена? В современной литературе можно найти представителей как той, так и другой точек зрения, причем в пользу каждой из них может быть представлен ряд достаточно веских соображений. Уже одна возможность двух столь противоположных точек зрения показывает нам, насколько еще неясной остается трактовка гуморальных аномалий, характеризующих организм больного эпилепсией.
Ученые обнаружили, что повышение выработки белка, который задействован в механизме формирования долгосрочной памяти, предотвращает приступы эпилепсии. В ходе исследования ученым удалось с помощью генной инженерии значительно увеличить синтез белка eEF2 у лабораторных мышей. Связь между действием этого белка и эпилепсией не была известна ранее, что дает надежду на развитие новых возможностей в лечении заболевания.
Исследование проводилось в Хайфском университете (Израиль) совместно с учеными Миланского и ряда других европейских университетов. Профессор Коби Розенблюм, научный руководитель исследования, говорит: «С помощью изменения генетического кода нам удалось предотвратить развитие эпилепсии у мышей, которые должны были родиться с этим заболеванием, а также вылечить мышей, которые уже страдали этим заболеванием».
Эпилепсия — неврологическое заболевание, при котором происходит внезапная и неконтролируемая активность в нервных клетках коры головного мозга, что выражается в эпилептических припадках разной частоты и мощности. Применяемые сегодня препараты для терапии эпилепсии позволяют устранить или сократить количество приступов болезни только у части пациентов. В некоторых случаях для прибегают к мини-инвазивным нейрохирургическим операциям, которые дают хорошие результаты. Однако они тоже могут быть использованы не для всех пациентов.
Интересно, что изначально израильские ученые планировали провести исследование по изучению механизмов, которые влияют на процесс образования долгосрочной памяти. Целью ученых было изучить молекулярные механизмы, которые способствуют формированию долгосрочной памяти и находятся в гипоталамусе (участке головного мозга). Для этого они сосредоточились на изучении белка eEF2 , который принимает участие в процессах формирования памяти и образования новых клеток нервной системы. С помощью методов генной инженерии ученым удалось достичь усиленной выработки белка, что привело к изменению деятельности нервных клеток, ответственных за образование эпилептических приступов.
Для того чтобы проверить, как влияет выработка данного белка на развитие приступов эпилепсии, мышей поделили на две группы. Первая группа имела генную мутацию и, соответственно, усиленно вырабатывала белок eEF2 , а вторая контрольная группа мышей была без каких-либо генетических изменений. Мышам обеих групп ученые ввели раствор, который вызывает эпилептические приступы. Это привело к эпилептическим припадкам у мышей из контрольной группы, а мыши с генетической мутацией не развили признаков эпилепсии.
Однако ученые на этом не остановились и решили проверить влияние мутации при наследственной эпилепсии. Для этого они скрестили мышей с мутацией гена eEF2 с мышами, который имели ген, ответственный за развитие эпилепсии. По результатам эксперимента, у мышей, имеющих мутацию белка, не наблюдались приступы эпилепсии. На протяжении всего исследования мыши проходили различные тексты, определяющие моторные, когнитивные и поведенческие функции. Все они сохранялись в норме у мышей, которые имели мутацию данного белка.
«Результаты исследования дают нам больше понимания о процессах возбуждения и торможения в гипоталамусе, нарушение которых связано с различными патологиями нервной системы, — говорит профессор Розенблюм, — мы продолжаем исследования в этом направлении, чтобы лучше понять причину развития эпилептических припадков. Это позволит в будущем создать новые методы лечения болезни».
Известно, что белки подвергаются гидролизу под влиянием эндо- и экзопептидаз, образующихся в желудке, поджелудочной железе и кишечнике. Эндопептидазы (пепсин, трипсин и химотрипсин) вызывают расщепление белка в средней его частин до альбумоз и пептонов. Экзопептидазы (карбопептидаза, аминопептидаза и дипептидаза), образующиеся в поджелудочной железе и тонком кишечнике, обеспечивают отщепление концевых участков белковых молекул и продуктов их распада до аминокислот, всасывание которых происходит в тонком кишечнике с участием АТФ.
Нарушения гидролиза белков могут быть вызваны многими причинами: воспаление, опухоли желудка, кишечника, поджелудочной железы; резекции желудка и кишечника; общие процессы типа лихорадки, перегревания, гипотермии; при усилении перистальтики вследствие расстройств нейроэндокринной регуляции. Все вышеназванные причины ведут к дефициту гидролитических ферментов или ускорению перистальтики, когда пептидазы не успевают обеспечить расщепление белков.
Нерасщепленные белки поступают в толстый кишечник, где под влиянием микрофлоры начинаются процессы гниения, приводящие к образованию активных аминов (кадаверин, тирамин, путресцин, гистамин) и ароматических соединений типа индола, скатола, фенола, крезола. Эти токсические вещества обезвреживаются в печени путем соединения с серной кислотой. В условиях резкого усиления процессов гниения возможна интоксикация организма.
Нарушения всасывания обусловлены не только расстройствами расщепления, но и дефицитом АТФ, связанным с торможением сопряжения дыхания и окислительного фосфорилирования и блокадой данного процесса в стенке тонкого кишечника при гипоксии, отравлениях флоридзином, монойодацетатом.
Нарушения расщепления и всасывания белков, так же как и недостаточное поступление белков в организм, ведут к белковому голоданию, нарушению синтеза белка, анемии, гипопротеинемии, склонности к отекам, недостаточности иммунитета. В результате активации системы гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников и гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системы увеличивается образование глюкокортикоидов и тироксина, которые стимулируют тканевые протеазы и распад белка в мышцах, желудочно-кишечном тракте, лимфоидной системе. Аминокислоты при этом могут служить энергетическим субстратом и, кроме того, усиленно выводятся из организма, обеспечивая формирование отрицательного азотистого баланса. Мобилизация белка является одной из причин дистрофии, в том числе в мышцах, лимфоидных узлах, желудочно-кишечном тракте, что усугубляет нарушение расщепления и всасывания белков.
При всасывании нерасщепленного белка возможна аллергизация организма. Так, искусственное вскармливание детей нередко ведет к аллергизации организма по отношению к белку коровьего молока и другим белковым продуктам. Причины, механизмы и последствия нарушений расщепления и всасывания белков представлены на схеме 8.
| Схема 8. Нарушения гидролиза и всасывания белков | ||
| Нарушения гидролиза | Нарушения всасывания | |
| Причины | Воспаление, опухоли, резекции желудка и кишечника, усиление перистальтики (нервные влияния, снижение кислотности желудка, прием недоброкачественной пищи) | |
| Механизмы | Дефицит эндопептидаз (пепсин, трипсин, химотрипсин) и экзопептидаз (карбо-, амино- и дипептидазы) | Дефицит АТФ (всасывание аминокислот - активный процесс и происходит с участием АТФ) |
| Последствия | Белковое голодание -> гипопротеинемия отеки, анемия; нарушение иммунитета -> склонность к инфекционным процессам; диарея, нарушение
транспорта гормонов.
Активация катаболизма белков -> атрофия мышц, лимфоидных узлов, желудочно-кишечного тракта с последующим усугублением нарушений процессов гидролиза и всасывания не только белков, витаминов, но и других веществ; отрицательный азотистый баланс. Всасывание нерасщепленного белка -> аллергизация организма. При поступлении нерасщепленных белков в толстый кишечник усиливаются процессы бактериального расщепления (гниения) с образованием аминов (гистамин, тирамин, кадаверин, путресцин) и ароматических токсических соединений (индол, фенол, крезол, скатол) |
|
Этот тип патологических процессов включает недостаточность синтеза, усиление распада белков, нарушения превращения аминокислот в организме.
- Нарушение синтеза белка.
Биосинтез белков происходит на рибосомах. С участием транспортной РНК и АТФ на рибосомах образуется первичный полипептид, в котором последовательность включения аминокислот определяется ДНК. Синтез альбуминов, фибриногена, протромбина, альфа- и бета-глобулинов происходит в печени; гамма-глобулины образуются в клетках ретикулоэндотелиальной системы. Нарушения синтеза белка наблюдаются при белковом голодании (в результате голодания или нарушения расщепления и всасывания), при поражении печени (расстройства кровообращения, гипоксия, цирроз, токсико-инфекционные поражения, дефицит анаболических гормонов). Важной причиной является наследственно обусловленное поражение В-системы иммунитета, при котором блокировано образование гамма-глобулинов у мальчиков (наследственные агаммаглобулинемии).
Недостаточность синтеза белка приводит к гипопротеинемии, нарушению иммунитета, дистрофическим процессам в клетках, возможно замедление свертываемости крови из-за уменьшения фибриногена и протромбина.
Увеличение синтеза белка обусловлено избыточной продукцией инсулина, андрогенов, соматотропина. Так, при опухоли гипофиза с вовлечением эозинофильных клеток образуется избыток соматотропина, что приводит к активации синтеза белка и усилению процессов роста. Если избыточное образование соматотропина происходит в организме с незавершенным ростом, то усиливается рост тела и органов, проявляющийся в виде гигантизма и макросомии. Если усиление секреции соматотропина происходит у взрослых, то увеличение синтеза белка приводит к росту выступающих частей тела (кистей, стоп, носа, ушей, надбровных дуг, нижней челюсти и т. д.). Это явление получило название акромегалии (от греч. acros - кончик, megalos - большой). При опухоли сетчатой зоны коры надпочечников, врожденном дефекте образования гидрокортизона, а также опухоли семенников усиливается образование адрогенов и активируется синтез белка, что проявляется в увеличении объема мускулатуры и раннем формировании вторичных половых признаков. Увеличение синтеза белка является причиной положительного азотистого баланса.
Увеличение синтеза иммуноглобулинов происходит при аллергических и аутоаллергических процессах.
В ряде случаев возможно извращение синтеза белка и образование белков, которые в норме не обнаруживаются в крови. Это явление получило название парапротеинемии. Парапротеинемия наблюдается при миеломной болезни, болезни Вальденстрема, некоторых гаммапатиях.
При ревматизме, тяжелых воспалительных процессах, инфаркте миокарда, гепатите синтезируется новый, так называемый С-реактивный белок. Он не является иммуноглобулином, хотя его появление обусловлено реакцией организма на продукты повреждения клеток.
- Усиление распада белков.
При белковом голодании, изолированном увеличении образования тироксина и глюкокортикоидов (гипертиреоз, синдром и болезнь Иценко-Кушинга) активируются тканевые катепсины и распад белка прежде всего, в клетках поперечно-полосатой мускулатуры, лимфоидных узлов, желудочно-кишечного тракта. Образующиеся аминокислоты выделяются в избытке с мочой, что способствует формированию отрицательного азотистого баланса. Избыточная продукция тироксина и глюкокортикоидов проявляется также в нарушении иммунитета и повышенной склонности к инфекционным процессам, дистрофии различных органов (поперечно-полосатой мускулатуры, сердца, лимфоидных узлов, желудочно-кишечного тракта).
Наблюдения показывают, что за три недели в организме взрослого человека белки обновляются наполовину путем использования аминокислот, поступивших с пищей, и за счет распада и ресинтеза. По данным Мак-Мюррей (1980), при азотистом равновесии ежедневно синтезируется 500 г белков, т. е. в 5 раз больше, чем поступает с пищей. Это может быть достигнуто за счет повторного использования аминокислот, в том числе и образующихся при распаде белков в организме.
Процессы усиления синтеза и распада белков и их последствия в организме представлены в схемах 9 и 10.
Схема 10. Нарушение азотистого равновесия Положительный азотистый баланс Отрицательный азотистый баланс Причины Увеличение синтеза и, как следствие, уменьшение выведения азота из организма (опухоли гипофиза, сетчатой зоны коры надпочечников). Преобладание распада белка в организме и, как следствие, выделение азота в большем количестве по сравнению с поступлением. Механизмы Усиление продукции и секреции гормонов, обеспечивающих синтез белка (инсулин, соматотропин, гормоны андрогенного действия). Увеличение продукции гормонов, стимулирующих катаболизм белка путем активации тканевых катепеи-нов (тироксин, глюкокортикоиды). Последствия Ускорение процессов роста, преждевременное половое созревание. Дистрофия, в том числе и желудочно-кишечного тракта, нарушение иммунитета. - Нарушения превращения аминокислот.
В ходе межуточного обмена аминокислоты подвергаются трансаминированию, дезаминированию, декарбоксилированию. Трансаминирование направлено на образование новых аминокислот путем переноса аминогруппы на кетокислоту. Акцептором аминогрупп большинства аминокислот является альфа-кетоглютаровая кислота, которая превращается в глютаминовую. Последняя снова может отдавать аминогруппу. Этот процесс контролируется трансаминазами, коферментом которых является пиридоксальфосфат, производное витамина В 6 (пиридоксин). Трансаминазы содержатся в цитоплазме и митохондриях. Донатором аминогрупп является глютаминовая кислота, находящаяся в цитоплазме. Из цитоплазмы глютаминовая кислота поступает в митохондрии.
Торможение реакций трансаминирования возникает при гипоксии, дефиците витамина В 6 , в том числе при подавлении сульфаниламидами, фтивазидом кишечной микрофлоры, которая частично синтезирует витамин В 6 , а также при токсико-инфекционных поражениях печени.
При тяжелых повреждениях клеток с явлениями некроза (инфаркт, гепатит, панкреатит) трансаминазы из цитоплазмы поступают в большом количестве в кровь. Так, при остром гепатите, по данным Мак-Мюррея (1980), активность глютамат-алланинтрансферазы в сыворотке крови возрастает в 100 раз.
Основным процессом, приводящим к разрушению аминокислот (деградации их), является безаминирование, при котором под влиянием ферментов аминооксидаз образуются аммиак и кетокислота, подвергающиеся дальнейшему превращению в цикле трикарбоновых кислот до С0 2 и Н 2 0. Гипоксия, гиповитаминозы С, РР, В 2 , В 6 блокируют распад аминокислот по этому пути, что способствует их увеличению в крови (аминоацидемия) и выделению с мочой (аминоацидурия). Обычно при блокаде дезаминирования часть аминокислот подвергается декарбоксилированию с образованием ряда биологически активных аминов - гистамина, серотонина, гама-амино-масляной кислоты, тирамина, ДОФА и др. Декарбоксилирование тормозится при гипертиреозе и избытке глюкокортикоидов.
В результате дезаминирования аминокислот образуется аммиак, который обладает сильно выраженным цито-токсическим эффектом, особенно для клеток нервной системы. В организме сформирован ряд компенсаторных процессов, обеспечивающих связывание аммиака. В печени из аммиака синтезируется мочевина, являющаяся сравнительно безвредным продуктом. В цитоплазме клеток аммиак связывается глютаминовой кислотой с образованием глютамина. Этот процесс получил название амидирования. В почках аммиак соединяется с ионом водорода и в виде солей аммония удаляется с мочой. Этот процесс, названный аммониогенезом, является одновременно важным физиологическим механизмом, направленным на поддержание кислотно-щелочного равновесия.
Таким образом, в результате дезаминирования и синтетических процессов в печени образуются такие конечные продукты азотистого обмена, как аммиак и мочевина. В ходе превращения в цикле трикарбоновых кислот продуктов межуточного обмена белков - ацетилкоэнзима-А, альфа-кетоглютарата, сукцинилкоэнзима-А, фумарата и оксалоацетата - образуются АТФ, вода и С0 2 .
Конечные продукты азотистого обмена выделяются из организма разными путями: мочевина и аммиак - преимущественно с мочой; вода с мочой, через легкие и потоотделением; С0 2 - преимущественно через легкие и в виде солей с мочой и потом. Эти небелковые вещества, содержащие азот, составляют остаточный азот. В норме его содержание в крови составляет 20-40 мг% (14,3-28,6 ммоль/л).
Основным феноменом нарушений образования и выведения конечных продуктов белкового обмена является увеличение небелкового азота крови (гиперазотемия). В зависимости от происхождения гиперазотемия подразделяется на продукционную (печеночную) и ретенционную (почечную).
Продукционная гиперазотемия обусловлена поражениями печени (воспаление, интоксикации, цирроз, расстройства кровообращения), гипопротеинемией. При этом синтез мочевины нарушается, и аммиак накапливается в организме, оказывая цитотоксический эффект.
Ретенционная гиперазотемия возникает при поражении почек (воспаление, расстройства кровообращения, гипоксия), нарушении оттока мочи. Это ведет к задержке и увеличению в крови остаточного азота. Данный процесс сочетается с активацией альтернативных путей выделения азотистых продуктов (через кожу, желудочно-кишечный тракт, легкие). При ретенционной гиперазотемии увеличение остаточного азота идет преимущественно за счет накопления мочевины.
Нарушения образования мочевины и выделения азотистых продуктов сопровождаются расстройствами водно-электролитного баланса, нарушением функций органов и систем организма, особенно нервной системы. Возможно развитие печеночной или уремической комы.
Причины гиперазотемии, механизмы и изменения в организме при этом представлены на схеме 11.
| Схема 11. Нарушения образования и выведения конечных продуктов белкового обмена | ||
| ГИПЕРАЗОТЕМИЯ | ||
| Печеночная (продукционная) | Почечная (ретенционная) | |
| Причины | Поражения печени (интоксикации, цирроз, расстройства кровообращения), белковое голодание | Нарушение образования мочевины в печени |
| Механизмы | Воспаление почек, расстройства кровообращения, нарушения оттока мочи | Недостаточное выделение азотистых продуктов с мочой |
| Изменения в организме | Последствия
- Нарушение функции органов и систем, особенно нервной системы. Возможно развитие печеночной или уремической комы.
Механизмы компенсации - Амидирование в клетках, аммониогенез в почках, выделение азотистых продуктов альтернативными путями (через кожу, слизистые, желудочно-кишечный тракт) |
|
Источник : Овсянников В.Г. Патологическая физиология, типовые патологические процессы. Учебное пособие. Изд. Ростовского университета, 1987. - 192 с.
Белки являются теми химическими соединениями, деятельность которых ведет к формированию нормальных признаков здорового организма. Прекращение синтеза того или иного белка или изменение его структуры ведет к формированию патологических признаков и развитию болезней. Назовем несколько заболеваний, обусловленных нарушением структуры или интенсивности синтеза белков.
Классическая гемофилия обусловлена отсутствием в плазме крови одного из белков, участвующих в свертывании крови; у больных людей наблюдается повышенная кровоточивость
Серповидноклеточная анемия обусловлена изменением первичной структуры гемоглобина: у больных людей эритроциты имеют серповидную форму, число эритроцитов уменьшено в результате ускоренного процесса их разрушения; гемоглобин связывает и переносит меньшее, чем в норме, количество кислорода.
Гигантизм обусловлен повышенным количеством гормона роста; больные имеют чрезмерно высокий рост.
Дальтонизм обусловлен отсутствием пигмента колбочек сетчатки, участвующем в формировании восприятия цвета; дальтоники не различают некоторые цвета.
Диабет связан с так называемой недостаточностью гормона инсулина, которая может быть обусловлена разными причинами: уменьшением количества или изменением строения выделяемого инсулина, уменьшением количества или изменением структуры рецептора инсулина. У больных людей наблюдается повышенное количество глюкозы в крови и развиваются сопутствующие этому патологические признаки.
Злокачественная холестеринемия обусловлена отсутствием в цитоплазматической мембране клеток нормального рецепторного белка, узнающего транспортный белок, переносящий молекулы холестерина; в организме больных нужный клеткам холестерин не проникает в клетки, а в больших количествах скапливается в крови, откладывается в стенке кровеносных сосудов, что ведет к их сужению и быстрому развитию гипертонии в раннем возрасте.
8. Муковисцидоз обусловлен изменением первичной структуры белка, формирующего в наружной плазматической мембране канал для ионов СГ; у больных в воздухоносных путях скапливается большое количество слизи, что ведет к развитию заболеваний органов дыхания.
2. Протеомика
Ушедший XX век характеризовался возникновением и бурным развитием научных дисциплин, которые расчленяли биологическое явление на составляющие его компоненты и стремились объяснить явления жизни через описание свойств молекул, в первую очередь биополимеров, входящих в состав живых организмов. Этими науками были биохимия, биофизика, молекулярная биология, молекулярная генетика, вирусология, клеточная биология, биоорганическая химия. В настоящее время развиваются научные направления, которые пытаются, исходя из свойств составляющих, дать целостную картину всего биологического явления. Для этой новой, интегративной стратегии познания жизни требуется громадный объем дополнительной информации. Науки нового века - геномика, протеомика и биоинформатика уже начали поставлять для нее исходный материал.
Геномика биологическая дисциплина, изучающая структуру и механизм
функционирования генома в живых системах. Геном - совокупность всех генов и межгенных участков любого организма. Структурная геномика изучает строение генов и межгенных участков, играющих большое значение в регуляции активности генов. Функциональная геномика изучает функции генов, функции их белковых продуктов. Предметом изучения сравнительной геномики являются геномы разных организмов, сравнение которых позволит понять механизмы эволюции организмов, неизвестные функции генов. Геномика возникла в начале 90-х годов XX века вместе с проектом "Геном человека". Задача этого проекта состояла в том, чтобы определить последовательность всех нуклеотидов в геноме человека с точностью до 0,01%. К концу 1999 года полностью раскрыто строение генома многих десятков видов бактерий, дрожжей, круглого червя, дрозофилы, растения арабидопсиса. В 2003 году расшифрован геном человека. Геном человека содержит около 30 тысяч белок-кодирующих генов. Только для 42% из них известна их молекулярная функция. Оказалось, что с дефектами генов и хромосом связано лишь 2% всех наследственных заболеваний; 98% заболеваний связаны с нарушением регуляции нормального гена. Гены проявляют свою активность в синтезируемых белках, выполняющих в клетке и организме различные функции.
В каждой конкретной клетке в определенный момент времени функционирует определенный набор белков - протеом. Протеомика - наука, изучающая совокупность белков в клетках при разных физиологических состояниях и в разные периоды развития, а так же функции этих белков. Между геномикой и протеомикой есть существенная разница - геном стабилен для данного вида, тогда как протеом индивидуален не только для разных клеток одного организма, но и для одной клетки в зависимости от ее состояния (деление, покой, дифференцировка т.д.). Множество протеомов, свойственное многоклеточным организмам, создает огромную трудность их изучения. Пока даже неизвестно точное число белков в человеческом организме. По некоторым оценкам их сотни тысяч; лишь несколько тысяч белков уже выделены, еще меньшая их часть подробно изучена. Идентификация и описание белков - это чрезвычайно сложный технически процесс, требующий комбинации биологических и компьютерных методов анализа. Однако разрабатываемые в последние годы методы выявления продуктов активности генов – молекул иРНК и белков - позволяют надеяться на быстрый прогресс в этой области. Уже сейчас созданы методы, позволяющие одновременно выявлять сотни клеточных белков одновременно и сравнивать белковые наборы в разных клетках и тканях в норме и при разных патологиях. Одним из таких методов является использование биологических чипов, позволяющих обнаруживать в изучаемом объекте сразу тысячи разных веществ: нуклеиновых кислот и белков. Открываются большие возможности для практической медицины: имея протеомную карту, подробный атлас всего комплекса белков, врачи наконец получат долгожданную возможность лечить само заболевание, а не симптомы.
Геномика и протеомика оперирует с такими огромными массивами информации, что возникла острая потребность в биоинформатике
- науке, которая собирает, сортирует, описывает, анализирует и перерабатывает новую информацию о генах и белках. Используя математические методы и вычислительную технику, ученые строят генные сети, моделируют биохимические и иные клеточные процессы. Через 10-15 лет геномика и протеомика достигнут такого уровня, что станет возможным изучать метаболом
- комплексную схему взаимодействий всех белков в живой клетке. Эксперименты на клетках и организме будут заменены на опыты с компьютерными моделями. Появится возможность создания и применения индивидуальных лекарственных средств, разработки индивидуальных профилактических мероприятий. Особенно сильное влияние новые знания окажут на биологию развития. Станет возможным получать целостное и вместе с тем достаточно детализированное представление об индивидуальных клетках, начиная от яйцеклетки и сперматозоида и вплоть до дифференцированных клеток. Это позволит впервые на количественной основе следить за взаимодействием индивидуальных клеток на разных стадиях эмбриогенеза, что всегда было заветной мечтой ученых, изучающих биологию развития. Открываются новые горизонты в решении таких проблем как канцерогенез и старение. Достижения геномики, протеомики и биоинформатики окажут решающее влияние на теорию эволюции и систематику организмов.
3. Белковая инженерия
Физические и химические свойства природных белков часто не удовлетворяют условиям, в которых эти белки будут использоваться человеком. Требуется изменение его первичной структуры, которое обеспечит формирование белка с иной, чем прежде, пространственной структурой и новыми физико-химическими свойствами, позволяющими и в иных условиях выполнять присущие природному белку функции. Конструированием белков занимается белковая инженерия.
Для получения измененного белка используют методы комбинаторной химии
и осуществляют направленный мутагенез
- внесение специфических изменений в кодирующие последовательности ДНК, приводящие к определенным изменениям в аминокислотных последовательностях. Для эффективного конструирования белка с заданными свойствами необходимо знать закономерности формирования пространственной структуры белка, от которой зависят его физико-химические свойства и функции, то есть необходимо знать как первичная структура белка, каждый его аминокислотный остаток влияет на свойства и функции белка. К сожалению, для большинства белков неизвестна третичная структура, не всегда бывает известно, какую именно аминокислоту или последовательность аминокислот нужно изменить, чтобы получить белок с нужными свойствами. Уже сейчас ученые с помощью компьютерного анализа могут предсказывать свойства многих белков, исходя из последовательности их аминокислотных остатков. Подобный анализ значительно упростит процедуру создания нужных белков. Пока же для того, чтобы получить измененный белок с нужными свойствами, идут в основном иным путем: получают несколько мутантных генов и находят тот белковый продукт одного из них, который обладает нужными свойствами.
Для направленного мутагенеза используют разные экспериментальные подходы. Получив измененный ген, его встраивают в генетическую конструкцию и вводят ее в прокариотические или эукариотические клетки, осуществляющие синтез белка, кодируемого этой генетической конструкцией. Потенциальные возможности белковой инженерии заключаются в следующем.
Изменив прочность связывания преобразуемого вещества - субстрата - с ферментом, можно повысить общую каталитическую эффективность ферментативной реакции.
Повысив стабильность белка в широком диапазоне температур и кислотности среды, можно использовать его в условиях, при которых исходный белок денатурирует и теряет свою активность.
Создав белки, способные функционировать в безводных растворителях, можно осуществлять каталитические реакции в нефизиологических условиях.
5.Повысив устойчивость белка к расщепляющим его ферментам, можно упростить процедуру его очистки.
б.Изменив белок таким образом, чтобы он мог функционировать без обычного для него неаминокислотного компонента (витамина, атома металла и т.п.), можно использовать его в некоторых непрерывных технологических процессах.
7.Изменив структуру регуляторных участков фермента, можно уменьшить степень его торможения продуктом ферментативной реакции по типу отрицательной обратной связи и тем самым увеличить выход продукта.
8.Можно создать гибридный белок, обладающий функциями двух и более белков. 9.Можно создать гибридный белок, один из участков которого облегчает выход гибридного белка из культивируемой клетки или извлечение его из смеси.
Познакомимся с некоторыми достижениями генной инженерии белков.
1.Заменив несколько аминокислотных остатков лизоцима бактериофага Т4 на цистеин получен фермент с большим числом дисульфидных связей, благодаря чему этот фермент сохранил свою активность при более высокой температуре.
2.Замена остатка цистеина на остаток серина в молекуле р-интерферона человека, синтезируемого кишечной палочкой, предотвращала образование межмолекулярных комплексов, при котором примерно в 10 раз уменьшалась противовирусная активность этого лекарственного средства.
3.Замена остатка треонина в положении 51 на остаток пролина в молекуле фермента тирозил-тРНК-синтетазы повысило каталитическую активность этого фермента в десятки раз: он стал быстрее присоединять тирозин к тРНК, переносящей эту аминокислоту в рибосому в ходе трансляции.
4.Субтилизины - богатые серином ферменты, расщепляющие белки. Они секретируются многими бактериями и широко используются человеком для биодеградации. Они прочно связывают атомы кальция, повышающие их стабильность. Однако в промышленных процессах присутствуют химические соединения, которые связывают кальций, после чего субтилизины теряют свою активность. Изменив ген, ученые удалили из фермента аминокислоты, участвующие в связывании кальция, и заменили одну аминокислоту на другую с целью повышения стабильности субтилизина. Измененный фермент оказался стабильным и функционально активным в условиях, близких к промышленным.
5.Была показана возможность создания фермента, функционирующего по типу рестриктаз, расщепляющих ДНК в строго определенных местах. Ученые создали гибридный белок, один фрагмент которого узнавал определенную последовательность нуклеотидных остатков в молекуле ДНК, а другой расщеплял ДНК в этом участке.
6.Активатор тканевого плазминогена - фермент, который используют в клинике для растворения сгустков крови. К сожалению, он быстро выводится из системы кровообращения и его приходится вводить повторно или в больших дозах, что приводит к побочным эффектам. Внеся три направленные мутации в ген этого фермента, получили долгоживущий фермент, обладающий повышенным сродством к разрушаемому фибрину и с такой же фибринолитической активностью, как у исходного фермента.
7.Произведя замену одной аминокислоты в молекуле инсулина, ученые добились того, что при подкожном введении этого гормона больным, страдающим диабетом, изменение концентрации этого гормона в крови было близко к физиологическому, возникающему после приема пищи.
8.Существует три класса интерферонов, обладающих противовирусной и противораковой активностью, но проявляющих разную специфичность. Заманчиво было создать гибридный интерферон, обладающий свойствами интерферонов трех типов. Были созданы гибридные гены, включающие в себя фрагменты природных генов интерферонов нескольких типов. Часть этих генов, будучи встроенными в бактериальные клетки, обеспечивали синтез гибридных интерферонов с большей, чем у родительских молекул, противораковой активностью.
9.Природный гормон роста человека связывается не только с рецептором этого гормона, но и с рецептором другого гормона - пролактина. Для того, чтобы избежать нежелательных побочных эффектов в процессе лечения, ученые решили устранить возможность присоединения гормона роста к пролактиновому рецептору. Они добились этого, заменив некоторые аминокислоты в первичной структуре гормона роста с помощью генетической инженерии.
10. Разрабатывая средства против ВИЧ-инфекции, ученые получили гибридный белок, один фрагмент которого обеспечивал специфическое связывание этого белка только с пораженными вирусом лимфоцитами, другой фрагмент осуществлял проникновение гибридного белка внутрь пораженной клетки, а еще один фрагмент нарушал синтез белка в пораженной клетке, что приводило к ее гибели.
Таким образом, мы убедились в том, что, изменяя специфические участки белковой молекулы, можно придавать новые свойства уже существующим белкам и создавать уникальные ферменты.
Белки являются основной мишенью для лекарственных средств. Сейчас известно около 500 мишеней для действия лекарств. В ближайшие годы их число возрастет до 10 000, что позволит создать новые, более эффективные и безопасные лекарства. В последнее время разрабатываются принципиально новые подходы поиска лекарственных средств: в качестве мишеней рассматриваются не одиночные белки, а их комплексы, белок-белковые взаимодействия и фолдинг белков.
