Серповидно-клеточная анемия
HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии. При этом нарушении в ДНК в результате точковой мутации триплет ЦТТ заменен на триплет ЦАТ , что влечет за собой включение в 6-м положении β-цепи вместо глутамата аминокислоты валина . Изменение свойств β-цепи влечет изменение свойств всей молекулы и формирование на поверхности гемоглобина "липкого" участка. При дезоксигенации гемоглобина участок "раскрывается" и связывает одну молекулу дезоксигемоглобина S с другими подобными. Результатом является полимеризация гемоглобиновых молекул и образование крупных белковых тяжей, вызывающих деформацию эритроцитов и, при прохождении ими капилляров, гемолиз.
Схема отличия гемоглобина S от гемоглобина А и его полимеризация
Нарушение синтеза гемоглобина
Порфирии
Порфирии – это группа гетерогенных наследственных заболеваний, возникающих в результате нарушения синтеза гема и повышения содержания порфиринов и их предшественников в организме. Выделяют наследственные и приобретенные формы порфирии.
Приобретенные формы порфирий носят токсический характер и вызываются действием гексахлорбензола, солей свинца и других тяжелых металлов (ингибирование порфобилиногенсинтазы, феррохелатазы и др.), лекарственными препаратами (антигрибковый антибиотик гризеофульфин).
При наследственных формах дефект фермента имеется во всех клетках организма, но проявляется только в одном типе клеток. Можно выделить две большие группы порфирий:
1. Печеночные – группа заболеваний с аутосомно-доминантными нарушениями ферментов различных этапов синтеза протопорфирина IX .
Наиболее ярким заболеванием этой группы является перемежающаяся острая порфирия , при которой у гетерозигот активность уропорфириноген-I-синтазы снижена на 50%. В результате больные экскретируют с мочой большие количества порфобилиногена и аминолевулиновой кислоты. На свету порфобилиноген окисляется в окрашенные соединения и моча темнеет. Симптомами заболевания являются острые боли в животе, нервно-психические расстройства (полиневриты, тетрапарез, галлюцинации), сердечно-сосудистые нарушения.
Заболевание проявляется после достижения половой зрелости из-за повышенной потребности гепатоцитов в цитохроме Р450 для обезвреживания половых стероидов, обострение состояния также часто бывает после приема лекарственных препаратов, метаболизм которых требует участия цитохрома Р450 . Снижение концентрации гема, используемого для синтеза цитохрома Р450 , активирует аминолевулинат синтазу .
2. Эритропоэтические – аутосомно-рецессивные нарушения некоторых ферментов синтеза протопорфирина IX в эритроидных клетках. При этом при синтезе уропорфириногенов
Урс А. Мейер (Urs А. Меуег)
Порфирии представляют собой патологию, связанную с наследственными или приобретенными аномалиями биосинтеза гема. Порфирины, эти тетрапирроловые пигменты, выполняют роль промежуточных продуктов этого пути и образуются из предшественников - ?-аминолевулиновой кислоты (АЛК) и порфобилиногена. Гем, комплекс двухвалентного железа с протопорфирином IX, функционирует в качестве простетической группы гемопротеинов, таких как гемоглобин, цитохромы, каталаза и триптофаноксигеназа. Его биосинтез жизненно важен и происходит во всех аэробных клетках.
Примечание. +-экскреция усилена, ++-умеренно повышена, +++-резко повышена, (+)-усилена у некоторых
Рис. 312-2. Схема биосинтеза гема.
АЛК - ?-аминолевулиновая кислота, ПБГ - порфобилиноген, УРО`ГЕН - уропорфириноген, А - уксусная кислота, Р - пропионовая кислота, М - метил, V - винил.
Биохимические аспекты. Последовательность реакций синтеза гема из субстратов глицина и сукцинил-фермента А через АЛК и порфобилиноген (ПБК) катализируется четырьмя митохондриальными и четырьмя цитозольными ферментами (рис. 312-2). В регуляции биосинтеза гема в разных тканях существуют различия.
В печени скорость образования гема ограничивается реакцией, катализируемой АЛК-синтазой. Ферменты, действующие после АЛК-синтазы, определяются в избытке. Главным регулятором АЛК-синтазы служит конечный продукт всего пути - гем, который репрессирует фермент по механизму отрицательной обратной связи. Повышенные потребности в геме удовлетворяются путем новообразования АЛК-синтазы. Ее синтез в печени индуцируется большим числом жирорастворимых веществ, стероидами и химическими соединениями, которые служат субстратами и индукторами гемопротеиновых цитохромов P450 - конечных оксидаз на пути микросомного метаболизма фармакологических средств. Эта индукция модулируется многочисленными генетическими, метаболическими и факторами окружающей среды. При порфириях, при которых симптомы провоцируются некоторыми лекарственными препаратами, взаимозависимость синтеза гема и микросомального окисления этих препаратов приобретает большое значение.
В клетках костного мозга, в которых происходит полный синтез гема, ограничивающая скорость реакция также катализируется АЛК-синтазой, но о ее роли в синтезе гема во время деления, дифференцировки и созревания клеток эритроидного ряда известно мало. В процессе созревания этих клеток из них исчезают ядра и митохондрии" и, следовательно, митохондриальные ферменты синтеза гема, тогда как цитозольные ферменты, катализирующие реакции между АЛ К и копропорфириногеном, сохраняются. В связи с этим эритроциты можно использовать для диагностики порфирий, связанных с дефектом только цитозольного фермента.
Регуляция синтеза гема в костном мозге и печени различна. В печени основной детерминантой образования гема служит уровень АЛК-синтазы, тогда как в костном мозге синтез гема запускается сложным процессом дифференцировки эритроидной клетки. Именно поэтому, вероятно, дефекты ферментов синтеза гема в эритроидных клетках и печени проявляются по-разному.
Порфириногены занимают промежуточное положение между порфобилиногеном и протопорфирином. Они бесцветны и не флюоресцируют. За исключением протопорфирина, порфирины - это побочные продукты, которые покидают путь биосинтеза вследствие необратимого окисления соответствующего порфириногена. Порфирины не выполняют физиологической функции, но в силу своей окраски и флюоресценции определяют необычный цвет мочи и эритроцитов у некоторых больных.
От расположения двух замещенных боковых цепей на пирроловом кольце порфиринов зависят структурные типы изомеров, которые нумеруются от I до IV. В природе найдены только типы I и III, причем только тип III служит субстратом конечных этапов реакции, ведущей к образованию протопорфирина IX и гема. При распаде гема образуются не порфирины, а нециклические тетрапирролы, называемые желчными пигментами.
Врожденная эритропоэтическая порфирия
Определение. Врожденная эритропоэтическая порфирия (ВЭП, болезнь Гюнтера, врожденная светочувствительная порфирия, эритропоэтическая уропорфирия) - это редкое, рецессивно наследуемое заболевание, проявляющееся хронической светочувствительностью с обезображивающими повреждениями кожи и гемолитической анемией.
Генетика, частота и патогенез. Больные представляют собой гомозигот по аутосомно-рецессивному гену. У гетерозигот порфириновый обмен нарушается редко, внешне они выглядят здоровыми. Лежащий в основе болезни ферментный дефект не установлен, но может заключаться в функциональном неравновесии активностей порфобилиногендезаминазы и косинтазы уропорфириногена III. Эта аномалия экспрессируется исключительно в созревающих клетках эритроидного ряда и приводит к резкой гиперпродукции уропорфириногена I, тогда как продукция уропорфириногена III не изменяется или несколько повышена. Уропорфириноген I не может использоваться для синтеза гема, но превращается в копропорфириноген I. Уропорфирин I, копропорфириноген I и копропорфирин I накапливаются в тканях и в избыточных количествах экскретируются с мочой и калом.
Клинические проявления и диагностика. У больных порфирины накапливаются еще в период внутриутробного развития. Уже в родах или вскоре после них обычно начинает отделяться розовая или красная моча, тогда как светочувствительность кожи, периодический гемолиз и спленомегалия могут появиться позднее. Часто определяют гипертрихоз и окрашивание зубов и костей в красный цвет. Смерть может наступить уже в детстве. При более длительном выживании у больного появляются большие калечащие рубцы, особенно на коже пальцев рук, носа и ушей. В моче определяют большие количества уропорфирина I, копропорфирина и порфиринов с 7, 6, 5 и 3 карбоксильными группами, тогда как экскреция АЛ К и ПБГ не изменяется. В кале обнаруживают большие количества копропорфирина I. Нормобласты, ретикулоциты и эритроциты содержат большие количества уропорфирина I и малое количество копропорфириногена I. Нормобласты и ретикулоциты проявляют интенсивно красную флюоресценцию. В соответствии с нормальной экскрецией АЛ К и ПБГ неврологическая патология отсутствует.
Лечение. Необходимо исключить воздействие солнечного света. В некоторых случаях гемолитическая анемия, экскреция порфиринов и светочувствительность уменьшаются после спленэктомии. Применение инфузий гематина и перорального введения?-каротина пока не вышло за рамки эксперимента.
Печеночные порфирии
Три печеночные порфирии (ИОП, НКП и ПП) во многом сходны. Все они наследуются как аутосомный доминантный признак. Острые приступы угрожающей жизни неврологической патологии провоцируются разнообразными препаратами, гормонами и другими факторами, во время которых с мочой экскретируются большие количества АЛК и ПБГ, но виды порфиринов в моче и кале различны (см. рис. 312-1).
Интермиттирующая острая порфирия. Определение. Интермиттирующая острая порфирия [ИОП, острая интермиттирующая порфирия (ОИП), пирролопорфирия] характеризуется повторными приступами неврологических и психических симптомов. Светочувствительность отсутствует. Первично нарушается функция порфобилиногендезаминазы.
Генетика, частота и патогенез. Аномалия наследуется как аутосомный доминантный признак с непостоянной экспрессивностью. Аномальный ген встречается с частотой 1:10000-1:50000, но в некоторых регионах она может быть выше. Гомозиготы не встречались. Причина болезни заключается в частичной (50 %) недостаточности порфобилиногендезаминазы, превращающей ПБГ в уропорфириноген I. На генном уровне эта недостаточность может обусловливаться не одним, а несколькими механизмами, но наиболее частая мутация обусловливает уменьшение количества иммунореактивного фермента белка. В печени частичная недостаточность фермента приводит к повышению активности и/или индуцибельности АЛК-синтазы лекарственными средствами и другими факторами и, следовательно, к повышению образования и экскреции с мочой АЛК и ПБГ. В этих условиях порфирины не накапливаются, и поэтому светочувствительность кожи не повышена. При ИОП сниженная активность порфобилиногендезаминазы определяется в печени, эритроцитах, культуре кожных фибробластов, лейкоцитах и клетках амниотической жидкости. Таким образом, ферментный дефект имеет место и во внепеченочных тканях, но его метаболические последствия в них не проявляются. Недостаточность фермента при отсутствии приобретенных факторов необязательно приводит к клинически выраженной острой порфирии, и только у "/з больных и даже менее, страдающих этим генетическим дефектом, когда-либо возникает приступ порфирии. Связь между генетическим дефектом и неврологическими нарушениями остается невыясненной.
Клинические проявления и диагностика. Симптомы болезни редко появляются до пубертатного возраста. Обычно первым и наиболее ярким симптомом приступа порфирии служит боль в животе. Она может быть умеренной или очень сильной, коликообразной, локализованной или генерализованной, иррадиирует в спину или поясницу. Боль связана, вероятно, с автономной нейропатией, сопровождающейся нарушением двигательной активности желудочно-кишечного тракта с чередующимися спазматическими и расширившимися участками кишечника. Живот обычно мягкий, и боль при надавливании не усиливается. Из-за часто сопутствующих лихорадочного состояния и лейкоцитоза острый приступ порфирии может имитировать любой воспалительный процесс в брюшной полости. Часты выраженная рвота и запор. Неврологические и психические аномалии проявляются по-разному. Могут нарушаться функции периферических нервов, автономной нервной системы, ствола мозга, черепных нервов или головного мозга. Нередки тахикардия и лабильная гипертензия с постуральной гипотензией, задержка мочи и чрезмерная потливость. Гипертензия и тахикардия коррелируют с повышенной экскрецией катехоламинов. Периферическая нейропатия обусловливается вовлечением в процесс преимущественно двигательных нервов, но может присоединиться и чувствительный компонент. Глубокие сухожильные рефлексы снижены или отсутствуют. Типичны невритные боли в конечностях, области гипо- и парестезий, а также вялое свисание стоп и кистей. Может развиться параплегия или полная вялая квадриплегия. В прошлом основной причиной смерти служил паралич дыхательной мускулатуры. При вовлечении в процесс черепных нервов могут атрофироваться зрительный нерв, присоединяться офтальмоплегия и дисфагия. При более выраженных повреждениях ЦНС появляются бред, кома и судороги. Несмотря на обратимость нейропатии, остаточные парезы могут сохраняться в течение ряда лет после острого приступа. Многие больные в течение продолжительного времени остаются раздражительными, эмоционально неустойчивыми с сохраняющимися функциональными нарушениями. У 1/3 больных нарушается психика, могут развиться органический мозговой синдром с беспокойством, дезориентацией и зрительными галлюцинациями. Иногда определяется выраженная гипонатриемия. Это может быть обусловлено несколькими причинами (в том числе выведением натрия через желудочно-кишечный тракт, неоправданным введением жидкости и сольтеряющей формой нефропатии из-за токсического эффекта АЛК), но ведущей служит, по-видимому, неадекватная секреция антидиуретического гормона. В ряде случаев присоединяется столь выраженная гипомагниемия, что развивается тетания.
Острые приступы продолжаются в течение нескольких дней и даже месяцев и варьируют по частоте и тяжести. В периоды ремиссий симптомы болезни ослабляются или полностью исчезают. Клинические (и биохимические) проявления могут провоцироваться обычными (терапевтические) дозами барбитуратов, противосудорожных средств, эстрогенами, контрацептивами или алкоголем. Все эти вещества окисляются гемопротеинами системы цитохрома Р450. Во время острых приступов метаболизм некоторых из них в печени может нарушаться. У некоторых женщин ухудшение состояния коррелирует с менструальным циклом и латентная порфирия может стать явной в поздние сроки беременности или вскоре после родов. Приступы могут провоцироваться и длительным периодом сниженного потребления калорий (голодание).
Лабораторные данные. Для острых приступов характерна избыточная экскреция с мочой АЛК и ПБГ, причем по этому признаку ИОП не отличается от НКП или ПП. Уровень АЛК и ПБГ в моче не коррелирует с выраженностью симптоматики. Простым и надежным скрининг-тестом, помогающим диагностировать острый приступ ИОП, НКП и ПП, служит качественное определение порфобилиногена в моче (тесты Уотсона-Шварца или Хоша). При нейропсихических нарушениях эти тесты почти всегда положительны, однако для этого требуется, чтобы концентрация ПБГ в моче превышала верхнюю границу нормы в 3-5 раз. В связи с этим оба теста при латентной форме болезни или нормализации экскреции ПБГ после купирования приступа могут быть отрицательными. Иногда требуется количественное определение экскретируемых с мочой АЛК и ПБГ с помощью хроматографических методов. При латентной форме ИОП с нормальной экскрецией АЛК и ПБГ диагноз может быть установлен на основании результатов определения активности порфобилиногендезаминазы в эритроцитах, лейкоцитах или культивируемых фибробластах кожи. Однако у здоровых и больных ИОП эти результаты перекрываются, и точно поставить диагноз не всегда возможно.
При ИОП в соответствии с ферментным дефектом усилена экскреция предшественников порфиринов - АЛК и ПБГ, поэтому свежеполученная моча обычно бесцветна, содержит мало предобразованного уро- или копропорфирина. При стоянии она может темнеть, так как ПБГ спонтанно полимеризуется в уропорфирин и порфобилин - темно-коричневый пигмент неизвестного строения. У некоторых больных, однако, определяют достаточное количество образующихся неферментативным путем пигментов, чтобы придавать свежеполученной моче темно-красный цвет. Концентрация порфиринов в кале обычно находится в пределах нормы.
Общепринятые функциональные печеночные пробы не изменяются, за исключением усиления задержки бромсульфалеина. В периферической крови несколько уменьшена масса эритроцитов, уменьшается и объем крови или отмечается транзиторная нормохромная нормоцитарная анемия. Метаболические изменения в период острого приступа заключаются в гиперхолестеринемии на фоне повышения уровня липопротеинов низкой плотности, повышении уровня тироксина в сыворотке (без гипертиреоза), нарушении толерантности к глюкозе и 5а-восстановления тестостерона в печени. Связь этих аномалий с генетическим дефектом остается неясной.
Лечение. Лечение в период острого приступа при ИОП, НКП и ПП одинаково. Некоторые острые приступы можно, по-видимому, купировать путем введения больших количеств (500 г/сут) углеводов (глюкозный эффект), хотя объективных методов исследований эффективности этого лечения не проводилось. Рекомендуется внутривенное введение глюкозы со скоростью 20 г/ч. Если состояние больного за 48 ч непрерывного введения глюкозы не улучшится или если нейропсихическая симптоматика прогрессирует, следует ввести внутривенно гематин (4 мг/кг за 10-15 мин каждые 12 ч в течение 3-6 дней). Он имеется в продаже (пангематин) в виде лиофилизированного порошка. Растворы готовят непосредственно перед инфузией. При использовании гематина в рекомендованных дозах осложнения развиваются крайне редко. Иногда сообщают о тромбофлебите в месте инфузии, коагулопатии (проявляется тромбоцитопенией, удлинением протромбинового времени, некоторым изменением тромбопластинового времени и гипофибриногенемией) и гемолизе. Как гематин, так и глюкоза у экспериментальных животных противодействуют индукции печеночной АЛК-синтазы и за 48 ч могут нивелировать биохимические изменения и обусловить улучшение состояния больного. Для предупреждения и/или коррекции гипонатри-, гипомагни- и азотемии важно проводить поддерживающее лечение при тщательном контроле за состоянием водно-электролитного обмена. Тахикардию и гипертензию следует купировать бета-адреноблокаторами. Перечень «безопасных» или «вероятно безопасных» средств для больных с латентной или явной формой ИОП, НКП и ПП приведен в табл. 312-2. Если вовремя не установить диагноз при прогрессировании неврологической симптоматики, острые приступы сопряжены с высоким риском смерти. Большинство больных полностью выздоравливают, но неврологическая симптоматика может сохраняться в течение нескольких месяцев и лет. Наиболее важна профилактика острого приступа путем инструктажа больного о необходимости избегать воздействия провоцирующих факторов, например лекарственных веществ, стероидов, потребления алкоголя или намеренного голодания.
Таблица 312-2. Вещества, считающиеся безопасными (или вероятно безопасными) для больных с интермиттирующей острой порфирией, наследственной копропорфирией и пестрой порфирией
Наследственная копропорфирия
Определение и генетика. Наследственная копропорфирия (НКП) представляет собой печеночную порфирию, характеризующуюся приступами нейропсихических расстройств, идентичных таковым при ИОП и ПП. Кроме того, у некоторых больных повышена светочувствительность кожи. Первичный генетический дефект заключается в частичной недостаточности копропорфириногеноксидазы. Болезнь наследуется как аутосомный доминантный признак. Частота ее неизвестна, так как в большинстве случаев клиническая симптоматика отсутствует.
Патогенез и клинические проявления. При НКП экскретируются большие количества копропорфирина III, особенно с калом. Экскреция АЛК и ПБГ усиливается во время острых приступов (положительные тесты Уотсона-Шварца или
Хоша), но в период ремиссии она обычно остается в пределах нормы. Острые приступы неотличимы от таковых при ИОП и ПП и провоцируются теми же факторами. Светочувствительность кожи повышена примерно у "/з больных. Частичную недостаточность копропорфириногеноксидазы можно обнаружить в лейкоцитах и культуре кожных фибробластов.
Лечение идентично таковому при ИОП.
Пестрая порфирия
Определение. Пестрая порфирия (ПП, южноафриканская генетическая порфирия) характеризуется как острыми приступами нейропсихических нарушений, так и хронической чувствительностью кожи к солнечному свету и механическим травмам. Первичный ферментный дефект на пути синтеза гема заключается в частичной недостаточности протопорфириногеноксидазы.
Генетика, частота и патогенез. Пестрая порфирия наследуется как аутосомный доминантный признак. Она особенно распространена среди представителей европеоидной популяции Южной Африки, где ее частоту оценивают в 1:400, причем часто заболевают потомки женщин, эмигрировавших в Кейптаун из Голландии в 1688 г. В других регионах больные встречаются реже, но все же их выявляют во многих странах. Ферментный дефект обусловливает экскрецию больших количеств протопорфирина с желчью и калом (с менее выраженным усилением экскреции копропорфирина с калом) и АЛК, ПБГ и копропорфирина с мочой во время острых приступов.
Клинические проявления и диагностика. Явная ПП развивается обычно на втором-третьем 10-летии жизни. Клиника заключается в острых приступах болей в животе и нейропсихических нарушениях на фоне повреждения кожи, вызванного солнечными лучами. Неврологические и кожные проявления могут сосуществовать или появляются в разное время. У большинства больных, проживающих в Южной Африке, после незначительных механических травм на открытых участках кожи появляются ссадины, поверхностные эрозии и волдыри. На их месте часто остаются депигментированные или пигментированные рубцы. Заживление задерживается при вторичной инфекции. Кожа лица и рук у больных обычно гиперпигментирована, а женщины часто страдают гирсутизмом. Кожные повреждения неотличимы от таковых при хронической кожной порфирии (ХКП). Резкое обострение кожных изменений может быть связано со случайными заболеваниями печени, предположительно сопровождающимися снижением экскреции порфиринов с калом и одновременно усилением их экскреции с мочой. Острые приступы нейропсихических расстройств неотличимы от таковых при ИОП и НКП и провоцируются теми же факторами. Характерным химическим признаком служит постоянная экскреция больших количеств прото- и копропорфирина даже в тех случаях, когда клиническая симптоматика минимальна или вообще отсутствует. Количество протопорфирина превышает количество копропорфирина, т. е. ситуация обратна той, которая имеет место при НКП. Экскреция АЛК, ПБГ и порфиринов с мочой у больных при бессимптомной форме или у тех, у кого появляются только кожные изменения, либо не изменяется, либо несколько усилена. Во время острых приступов экскреция АЛК и ПБГ с мочой повышается (положительные тесты Уотсона-Шварца или Хоша), увеличивается и экскреция с мочой копропорфирина и уропорфирина. Содержание порфиринов в эритроцитах находится в пределах нормы, что отличает пеструю порфирию от протопорфирии.
Лечение. Профилактика и лечение при острых приступах инфузиями глюкозы и, возможно, гематина те же, что и при ИОП и НКП, хотя опыт применения гематина при ПП более ограничен. Рекомендуется избегать воздействия прямых солнечных лучей и носить защитную одежду (шляпы, перчатки). Прогноз сходен с таковым при ИОП или несколько более благоприятен.
Хроническая кожная порфирия
Определение. Хроническая кожная порфирия (ХКП, симптоматическая кожно-печеночная порфирия, симптоматическая порфирия) - наиболее распространенная из всех порфирий. Она характеризуется хроническими изменениями кожи, частой печеночной патологией (и печеночным сидерозом), особенностью экскреции порфиринов с мочой. Заболевание обусловлено, вероятно, врожденной или приобретенной недостаточностью печеночной уропорфириногендекарбоксилазы. Неврологические нарушения отсутствуют.
Генетика, частота и патогенез. Хроническую кожную порфирию считали приобретенным заболеванием из-за ее спорадического (и обычно несемейного характера) начала в зрелом возрасте и частой связи с алкогольным повреждением печени и ее сидерозом.
Распространенность болезни не установлена, но у больных алкоголизмом с перегрузкой железом развивается часто, как, например, среди племен банту в Южной Африке. Она может быть и семейной патологией, передаваясь как аутосомный доминантный признак с непостоянной экспрессивностью (семейная ХКП). Врожденный дефект заключается в некотором снижении активности уропорфириногендекарбоксилазы в печени, эритроцитах и культуре фибробластов. Клинически и химически выявлены латентные носители дефекта. При спорадической ХКП частичная недостаточность уропорфириногендекарбоксилазы обнаруживается только в печени. Неизвестно, является ли это результатом генетического или приобретенного (токсический) механизма. Недостаточность (какова бы ни была ее этиология) уропорфириногендекарбоксилазы, которая катализирует превращение уропорфириногена в копропорфириноген, приводит к нарушению печеночного синтеза гема с последующим развитием светочувствительности кожи только при воздействии дополнительных факторов, например перегрузки железом, обычно в сочетании с повреждением печени и длительным приемом эстрогенов. Механизм, посредством которого перегрузка железом и гормоны вызывают клиническую экспрессию латентной ХКП, неизвестен. В отличие от ИОП, НКП и ПП ферментный дефект при ХКП не служит результатом нарушенной регуляции в цепи реакций синтеза гема в печени, и активность АЛК-синтазы не изменяется или лишь несколько усиливается даже при явной патологии. Это, вероятно, объясняет отсутствие острых нейропсихических приступов, обычно нормальный уровень АЛК и ПБГ в моче и переносимость таких средств, как барбитураты.
Клинические проявления и диагностика. Единственным выраженным проявлением болезни служит повышенная светочувствительность кожи. Ее изменения идентичны таковым при ПП. Они обычно появляются исподволь, чаще всего у мужчин в возрасте 40-60 лет, и заключаются в усиленной пигментации кожи лица, повышении ее чувствительности к травмам, в эритеме, а также появлении пузырей и язв. Часто появляются склеродерматозные изменения и чрезмерный рост волос в области лба, скуловой области и предплечий.
Обычно выявляют патологию печени, часто связанную с алкоголизмом, и почти всегда - ее сидероз, хотя количество скопившегося железа варьирует и редко бывает значительным. Может наступить спонтанная ремиссия. Иногда клиническая симптоматика провоцируется эстрогенами (включая контрацептивы) или известными гепатотоксическими веществами. При ХКП увеличена частота сахарного диабета, кроме того, она сочетается с системной красной волчанкой и другими аутоиммунными синдромами.
Экскреция уропорфирина и в меньшей степени копропорфирина с мочой усиливается. Моча может иметь розовый или коричневый цвет. Экскреция АЛК и ПБГ с мочой обычно не изменяется (отрицательные тесты Уотсона-Шварца или Хоша). Кроме уропорфирина, основного порфирина мочи, в ней находят и промежуточные порфирины (в частности, гептакарбоксильный). Увеличение содержания порфиринов в кале выражено слабее и обычно ограничено копропорфириновой фракцией. Диагноз устанавливают на основании сочетания повышения светочувствительности кожи, печеночной патологии, повышенной экскреции уропорфирина с мочой, отсутствия увеличения предшественников порфиринов (АЛК, ПБГ) и нейропсихических приступов в анамнезе.
Приобретенная токсическая порфирия, напоминающая ХКП, может развиться у лиц, случайно подвергшихся воздействию гексахлорбензена, полихлорированных бифенилов, тетрахлордибензо-р-диоксина (ТХДД) и других полихлорированных углеводородов. Кроме того, известно несколько случаев ХКП, сочетающейся с доброкачественными или злокачественными первичными опухолями печени.
Лечение. Отказ от приема алкоголя обычно приводит к улучшению состояния больного. Выведение железа из печени путем повторных кровопусканий также может обусловливать длительную ремиссию: еженедельно или реже забирают 400 мл крови (или эквивалентное количество эритроцитов) при тщательном наблюдении за уровнем гемоглобина и белков плазмы. У больных, которым кровопускание противопоказано, вывести уропорфирины из печени и добиться ремиссии можно, вероятно, с помощью малых доз хлорохина (125 мг дважды в неделю). Однако он может оказывать токсическое действие на печень. Альтернативой служит также хелатообразующее средство дефероксамин. Местное экранирование от солнца и пероральный прием каротиноидов не оказывают защитного действия.
Протопорфирии
Определение. Протопорфирия (ПрП, эритропоэтическая протопорфирия, эритропеченочная протопорфирия) - заболевание, при котором некоторая светочувствительность кожи сочетается с высокой концентрацией протопорфирина в эритроцитах, обусловленной недостаточностью феррохелатазы. Протопорфирин может накапливаться и в печени.
Генетика, частота и патогенез. Протопорфирия наследуется как аутосомный доминантный признак с непостоянной экспрессивностью. Активность феррохелатазы, катализирующей включение двухвалентного железа в протопорфирин, снижена в костном мозге, периферической крови, печени и культивируемых фибробластах кожи. Эта недостаточность приводит к чрезмерному накоплению протопорфирина в зрелых нормобластах, ретикулоцитах и молодых эритроцитах. По мере старения эритроцитов протопорфирин поступает из них в плазму. Светочувствительность" кожи опосредуется протопорфирином плазмы и кожи и вызывается видимой частью спектра (380-560 нм). Светочувствительность кожи обнаруживает сезонную вариабельность. У некоторых больных печень принимает участие в избыточной продукции порфиринов или, наоборот, может поглощать протопорфирин из плазмы. Многие носители этого дефекта остаются клинически (и химически) здоровыми, и диагноз можно установить только с помощью исследования ферментов.
Клинические проявления и диагностика. Некоторая светочувствительность кожи возникает обычно в детстве. Пребывание на солнце приводит к появлению зуда, эритемы и иногда отека (солнечная крапивница). Через несколько часов или дней эти явления стихают, не оставляя рубцов. Кожные проявления могут возникать лишь после длительного пребывания на солнце. В других случаях начальные изменения кожи прогрессируют до хронической экзематозной фазы (солнечная экзема). При этом заболевании кожа достаточно устойчива к механическим воздействиям, на ней не образуются волдыри в отличие от ПП и ХКП. Не определяются также эритродонтия, гипертрихоз и гиперпигментация. Не наступает и приступов нейропсихических нарушений.
Протопорфирия - болезнь обычно доброкачественная, но может сопровождаться патологией печени, желчных путей или крови. При ней увеличивается частота холелитиаза, причем в состав желчных камней входит протопорфирин. Иногда патология печени вследствие отложения большого количества протопорфирина может прогрессировать до цирроза, приводящего к смерти больного, поэтому у каждого больного следует проводить обычные функциональные печеночные пробы. Нередко протопорфирия сопровождается некоторой анемией.
Диагноз основан на обнаружении высоких концентраций протопорфирина в эритроцитах. При флюоресцентной микроскопии можно видеть большое число флюоресцирующих красным цветом эритроцитов. Уровень протопорфирина может быть повышен и в плазме и кале, тогда как в моче его количество, а также АЛК и ПБГ обычно не изменяется.
Лечение. Местная защита от солнца обычно неэффективна. Пероральный прием?-каротина (обычно в виде смеси р-каротина и кантаксантина) существенно повышает переносимость солнечных лучей. Содержание каротина в сыворотке следует поддерживать на уровне 6000-8000 мкг/л.
Порфириями называют гетерогенную группу заболеваний, характеризующихся повышенным выделением порфиринов или их предшественников. Некоторые формы порфирии являются наследственными, другие - приобретенными. Было предложено несколько различных классификаций порфирий. Наследственные формы удобно разделить на три большие группы - эритропоэтическне, печеночные и такие формы, при которых нарушения метаболизма наблюдаются одновременно в эритропоэтической и печеночной тканях (табл. 33.2). Для большинства наследуемых форм характерно наличие метаболических
Таблица 33.2. Классификация порфирий человека
лических нарушений во всех тканях, однако проявляются они по каким-то причинам в каком-то одном типе тканей. Ниже приводится описание биохимических нарушений, характерных для порфирий.
Для каждого типа порфирии характерен набор экскретируемых с мочой порфиринов и их предшественников. Эти данные и их связь с различными стадиями синтеза гема приведены на рис. 33.11.
Перемежающаяся острая порфнрня (ПОП) является признаком аутосомнодоминантной наследственной болезни человека, которая обычно проявляется только после достижения половой зрелости. Ее причиной является наследуемая частичная недостаточность уропорфириноген-1-синтазы. Больные гетерозиготны по дефектному структурному гену, поэтому активность уропорфириноген-1-синтазы в их клетках составляет 50% от нормы. Пациенты с ПОП экскретируют с мочой большие количества порфобилиногена и АЛК. Оба этих соединения бесцветны, но порфобилиноген на свету и воздухе самопроизвольно образует два окрашенных продукта - порфобилин и порфирин. Это является причиной потемнения мочи при ее стоянии на свету при доступе воздуха.
Порфобилиноген и АЛК присутствуют в плазме и спинномозговой жидкости больных, особенно в период резкого обострения. Лекарственные препараты и стероидные гормоны, метаболизм которых требует участия гемсодержащих белков, таких, как цитохром Р-450, могут ускорять наступление обострения. Соединения, индуцирующие порфирию в процессе метаболизма, повышают потребление гемовых белков и тем самым снижают внутриклеточную концентрацию гема; это приводит к дерепрессии синтеза АЛК-синтазы. Повышение активности АЛК-синтазы и частичное блокирование уропорфириноген-1-синтазы приводит к значительному накоплению АЛК и порфобилиногена; это сопровождается острыми болями в животе, рвотой, запором, сердечно-сосудистыми нарушениями, а также нервно-психическими расстройствами. Следует отметить, что, согласно экспериментальным данным, снижение содержания гема угнетает активность триптофанпирролазы и приводит к накоплению нейроактивных соединений - триптофана и 5-гидрокситриптамина.
У пациентов с ПОП не наблюдается повышенной чувствительности к свету, которая характерна для других печеночных порфирий. Этого следовало ожидать, поскольку у больных не накапливаются ни порфирины, ни порфириногены, так как метаболическое нарушение синтеза гема происходит на стадии, предшествующей образованию первого порфириногена (уропорфириногена).
Как отмечено выше, метаболические нарушения обнаруживаются и в других клетках, в частности, в эритроцитах, а также в выращенных в культуре фибробластах или клетках амниотической жидкости; однако повышенная активность АЛК-синтазы, приводящая к перепроизводству АЛК и порфобилиногена, наблюдается преимущественно в печени. Видимо, это связано с тем, что печень является тем самым органом, в котором протекает метаболизм индуцирующих агентов. Острая порфирия служит одним из редких примеров болезни, фенотипически выраженной у гетерозигот, при этом недостаточность фермента составляет только 50%.
Как и можно было предсказать на основании
Рис. 33.11. Последовательные стадии биосинтеза гема, с указанием предшественников, экскретируемых с мочой, при различных формах порфирии Фигурные скобки объединяют соединения, которые экскретируются с мочой в избыточных количествах при обострении указанных форм порфирии. АЛК - 5-аминолевулиновая кислота. (Воспроизведено с изменениями из статьи Kaufman L., Merver Н. S. Biochemical defects in two types of human hepatic prphyria. N. Engl. J. Med 1970:283:954.)
предложенного механизма регуляции синтеза АЛК-синтазы системой репрессии - дерепрессин, введение гематина пациентам с ПОП может уменьшить индукцию АЛК-синтазы и тем самым облегчить протекание заболевания.
Врожденная эрнтропоэтическая порфирия - это еще более редкое врожденное заболевание, наследуемое по аутосомнорецессивному типу. Молекулярная природа этой болезни точно неизвестна; установлено, однако, что для нее характерен определенный дисбаланс относительных активностей уропорфириноген-III- косинтазы и уропорфириноген-1-синтазы. Образование уропорфириногена I в количественном отношении значительно превосходит синтез уропорфириногена III - нормального изомера на пути синтеза гема. Хотя генетическое нарушение распространяется на все клетки, проявляется оно по неизвестной причине преимущественно в эритропоэтической ткани. Пациенты с врожденной эритропоэтической порфирией экскретируют большие количества изомеров типа I уропорфириногена и копропорфириногена; в моче оба этих соединения самопроизвольно окисляются в уропорфирин 1 и копропорфирин I - красные флуоресцирующие пигменты. Сообщалось о случае, когда наблюдалось небольшое повышение концентрации уропорфирина III, но отношение изомеров типа I и III составляло примерно 100:1. Циркулирующие эритроциты содержат большое количество уропорфирина I, однако наивысшая концентрация этого порфирина отмечена в клетках костного мозга (но не в гепатоцитах).
Вероятно, вследствие образования меньших количеств истинного предшественника гема, уропорфириногена III, и возникающего вследствие этого относительного дефицита гема в эритропоэтических тканях больных происходит индукция АЛК-синтазы. Эта индукция приводит к перепроизводству порфириногенов типа I. Наряду с усилением синтеза АЛК-синтазы и перепроизводством порфириногенов типа I повышаются образование и экскреция порфобилиногена и АЛК. Таким образом, на основе биохимических отклонений можно предсказывать появление клинических симптомов, сходных с теми, которые наблюдаются при ПОП, но помимо этого отмечается светочувствительность кожи,
обусловленная характером спектра поглощения порфириновых соединений, которые образуются в больших количествах. У пациентов отмечаются трещины на коже, часто наблюдаются гемолитические явления.
Наследственная копропорфирия-аутосомно - доминантное нарушение, обусловленное дефицитом копропорфнрнноген-оксндазы - митохондриального фермента, ответственного за превращение копропорфириногена III в протопорфириноген IX. Копро-порфириноген III в больших количествах удаляется из организма в составе фекалий, а также вследствие его растворимости в воде экскретируется в большом количестве с мочой. Как и уропорфириноген, копропорфириноген на свету и воздухе быстро окисляется, превращаясь в красный пигмент копропорфирин.
Ограниченная при этом заболевании способность к синтезу гема (особенно в стрессовых условиях) приводит к дерепрессии АЛК-синтазы. В результате наблюдается избыточное образование АЛК и порфобилиногена, а также других интермедиатов на пути синтеза гема, образующихся на стадиях, предшествующих наследственно заблокированному этапу. Соответственно у пациентов с наследственной копропорфирией обнаруживаются все признаки и симптомы, связанные с избытком АЛК и порфобилиногена, которые характерны для перемежающейся острой порфирии, но помимо этого у них имеется повышенная светочувствительность, обусловленная присутствием избыточных количеств копропорфириногенов и уропорфириногенов. При этом заболевании введение гематина также может вызвать по крайней мере частичную репрессию АЛК-синтазы и смягчение симптомов, обусловленных перепроизводством интермедиатов биосинтеза гема.
Мозаичная порфнрня, или наследственная фотокопропорфирия, является аутосомно-доминантным нарушением, при котором происходит частичное блокирование ферментативного превращения про-топорфириногена в гем. В норме это превращение осуществляется двумя ферментами, протопорфири-ногеноксидазой и феррохелатазой, локализованными в митохондриях. Судя по данным, полученным на культуре фибробластов кожи, у больных мозаичной порфирией содержание протопорфириногеноксидазы составляет лищь половину нормального количества. У пациентов с мозаичной порфирией наблюдается относительная недостаточность содержания гема в стрессовых условиях, а также дерепрессированное состояние печеночной АЛК-синтазы. Как отмечалось выше, повышенная активность АЛК-синтазы ведет к перепроизводству всех интермедиатов синтеза гема на участках перед заблокированной стадией. Таким образом, пациенты с мозаичной порфирией экскретируют с мочой избыточные количества АЛК, порфобилиногена, уропорфирина и копропорфирина, а с фекалиями выделяют уропорфирин, копропорфирин и протопорфирин. Моча больных пигментирована и флуоресцирует, а кожа чувствительна к свету так же, как и у больных поздней кожной порфирией (см. ниже).
Поздняя кожная порфнрня, вероятно, является наиболее распространенной формой порфирии. Обычно она связана с теми или иными поражениями печени, особенно при избыточном потреблении алкоголя или перегрузке ионами железа. Природа метаболического нарушения точно не установлена, но вероятной причиной является частичная недостаточность уропорфнрнноген - декарбоксилазы. Нарушение, по-видимому, передается как аутосомно-доминантный признак, но генетическая пенетрантность различна и в большинстве случаев зависит от наличия нарушений функций печени. В соответствии с предсказаниями моча содержит повышенные количества уропорфиринов типа I и III; в то же время экскреция с мочой АЛК и порфобилиногена наблюдается сравнительно редко. Иногда моча содержит весьма значительное количество порфиринов, придающих ей розоватый оттенок; при подкислении она чаще всего дает в ультрафиолетовой области розовую флуоресценцию.
Печень содержит большие количества порфиринов и поэтому сильно флуоресцирует, тогда как у эритроцитов и клеток костного мозга флуоресценция отсутствует. Главным клиническим проявлением при поздней кожной порфирии является повышенная светочувствительность кожи. У больных не наблюдается ни повышенной активности АЛК-синтазы, ни соответственно избыточного содержания в моче порфобилиногена и АЛК; это коррелирует с отсутствием острых приступов, характерных для перемежающейся острой порфирии.
Протопорфирия, или эритропоэтическая протопорфирия, по-видимому, обусловлена доминантно наследуемой недостаточной активностью феррохелатазы в митохондриях всех тканей; клинически эта болезнь проявляется как острая крапивница, вызываемая воздействием солнечных лучей. Эритроциты, плазма и фекалии содержат повышенные количества протопорфирина IX, а ретикулоциты (незрелые эритроциты) и кожа (при исследовании с помощью биопсии) часто флуоресцируют красным светом.
Печень, вероятно, тоже вносит вклад в повышение образования протопорфирина IX, однако экскреции с мочой порфиринов и их предшественников не наблюдается.
Приобретенная (токсическая) порфнрня может быть вызвана действием токсических соединений, таких, как гексахлорбензол, соли свинца и других тяжелых металлов, а также лекарственными препаратами, например гризеофульвином. Тяжелые металлы являются ингибиторами ряда ферментов в системе синтеза гема, включая АЛК-дегидратазу, уропорфириноген - синтазу и феррохелатазу.
Участвующих в синтезе гема, за исключением аминолевулинатсинтазы. При этих заболеваниях отмечают снижение образования гема. Поскольку гем - аллостерический ингибитор аминолевулинатсинтазы, то активность этого фермента повышается, и это приводит к накоплению промежуточных продуктов синтеза гема - аминолевулиновой кислоты и порфириногенов (уропорфирогена I, выделяющегося в больших количествах с мочой, т.к. он не дает нужного протопорфирина IX, нужного для синтеза гема).
При тяжёлых формах порфирии наблюдают нейропсихические расстройства, нарушения функций РЭС, повреждения кожи. Порфириногены не окрашены и не флуоресцируют, но на свету они легко превращаются в порфирины. В этом случае моча окрашена в красный цвет. Последние проявляют интенсивную красную флуоресценцию в ультрафиолетовых лучах. В коже на солнце в результате взаимодействия с порфиринами кислород переходит в синглетное состояние. Синглетный кислород вызывает ускорение ПОЛ клеточных мембран и разрушение клеток, поэтому порфирии часто сопровождаются фотосенсибилизацией и изъязвлением открытых участков кожи. Нейропсихические расстройства при порфириях связаны с тем, что аминолевулинат и порфириногены являются нейротоксинами. Такие больные на фоне анемии, испытывают неосознанную потребность в свежей крови.
Иногда при лёгких формах наследственных порфирии заболевание может протекать бессимптомно, но приём лекарств, являющихся индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, может вызвать обострение болезни. Индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы являются такие известные лекарства , как сульфаниламиды, барбитураты, диклофенак, вольтарен, стероиды, гестагены. В некоторых случаях симптомы болезни не проявляются до периода полового созревания, когда повышение образования β-стероидов вызывает индукцию синтеза аминолевулинатсинтазы. Порфирии наблюдают и при отравлениях солями свинца, так как свинец ингибирует аминолевулинатдегидратазу и феррохелатазу. Некоторые галогенсодержащие гербициды и инсектициды являются индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, поэтому попадание их в организм сопровождается симптомами порфирии.
При изучении статической биохимии были рассмотрены виды гемоглобина, гемоглобинозы и значение 2,3-дифосфоглицерата. (Образование токсичных форм кислорода и роль пентозного цикла распада глюкозы, обеспечивающего целостность эритроцита см. в темах «Биологическое окисление» и «Анаэробное окисление глюкозы».)
Выше указывалось, что регуляторную функцию биосинтеза гема выполняет железо и его особенности обмена.
Обмен железа
Содержание и функция железа . В организме содержится 4-5 г железа: в виде резервного (1/4) и функционально-активного (3/4). 62-70 % железа находится в гемоглобине эритроцитов, 5-10 % - в миоглобине, остальное - в тканях, где оно участвует во многих метаболических процессах: в составе энзимов-цитохромов, которые обеспечивают митохондриальный транспорт электронов, синтез ДНК и деление клеток, метаболизм гормонов мозгового вещества надпочечников, детоксикационные механизмы, с участием цитохрома Р 450 . Резервное железо постоянно переходит в функциональное и обратно. Так, за счет повторного использования костный мозг получает ежесуточно 20-25 мг железа.
Потребность. Ежедневная потребность в железе, абсорбируемом из пищи в организме человека, составляет: у детей от 0 до 4 месяцев жизни - 0,5 мг/день, от 1 года до 12 лет- 1,0 мг/день, женщины детородного периода - 2,8 мг/день (во время менструации потери железа составляют от 5 до 45 мг), молодые мужчины - 1 мг/день, старики - 0,9 мг/день, беременные женщины - 3-3,5 мг/день. В организм последних за время беременности должно поступать до 1 г железа (500 мг железа используется для синтеза дополнительного количества гемоглобина в организме беременной, 300 мг Fe 2+ необходимо формирующемуся плоду и 200 мг Fe 2+ компенсируют естественные потери металла организмом беременной женщины).
Всасывание железа . В пище железо в основном находится в окисленном состоянии (Fe 3+) в виде солей или в составе белков. Его освобождение происходит в кислой среде желудка , а в 12-перстной кишке восстанавливается до Fe 2+ аскорбиновой кислотой и всасывается в кишечнике из пищи. Fe 2+ в кишечном содержимом вначале связывается с белком-рецептором на поверхности эпителия слизистой оболочки кишки (b3-интегрином), что необходимо для перехода его через мембрану клетки слизистой в цитозоль. Далее, образовав комплекс с цитозольным транспортным белком-мобилферрином, Fe 2+ пересекает клетку эпителия слизистой кишечника, оставаясь в этом комплексе вплоть до поступления Fe 2+ в капиллярную сеть кишечника. Апоферритин улавливает избыточное железо в клетках слизистой оболочки кишечника. Трансляция этого белка также зависит от IRE элемента на м-РНК, к которому присоединяется избыток железа и инициирует синтез апофферитина. Образуется ферритин, который слущивается с эпителия кишечника при превышении потребности железа в организме.
Факторы, влияющие на абсорбцию железа. Абсорбции железа эпителиальными клетками желудочно-кишечного тракта способствуют сниженное насыщение трансферрина железом и повышенная эритропоэтическая активность крови. Абсорбция снижается при увеличении концентрации железа в клетках слизистой оболочки кишечника. В кишечнике более эффективна абсорбция Fe 2+ , чем Fe 3+ .
Поэтому аскорбиновая кислота, фруктоза, аминокислоты (цистеин, метионин) поддерживают двухвалентную форму железа и ускоряют его абсорбцию. В кишечнике лучше абсорбируется биодоступное железо, входящее в состав гема (мясные продукты, кровяная колбаса), чем железо из пищи растительного происхождения. Абсорбция Fe 2+ в желудочно-кишечном тракте зависит от возраста человека, функционального состояния его организма. Она наиболее высокая у детей первых месяцев жизни и достигает 57 %, у 7- 10-летних -7,75-17,75 %, у взрослых мужчин и женщин - 1,1-11,2 % и у беременных женщин - 20 % от поступившего в желудочно-кишечный тракт железа.
Транспорт железа. С выходом в кровоток двухвалентное железо окисляется до трехвалентного белком плазмы крови церрулоплазмином (ферроксидазой) и присоединяется к трансферрину, гликопротеину плазмы крови. Трансферрином Fe 3+ доставляется к тканям и используется в митохондриях эритробластов для синтеза гема, депонируется в макрофагах в виде резерва. Скорость поступления железа в неэритроидные клетки зависит от количества белков – рецепторов трансферрина в их мембране. Синтез рецепторов как и апоферритина регулируется на уровне трансляции этих белков и зависит от содержания железа в клетке. Однако, в отличие от апоферритина, железочувствительные элементы IRE м-РНК рецепторов находятся на 3′ конце. При низких концентрациях железа IRE железочувствительный белок защищает м-РНК рецепторов от разрушения и количество рецепторов увеличивается. При повышении содержания железа в клетке, как указывалось ранее, трансляция апоферритина ускоряется, а скорость синтеза рецепторов трансферрина снижается. Таким образом, эти механизмы регулируют содержание и использование железа для синтеза железосодержащих белков.
Плазма содержит от 1,8 до 2,6 мг/л трансферрина, 1 мг которого связывает 1,25 мкг Fe. В общем объеме плазмы содержится около 3 мг Fe 2+ . В норме лишь 1/3 трансферрина плазмы насыщена железом. Количество железа, которое может быть связано трансферрином, называется общей железосвязывающей способностью крови и в норме составляет 250-400 мкг % (45- 72 мкмоль/л). Концентрация железа в сыворотке крови колеблется от 50 до 160 мкг % (9-29 мкмоль/л). С мочой выводится за сутки 60-100 мкг железа.
Резервирование. Освобождение железа из комплекса трансферрин - железо обеспечивается энергией молекул АТФ, образуемых в эритробластах. Молекула трансферрина, отдавшая железо, смещается с мембранного участка молекулами трансферрина , связанными с железом, поскольку их сродство к рецепторам более сильное. Железо, поступившее в эритробласт, используется в митохондриях для синтеза гема и депонируется в эритробласте в виде резерва. В макрофагах печени и костного мозга резервное железо депонируется в молекуле ферритина. Внутри лизосом молекулы ферритина образуют большие аморфные нерастворимые агрегаты - гемосидерин. Его накопление в клетках печени и селезенке может привести к повреждению функций этих органов. Таким образом, ферритин и гемосидерин - это формы резервного железа в клетках. Из клеточного резерва железо освобождается в двухвалентном состоянии (благодаря энзиму ксантиноксидазе, аскорбиновой кислоте и др.), затем церулоплазмин окисляет Fe 2+ до трехвалентного состояния, Fe 3+ соединяется с трансферрином и транспортируется с плазмой крови к эритробластам. Печень может депонировать до 700 мг железа. Гемосидерин плохо растворим в воде и содержит 37% железа. Накопление гранул гемосидерина в печени, селезенке, поджелудочной железе приводит кповреждению этих органов – гемохроматозу (отложение пигмента ржавого цвета). Накопление гемосидерина в β-клетках панкреса приводит к их разрушению и как следствие, к сахарному диабету; в печени гемосидерин вызывает цирроз; в миокардиоцитах – сердечную недостаточность. К гемохроматозу могут привести частые переливания крови, в этих случаях больных лечат препаратами, связывающими железо.
Анемии. Дефицит железа в организме человека приводит к развитию гипохромной анемии и к гипоксии. Содержание гемоглобина в отдельном эритроците составляет 27,5-33,2 пикограмма. Снижение этой величины свидетельствует о гипохромном, увеличение - о гиперхромном содержании гемоглобина в эритроцитах. Этот показатель имеет диагностическое значение. Например, гиперхромия эритроцитов характерна для В 2 -дефицитной анемии, гипохромия - для железодефицитной анемии.
Анемия может развиться и при недостатке меди, входящей в состав трансферина, кобальта - составной части эритропоэтина , витамина В 12 , фолиевой кислоты, ионов натрия и хлора, участвующих в образовании соляной кислоты, необходимой для всасывания в кровь витамина В 12 ; нарушении синтеза гема; мутации в генах гемоглобина (гемоглобинозы); при обширном гемолизе эритроцитов; кровопотерях; при заболеваниях печени; почечной недостаточности; при инфекционных заболеваниях и т.д.
Дыхательная функция крови
Эритроциты являются главным участником транспорта газов кровью за счет гемоглобина. Олигомерная структура гемоглобина обеспечивает быстрое насыщение его кислородом в легких, так как каждый протомер (22) за счет Fe 2+ присоединяет координационной связью молекулу кислорода О 2 . Кислород, присоединяясь к первой -частице гемоглобина, вызывает конформационные изменения в последующих протомерах, что приводит к увеличению сродства к кислороду (4-я -субчастица в 300 раз скорее присоединяет молекулу кислорода, по сравнению с первой ). Благодаря кооперативной работе протомеров кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет S – образную форму и характеризует сродство гемоглобина кислороду (см. физиологию). Эта кооперативность обеспечивает не только связывание максимального количества кислорода, но и освобождение его в тканях. Этому способствуют Н + и СО 2 , в свою очередь, кислород ускоряет высвобождение СО 2 и Н + в легочной ткани. Эта аллостерическая зависимость между присоединением Н + , О 2 и СО 2 получила название эффекта Бора. Присоединение О 2 и его отдача тканям происходит в результате разницы парциального давления кислорода в воздухе, альвеолах и тканях (в воздухе – 157 мм рт.ст., в альвеолах – 100, в тканях 35 мм рт.ст. соответственно). При насыщении гемоглобина кислородом увеличивается кислотность гемоглобина, причем HHbO 2 как кислота сильнее Н 2 СО 3 , а последняя сильнее дезоксигемоглобина HHb. Известно, что сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей. СО 2 в тканях образуется в результате метаболизма (реакции декарбоксилирования); в эритроцитах работает карбоангидраза – фермент катализирующий обратимую реакцию:
СО 2 + Н 2 О КА Н 2 СО 3 .
В эритроцитах превалируют соли К + , в плазме – Na + .
H HbO 2 H 2 CO 3 H Hb
Углекислый газ более растворим и каждые 100 мл плазмы может перенести 6 – 8% 13 мл 100 мл крови всего углекислого газа, 12% за счет карбгемоглобина , когда СО 2 присоединяется к -NH 2 полипептидных и -цепей, и основное количество СО 2 переносится бикарбонатным путем (80%), когда в эритроцитах тканей образуется НСО 3 , а в альвеолах НСО 3 превращается в Н 2 СО 3 и посылает в выдыхаемый воздух СО 2 .
Ионы Н + , СО 2 уменьшают сродство гемоглобина к О 2 . Помимо этого отдачу О 2 тканям повышает 2,3-бифосфоглицерат БФГ, синтезируемый эритроцитами в процессе гликолиза из 1,3-бифосфоглицерата
N БФГ - 5 ммоль/л крови, при понижении парциального давления О 2 (у горцев) концентрация БФГ = 8 мл/л, что увеличивает снабжение тканей кислородом, т.е спасает их от гипоксии. Такая гипоксия называется экзогенной . Однако она может возникнуть и в шахтах, при неполадках в системах кислородообеспечения летательных аппаратов, подводных лодок, наркозной аппаратуры.
Гипоксия может возникнуть и при патологических процессах в связи с нарушением проходимости дыхательных путей (спазм, инородные тела, воспалительный процесс), уменьшением дыхательной поверхности легких (отек, пневмония). Обычно такая гипоксия сопровождается гиперкапнией (накопление углекислого газа). Сердечно-сосудистый тип гипоксии наблюдается при нарушении кровообращения; кровяной тип возникает при уменьшении эритроцитной массы или понижении содержания гемоглобина, отравлении угарным газом и т.д. Наконец, тканевой тип гипоксии обуславливается нарушением способности тканей поглощать кислород (отравление цианидами или другими ингибиторами биологического окисления, повреждения мембранных структур клетки, или нарушение синтеза ферментов биоокисления).
Буферные системы крови
Кровь способна противодействовать изменению рН при увеличении концентрации Н + или щелочных ионов, т.е. поддерживать постоянство значения своего рН, которое в норме колеблется от 7,37 до 7,44. Снижение величины рН ниже 6,8 или возрастание до 8,0 несовместимые с жизнью, в клинике практически не встречаются. Кровь представляет собой взвесь клеток в жидкой среде, поэтому ее кислотно-основное равновесие поддерживается совместным участием буферных систем плазмы и клеток крови.
Такие системы состоят из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием или слабого основания с солью сильной кислоты. Важнейшими буферными системами крови являются бикарбонатная, фосфатная, белковая и наиболее мощная гемоглобиновая.
Бикарбонатная буферная система - с амая управляемая система внеклеточной жидкости: на ее долю приходится около 10% всей буферной емкости крови. В данной системе донором протонов является Н 2 СО 3 , а акцептором бикарбонат-ион НСО 3 .
При выделении в кровь больших количеств кислых продуктов , водородные ионы Н + взаимодействуют с НСО 3 образуя Н 2 СО 3 , которая выделяет СО 2 через легкие в результате их гипервентиляции. Если в крови увеличивается количество оснований, то они взаимодействуют со слабой угольной кислотой, образуя ионы бикарбонатов и воду. При этих взаимодействиях не происходит заметных сдвигов в величине рН и в плазме задерживается некоторое количество СО 2 в результате гиповентиляции легких. Данная буферная система тесно связана с гемоглобиновой системой , которая в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера и составляет 75% всей буферной емкости крови.
Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и углекислого газа. Диссоциация кислотных групп гемоглобина меняется от его насыщения кислородом (ННbO 2 более сильная кислота, нежели HHb). В паре с ними работают их соли KHbO 2 и KHb, выполняющие функции сопряженных оснований. Системы гемоглобина и оксигемоглобина являются взаимопревращающимися и существуют как единое целое. Кислые соединения реагируют с калиевой солью гемоглобина: KHb + H 2 CO 3 KHCO 3 + HHb, что поддерживает рН крови в пределах допустимых величин. В капиллярах легких HHbO 2 подкисляет кровь и понижает щелочной резерв.
Белковая буферная система имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия (14%) в плазме крови, чем другие буферные системы. Благодаря наличию кислотно-основных групп (-СОО и -N + H 3) она может быть донором протонов и их акцептором, в результате чего эффективна в области значений рН 7,2-7,4.
Фосфатная буферная система
составляет 1% от буферной системы крови и представляет собой сопряженную кислотно-основную пару Н 2 РО 4 (донор протонов) и НРО
(акцептор протонов). В крови соотношение НРО:Н 2 РО 4 составляет 4:1 и ее максимальная буферная емкость проявляется вблизи рН 7,2. Органические фосфаты также обладает буферной емкостью, но мощность их слабее.
Нарушения кислотно-основного равновесия (КОР)
Если компенсаторные механизмы организма не могут предотвратить сдвиги концентрации водородных ионов, то КОР нарушается и могут наблюдаться два противоположных состояния – ацидоз и алкалоз.
При ацидозе рН крови уменьшается и ниже 6,8 – вызывает смерть, если рН возрастает до 8, то такое состояние также не совместимо с жизнью.
В зависимости от механизмов развития нарушений КОР, выделяют дыхательный и метаболический ацидоз (или алкалоз).
Дыхательный ацидоз возникает в результате гиповентиляции легких при уменьшении объема дыхания (астма, эмфизема, отек легких), что ведет к накоплению СО 2 и Н 2 СО 3 в плазме (гиперкапния). рН крови снижается и повышается выведение с мочой свободных кислот или их аммонийных солей.
Метаболический ацидоз - частая и тяжелая форма нарушения КОР, обусловлен накоплением в тканях органических кислот (лактата или кетоновых тел). Такое возможно при голодании, лихорадке и особенно при диабете при недостаче инсулина. Метаболический ацидоз ведет к компенсаторному выделению СО 2 в бикарбонатной системе, а это в свою очередь ведет к понижению и НСО 3 , что ведет к неблагоприятным последствиям.
Дыхательный алкалоз возникает при резко усиленной вентиляции легких, сопровождающейся быстрым выделением из организма СО 2 и развитием гипокапнии (понижение парциального давления углекислого газа в крови). Данный вид алкалоза наблюдается при вдыхании чистого кислорода, пребывание в разреженной атмосфере, при возбуждении дыхательного центра барбитуратами и т.п. За несколько минут внеклеточная жидкость может иметь значение рН до 7,65 и при этом снижается щелочной резерв крови ввиду превращения НСО 3 в Н 2 СО 3 .
Метаболический алкалоз развивается при потере большого количества кислых эквивалентов (неукротимая рвота, всасывание основных эквивалентов кишечного сока и накопление основных эквивалентов в тканях). При метаболическом алкалозе повышается концентрация НСО 3 в плазме, компенсирующая урежением частоты дыхания с задержкой СО 2 . Кислотность мочи и содержание NH 3 в ней понижены.
В клинической практике специальными приборами измеряют рН, Р СО2 (парциальное давление углекислого газа) и концентрацию бикарбоната в плазме. Норма НСО 3 = 25 ммоль/л, Р СО 2 = 53,3 гПа (40 мм рт.ст.), Н 2 СО 3 = 0,625 мл/л.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ПО БИОХИМИИ КРОВИ
Эритропоэтическая уропорфирия (врожденная порфирия, или порфирия Гюнтера) характеризуется поражением кожи, гемолитической анемией с внутриклеточным гемолизом, отложением в коже, эритроцитах и выделением с мочой I изомера уропорфирина; встречается редко, течение тяжелое. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. В патогенезе болезни, вероятно, имеют значение повышение активности фермента синтазы δ-аминолевулиновой кислоты и небольшое снижение активности фермента косинтазы уропорфириногена III. В результате образуется избыточное количество уропорфириногена I, который не может использоваться в; организме для дальнейших превращений. Избыточное отложение уропорфирина в эритроцитах приводит к укорочению продолжительности их жизни, т.е. к повышенному гемолизу. При этом из эритроцитов освобождается большое количество уропорфириногена, который окисляется в уропорфирин и откладывается в коже, что обусловливает фотосенсибилизацию (повышенную чувствительность кожи к солнечному облучению).
Болезнь может проявляться у новорожденных (моча у них имеет красный цвет). Через несколько недель или месяцев после рождения на различных участках тела ребенка появляются пузыри, которые нередко изъязвляются. Появившиеся язвы плохо заживают, присоединяется вторичная инфекция. Характерно значительное потемнение зубов у ребенка, красноватое свечение их при УФ-облучении. У больных наблюдается увеличение размеров селезенки. Отмечаются типичные признаки гемолитической Анемии, протекающей с внутриклеточным гемолизом. При биохимическом исследовании обнаруживается большое количество I изомера уропорфирина и в значительно меньшей степени - I изомера копропорфирина в моче, большое количество I изомера уропорфирина в эритроцитах.
Определенный эффект оказывает спленэктомия, особенно произведенная в детском возрасте. При этом уменьшается гемолиз и степень фотосенсибилизации кожи. Прогноз серьезный. Эритропоэтическая уропорфирия приводит к глубокой инвалидизации и нередко к смерти в раннем детском возрасте, чаще от сепсиса. В современных условиях благодаря использованию различных антибиотиков больные нередко доживают до зрелого возраста
Нарушения биосинтеза гема. Порфирии
Наследственные и приобретённые нарушения синтеза гема, сопровождающиеся повышением содержания порфириногенов, а также
Рис. 13-6. Регуляция синтеза аминолевулинатсинтазы. А - при высокой концентрации железа в ретикулоцитах оно присоединяется к железосвязывающему белку и снижает сродство этого белка к железочувствительному элементу (IRE) матричной РНК, кодирующей аминолевулинатсинтазу. Белковые факторы инициации трансляции связываются с мРНК и инициируют трансляцию аминолевулинатсинтазы. Б - при низком содержании железа в ретикулоцитах железосвязывающий белок обладает высоким сродством к IRE и взаимодействует с ним. Белковые факторы инициации трансляции не могут присоединиться к мРНК, и трансляция прекращается.
продуктов их окисления в тканях и крови и появлением их в моче, называют порфириями ("порфирин" в переводе с греч. означает пурпурный).
Наследственные порфирии обусловлены генетическими дефектами ферментов, участвующих в синтезе гема, за исключением аминолевулинатсинтазы. При этих заболеваниях отмечают снижение образования гема. Поскольку гем - аллостерический ингибитор аминолевулинатсинтазы, то активность этого фермента повышается, и это приводит к накоплению промежуточных продуктов синтеза гема - аминолевулиновой кислоты и порфириногенов.
В зависимости от основной локализации патологического процесса различают печёночные и эритропоэтические наследственные порфирии. Эритропоэтические порфирии сопровождаются накоплением порфиринов в нормобластах и эритроцитах, а печёночные - в гепатоцитах.
При тяжёлых формах порфирии наблюдают нейропсихические расстройства, нарушения функций РЭС, повреждения кожи. Порфириногены не окрашены и не флуоресцируют, но на свету они легко превращаются в порфирины. Последние проявляют интенсивную красную флуоресценцию в ультрафиолетовых лучах. В коже на солнце в результате взаимодействия с порфиринами кислород переходит в синглетное состояние. Синглетный кислород вызывает ускорение ПОЛ клеточных мембран и разрушение клеток, поэтому порфирии часто сопровождаются фотосенсибилизацией и изъязвлением открытых участков кожи. Нейропсихические расстройства при порфириях связаны с тем, что аминолевулинат и порфириногены являются нейротоксинами.
Иногда при лёгких формах наследственных порфирии заболевание может протекать бессимптомно, но приём лекарств, являющихся индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, может вызвать обострение болезни. Индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы являются такие известные лекарства, как сульфаниламиды, барбитураты, диклофенак, вольтарен, стероиды, гестагены. В некоторых случаях симптомы болезни не проявляются до периода полового созревания, когда повышение образования β-стероидов вызывает индукцию синтеза аминолевулинатсинтазы. Порфирии наблюдают и при отравлениях солями свинца, так как свинец нгибирует аминолевулинатдегидратазу и феррохелатазу. Некоторые галогенсодержащие гербициды и инсектициды являются индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, поэтому попадание их в организм сопровождается симптомами порфирии.
|
Метгемоглобинемии характеризуются повышенным содержанием в крови уровня метгемоглобина, представляющего собой одну из форм окисленного гемоглобина. Эпидемиология Наследственные метгемоглобинемии распространены среди жителей Гренландии, индейцев Аляски и представителей племени навахос (США), спорадические случаи этой патологии описаны в странах Европы и Азии. В нашей стране она обнаружена у коренных жителей Якутии, единичные случаи - на других территориях. О распространенности приобретенных метгемоглобинемии, встречающихся чаще среди детей, сведений мало. Этиология и патогенез В эритроцитах имеется комплекс факторов, участвующих в восстановлении метгемоглобина в гемоглобин, среди которых важную роль играет метгемоглобин-редуктаза. У здоровых лиц метгемоглобин образуется всегда, но в незначительном количестве (0,1 - 1 % ) под влиянием окислящих веществ, появляющихся в результате обмена веществ. При некоторых заболеваниях (легких, сердца) количество его может достигать 3-4 % . Метгемоглобин в отличие от оксигемоглобина содержит трехвалентное железо, стойко связывается с кислородом в легких и не отдает его тканям, что обусловливает развитие тканевой гипоксии. Иногда вещества окисляющего действия (анилиновые краски, антипирин, амилнитрат, бертолетовая соль, гидрохинон, глицерин, мышьяковистый водород, ПАСК, сульфаниламиды, фенацетин, фурадонин, хинин, хлорамфеникол и др.), проникая в эритроциты, превращают гемоглобин в метгемоглобин. Лекарственные препараты, обладающие окисляющим свойством, при длительном назначении или даже однократном приеме в терапевтической дозе могут привести к увеличению в крови количества метгемоглобина и развитию метгемоглобинемии. Подобное явление наблюдается у детей в возрасте до полугода, имеющих легко окисляемый фетальный гемоглобин, у лиц с ферментативной недостаточностью в эритроцитах либо имеющих соответствующий аномальный гемоглобин (НbМ). Классификация. Среди метгемоглобинемии выделяют наследственные и приобретенные формы заболевания. Примерная формулировка диагноза: 1. НbА - наследственная метгемоглобинемия у гомозигот с выраженным постоянным цианозом в области носогубного треугольника, конъюнктивы, ногтей и слизистой полости рта с признаками отставания в развитии (физическом и психическом). 2. Приобретенная метгемоглобинемия, протекающая с кратковременным цианозом ногтей, слизистой полости рта, носогубного треугольника и другой локализации. |