Биохимия крови

МІНІСТЕРСТВО  ОХОРОНИ ЗДОРОВ`Я УКРАЇНИ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

КУРС  ЛЕКЦІЙ З БІОХІМІЇ

 

для студентів спеціальності 7.110101

денної форми навчання

 

Розділ

«БІОХІМІЯ КРОВІ»

 

 

 

 

Затверджено

на засіданні кафедри біохімії і фармакології як курс лекцій з  дисципліни «Біологічна хімія».

Протокол №21 від 12.05.2011 р.

Суми 

Сумський державний  університет

2011

 

Курс лекцій з біохімії. Розділ  «Біохімія крові» / укладачі:       Л.І. Гребеник, І.Ю. Висоцький. – Суми: Сумський державний університет, 2011. – 80 с.

 

Кафедра біохімії і фармакології

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Передмова

 

Детальне вивчення біохімічних  характеристик такої ткнини, як кров, є обов’язковим для формування фундамент-тальних знань майбутнього лікаря. Курс лекцій з розділу «Біохімія крові», який запропонований студентам спеціальності «Лікарська справа», містить базові питання, що стосуються статичних і динамічних біохімічних характеристик крові. У посібнику подана інформація про хімічний склад та головні функції молекул – складових крові. Наведені основні хімічні перетворення, які пов’язані з функціонуванням крові. Знання вище зазначених питань є обов’язковим – вони створюють необхідні умови для ефективного вивчення клінічних дисциплін, в яких діагностика, лікування та моніторинг захворювань базуються на аналізі в тому числі й біохімічних показників крові.

Цей курс лекцій написаний у першу  чергу для студентів 2-го курсу, які  вивчають дисципліну «Біологічна та біоорганічна хімія». Саме тому у ньому детально охарактеризовані основні складові крові. Але оскільки курс лекцій орієнтований на студентів – майбутніх лікарів, у ньому наведені також і елементи клінічної біохімії, які стосуються діагностики захворювань внутрішніх органів. Так, наприклад, детально описане клініко-діагностичне значення визначення основних показників крові.

На думку авторів, цей курс лекцій також може бути корисним студентам  старших курсів, насамперед тим, хто  вивчає дисципліну «Клініко-лабораторна діагностика».

 

 

“Non enim paranda nobis solum, sed fruenda sapientia est”

 

(Слід не лише мати мудрість, але й вміти користуватися  нею)

 

 

 

Біохімія крові

 

Кров –  рідка сполучна тканина, що бере участь у забезпеченні безперервного зв’язку між органами та системами організму, обміні продуктами життєдіяльності організму з навколишнім середовищем. Кров містить рідку речовину – плазму та формені елементи – клітини крові (еритроцити,  лейкоцити і тромбоцити). Кількість крові в організмі людини становить 4,5-5 л (1/13маси тіла).

 

Кров надходить в усі частини  організму та виконує такі важливі функції:

1. транспортну – перенесення різних речовин між органа-ми і тканинами (кисню, оксиду вуглецю, поживних речовин, медіаторів, ферментів, електролітів, кінцевих продуктів обміну, гормонів тощо. Ці речовини транспортуються у вільному стані або в комплексі з білками;
2. поживну - кров забезпечує транспорт поживних речовин (вуглеводів, ліпідів, амінокислот та ін.) до тканин;
3. екскреторну – ця функція тісно пов’язана з транспорт-ною функцією; кров забезпечує виведення з тканин та органів кінцевих продуктів метаболізму (сечовини, сечової кислоти, аміаку тощо);
4. дихальну – ця функція пов’язана з транспортною функ-цією; кров забезпечує транспорт О₂ та СО₂ між тканинами та легенями;
5. регуляторну – кров бере участь у регуляції кислотно-основного стану організму, містить гормони та білки, які беруть участь у процесах координації біохімічних та фізіологічних процесів в організмі;
6. захисну – кров містить компоненти (лейкоцити, імуногло-буліни, система комплементу), які захищають організм від чужорідних агентів; система коагуляції захищає організм від втрати крові;

 

 

7. терморегуляторну – кров бере участь у перерозподілі тепла в усьому організмі.

 

1. Характеристика основних білкових фракцій крові

 

Білки плазми крові – це динамічна  система, яка перебуває в рівновазі з білками тканин. Їх кількісний та якісний склад відображає стан білкового обміну в цілому організмі. У плазмі крові міститься більше 300 різних білків.

 

Функції білків крові:

• підтримують колоїдно-осмотичний (онкотичний) тиск крові;
• беруть участь у функціонуванні згортальної та антизгор-тальної систем крові;
• беруть участь у підтримці сталості рН (буферні властивості);
• визначають в’язкість крові;
• беруть участь в транспорті різних сполук (гормонів, ліпідів, жирних кислот, пігментів, мінеральних речовин, жиророз-чинних вітамінів);
• є носіями природного та набутого імунітету;
• можуть бути використані як пластичний матеріал для синтезу білків тканин.

 

Основна маса білків плазми крові синтезується в печінці - це альбуміни (10-16 г/доб), α-глобуліни, частина β-глобулінів, фібриноген, компоненти системи згортання крові (II, V, VII, IX, X, XI фактори). У клітинах імунної системи синтезується більша частина β- та γ-глобулінів.

Загальна кількість білків плазми становить 65-80 г/л. Можливі добові коливання в межах 10-20 г/л. У новонароджених кількість загального білка в крові 50-60 г/л. До 3 років це значення досягає нормального рівня.

 

 

 

 

Зменшення (гіпопротеїнемія) або збільшення (гіперпротеї-немія) загального білка плазми та окремих білкових фракцій можуть бути зумовлені багатьма причинами. Ці зміни не є специфічними, але відображають загальну характеристику патологічного процесу (запалення, некроз, новоутворення), динаміку та ступінь тяжкості захворювання. Тому визначення концентрації загального білка та окремих фракцій має велике клініко-діагностичне значення.

Важливе значення також має визначення альбумін-глобулінового коефіцієнта (А/Г коефіцієнт, або білковий коефіцієнт). У нормі співвідношення кількості альбумінів до кількості глобулінів становить: А/Г= 1,2 – 2,0. Зменшення цього значення можливе як за рахунок збільшення концентрації альбумінів, так і в разі підвищення кількості глобулінів крові. Так, наприклад, це може бути результатом пригнічення синтезу альбумінів у печінці або втрати білка із сечею, а також у разі підвищення синтезу γ-глобулінів у відповідь на інфекцію.

 

 Основні білкові  фракції

 

1.1. Альбуміни

Частка альбумінів – 40-50 г/л ( 52-65% загального білка).

Функції альбумінів:

1. беруть участь у підтримці онкотичного тиску крові, таким чином, беруть участь у регуляції водного обміну між кров’ю та позаклітинним простором. При зниженні концентрації альбумінів менше ніж 30 г/л онкотичний тиск зменшується та виникають набряки;
2. беруть участь у транспорті вуглеводів, ліпідів, гормонів, пігментів, мінеральних речовин.

Вони зв’язують вільні жирні кислоти і транспортують їх. Таке зв’язування забезпечує зниження концентрації фізіологічно активних вільних жирних кислот у 10 000 разів.  Тому зниження кількості альбумінів може бути однією з причин розвитку жирової інфільтрації печінки.

 

Відомо, що половина всього кальцію  крові зв’язана альбумінами. Динамічна рівновага між іонізованим та зв’язаним Са також залежить від концентрації альбумінів.

Такі лікарські препарати, як пеніцилін, сульфаніламіди, аспі-рин утворюють комплекси з альбумінами, що забезпечує більш тривале перебування цих сполук у крові, тобто пролонгує їх дію.

Альбуміни також мають різні специфічні центри для зв’язування з гормонами (тиреоїдними, стероїдними, інсуліном). Встановлено, що насичення альбумінів одним гормоном не пригнічує зв’язування з іншим. Кількість альбумінів  регулює вміст вільних гормонів, які є активними. Таким чином, регулюється ступінь активності деяких гормонів. Зниження кількості альбумінів призводить до серйозних метаболічних та фізіологічних розладів, пов’язаних із зростанням гормональної активності;

3. мають буферні властивості, які зумовлені наявністю вільних аміно- та карбоксильних груп у структурі білка;
4. можуть виконувати резервну та пластичну функції. Встановлено, що при аліментарній недостатності білка альбуміни можуть бути використані тканинами як пластичний матеріал для побудови власних білків.

Значне зниження концентрації альбумінів (до 5 г/л) можливе при захворюваннях нирок з вираженим нефротичним синдромом.

 

1.2. Глобуліни

Це гетерогенна суміш  білкових молекул, в якій виділяють α-, β- та γ- глобуліни. Кожна з цих фракцій містить специфічні білки, які виконують певні біохімічні функції. Нормальне значення концентрації глобулінів  у сироватці крові 20-30 г/л.

 

α-Глобуліни

За допомогою електрофорезу на папері виділяють дві фракції α₁- ((4,5±0,2) г/л) та α₂- глобуліни ((5,6±0,2) г/л).

 

 

До α₁-глобулінів належать α₁-антитрипсин, α₁-кислий гліко-протеїн, альфа-фетопротеїн та інші.

α₁-Антитрипсин (2-2,5 г/л) – це глікопротеїн (природний інгібітор протеїназ). Його біологічна функція реалізується шляхом зв’язування з ферментами трипсином, хімотрипсином, плазміном, тромбіном, що призводить до пригнічення активн-ості цих протеїназ. Антитрипсин належить до білків гострої фази. У гострій фазі захворювання в печінці спостерігається підвищення синтезу цього білка. Зростання кількості цього білка спостерігаеться також в разі надходження у кров великої кількості протеаз, наприклад, при гострому панкреатиті. Його концентрація зростає при запальних процесах (інфекційні захворювання, гострі гепатити, цирози печінки в активній формі, некротичні процеси, гострі та хронічні панкреатити) та механічному ураженні тканин. Вміст антитрипсину в крові підвищується також при злоякісних новоутвореннях (рак шийки матки, лімфогранулематоз тощо).

Спадкові порушення синтезу  α₁-антитрипсину призводять до розвитку емфіземи легень у людей віком 20-40 років та неонатального гепатиту, наслідком якого може бути цироз печінки. Причиною емфіземи є відсутність механізмів інгібу-вання еластази (також протеїнази), яка бере участь у деструктив-них процесах у легенях.

α₁-Кислий глікопротеїн (орозомукоїд, AGP - a₁-acid glycopro-tein) – високомолекулярний білок, фізіологічна роль якого до кінця ще не встановлена, але існує точка зору про наявність у нього імуномодуляторних властивостей – AGP може зв’язувати-ся з ендогенними та екзогенними медіаторами запалення. Орозомукоїд може захищати організм в умовах підвищеної продукції цитокінів запалення (наприклад, при ендотоксичному шоці). У період розвитку запальної реакції концентрація цього білка зростає у 2- 4 рази, тому AGP також належить до білків гострої фази.

 

 

 

Підвищення концентрації α₁-кислого глікопротеїну спостері-гається при запаленнях, злоякісних пухлинах, хронічному больовому синдромі. Зниження – в ранньому дитячому віці, при прийманні контрацептивів, генетичних дефектах.

Альфа-фетопротеїн (АФП, a-Fetoprotein) – глікопротеїн сироватки крові, який починає вироблятися на 5-му тижні розвитку плода. За будовою АФП подібний до альбумінів і виконує аналогічну функцію в організмі плода. В акушерстві та гінекології цей білок є одним із показників стану розвитку плода та наявності спадкової патології. Визначення концентрації АФП у крові матері разом з рівнем β-хоріонічного гонадотропіну (ХГЧ) та вільного естрадіолу належить до «потрійного тесту» діагностики риску відхилень у розвитку плода.

В онкології АФП використовують як один з ембріональних імунологічних маркерів злоякісних пухлин (онкофетальний антиген). У дорослих цей білок визначається в крові у високих концентраціях у разі доброякісних або злоякісних проліфера-тивних процесів у клітинах, в яких він виробляється в ембріо-нальному періоді. Так, при гепатоцелюлярній карциномі концен-трація цього білка може зрости у 100 разів (80-90% пацієнтів), при хронічному гепатиту – у 10 – 25 разів (30% пацієнтів). Крім того, визначення концентрації АФП призначають для виявлення метастазування пухлини в печінку, оцінки терапії злоякісних пухлин, скринінгу груп ризику (пацієнтів з цирозом печінки, дефіцитом α₁- антитрипсину).

 

До  α₂-глобулінів належать гаптоглобін, α₂-макроглобулін, церулоплазмін, С-реактивний білок.

Гаптоглобін (Нр) – глікопротеїн, біологічною функцією якого є зв’язування вільного гемоглобіну (Hb), що вивільняється при внутрішньосудинному гемолізі. Таким чином, Нр перешкод-жає втраті організмом гемоглобіну тому, що комплекс Нр-Hb не може пройти крізь ниркові клубочки. Комплекс Нр-Hb за декіль-ка хвилин видаляється клітинами РЕС. Залізо, яке вивільняється, надходить у кров, зв’язується трансферином та транспортується до клітин кісткового мозку для синтезу Hb. Крім того, вста-новлено, що комплекс Нр-Hb має високу пероксидазну актив-ність та бере участь у функціонуванні антиоксидантної системи організму.