Энзимодиагностика функционального состояния печени

1. Об энзимодиагностике

Энзимодиагностика (энзим[ы] + греч. diagnostikos способный распознавать) методы диагностики болезней, патологических состояний и процессов, основанные на определении активности энзимов (ферментов) в биологических жидкостях. В особую группу выделяются иммуноферментные диагностические методы, состоящие в применении антител, химически связанных с каким-либо ферментом, для определения в жидкостях веществ, образующих с данными антителами комплексы антиген-антитело.

Использование энзимных тестов является важным критерием в распознавании врожденных энзимопатий, характеризующихся специфическими нарушениями обмена веществ и жизнедеятельности в связи с отсутствием или недостатком того или иного фермента.

Энзимодиагностика заключается в  постановке диагноза заболевания (или синдрома) на основе определения активности ферментов в биологических жидкостях человека. Принципы энзимодиагностики основаны на следующих позициях:

• при повреждении клеток в крови или других биологических жидкостях (например, в моче) увеличивается концентрация внутриклеточных ферментов повреждённых клеток;
• количество высвобождаемого фермента достаточно для его обнаружения;
• активность ферментов в биологических жидкостях, обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в течение достаточно длительного времени И отличается от нормальных значений;
• ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную локализацию в определённых органах (органоспецифичность);
• существуют различия во внутриклеточной локализации ряда ферментов.

Ферменты представляют собой специфические высокомолекулярные белковые молекулы, являющиеся биологическими катализаторами, то есть ускоряющими химические реакции, протекающие в живых организмах. Проникновение ферментов из клеток во внеклеточную жидкость, а затем в кровь, в мочу или другие биологические жидкости служит чрезвычайно чувствительным показателем повреждения плазматических мембран или повышения их проницаемости (например, вследствие гипоксии, гипогликемии, воздействия некоторых фармакологических веществ, инфекционных агентов, токсинов). Это обстоятельство лежит в основе диагностики повреждения клеток органов и тканей по феномену сопровождающей его гиперферментемии, причем выявляемое повышение активности фермента или его изоформы может иметь разную степень специфичности для поврежденного органа. Успехи биохимии, физики, молекулярной биологии и других наук, связанные с разработкой высокочувствительных методов разделения белков, позволили установить существование в организме множественных форм ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию, в результате чего стала очевидной необходимость классификации ферментов по специально разработанной для этого биохимической номенклатуре. Для вариантов ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию, но различаюшихся физико-химическими свойствами, предложено два основных термина – «изоферменты» и «множественные формы ферментов». Термином «изоферменты» принято обозначать только те разновидности ферментов, различия в первичной структуре которых определены генетически. Понятием «множественные формы ферментов» обозначают молекулы, различия в структуре которых обусловлены уже посттрансляционными изменениями.

В соответствии с природой катализируемых энзимами реакций выделяют 6 основных типов ферментов:

• Оксидоредуктазы, то есть энзимы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Представителями их являются лактатдегидрогеназа (ЛДГ), каталаза, глутаматдегидрогеназа.
• Трансферазы, обеспечивающие реакции межмолекулярного переноса химических групп: аспартатаминотрансфераза (АсТ), аланинаминотрансфераза (АлТ), гамма-глутамилтранспептидаза (ГГТП), креатинкиназа (КК) и др.

• Гидролазы, вызывающие гидролитическое расщепление внутримолекулярных связей: альфа-амилаза, липаза, холинэстераза (ХЭ), щелочная и кислая фосфатазы (ЩФ, КФ), лейцинаминопептидаза (ЛАП), пепсин, трипсин и др.

• Лиазы, катализирующие отрыв и присоединение химических групп по месту локализации двойных связей: фруктозо-1-фосфат-альдолаза (Ф-I-Ф-А), или фруктозомонофосфат-альдолаза (ФМФ-А), фруктозо-l,6-дисфосфат-альдолаза (ФДФ-А) и др.

• Изомеразы, обеспечивающие ферментативные процессы изомеризации.

• Лигазы (синтетазы), ускоряющие реакции синтеза, т. е. соединения двух молекул субстрата.

Распределение отдельных  изоферментов в тканях более специфично для определенной ткани, чем суммарная ферментативная активность, поэтому исследование некоторых изоферментов приобрело важное значение для ранней диагностики поражения отдельных органов и тканей. Так, например, широко используется определение активности в крови изоферментов креатинфосфокиназы для диагностики острого инфаркта миокарда, лактатдегидрогеназы – для диагностики поражений печени и сердца, кислой фосфатазы – при распознавании рака предстательной железы.

Все ферменты плазмы делят  на универсально распространенные (АсТ, АлТ, ЛДГ и др.) и орагноспецифические, или тканеспецифические (КК, ФМФ-А и др.). В печени содержатся в основном АлТ, АсТ, ЛДГ, ЛАП, ЩФ.

Диагностическая ценность энзимных тестов достаточно высока; она  зависит как от специфичности  данного вида гиперферментемии для определенных болезней, так и от степени чувствительности теста, то есть кратности возрастания активности фермента при данном заболевании относительно нормальных значений. Однако большое значение имеет время постановки теста, так как появление и продолжительность гиперферментемии после повреждения органа различны и определяются соотношением скорости поступления фермента в кровоток и скорости его инактивации.

При отдельных заболеваниях надежность их диагностики может  быть повышена исследованием не одного, а нескольких изоферментов. Так, например, достоверность диагноза острого инфаркта миокарда возрастает, если в определенные сроки отмечено повышение активности креатинфосфокиназы, лактатдегидрогеназы и аспарагиновой аминотрансферазы. Степень выявляемой гиперферментемии объективно отражает тяжесть и распространенность повреждения органа, что позволяет прогнозировать течение заболевания.

2. Заболевания печени

Невозможно найти такое  звено обмена веществ в организме, которое так или иначе не было бы связано с процессами, протекающими в печени.

Важнейшее значение печени в обмене веществ во многом определяется её связующей ролью между портальным и общим кругом кровообращения. Большая  часть веществ, абсорбирующихся  в кишечнике, проходит через печень. Однако следует заметить, что, хотя нейтральные жиры и поступают в печень непосредственно по системе воротной вены, всё же транспорт большинства липидов, в основном, осуществляется через лимфатическую систему с дальнейшим поступлением их в кровяное русло.

Одной из многочисленных функций печени является первичная регуляция содержания в крови веществ, поступающих в организм с пищей. Несмотря на то, что всасывание питательных веществ из кишечника в кровь происходит прерывисто, непостоянно (и потому в портальном круге кровообращения могут наблюдаться изменения концентрации ряда веществ: глюкозы, аминокислот и др.), в общем же круге кровообращения изменения в концентрации указанных соединений незначительны, благодаря важной роли печени в поддержании постоянства внутренней среды организма. Печень выполняет также крайне важную экскреторную функцию, теснейшим образом связанную с ее участием в детоксикационных процессах.

Многообразие функций  печени находит отражение в обилии лабораторных исследований, предложенных для оценки функционального состояния этого органа. Необходимо подчеркнуть, что ни в одном органе разграничение нормы и патологии не представляет таких трудностей, с какими приходится сталкиваться при исследовании функции печени. Следует иметь в виду очень большую регенерирующую способность печени, позволяющую ей длительное время компенсировать патологический процесс. Не всегда при том или ином патологическом процессе изменены все функции печени, нарушение может касаться лишь одной или некоторых из них.

Основная часть клеточного состава печени образована печеночными или полигональными клетками (гепатоцитами). Около трети всех клеток печени приходится на долю клеток ретикулоэндотелиальной системы – купферовских клеток. Эти клетки захватывают из протекаюшей через печень крови чужеродные вещества; в них также происходит разрушение эритроцитов.

Наряду с печеночными  и купферовскими клетками в печени имеется и небольшое количество соединительнотканной стромы. Она состоит, главным образом, из коллагена. При некоторых патологических процессах (циррозы) относительное содержание в печени соединительной ткани значительно увеличивается, что оказывает прессорный эффект на кровеносные сосуды и нарушает отток желчи; особенно сильно при этом страдает портальное кровообращение.

Около 70% массы печени составляет вода, содержание которой подвержено значительным колебаниям как в норме, так и особенно при патологических процессах, что указывает на активное участие печени в регуляции водно-солевого гомеостаза. При отеках количество воды может составлять до 80% массы органа; при избыточном отложении жира в печени количество воды может существенно снижаться.

Около половины сухого остатка  ткани печени приходится на белки, причем из них большую часть составляют глобулины. Остальные белки представлены альбуминами, нуклеопротеидами и коллагеном. Из белков, специфических для печени, а также для селезенки и костного мозга, следует отметить хромопротеид ферритин, содержащий железо.

Печень очень богата различными ферментными белками. Наряду с ферментами, имеющимися и в других органах, печень содержит ферменты, присущие только ей. К их числу, в частности, относятся ферменты, вызывающие распад цистеина и гистидина, а также катализирующие синтез мочевины, метилирование гуанидинуксусной кислоты, отщепление фосфорной кислоты от глюкозо-6-фосфата, образование эфиров глюкуроновой кислоты. Повышенная активность некоторых ферментов в крови новорожденных может быть обусловлена повышенной проницаемостью клеточных мембран, и по мере снижения проницаемости активность таких ферментов приближается к нормативам взрослых. Так, в частности, это установлено для аспартатаминотрансферазы (АсТ) и фруктозодифосфатальдолазы. Снижение активности этих ферментов в крови отмечается у здоровых детей после 6 мес. жизни, хотя в печени она остаётся высокой.

Печень является депо для полисахарида гликогена. При  тяжелых паренхиматозных поражениях количество гликогена в печеночных клетках резко снижается. И, наоборот, при различных типах гликогеновой болезни (гликогенозы) оно увеличивается, доходя до 20% и более от массы печени.

В химическом составе  печени определенное место занимают липиды: нейтральные жиры (триглицериды), фосфолипиды, липоид холестерин и др. При выраженном ожирении содержание липидов может достигать 20 % от массы  органа, а при жировом перерождении печени количество липидов в этом органе может составлять 50% от его сырой массы. При некоторых патологических процессах в печени возрастает содержание продуктов обмена жиров и липоидов. Так, при болезни Нимана-Пика происходит отложение в печени, а также в селезенке сфингомиелина, при болезни Гоше – накопление цереброзида керазина.

Печень чрезвычайно  богата различными витаминами, особенно это касается витаминов А, С, РР, пантотеновой кислоты, в меньшей степени – витаминов В₆, Е и В₂. Важнейшую роль играет печень в образовании метаболита витамина D₃ – его транспортной формы 25-гидроксихолекальциферола (25-ОН-D3).

Разнообразен и минеральный  состав печени. В ней содержатся Nа, К, Са, Mg и ряд микроэлементов: Fe, Zn, Cu, Mn, Аs и др. Количество железа, меди, марганца и мышьяка превышает содержание этих элементов в других органах. При ряде патологических процессов содержание отдельных элементов может значительно изменяться.

Печень играет ключевую роль в обмене белков. В этом направлении она выполняет следующие основные функции: синтез специфических белков плазмы; образование мочевины и мочевой кислоты; синтез холина и креатина; трансаминирование и дезаминирование аминокислот, что весьма важно для взаимных превращений аминокислот, а также для процесса глюконеогенеза и образования кетоновых тел. Все альбумины плазмы, 75 – 90% a-глобулинов и 50% b-глобулинов синтезируются гепатоцитами. Лишь g-глобулины продуцируются не гепатоцитами, а звездчатыми ретикулоэндотелиоцитами печени (клетками Купфера). Следует, однако, подчеркнуть, что в большинстве своём g-глобулины образуются вообще вне печени.

Печень является единственным органом, где синтезируются такие  важные для организма белки, как  протромбин, фибриноген, проконвертин и проакцелерин. Нарушение синтеза ряда белковых факторов системы свертывания крови при тяжелых заболеваниях печени может приводить к геморрагическим явлениям.

При поражениях печени нарушается процесс дезаминирования аминокислот, что приводит к увеличению их концентрации в крови и моче. Так, если в норме содержание азота аминокислот в сыворотке крови составляет примерно 2,9-4,3 ммоль/л, то при тяжелых заболеваниях печени (атрофические процессы) эта величина возрастает до 21 ммоль/л, что обусловливает выраженную аминоацидурию. К примеру, при острой атрофии печени содержание тирозина в суточной моче может достигать 2 г (при норме 0,02 – 0,05 г/сут).

Кроме дезаминирования, аминокислоты подвергаются в печени переаминированию. Процесс переаминирования (трансаминирования) не является специфическим для печени, он происходит и в других органах, но в печени интенсивность этих ферментативных реакций весьма значительна. В крови повышение активности трансаминаз (АлТ – аланинаминотрансферазы, АсТ – аспартатаминотрансферазы) наблюдается при различных деструктивных изменениях, например при инфарктах миокарда и при гепатитах. Очень важна специфичность данной энзимодиагностики: с помощью этих ферментативных реакций можно с высокой степенью достоверности судить о поражении указанных органов. При некротических изменениях в сердечной мышце в крови резко повышается активность АсТ, в то время как при гепатите отмечается возрастание активности АлТ. Причем весьма важным является то, что определение активности трансаминаз позволяет обнаружить патологию печени ещё в дожелтушный период.