Обмен веществ - основные понятия и термины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обмен веществ - основные понятия и термины.

План

1. Основные положения метаболизма белков

2. Биохимические показатели, характеризующие белковый обмен у животных

3. Виды нарушений белкового обмена

4. Нарушения композиции белков плазмы. Диспротеинемии

5. Изменения компонентов остаточного азота в крови

6. Нарушение количественного поступления белка в организм

1. Основные понятия обмена веществ. Основы патобиохимии обмена веществ

Обмен веществ (метаболизм) - сложная система химических реакций, связанных между собой общими метаболитами, регуляторами и целями. Целями этих реакций являются извлечение энергии, синтез компонентов восстановителей, структурных блоков и синтез полимеров, строение которых соответствует индивидуальной генетической программе организма (анаболизм), а также инактивация отработавших метаболитов собственного синтеза и метаболитов чужеродного происхождения (ксенобиотиков).

Принципиально основной обмен, т.е. обмен, направленный на производство энергии и строительных блоков (энергетический и пластический, котрый отождествляется с обменом белков, углеводов и липидов) можно подразделить на общие стадии:

I - деполимеризация, происходящая в ЖКТ(это способ поддержания гомеостаза и защиты от чужеродной генетической информации).

II - поступление метаболитов в кровь, транспортировка по организму и трансмембранный перенос в клетки, посредством 3 видов транспорта (диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта).

III - тканевой метаболизм (а) синтез, б) окислительно-восстановительный распад (образование единого С₂- фрагмента, образование конечных продуктов обмена).

На второй стадии тканевого метаболизма происходит продукция энергии в виде АТФ. АТФ - не накапливается в организме. А энергия запасается в виде накопления углеводов(1 г = 17 кДж), жиров (1 г = 39 кДж) и белков (1 г = 17 кДж). Основные энергетические метаболиты - глюкоза (универсальный), жирные кислоты (не приникают в ЦНС, но более энергемкие и кетоновые тела.

Для регуляции обмена веществ эволюционно сформировались различные механизмы, влияющие на инструменты метаболизма - то есть на каталитическую активность энзимов. Особенности химических реакций метаболизма в том, что они все регулируются Е. Не регулируемые реакции опасны для организма.

Биохимическая схема обмена веществ включает цепи, каскады и циклы химических превращений, связанные метаболическими путями. Под метаболическим путем понимают характер и последовательность превращения определенного вещества в организме. Различают метаболические пути центральные, специальные и резервные. Кроме того, различают частные метаболические пути (строго специфические для данного вещества) и общие для нескольких сходных веществ. Некоторые вещества до какого-то метаболита могут иметь специфические метаболические пути, а затем превращаться одинаково.

Как разнонаправленная равновесная система процессов, обмен веществ не может быть весь изменен в каком-то одном направлении, поэтому выражения типа «обмен веществ усилился», «болезнь привела к снижению обмена веществ» являются не точными и неверными. Метаболизм процесс необратимый.

Он всегда стремиться достичь своих целей (основные это извлечение энергии и построение структурных блоков), при любых условиях, с максимальным КПД и минимумом побочных продуктов.

Метаболические пути взаимосвязаны и имеют общую регуляцию, поэтому изменения в одном звене обязательно приводят к изменению в других звеньях.

Так, например, при ИЗСД, недостаток инсулина первичен, он приводит к снижению запасания глюкозы в виде глюкогена и усиления глюконеогенеза, при этом тормозится ЦТК, избыток А-КоА уходит на другие цели, т.е. включается в синтез трикарбоновых кислот и кетогенез, и поэтому частыми спутниками ИЗСД является ожирение и кетоацидоз.

Следовательно, знание метаболических путей в организме необходимо для выбора диагностической тактики.

Основные положения метаболизма белков

Белок - важнейший пластический компонент диеты, незаменимый источник биогенного азота, необходимый для роста и регенерации. В пересчёте на сухой вес белки составляют 44% массы тела. На долю протеинов приходится более половины его органических соединений. (О. Эдхольм, А. Бахаранч). В соматическом отсеке тела (скелет, скелетные мышцы, кожа) находится около 63% белка тела, остальные 37% - в висцеральном отсеке. Важность белка как пластического компонента доказывается тем, что при хронической белковой недостаточности в питании населения ряда тропических регионов рост и развитие целых народов может замедляться. Известно, что представители многих низкорослых этносов тропической Африки, Азии, Латинской Америки, переселяясь в раннем детстве в развитые страны и следуя диете с достаточной в качественном и количественном отношении поставкой белка, приобретают антропометрические показатели, сходные с таковыми у коренного населения развитых стран (Ж. де Кастро, 1950; Р. Котран и соавт., 1997). Роль белка:

- структурная;

- транспортная (антитоксическая);

- регуляторная (гормональная, ферментативная);

- защитная.

Белки - носители чужеродной антигенной информации и должны расщепляться при переваривании, утрачивая ан- тигенность, что и происходит в ЖКТ, под действием протеиназ до амнокислот. Через облегченную диффузию и активный транспорт (система пермиаз) аминокислоты попадают в кровяное русло. Часть из них уходит на:

- синтез белков и функциональных белков клетки;

- синтез гормонов и др. регуляторных молекул;

- синтез функциональных белков плазмы крови;

- в реакции переаминирования, для синтеза заменимых аминокислот;

- для синтеза энергии и в др. виды обмена (избыток).

В организме различают матричный синтез белка (преимущественно) и нематричный - в отдельных случаях (синтез небольших пептидов, например трипептида глютатиона) - он экономически не выгоден.

Конечным продуктом для простых белков является аммиак, который в печени переводится в менее токсичную мочевину и экскретируется через почки.

При утилизации сложных белков вначале отщепляется небелковая часть, которая утилизируется в зависимости от вида (углеводная поступает в окислительный распад, при распаде гемоглобина отщепляется гем, разрывается пирольное кольцо по следующей схеме, с образованием биллирубина; нуклеопротеиды разрушаются с образованием мочевины и мочевой кислоты).

белок метаболизм деполимеризация

2. Биохимические показатели, характеризующие белковый обмен у животных

Интегральным показателем общего белкового метаболизма служит азотистый баланс. Это разница между суточным количеством поступающего с пищей азота и количеством азота, выделенного за тот же период в составе азотсодержащих компонентов мочи и кала (мочевина, мочевая кислота, аминокислоты, креатинин, соли аммония). Косвенно его можно оценить по соотношению небелкового остаточного азота в сыворотке крови и общим белком. У здорового взрослого животного, азотистый баланс нулевой или стремится к нулю.

Положительный азотистый баланс - указывает на то, что аминогруппа задерживается в организме в реакциях аминирования и переаминирования, т.е. идет на синтез белка. Может быть не только в норме (при росте, интенсивной регенерации, лактации и беременности), но и при патологии - опухолевом росте и при гиперсекреции гормона роста.

Отрицательный азотистый баланс указывает на то, что аминокислоты в организме интенсивно дезаминируются, сопровождает состояния с активированным глюконеогенезом (голодание, белково-энергетическая недостаточность, инсулинзависимый сахарный диабет, гиперкортицизм, стресс).

Композиция белков плазмы - т.е. количество общего белка определяемое в плазме крови и количество отдельных видов белков. Характеризует скорость синтеза и распада белка в организме.

Небелковые азотсодержащие компоненты плазмы крови или остаточный азот крови - под которым понимают азотсодержащие соединения остающееся после осаждения в плазме (сыворотке) белков. К ним относятся мочевина - на долю которой приходится около 50 % от всех азотсодержащих веществ, мочевая кислота и азот аминокислот по 20 %, креатин и креатинин, полипептидный азот.

Коллоидно-осадочные пробы. Сущность этих проб в том, что белки, находящиеся в виде коллоидных растворов осаждаются какими-то химическими соединениями. Степень осаждения зависит от заряда и размеров белка. Альбумины наиболее сложно осаждаются, а иммуноглобулины легче всего. Поэтому данные пробы позволяют косвенно судить о соотношении между отдельными фракциями общего белка. Наиболее часто используют тимоловую пробу и пробу Вельтмана.

3. Виды нарушений белкового обмена

Собственно нарушения обмена белков включают:

? нарушения количественного поступления белка в организм (белковый перекорм и белковая недостаточность);

? нарушения качественного состава белков (недостаток незаминимых аминокислот, дефицит и избыток отдельных аминокислот, причём последний может приводить как к их антагонизму, так и прямой токсичности);

? нарушения переваривания белков в ЖКТ (что ведет в белковой недостаточности и кишечной аутоинтоксикации, продуктами гнилостного распада белка);

? нарушения чрезмембранного транспорта аминокислот (расстройства кишечного всасывания при заболеваниях ЖКТ);

? нарушения промежуточного обмена аминокислот (расстройства дезаминирования; переаминирования; декарбокси- лирования при заболеваниях печени, прежде всего, а так же недостаточности ферментных систем).

? нарушения композиции белков плазмы (при заболеваниях органов синтезирующих плазменные белки).

? нарушения конечных этапов обмена белка (аномалии и недостаточность цикла мочевины, и прежде при функциональной недостаточности печени, а также при нарушениях почек - нарушение экскреции конечных продуктов).

4. Нарушения композиции белков плазмы

Около 7% массы плазмы крови составляют различные белки. Современными методами Специфика их обмена заключается в том, что они возникают в одних клетках и органах, а утилизируются, как правило, - в других. В связи с этим, плазма крови - динамическая равновесная система, и её протеинограмма, подобно зеркалу, отражает состояние разных тканей. Количество белков в плазме или сыворотке достаточно постоянный для каждого вида животных показатель (табл..). Количественные изменения в сторону увеличения называются гиперпротеинемией, а в сторону у меньшения гипопротеинемией.

Различают абсолютную и относительную гипер или гипопротеинемии.

Абсолютная гиперпротеинемия встречается редко и может наблюдаться при: внутривенном введении белковых препаратов (при переливании крови, плазмозаменители и др.), после вакцинаций, аутоиммунных заболеваниях, бело- ксинтезирующих опухолях и др.

Относительная гиперпотеинемия сопровождает патологические состояния, связанные с потерей организмом жидкости при диарейных заболеваниях, усиленном потоотделении, хроническом нефрите и т.д.

А задержка жидкости в организме (отмечают при уменьшении диуреза, повышенной секреции антидиуретического гормона, водной нагрузке и др.) сопровождается относительной гипопротеинемией. Дополнительными лабораторным тестами для дифференциации этих состояний служат определение гематокритной величины и СОЭ, т.е. необходимо выяснить соотношение между плазмой и форменными элементами.

Абсолютная гипопротеинемия наиболее часто встречаемая форма нарушения обмена белка и может указывать на:

• физиологическое состояние (наблюдается при тяжелых мышечных нагрузках, в последние месяцы беременности, в период интенсивной лактации);

• недостаточное поступление белка в организм (при алиментарном голодании, нарушении функции желудочно- кишечного тракта, печени, поджелудочной железы);

• подавление биосинтеза белка, сопровождающее хронические патологические процессы в печени;

• повышенный распад белков в организме (при тиеротоксикозе, обширных ожогах, длительных лихорадках, опухолях, передозировке кортикостероидов);

• повышенное выделение белка с мочой (нефротический синдром, гломерулонефрит, сахарный диабет) и калом (профузная диарея);

• перемещение белка из сосудистого русла (при развитии асцита, экссудативном плеврите, выпотевании транссудата, кровотечении).

Диспротеинемии

В сыворотке крови содержится большое число простых и сложных белков. В настоящее время с помощью электро- форетических, хроматографических, иммунохимических методов удалось показать наличие в сыворотке крови более 100 индивидуальных белков. Но только меньшую часть из них удалось выделить, достаточно хорошо очистить, изучить строение и свойства, а также биологическую функцию.

Наиболее распространенным методом исследования фракций белка является электрофорез. Возможность исследования белковой композиции плазмы в решающей степени была достигнута благодаря разработке А. Тиселиусом метода электрофореза на бумаге, с подвижной границей, разделяющего плазменные протеины. В 1948 г. это открытие, в связи с его гигантским прикладным медицинским значением, было удостоено Нобелевской премии по химии. Элекгоро- форетически удается разделить белок на 4-16 фракций. При классических условиях электрофореза белки подразделяются на 4 фракции (альбумины, а-глобулины, в-глобулини и гаммаглобулины). (Таблица).

При исследовании фракций белка сыворотки крови можно выявить такие нарушения, как диспротеинемия (нарушение количественного состава белков крови) и парапротеинемия (накопление в крови аномальных белков).

По изменению содержания отдельных белковых фракций можно судить о причинах и направленности нарушений белкового обмена.

Около половины всех содержащихся в сыворотке белков приходится на долю альбумина. Синтезируется в печени. Снижение концентрации альбумина (гипоальбуминемия) наблюдается при голодании, воспалительных заболеваниях, циррозе печени, злокачественных опухолях, кровотечениях, хронических гастритах, выходе белка из русла крови: в просвет кишечника - при завороте кишок, перитоните; на ожоговую поверхность - при обширных ожогах; с мочой - при нефротическим синдроме (для которого характерно повышенное выделение почками альбумина и некоторых других белковых фракций). То же отмечается при остром и хроническом гломерулонефрите, острой и хронической печеночной недостаточности.

Возрастание уровня альбумина в плазме крови (гиперальбуминемия) практически не встречается, а если и обнаруживается, то оно, как правило, вызывается уменьшением содержания воды в русле крови (дегидратация). То же отмечается при внутривенном введении больших количеств концентрированных растворов альбумина.

Белки фракций альфа-1- и альфа-2-глобулинов включают в себя белки "острой фазы", и их количество возрастает при многих острых, подострых и хронических воспалительных процессах, в том числе пневмонии, туберкулезе легких (экссудативном), острых инфекциях, остром ревматизме, сепсисе, острых некрозах (омертвении ткани).

Бетаглобулины - самая богатая липидами фракция общего белка. Содержание бета-глобулинов обычно увеличивается при злокачественных новообразованиях, тяжелой форме туберкулеза легких, инфекционном, токсическом гепатите, желтухе.

Основное количество белков с электрофоретической подвижностью гамма-глобулинов составляют иммуноглобулины A, G, М, обладающие свойствами антител.

Содержание белков этой фракции увеличивается при хронических воспалительных процессах, при инфекционном гепатите, токсическом поражении печени, механической (обтурационной) желтухе и ряде других заболеваний.

Гипогаммаглобулинемия может указывать на иммунодефицитное состояние организма.

5. Изменения остаточного азота в крови

Повышение концентрации остаточного азота - гиперазотемия (часто не совсем правильно в этих случаях используют слово «азотемия»). Гиперазотемия может быть абсолютной, связанной с действительным накоплением в крови компонентов остаточного азота, и относительной, обусловленной, например, обезвоживанием, дегидратацией.

А по происхождению ретенционной и продукционной.

Ретенционная гиперазотемия наблюдается при нарушении выделительной способности почек, поэтому определение остаточного азота приобрело большое значения для клинико-лабораторной диагностики заболеваний почек (острого и особенно хронического нефрита). В ряде случаев важно исследовать содержание остаточного азота в динамике развития заболевания. Так, констатация у больных хроническим нефритом стойкой гиперазотемии обычно указывает на развившуюся недостаточность почек. Степень повышения концентрации остаточного азота при этом коррелирует с тяжестью патологического процесса.

Продукционная гиперазотемия, как правило, сопровождает процесс усиленного распада белков. Она сопутствует патологическим состояниям, сопровождающимся синдромом эндогенной интоксикации, пролонгированного стресса (часто наблюдается в послеоперационном периоде). Отмечается при инфекционных заболеваниях, протекающих с лихорадкой и прогрессирующим распадом ткани (крупозной пневмонии). То же отмечается при туберкулезе, сахарном диабете (особенно в прекоматозной стадии), злокачественных новообразованиях (умеренное увеличение содержания остаточного азота идет параллельно возрастанию степени кахексии), острой желтой атрофии, тяжелых циррозах печени.

Наиболее часто в лабораторной практике используют определение мочевины и креатинина.

Незначительное изменение содержания мочевины в крови (снижение или увеличение) может наблюдаться при потреблении пищи со слишком малым или чрезмерно большим количеством белка.

Гораздо более выраженные сдвиги в уровне этого продукта отмечаются у больных с нарушением выделительной функции почек, а также у пациентов, страдающих заболеваниями, при которых происходит усиленный распад белка, а значит, и повышенное образование мочевины. Так, содержание мочевины в крови увеличивается при острой и хронической почечной недостаточности, опухолях мочевыводящих путей, предстательной железы, почечнокаменной болезни, недостаточности деятельности сердца, а также при лейкозах, паренхиматозной желтухе, тяжелых инфекционных заболеваниях, непроходимости кишечника, кровотечениях из верхних отделов желудочно-кишечного тракта, дизентерии, ожогах, шоке, после приема некоторых лекарств: сульфониламидов, левомицетина, тетрациклина, гентамицина, фуро- семида и др. Увеличение концентрации мочевины - уремиея (гиперуремия). Поскольку мочевина образуется в печени, при тяжелых поражениях этого органа (декомпенсированном циррозе; отравлениях фосфором, мышьяком и другими гепатотропными, печеночными ядами) концентрация мочевины в крови может быть снижена (гипоуремия). Креатинин это продукт дегидратации креатина - макроэргического соединения. В лабораторной практике используется как показатель фильтрационной способности почек, так как это вещество фильтруется и не реабсорбируется.

6. Нарушение количественного поступления белка (белковая недостаточность и белковый перекорм)

Как впервые показано русским учёным Б. А. Словцовым (1898), белки не депонируются в организме. Избыток или недостаток белка немедленно приводит к метаболическим сдвигам.

Белковая недостаточность самая распространенная форма патологии белкового обмена. При дефиците белка в рационе организм вынужден извлекать аминокислоты из структурных белков для синтеза регуляторных и функциональных, а также для включения их энергетический метаболизм при общем голодании. Белковая недостаточность значительно сказывается на рост и развитие организма, состояние иммунной защиты (снижается синтез белковых защитных факторов). Наиболее часто бывает алиментарного происхождения (недостаток белка в рационах, его неполноценность) и вторичного происхождения (при заболеваниях ЖКТ, с нарушением переваривания и всасывания).

При избытке белка дополнительные аминокислоты подвергаются энергетической утилизации с образованием большого конечного продукта (аммиака и мочевины), создавая нагрузку на органы утилизации(печень) и экскреции (почки). Избыток белка не ведет к ожирению. Есть данные о развитии гипертрофииэпителия нефронов. При избытке некоторых аминокслот возможное прямое токсическое воздействие, например, избыток метионина может привести к избытку гомоцистеина, который может обусловить возникновение гепатонекрозов, гемолитической анемии и миокар- диодистрофии или избыток триптофана вызывает избыток серотонина, который не безразличен для ЦНС. Структурно схожие аминокислоты могут подавлять утилизацию друг друга (например, лейцин - изолейцина).

Размещено на Allbest.ru