Обмен белков и его нарушения

К небелковым азотистым компонентам крови относятся главным образом продукты обмена простых и сложных белков- (мочевина, аминокислоты, креатинин, креатин, мочевая кислота, полипептиды, нуклеотиды, билирубин и др.). Эти компоненты определяют часто как небелковый или остаточный азот. Остаточным его называют потому, что он остается в надосадочной жидкости (центрифугате) после осаждения белков трихлоруксусной, фосфорномолибденовой или фосфориовольфрамовой кислотами. Хотя эти определения используют часто как синонимы, понятие «небелковый» азот несколько шире, чем понятие «остаточный» азот.

Содержание остаточного азота в крови крупного рогатого скота колеблется от 0,2 до 0,7 г/л; овец - 0,2-0,5 г/л; свиней и лошадей - 0,2-0,45 г/л. У здоровых животных колебания в содержании остаточного азота зависят в основном от количества белка в рационе. При патологии вследствие нарушения соотношения между образованием и выведением продуктов азотистого метаболизма содержание остаточного азота в крови может увеличиваться (гиперазотемия или азотемия). В зависимости от причин возникновения азотемии ее подразделяют на ретенционную и продукционную.

При ретенционной азотемии увеличение азотсодержащих продуктов в крови наступает вследствие нарушения выделительной способности почек. Поэтому определение остаточного азота имеет большое значение в клинико-биохимической диагностике заболеваний почек. Повышение содержания остаточного азота при ретенционной азотемии происходит в основном за счет мочевины. Наблюдается азотемия при остром и особенно хроническом нефрите, пиелонефрите, туберкулезе почек и некоторых других заболеваниях. Внепочечная ретенционная анемия может развиться на фоне тяжелого нарушения кровообращения, снижения артериального давления и нарушения почечного кровотока. Она может наблюдаться при травматическом шоке, врожденных пороках сердца, препятствиях оттоку мочи после ее образования и других заболеваниях.

Продукционная азотемия возникает, как правило, вследствие усиленного распада белка и избыточного поступление азотсодержащих веществ в кровь. Функция почек при этом чаще всего не нарушена. Она наблюдается при лейкозе, злокачественных новообразованиях, туберкулезе легких, инфекционных заболеваниях с прогрессирующим течением, сопровождающихся лихорадкой, циррозе печени, острой желтой атрофии печени, отравлении гепатотропными ядами. Продукционная азотемия обнаруживается при острых гнойных воспалениях подкожной клетчатки, хирургическом шоке, ожогах, перитоните, острой кишечной непроходимости.

В клинической практике часто наблюдаются азотемии смешанного типа, когда продукционная азотемия вызывает развитие ретенционной, а ретенционная сопровождается продукционной. Установлено, например, что нарушение портального кровообращения и функциональной способности печени при тяжелых циррозах печени приводящее к накоплению аммиака и других токсических продуктов белкового метаболизма, сопровождается возникновением ретенционной азотемии, вследствие развивающейся почечной недостаточности.

Мочевина. Является основным конечным продуктом распада белков. Содержание мочевины в крови определяется процессами ее образования и выведения. У крупного рогатого скота область ее наиболее вероятных значений составляет 3-4,5; овец - 3-6,0; свиней - 3,5-7,0 ммоль/л крови. Значительное повышение мочевины в крови сопровождается выраженным клиническим синдромом интоксикации - уремией. Считается, что мочевина сама по себе мало токсична (в 18 раз менее токсична, чем другие азотистые компоненты сыворотки крови) и что сопровождающий ее увеличение в крови синдром интоксикации обусловлен другими продуктами. Уремия, также как и азотемия, может быть ретенционной и продукционной.

При острой почечной недостаточности содержание ее в крови резко возрастает. Мочевина наиболее индикаторный компонент остаточного азота, указывающий на почечную недостаточность, так как именно мочевина в наибольшей степени задерживается в крови при ухудшении функции почек. Поэтому содержание мочевины увеличивается быстрее остальных компонентов остаточного азота.

Отношение азота мочевины к остаточному азоту (азот мочевины/о статочный азот) используют для дифференциации патологии печени и почек. Если в норме это соотношение колеблется около 0,5, то при почечной недостаточности оно повышается, а при тяжелых поражениях печени снижается.

Повышенное содержание мочевины в крови наблюдается при высоком содержании белка в рационе, а также при использовании некоторых лекарственных средств, анаболических стероидов, салицилатов, препаратов железа, препаратов оказывающих нефротоксическое действие.

Снижение мочевины в крови происходит при патологии печени, сопровождающейся глубокими дистрофическими изменениями, приводящими к ее функциональной недостаточности, отравлении фосфором, мышьяком, декомпенсированном циррозе, голодании.

Креатин и креатинин - компоненты остаточного азота, определение которых играет важную роль при проведении клинико-биохимических исследований. Синтез креатинина происходит в основном в печени и почках, с током крови он поступает в мышечную ткань, где происходит его фосфорилирование и превращение в макроэрг-креатинфосфат. После разрушения последнего образуется креатин. Содержание креатина в крови крупного рогатого скота и овец составляет 0,07-0,12 ммоль/л, креатинина - 0,05-0,15 ммоль/л; у свиней - соответственно 0,12-0,16 и 0,4-0,06 ммоль/л; лошадей - 0,13-0,17 и 0,08-0,18 ммоль/л.

Увеличение креатина в крови наблюдается при поражении скелетной мускулатуры, мышечных дистрофиях, больших оперативных вмешательствах, гипертиреозе, инфекциях, лихорадочных состояниях. Повышение содержания креатинина в крови может быть обусловлено как задержкой этого метаболита в организме, так и усиленным его образованием.

Ретенционная креатининемия наблюдается при заболеваниях почек сопровождающихся нарушением их функции. Обычно увеличение креатинина в крови рассматривают как ранний признак почечной недостаточности. Продукционная креатининемия отмечается при резко выраженном нарушении функции печени, кишечной непроходимости, пневмонии, лихорадочных состояниях, недостаточной деятельности сердечнососудистой системы, голодании, усиленной мышечной работе, эндокринных нарушениях (гипертиреозе, гипофункции надпочечников, сахарном диабете).

Азот свободных аминокислот - это азот аминокислот не входящих в состав полипептидов и белков. На долю азота аминокислот приходится около 25% остаточного азота. Содержание аминоазота в сыворотке крови крупного рогатого скота составляет 0,04-0,08 ммоль/л, у овец, свиней и лошадей - соответственно 0,04-0,08; 0,06-0,08; 0,05-0,07 ммоль/л.

Увеличение содержания аминокислот в сыворотке крови является одним из показателей характеризующих усиление катаболических процессов в организме, сопровождающих определенную патологию. Повышение азота аминокислот наблюдается в результате нарушения процессов их дезаминирования при патологии печени (гепатитах, желтой атрофии печени, отравлении гепатотропными ядами, в состоянии печеночной комы) при обширных ожогах, при острых инфекциях, гипертиреозе. Уменьшение содержания азота свободных аминокислот происходит при нефротическом синдроме, после введения глюкозы, инсулина, гормона роста.

Аммиак. Конечный продукт распада белка, входит в состав фракции остаточного азота. Он поступает в кровь из органов и тканей, где образуется в результате дезаминирования азотистых соединений, главным образом аминокислот, свободных пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и некоторых других соединений. Он поступает из толстого кишечника, в котором образуется при разложении азотсодержащих веществ гнилостными микроорганизмами, а также из преджелудков (особенно рубца) у жвачных. В сыворотке крови крупного рогатого скота его содержание составляет 0,06-0,12 ммоль/л. Аммиак сильно токсичен, особенно чувствительны к нему клетки центральной нервной системы. Поэтому в организме существует ряд защитных механизмов обезвреживания аммиака: синтез мочевины, связывание глутаминовой и аспарагиновой кислотами, выведение с мочой в виде аммонийных солей.

Увеличение аммиака в крови наблюдается при острой печеночной недостаточности, жировой дистрофии печени, острой почечной недостаточности, кишечном и рубцовом дисбактериозе, нарушении руменогепатической циркуляции азота. Аммиак, накапливающийся в крови при тяжелых паренхиматозных поражениях печени, является одним из патогенетических факторов, приводящих к развитию печеночной комы. Увеличение содержания аммиака в крови наблюдается при врожденных энзимопатиях, в случае дефектов биосинтеза ферментов орнитинового цикла.

Мочевая кислота является конечным продуктом обмена пуриновых оснований у человекообразных обезьян, свиней и птиц, у остальных млекопитающих мочевая кислота окисляется до аллантоина, который и является конечным продуктом обмена. Содержание мочевой кислоты в крови крупного рогатого скота и овец колеблется от 0,06 до 0,12 ммоль/л, свиней - 0,006-0,28; лошадей - 0,024-0,065 ммоль/л.

Увеличение мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) наблюдается при патологических состояниях связанных с усиленным распадом клеток, нарушением выделения мочевой кислоты с мочой, нарушением эндокринной регуляции обмена пуриновых оснований.

Мочевая кислота - плохо растворимое в воде соединение. При повышении содержания ее в крови она может откладываться в тканях в виде соответствующих солей (обычно уратов натрия). Заболевание, обусловленное отложением уратов в суставах (почках), носит название подагры и широко встречается у человека.

У свиней описана гуаниновая подагра, связанная с отложением в суставах гуанина. Это связано с низкой активностью в тканях свиней фермента гуанидиндезаминазы, катализирующей реакцию гидролиза гуанина.

Повышение содержания мочевой кислоты в крови наблюдается при заболеваниях почек, гемоглобинопатиях, пернициозной анемии, лейкозе, функциональной недостаточности печени, ожирении, отравлении свинцом и угарным газом.

Нарушение обмена сложных белков

Сложные белки состоят из простого белка и простетической группы. Простой белок метаболизируется в организме обычным путем, а обмен простетических групп двух классов сложных белков - хромопротеинов и нуклепротеинов идет по своим путям. Наиболее важными хромопротеинами являются гемопротеины. Они представлены в организме прежде всего гемоглобином (около 80%), миоглобином (около 17%) цитохромами, каталазой, пероксидазой и др. (около 1%).

Основная часть гемоглобина находится в эритроцитах. Разрушение эритроцитов и распад гемоглобина в основном происходит в селезенке, печени, а также клетках некоторых других органов. Распад сопровождается образованием желчных пигментов. Образовавшийся при распаде эритроцитов гемоглобин, связывается с белком сыворотки гаптоглобином и в виде комплекса гаптоглобин-гемоглобин переносится в клетки ретикулоэндотелиальной системы (РЭС), в основном селезенки, где и подвергается распаду. Гаптоглобин отщепляется, снова выходит в кровь и связывает новые порции гемоглобина. В клетках РЭС происходит распад гемоглобина с образованием из него билирубина.

Для понимания патологических состояний связанных с нарушением свойств гемоглобина нужно четко представлять его структуру и основную функцию-транспортировку кислорода.

Молекула гемоглобина состоит из 4 субъединиц, каждая из которых представляет полипептидную цепь, связывающую 1 молекулу гема. Известны 4 типа полипептидных цепей гемоглобина - альфа- (а), бета- (Р), гамма- (у), дельта- (5). Атом железа расположен в центре молекулы и связан с атомами пиррольных колец (4 связи) и с гистидиновыми остатками полипептидных цепей (2 связи). Специфичность гемоглобинов разных животных определяется набором и последовательностью аминокислот пептидных цепей. Например, в глобине крупного рогатого скота и собаки содержится разные количества метионина (чем у всех позвоночных животных одинаков).

Молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода. Это происходит в легких где парциальное давление кислорода составляет 13300 Па (100 мм рт.ст.). В межклеточной жидкости это давление составляет 9980 Па (на 35% ниже), что обеспечивает переход кислорода из альвеол в кровь и из крови в межклеточную жидкость.

После присоединения молекулы кислорода к одной из цепей происходит пространственная перестройка молекулы гемоглобина, облегающая связывание кислорода остальными цепями (кооперативный эффект). Интенсивность связывания кислорода гемоглобина определяется его парциальным давлением в крови и концентрацией других регуляторов к которым относятся С0₂, Н⁺ и 2,3- диглицерофосфат. Углекислота и протоны способствуют диссоциации НЬ0₂, а 2,3-диглицерофосфат снижает сродство гемоглобина к кислороду, что также усиливает диссоциацию НЬ0₂.

Нарушения образования гемоглобина относятся или к его белковой части или к гему. Синтез белкового компонента обеспечивается общим механизмом биосинтеза белков, поэтому все нарушения этого процесса ведут и к нарушению биосинтеза гемоглобина.

Аномалии, связанные с нарушением механизма синтеза белкового компонента гемоглобина, называются гемоглобинопатиями. Гемоглобинопатии могут быть связаны с заменой аминокислотного остатка, в пептидной цепи гемоглобина или с дефектом синтеза одной из глобиновых цепей (талассемии). Известно более 200 вариантов замен отдельных аминокислот в полипептидных цепях гемоглобина. Однако если замены касаются аминокислот структурно или функционально не являющихся необходимыми, то клинически такие нарушения не проявляются. В противном случае, замена аминокислоты может привести к нарушению транспорта кислорода и развитию заболевания. Замена аминокислоты обычно изменяет электрофоретическую подвижность гемоглобина, что позволяет его идентифицировать.

Наиболее известная гемоглобинопатия - серповидноклеточная анемия - врожденный дефект гемоглобина (HbS), при котором остаток глутамата в положении 6 в бета-цепи заменен на валин (Р 6 Глу -- Вал). Растворимость HbS на 50% меньше, чем растворимость окисленной формы гемоглобина. Это приводит к укорочению жизни эритроцитов, снижению их резистентности и, как следствие, к развитию анемии (гемолитической по механизму). Эритроциты, содержащие s-гемоглобин при изменении рН или добавлении натрийдитиинина приобретают серповидную форму. Причиной широкого распространения серповидноклеточной анемии в районах эндемичных по тропической малярии считают способность малярийного плазмодия вызывать в эритроцитах образование гемоглобина s.

Метгемоглобинопатии - группа гемоглобинопатий, связанных с заменой остатка гистидина, участвующего в связывании полипептидных цепей глобина с железом. В метгемоглобине железо находится в окисленной форме (Fe³ ) и переносить кислород он не способен. Основной признак этого заболевания - метгемоглобинемия. Небольшое количество метгемоглобина образуется и у здоровых животных (1-2% от общего количества гемоглобина), однако при участии фермента метгемоглобинредуктазы возможно его восстановление в нормальный гемоглобин. В мутированной цепи восстановление метгемоглобинредуктазой или редуцирующими веществами не происходит.

При генетически детерминированной метгемоглобинемии она наиболее выражена у гомозигот, для которых это заболевание смертельно. У гетерозигот в крови имеется смесь гемоглобина и метгемоглобина, от соотношения между ними зависит способность крови транспортировать кислород и состояние здоровья.

Метгемоглобинемия может развиваться также при наследственном дефеците фермента метгемоглобинредуктазы восстанавливающего спонтанно образующийся метгемоглобин.

Метгемоглобинемия может также иметь не врожденный характер, а явиться результатом отравления нитритами, нитратами, нитрозосоединениями, анилином. Такую генетически не детерминированную метгемоглобинемию можно лечить редуцирующими веществами - аскорбиновой кислотой, метиленовым синим и др.

Наряду с метгемоглобином патологическим производным гемоглобина является карбоксигемоглобин (COHb). Сродство оксида углерода (II) к гемоглобину в 200 раз выше чем у 0₂. Это приводит к тому, что даже при невысоких концентрациях СО во вдыхаемом воздухе вместо оксигемоглобина НЬ0₂ образуется карбоксигемоглобин.

Генетически обусловленные нарушения синтеза одной из нормальных цепей гемоглобина называют обычно талассемиями. В зависимости от дефекта синтеза альфа- или бета-цепей различают соответственно а- и р-талассемию. При всех видах талассемии нарушается продукция эритроидных клеток в костном мозге и насыщение эритроцитов гемоглобином. Важное значение в диагностике и классификации талассемий играет электрофорез гемоглобинов.

Так как для биосинтеза гема необходимы глицин и сукцинил-КоА, то при недостатке этой аминокислоты, или нарушении цикла трикарбоновых кислот и окислении жирных кислот будет всегда нарушаться и синтез гемоглобина.

Нарушения метаболизма гема, ведущие к накоплению в организме предшественников гема-уро и ко- пропорфиринов и протопорфирина IX называют порфириями. Накопление в организме уро и копропорфиринов сопровождается фотодерматозом (повышенной чувствительностью к действию света), усилением гемолиза, увеличением печени и селезенки, окрашиванием тканей и мочи в розовый цвет.

Если нарушение биосинтеза гема происходит на стадии предшествующей образованию порфиринов и приводит к увеличению содержания аминолевулиновой кислоты и порфобилиногена, то клинические проявления имеют неврологический характер, так как они являются нейротоксинами. Порфирии вторичные наблюдаются при гемолитической анемии, остром гепатите, циррозе, отравлении свинцом, оловом, ртутью. Диагностика порфирий основывается на увеличении содержания порфиринов в моче и крови.

Белковый состав сыворотки крови и его нарушения

Белки сыворотки крови являются наиболее широко используемым объектом исследования при клинико-биохимических исследованиях. И это не случайно. Они наиболее доступны для получения в нативном состоянии, тесно связаны с белковым и другими обменами и несут обширную информацию о состоянии организма.

Изучение белкового состава сыворотки крови используется при диагностике, способствует раскрытию патогенеза ряда заболеваний, помогает контролировать характер и степень воздействия лекарственных веществ на организм. В сыворотке крови находится более 100 белков, выполняющих различные биологические функции. Около 10 из них называемых главными составляют примерно 90% всех белков плазмы, остальные содержатся в очень небольших количествах достигающих иногда всего десятков мкг/л. Содержание белков в плазме может колебаться в широких пределах в зависимости от вида животных, возраста, пола, физиологического состояния, продуктивности и других факторов.

Синтез белков сыворотки происходит, главным образом, в печени и клетках ретикулоэндотелиальной системы. Белки крови осуществляют в организме следующие функции.

1. Транспортная функция. Вследствие способности образовывать комплексы белки участвуют в переносе ряда биологически важных соединений, многие из которых нерастворимы или плохо растворимы в воде - липиды, жирные кислоты, стероидные гормоны и др. Белки могут переносить к тканям и различные лекарственные вещества (антибиотики, салицилаты и др.).

2. Поддержание коллоидно-осмотического (онкотического) давления крови. Белки не проходят через мембраны капилляров, хотя содержание белков в плазме значительно выше, чем в тканевой жидкости. Белки являясь коллоидами способствуют задержке воды в кровяном русле и поддерживают постоянный объем циркулирующей крови. Соотношение онкотического и гидростатического давления (обусловленного работой сердца) вызывает выход жидкости из артериальной части капилляров (где гидростатическое давление выше онкотического) и обратный поток - из ткани в кровь в венозной части капилляров, где онкотическое давление выше гидростатического. Если бы не действие онкотического давления вода под действием гидростатического давления все время выходила бы в ткани и подкожную клетчатку, вызывая отеки.

3. Стабилизация концентрации водородных ионов в крови. Белки плазмы формируют одну из буферных систем крови, участвующих в поддержании постоянного рН крови.

4. Защитная функция белков крови определяется их участием в процессе свертывания крови и предупреждением опасных для жизни кровопотерь, а также участием в иммунных процессах организма (иммуноглобулины различных классов, находящиеся в крови).

5. Белки сыворотки крови являются определенным белковым резервом организма, обеспечивающим аминокислотами жизненно важные органы при дефиците белка в рационе.

6. Антитоксическая функция. Некоторые белки плазмы (особенно альбумины) способны связывать многие ядовитые вещества - фенолы, производные индола, полициклические углеводороды, лизолецитин и др.

7. Белки сыворотки крови, связывая различные катионы, поддерживают их содержание в крови на необходимом уровне. Известно, что 40-50% кальция сыворотки связано с белками. Значительная часть катионов меди, железа, цинка, магния и других жизненно важных элементов также связаны с белками крови.

Многие белки сыворотки крови представлены в виде нескольких модификаций. Это явление получило название полиморфизма белков, который широко распространен у сельскохозяйственных животных и обусловлен двумя причинами. Во-первых, часть синтезированных белков может подвергаться посттрансляционным модификациям (присоединение углеводов, ограниченному протеолизу и др.) и в организме будут присутствовать одновременно и модифицированные и немодифицированные формы. В других случаях причина появления множественных форм одного и того же белка лежит на генетическом уровне и обусловлена множественностью аллелей. Хотя у одной отдельно взятой особи множественность аллелей не может обеспечивать большое разнообразие форм (число аллелей в диплоидном локусе не превышает двух), однако в популяции в целом число аллелей и соответственно вариабельность типов данного белка может быть достаточно велика. Возможная биологическая неравноценность аллотипов может способствовать использованию их в селекции в качестве маркеров, при определении хозяйственно-полезных признаков или в клинической практике в качестве указателей на предрасположенность к определенной патологии. Известно, что в некоторых случаях генетически детерминированные варианты белков не обладают полноценной функциональной активностью, что может приводить к тяжелой патологии.

Более или менее специфические изменения белков сыворотки крови наблюдаются при различных болезнях. Состояние, при котором происходит снижение содержания белков сыворотки ниже нормы, обозначается обычно как гипопротеинемия. Состояние при котором уровень белков в плазме увеличивается называется гиперпротеинемией. В медицине и ветеринарии также широко используются такие понятия как диспротеинемия и парапротеинемия. К диспротеинемии относятся нарушения состава сывороточных белков, сопровождающиеся количественными сдвигами и изменением соотношения между отдельными фракциями. Состояние, которое сопровождается появлением и накоплением аномального белка, который в норме отсутствует, обозначается, обычно, как парапротеинемия.

Гиперпротеинемии могут быть связаны с увеличением количества защитных белков, переходом в кровь клеточных белков, увеличением количества глобулинов как компенсаторной реакции при снижении синтеза альбуминов, синтезом аномальных белков (парапротеинов).

Гипопротеинемии разделяются на первичные и вторичные. Первичная или идиотипическая гипопротеинемия проявляется отеками, признаками водно-солевой недостаточности, поносами. Наблюдается снижение общей реактивности, отставание в росте, уменьшение мышечной массы животных. При биохимических исследованиях резко снижено содержание общего белка, в основном за счет фракции альбуминов. Альфа-, бета- и гамма-глобулины снижены в значительно меньшей степени.

Гипоальбуминемия, обуславливающая развитие первичной гипопротеинемии, может быть врожденной, связанной с дефектами гена, отвечающего за синтез альбумина, или с функциональной незрелостью гепатоцитов, если беременность протекает в тяжелых условиях и потомство рождается функционально слабым.

Вторичные гипопротеанемии могут быть обусловлены недостаточностью белка в питании или нарушением переваривания и всасывания белка, потерей белка при кровопотерях, обширных ожогах, образовании больших экссудатов, ускоренным распадом белков при гипертиреозе, острых инфекциях, потерями белков при протеинуриях, обширных гнойных процессах. Количественные изменения в содержании белковых фракций изучают чаще всего с помощью различных электрофоретических или иммунохимических методов. В последнем случае нужно иметь набор моноспецифических иммунных сывороток.

Изменения белкового состава крови изучаются или путем определения белковых фракций с использованием классификации Тизелиуса (а-, Р-, g-) или определением индивидуальных белков, каждый из которых обладает определенной физиологической ролью.

Однотипные изменения, особенно при определении белковых фракций, наблюдаются при различных состояниях и в большинстве случаев являются неспецифическими.

Состояние диспротеинемии, как видно из таблицы 6, отмечается при многих заболеваниях, имеющих самую разнообразную этиологию. Наиболее часто встречается уменьшение альбуминов, увеличение альфа-, гамма- глобулинов. Изменение альбумина в сыворотке крови будет рассмотрено ниже.

Увеличение альфа-глобулинов также очень широко распространенный вид диспротеинемии, причем часто наблюдающийся одновременно с уменьшением альбуминов в сыворотке крови. В состав альфа- глобулиновой фракции входит большое число различных белков, содержание каждого из них может меняться независимо от другого. Известно, например, что при воспалительных процессах резко увеличивается в сыворотке крови количество гликопротеинов, входящих в состав альфа-1- и альфа-2-глобулинов.

Третий наиболее часто встречающийся тип диспротеинемии - увеличение гамма-глобулиновой фракции. При электрофорезе на бумаге или агаре в эту фракцию входит в основном иммуноглобулин G, на долю которого приходится основная масса антител. Поэтому понятно увеличение этой фракции при ряде незаразных, а также при различных инфекционных заболеваниях.

Этими же причинами может быть вызвано увеличение бета-глобулинов, встречающееся, правда, значительно реже. Известно, что при электрофорезе на бумаге или агаре в этой фракции мигрируют иммуноглобулины АиМ.

Относительно небольшая диагностическая и прогностическая ценность определения количественных изменений в белковом спектре сыворотки крови методами электрофореза на бумаге и агаре обусловлена в основном тем, что большинство фракций содержит значительное количество индивидуальных белков, содержание которых при тех иных патологических состояниях может меняться по-разному, независимо друг от друга. Известен целый ряд случаев, когда при отсутствии заметных изменений в количестве той или иной фракции наблюдались специфические и важные для понимания патогенеза сдвиги в содержании тех или иных индивидуальных белков. Определенный интерес может представить только изменение альбуминовой и гамма-глобулиновой фракций как наиболее гомогенных. Изменения фракций альфа- и бета-глобулинов как «сборных», состоящих из большого числа компонентов, такой информации обычно не несут. Более ценную информацию несут изменения индивидуальных белков.

Ниже мы проводим данные о физиологической роли и изменениях некоторых белков сыворотки крови, обнаруживаемых при различных заболеваниях.

Преальбумины. Обладают наибольшей электрофоретической подвижностью. При электрофорезе на бумаге, агаре, ацетате целлюлозы чаще всего не обнаруживаются. При электрофорезе в крахмальном и по- лиакриламидном геле хорошо заметны.

Известно, что преальбумины играют роль в периферическом транспорте гормона щитовидной железы тироксина и витамина А. Содержание их резко снижено при нарушении функции печени, опухолевой кахексии, тяжелых заболеваниях лимфоидной системы. При вирусном гепатите с началом желтухи количество их также резко уменьшается и нормализуется с падением билирубина и увеличением массы тела. Резкое возрастание количества преальбуминов наблюдается при компенсированном нефротическом синдроме.

Альбумины. Альбумины составляют около половины белков плазмы. Они имеют сравнительно небольшую молекулярную массу (около 65000) и обладают высокой электрофоретической подвижностью. Поэтому при электрофорезе они располагаются в анодной части протеинограммы.

Полиморфизм альбумина, как и многих других белков крови, установлен, почти у всех животных. У крупного рогатого скота описано 5 типов сывороточных альбуминов (из предполагаемых шести), которые контролируются трехаллельной системой. Генетически контролируемый полиморфизм альбуминов описан также у овец, лошадей и свиней.

В связи с относительно небольшим размером молекул, высокой гидрофильностью и значительной концентрацией в сыворотке крови альбумины имеют большое значение для поддержания необходимого онкотического давления крови. Уменьшение концентрации альбумина в плазме является одной из причин отека, при котором происходит большое накопление внесосудистой жидкости. Понижение онкотического давления крови является причиной выхода жидкости из кровяного русла.

В основе такого клинического синдрома как шок тоже лежит переход в межклеточное пространство больших количеств жидкости содержащей альбумин (например, при ожогах или тяжелых травмах), так как капилляры становятся проницаемы для плазменных белков. Это приводит к тяжелым нарушениям кровообращения.

Молекулы альбумина могут прочно связывать различные вещества, участвуя в их переносе и, что особенно важно, способны транспортировать некоторые молекулы, которые при физиологических значениях рН вне комплекса с альбумином обладают гидрофобными свойствами.

Молекулы сывороточного альбумина различных животных не вполне сходны, но для всех них характерно присутствие большого числа реакционноспособных групп, значительное число контактных точек связывания. Поэтому альбумины могут образовывать комплексы с различными биологическими важными веществами, находящимися в крови- гормонами, витаминами, катионами металлов, желчными пигментами, лекарственными веществами. Альбумин может связывать многие токсические вещества (фенолы, производные индола, лизолецитин и др.) и способствовать их выведению из организма.

Определение альбумина не представляет трудностей даже с помощью таких давно и хорошо известных методов, как электрофорез на бумаге и агаре. Поэтому его количественные изменения хорошо изучены при самых различных заболеваниях. Наиболее часто наблюдается снижение альбумина в сыворотке крови. Это снижение может быть относительным и объясняться увеличением в сыворотке крови других фракций, например гамма- глобулинов. Абсолютное понижение альбумина может быть связано с повышением проницаемости капилляров и выходом его в лимфу и межклеточное пространство. Сам факт такого выхождения известен давно и лег в основу теории серозного воспаления. При воспалительных процессах большое количество альбуминов и других белков сыворотки крови переходит в полость желудочно-кишечного тракта.

Поражение паренхимы печени при различных заболеваниях также может быть причиной уменьшения альбумина в сыворотке крови, так как известно, что именно клетки печени являются основным местом синтеза этого белка. Сокращение количества альбумина может быть связано с его высокой способностью к комплексообразованию, результатом чего является уменьшение его электрофоретической подвижностью и попадания части альбумина в зону альфа-глобулинов.

В некоторых случаях встречается альбумин с измененной электрофоретической подвижностью, который при электрофорезе на бумаге или крахмальном геле двигается в зоне альфа-глобулинов.

Алъфа-1-антитрипст. Находится в группе белков альфа-1- глобулинов. Является сывороточным ингибитором трипсина и химотрипсина. Содержание альфа-1-антитрипсина увеличивается при воспалительных заболевания, опухолях и при распаде тканей. Известна также генетически обусловленная альфа-1- антитрипсиновая недостаточность. Этот наследственный дефект часто вызывает хронические легочные заболевания (эмфизему, бронхиальную астму, бронхоэктатическую болезнь, ателектазы в сочетании с бронхитом). Клинические проявления обнаруживаются только у гомозиготных носителей признака. У гетерозиготных носителей клинические проявления либо отсутствуют, либо появляются к концу жизни. Можно предположить, что низкое содержание альфа-1-антитрипсина ухудшает защиту легочной паренхимы от воздействия протеолитических ферментов, освобождающихся из лейкоцитов или микробных клеток при воспалениях.

Трансферрин (сидерофилин, р₁-металлосодержащий глобулин). Не связанная с железом форма называется апотрансферрином. Физиологическая роль трансферрина заключается в транспорте железа, предохранении организма от его потери через почки и от повреждающих последствий циркуляции в крови больших количеств ионов железа. По химической природе трансферрин является гликопротеином.

Трансферрин связывает железо в соотношении два иона железа на 1 молекулу. В молекуле трансферрина железо трехвалентное, однако, более легко с ним связывается железо в двухвалентной форме, которое окисляясь превращается в трехвалентное. Связь железа с трансферрином довольно устойчивая. В физиологических условиях трансферрин насыщен железом на 34%.

Было установлено, что трансферин плазмы избирательно связывается с поверхностью незрелых эритроцитов: это позволяет им активно адсорбировать железо из трансферрина. Освобожденный от железа трансферрин вновь связывается с железом, поступающим из депо и цикл: трансферрин- плазма- клетка повторяется. Связывание каждого атома железа сопровождается выделением 3 протонов из комплекса и присоединением одного бикарбонат-иона. Активные центры, где происходит связывание железа различаются константами связывания и другими характеристиками. В связи с этим удается выделить 4 формы трансферрина: апотрансферрин; 2 различные формы, содержащие по 1 атому железа; одну форму, имеющую 2 атома железа.

Трансферрин синтезируется в печени. Содержание трансферрина в крови при патологии изменяется. Повышение концентрации трансферрина наблюдается при недостатке железа, при беременности, неоплазиях, тяжелых кровотечениях; уменьшение - при воспалительных процессах, гемолизе, повреждении почечной паренхимы, неврозах.

Известно генетически обусловленное состояние атрансферринемии, характеризующееся практически полным отсутствием в сыворотке крови белков, транспортирующих железо. Это приводит к развитию анемии с одновременным избыточным накоплением железа в печени, поджелудочной железе, сердечной мышце и других органах, что приводит к их повреждению.

С-реактивный белок. Белок получил свое название в результате способности вступать в реакцию преципитации с С-полисахаридом пневмококков. В сыворотке крови здоровых организмов находится в очень небольших количествах лежащих часто за пределами разрешающих возможностей, используемых в клинико-лабораторной практике методов. Поэтому обычно считают, что появляется он в крови только при патологических состояниях, сопровождающихся воспалением и некрозом тканей. С-реактивный белок в больших количествах в крови появляется в острый период заболевания, поэтому его называют белком «острой фазы». С переходом заболевания в хроническую форму содержание С-реактивного белка в крови резко уменьшается. Функция этого белка неизвестна, предполагается, что он способствует фагоцитозу.

Церулоплазмт. Медь содержащий белок плазмы, обладающий оксидазной активностью. Содержит 0,32% меди, находящихся в 8 участках связывания, которые могут связывать как одно-, так и двухвалентную медь. Он связывает 90-95% всей меди находящейся в плазме.

Церулоплазмин осуществляет транспорт меди к тканям. Предполагается, что церулоплазмин способен окислять аскорбиновую кислоту, соединения двухвалентного железа, что имеет важное значение в процессе мобилизации и транспорта железа. Синтезируется он в печени. Период полураспада составляет 5-7 дней. Установлено повышенное содержание церулоплазмина при инфаркте миокарда, а также при раке и различных заболеваниях печени. При гепатолентикулярной дегенерации (болезнь Вильсона) наблюдается накопление меди в печени, ведущее к циррозу. Предполагается, что при этом заболевании нарушен синтез церулоплазмина, в результате чего содержание его в крови уменьшается, связывание меди не происходит и она накапливается, в печени. Иногда при нормальном содержании церулоплазмина в сыворотке крови ее оксидазная активность резко понижена. Считают, что в этом случае нарушен синтез коэнзима, в то время как синтез апоцерулоплазмина находится в норме. Это объясняет то обстоятельство, что при иммунологическом определении белка его количество остается в пределах нормы при низкой оксидазной активности.

Гаптоглобин. Основной функцией гаптоглобина является связывание свободного гемоглобина, образующегося при естественном или патологическом разрушении эритроцитов. Если бы гемоглобин не был связан с гаптоглобином, он выводился бы с мочой и терялся для организма. Это с одной стороны приводило бы к большим потерям железа, а с другой - к повреждению почек большими количествами гемоглобина. Участие гемоглобина в обмене железа не ограничивается такой чисто механической функцией. Связывание гаптоглобина с гемоглобином обеспечивает быстрое ферментативное расщепление последнего до желчных пигментов которые выводятся из организма, а железо геминовых группировок вновь используется для синтеза гемоглобина. Поэтому низкий уровень гаптоглобина в крови наблюдается при различных формах гемолитической анемии.

У всех сельскохозяйственных животных обнаружен генетически детерминируемый полиморфизм гаптоглобинов сыворотки крови. Полиморфизм гаптоглобинов лучше всего изучен у свиней, что объясняется, очевидно сравнительно высоким содержанием его в сыворотке крови этого вида животных.

Комплемент - это группа сывороточных белков (известно 20) на долю которых приходится от 5 до 10% белков сыворотки крови. Белки системы комплемента обуславливают как специфическую, так и неспецифическую устойчивость организма к инфекциям, способствуют разрушению, удалению из организма инфекционных и чужеродных агентов. Они ускоряют фагоцитоз, обуславливают реакцию иммунного прилипания, лизис сенсибилизированных антителами клеточных антигенов, участвуют в развитии воспаления.

При некоторых аутоиммунных заболеваниях система комплемента может вызывать повреждение собственных тканей организма (гломерулонефрит, миокардит, эндокардит).

Согласно номенклатуре ВОЗ, белки системы комплемента обозначаются заглавной латинской литерой С и номером, соответствующем последовательности, в которой они активируются (С1,С2, С3 и т.д., исключение - С4, который занимает место в каскаде перед С2). Ферменты, образующиеся при расщеплении, обозначаются строчной латинской литерой (С3_а, C3_b и т.д.). При электрофорезе белки системы комплемента обнаруживаются в альфа-, бета-, гамма-фракциях.

При лабораторных исследованиях обычно исследуют содержание С4. Его увеличение наблюдается при бактериальных инфекциях, ангионевротическом отеке, уменьшение - при повреждении печени, васкулите. Увеличение С3 наблюдается при бактериальной инфекции, уменьшение - при гломерулонефрите, поражении печени, ревматическом полиартрите. Уменьшение С1-компонента происходит при лимфопролиферативных заболеваниях.

Иммуноглобулин G (IgG) - основной компонент гамма-глобулиновой фракции, на его долю приходится около 80% иммуноглобулинов сыворотки крови. Синтезируется плазмоцитами в ответ на антигенную стимуляцию. Его наличием обусловлена гуморальная защита организма от многих бактерий и вирусов, а также их токсинов. Активная продукция IgG плазматическими клетками начинается только после повторного взаимодействия с антигеном.

Повышение уровня поликлональных Ig G наблюдается при хронических воспалительных состояниях - стафилококковых инфекциях, подостром и хронически протекающем гепатите, хронически протекающих инфекциях (туберкулезе, лейкозе, ящуре крупного рогатого скота и др.)

Снижение IgG наблюдается при различных приобретенных иммунодефицитах, при новообразованиях лимфатической системы, гастроэнтеропатиях.

Иммуноглобулин A (Ig A). Имеется 2 формы Ig A - сывороточный и секреторный. Характерно присутствие Ig A в молозиве, слюне, носовых и бронхиальных секретах, слизистой оболочке кишечника, где он обусловливает местный иммунитет.

На долю сывороточного Ig A приходится около 15% иммуноглобулинов плазмы (сыворотки). Синтезируется В-лимфоцитами. Повышение уровня поликлональных Ig A отмечается при хронических воспалениях, циррозе печени, аутоиммунных процессах, энтеропатиях, заболеваниях дыхательных путей.

Уменьшение уровня Ig A наблюдается при различных приобретенных иммунодефицитах, новообразованиях лимфатической системы, после удаления селезенки, лечении иммунодепрессантами, потере белка через кишечник, злокачественной анемии. Снижение содержания Ig A наблюдается при врожденной недостаточности гуморального иммунитета.

Иммуноглобулин М (Ig М) составляет около 5% гамма-глобулиновой фракции. Являются первыми антителами вырабатываемыми лимфоцитами в ответ на острую инфекцию. К классу Ig М относятся антибактериальные антитела, изогеммаглютинины, холодовые агглютинины. Они принимают активное участие в нейтрализации корпускулярных антигенов - эритроцитов, бактерий, вирусов.

Повышение концентрации поликлональных Ig М обнаруживается при острых воспалительных процессах, остром гепатите, циррозе, остром и хроническом пиелонефрите, острых и хронических инфекциях, паразитарных заболеваниях. Снижение уровня Ig М наблюдается при моноклональных гаммапатиях, агаммаглобулинемии.

Парапротеинемии. Особым видом нарушения биосинтеза иммуноглобулинов являются парапротеинемии. Парапротеины (миеломные белки) появляются в крови чаще всего при злокачественных заболеваниях лимфоидной системы. Они являются гомогенной популяцией белковых молекул. Однородность парапротеинов резко отличает их от нормальных антител, которые даже в пределах одного класса иммуноглобулинов чрезвычайно гетерогенны. Эта гомогенность может быть объяснена тем, что каждый парапротеин образуется клоном клеток, возникшем в результате пролиферации одной единственной клетки и состоящем из сотен миллионов одинаковых клеток. В нормальной же сыворотке крови находится гетерогенная смесь иммуноглобулинов, образуемых сотнями тысяч различных клонов.

Диагностика парапротеинемий всегда сопряжена с известными трудностями, обусловленными тем, что парапротеины представляют собой нормальные иммуноглобулины или часть их молекул. При электрофоретическом исследовании белков сыворотки крови обнаруживается дополнительная фракция обычно в зоне гамма-глобулинов. Однако установить закономерность между локализацией парапротеина на электрофореграмме и вариантом миеломы обычно не удается. Это обычно удается сделать при сочетанном исследовании белков сыворотки крови на содержание иммуноглобулинов соответствующего класса с иммуноэлектрофорезом.

При проведении иммуноэлекрофоретического анализа критериями, указывающими на наличие парапротеинемии, являются изменение расположения и формы линии преципитации соответствующего иммуноглобулина, удвоение, расщепление, дополнительная выпуклость, расширение или укорочение, близкое расположение к траншее с антисывороткой. Кроме того, при Ig A- миеломе будет резкое увеличение моноклональных Ig A, Ig G- миеломе - увеличение моноклональных Ig G, Ig М-миеломе - соответственно Ig М-глобулинов.

Из парапротеинозов наиболее известны макроглобулинемия Вальденштрема - заболевание, характеризующееся состоянием гиперглобулинемии типа Ig М с лимфоидной злокачественной пролиферацией, затрагивающей почти все органы.

Проявляется вялостью, потерей веса, резким повышением СОЭ, кровоизлияниями в слизистые оболочки, сетчатку, внутренние органы. При лабораторном исследовании - анемия разной степени выраженности, лейкоцитоз, эозинофилия, гипохолестеролемия. Точный диагноз возможен при проведении иммуноэлектрофореза и количественном определении Ig М.

Плазмоцитома (миеломная болезнь Рустицкого-Каллера) проявляется повышением температуры тела, костными опухолями и деформацией, переломами костей, тяжелой декальцификацией зубов. При лабораторном исследовании - увеличении СОЭ, гиперкальциемия, гиперпротеинемия, протеинурия, появление в моче белка Бенс-Джонса.

Точный диагноз возможен при иммуноэлектрофоретическом исследовании и количественном определении иммуноглобулинов - обнаруживается деформация или раздвоение линии преципитации Ig G и резкое увеличение моноклональных Ig G-глобулинов.

Белки мочи и их клиническое значение

Появление белка в моче рассматривают как патологию. Однако понятие «патологические составные части мочи» носит не качественный, а количественный характер. Это значит, что компоненты, рассматриваемые как патологические содержатся в небольших количествах и в нормальной моче, но обычными аналитическими реакциями используемыми в клинической биохимии они не определяются. Наибольшее значение среди патологических компонентов мочи представляет белок.

Показано, что нормальная моча содержит белок в незначительных количествах. В настоящее время установлено, что через базальную мембрану клубочков могут проходить как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные белки. В физиологических условиях практически весь белок реабсорбируется в проксимальных канальцах и в моче остаются только следовые количества белка. Однако современные методы исследования позволяют обнаружить большинство белков сыворотки крови (альбумин, трансферрин, гаптоглобулин, иммуноглобулины А, М, G и др.), обычно после предварительной концентрации исследуемой мочи. В моче здоровых животных, у которых не обнаружены патологические изменения в почках, в отдельно взятых порциях мочи обычными клинико-биохимическими методами может быть обнаружено до 70 мг/л белка, как правило, альбумина.

Имеются различные виды функциональной протеинурии, которые могут развиваться под действием некоторых факторов (охлаждения, физических перегрузок и др.), при которой не обнаруживаются морфологические изменения в почках. Особое место среди них занимает физиологическая протеинурия новорожденных. В первые 36-48 часов жизни животных белки сыворотки проходят через почечный фильтр и переходят в мочу. В этот период жизни в моче можно обнаружить весь белковый спектр, характерный для сыворотки крови. Затем почечный фильтр начинает работать также как и у взрослых животных. Интересно отметить, что по времени эта протеинурия совпадает с периодом свободного перехода молозивных иммуноглобулинов в кровь в желудочно-кишечном тракте новорожденных животных. Возможно существует единый физиологический механизм обеспечивающий переход как белков из желудочно-кишечного тракта в кровь, так и из крови в мочу. Природа этого механизма остается недостаточно выясненной, хотя вопросу всасывания иммуноглобулинов в желудочно-кишечном тракте животных посвящено огромное количество исследований.

Известна алиментарная протеинурия, наблюдающаяся после обильной белковой пищи.

Все эти виды протеинурии обозначают как физиологическую, функциональную или доброкачественную, так как при ней обычно не обнаруживается анатомических изменений в почках. В отличие от функциональной при патологической протеинурии, как правило, обнаруживают структурные изменения нефрона. В настоящее время протеинурию рассматривают как один из наиболее постоянных и существенных признаков поражения почек. В некоторых случаях протеинурия - единственный клинический признак, по которому можно судить о заболевании.

Обычно различают 3 основных типа протеинурии: ренальную, преренальную и постренальную.

Ренальная протеинурия связана с повреждением нефрона и обусловлена или выделением белков через поврежденный клубочковый фильтр или связана с нарушением реабсорбции белков в канальцах. Она встречается наиболее часто и имеет наибольшее значение при диагностике заболеваний почек.

Преренальная протениурия обусловлена резким возрастанием белков в сыворотке крови, например, миеломных белков при парапротеинемиях или гемоглобина при разможжении тканей.

Постренальная протеинурия обусловлена выделением белка в мочевыводящих путях и вспомогательных железах. Она обычно незначительная и наблюдается сравнительно редко.

Степень протеинурии изменяется в довольно широких пределах и зависит от характера заболевания почек, его течения и других факторов. Протеинурия может быть массивной, когда с мочой выделяется, например, у крупного рогатого скота по 20-60 г белка в сутки и немассивной, когда выделение белка составляет 2-5 г.

Появление белка в моче, как было отмечено, может обуславливаться различными факторами - повышением проницаемости гломерулярного фильтра, нарушением канальцевой реабсорбции, распадом клеток канальцевого эпителия, секрецией белка, патологически измененными клетками эпителия и др. Однако основными являются первые два фактора. Большая часть белка попадает в мочу из сыворотки крови, формируя характерный «сывороточный» спектр. При этом в моче могут обнаруживаться альбуминовая, альфа, бета и гамма- глобулиновые фракции, все вместе или в различном сочетании. Преальбуминовая часть спектра образуется обычно за счет белков почек.

При заболеваниях почек и поражении нефронов в мочу могут попадать белки как сыворотки крови, так и тканей почек и мочевыводящих путей. Нарушение работы почечного фильтра приводит к появлению в моче сывороточных белков, а воспалительные и некротические процессы в почках и мочевыводящих путях к появлению в моче тканевых белков. Обнаружение их в моче имеет значение для выяснения патогенеза заболевания и дифференциональной диагностики.

Наиболее точным методом дифференциации тканевых белков является иммунохимический. Используя специфические антисыворотки к белкам различных тканей можно дифференцировать принадлежность белков обнаруживаемых в моче с помощью метода иммуноэлектрофореза, двойной диффузии в геле или других методов.

Важное клиническое значение имеет не только происхождение белка, но и его молекулярная масса. При незначительном поражении гломерулярного аппарата почки наблюдается селективная протеинурия, при которой в мочу переходят белки невысокой молекулярной массы. При глубоком поражении почечного фильтра наблюдается неселективная или аселективная протеинурия, когда с мочой выделяются белки как низкой, так и высокой молекулярной массы (более 150000 дальтон).