4.5. Ферменты сыворотки крови
Ферменты (лат. fermentare – вызывать брожение, синоним «энзимы») – специфические вещества белковой природы, вырабатываемые клетками и тканями живых организмов. Ферменты относятся к группе биокатализаторов, общим свойством которых является способность изменять скорость химических процессов, свойственных живому организму.
Ферментативный катализ лежит в основе всех проявлений жизни. Разнообразие физиологических функций (проводимость нерва, сокращение мышцы, рост, секреция и др.) обеспечивается ферментативными процессами.
Практически все метаболические реакции, протекающие в организме, являются ферментативными.
Ферментативные процессы были известны в далекой древности и использовались в хлебопечении, сыроварении, для получения спиртных напитков.
Ферменты являются белками, простыми или сложными. Молекулярный вес их колеблется в широких пределах: от нескольких тысяч до миллиона. По аминокислотному составу ферменты не отличаются от белков, не обладающих ферментативным действием. Активность ферментов обусловлена специфическим расположением аминокислот в белковой молекуле.
Факторы, влияющие на активность фермента: температура, вид субстрата (объекта воздействия фермента), рН среды, наличие активаторов и ингибиторов (ингибиторы – вещества, подавляющие активность ферментов).
Разные ферменты имеют максимальную активность при различных величинах рН. Оптимум рН обычно лежит в пределах, близких к нейтральной среде; для некоторых протеолитических ферментов (то есть ферментов, участвующих в расщеплении белков) – в сильно кислой или щелочной области.
Скорость ферментативной реакции зависит от природы фермента, который может обладать низкой или высокой активностью. При прочих равных условиях начальная скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации фермента. Повышение температуры, как правило, увеличивает активность фермента, но при дальнейшем повышении температуры может наступить его инактивация.
Одним из характерных и весьма важных в биологическом отношении свойств ферментов является их высокая специфичность, заключающаяся в том, что каждый фермент действует только на одно вещество или несколько сходных по своему строению веществ и не действует на другие соединения. Специфичность фермента определяется его белковым составом. Одни ферменты обладают высокой специфичностью, другие малоспецифичны.
Протеолитические ферменты, выделяющиеся в желудочно-кишечный тракт, находятся в виде так называемых проферментов (зимогенов), что исключает возможность самопереваривания тканей, вырабатывающих данные ферменты. В неактивном состоянии продуцируются и ферменты, участвующие в процессе свертывания крови.
В основе многих заболеваний лежат нарушения нормального функционирования ферментативных процессов. К настоящему времени идентифицировано около 1000 различных ферментов, из которых более 50 уже нашли применение в лабораторной диагностике.
Большинство ферментов, катализирующих химические реакции, протекающие в живом организме, находятся в клеточной среде, тем не менее на основании анализов внеклеточных жидкостей (особенно плазмы или сыворотки крови) можно сделать заключение об изменениях, происходящих внутри клеток разных органов и тканей.
Повышенное или пониженное содержание ферментов – чрезвычайно тонкий и чувствительный показатель состояния организма.
Изменения активности ферментов в биологических жидкостях может быть обусловлено рядом причин.
Повышение активности может быть результатом ускорения процессов синтеза фермента (например, щелочной фосфатазы при рахите, гепатите), некроза клеток (например, креатинфосфокиназы, аспартатаминотрансферазы при инфаркте миокарда), понижения выведения (например, щелочной фосфатазы при закупорке желчевыводящих путей), повышения проницаемости клеточных мембран (например, аланин– и аспартатаминотрансфераз при вирусном гепатите).
Понижение ферментативной активности вызывается уменьшением числа клеток, секретирующих фермент, недостаточностью синтеза, увеличением выведения фермента, торможением его активности ингибитором.
Основной принцип диагностики – выбор оптимального спектра ферментов, изменение активности которых характерно для патологии определенных органов или тканей. Определение ряда сывороточных ферментов помогает в диагностике заболеваний печени, желчевыводящих путей, поджелудочной железы, скелетной мускулатуры. Использование ферментных тестов при инфаркте миокарда особенно необходимо в тех случаях, когда затруднена интерпретация электрокардиограммы. Исследование ферментов помогает диагностировать некоторые заболевания крови, злокачественные новообразования (опухоли).
Для интерпретации результатов, полученных при исследовании, важно знать нормальные величины активности изучаемого фермента. Кроме того, иногда необходимо учитывать возраст и пол, характер питания, интенсивность физической нагрузки.
Сывороточные ферменты могут значительно менять свою активность под влиянием препаратов, ряда веществ (например, алкоголя).
Активность ферментов выражается в моль/ (с x л); мкмоль/(с x л); нмоль/(с x л).
Международная единица (МЕ) – мкмоль/ (мин x л) соответствует 16,67 нмоль/(с x л). В последнее время вводится единица каталитической активности: нкатал/л = нмоль/(с x л).
Лаборатория, производящая исследование, обязательно должна указывать пределы колебаний нормальных величин активности фермента, поскольку его определение может осуществляться различными методами.
4.6. Неорганические вещества
Неорганические вещества в плазме и сыворотке крови (калий, натрий, кальций, фосфор, магний, железо, хлор и др.), определяют физикохимические свойства крови.
Количество неорганических веществ в плазме – около 1 %. В тканях организма они находятся в основном в форме комплексов с углеводами, органическими кислотами, белками.
Изучение обмена неорганических веществ имеет большое значение для клинической диагностики (табл. 5).
Таблица 5. Неорганические вещества
5. Газы крови
5.1. Кислород
Важнейшая функция крови – дыхательная. Поглощенный в легких кислород переносится кровью к органам и тканям, а углекислый газ транспортируется в обратном направлении. Основная роль в переносе дыхательных газов принадлежит гемоглобину, содержащемуся в эритроцитах крови.
Гемоглобин относится к классу сложных белков – хромопротеинов. Он состоит из небелковой части, относящейся к железопорфиринам, – гема и белковой части – глобина. Гемоглобин выполняет функцию переносчика кислорода благодаря наличию в молекуле гема двухвалентного железа. Железо гемоглобина, присоединяя молекулу кислорода, не окисляется, то есть не переходит из двух– в трехвалентное состояние, а образует обратимую связь, которая сравнительно легко разрушается при соответствующих изменениях концентрации кислорода в среде.
Гемоглобин (НЬ), присоединивший кислород, становится оксигемоглобином (НЬO2). Реакцию связывания кислорода гемоглобином называют оксигенацией, обратный процесс – дезоксигенацией. Не связанный с кислородом гемоглобин называется дезоксигемоглобином.
В условиях организма 1 г гемоглобина способен связать 1,34 мл кислорода. Если известно содержание гемоглобина крови, можно рассчитать кислородную емкость крови – максимальное количество кислорода, которое может связать гемоглобин при его полном насыщении О2.
При содержании 150 г/л количество кислорода в 1 л крови составит 1,34 х 150 = 201 мл; в 100 мл крови – 20,1 мл или 20,1 об.% (объемных %).
Процентное отношение количества О2, реально связанного с гемоглобином, к кислородной емкости крови называется насыщением (saturation – сатурация) гемоглобина кислородом (SO2 или HBO2).
Другими словами, SO2 – это отношение оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина крови.
В норме насыщение артериальной крови кислородом (SO2 или HBO2) – 96–98 %.
Небольшое «недонасыщение» (2–4 %) объясняется некоторой неравномерностью легочной вентиляции, незначительной примесью венозной крови, которые есть и у здоровых людей.
Насыщение гемоглобина кислородом зависит от напряжения О2 в крови (в соответствии с физическим законом действующих масс). Графически эту зависимость отражает кривая диссоциации оксигемоглобина, имеющая S-образную форму.
Нормальное напряжение кислорода в крови артерий (РаO2) колеблется в пределах 95-100 мм рт. ст. С возрастом газовый состав крови претерпевает некоторые изменения. Напряжение О2 в артериальной крови здоровых молодых людей в среднем составляет 95-100 мм рт. ст.; к 40 годам оно снижается примерно до 80 мм рт. ст., а к 70 годам – до 70 мм рт. ст. Эти изменения связаны с тем, что с возрастом увеличивается неравномерность функционирования различных участков легких.