Допущено
Всероссийским учебно - методическим центром
по непрерывному медицинскому и фармацевтическому образованию
Министерства здравоохранения Российской Федерации
в качестве учебника для студентов медицинских институтов

24.1. Барьерная функция печени и химический гомеостаз

Взаимодействие человека с окружающей средой становится все более сложным процессом. По мере развития цивилизации неизбежно увеличение количества и появление качественно новых экзогенных вредных факторов среды, порождаемых самим человеком: различные продукты промышленного производства, химических веществ, применяемых в сельском хозяйстве (уровень пестицидов достиг 300 г/человека), соединения бытовой химии (2 млн отравлений в год, 0,5% летальных исходов по данным ВОЗ). Сюда же можно отнести выхлопные газы все увеличивающегося числа автомобилей и других транспортных средств. Большое значение имеет также применение лекарств, разнообразных по химической структуре и механизмам действия. Многие из ксенобиотиков попадают в организм через рот. Таким образом, угрозу цивилизации представляют ядовитые химические вещества, а не истощение ресурсов.

Кроме того, существует возможность эндогенной интоксикации как в результате действия бактериальной флоры, так и при распаде тканей, отработавших свое гормонов. Эндогенные интоксикации могут возникнуть также при нарушении обычных путей превращения ряда БАВ. В связи c этим, необходимо рассмотреть основные механизмы детоксикации, так как без них невозможно сохранение химического гомеостаза внутренней среды организма.

К ним относятся:

1. Иммунитет, удаляющий высокомолекулярные чужеродные соединения.
2. Система микросомальных оксидаз (СМО), удаляющая низкомолекулярные ксенобиотики (ксенос - чужой).

Значение знания СМО для врача заключается не только в зависимости от этой системы эффективности действия большинства лекарств, но и в плане формирования нового экологического врачебного мышления. Дело в том, что судьба ксенобиотиков, загрязняющих окружающую среду, в значительной мере определяется скоростью их химических превращений в организме. Если бы с ними после попадания в организм ничего бы не происходило, то они могли бы действовать неопределенно долгое время.

На самом деле это не так: большая часть лекарственных препаратов превращается в неактивные вещества и затем выводится из организма. Эти превращения происходят в разных тканях и органах: кишечнике, легких, почках, коже или пульпе зуба. Однако, подавляющее большинство таких химических превращений происходит в печени, которая перерабатывает преобладающую часть ксенобиотиков, попадающих в организм. Печень и является органом химического гомеостаза.

Процессы биотрансформации, протекающие в печени, имеют огромное значение как для лекарственной терапии, так и для защиты организма от вредного влияния самых разнообразных химических веществ. Состояние и функции печени решающим образом определяют прогноз здоровья.

Печень - самый крупный из органов человека. У взрослого она весит около 1,2 кг. Функции печени многообразны:

• приемный пункт;
• место химических превращений:
• распределительный центр почти для всех веществ, проникающих в организм человека через желудочно-кишечный тракт.

Вся кровь, содержащая продукты переваривания пищи и другие вещества из кишечника, поступает в печень по портальной вене. Эта вена в печени разветвляется на узкие канальцы - синусоиды, по которым кровь медленно течет, омывая печеночные клетки (гепатоциты). В обратном направлении оттекает желчь, собирая жирорастворимые вещества (Рис. 49).

Здесь соединения пищи, эндогенные продукты и ксенобиотики переходят из крови в ткань, подвергаются обменным превращениям, а в некоторых случаях накапливаются и затем поступают в кровоток или желчь (аминокислоты, белки, глюкоза, липопротеиды, продукты обезвреживания ксенобиотиков холестерин, желчные кислоты). Таким образом, гепатоциты - многофункциональны. Если бы они были монофункциональными, то печень должна была бы весить 50-60 кг, а не 1,5 кг.

Конечно, не все молекулы подвергаются превращениям, когда в первый раз проходят с кровью через печень. Лекарства, например, прописывают в таких дозах, чтобы достаточное их количество прошло через печень и попало к месту своего назначения, а инактивацию они претерпевают, когда снова и снова попадают в печень.

24.2. Ферменты системы микросомальных оксидаз (СМО) и барьерная функция печени

В биохимических превращениях ксенобиотиков участвуют ферментные системы, "встроенные" в мембраны эндоплазматического ретикулума (ЭПР). ЭПР невозможно выделить из клетки, не разрушив его. При гомогенизации и последующем центрифугировании клеток печени ЭПР разрушается и обрывки его мембран образуют мешочки, называемые микросомами. Поэтому в учебной и научной литературе эта ферментная система окисления называется "системой микросомальных оксидаз".

Характерные черты СМО:

1. Ферменты микросом представляют собой ферментные комплексы особого специализированного типа, малоспецифичные в отношении субстратов.
2. Конечным звеном цепи является цитохром Р-450 - пигмент, представляющий из себя, как и гемоглобин, цитохромы дыхательной цепи, комплекс белка с гемом. Теперь ясно, что существует целое семейство таких белков с молекулярной массой от 48 до 57 килодальтон. Свое название он получил от того, что в постановленной форме он связывается с СО с образованием пика поглощения света на длине волны 450 нм.

   Суть превращений, катализируемых СМО, состоит в том, что липофильные, т.е. жирорастворимые ксенобиотики превращаются в гидрофильные, т.е. водорастворимые путем включения в состав ксенобиотика атома кислорода, активируемого на цитохроме Р-450. Гидрофильные вещества легче извлекаются из организма почками и выводятся из организма, не накапливаясь в нем.

24.2.1. Две стадии детоксикации

1 этап детоксикации - окисление. Большинство из этих процессов так или иначе связаны с микросомальными оксидазами. Таким образом, биологическая роль 1-й стадии - превращать жирорастворимые вещества в водорастворимые. Дело в том, что любой тип жирорастворимых ксенобиотиков для организма более токсичен, так как накапливается в биомембране (например, наркотические вещества для общего и внутривенного наркоза, местные анастетики в стоматологии).

2-й этап детоксикации - образование парных соединений (конъюгатов) материнской, исходной молекулы соединения или возникающих в ходе 1-й стадии ее активными метаболитами с каким-либо естественным компонентом организма (глюкуроновой кислотой, образуя глюкурониды или глутатионом, образуя меркаптуровые кислоты). Реакция катализируется трансферазами ЭПР. Возникающие конъюгаты (парные соединения) легко удаляются из организма. Например, билирубин глюкуронпд или акрилонитрил, образующий меркаптуровую кислоту.

Водорастворимые ксенобиотики в своей первоначальной форме имеют активные функциональные группы -СООН, -SH, -OH и сразу подвергаются реакциям 2-го типа. Таким образом, гепатоциты сразу "расправляются" с ними способом связывания, т.е. через 2-й этап детоксикации.

24.2.2. Возрастные различия СМО и значение и патологии

Разумеется, СМО не была специально изобретена организмом млекопитающих для защиты от лекарств и недавно появившихся химических загрязнителей среды. Основная физиологическая роль СМО состоит в обеспечении окисления эндогенных жирорастворимых субстратов, свойственных организму: стероидных гормонов, холестерина, жирных кислот.

Примером может служить билирубин - не содержащий железа продукт окисления порфириновых колец тема. В нормальных условиях, чтобы быть выведенным, он должен превратиться в глюкуронид (связанный билирубин). Однако, у новорожденных, младенцев образование глюкуронидов происходит обычно медленно из-за низкой активности глюкуронилтрансферазы. В результате, при состояниях, сопровождающихся избыточным образованием билирубина (резус-конфликт), он накапливается и приводит к тяжелым повреждениям головного мозга - ядерной желтухе.

Вообще, человеческий плод и новорожденный ребенок гораздо чувствительнее ко многим ксенобиотикам, чем взрослые. Чувствительность новорожденных к лекарствам теперь получила объяснение. Оказалось, что активность ферментов окисления (1 фаза) и связывания (2 фаза) у млекопитающих в период внутриутробного развития и в момент рождения - ничтожна. Так, новорожденные мышата, получившие снотворный препарат гексобарбитал (с ним ведутся практические занятия у нас на кафедре) в дозе 10 мг/кг, спят 6 часов, а взрослые особи даже после введения им 100 мг/кг спят меньше часа. Примером неблагоприятной реакции на лекарства, обусловленной недостаточной активностью СМО у новорожденных, может служить "синюшный синдром" при лечении левомицетином.

Сказанное позволяет нам сделать важный вывод: СМО и цитохром Р-450 являются основной детоксицирующей системой в организме человека и животных. Именно благодаря этому столь важно исследование реакций микросомального окисления в патологии.

Познание и управление этими реакциями в клетке составляет направление патофизиологии, объясняющее взаимосвязь загрязненной окружающей среды и экологических заболеваний, индивидуальные особенности чувствительности организмов к химическому воздействию. Именно это научное направление активно разрабатывается нашей кафедрой.

24.2.3. Факторы регуляции активности СМО

СМО, играющая центральную роль в защите организма от различных химических агентов, в высшей степени "индуцибельна". т.е. длительное воздействие ксенобиотиков приводит к повышению активности СМО за счет усиления биосинтеза белка (Рис. 50). И наоборот, тяжелые металлы ингибируют активность СМО, в частности, связываясь с тиогруппами активного центра цитохрома Р-450.

24.2.4. Доказательства того, что СМО предназначена для окисления эндогенных субстратов

Основным доводом в пользу этого служат данные о том, что в результате 1-й фазы окисления ксенобиотиков на одних изоферментах цитохрома Р-450 идет обезвреживание, а на других образуются токсичные побочные продукты, в ряде случаев еще более токсичные, чем исходные соединения. Другими словами, маловероятно, чтобы в процессе эволюции мог выработаться такой "защитный" механизм, при функционировании которого образуются высокотоксичные вещества (перекись водорода, свободные радикалы, эпокиси). Особую опасность они представляют тем, что образуют ковалентную необратимую связь с белком, вызывая повреждение и гибель клетки, т.е. цитолиз.

Обнаружение таких ковалентно связанных с белками ксенобиотиков в организме рабочих имеет важное диагностическое значение, как это было показано доцентом нашего института Л.Г.Климацкой в сотрудничестве с японскими коллегами.

24.3. Цитолиз

Цитолиз - это синдром, т.е. совокупность биохимических, морфологических и клинических проявлений повреждения мембран клеток. Занимает центральное место в патологии гепатоцитов, клеток пульпы зуба, поджелудочной железы, миокарда, матки и других тканей.

24.3.1. Стадии цитолиза

1. Биохимическая (обратимая) - характеризуется повышением проницаемости плазматической мембраны клеток. Суть заключается в локальном исчезновении липидного слоя и возникновению гидрофильных "дыр" мембран. Клинические проявления - водорастворимое содержимое клетки выходит через эти "дыры" в кровь: ферменты, витамины, микроэлементы и др.
2. Морфологическая (необратимая). Основной лабораторный показатель цитолиза - гпперферментемия. Еще более усиливается выход в кровь через поврежденные мембраны содержимого клетки. В случае гепатоцитов - таких печеночно-специфических ферментов как фруктозомонофосфатальдолаза (ФМФА), орнитинкарбамоилтрансфераза (ОКТ). При электронной микроскопии видны дефекты мембран и разрушение клеточных структур.

24.3.1.1. Гиперферментемии и тяжесть поражения

Легкие повреждения. Нарушается проницаемость наружной мембраны, в крови обнаруживаются ферменты цитоплазмы клеток любых тканей (аминотрансферазы, лактатдегидрогеназа, ФМФА и т.д.).

Тяжелые повреждения. Отмечаются явления клеточного распада, в кровь выходят ферменты митохондрий: мочевины (характерно только для печени) и ЦТК - для всех органов тела.

24.3.1.2. Гипоферментемия

Частое проявление нарушения биосинтеза белков и, в том числе, ферментов. Биосинтез ферментов, как и любых белков, идет на мембранах ЭПР. Например, нарушение эндоплазматического ретикулума при повреждении гепатоцитов акрилопитрилом ведет к снижению в крови активности бутирилхолинэстеразы, синтезирующейся только в печени, как было обнаружено старшим преподавателем нашей кафедры Г.М.Климиной.

Основное требование к проведению ферментных исследований: специфичность. При исследовании необходимо выбирать только те ферменты или белки вообще, которые синтезируются в интересующем органе. Для печени это ОКТ, ФМФА, БХЭ. фибриноген и т.д. Другие ферменты - ЛДГ, аминотрансфераза содержатся во всех тканях, поэтому их обнаружение в высоких количествах в крови не является точным доказательством повреждения определенного органа.

24.3.2. Механизмы цитолиза

1. Необратимое связывание ядов с биомакромолекулами.
2. Переписное окисление липидов биомембран.
3. Иммунный конфликт в результате действия анафилотоксина (гуморальный иммунитет), лимфокинов (клеточный иммунитет), см. главу "Аллергия".
4. Физическое разрушение - осмос. детергенты (см. главу "Воспаление", "Патология желудочно-кишечного тракта", панкреатит).
5. Действие фосфолипаз (см. главу "Воспаление", "Панкреатит").

24.3.2.1. 1-й механизм токсического действии

Этот механизм расшифрован сотрудниками нашей кафедры для акрилопитрила, с которым на земном шаре контактируют миллионы людей. Начальные механизмы повреждающего эффекта этого мономера выглядят следующим образом. Введенный акрилопитрил растворяется во всех мембранных элементах клетки. В эндоплазматическом ретикулуме он связывается с цитохромом Р-450. Это имеет решающее значение для клеточного механизма его токсического действия. На цитохроме Р-450 образуется эпокись акрилопитрила, которая чрезвычайно активна. Она связывается с белками и нуклеиновыми кислотами, стимулирует перекисное окисление липидов, вызывая цитолиз клеток.

Подобные механизмы патогенеза отравлений показаны для ССl₄, 3,4-бенз(а)пирена, винилхлорида, ряда веществ ингаляционного наркоза. Приведенные факты указывают, что реакции микросомального окисления играют столь же важную роль в патологии клетки, что и процессы перекисного окисления лппидов (см.ниже).

Механизм повреждения в случае токсического действия ядов путем образования более активных и опасных метаболитов носит название "летального распада". Именно этот механизм является ведущим в патогенезе патологии, развивающейся при отравлении чужеродными химическими соединениями. "Мембранный" дефект, возникающий при этом, играет решающую роль в гибели гепатоцитов. Явление, которое названо "летальным распадом", в литературе известно под термином "токсификация" - усиление токсичности. Можно предложить, что образование активных токсических метаболитов - своего рода расплата за универсальность цитохрома Р-450, метаболизирующего как эндо-, так и экзогенные соединения.

Резюме:

1. Большинство лекарств, промышленных веществ не токсичны сами но себе. Их эффекты возникают только после метаболизма до продуктов, которые и повреждают молекулы клеток (белки, нуклеиновые кислоты).
2. Тот же самый фермент 1-й фазы детоксикации - цитохром Р-450, который усиливает токсичность ксенобиотиков, проводит и детоксикацию.

   Причина: одни формы цитохрома катализируют образование токсичных, а другие - нетоксичных метаболитов. Соотношение изоформ цитохрома Р-450 и определяет конечный результат. У разных людей - разное соотношение этих форм цитохрома Р-450, поэтому и отличается чувствительность к лекарствам, промышленным веществам. Этот механизм составляет основу раздела фармакологии - фармакодинамики, что доказывает необходимость определения индивидуальных доз лекарств.

21.3.2.2. 2-й механизм цитолиза - перекисное окисление липидов биомембран

Вначале о причинах повышения переписного окисления липидов (ПОЛ), к ним относятся:

1. Сами вещества или образующиеся при их метаболизме, в том числе и на цитохромс Р-450, свободные радикалы, которые повышают ПОЛ и тогда токсическое действие проявляется сразу. Например, из ССl₄ образуется ССl₃.
2. Окислители, например вещества типа эпокисей, понижающие содержание антиоксидантов (к которым относятся витамин Е, тиогруппы, ферменты антиоксидантных систем защиты: супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза). Поэтому, токсическое действие данной группы веществ проявляется не сразу, а лишь после понижения содержания антиоксидантов.

Последствия:

1. Повреждение бпомембран в результате перекисного окисления их липидов.

   Окисление сплошного липидного слоя мембран приводит к нарушению их физико-химических свойств, появлению в них гидрофильных зон ("дыр") и даже разрыв мембран. Результатом является нарушение их барьерной функции и выход внутриклеточных компонентов в межклеточное пространство, а оттуда - в кровь.

2. Токсическое действие продуктов ПОЛ на биомакромолекулы (нуклеиновые кислоты и белки).

   Образующиеся перекиси липидов повреждают макромолекулы, окисляя их или образуя необратимые связи. В итоге инактивируются ферменты, возникают мутации генома.

24.4. Патогенез частных проявлений цитолиза

24.4.1. Токсический гепатит

Возникает при действии химических ядов:

1. за счет ковалентного связывания;
2. в результате ПОЛ.

24.4.2. Вирусный гепатит

Возникает при действии гепатотоксических вирусов за счет перекрестного иммунного ответа. Согласно вирусно-иммунологической концепции патогенеза вирусного гепатита, цитолиз при нем обусловлен повреждением биомембран гепатоцитов лимфокинами Т-лимфоцитов киллеров, образующихся в ответ на присутствие HLA антигена вируса гепатита в организме. Сходство HLA антигена вируса с белком мембраны гепатоцитов и обусловливает воздействие Т-киллеров не только на вирус, но и на собственные клетки.

Подобное явление перекрестной сенсибилизации к HLA антигену лежит в основе цитолиза клеток при легочной и суставной формах туберкулеза.

24.3.2.3. Холестаз - механическая желтуха

Холестаз-синдром, обусловленный нарушением оттока желчи в кишечник и накоплением компонентов желчи в печени, крови и биомембранах. Холестаз развивается быстро и приводит к цитолизу, завершающемуся некрозом гепатоцитов и клеток других тканей.

Компоненты желчи: все они жирорастворимые, поэтому накапливаются в липидном слое биомембран. К ним относятся:

1. Непрямой (связанный с белками) билирубин.
2. Желчные кислоты.
3. Холестерин (холестерол).

Их повреждающее действие связано с влиянием на мембраны клеток печени и других органов и тканей.

Холестерин - накапливаясь в биомембранах, например, эритроцитов, клеток интимы сосудов, делают их более жесткими (см. главу по атеросклерозу, сахарному диабету). Результатом является, развитие микроангиопатий, проводящих в том числе и к пародонтозу, ретинопатии, облитерирующему эндартерииту конечностей.

Непрямой билирубин - как всякое жирорастворимое соединение накапливаясь в биомембранах в избытке приводит к тяжелому их повреждению. В частности, к разобщению окислительного фосфорилирования в митохондриях, особенно головного мозга, наиболее чувствительного к недостатку АТФ. Это следует учитывать в понимании патогенеза ядерной желтухи новорожденных при резус-конфликте матери и плода.

Желчные кислоты (производные холестерина)

1. при низких концентрациях успевают обезвреживаться на цитохроме Р-450;
2. при высоких концентрациях (больше 0,6 мМ) или при длительном воздействии в низких концентрациях (0,3 мМ) оказывают детергентoе действие, повреждая биомембраны (дигидроксипроизводные - наиболее сильные детергенты).

В частности, наиболее рано повреждаются мембраны (1) митохондрий (нарушение образования АТФ вследствие выхода из них дегидрогеназ ЦТК, цитохромоксидаз). Усугубляется процесс повреждения мембран эндоплазматического ретикулума (2) и нарушения детоксикационной функции печени. На кафедре в практикуме поставлена работа, в которой демонстрируется токсическое влияние желчи на сократительную функцию сердца. Этот эффект также связан с повреждением ионных Na-K-насосов наружных мембран (4). Освобождающиеся гидролазы лизосом вызывают аутолиз клетки во 2-й стадии цитолиза - морфологически необратимой (5). Кроме того, желчные кислоты, вызывают освобождение БАВ из депо, где те "спрятаны" за мембранами тучных клеток и потому неактивны.

24.4.3. Печеночная кома

Это крайнее выражение печеночной недостаточности. При выраженном цитолизе гепатоцитов болезнь завершается печеночной комой.

Патогенез. Печеночная кома - результат отравления организма экзогенными ядами или токсическими продуктами его жизнедеятельности в результате выпадения антитоксической функции печени (1 и 2 стадий детоксикации). К последней относится и цикл мочевины. О механизме патогенного действия аммиака см. главу "Патология азотистого обмена". Кома клинически характеризуется изменениями ЦНС: периодическое дыхание, понижение АД, экзитус от паралича дыхательного центра.

24.4.4. Современные подходы к предупреждению и лечению цитолиза

Анализ приведенного материала позволяет сделать вывод о том,что цитолиз по своей сути является патологией мембран. Мембранотоксины в соответствии с недавно предложенной классификацией (Л.Г.Климацкая, В.В.Иванов) могут повреждать липидный, белковый, углеводный компоненты мембран или оказываться смешанными по механизму своего действия.

Из этого следует, что современно мыслящий врач должен использовать вещества, предупреждающие повреждение биомембран или восстанавливающие их свойства, например нарушенный липидный бислой.

В соответствии с рассмотренными выше механизмами цитолиза в его профилактике можно использовать ингибиторы перекисного окисления липидов (витамин Е и иомол, связывающие свободные радикалы, эпокиси, ингибирующие фосфолипазы). Сотрудники нашего научного коллектива в течение многих лет успешно ведут таким образом массовую профилактику заболеваемости на Красноярском заводе акрилонитрильного каучука. Этот же метод оправдал себя в лечении такой акушерской патологии как гестозы, также связанной с феноменом цитолиза.

Другая группа препаратов (тиолы: унитиол) нацелена на предупреждение ковалентного связывания активных ксенобиотиков с биомакромолекулами.

В предупреждении цитолиза по ходу реакций ГЧНТ и ГЧЗТ используют стабилизаторы биомембраи (глюкокортикостероиды и салицилаты).

Лечение цитолиза сводится к восстановлению целостности поврежденной "дырявой" мембраны клеток любых тканей путем введения готовых фосфолипидов, встраивающихся в липидный бислой в месте повреждения. Примером может быть "Эссенцпале".

Источник: Иванов В.В. Патологическая физиология с основами клеточной и молекулярной патологии. Учебник для ВУЗов. Красноярск, 1994. - 315 с. ОГЛАВЛЕНИЕ

Часть 1. Общая нозология и типические патологические процессы Патофизиология. Предмет и задачи. Основные категории Учение о причинах, условиях и механизмах развития болезни Патогенное действие лучистой энергии. Ультрафиолетовое и лазерное излучение, ионизирующая радиация Патогенное действие термического фактора Патология наследственности Патология иммунитета Аллергия Воспаление Лихорадка и тепловой гомеостаз Типические патологические процессы. Нарушение микроциркуляции Патология азотистого обмена Патофизиология углеводного обмена Патология обмена липидов Нарушения водно-электролитного гомеостаза внутренней среды организма Нарушения кислотно-щелочного гомеостаза Патофизиология гипоксии Патофизиология тканевого роста. Опухолевый процесс

Часть 2. Патофизиология органов и систем Патология качественного и количественного состава эритроцитов Патология гомеостаза в системе реакций свертывания крови Патология белой крови Шок Патология общего кровообращения Клеточные основы патофизиологии желудочно-кишечного тракта Патология печени Нарушения эндокринной системы Патология щитовидной и паращитовидной желез. Гомеостаз кальция Патология почки Патология нервной системы Гомеостаз и его роль в патологии