Ферменты в клинической диагностики

В цитоплазме клеток и сыворотке крови ЛДГ  имеет 5 изоферментов, обозначаемых в  соответствии с их подвижностью к  аноду в электрическом поле: ЛДГ₁ (НННН), ЛДГ₂ (НННМ), ЛДГ₃, (ННММ), ЛДГ₄ (НМММ) и ЛДГ₅ (ММММ). ЛДГ, участвует в окислении лактата в пируват в тканях с аэробным типом метаболизма (миокард, мозг, почки, эритроциты, тромбоциты). ЛДГ₅ оптимизирована природой для превращения пирувата в лактат в тканях с высоким уровнем гликолиза (скелетные мышцы, печень). Не все изоферменты ЛДГ гомогенны: при электрофоретическом разделении изоферментов ЛДГ сыворотки и эритроцитов в полиакриламидном геле обнаружено расщепление ЛДГ₃ на две полосы, которое позволяет предположить синтез двух форм ЛДГ₃ в тканях. Наличие молекулярных структур двух форм, подтвержденное в реакции с антисывороткой, объясняют различием пространственного (цис и транс) расположения Н-субъединиц и М-субъединиц в тетрамере.

В тканях человека активность ЛДГ на 1 г сухой массы  уменьшается в последовательности: почки - скелетная мышца – поджелудочная  железа — селезенка — печень — плацента. Изоферменты ЛДГ, и  ЛДГ₂ преобладают в эритроцитах, лейкоцитах, миокарде, почках, ЛДГ₄ и ЛДГ₅ — в печени, скелетных мышцах, неопластических тканях, наиболее высокое содержание ЛДГ₃ отмечают в лимфоидной ткани, тромбоцитах и опухолях.

Свойства изоферментов ЛДГ определены особенностями входящих в них субъединиц. Изоферментам ЛДГ  присущи разные кинетические характеристики: рН, при котором они проявляют  максимальную активность, сродство к  субстратам и кофакторам.

Клиническое значение определения активности ЛДГ

Активность  ЛДГ в сыворотке крови повышается при многих патологических состояниях, поэтому для дифференциальной диагностики  заболеваний более целесообразно  исследовать изменения спектра  изоферментов ЛДГ. В настоящее время  накоплено большое количество данных о распределении изоферментов ЛДГ  в тканях и об изменении спектра  изоферментов ЛДГ в сыворотке  крови при различных заболеваниях. Изоферментный спектр скелетной  мускулатуры показывает преобладание ЛДГ₅. При мышечной дистрофии отмечены увеличение более подвижных изоферментов ЛДГ и снижение активности ЛДГ₅, что характерно и для многих нейромышечных заболеваний. Причиной изменения спектра изоферментов может быть быстрое удаление малоподвижных изоферментов из циркуляции. Активность ЛДГ₅ в сыворотке крови — чувствительный индикатор гепатоцеллюлярного поражения, увеличение его активности обычно наблюдают при гепатите, гипоксии печени (включая застой крови в печени вследствие сердечной недостаточности), лекарственной интоксикации, циррозе, опухолях и травме. Активность ЛДГ в сыворотке крови не повышается при хронических заболеваниях почек и уремии, но иногда возрастает после гемодиализа или плазмафереза, что может быть объяснено удалением из крови ингибиторов (мочевина, оксалаты).

Общая активность ЛДГ при инфаркте миокарда наиболее значительно повышается в течение  первых 2 сут после приступа стенокардии  и до исходного уровня понижается медленно, в течение 14-16 дней, эпизодическое  повышение ЛДГ можно отметить и в более поздние сроки.

Активность  ЛДГ подвержена гормональному влиянию. Большие дозы тироксина снижали  синтез фермента, при этом в большей  мере отмечено ингибирование синтеза  субъединицы М. Норадреналин и адреналин  вызывают увеличение общей активности ЛДГ с преобладанием активности ЛДГ₁, и ЛДГ₂. Активность фермента в крови возрастает при действии анаболических стероидов и этанола, а также ряда медикаментозных препаратов — клофибрата, кофеина, сульфаниламидов и др.

Спектр изоферментов ЛДГ может меняться при неопластических  процессах. В таких случаях его  трудно интерпретировать, так как  источником изоферментов ЛДГ служит не только неопластическая ткань, но и ткани, разрушаемые метастазами. Однако изоферментный спектр транссудатов при опухолевом поражении сходен с таковым сыворотки крови, тогда  как в воспалительных экссудатах преобладает активность ЛДГ₁ и ЛДГ₂. Для ЛДГ, как и для других ферментов, при опухолевом процессе характерен синтез изоферментов, свойственных эмбриональным тканям. Недифференцированные эмбриональные ткани имеют спектр изоферментов ЛДГ, в котором преобладают ЛДГ₂ и ЛДГ₃, а также ЛДГ₄. В злокачественных опухолях обнаружено три вида распределения изоферментов ЛДГ. Увеличение содержания ЛДГ₄ и ЛДГ₅ выявлено при опухолях предстательной железы, матки, молочных желез, желудка, толстой кишки, мочевого пузыря и некоторых типах опухолей мозга. У больных лейкозом, злокачественной лимфомой, нейробластомой, феохромоцитомой, а также при опухолях полости рта, раке бронхов и некоторых типах опухолей мозга увеличена активность ЛДГ₂, ЛДГ₃, ЛДГ₄. Увеличение активности ЛДГ, отмечено в сыворотке крови больных с некоторыми типами опухолей мозга и разными типами опухолей половых органов.

Возможность повышения активности ЛДГ, при опухолевом процессе следует учитывать при  диагностике инфаркта миокарда. Иногда при опухолях мозга, раке пишевода, нейробластоме отмечают необычную  дополнительную полосу при ЭФ сыворотки  крови и ткани опухоли. Определение  спектра изоферментов ЛДГ в сыворотке  крови при онкологических заболеваниях полезно не только для диагностики, но и для контроля эффективности  лечения. Обнаружено, что нормализация спектра изоферментов ЛДГ коррелирует  с успешностью ответа больного на лечение.

Наличие осложнений при инфаркте миокарда и сопутствующие  заболевания могут изменить спектр ЛДГ и активность ЛДГ. Выявление  спектра изоферментов, характерного для инфаркта миокарда, возможно при  застое крови в печени и почках вследствие сердечной недостаточности, при ишемическом поражении некоторых  органов из-за резкого снижения сердечного выброса. При эмболии легочной артерии, которую в ряде случаев приходится дифференцировать с инфарктом миокарда, увеличение в крови активности ЛДГ₂ и ЛДГ₃ может быть объяснено выходом ферментов из тромбоцитов, патологией печени, вызванной венозной гипертензией, анемией коркового слоя надпочечников и почек. Поскольку эти нарушения не всегда удается различить, изменение спектра изоферментов ЛДГ интерпретировать непросто.

В сыворотке  крови тяжелобольных (как правило, в терминальном состоянии) методом  ЭФ на ацетате целлюлозы выявляется дополнительная полоса, более близкая  к катоду, чем ЛДГ₅, названная ЛДГ₆. Во всех наблюдениях в тканях печени, скелетных мышцах, почке, селезенке и надпочечниках также отмечено присутствие ЛДГ₆; в ряде случаев появление этой фракции носило транзиторный характер, ЛДГ₆ не обнаружена в тканях миокарда. Считают, что нет нозологической формы заболевания, для которой характерна ЛДГ₆, но есть тяжелые клинические состояния, обусловливающие ее появление, к которым следует отнести выраженный ацидоз, гипотонию и сепсис.

3.7.Щелочная  фосфатаза (ЩФ) 

Щелочная фосфатаза (ЩФ) - фосфогидролаза моноэфиров орто-фосфорной  кислоты (КФ 3.1.3.1) - гидролизует разные синтетические субстраты при  оптимуме рН, равном 10,0; субстрат фермента in vivo точно не известен. ЩФ - гликопротеин; по структуре это димер с кажущейся значительной вариацией молекулярной массы фермента в разных тканях. ЩФ - металло-фермент, в состав активного центра фермента входит атом цинка. Полагают, что атом цинка повышает активность фермента, обеспечивая конформационные изменения и гидролиз моноэфиров ортофосфорной кислоты. Каждый мономер ЩФ содержит три металлосвязывающих центра. Лишенный ионов цинка фермент теряет активность, но восстанавливает ее после добавления металла. Активность фермента возрастает в присутствии ионов магния, для оптимальной активности необходимо определенное соотношение ионов магния и цинка.

ЩФ присутствует во всех органах человека; наиболее высокая удельная активность фермента обнаружена в эпителии тонкой кишки, эпителии канальцев почек, остеобластах, гепатоцитах и плаценте- фермент  плотно связан с клеточной мембраной  гидрофобным карбоксильным концом полипептидной цепи; гидрофобный  конец цепи идентичен у всех изоферментов ЩФ. ЩФ прикреплена к плазматической мембране с помощью фосфатидилинозитолгликанового  якоря. Молекулы ЩФ на поверхности плазматической мембраны располагаются неравномерно.

Молекулярная  масса ЩФ составляет 130-220 кДа. Ассоциация ЩФ с гликозаминогликанами (нейраминовой кислотой) может изменить не только молекулярную массу фермента, но и  заряд молекулы и ее подвижность  в электрическом поле. Степень  гликозилирования ЩФ в тканях может  влиять на ее термолабильность.

В организме  человека биосинтез фермента кодируют три гена: один — печеночный, костный  и почечный изоферменты, другой —  кишечный изофермент и третий —  плацентарную ЩФ. Полагают, что существует и 4-й ген, кодирующий синтез зародышевой  ЩФ. Последняя локализована в тонкой кишке плода примерно до 30 недель беременности. Эмбриональные и зрелые формы ЩФ сходны по каталитической активности. Выделение ЩФ из ткани  печени с помощью фосфатидилинозитолспецифической  фосфолипазы приводит к образованию  форм, сходных с присутствующими  в сыворотке крови. Эти данные позволяют считать, что формы  ЩФ сыворотки крови образуются путем  ферментативного гидролиза тканевых форм.

Клиническое значение определения активности ЩФ.

Повышение активности ЩФ в сыворотке крови не всегда позволяет с достаточной степенью достоверности составить представление  об органотопической патологии.

В клинической  биохимии активность ЩФ наиболее часто  используют в диагностике патологии  гепатобилиарной системы и костной  ткани. Активность ЩФ сыворотки крови  часто повышена при обструктивных  заболеваниях печени, холестазе, гепатите, явлениях гепатотоксичности, болезни  Педжета, остеомаляции, новообразованиях, вовлекших в патологический процесс  печень и костную ткань.

Низкая или  даже неопределяемая активность ЩФ отмечена при гепатолентикулярной дегенерации. Механизм этого феномена неясен, предполагают, что ион меди конкурирует с  цинком за место в активном центре ЩФ, что ведет к резкому падению  активности фермента. Применение гиполипидемических препаратов, в частности клофибрата, также ингибирует фермент.

У недоношенных детей с целью ранней диагностики  рахита рекомендовано определять активность ЩФ.

Исследование  активности ЩФ у больных с синдромом  гипофосфатазии указывает на важную роль ЩФ в процессах минерализации  костной ткани. Синдром гипофосфатазии - врожденное заболевание костной  ткани, характеризующееся избирательной  недостаточностью синтеза ЩФ. У пациентов  с подобной патологией в тканях и  сыворотке крови значительно  снижена активность печеночного, костного и почечного изоферментов ЩФ при  нормальной активности плацентарного  и кишечного изоферментов. Другая особенность заболевания - накопление в крови и моче фосфорсодержащих комплексов, служащих эндогенным субстратом ЩФ. К ним относят фосфоэтаноламин, пирофосфат, П-5-Ф и т. д. Заболевание  вызвано точечными мутациями  гена, кодирующего синтез фермента.

Повышение активности ЩФ происходит не только в условиях активного роста костной ткани, но и при ее разрушении - остеопорозе  и последующей остеомаляции. При  тяжелом остеопорозе и остеомаляции активность ЩФ в сыворотке крови  может быть нормальной или слабо  повышенной (в 2—3 раза). Остеомаляция, верифицированная гистологически, может  протекать при нормальной активности ЩФ.

Активность  ЩФ в сыворотке крови может  быть повышена при остеомиодистрофии, развивающейся как осложнение длительного  гемодиализа. При введении циклоспорина после трансплантации повышенная активность ЩФ в большей мере зависит от токсического влияния препарата на гепатоциты и в меньшей мере связана с  патологией остеобластов. У пациентов  с гиперпаратиреозом активность ЩФ сыворотки крови обычно в пределах нормы, но при развитии остеопороза, особенно остеонекроза, может быть значительно увеличена.

Исследование  активности ЩФ оказывается полезным и в дифференциальной диагностике  внутри- и внепеченочного холестаза. В случае экстрагепатобилиарной  обструкции при камнях желчного протока  и желчного пузыря, а также при  новообразованиях в этих органах  активность ЩФ повышается в 10 раз и  более. Внутрипеченочная обструкция желчных  путей при гепатите также сопровождается повышением активности ЩФ, но степень  гиперферментемии не превышает 2—3-кратного значения. Острые некротические изменения  гепатоцитов могут не сопровождаться повышением активности ЩФ до тех пор, пока в патологический процесс не будут вовлечены желчные канальцы и не произойдет задержка желчеотделения. В то же время далеко не во всех случаях  поражения паренхимы печени существует четкая корреляционная зависимость  между активностью ЩФ сыворотки  крови и содержанием в ней  билирубина. В начале развития внутрипеченочного  холестаза увеличение активности ЩФ может быть следствием повышения  синтеза белка в гепатоцитах; последующее повышение активности ЩФ в сыворотке крови, особенно в  форме макро-ЩФ, связано с нарушением целостности клеток желчных канальцев.

4. Энзимотерапия  

Энзимотерапия, т.е. использование ферментов и модуляторов (активаторов и ингибиторов) действия ферментов в качестве лекарственных средств. До сих пор работы в этом направлении почти не выходят за рамки эксперимента. Исключение составляют некоторые протеиназы: пепсин, трипсин, химотрипсин и их смеси (абомин, химопсин), которые применяют для лечения ряда болезней пищеварительного тракта. Помимо протеиназ, ряд других ферментов, в частности РНКаза, ДНКаза, гиалуронидаза, коллагеназы, эластазы, отдельно или в смеси с протеиназами используются при ожогах, для обработки ран, воспалительных очагов, устранения отеков, гематом, келоидных рубцов, кавернозных процессов при туберкулезе легких и др. Ферменты применяются также для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, растворения сгустков крови. В нашей стране разработан первый в мире препарат иммобилизованной стрептокиназы, рекомендованный для лечения инфаркта миокарда. Калликреины-ферменты кининовой системы используются для снижения кровяного давления.

Важной и  многообещающей областью энзимотерапии  является применение ингибиторов ферментов. Так, естественные ингибиторы протеиназ (α₁-трипсин, α₂-химотрипсин, α-макроглобулин) нашли применение в терапии острых панкреатитов, артритов, аллергических заболеваний, при которых отмечается активация протеолиза и фибринолиза, сопровождающаяся образованием вазоактивных кининов.

В последнее  время получило признание применение в онкологической клинике ферментов  бактериальной природы в качестве лекарственных средств.