Функції печінки

План

Лекція № 13. ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК ПРОЦЕСІВ ОБМІНУ БІЛКІВ, ЖИРІВ ТА ВУГЛЕВОДІВ. БІОХІМІЯ ПЕЧІНКИ

1. Взаємозв'язок обміну білків, жирів, вуглеводів.

2. Ацетил - КОА, глюкоза-6-фосфат і піруват як загальні метаболіти процесів обміну речовин.

3. Основні функції печінки і її значення в обміні речовин і життєдіяльності організму.

4. Знешкодження в печінці ендо- та екзогенних токсичних речовин.

5. Роль печінки у підтримці і забезпеченні гомеостазу організму.

6. Ліпотропні речовини та їх роль. Склад та роль жовчі.

7. Показники, що характеризують функціональний стан печінки.

1. Взаємозв'язок обміну білків, жирів, вуглеводів

В організмі процеси обміну різних речовин дуже тісно пов'язані між собою, що просліджується на різних станах їх перетворень. Так, при розпаді різних поживних речовин утворюється невелика кількість проміжних продуктів однакової структури, які складають єдиний резерв і потім використовуються для синтезу специфічних для даного організму білків, жирів і вуглеводів.

Взаємозв'язок процесу обміну речовин можна досліджувати на прикладі використання організмом кінцевих продуктів всіх обмінних процесів - води, вуглекислого газу, аміаку. Кожна з цих речовин, незалежно від джерела утворення, активно включається в подальший метаболізм. Вода необхідна для життєдіяльності кожної клітини і більшості біохімічних реакцій: цикл Кребсу, окислення жирних кислот, синтез нуклеїнових кислот та глюкози. Вуглекислий газ утворюється при декарбоксилюванні амінокислот, жирів і вуглеводів, широко використовується для синтезу холестерину, нуклеїнових, жирних кислот, жовчних кислот, входить в склад карбонатної буферної системи і виводиться з організму легенями та з сечовиною в складі сечі.

Аміак, що накопичується в організмі при дезамінування амінокислот, також активно метаболізується і використовується як джерело азоту в організмі для синтезу азотовмісних сполук (замінних амінокислот, нуклеїнових кислот, креатину, холіну.) Невикористаний аміак виводиться з організму в складі сечовини або амонійних солей.

2. Ацетил - КОА, глюкоза-6-фосфат і піруват

як загальні метаболіти процесів обміну речовин

Слідуючим фактором, що зв'язують воєдино обмін різних речовин, є енергія. Незалежно від структури речовини, що розпалась, вона накопичується однаково - в формі молекули АТФ. Відмінність між обмінами пов'язана тільки з її кількістю, так жири дають в 2 рази більше енергії ніж вуглеводи і білки.

Взаємозв'язок обмінів різних речовин в організмі найбільше виражений на рівні проміжних продуктів, серед яких центральне значення займає ацетил - КОА, глюкозо-6-фосфат, піруват.

Ацетил - КОА утворюється при обміні білків (розпад глікогенних амінокислот), ліпідів (окислення жирних кислот) і вуглеводів (декарбоксилування піровиноградної кислоти). Потім він використовується в циклі Кребсу, а також служить похідним субстратом для синтезу жирних кислот, ацетонових і кетонових тіл, холестерину, стероїдних гормонів, жовчних кислот.

Активований глюкозо-6-фосфат може бути утворений з різних поживних речовин: глікогену і глюкози, білків, гліцерину.

Таким чином глюкозо-6-фосфат, утворений з різних джерел, складає загальний резерв в клітині і по мірі необхідності витрачається.

Глюкозо-6-фосфат має енергетичне значення, в ході його розпаду утворюється 2 молекули піровинограної кислоти, а потім ацетил-КОА, який окислюється до вуглекислого газу і води з виділенням 36-38 молекул АТФ.

Не менше значення має глюкозо-6-фосфат для синтезу глікогену, для якого він є основним субстратом.

Глюкозо-6-фосфат, розпадаючись в клітинах печінки під дією глюкозо-6-фосфатази, поставляє в кров вільну глюкозу. Тим самим забезпечує глюкозою органи і тканини,. в тому числі мозок, для якого вона в нормі є єдиним джерелом енергії.

Глюкозо-6-фосфат в ході своїх перетворень утворює речовини, які є стартовими для синтезу багатьох замінних амінокислот (аланіна, серину, цистеїну). Крім того він поставляє ацетил-КОА, з якого утворюються жирні кислоти. Він також є похідним для синтезу гліцерину.

Таким чином глюкозо-6-фосфат є основною для утворення ліпідів, триацетилгліцеридів, гліцерофосфатів. Таким шляхом при синтезі жирів використовується надлишок глюкозо-6-фосфату.

Піровіноградна кислота є проміжним продуктом розпаду вуглеводів, жирів, деяких амінокислот (аланіну, цистеїну, гліцину). В свою чергу, піруват використовується для синтезу вуглеводів (глюкози), ліпідів і замінних амінокислот, має значення в процесі утворення ацетил-КОА.

Таким чином, розглянуті три сполуки ацетил - КОА, глюкозо-6-фосфат і піруват об'єднують обміни різних речовин в організмі і тому названі ключовими субстратами.

Печінка - найкрупніший з внутрішніх органів (1,2 кг у дорослої людини).

1. Печінка приймає і розподіляє майже всі речовини, що потрапляють в організм людини з шлунково-кишкового тракту по ворітній вені, що розгалужується на вузькі канальці, по яким кров повільно тече, омиваючи клітини печінки.

2. Служить місцем утворення жовчі, що забезпечує участь печінки в перетравленні їжі.

3. Здійснює біосинтез речовин, які вступають в процеси обміну в вигляді субстратів в других органах і клітинах.

4. Забезпечує знезараження токсичних продуктів метаболізму, а також продуктів гниття білку в кишечнику.

5. Печінка - місце інактивації багатьох гормонів.

6. Приймає участь у метаболізмі лікарських препаратів.

7. Приймає участь у виділенні деяких продуктів метаболізму в кишечнику.

а) Роль печінки в обміні вуглеводів.

Печінка відіграє основну роль у підтриманні фізіологічної концентрації глюкози в крові. З загальної кількості глюкози клітини печінки при нормальній течії використовують більшу її кількість: 1) на синтез глікогену не більше 10-15%; 2) на окислення більше 60%; 3) на синтез жирних кислот 30%.

В печінці протікають процеси глюконеогенезу. Основні попередники глюкози – лактат і аланін – поступають з м’язів, гліцерол – з жирової тканини, глікоген амінокислот з їжею.

Надлишкове надходження глюкози з їжею збільшує її розпад з утворенням пірувату. Цей процес гальмує окислення жирів у циклі Кребсу.

Таким чином, між жирами і глюкозою в процесі окислення може виникнути конкуренція.

б) Участь печінки в обміні ліпідів.

Печінка як орган, відповідальний за синтез компонентів жовчі, перш за все приймає участь в перетравленні та всмоктуванні ліпідів. Тут синтезуються жовчні кислоти – емульгатори жовчі і активатори панкриатичної ліпази в тонкому кишечнику, холестерин, утворюються фосфоліпіди плазми, кетонові тіла та ліпопротеіди. Печінка контролює обмін ліпідів всього організму. ТАГ складають 1% маси печінки, але вона контролює процеси синтезу і транспорту жирних кислот. Це пов’язано з тим, що жирні кислоти необхідні для синтезу ТАГ і фосфоліпідів. ТАГ здатні відкладатися в клітках печінки прозапас, а ФЛ є гідрофільними сполуками і виводяться з печінки, доставляються до органів і тканин. Цей процес стимулює синтез ФЛ і гальмує синтез ТАГ. В організмі достатньо фосфорної кислоти і гліцерину, але може бути недостатньо азотистих основ холіну, серину, етаноланіну, метіоніну. Їх називають ліпотропними факторами. При їх недостатку синтез ФЛ знижується і зростає синтез ТАГ, що проводить до ожиріння печінки.

в) Участь печінки в обміні білків.

У печінці активно протікає синтез і розпад білків, що мають важливе значення для організму. В печінці синтезується 13-18 г білків за добу. Альбуміни, фібриноген, протромбін синтезується тільки в печінці. Тут синтезується до 90% глобулінів і 50% β-глобулінів. В зв'язку з цим, при захворюванні печінки знижується синтез білків і це приводить до зменшення їх кількості в крові, або утворення білків з зміненими фізико-хімічними властивостями, в результаті чого знижується колоїдна стійкість білків крові і вони швидше випадають в осад, ніж звичайні білки під дією солей лужних і лужноземельних металів, а також тимолу, сулеми. Знайти зменшення кількості білків або зміну їх властивостей можливо за допомогою проб на колоїдостійкість білків, серед яких використовують пробу Вельтмана, Тимолову пробу.

Печінка - основне місце синтезу білків системи згортання крові (фібриноген, протромбін). Порушення їх синтезу, як і недостатність вітаміну К, що розвивається внаслідок порушення жовчовиділення, приводить до гемарогічних діатезів.

Активно протікають в печінці процеси перетворення амінокислот (пере амінування, дезамінування, декарбоксилювання) і при таких враженнях печінці процеси суттєво змінюються. В крові зростає концентрація вільних амінокислот і виділеннях їх з сечею. В сечі навіть можуть бути кристали лейцину тирозину.

В печінці проходить синтез сечовини і порушення функцій гепатоцитів приводить до зростання кількості вільного аміаку в крові, що негативно впливає на весь організм і може проявитися печінковою комою, що може привести до загибелі хворого.

Обмінні процеси, що протікають в печінці, каталізуюються різними ферментами, які при захворюваннях виходять в кров і поступають в сечу. Причиною є порушення проникливості клітинних мембран, що має місце на початку захворювання. Тому підвищення активності ферментів є одним з найважливіших показників в доклінічний період. Наприклад, при хворобі Боткіна зростає активність АLТ і АSТ при холестазі зростає активність лужної фосфатази.

Печінка виконує дуже важливу антитоксичну функцію. В ній знезаражуються індол, скатол, фенол, кадаверін, що є продуктами загнивання білків в кишечнику, білірубін, продукти обміну стероїдних гормонів. При цьому утворюються кон’юговані з глюкуроновою кислотою сполуки, що виводяться з сечею.

4. Детоксикація токсичних речовин

Детоксикаційні процеси здійснюється шляхом їх хімічної модифікації, яка включає дві групи перетворень:

- окислення, відновлення або гідроліз з утворенням груп – ОН, - СООН, - SН, - NН;

- приєднання до цих груп глюкуронової або сірчаної кислоти, гліцину, глютаміну або ацетильного залишку (кон’югація). Знезараження може відбуватись за допомогою одного або двох перетворень.

Реакції першої групи забезпечуються гідроксилазами мікросом (мікросомальна фракція – це обривки мембран єндоплазматичної мережі).

З реакції кон’югації переважає приєднання глюкуронової кислоти. Цей процес каталізує глюкуронілтрансфераза – інтегральний білок (ГТ) ендоплаз-матичного ретикулуму.

В реакціях кон’югації з сірчаною кислотою донором є ацетил-КоА. Ці утворення приводять до підвищення гідрофільності знезаражуючих продуктів, що полегшуює процес виведення їх з організму.

Знезараження нормальних метаболітів – білірубіну і аміаку.

Знезараження білірубіну відбувається шляхом кон’югації з одною або двома молекулами глюкуронової кислоти і в меншій мірі з сірчаною кислотою, що виводяться з жовчю в кишечник. Аміак знезаражується в орнитиновому циклі і входить в склад молекули сечовини, яка поступаючи в кров, виводиться з сечею.

Інактивація гормонів в печінці, в залежності від їх природи, протікає різними шляхами.

Пептидні гормони гідролізуються протеазами. Молекула інсуліну інактивується в два етапи: відновлення дисульфідних зв’язків з вивільненням поліпептидних ланцюгів і їх гідроліз інсуліназою. Процес протікає швидко, при однократному проходженні крові через печінку руйнується 80% гормону.

Катехоламіни (адреналін, норадреналін) в гепатоцитах піддаються окислювальному дезамінуванню і коньюгуються з сірчаною та глюнуроновою кислотою. Продукти катаболізму виводяться сечою.

Стероїдні гормони в мікросомальній фракції гідролізуються при участі гідроксилаз, коньюгуються з глюнуроновою або сірчаною кислотою і також виводяться з сечею.

Знезараження продуктів гниття амінокислот, що утворюються під дією мікрофлори кишечнику, відбувається слідуючим чином. Трупні яди (кадаверин та путресин) – виводяться з сечею в незмінному вигляді, крезол та фенол, що утворюються при розпаді тирозину, скатол і індол при розпаді триптофану, всмоктуються в кровообіг і затримується в печінці, утворюючи кон’югати з глюнуроновою і сірчаною кислотою, а скатол деметилюється, перетворюючись в індол, який коньюгується і виділяється у вигляді калієвої солі (тваринний індикан). Інтенсивність цього процесу пропорційна інтенсивності процесів гниття в кишечнику і швидкості знезараження в печінці. Тому вміст індикану служить показником функціонального стану печінки.

Метаболізм лікарських препаратів включає окислення, що каталізується мікросомальними оксидазами. Вони представляють собою ферментні комплекси, що вимагають молекулярного кисню та НАДФ•Н₂.

Ферментні системи, що каталізують знезараження лікарських препаратів і других сполук, що проникають з зовнішнього середовища, не були сформовані в організмі в еволюційному процесі. Здатність до знезараження в організмі набута. З віком ця властивість у печінки зростає.

Активність оксидаз може бути підсилена індукторами, що представлють собою різні хімічні агенти і лікарські сполуки (гормони, лікарські препарати, інсектициди, канцерогени).

Відомі сполуки, що гальмують активність мікросомальних систем окислення - інгібітори.

Класичний приклад - фенобарбітал. При його введенні кількість цитохромму Р₄₅₀ збільшується в 3-4 рази. Це супроводжується інактивацією етилморфіну, антипіріну, кумаринових препаратів. Після відміни фенобарбіталу індукція гальмується, що викликає підсилення ефекту інших лікарських препаратів. Наприклад, доза кумаринових препаратів на фоні відміни фенобарбіталу, може бути токсична. Другий приклад – етанол. Його перетворення в ацетальальдегід протікає з участю оксидаз мікросом. У людей, що споживають великі дози алкоголю, концентрація цитохрому Р₄₅₀ підвищена. Тому у алкоголіків в тверезому стані виведення барбітуріатів підсилене і вони не дають терапевтичного ефекту. Напроти, епізодичний прийом алкоголю гальмує інактивацію барбітуратів тому, що етанол конкурує з ними за фермент. До угнітаючої дії етанолу приєднується дія барбітуратів, що може привести до смерті.

Індуктори можуть бути використані як лікарські препарати. Так введення фенобарбіталу може знизити концентрацію білірубіну.

Зараз відома ціла група речовин, що викликають рак – канцерогени – бензапірен, бензантрицен, циклічні ароматичні вуглеводи. Особливістю їх перетворення є те, що їх метаболіти теж є концерогенами. Так, бензантрацен в процесі перетворення, перетворюється в оксид-концероген.

Друга група – ароматичні аміни, що використовуються для виробництва анілінових барвників. Вони можуть викликати рак слизової оболонки.

Афротоксини – метаболіти деяких видів плісняви, афлотоксин В₁ може викликати рак печінки.

Печінка виконує в організмі основну антитоксичну функцію і не терпить до себе зневажуючого відношення.

5. Роль печінки у підтриманні і забезпеченні гомеостазу організму

Важливу роль виконує печінка у водно-мінеральному обміні та підтриманні гомеостазу. Вона є депо крові і міжклітинної рідини, натрію, калію, магнію, заліза. В печінці синтезуються білки, що зв’язують ці мінеральні речовини і транспортирують по крові феритин (Fе) церулоплазмін (Сu).

Печінка – місце інактивації гормонів, що регулюють гомеостаз -альдостерону, вазопресину.

6. Ліпотропні речовини та їх роль. Склад та роль жовчі.

В клітинах печінки утворюється жовч, яка поступає по жовчовивідних шляхах в жовчні протоки і поступає в жовчний міхур, де накопичується та згушається. В період перетравлення їжі жовч поступає через жовчний проток в дванандцятипалу кишку. Ємкість жовчного міхура 30-40 мл, за добу поступає жовчі 500-800 мл. Жовч складна за складом рідина – 97,5% Н₂О и 2,5% сухого залишку. В жовчному міхурі вона згущується – 84% Н₂О, сухий залишок – 14%. Через стінку жовчного міхура в кров просочується також Na₂CO₃, NaCl. Стінка жовчного міхура виділяє муцин і збагачує ним жовч.

Найважливіші складові жовчі - жовчні кислоти (0,6-0,7%), жовчні пігменти, холестерин (0,6%), ТАГ, жирні кислоти, фосфоліпіди, муцин, сечовина, сечова кислота, мінеральні речовини, Са, Fе. Вміст холестерину і Са, Fе в жовчі вище ніж у крові, вони виділяються з жовчу з організму.

Жовчні кислоти грають важливу роль в процесах перетравлення ліпідів. Це полімерні похідні холестерину серед яких найважливіші глікохолева, хенодезоксихолева, які піддаються перетворенням під дією бактеріальних ферментів.

Зворотнє всмоктування жовчних кислот відбувається в тонкому кишечнику (90-95%), а частина виділяєється в складі фекалій.

7. Показники, що характеризують функціональний стан печінки

В лабораторній практиці для дослідження функціонального стану печінки застосовують слідуючі біохімічні тести, що носять назву комплексу печінкових проб: білірубін та його фракції, тимолова проба, АLТ, АSТ, ЛДГ, загальний білок та його фракції, показник А/Г, холестерин, фібриноген, протромбін. Функціональний стан печінки вивчається двома шляхами:

- визначення вмісту в сироватці крові речовин, що синтезуються в печінці (фібриноген, протромбін, білки сироватки крові, жовчні пігменти);

- проби на здатність печінки виводити введені в організм речовини, наприклад глюкозу - шляхом синтезу глікогену, бензойну кислоту - шляхом утворення гіпуринової кислоти. Проба на синтез гіпуринової кислоти носить назву проби Квіка. В організм людини вводять бензойну кислоту – слабо отруйну речовину, а потім на протязі декількох годин визначають в окремих порціях сечі вміст гіпуринової кислоти. При захворюваннях печінки виведення з організму гіпуринової кислоти зменшується.

Контрольні питання до теми

1. Який взаємозв’язок обміну ліпідів, вуглеводів і білків?

2. Які кінцеві метаболіти обміну речовин? Їх процес виведення із організму.

3. Назвіть основні проміжні метаболіти обміну речовин? Їх взаємозв’язок в організмі.

4. Яка роль печінки в обміні білків?

5. Яка печінки в обміні вуглеводів?

6. Яка печінки в обміні ліпідів?

7. Як відбувається знешкодження в печінці ендо- та екзогенних токсичних речовин?

8. Що таке ліпотропні речовини та їх роль в синтезі ліпідів?

9. Який склад та фізіологічна роль жовчі?

10. Охарактеризуйте біохімічні показники, що характеризують функціональний стан печінки.

Дата добавления: 2014-01-07