Биохимия крови

Введение

Кровь — соединительная ткань, наполняющая сердечнососудистую систему позвоночных животных и некоторых беспозвоночных. Кровь отличается от других тканей своим агрегатным состоянием – она жидкая, и как жидкая ткань обеспечивает постоянство внутренней среды организма. Масса крови у различных животных составляет от 6,2 до 8% массы тела, причём у молодых животных относительный объём крови несколько больше. У всех позвоночных кровь имеет чаще красный цвет (от бледно-красного до тёмно-красного), которым она обязана гемоглобину, содержащемуся в эритроцитах. У некоторых моллюсков и членистоногих кровь имеет голубой цвет, благодаря гемоцианину. Биохимические показатели крови занимают особое место и очень важны как для оценки физиологического статуса организма животного, так и для своевременной диагностики патологических состояний. Кровь обеспечивает взаимосвязь обменных процессов, протекающих в различных органах и тканях.

Функции крови:

1. Питание тканей  и выделение продуктов метаболизма. 

2. Дыхание тканей  и поддержание кислотно-щелочного  баланса и водно-минерального  баланса. 

3. Транспорт гормонов  и других метаболитов. 

4. Защита от чужеродных  тел. 

5. Регуляция температуры  тела путем перераспределения  тепла в организме. 

Поскольку основная функция крови транспортная, то в  ней обнаруживаются многие компоненты белкового, углеводного, липидного  и минерального обменов. В качестве компонентов белкового обмена в  крови содержатся аминокислоты, мочевина, креатин и креатинин, мочевая кислота.

К компонентам углеводного  обмена относятся: глюкоза, фруктоза, галактоза, молочная кислота, пировиноградная  кислота, альфа-оксимасляная кислота, гликопротеины и сиаловые кислоты.

Компоненты липидного  обмена: фосфолипиды, нейтральные липиды, неэстерифицированные ЖК, холестерин и его эфиры, липопротеиды низкой плотности и ЛВП.

Основными неорганическими  компонентами плазмы крови являются: анионы бикарбонатов, хлоридов, фосфатов, сульфатов, катионы кальция, магния, калия, натрия, железа, меди.

 Клеточные элементы крови находятся в жидкой среде - плазме крови.

Кровь состоит из плазмы (55-60%) и взвешенных в ней  форменных элементов – эритроцитов (39-44%), лейкоцитов (1%) и тромбоцитов (0,1%). Благодаря наличию в крови  белков и эритроцитов её вязкость в 4-6 раз выше вязкости воды. При стояние крови в пробирке или центрифугировании с малыми скоростями форменные элементы её осаждаются.

 Самопроизвольное  осаждение форменных элементов  крови получило название реакции  осаждения эритроцитов (РОЭ, теперь  – СОЭ). Величина СОЭ (мм/час)  для разных видов животных  колеблется в широких пределах: если для собаки СОЭ практически  совпадает с интервалом значений  для человека (2-10 мм/час), то для  свиньи и лошади не превышает  30 и 64 соответственно. Плазма крови,  лишённая белка фибриногена, носит  название сыворотки крови.

 Величина рН крови для большинства животных находится в пределах 7,2 – 7,6. Осмотическое давление плазмы крови (7,0-8,0 атм.) определяется количеством в ней растворимых веществ (NaCl, NaHCO 3, фосфаты) и белков. Растворы солей, имеющие осмотическое давление, равное таковому нормальной сыворотки крови, называются изотоническими растворами (например, 0,9% раствор NaCl). Незначительная часть давления плазмы крови (несколько процентов) определяется белками и называется онкотическим давлением. Однако его роль важна для поддержания водного обмена организма: белки плазмы, удерживая воду в кровяном русле, предупреждает развитие тканевых отёков. Растворы с низким осмотическим давлением называются гипотоническими, а с высоким – гипертоническим. При введение в кровь они вызывают гемолиз и плазмолиз эритроцитов соответственно.

1. Химический состав  крови

 Плазма крови  животных представляет собой  жидкость с плотностью 1,02ρ – 1,06ρ. Повышение плотности крови может наблюдаться в случаях обезвоживания организма, вызванного длительными диареями, отсутствием питьевой воды. На долю сухого (плотного) остатка плазмы приходится менее 10%, а остальное – вода. Основную массу сухого остатка составляют белки, общая концентрация которых в плазме составляет 60 – 80 г/л. Сумма концентраций глобулинов и альбуминов составляет концентрацию общего белка плазмы крови. Повышение концентрации общего белка плазмы обычно наблюдается при обезвоживании организма. Снижение концентрации общего белка плазмы может быть следствием самых разнообразных причин – низкое содержание белка в рационе, нарушение процесса всасывания питательных веществ в пищеварительном тракте, болезни печени, почек, при которых теряется белок с мочой.

 Качественный  состав белков плазмы крови.

 Качественный  состав белков плазмы крови  очень разнообразен. В клинической  биохимии часто общий белок  плазмы делят на отдельные  фракции методом электрофореза,  основанного на разделении белковых  смесей по признаку различной  величины массы и конкретного  заряда одного белка. При электрофоретическом  разделении в зависимости от  носителя количество белковых  фракций общего белка неодинаково.  Независимо от вида электрофореза  всегда выделяют основные фракции  - альбумины и глобулины. Альбумины  синтезируются в печени и являются  простыми белками, содержащими  до 600 аминокислотных остатков. Они  хорошо растворимы в воде. Функция  альбуминов состоит в поддержании  коллоидно-осмотического давления  плазмы, постоянства концентрации  водородных ионов, а также в  транспорте различных веществ,  включая билирубин, жирные кислоты,  минеральные соединения и лекарственные  препараты. Альбумины плазмы крови  могут рассматриваться и как  определённый резерв аминокислот  для синтеза жизненно необходимых  специфических белков в условиях  дефицита белков в рационе.  Альбумины удерживают воду в  кровяном русле, а поэтому при  гипоальбуминемиях могут быть отёки мягких тканей. При нефритах в мочу из плазмы крови проникают в первую очередь альбумины, как самые низкомолекулярные белки (молекулярная масса альбуминов составляет около 60000 – 66000). В норме на долю альбуминов приходится 35 – 55% от общего количества белков плазмы крови.

 Глобулины плазмы  – это множество различных  белков. При электрофорезе они  перемещаются вслед за альбуминами.  Как правило, в плазме они  находятся в комплексе со стероидами, углеводами или фосфатами. Взаимосвязь  с липидами обеспечивает комплексам  глобулинов растворимое состояние  и транспорт в различные ткани.  В период интенсивного роста  животного в крови отмечается  относительное снижение уровня  альбуминов и соответствующие  повышение уровня α- и γ-глобулинов. β-глобулины активно взаимодействуют с липидами крови. γ-глобулины, наименее подвижная и наиболее тяжёлая фракция из всех глобулинов, синтезируются происходящими из части стволовых клеток костного мозга В-лимфоцитами или образующимися из них плазматическими клетками. Они выполняют главным образом функцию защиты, являясь защитными антителами (иммуноглобулинами). У млекопитающих их пять – IgG, IgM, IgE, IgD, IgA. В количественном плане в крови преобладает IgG (80%). Используя метод иммуноэлектрофореза, в крови выделяют до 30 белковых фракций. Каждый тип иммуноглобулинов может специфически взаимодействовать лишь с одним определённым антигеном.

 Новорождённые  животные не способны в первые дни жизни синтезировать антитела. Они появляются только после поступления в желудочно-кишечный тракт молозива. Самостоятельный синтез этих защитных белков в костном мозге, селезёнке, лимфатических узлах отмечается с 3- или 4-недельного возраста животного. Поэтому важно напоить новорождённого молозивом, которое содержит в 10-20 раз больше иммуноглобулинов, чем обычное молоко.

 Т-лимфоциты кооперируются  с В-лимфоцитами в синтезе иммуноглобулинов, тормозят иммунологические реакции,  лизируют различные клетки. В крови Т-лимфоциты составляют 70%, В-лимфоциты – около 30%. Для синтеза иммуноглобулинов необходима и третья популяция клеток – макрофаги. Они выступают как первичные факторы неспецифической защиты, благодаря способности захватывать и переваривать микроорганизмы, антигены, иммунные комплексы, передавать информацию о них Т- и В-лимфацитам. Макрофаги выступают в роли посредников между всеми участниками процесса с помощью вырабатываемых клетками лимфокинов и монокинов.

 В-лимфоциты вырабатывают  антитела лишь против определённых, поступивших в организм антигенов  (бактерий, вирусов).Для этого структура антигена и глобулинового рецептора на поверхности лимфоцита должны соответствовать друг другу, как ключ к замку. В этом случае лимфоцит начинает делиться и синтезировать антитела против вида антигена, вызвавшего ответную реакцию.

 Концентрация  γ-глобулинов увеличивается в сыворотке крови при хронических инфекционных болезнях, при иммунизации, беременности животных.

 Целый ряд белков  плазмы крови выполняет специфические  функции. Среди них следует  выделить такие белки, как трансферрин, гаптоглобин, церулоплазмин, пропердин, система комплимента, лизоцим, интерферон.

 Трансферрины являются β-глобулинами, синтезируемыми в печени. Связывая два атома железа на молекулу белка, они транспортируют этот элемент в различные ткани, регулируют его концентрацию и удерживают его в организме. По величине заряда белковой молекулы, аминокислотному составу различают 19 типов трансферринов, которые связаны с наследственностью. Трансферрины могут оказывать и прямой бактериостатический эффект. Концентрация трансферринов в сыворотке крови составляет около 2,9 г/л. Низкое содержание трансферринов в сыворотке крови может быть вызвано недостатком белков в рационе животного.

 Гаптоглобин входит в состав α-глобулиновой фракции сыворотки крови. Он образует комплексы с гемоглобином при гемолизе эритроцитов. В форме таких комплексов железо из разрушенных эритроцитов не выделяется в составе мочи из организма, так как эти комплексы не способны проходить через почки. Гаптоглобин выполняет также защитную функцию, участвуя в процессах детоксикации.

 Церулоплазмин — α -глобулин, синтезирующийся в печени, имеет в своем составе медь (0,3%). Связывая медь, церулоплазмин обеспечивает должный уровень этого микроэлемента в тканях. На долю церулоплазмина приходится 3% всего количества меди организма животного. Он проявляет себя как фермент и как оксидант. Церулоплазмин является оксидазой адреналина, аскорбиновой кислоты. Важной характеристикой церулоплазмина является его способность окислять железо в тканях до Fe3+, депонируя его в таком виде.

 Система комплемента  — это комплекс сывороточных  белков глобулиновой природы,  который рассматривается как  система проэнзимов, активация которых приводит к цитолизу, разрушению антигена. Синтез системы комплемента, насчитывающей до 25 разных белков, осуществляется преимущественно мононуклеарньми фагоцитами, а также гистиоцитами. Это сложная эффекторная система белков сыворотки, играющая важную роль в регуляции иммунного ответа и в поддержании гомеостаза, в плане филогенезиса и онтогенеза возникла раньше иммунной системы. В составе системы комплемента детально изучены 11 компонентов. Каскад ферментативных реакций, запускаемый комплексом антиген-антитело и приводящий к последовательной активации всех компонентов комплемента, начиная с первого, называется классическим путем активации. Обходной путь, который характеризуется активацией более поздних компонентов комплемента, начиная с С3, называется альтернативным. Разрушение микробной клетки наступает только после активации компонента С4. Терминальные белки системы комплемента, последовательно реагируя один с другим, внедряются в двойной слой липидов, повреждая клеточную мембрану с образованием мембранных каналов, что и приводит к осмотическим нарушениям, проникновению внутрь клетки антител, комплемента с последующим лизисом внутриклеточных мембран.

2. Ферменты сыворотки  крови

 В основе многих  патологических и предпатологических состояний организма лежат нарушения функционирования ферментных систем. Многие ферменты локализуются внутри клеток, а поэтому в сыворотке (плазме) крови их активность низка или вообще отсутствует. Именно поэтому анализируя внеклеточные жидкости (кровь), по активности определенных ферментов можно выявить изменения, происходящие внутри клеток различных органов и тканей организма. другие ферменты постоянно содержатся в крови, в известных количествах и имеют определенную функцию (например, ферменты системы свертывания крови).

 Активность ферментов  в сыворотке крови отражает  сбалансированность скорости синтеза  ферментов внутри клеток и  выхода их из клеток. Увеличение  активности ферментов крови может  быть результатом ускорения процессов  синтеза, понижения скорости выведения,  повышения проницаемости клеточных  мембран, действия активаторов,  некроза клеток. Уменьшение активности  ферментов вызывается повышением  скорости выведения фермента, действием  ингибиторов, угнетением синтеза.

 Повышение активности  в крови того или иного фермента  является весьма ранним диагностическим  тестом. Дополнительное определение  изоферментного спектра позволяет уточнить локализацию патологического процесса, так как каждый орган имеет свой определенный изоферментный спектр.

 В клинической  биохимии большое значение имеет  показатель активности аспарататаминотраисферазы и аланинаминотрансферазы (КФ 2.6.1.2). Эти трансаминазы содержатся в митохондриях и в растворимой фракции цитоплазмы клеток. Роль трансаминаз сводится к передаче аминогрупп аминокислот на кетокислоту. Коферментом трансаминаз служит пиридоксальфосфат, производное витамина В6. В крови животных активность обоих ферментов очень мала, по сравнению с их активностью в других тканях. Однако при патологиях, сопровождающихся деструкцией клеток, трансаминазы выходят через мембраны клеток в кровь, где их активность значительно увеличивается по сравнению с нормой. Несмотря на отсутствие строгой органной специфичности этих ферментов, повышение их активности наблюдают при гепатитах, мышечных дистрофиях, травмах, при чрезмерных физических нагрузках на организм, в частности, у спортивных лошадей.

 Лактатдегидрогеназа (ЛдГ), гликолитический фермент, катализирующий обратимую реакцию восстановления пировиноградной кислоты в молочную. ЛдГ состоит из четырех субъединиц и включает пять изоферментов. Причем в мышечной ткани преобладает изофермент ЛдГ5, в сердечной мышце ЛдГ1 и ЛдГ2. При остром инфаркте миокарда у больных в сыворотке крови повышается активность изоферментов ЛДГ1 и ЛдГ2. При паренхиматозном гепатите в сыворотке крови значительно возрастает активность изоферментов ЛдГ4 и ЛдГ5, тогда как активность ЛдГ1 и ЛдГ2 снижается. Активность ЛдГ в цельной крови существенно выше активности фермента в плазме крови. Поэтому даже минимальный гемолиз крови значительно изменяет активность фермента в плазме, что следует учитывать в лабораторной работе.