Ферменты в диагностике

Диагностическая ценность ферментов существенно  повысилась после внедрения в  клиническую практику методов определения  изоферментов, различающихся преимущественно  разной электрофоретической подвижностью, хотя и наделенных одинаковой биологической  активностью. В этой связи следует  более подробно рассмотреть диагностическую  значимость двух ферментов, определение  изоферментных спектров которых  внедрено почти во всех лабораториях клинической химии мира.

Первым из них  является упоминавшаяся выше лактатдегидрогеназа (ЛДГ), которая катализирует обратимое  превращение пировиноградной кислоты  в молочную кислоту по уравнению

Следует подчеркнуть, что ЛДГ является ключевым ферментом  анаэробного обмена углеводов во всех живых организмах, определяя  скорость образования энергии в  виде аденозинтрифосфата (АТФ).

ЛДГ - широко распространенный фермент, он синтезируется почти  во всех клетках организма человека [3]; различают два типа ЛДГ: так  называемый сердечный тип, обозначаемый H-тип (от англ. heart), и мышечный тип, обозначаемый M-тип (от англ. muscle); каждый из них состоит  из четырех субъединиц, обозначаемых соответственно цифрами. Если в молекуле ЛДГ все четыре субъединицы представлены H-типом, ее обозначают ЛДГ H4 ; если все  субъединицы составлены из M-типа, тогда  фермент обозначают M4 . Поскольку  в клетках всегда содержатся оба  типа молекул H и M, суммарно четыре субъединицы  строятся как из H-, так и из M-типов. Таким образом, различают 5 изоферментов ЛДГ, составленных из следующих типов H и M:

H4 , H3M1 , H2M2 , H1M3 и  M4 ;

соответственно  они обозначаются: 1-, 2-, 3-, 4- и 5-й изоферменты  ЛДГ.

При органическом поражении сердечной мышцы, например при инфаркте миокарда, в сыворотке  крови резко повышается уровень  не только общей лактатдегидрогеназы, но, что очень важно для точности диагноза, это повышение преимущественно  обусловлено изоферментами 1 и 2, соответственно H4 и H3M1 .

С другой стороны, при поражениях скелетной мускулатуры, а также при воспалительных процессах  печени (гепатиты) или при вирусных поражениях ткани печени [4], и наконец, при отравлении четыреххлористым углеродом  или другими ядами, когда преимущественно  поражается печень, вызывая некроз ткани [3, 4], изоферментный спектр перемещается слева направо (то есть уровни 5 и 4 изоферментов ЛДГ резко повышаются при почти  неизмененном уровне 1 и 2 изоферментов). Эти результаты очень важны для  лечащего врача, который на основании  главным образом клинической  картины болезни, лабораторных данных, электрофоретической картины спектров ЛДГ ставит окончательный диагноз  и приступает к лечению больного. Естественно, что методы лечения  будут резко отличаться, и в  выборе этих методов немалую роль играет изоферментный спектр ЛДГ  сердечного или мышечного типа.

Вторым ферментом, диагностическая ценность которого еще выше, в особенности при  инфаркте миокарда [3, 4], является креатинфосфокиназа (КФК), катализирующая биосинтез креатинфосфата из креатина и АТФ в соответствии с уравнением

Креатинфосфокиназа - ключевой фермент биосинтеза макроэргического (наделенного или содержащего  высокий энергетический потенциал) субстрата - креатинфосфата, играющего  наряду с АТФ выдающуюся роль в  биоэнергетике сердечной мышцы  и всего организма. Оказалось, что  молекула КФК также состоит из двух типов субъединиц: из M-типа (то есть мышечный тип, от англ. muscle) и B-типа (то есть мозговой; от англ. brain); соответственно выделены и охарактеризованы три  изофермента КФК, которые обозначаются латинскими буквами: MM-изофермент (мышечный тип), преимущественно характерный  для поперечно-полосатой мускулатуры, BB-изофермент (мозговой тип, преимущественно  содержится в ткани мозга) и смешанный  тип, обозначаемый MB-изоферментом, который  содержится только в сердечной мышце.

Учитывая эти  данные, в частности органотропность  изоферментов КФК, при органических или функциональных поражениях этих тканей в сыворотке крови больного появляются в норме отсутствующие  изоферменты КФК, и, соответственно, они открываются при электрофорезе.

На нашей кафедре  В.П. Сараев и Ф.Б. Левин исследовали  сыворотку крови больных инфарктом  миокарда в динамике с первого  часа наступления болезни и показали, что общая активность ЛДГ резко повышается уже через 0,5 часа и держится на этом высоком уровне до 2 - 3 дней, а у отдельных больных - до 4 дней; после острого периода величины ЛДГ быстро приходят к норме, хотя изоферментный спектр ЛДГ все еще сохраняет сердечный тип до 7 - 8 суток. Укажем также, что во всех случаях инфактов миокарда, включая благополучные случаи, В.П. Сараев и Ф.Б. Левин определяли активность еще одного фермента - гамма-глутамилтрансферазы - в сыворотке крови. Оказалось, что активность этого фермента медленно повышается при наступлении инфаркта, но высокие уровни его появляются в крови только на 10 - 14-е сутки после наступления инфаркта. По мнению многих клиницистов, гамма-глутамилтрансферазный тест сыворотки крови может служить важным постинфарктным ферментным тестом. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что некротизированная зона сердечной мышцы скорее всего не является источником гамма-глутамилтрансферазы, поскольку вымывание ткани при инфаркте наступает уже в первые 10 - 15 минут. Более вероятно предположение, что в процессе заживления и заполнения некротизированной зоны нормальной мышечной тканью в постинфарктном периоде происходит усиленная васкуляризация (развитие сосудистой сети); в эндотелии образующихся в этой зоне сосудов открыто повышенное количество (по активности) гамма-глутамилтрансферазы, что, по-видимому, может служить источником повышенного содержания этого фермента в сыворотке крови больных инфарктом миокарда.

Диагностическая энзимология достигла значительных успехов при постановке диагноза болезней не только указанных органов, но и других, в частности почек, поджелудочной железы, желудка, кишечника и легких. Широко используют в клинической практике, например, определение трансамидиназы в сыворотке крови - фермента, открытого только в ткани почек и поджелудочной железы; или определяют активность фермента гистидазы, обнаруженного только в клетках печени и эпидермиса кожи. Соответственно, при органических поражениях этих органов, воспалительных процессах, травмах, хирургических вмешательствах в сыворотке крови больных появляются указанные ферменты, в норме отсутствующие в сыворотке.

Естественно, что  здесь представлены лишь отдельные  примеры из большого числа ферментов, определяемых в клинике, и описаны  только некоторые болезни из известных  почти 10 тысяч болезней человека. Однако и из этих примеров можно сделать  заключение, что ферментная диагностика  может служить основой не только для постановки правильного и, что  самое главное, своевременного диагноза болезни, но и для проверки эффективности  применяемого метода лечения.

Обладая высокой  специфичностью действия, ферменты применяются  в качестве самых тонких и избирательных  инструментов в направленном воздействии на течение любой патологии. О степени поражения органов, биомембран клеток и субклеточных структур, о тяжести патологического процесса можно судить по появлению (или резкому повышению уровня) органотропных ферментов и изоферментов в сыворотке крови больных, что составляет предмет диагностической энзимологии.

Ферменты  в диагностике  заболеваний сердечной  мышцы. 
До настоящего времени определение активности ферментов широко использовалось для подтверждения диагноза острого инфаркта миокарда (ОИМ). В настоящее время на эту роль претендует определение специфических сердечных маркеров – тропонина Т или тропонина I. Несмотря на это, определение изоформ креатинкиназы или ее изофермента КК-МВ остается применимым для ранней диагностики ОИМ – в пределах 12 часов от начала заболевания. В этот период диагностическая чувствительность определения не намного уступает чувствительности определения TnT. Наряду с определением уровня тропонина, определение изоформ КК-ММ и КК-МВ позволяет следить за восстановлением коронарного кровотока на ранней стадии инфаркта миокарда. Определение изоформ КК может быть использовано для оценки времени начала ОИМ, когда клинические данные не позволяют выявить его точно. 
 
Определение активности изофермента КК-МВ имеет преимущество по сравнению с определением тропонина из-за возможности круглосуточного определения, простоты и скорости определения и относительно низкой стоимости. 
 
Продолжает обсуждаться значимость определения активности в сыворотке изофермента ВВ гликогенфосфорилазы для диагностики ОИМ. Его активность может изменяться в сыворотке уже через два часа после начала ОИМ. Использование данного теста на практике ограничено сложными методическими проблемами. 
 
Ферменты в диагностике заболеваний печени 
Более четырех десятилетий для диагностики заболеваний печени используют АсАТ, АлАТ, ЩФ. За 30-летний период использования в качестве маркера γ-глютамилтрансферазы (ГГТ) установлена ценность определения ее активности для скрининга заболеваний печени, метастазирования в печень и злоупотребления алкоголем. Увеличение активности ферментов, особенно АлАТ и ГГТ, может наблюдаться при жировой дистрофии печени, отмечается у 15% пациентов с повышенной массой тела и у больных гепатитом C. Увеличение активности АлАТ является своеобразным маркером при скрининге гепатита C среди населения. Определение активности катионной B-формы глутатион-S-трансферазы – фермента, участвующего в процессах детоксикации, является более чувствительным маркером повреждения печеночных клеток, чем определение активности аминотрансфераз. В сочетании с определением активности АлАТ чувствительность данного теста для диагностики гепатита С увеличивается до 80%. 
 
Ферменты в диагностике заболеваний поджелудочной железы 
Определение амилазы остается наиболее часто используемым показателем для диагностики острого панкреатита. Данный тест не был полностью заменен определением активности липазы, несмотря на более высокую специфичность. При недостаточной функции поджелудочной железы низкий уровень сывороточной панкреатической изоамилазы – удобный, но малочувствительный маркер нарушенной функции поджелудочной железы. Данный диагноз может быть подтвержден с высокой диагностической чувствительностью (> 80%) путем определения химотрипсина или панкреатической эластазы в кале. 
 
Ферменты при заболеваниях скелетной мышцы 
Определение активности КК в сыворотке остается наиболее доступным лабораторным методом в диагностике миопатий. Определение КК остается ценным в изучении генетически обусловленных миопатий, особенно Дюшенна и Беккера, несмотря на увеличивающееся использование методов ДНК-диагностики. Низкая стоимость и практически 100%-ная чувствительность делает определение КК предпочтительным для скрининга новорожденных, постановки или исключения доклинического диагноза. Определение КК остается полезным для выявления женщин-носителей как дополнение к ДНК-диагностике. Определение активности КК получило распространение для выявления повреждения мышц лекарственными препаратами, особенно гиполипидемическими препаратами. 
 
Ферменты при заболеваниях костной системы 
Разработка простых и специфичных методов для определения костной фракции ЩФ привела к повышению чувствительности и специфичности определения этого фермента для диагностики заболеваний костной системы. Костная ЩФ продолжает использоваться для оценки деятельности остеобластов, и оказалось, что ее активность более полно отражает эти процессы, чем другие маркеры, при болезни Педжета и метастазах опухолей в кости. В связи с этим определение активности фермента может иметь определенную ценность для скрининга населения с целью выявления остеопороза. 
 
Ферменты в диагностике заболеваний предстательной железы 
Простатическая кислая фосфатаза (КФ) в сыворотке, определенная с использованием ингибитора – тартрата или более современным иммуноферментным методом длительное время использовалась для диагностики опухолей предстательной железы. В настоящее время в большинстве лабораторий применяют более чувствительный метод – определение простатспецифичного антигена (PSA). 
 
Интерес к применению ферментов в диагностике не ограничивается сывороточными ферментами. Определение ферментативной активности проводят в таких биологических жидкостях, как спинномозговая, моча, амниотическая, синовиальная и др., а также в клетках крови и других тканей при исследовании биопсийного материала. 
 

ЛИТЕРАТУРА

1. Браунштейн А.Е. На стыке химии и биологии. М., 1987.
2. Мардашев С.Р. Биохимические проблемы медицины. М., 1975.
3. Зильва М., Пэннел Г. Клиническая химия в диагностике и лечении. М.: Медицина, 1984.
4. Панченко Н.И., Гусева Н.Р., Масленникова Н.К. и др. // Лаб. диагностика. 1993. № 4. С. 37 - 41.
5. http://bio.fizteh.ru/student/files/biology/bioarticles/ferment_medecine.html
6. http://www.terramedica.spb.ru/ld2_2005/kozlov.htm

Министерство  сельского хозяйства  Российской Федерации

Департамент научно – технологической  политики и образования

ФГОУ  ВПО «Санкт-Петербургская Государственная Академия Ветеринарной Медицины»

Кафедра  органической и биологической химии 

Реферат

на тему:

«Ферменты в диагностике». 

                                                   Выполнила:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   
 

Санкт - Петербург

2010