Единицы измерения активности ферментов
при изменениях со стороны сердечной мышцы происходит повышение активности сердечного изоферментакреатинфосфокиназы (КФК‑MB), изоферментов лактатдегидрогеназы 1 и 2 (ЛДГ‑1 и ЛДГ‑2),аспартатаминотрансферазы;
нарушения скелетных мышц – мышечного изофермента КФК (КФК‑MM), алкогольдегидрогеназы;
костной ткани – щелочной фосфатазы (ЩФ), альдолазы (АЛД);
поджелудочной железы – a‑амилазы и липазы;
предстательной железы – кислой фосфатазы;
гепатоцитов – аланинаминотрансферазы, глутаматдегидрогеназы, холинэстеразы, сорбитолдегидрогеназы;
желчевыводящих путей – щелочной фосфатазы, g‑глутамилтранспептидазы (g‑ГТП).
· ферменты, секретируемые в выводные протоки желчных путей, панкреатических и слюнных протоков. В норме активность таких ферментов в плазме намного ниже, чем в клетках и имеет постоянное значение (a‑амилаза, липаза поджелудочной железы). Изучение активности этих ферментов позволяет судить о функционировании соответствующего органа.
Дополнение
При повышении внутрипротокового давления активность этих ферментов в плазме возрастает за счет “эффекта уклонения ферментов”, т.е. их поступления из протоков железы в кровь и снижения выведения во внешнюю среду. Повышение активности этих ферментов в плазме свидетельствует о блокировании процессов секреции. Примером является панкреатит, закупорка сфинктера Одди желчными камнями, что вызвает переход ферментов поджелудочной железы в кровь. Активность ферментов можно выражать
· в каталах (1 катал = 1 моль/с),
· в единицах активности (1 Е = мкмоль/мин или 1 U, 1 unit — стандартная единица фермента),
· в производных от других единиц измерения (моль/с×л, мкмоль/с×л, мкмоль/ч×мл, мг/ч×мл, в мккат/л,).
Использование ферментов в медицине происходит по трем направлениям:
· энзимодиагностика
· энзимотерапия
Энзимодиагностика, энзимотерапия. Применение ферментов как аналитических реагентов при лабораторной диагностике (определение глюкозы, этанола, мочевой кислоты и т.д.)
Энзимодиагностика
До недавнего времени ферменты служили лишь объектом исследования в клинической биохимии, и лишь сравнительно недавно они стали использоваться, как аналитические реагенты, то есть как реактивы для количественного определения других веществ.
Преимущества ферментативных методов исследования: высокая точность, специфичность (в силу специфичности используемых ферментов), чувствительность. К этим «трем китам», на которых стоят ферментативные методы, следует добавить простоту проведения анализа, значительное сокращение времени исследования и, часто, отсутствие необходимости построения калибровочных графиков. Приведем важнейшие ферментативные методы исследования.
На использовании в качестве индикаторного фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Гл.6.Ф.ДГ) основан самый точный из всех существующих метод определения глюкозы. Здесь реакция идет по схеме:
Глюкоза + АТФ гексокиназа глюкозо-6-фосфат + АТФ
Глюкозо-6-фосфат + НАДФ+ Гл.6.Ф.ДГ. 6-фосфоглюконат + НАДФН.Н+
Глюкоза при участии гексокиназы фосфорилируется в глюкозо-6-фосфат, который с помощью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы окисляется в 6-фосфоглюконовую кислоту. Эта реакция сопровождается накоплением НАДФН.Н+ и, следовательно, возрастанием оптической плотности при 340 нм.
Другой подход к определению глюкозы основан на использовании сопряженной системы глюкозооксидаза + пероксидаза и более широко известен. При участии глюкозооксидазы глюкоза окисляется кислородом воздуха с образованием перекиси водорода, количество которой определяется по ее способности в присутствии пероксидазы окислять диамины с образованием окрашенных продуктов:
Глюкоза + О2 + Н2О глюкозооксидаза глюконовая кислота + Н2О2
Н2О2 + краситель пероксидаза окрашенный продукт + Н2О
В качестве красителей (индикаторов) для пероксидазной реакции предложена целая группа веществ: о-толидин, о-дианизидин, фенол + 4-амино-антипирин и др.
Эта же пероксидазная реакция с участием 4-амино-антипирина может быть использована для количественного определения холестерина и триглицеридов.
При определении холестерина его эфиры гидролизуются холестеролэстеразой до свободных жирных кислот и холестерина, который под воздействием холестеролоксидазы окисляется кислородом воздуха до 4-холестерола. Образующаяся при этом перекись водорода в присутствии пероксидазы окисляет вещества – индикаторы с образованием окрашенных соединений, интенсивность окраски которых пропорциональна содержанию холестерина в исследуемом образце:
Эфиры холестерина холестеролэстераза холестерин + R-COOH
Холестерин + О2 холестеролоксидазы D4 -холестенон + Н2О2
2Н2О2 + 4-амино-антипирин + фенол пероксидаза окрашенный продукт + 4Н2О
Описанный метод определения холестерина является самым точным из ныне существующих. В реакции Либермана-Бурхарда, рутинном методе определения холестерина, участвуют и другие стерины, что приводит к завышенным результатам. К другим преимуществам ферментативного метода следует отнести отсутствие влияния примесей билирубина и гемоглобина, необходимости проводить длительный гидролиз эфиров и экстракцию холестерина, отсутствие агрессивных реагентов.
Еще более сложная ферментная система может быть использована для определения триглицеридов. Триглицериды расщепляются липазой до жирных кислот и глицерина, который при участии глицерокиназы и АТФ фосфорилируется с образованием глицерол-3-фосфата. Глицерол-3-фосфат в присутствии глицерофосфатоксидазы окисляется кислородом воздуха с образованием фосфодиоксиацетона и перекиси кислорода, которая в свою очередь окисляет краситель с образованием окрашенного комплекса, интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации триглицеридов в исследуемом образце.
Триглицерид + 3 Н2О липаза глицерин + 3 R-СООН
Глицерин + АТФ глицерокиназа глицерол - 3 фосфат + АТФ
Глицерол - 3 фосфат + О2 глицеролфосфат фосфодиоксиацетон + Н2О2
оксидаза
Н2О2 + 4 - аминоантипирин + 4 - хлорфенол пероксидаза
окрашенный комплекс + 2Н2О + НСl
Этот метод определения триглицеридов наиболее специфичен, исключительно точен и чрезвычайно прост в исполнении.
В настоящее время разработана целая группа ферментативных методов определения мочевой кислоты. Первым этапом этих методов является расщепление мочевой кислоты уриказой до аллантоина, углекислоты и перекиси водорода:
Мочевая кислота + 2 Н2О + О2 уриказа аллантоин + СО2 + Н2О2.
Образовавшаяся перекись водорода может быть определена разными способами:
1) По реакции с 4- аминоантипирином или другим аналогичным
красителем
2) Превращением метанола с участием каталазы в формальдегид, который определяется специальными методами.
3) Окислением перекисью этанола в ацетатальдегид, который затем восстанавливается НАДH.H+ (оптический тест Варбурга).
Следует отметить высокую специфичность всех ферментативных методов определения мочевой кислоты по сравнению с рутинными фосфорновольфрамовыми методами т. к. кроме мочевой кислоты фосфорновольфрамовую кислоту восстанавливает аскорбиновая кислота, тирозин, триптофан, цистин, цистеин и др.
Еще большее количество методов предложено для ферментативного определения мочевины. Первым этапом всех этих методов является расщепление мочевины уреазой до аммиака и углекислоты:
Мочевина + Н2О уреаза 2NH4+ + CО2
Определение ионов аммония может быть осуществлено разными способами:
1) классической Бертолетовой реакцией
2) модифицированной Бертолетовой реакцией с салицилатом натрия
3) с помощью оптического теста Варбурга
В последнем случае в качестве индикаторной служит реакция:
NH+ + a-кетоглутарат + НАДН глутаматдегидрогеназа глутамат + НАД+ + 2 Н2О
Все эти методы высокоспецифичны, т. к. для уреазы мочевина является единственным физиологическим субстратом, но наиболее точным является метод с оптическим методом Варбурга.
В заключение следует сказать о новом направлении в использовании ферментов: ферментативных методах определения электролитов (К+, Nа+, Сl+). Эти методы основаны на способности электролитов оказывать активирующее влияние на активность некоторых ферментов.
Энзимотерапия
Энзимы (или ферменты) составляют основу жизнедеятельности живого организма. Все без исключения биохимические процессы происходят при непосредственном их участии. Энзимы обеспечивают защиту организма от вредных воздействий окружающей среды и микроорганизмов (бактерий, вирусов), контролируют обмен веществ, рост и регенерацию тканей, размножение, наконец.
Энзимная недостаточность, возникающая при генетических нарушениях или под воздействием как внешних, так и внутренних факторов может привести к ряду серьезных заболеваний.
Хорошо известно то, что недостаток энзимов, скажем в пищеварительном тракте, можно восполнить препаратами этих веществ, производимых поджелудочной железой или же то, что протеолитические энзимы можно использовать для очистки ран и других – внешних и внутренних – поврежденных участков организма. Это примеры локальной (местной) энзимотерапии.
Когда же речь идет о целенаправленно составленных энзимных смесях гидролитических энзимов, лечебная эффективность которых основана на комплексном воздействии на ключевые процессы, происходящие в организме, мы говорим о системной энзимотерапии.
Метод системной энзимотерапии основан на кооперативном терапевтическом воздействии целенаправленно составленных смесей гидролитических ферментов растительного и животного происхождения. Благодаря влиянию на ключевые патофизиологические процессы в организме, препараты системной энзимотерапии обладают противовоспалительным, противоотечным, фибринолитическим, иммуномодулирующим и вторично анальгезирующим действием. Кроме того, назначение данных препаратов приводит к снижению активности воспалительных процессов и модуляции физиологических защитных реакций организма.
Системная энзимотерапия как новый метод лечения была предложена известным американским врачом и биохимиком профессором Максом Вольфом совместно с биохимиком Хеленой Бенитез в начале прошлого века. Именно они эмпирическим путем составляли и испытывали разные комбинации энзимов. Они же доказали, что крупные белковые молекулы энзимов способны всасываться из просвета тонкого кишечника в кровь в неизмененном виде. Другу и соратнику М. Вольфа профессору Карлу Рансбергеру, одному из основоположников нового метода лечения, принадлежит основная роль по внедрению системной энзимотерапии в лечебную практику. Благодаря нему, например в Германии, препараты вобэнзим, флогэнзим, вобэ-мугос Е стали одними из наиболее распространенных и часто применяемых лекарств.
Отечественными учеными показано успешное использование системной энзимотерапии в ревматологии (при ревматоидном артрите, ювенильном ревматоидном артрите, системной красной волчанке, системных васкулитах и т.д.), сосудистой хирургии (для лечения тромбофлебитов, перифлебитов, атеросклеротическом поражении сосудов и др.), гинекологии и урологии (при урогенитальных хламидиозах, хронических аднекситах и т.д.), травматологии и ортопедии (в лечении травм, в том числе спортивных, эндопротезировании тазобедренных суставов и др.).