Использование ферментов в диагностике

       Высокая активность ГГТ присутствует в крови людей, злоупотребляющих алкоголем. У 74% алкоголиков, страдающих гистологически подтвержденным поражением печени, увеличение активности ГГТ было постоянным даже в периоды абстиненции. Существуют определенные различия между активностью ГГТ в крови алкоголика и человека, принявшего значительную дозу алкоголя. У первых наступает увеличение активности ГГТ до 140% от нормальных значений с пиком активности через 18 ч, у вторых даже после тяжелого опьянения увеличение активности ГГТ не превышает 15% в течение 12 ч.

       Развитие инфаркта миокарда сопровождается изменениями активности ферментов сыворотки крови (КК, ЛДГ, ACT) и ГГТ, активность которой после приступа стенокардии остается повышенной в течение длительного времени. Повышение активности ГГТ отмечено у 50% больных стенокардией и у части пациентов с другими заболеваниями (коронарная недостаточность, недостаточность кровообращения). При инфаркте миокарда остаются неясными механизмы увеличения активности ГГТ, поскольку она отсутствует в сердечной мышце.

       Активность ГГТ в моче выше, чем в сыворотке крови. Присутствующая в моче ГГТ имеет почечное происхождение: фермент выделяется в мочу из разрушенных клеток проксимальных отделов канальцев, которые содержат ГГТ в высокой концентрации.

1.5.Креатинкиназа (КК)

        Креатинкиназа-АТФ: креатин-1,4-фосфотрансфераза (КФ 2.7.3.2) — катализирует обратимый перенос фосфатного остатка между АТФ и креатином с образованием АДФ и креатинфосфата. Общепринято сокращенное название фермента — креатинкиназа (КК). КК — цитозольный и митохондриальный фермент, который функционирует в клетках многих тканей. Продукт реакции фосфокреатин - макроэргическое соединение, обеспечивающее энергией сокращение мышцы, ее расслабление и транспорт метаболитов в миоцит. В первое время активность КК в крови интересовала клинических химиков как тест для выявления поражения поперечнополосатой мускулатуры. В настоящее время активность КК — ведущий тест в диагностике инфаркта миокарда.

       Наибольшее содержание КК отмечено в миокарде и скелетных мышцах, высокое содержание — в языке, мышце диафрагмы, низкое — в почках, легких, печени. КК — димер; в цитозоле клеток тканей человека присутствуют 2 субъединицы: М - мышечный тип и В — мозговой тип. Субъединицы представляют собой белки с молекулярной массой 41кДа с активным центром в каждой субъединице. Соответственно двум формам субъединиц димерная форма молекулы КК имеет следующие варианты: мышечный тип КК-ММ, гибридный димер КК-МВ, характерный для миокарда, и изофермент КК-ВВ, локализованный преимущественно в мозговой ткани.

        Активность фермента и распределение его изоферментов органоспецифичны, поэтому идентификация и количественное определение изоферментов КК в сыворотке крови не только полезно для установления увеличения проницаемости мембран или повреждения специфического органа, но и дает возможность установления диагноза, наблюдения клинического течения и оценки прогноза заболевания. В электрическом поле наибольшей подвижностью обладает КК-ВВ, наименьшей - КК-ММ, гибридная форма КК-МВ занимает промежуточное положение. В соответствии с этим в классификации Международного союза теоретической и прикладной химии КК-ВВ обозначена изоферментом I КК, КК-МВ - II, КК-ММ - III. Для понимания источников появления в крови активности КК-МВ следует отметить, что у плода до 16-недельного возраста в мышечной ткани доминирует зародышевая форма КК, а именно КК-МВ, которая позже замещается КК-ММ. Определенная перестройка изоферментного состава КК происходит и при гипертрофии миокарда: повышается процентное содержание КК-МВ и КК-ВВ, а доля КК-ММ оказывается сниженной. Миоциты в условиях длительной гиперфункции повышают синтез изоформы КК-ВВ.

       Клиническое значение определения активности КК и ее изоферментов.

       Повышение активности КК в крови может быть следствием травмы, переохлаждения или перегревания, голодания и бактериальной интоксикации, дегидратации, поражения электрическим током. Повышенная активность КК-МВ отмечена при мышечной дистрофии разной этиологии, ишемическом рабдомиолизе с миоглобинурией, отравлении угарным газом. Активность КК-МВ повышалась, более чем на порядок превышая норму, у больных острым перикардитом.

       Опыт применения изоферментной диагностики в блоке интенсивной терапии показал, что повышение в крови активности КК-МВ может происходить при выраженной недостаточности кровообращения, катетеризации сердца, отеке легких, аритмиях, кардиогенном шоке, алкогольной интоксикации, кровотечении из ЖКТ, травматической эпилепсии, травме грудной клетки. Активность КК-МВ повышена в крови пациентов при синдроме шока, развившемся при анемии, гиперкапнии, гипоксемии, молочнокислом ацидозе, выраженной гипотонии. Однако только в редких случаях в указанных ситуациях активность КК-МВ на 6% превышала активность КК. Учитывая возможности неспецифического повышения активности КК-МВ, надо помнить и о возможности пропустить небольшой инфаркт миокарда. У больных с гипертрофией миокарда активность КК-МВ в период инфаркта может достигать 1/3 активности КК.

        Повышение активности КК в сыворотке крови может быть обусловлено увеличением активности изофермента КК-ММ. Активность КК-ММ в сыворотке крови повышается при прогрессирующей мышечной дистрофии, дерматомиозите, полимиозите, инфаркте миокарда, гипотиреозе, некоторых заболеваниях нервной системы. Активность КК-ММ увеличивается также после физической нагрузки, внутримышечных инъекций, хирургических операций. При мышечной дистрофии типа Дюшенна (наследственном, связанным с полом рецессивном заболевании) активность КК-ММ увеличивается в 8-90 раз по сравнению с нормой, активность изофермента увеличена также у носителей этого гена.

        Активность КК-ВВ в крови отмечали во время аортокоронарного шунтирования. Полагают, что активность КК-ВВ может быть тестом аноксии тканей. Активность КК-ВВ в крови может также быть следствием гипоксического повреждения мозга, особенно в условиях перинатальной гипоксии. Активность КК-ВВ увеличена у 53% новорожденных с асфиксией. КК-ВВ присутствует в гладкой мускулатуре, но не определяется в сыворотке крови лиц с доброкачественными заболеваниями этих тканей. Одним из возможных объяснений повышения активности КК-ВВ в крови при сосудистых операциях служит предположение, что стенки вен, как, впрочем, и аорты, содержат только одну изоформу КК, а именно КК-ВВ. Активность изофермента КК-ВВ может быть повышена в крови при раке предстательной железы, мелкоклеточном раке легкого, аденокарциноме желудка, лейкозах, хронической почечной недостаточности, передозировке миорелаксантов. Метастазирование рака предстательной железы сопровождается особенно высокими цифрами активности КК-ВВ в крови. Исследователи сходятся во мнении, что активность КК-ВВ может быть использована как неспецифический маркер опухолевого процесса.

       В ряде случаев при инфаркте миокарда, а иногда и в его отсутствие высокая активность КК сохраняется неопределенно долго. Наблюдаемые явления обусловлены циркуляцией в крови необычных форм КК и ее изоферментов. После разделения при ЭФ фракций КК на электрофореграмме становятся видимыми полосы, не соответствующие положению полос КК-ММ, КК-МВ и КК-ВВ, и можно отметить наличие изоформ КК, движущихся к катоду, что из белков сыворотки крови свойственно иммуноглобулинам. Известно, что окисление сульфгидрильных групп КК изменяет электрофоретическую подвижность молекул, однако при этом они по-прежнему движутся к аноду. У больных метастазирующим раком предстательной железы выделен изофермент КК, мигрирующий между КК-МВ и КК-ВВ.

1.6. Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)

      Лактатдегидрогеназа (ЛДГ; L-лактат-НАД-оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.27) - цинксодержаший фермент, катализирует обратимую реакцию восстановления пировиноградной кислоты в молочную кислоту при участии НАД-Н2.

      Фермент в кристаллической форме был получен из мышцы сердца. Подобным же образом были получены кристаллические ферментные препараты из скелетных мышц и печени. При рН 7,0 равновесие реакции смещено в сторону образования лактата, в щелочной среде реакция проходит в обратном направлении. ЛДГ может также реагировать с НАДФ в качестве кофермента, но значительно медленнее, чем с НАД.

      ЛДГ - тетрамер; два локуса генов кодируют синтез двух олигомеров — М- и Н-субъединиц. М-субъединица синтезируется главным образом в тканях с анаэробным метаболизмом, в то время как Н-субъединица присутствует в тканях с преобладанием аэробных процессов. Молекулярная масса каждой субъединицы составляет 35 кДа, каждого тетрамера - 140 кДа. Полипептидная цепь обеих субъединиц содержит 330 аминокислотных остатков; различия в их последовательности в субъединицах обнаружены на протяжении более чем 25% длины полипептидной цепи. В тетрамерной структуре ЛДГ субъединицы связаны силами ионных и водородных взаимодействий. На каждой субъединице расположен каталитический центр; диссоциация тетрамера на димеры или мономеры приводит к потере ферментативной активности.

      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.