БИОХИМИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ ПЕЧЕНИ.
Краткие сведения о строении печени.
Печень - непарный орган, массой 1300-1800 г. Более 60% клеток печени составляют паренхиматозные клетки - гепатоциты, 25% - клетки ретикуло-гистиоцитарной системы (РГС), эндотелиальные или купферовские клетки, остальное - протоковые, соединительнотканные и другие клетки.
Структурно-функциональной единицей печени является ацинус печени или печеночная долька, которая формируется, в первую очередь, из гепатоцитов (рис.1). В центре печеночной дольки находится печеночная вена, от которой радиусом расходятся печеночные балки, состоящие преимущественно из одного ряда гепатоцитов. В центре дольки расположена печеночная вена, а на периферии - портальное поле с разветвлениями печеночной артерии, воротной вены и мельчайшим желчным капилляром. Между балками расположены расширенные капилляры - синусы печени. Гепатоциты, образующие балки, одной стороной, называемой васкулярным полюсом, обращены в сторону синусов, а впячивания мембраны соседней стороны, называемой билиарным (желчным) полюсом, образуют первичные желчные капилляры (рис. 2). Характерной особенностью желчных канальцев является их полная изоляция от кровеносных капилляров. Через мембрану васкулярного полюса осуществляется эндоцитоз и экзоцитоз различных молекул, а билиарного - выделение веществ из клетки. В печень входят портальная вена и печеночная артерия, а выходят - печеночная вена и желчный проток.
Ацинусы разделены на 3 функциональные зоны: в 1 зоне находятся клетки, прилежащие к портальному тракту, они лучше обеспечены кислородом и питательными веществами. Клетки 3 зоны, расположенные вокруг печеночной вены, менее обеспечены кислородом и субстратами и более чувствительны к ишемии. Именно клетки этой зоны участвуют в метаболизме лекарств и являются мишенью для гепатотоксических препаратов.
При проведении лабораторных исследований для правильной постановки диагноза важно знать распределение ферментов внутри клетки. Далее приведены данные по ферментам, наиболее часто используемым для диагностики.
Цитоплазма содержит аланинаминотрансферазу (АЛТ), часть аспартатаминотрансферазы (АСТ), лактатдегидрогеназу (ЛДГ), часть гаммаглутамилтранспептида-зы (ГГТ) и другие ферменты.
В митохондриях (МХ) сосредоточены большая часть АСТ (около 70%), глутаматдегидрогеназа (ГлДГ), алкогольдегидрогеназа и много других.
Шероховатая эндоплазматическая сеть содержит холинэстеразу (ХЭ) и др.
В гладком эндоплазматическом ретикулуме находятся глюкозо-6-фосфатаза, УДФ-глюкуронилтрансфераза, гемсодержащий мембраносвязанный цитохром Р-450 и др.
Лизосомы содержат кислые гидролазы (кислая фосфатаза, рибонуклеаза и др.), которые активируются при снижении рН клетки.
Микроворсинки билиарного полюса содержат мембранзависимые ферменты, такие как щелочная фосфатаза (ЩФ), 5-нуклеотидаза, часть ГГТ, лейцинаминопептидаза (ЛАП).
Знание архитектоники печени и распределение ферментов внутри клетки делает понятным неодинаковое повышение активности ферментов при различных патологических процессах. Так, при преимущественном поражении центральных отделов долек (острый алкогольный гепатит, острый венозный застой и др.), нарастает активность митохондриальной глутаматдегидрогеназы - недостаток кислорода и повреждение МХ, а при поражении портальных трактов (острый вирусный гепатит, хронический активный гепатит - ХАГ), повышается активность цитоплазматических трансаминаз.
Основные функции печени.
Печень называют центральной метаболической лабораторией, поскольку она одинаково эффективно превращает вещества, поступающие из кишечника, и продукты метаболизма, образующиеся в различных органах и тканях в результате их жизнедеятельности. В настоящее время известно более 500 метаболических функций. Кратко рассмотрим основные из них.
1. Синтетическая. Печень осуществляет синтез белков, ферментов, факторов свертывания крови, холестерина, фосфолипидов и др. В печени происходит основное образование кетоновых тел.
2. Детоксицирующая для эндогенных (аммиак, билирубин и др.). и экзогенных (лекарства и др.) веществ. Детоксикация лекарств влючает 2 фазы: 1 - модификация лекарств в окислительно-восстановительных реакциях с помощью цитохрома Р 450, и конъюгация лекарств водорастворимыми веществами путем присоединения глюкуроновой, серной кислот, глутатиона и др. При заболеваниях печени реакции первой фазы снижены или отсутствуют.
3. Секреторная - секреция желчи. Желчьсекретирующий аппарат включает желчные канальцы, микроворсинки, прилегающие к ним лизосомы и комплекс Гольджи. Механизм секреции желчи включает выделение холестерина, желчных кислот, пигментов, фосфолипидов в виде специфического макромолекулярного комплекса - желчной мицеллы. Образовавшиеся в печени первичные желчные кислоты поступвют в кишечник, где под действием кишечной флоры превращаются во вторичные желчные кислоты. Последние всасываются в кишечнике и вновь поступают в печень (кишечно-печеночная циркуляция). Печень их конъюгирует с глицином и таурином, превращая в амфифильные соединения, обладающие высокой способностью к эмульгированию гидрофобных. веществ. Любые процессы, вызывающие нарушение соотношения компонентов в желчи (гормональные, воспалительные и др.), приводят к нарушению желчеотделения - холестазу.
4. Экскреторная - выделение с желчью различных, в том числе твердых, веществ.
Печень принимает участие во всех видах обмена.
1.Белковый обмен. Печень осуществляет синтез следующих белков:
альбумины 100%, Фибриноген
a1-глобулины 90%, факторы свертывания крови
a2-глобулины 75%, (в т.ч. витамин К-зависимые)
b-глобулины 50%, псевдохолинэстераза (ХЭ)
g-глобулины - немного.
Альбумин относится к самым легким белкам крови, ОММ 65-70 кД, и синтезируется исключительно печенью. Альбумины поддерживают онкотическое давление, падение их содержания приводит к отекам. Если снижение концентрации альбумина не связано с неполноценным питанием, нарушением всасывания в кишечнике или большой потерей белка, оно обусловлено выраженным снижением функции печени. Альбумины играют важную роль в транспортировке веществ, плохо растворимых в воде (гидрофобных). К таким веществам относятся билирубин, холестерин, жирные кислоты, ряд гормонов и лекарств. Нарушение транспортной функции альбумина приводит ко многим патологическим изменениям.
Печень поддерживает уровень аминокислот, в т.ч. циклических (тирозин, триптофан, фенилаланин,), нейтрализует аммиак, превращая его в мочевину. Синтез мочевины - одна из самых стабильных функций печени.
2.Липидный обмен. Синтез холестерина на 90% осуществляется печенью и кишечником. Значительная часть холестерина в печени превращается в желчные кислоты, стероидные гормоны, витамин D2. Печень преобразует токсичные для мозга жирные кислоты с короткой цепью (4-8 атомов углерода - капроновая, изовалериановая и др.) в жирные кислоты с длинной цепью (16-18 атомов углерода).
3.Углеводный обмен. Печень осуществляет поддержание стабильного уровня гликемии путем гликогенеза, гликогенолиза, глюконеогенеза. Печень вырабатывает инсулиназы - ферменты, расщепляющие инсулин, поддерживает уровень молочной и пировиноградной кислот.
4. Пигментный обмен включает превращение в гепатоците путем конъюгации с глюкуроновой кислотой токсичного жирорастворимого непрямого билирубина в нетоксичный водорастворимый прямой. Выделение билирубинглюкуронида может происходить либо путем прямой секреции в желчный капилляр, либо включением в желчную мицеллу.
Обмен порфиринов включает синтез гема, состоящего из комплекса протопорфирина с железом. Гем необходим для синтеза гем-содержащих ферментов печени (цитохромы и др.). Врожденное нарушение синтеза гема в печени приводит к заболеваниям - печеночным порфириям.
6. Обмен гормонов. При заболеваниях печени наблюдается повышение уровня гормонов, связанное с нарушением их секреции с желчью или искажением нормального обмена гормона (недостаточного разрушения). Повышается уровень адреналина и норадреналина (медиаторов симпатической нервной системы), минералокортикоида альдостерона, половых гормонов, особенно эстрогенов, тканевых гормонов серотонина и гистамина.
7. Обмен микроэлементов. Печень синтезирует белки для транспорта (трансферрин) и депонирования (ферритин) железа, она также является основным депо железа. Печень играет важную роль в обмене меди: она синтезирует церулоплазмин - гликопротеид, связывающий до 90% меди крови, а также поглощает из плазмы крови медь, непрочно связанную с альбумином, и экскретирует избыток меди при помощи лизосом с желчью в кишечник. Печень принимает участие и в обмене других микроэлементов и электролитов.
Основные синдромы при заболеваниях печени.
При различных заболеваниях печени нарушаются те или иные виды обмена или те или иные функции органа. Одни заболевания сопровождаются преимущественным повреждением клеток печени,. другие - преимущественным нарушением оттока желчи и т.д., поэтому диагностика заболеваний печени часто проводится посиндромно. Далее описываются основные синдромы (табл.7).
1. Цитолитический синдром (цитолиз) возникает вследствие нарушения структуры клеток печени, увеличения проницаемости мембран, как правило, за счет усиления процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и выхода ферментов в кровь. При цитолитическом синдроме в кровь попадают как цитоплазматические, так и митохондриальные компонены ферментов, однако основной уровень активности определяют цитоплазматические изоферменты. Цитолиз сопровождает, в основном, острые заболевания печени и увеличивается при обострении хронических. Выделяют следующие основные механизмы цитолиза:
1) токсический цитолиз (вирусный, алкогольный, лекарственный);
2) иммунный цитолиз, в т.ч. аутоиммунный;
3) гидростатический;
4) гипоксический (“шоковая печень” и др.);
5) опухолевый цитолиз;
6) цитолиз, связанный с недостатком питания и неполноценностью пищи.
Цитолиз не тождественен некрозу клеток: при цитолизе клетка остается живой и способна к различным видам обмена, в том числе к синтезу ферментов, поэтому при цитолизе активность ферментов может возрастать в десятки и сотни раз и сохраняться повышенной длительное время. Некроз подразумевает гибель клеток, поэтому подъем активности ферментов может быть значительным, но кратковременным.
Основными доступными маркерами цитолиза при остром гепатите являются аланиновая (АЛТ) и аспарагиновая (АСТ) трансаминазы, гамма-глутамилтранспептидаза (ГГТ), лактатдегидрогеназа (ЛДГ).
Повышение активности АЛТ и АСТ наблюдается у 88-97% пациентов в зависимости от вида гепатита, более, чем у половины из них, наблюдается значительное (в 10-100 раз) увеличение. Максимум активности характерен для 2-3-ей недели заболевания, и возвращение к норме - на 5-6 неделе. Превышение сроков нормализации активности является неблагоприятным фактором. Активность АЛТ > АСТ, что связано с распределением АСТ между цитоплазмой и митохондриями. Преимущественное повышение АСТ связано с повреждением митохондрий и наблюдается при более тяжелых повреждениях печени, особенно алкогольных. Активность трансаминаз повышается умеренно (в 2-5 раз) при хронических заболеваниях печени, чаще в фазе обострения, и опухолях печени. Для циррозов печени повышение активности транаминаз, как правило, не характерно.
Гамма-глутамилтранспептидаза (ГГТ, ГГТП, g-ГТ) содержится в цитоплазме (низкомолекулярная изоформа) и связана с мембранами билиарного полюса (высокомолекулярная изоформа). Повышение ее активности может быть связано с цитолизом, холестазом, интоксикацией алкоголем или лекарствами, опухолевым ростом, поэтому повышение активности ГГТ не является специфическим для того или иного заболевания, но в определенной мере универсальным или скрининговым для заболеваний печени, хотя предполагает дополнительные поиски причины заболевания.
Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) повышается при многих заболеваниях. Диагностическое значение суммарной активности невелико и ограничивается определением для исключения опухолевого и гемолитического процессов, а также для дифференциальной диагностики синдрома Жильбера (нормальная) и хронического гемолиза (повышена). Для диагностики заболеваний печени более значима оценка печеночного изофермента ЛДГ - ЛДГ5.
Повышение активности одного или всех ферментов свидетельствует об остром заболевании печени, обострении хронического заболевания или опухолевом процессе, однако не указывает на природу заболевания и не позволяет поставить диагноз.
2. Холестатический синдром (холестаз) характеризуется нарушением секреции желчи. Некоторые авторы выделяют редкую безжелтушную форму холестаза, связанную с изменением нормальных соотношений компонентов желчи (гормональные сдвиги, нарушения кишечно-печеночной циркуляции холестерина). Выделяют внутрипеченочной холестаз, связанный с нарушением секреции желчи гепатоцитом или нарушением формирования желчи в желчных ходах, и внепеченочный холестаз, обусловленный обтурацией желчных протоков камнем, опухолью, или введением лекарств, вызывающих холестаз. При холестазе в плазму крови попадают и накапливаются вещества, которые у здоровых людей выводятся с желчью, а также повышается активность так называемых индикаторных ферментов холестаза. Типичная желтушная форма холестаза характеризуется кожным зудом и желтухой.
При холестазе повышается содержание желчных кислот; билирубина с преимущественным увеличением конъюгированного, входящего в состав желчи (холебилирубина); холестерина и b-липопротеидов; активности ферментов ЩФ, ГГТ, 5-нуклеотидазы.
Щелочная фосфатаза (ЩФ) проявляет свою активность при рН 9-10, содержится в печени, кишечнике, костной ткани, однако главным выделительным органом является печень. В гепатоците ЩФ связана с мембранами билиарного полюса и микроворсинками эпителия желчных ходов. Причинами гиперферментемии являются задержка выведения фермента в желчь и индукция синтеза фермента, зависящая от блока кишечно-печеночной циркуляции. Повышение активности при заболеваниях печени чаще всего указывает на холестаз, при котором активность фермента повышается на 4-10 день до 3-х и более раз, а также на опухоли печени. При повышении активности ЩФ следует проводить дифференциальную диагностику с заболеваниями костей.
5-нуклеотидаза относится к группе щелочных фосфатаз, изменяется параллельно с ними, но повышение ее активности связано исключительно с холестазом. Однако отсутствие доступных коммерческих наборов не позволяет использовать данный показатель в полном объеме.
ГГТ также является мембрансвязанным ферментом и при холестазе повышается за счет активации синтеза. Исследование ГГТ при холестазе считается обязательным.
Нарушение экскреции желчи приводит к нарушению эмульгирования жиров и снижению всасывания жирорастворимых веществ в кишечнике, в том числе витамина К. Снижение содержания витамина К в организме приводит к уменьшению синтеза витамин-К-зависимых факторов свертывания крови и снижению протромбинового индекса (ПТИ). При внутримышечном введении витамина К при холестазе ПТИ через сутки повышается на 30%.
3. Гепатодепрессивный синдром включает любые нарушения функции печени, не сопровождающиеся энцефалопатией. Синдром наблюдается при многих заболеваниях печени, но наиболее выражен при хронических процессах. Для индикации синдрома используются нагрузочные пробы и определение концентрации или активности различных компонентов сыворотки или плазмы крови.
Нагрузочные пробы чувствительны, но используются редко. К ним относятся:
а) пробы на выделительную функцию печени - бромсульфалеиновая, индоциановая и др.;
б) пробы на детоксицирующую функцию печени - антипириновая, кофеиновая, проба Квика.
Как показали исследования, наименее устойчивой при заболеваниях печени является синтетическая функция, и в первую очередь снижается синтез тех веществ, которые образуются преимущественно в печени. Доступными и информативными индикаторами гепатодепресии могут быть следующие:
1. Альбумин практически полностью синтезируется печенью. Снижение его концентрации наблюдается у половины больных с острыми и у 80-90% больных с ХАГ и циррозом печени. Развивается гипоальбуминемия постепенно, результатом может быть снижение онкотического давления крови и отеки, а также снижение связывания гидрофобных и амфифильных соединений эндогенной и экзогенной природы (билирубина, свободных жирных кислот, лекарств и др.), что может вызвать явления интоксикации. Информативно параллельное определение альбумина и общего белка. Как правило, содержание общего белка остается нормальным или растет за счет иммуноглобулинов (Ig) на фоне снижения концентрации альбумина. Снижение альбумина до 30 г/л и менее свидетельствует о хронизации процесса.
2. a-1-Антитрипсин - гликопротеид, составляющий 80-90% фракции a1-глобулинов, белок острой фазы, синтезируется в печени, является чувствительным индикатором воспаления паренхиматозных клеток. Исключительное диагностическое значение связано с врожденной недостаточностью белка, приводящей к тяжелым формам поражения печени и других органов у детей.
3. Холинэстераза (псевдохолинэстераза, бутирилхолинэстераза - ХЭ, БХЭ) сыворотки крови, синтезируется печенью, относится к b2-глобулинам. Одной их функций является расщепление миорелаксантов, производных сукцинилдихолина (листенон, дитилин). Недостаток фермента или появление атипических форм затрудняет расщепление препаратов, что усложняет процесс выхода из наркоза. Для предотвращения послеоперационных осложнений рекомендуется определять активность фермента и дибукаиновое число, т.е. степень ингибирования фермента дибукаином. При хронических процессах, особенно циррозе печени, активность фермента снижается, причем степень снижения имеет прогностическое значение. Другая причина снижения активности - отравление фосфорорганическими соединениями.
4. Фибриноген, I фактор свертывания крови, белок острой фазы, относится к b2-глобулинам. Уровень фибриногена закономерно снижается при тяжелых хронических и острых заболеваниях печени.
5. ПТИ снижается в связи с нарушением синтеза витамин К-зависимых факторов свертывания крови (II, VII, IX, X). В отличие от холестаза, уровень ПТИ не нормализуется при внутримышечном введении витамина К. ПТИ является маркером тяжести острой дисфункции печени.
6. Холестерин в крови снижается у больных с хроническим гепатитом и циррозом печени, чаще при подостром варианте течения. При жировой дистрофии печени уровень холестерина может повышаться.
Для хронических заболеваний печени в стадии компенсации нехарактерно повышение активности ферментов. Однако умеренное повышение (в 1,5 - 3 раза) активности трансаминаз с более высоким уровнем АСТ свидетельствует о повреждении субклеточных структур, в частности, МХ.
4. Мезенхимально-воспалительный синдром обусловлен повреждением мезенхимы и стромы печени, он по сути является иммунным ответом на антигенную стимуляцию кишечного происхождения. Данный синдром сопровождает как острые, так и хронические заболевания печени. Маркерами синдрома являются g-глобулины, иммуноглобулины, тимоловая проба, антитела к клеточным элементам и др.
Определение g-глобулинов относится к обязательным тестам для печени. Подъем g-глобулинов, по сути являющихся иммуноглобулинами, характерен для большинства заболеваний печени, но наиболее выражен при ХАГ и циррозе печени. В последнее время показано, что g-глобулины могут вырабатываться купферовскими клетками и плазматическими клетками воспалительных инфильтратов печени. При циррозах печени на фоне низкой концентрации альбумина из-за нарушения синтетической функции печени наблюдается значительный рост g-глобулинов, при этом концентрация общего белка может оставаться нормальной или повышенной.
Иммуноглобулины (Ig) представляют собой белки, входящие во фракцию g-глобулинов и обладающие свойствами антител. Известно 5 основных классов Ig: IgA, IgM, IgG, IgD, IgE, однако для диагностики используются первые три. При хронических заболеваниях печени увеличивается содержание всех классов Ig, однако наиболее выражен рост IgM. При алкогольных поражениях печени наблюдаетмя повышение IgА.
Тимоловая проба - неспецифичный, но доступный метод исследования, результат которого зависит от содержания IgM, IgG и липопротеидов в сыворотке крови. Проба бывает положительной у 70-80% больных острым вирусным гепатитом в первые 5 дней желтушного периода, у 70-80% больных с ХАГ, у 60% - с циррозом печени. Проба нормальна при механической желтухе у 95% пациентов.
Антитела к тканевым и клеточным антигенам (нуклеарные, гладкомышечные, митохондриальные) позволяют выявить аутоиммунные компоненты при заболеваниях печени.
К дополнительным методам исследования относится определние гаптоглобина, орозомукоида, a2-макроглобулина, b2-микроглобулина, оксипролина, уроновых кислот.
Таблица 1.
