Утворення, знешкодження та токсичність білірубіну

Введення

Білірубін - жовчний пігмент, утворюється в процесі розпаду гему.
Велика кількість білірубіну утворюється при розпаді гемоглобіну, так як останній складається з гему та білкової частини, цей процес в нормі відбувається в селезінці або печінці(органи ретикулоендотеліальної системи).Сам по собі білірубін доволі токсичний, бо завдяки своїм ліпофільним властивостям вільно може проникати через ГЕБ(гематоенцефалічний бар'єр) та спричиняти розлади ЦНС(нейротоксичний ефект), головним чином стимулюючи розвиток окислювального стресу та роз'єднання процесів електрон транспортного ланцюгу та окисного фосфорилювання.
Тому білірубін повинен дуже швидко транспортуватись до печінки, де відбудеться його подальше знешкодження та виведення з жовчю.
А тепер трохи детальніше про кожен етап.

Гемоліз еритроцитів

Еритроцити на 99% заповнені гемоглобіном, який складається з гему та білкової частини(глобіну).Еритроцити утворюються в червоному кістковому мозку, потрапляють в системний кровообіг і циркулюють тут приблизно впродовж 120 днів(можливо трохи більше/менше, але загалом прийнято вважати так).В результаті всіх цих подорожів по організму, клітина еритроциту піддається пагубному впливу різних чинників, наприклад:

• Коли еритроцит проходить через капіляри(які мають маленький діаметр), то стінки еритроцита "труться" об стінки судини, що призводить до механічного пошкодження.Так, ви можете сказати, що еритроцит здатен змінювати свою форму задля того, щоб запобігти цьому механічному тертю - ви будете праві.Але, коли кровообіг стає більш інтенсивним, то еритроцит просто не встигає це зробити, наприклад, цим можна пояснити, чому у спортсменів тривалість життя еритроцитів трохи знижується(бо в них кровообіг може прискорюватись в 5 разів, відповідно, за одну одиницю часу еритроцит буде більше проходити по капілярам, ніж в стані спокою).
• Вільні радикали та інші продукти метаболізму(зокрема, токсичні), які постійно викидаються в кров, можуть пошкоджувати мембрану еритроцита.

Відразу скажу, що в еритроцита є своя захисна система у вигляді глутатіону(антиоксиданту), який ремонтує пошкодженні ділянки еритроцита, але не дивлячись на це, еритроцит все рівно по вичерпленню 120 днів прямує в селезінку, печінку або ж лімфатичний вузол(органи ретикулоендотеліальної системи).
В раніше згаданих органах знаходяться макрофаги, які розпізнають пошкоджений/старий еритроцит, і потім за допомогою фагоцитозу просто поглинають його.В макрофагах є дуже багато гідролітичних ферментів, які розщеплюють еритроцит на часточки, але нам найцікавіше буде обговорити про гемоглобін.

На даній схемі зображено як відбувається розпад еритроцитів в селезінці.Коли еритроцит або пошкоджується або довго циркулює в крові, то це так чи інакше призводить до пошкодження його клітинної мембрани.Особливістю кровопостачання селезінки є особливі капіляри(так званна відкрита система кровопостання), через які еритроцити вільно проходять в паренхіму органу, де знаходяться макрофаги.Макрофаги несуть спеціальні рецептори, які допомогають розпізнати пошкодженного еритроцита з його подальшим фагоцитозом та перетравленням, в результаті чого гемоглобін розпадається на глобін та гем, а останній перетворюється в білірубін.

Гемоглобін розщеплюєтьс на дві складові:

• Гем
• Глобін(білковий компонент)

Якщо глобін далі просто розкладається на амінокислоти, які потрапляють в кров і можуть бути далі використані організмом для анаболічних/катаболічних процесів, то з гемом буде трохи складніше.
Гем під дією гем оксигенази розпадається на білівердин та залізо(ферум).Залізо потрапляє в кров і зчіплюється з білком трансферином(спеціальний транспортний білок для заліза), далі розноситься по організму і знову ж таки може бути використаний для анаболічний реакцій(наприклад, синтез того ж самого гему).А білівердин під дією білівердин редуктази, кофактором для якої є НАДФН(в результаті реакції перетворюється в НАДФ⁺) перетворюється в некон'югований(непрямий) білірубін.
Непрямий білірубін являється ліпофільною сполукою, тобто, не може взаємодіяти з водою(полярним середовищем), а кров, як ми знаємо - це в нас полярне середовище.Накопичувати білірубін в макрофагові не варіант, тому цей білірубін виходить з макрофага і відразу з'єднується з альбуміном - транспортним білком, який переносить більшість ліпофільних сполук в крові.Таким чином у нас утворюється комплекс "альбумін:непрямий білірубін", або ж зв'язаний непрямий білірубін(так, можна трохи поплутатись з усіма цими назвами, але це важливо, бо непрямий та прямий білірубін - різні речі, нижче це описано).

Кон'югація та виведення білірубіну

Коли комплекс "альбумін:непрямий білірубін" потрапляє в синусоїдні капіляри печінки, то гепатоцити забирають білірубін від альбуміну.Ось тепер непрямий білірубін опиняється в гепатоцитах(за рахунок яких білків транспортерів це відбувається - не відомо).
В гепатоцитах є фермент під назвою УДФ-глюкуроніл трансфераза, який бере дві молекули УДФ-глюкуронової кислоти(донор глюкуронової кислоти) і переносить два залишки глюкуронової кислоти на непрямий білірубін - утворюється прямий (кон'югований) біліруін.
Так от, ця речовина тепер являється водорозчинною.
Тепер за допомогою білку MRP₂(Multidrug Resistant Protein 2) ця сполука транспортується з гепатоциту в жовчовивідні капіляри печінки, а далі по жовчовивідним шляхам прямує в просвіт дванадцятипалої кишки, тобто, білірубін входить в склад жовчі.

Коли прямий білірубін потрапляє в просвіт тонкої кишки, то тут у нас є бактерії(симбіонти), які відщеплюють глюкуронову кислоту від білірубіну.Далі цей білірубін під дією ферментів бактерій перетворюється в уробіліноген, який являється водорозчинним та безбарвним.

Білірубін подорожує по крові у зв'язаному вигляді з альбуміном.Коли цей комплекс приходить до печінки, то білірубін захоплюється гепатоцитами, в яких відбувається подальша кон'югація білірубіну за допомогою УДФ-глюкуроніл трансферази, в результаті чого утворюється кон'югований білірубін, який виводиться з жовчю.В ШКТ під дією ферментів бактеріальної флори кон'югований білірубін перетворюється в уробілін, частина якого виводиться з сечею, а інша - перетворюється в стеркобілін та виводиться з каловими масами.

Тепер доля уробіліногену розходиться: +-50% цієї речовини всмоктується в кров і прямує до нирок, де фільтрується і входить в склад первинної сечі.В просвіті канальців нефрону є спеціальні ферменти, які перетворюють уробіліноген в уробілін, і ось саме остання сполука має жовтуватий колір.Уробілін просто далі виводиться з сечею, ось чим можна пояснити жовтуватий відтінок сечі.

Інші 50% відсотків уробіліногену(який залишився в ШКТ) підлягають перетворенню в стеркобіліноген, а потім в стеркобілін, знову ж таки під дією ферментів бактеріальної флори.Стеркобілін має темнуватий(коричневий) відтінок.Ця сполука виводиться з каловими масами, надаючи їм характерного забарвлення.
Ось ми і розібрали нормальний метаболізм білірубіну, а тепер переходимо до патологій.

Жовтяниці

Загалом, жовтяниці - це патології, які спричинені порушенням процесів катаболізму гему.
Білірубін, який утворюється в результаті розпаду гему є токсичною речовиною, бо може проникати через клітинні мембрани нейронів, спричиняючи там роз'єднання процесів транспорту електронів з подальшим окисним фосфорилюванням(коротше кажучи, пригнічує утворення АТФ).Більше того, ця речовина має жовтуватий відтінок, тому при своїй підвищенній концентрації в крові, білірубін прямує в сполучну тканину і зв'язується з її структурними білками, що викликає пожовтіння слизових оболонок, склер та шкіри, власне ось чому це називається жовтяницею.
Є три основні набуті види жовтяниць:

• Гемолітична
• Паренхіматозна
• Печінкова

Гемолітична жовтяниця

Гемолітична жовтяниця виникає внаслідок надмірного гемолізу еритроцитів, в результаті чого утворюється величезна кількість білірубіну, з яким печінка не встигає впоратись, тобто, спостерігається затримка в перетворенні непрямого білірубіну в прямий(причини розберемо нижче).
Непрямий білірубін накопичується в крові, проникає в нейрони, пригнічує там утворення енергії в молекулах АТФ, накопичується в сполучних тканинах, що викликає пожовтіння.
При цьому кал буде мати трохи інтенсивніше забарвлення, порівняно зі здоровою людиною, але чому? - тому що чим більше утворюється непрямого білірубіну, тим більше утворюється прямого білірубіну, відповідно, більше утворюється уробіліну та стеркобіліну.Уробілін надає забарвлення сечі(але як правило забарвлення сечі при гемолітичних жовтяницях майже не змінюється), а збільшення кількості стеркобіліну спричиняє інтенсивніше забарвлення калових масах.

Якщо відбувається інтенсивний гемоліз еритроцитів, відповідно, утворюється більше некон'югованого білірубіну, який накопичується в крові, бо печінка просто не встигає його перетворити в кон'югований білірубін.В крові буде підвищений лише некон'югований білірубін, який і буде викликати всі клінічні прояви у вигляді пожовтіння склер, шкіри, слизових оболонок та розлади ЦНС(судоми, втрата свідомості, запаморочення, слабкість).

Тепер до причин гемолітичної жовтяниці.Але насамперед, існує два види гемолізу еритроцитів:

• Зовнішньосудинний гемоліз відбувається в органах ретикулоендотеліальної системи(печінка, селезінка, лімфатична система), такий вид гемолізу переважає в нормі.Надмірне протікання цього процесу може виникати внаслідок неправильної форми еритроцитів(вроджені дефекти гемоглобіну), індивідуальної чутливості до певних лікарських засобів(анальгін порушує гемопоез), дефіцит глюкозо-6-фосфат дегідрогенази(потрібна для продукції НАДФН, який являється коферментом для глутатіону, внаслідок чого порушується робота антиоксидатної системи еритроцита, клітина втрачає здатність захищатись від вільних радикалів)
  

  Зовнішньосудинний гемоліз відбувається в нормі, але інтенсивність цього процесу може підвищуватись у випадках мутації/дефіциту ферменту глюкозо-6-фосфат дегідрогенази, анемії, мутація білків клітинної мембрани еритроциту, порушення гемопоезу в результаті прийому певних лікарських засобів.

• Внутрішньосудинний гемоліз відбувається всередині судин, це може бути викликано введенням отрут(яд корби), помилкою в сумісності груп крові(наприклад, AB кров ввели людині з B групою) при гемотрансфузіях - відбувається миттєвий гемоліз.

І ось існує суттєва різниця в зовнішньосудинному та внутрішньосудинному розпаді еритроцитів.
Якщо у випадку з зовнішньосудинним гемолізом(в селезінці) продукти розпаду еритроцита знаходяться в цитоплазмі макрофага, то при внутрішньосудинному гемолізі складове еритроцита виділяється в кров.Особливу увагу варто приділити гемоглобіну, який проявляє токсичні ефекти по відношенню до нирок, а саме пошкоджує фільтрувальний бар’єр капсули Боумена-Шумлянського, таким чином це може призвести до нефропатії.

Внутрішньосудинний гемоліз відбувається напряму в просвіті судин, це може бути спричинено ядом гадюки, несумісністю груп крові при переливаннях та малярією.При цьому гемоглобін вивільняється напряму в кров, загрожуючи при цьому пошкодженням фільтрувального бар'єру нирок.Існує білок гаптоглобін, який зв'язує гемоглобін та у такому вигляді транспортує його до селезінки, де відбувається його подальше перетворення до білірубіну.

Так от, для того, щоб хоч якось запобігти нефротоксичності зі сторони гемоглобіну існує білок гаптоглобін: цей білок синтезується печінкою та зв’язує вільний гемоглобін в плазмі крові, таким чином формується комплекс “гаптоглобін:гемоглобін”, який прямує до органів ретикулоендотеліальної системи, де відбудеться подальша деградація цього білкового комплексу.І ось тут варто звернути увагу, що не тільки гемоглобін руйнується в макрофагах, а й гаптоглобін.Якщо інтенсивно відбувається внутрішньосудинний гемоліз, значить формується більше вище згаданих комплексів, що з часом може призвести до вичерплення гаптоглобіну.По-перше, це може мати клініко-діагностичне значення(зниження гаптоглобіну свідчить про внутрішньосудинний гемоліз), а по-друге, якщо вичерплюється гаптоглобін, то гемоглобін тепер сам буде плавати в крові і пошкоджувати фільтрувальний бар’єр нирок.

Паренхіматозна жовтяниця

Паренхіматозна жовтяниця виникає внаслідок нездатності печінки перетворювати непрямий білірубін(некон’югований) в прямий(кон’югований) білірубін.Причини тут максимально прості: органічні(і не тільки) пошкодження печінки, наприклад:

• Цироз
• Гепатит
• Алкогольний гепатит
• Ожиріння печінки

Причини можуть бути максимально різними, але суть одна: гепатоцити пошкоджуються, а значить печінка не здатна виконувати свої функції, ізокрема, при такій жовтяниці також спостерігаються інші прояви пошкодження печінки: зменшення концентрації білків плазми крові, порушення травної функції і так далі.
Яка в нас буде картина: процес гемолізу еритроцитів відбувається абсолютно нормально, у пацієнта утворюється адекватна кількість непрямого білірубіну, але печінка не здатна його перетворити в кон’югований білірубін, а це означає, що некон’югована фракція білірубіну буде накопичуватись в крові, при цьому кон’югований білірубін буде дуже сильно знижений(печінка не перетворює).Ось саме це являється ключовою відмінністю між гемолітичною та паренхіматозною жовтяницями: при гемолітичній жовтяниці непрямий білірубін дуже сильно підвищений, коли прямий білірубін залишається в межах норми або трохи підвищений. При паренхіматозній же жовтяниці непрямий білірубін підвищується, при цьому прямий білірубін суттєво знижений.І ще раз скажу: непрямий білірубін підвищується не через надмірний гемоліз, а через те, що печінка його просто не може утилізувати.

При даному типі жовтяниці порушується перетворення некон'югованого білірубіну в кон'югований через те, що печінка просто втрачає свої функції, відповідно, це призводить до накопичення в крові непрямого білірубіну, який проявляє вище згадані токсичні ефекти.

Тепер як змінюється обмін білірубіну за таких умов.
Якщо утворюється менше прямого білірубіну, відповідно, менше утворюється уробіліногену та стеркобіліногену в ШКТ. Кал як правило буде ахолічний або гіпохолічний(без/слабозабарвлений), бо знижується кількість стеркобіліногену.Сеча як правило має звичайний колір.
Для діагностики цього типу жовтяниці вимірюють співвідношення АсАТ та АлАТ в крові.Так як ці ферменти знаходяться в цитоплазмі гепатоцита, то при пошкодженні цих клітин, відповідно, дані ферменти будуть вивільнюватись в кров.

Обструктивна жовтяниця

Обструктивна жовтяниця виникає внаслідок порушення виведення жовчі з печінки, це може бути викликано закупоркою жовчних проток жовчним каменем, звуженням/спазмом загальної жовчовивідної протоки, пухлиною підшлункової залози(пережимає протоку) і так далі.
В даному випадку гемоліз еритроцитів відбувається нормально, печінка нормально справляється із своїм обов’язком перетворення непрямого білірубіну в прямий.Але проблема спостерігається коли білірубін хоче покинути жовчовивідні шляхи: внаслідок їх закупорки, всі компоненти жовчі(в тому числі білірубін) просто застаюються в просвіті протоки.

В даному випадку печінка працює нормально, але вона не може вивести продукти своєї діяльності через те, що жовчовивідні протоки звужені(спазм), пережаті(пухлина підшлункової залози) або ж закупорені(каменем).Кон'югований білірубін, при своєму накопиченні в печінці, може пошкоджувати гепатоцити, тому ці клітини щоб захистити себе від пагубної дії білірубіну просто викидають його в кровообіг.

І ось всі ці компоненти жовчі накопичуються в жовчовивідних протоках, збільшується їх концентрація. Печінка нормально утворює прямий білірубін, але тепер їй стає важче виштовхати цей білірубін в протоки, бо його там і так багато.Накопичення білірубіну в гепатоциті не є сприятливим для нього, тому щоб не нашкодити собі, гепатоцит викидає кон’югований білірубін в кров(ретроградний транспорт).І ось за таких умов, рівень білірубіну в крові підвищується, при цьому непрямий білірубін буде приблизно в нормі, коли кон’югований білірубін суттєво підвищується.І ще один момент: в склад жовчі входить не лише білірубін, а й жовчні кислоти, так от ці сполуки також потрапляють в кров разом з білірубіном.Жовчні кислоти мають особливий біологічний ефект: вони зменшують збудливість та провідність атипових кардіоміоцитів(провідна система серця), внаслідок чого зменшується частота генерації імпульсів синусовим вузлом, а значить виникає брадикардія.Ось це також являється одним із ключових моментів в диференціації типу жовтяниці.

Якщо прямий білірубін не потрапляє в ШКТ, значить утворюється менше уробіліногену та стеркобіліногену, виходячи з цього можна сказати, що кал буде безбарвним(ахолічним), так само як і сеча, але тут є величезне АЛЕ: за рахунок підвищення кількості прямого білірубіну в крові, нирки будуть намагатись його вивести разом з сечею.Прямий білірубін водорозчинний і має темнувате забарвлення, відповідно, якщо він буде виводитись з сечею, то сеча буде мати також темнуватий колір(колір темного пива).От якщо коли ми говорили про паренхіматозну жовтяницю, то там були деякі сумніви стосовно кольору сечі, то в обструктивній жовтяниці сеча буде 100% мати темний колір.
Тепер з приводу діагностики.
Епітелій, який вистилає слизову оболонку всіх жовчовивідних шляхів містить спеціальні ферменти:

• Лужна фосфатаза(ЛФ)
• Гама-глутаміл транспептидаза(ГГТ)

Так от, при закупорці або іншому пошкодженні жовчовивідних шляхів, відповідно, пошкоджується слизова оболонка, а значить руйнуються клітини слизової, що призводить до вивільнення в кров ферментів, які вони зберігають, тобто, в кров вивільняються ЛФ та ГГТ.
Основним все таки ферментом-маркером пошкодження жовчовивідних шляхів є гама-глутаміл транспептидаза. Лужна фосфатаза також підвищується при данній патології, але й не тільки: наприклад, при пошкодженні простати або ж кісток, кількість ферменту в крові також підвищується.Тому для постановки точного діагнозу краще вимірювати і ЛФ і ГГТ.