Нарушения антитоксической функции печени

Детоксикация разнообразных веществ в печени осуществляется путем их биотрансформации, фагоцитоза и элиминации через желчный шунт. Адаптивная система детоксикации в печени является очень древней. В печени метаболизируют примерно две трети из общего количества ксенобиотиков, поступающих в организм. Детоксикации подвергаются продукты естественного метаболизма тканей, вещества, поступающие из кишечника по системе v.portae, такие как аммиак, индол, скатол и другие.

В гепатоцитах происходит биотрансформация веществ благодаря процессам окисления, восстановления, гидролиза, метилирования, конъюгирования и др. Ферменты, обеспечивающие эти реакции, обладают выраженной активностью и относительно невысокой специфичностью. Это позволяет им участвовать также в процессах метаболизма эндогенных субстратов, таких, как гормоны, жирные кислоты, холестерин, желчные кислоты, простагландины, а также различных ксенобиотиков.

Известны два основных механизма детоксикации:

· Монооксигеназные системы эндоплазматического ретикулума и сопряженные с ними реакции конъюгации; этот механизм включается при попадании в печень преимущественно липотропных соединений;

· Внемикросомальные механизмы, локализованные в цитозоле, митохондриях, пероксисомах и лизосомах; активность этих механизмов проявляется преимущественно в отношении растворимых соединений.

В печени купферовскими клетками осуществляется фагоцитоз микромолекулярных соединений, продуктов деградации фибрина, старых поврежденных клеток крови, интерлейкинов, фактора некроза опухоли, других цитокинов. Выделение метаболитов, конъюгатов, ксенобиотиков из гепатоцитов происходит главным образом через систему желчных ходов или после обратного всасывания через почки. Поскольку поверхность гепатоцитов, обращенная к желчным капиллярам, высокопроницаема для микромолекул большинства органических веществ, в желчи многие соединения содержатся в концентрациях, близких к таковым в крови. Однако такие вещества, как новокаинамид, большинство глюкуронидов, гиппуровая кислота и другие выделяются в желчь из гепатоцитов путем активного транспорта против градиента концентрации.

Микросомальные механизмы детоксикации.Совокупность метаболических превращений эндогенных субстратов и ксенобиотиков в гепатоцитах может быть представлена в виде двух фаз:

1-я фаза – окислительно-восстановительные реакции, гидролиз, катализируемые микросомальными монооксидазами с участием цитохрома Р₄₅₀

2-я фаза – реакции синтеза или конъюгации, в результате которых модифицированный ксенобиотик связывается с эндогенными субстратами и элиминируется из организма.

В ходе первой фазы благодаря биотрансформации субстрат утрачивает первоначальные токсические или фармакодинамические свойства (феномен «детоксикации»). В процессе микросомального окисления происходит деградация холестерина, свободных жирных кислот, стероидных гормонов, желчных кислот, ароматических углеводородов. Активность микросомального окисления у людей пожилого возраста снижена, поэтому повышается риск аутоинтоксикаций и снижается устойчивость к ксенобиотикам.

Большинство реакций биотрансформации связано с процессами окисления, при этом ведущим ферментом является цитохром Р₄₅₀ (гемсодержащий белок), локализованный в глубоких слоях мембран эндоплазматического ретикулума, а также цитохром β₅, расположенный на его поверхности. Цитохромы Р₄₅₀ и β₅ функционально связаны. Образуемые ими гемопротеидные комплексы обеспечивают повышение скорости катализируемых реакций. В каскадном ферментативном процессе цитохром р₄₅₀ играет роль конечной оксидазы, принимающей электроны, необходимые для последующей активации кислорода, используемого в окислении метаболизируемых субстратов. Следовательно, он выполняет ключевую функцию в универсальной окислительной системе. На долю цитохрома Р₄₅₀ приходится примерно 1% печеночных белков или 20% белка эндоплазматического ретикулума гепатоцитов.

Образование особой формы цитохрома Р₄₅₀ – LM_3a индуцируется этанолом. При этом содержание общего цитохрома Р₄₅₀ повышается. Усиливается окисление спиртов, в том числе этанола, с образованием ацетальдегида. Морфологически определяется пролиферация эндоплазматического ретикулума гепатоцитов. Эта форма цитохрома обладает также наивысшей каталитической активностью в отношении анилина. Цитохром Р₄₅₀ участвует в метаболизме арахидоновой кислоты, при распаде которой образуются биологически активные эйкозаноиды – простагландины, лейкотриены. Цитохром Р₄₅₀ чрезвычайно лабилен. В эксперименте показано, что под действием таких веществ, как мочевина, лизолецитин, фосфолипазы, трипсин, детергенты происходит его превращение активную форму – цитохром Р₄₂₀. При патологии мембран (активация образования продуктов ПОЛ, интоксикация четыреххлористым углеродом, при тиреотоксикозе) также возможно превращение цитохрома Р₄₅₀ в Р₄₂₀. Таким образом, конкурентные отношения за цитохром Р₄₅₀ эндогенных метаболитов и ксенобиотиков проявляются их незавершенным метаболизмом. В организме накапливаются токсические соединения, вызывающие поражения других органов и систем.

В ходе детоксикации субстрат может приобрести новые биологические свойства (феномен «модификации»). В результате биологической модификации в печени из потенциально неопасных ксенобиотиков могут образовываться метаболиты с токсическими, некрозогенными, канцерогенными, проканцерогенными, мутагенными свойствами (феномен «токсикации»). Так, при микросомальном окислении парацетамола синтезируются продукты, способные повреждать мембраны гепатоцитов. N-оксипроизводные фенацетина и фенитидина являются метгемоглобинобразователями и канцерогенами. Истинные канцерогены образуются из ароматических углеводородов бензпирена и 7,12-диметилбензантрацена.

Результатом микросомальной биотрансформации хлорированных углеводородов является образование реактивных метаболитов, таких как эпоксиды и карбены. Токсическими свойствами обладает СС1₃-радикал, образующийся из тетрахлорметана. Метаболизм его происходит на мембране эндоплазматического ретикулума путем последовательного образования хлороформа, фосгена, СОСl₂, СО и СO₂. Именно активные продукты биотрансформации тетрахлорметана определяют его токсичность в результате резкого снижения и микросомальной фракции цитохрома Р₄₅₀.

Индуцирующим действием на систему микросомальных монооксидаз обладают витамины С, Е, биотин, полиненасыщенные жирные кислоты. Система микросомальных монооксидаз чрезвычайно чувствительна к дефициту витамина С. Так, при исключении его из рациона только лишь на двое суток отмечается снижение содержания цитохрома Р₄₅₀ в гепатоцитах примерно на 20%. Это имеет определенное значение в клинике, так как при дефиците витамина C замедляется процесс детоксикации лекарственных веществ и токсических метаболитов.

Реакции конъюгации. Основные реакции конъюгации происходят с глюкуроновой кислотой, сульфатами, глутатионом, аминокислотами путем ацетилирования и метилирования (Таблица 1). В результате этих реакций субстраты приобретают реактивные группы.

Глюкуроновая конъюгация. С глюкуроновой кислотой в реакцию конъюгации вступают фенолы, спирты (первичные, вторичные, третичные), ароматические и алифатические карбоновые кислоты, кетоны, гидроксиамины, карбаматы, сульфонамины, ариламины, арилмеркаптаны, дитиокарбоновые кислоты, фенилбутазин, вещества, имеющие в своем составе пиррол и пиразол. Глюкурониды обычно менее токсичны по сравнению с вступающим в реакции субстратом. Они хорошо растворимы в воде, поэтому легко выводятся из организма через почки и желчный шунт.

Таблица 1

Внутриклеточная локализация систем конъюгации

Типы конъюгации	Внутриклеточная локализация реакций конъюгации	Донор макроэргов
Глюкуроновая конъюгация	Эндоплазматическая сеть	УДФ-глюкуроновая кислота
Сульфатная конъюгация	Цитозоль	3-фосфатаденозил-5-фосфосульфат
Глутатионовая конъюгация	Цитозоль эндоплазматическая сеть	Ацетил коэнзим-А
Конъюгация с аминокислотами	Митохондрии эндоплазматическая сеть лизосомы	Коэнзим А
Mетилирование	Цитозоль эндоплазматическая сеть	S-аденозинметионин
Ацетилирование	Цитозоль	Ацетил коэнзим-А

Билирубин является основным представителем группы билирубиноидов. Детоксикация билирубина происходит путем образования моно- и биглюкуронидов. В физиологических условиях образование билирубина увеличивается при усилении гемолиза эритроцитов, связанного с физической нагрузкой. Однако резервные возможности гепатоцитов столь значительны, что гипербилирубинемии при этом не наблюдается. При различных формах печеночной недостаточности, сопровождающейся уменьшением содержания гликогена в цитозоле, снижаются синтез УДФ-глюкуроновой кислоты и активность глюкуроновой конъюгации. При этом теряется способность связывать эндогенные метаболиты, что приводит к дискоординации метаболизма и углублению патологического процесса. Скорость глюкуроновой конъюгации пропорциональна степени растворимости ксенобиотиков в липидах.

Сульфатная конъюгация.В сульфатную конъюгацию вступают фенолы, спирты, ароматические амины, гидроксиламины, ариламины, некоторые стероиды. В отдельных случаях сульфатная конъюгация не приводит к образованию нетоксичных продуктов. Но это происходит только при истощении глюкуроновой конъюгации. Поэтому образование канцерогена возможно лишь при истощении глюкуронида.

Глутатионовая конъюгация.К числу соединений, вступающих вреакции конъюгации с глутатионом, относятся эпоксиды, альдегиды, нитрилы, простые и сложные ароматические соединения, нитрофураны и др. Этанол оказывает дозозависимое снижение глутатион-5-трасферазной активности. Фенобарбитал активирует все виды глутатионтрансфераз.

Конъюгация с аминокислотами.Конъюгация с аминокислотами является механизмом обезвреживания ароматических соединений, содержащих карбоксильные группы (ароматические карбоновые кислоты и их производные, секриловые кислоты и их производные, производные уксусной кислоты, гетероциклические и полициклические карболовые кислоты). Аналогичный механизм используется для детоксикации желчных кислот. Существенную роль в определении характера реакции конъюгации с аминокислотами играет химическая структура ксенобиотика. Так, конъюгация с глицином дает арилкислоты (например, бензойная кислота), конъюгация с глутамином – арилуксусные кислоты (например, фенилуксусная и индолилуксусная кислота), а таурин образует конъюгаты с желчными кислотами.

Наиболее подробно исследовано образование гиппуровой кислоты – конъюгата глицина с бензойной кислотой. Нетоксичный конъюгат гиппуровой кислоты поступает в плазму крови, затем выводится с мочой. В клинике исследование скорости образования гиппуровой кислоты после введения в организм бензоата натрия используется в качестве одного из тестов для оценки антитоксической функции печени. При заболеваниях печени интенсивность процесса конъюгации с глицином снижается.

Метилирование.Метилированию подвергаются ксенобиотики и их метаболиты, содержащие гидроксильные, сульфгидрильные и аминогруппы (алкилфенолы, метоксифенолы, галогенофенолы, тиолы, первичные и вторичные амины). В отличие от других реакций при метилировании не всегда изменяется растворимость и токсичность исходного соединения. Помимо органических соединений метилироваться может и ряд неорганических веществ. К их числу относятся сера, селен, теллур, ртуть, мышьяк. В результате метилирования неорганических соединений образуются диметильные летучие производные, выделяющиеся из организма или вступающие в последующие реакции конъюгации. Например, метилированное производное ртути образует конъюгат с глутатионом – метилртутьглутатион, экскретируемый желчью.

Ацетилирование. Ацетилированию подвергаются эндогенные и экзогенные соединения, содержащие амино-, гидрокси- и сульфгидрильные группы (ароматические и алифатические амины – серотонин, триптамин, гистамин, α-нафтиламин; гидрозины, гидрозиды, сульфаниламиды). Характерно, что при ацетилировании сульфаниламидов образуются плохо растворимые соединения и появляется угроза их конденсации в мочевыводящих путях. В связи с этим процесс ацетилирования нельзя полностью считать процессом детоксикации. Скорость ацетилирования ксенобиотиков у людей различная, поэтому выделяют группы лиц, способных к быстрому («быстрые ацетилаторы») и медленному («медленные ацетилаторы») ацетилированию ксенобиотиков. Принадлежность к той или иной группе определяется активностью ацетилтрансфераз, которые генетически детерминированы. «Медленные ацетилаторы» менее устойчивы к токсическому действию ксенобиотиков, которые подвергаются детоксикации путем ацетилирования. Поэтому терапевтические дозы изониозида оказываются для них токсичными. В отдельных случаях в результате реакции конъюгации образуются токсичные продукты. Для их устранения в организме выработалась способность связывать одни и те же химические соединения с помощью различных механизмов конъюгации.

Макрофагальные механизмы детоксикации.Клетки Купфера в значительной степени обусловливают резистентность ткани печени к действию патогенных агентов. Они элиминируют из крови продукты распада и жизнедеятельности аутологичных тканей, в том числе эритроциты, бактерии, антигены, иммунные комплексы, лизосомальные гидролазы, активированные факторы свертывания IX-XI, тромбопластин, поглощают из крови до 90% соединений железа, серебра, ртути, липидов. Крупные коллоидные частицы, попадающие в кровь, удаляются макрофагами печени, селезенки, легких. Состояние поглотительной функции макрофагов зависит от интенсивности печеночного кровотока, гормонального статуса организма, процесса опсонизации. Функции опсонинов могут выполнять α₂-макроглобулин, тромбоциты, специфические антитела. На поверхности макрофага возможно рецепторное взаимодействие с Ig G и C₃ компонента комплемента через гликокаликс. Осуществление метаболической функции макрофагов возможно благодаря клеточной кооперации гепатоцита, макрофага, эндотелиоцита.

Сведения о роли гормонального статуса незначительны. Известно, что эстрогены и тироксин стимулируют макрофагальную активность. В обмене желчных пигментов макрофагам отводится ведущая роль. В них с участием кислых гидролаз разрушаются поглощенные эритроциты и белковая часть гемоглобина. Дальнейшее превращение протопорфиринового кольца посредством микросомальной гемоксигеназной системы осуществляется с образованием билирубина-IXа, который транспортируется в гепатоцит, где происходит его конъюгация.

В макрофагах под действием липаз происходит предварительное расщепление холестерина и хиломикронов. В последующем продукты их распада траспортируются в гепатоциты, в которых имеется высокая активность холинэстераз. Конечный продукт обмена липидов – липопротеиды секретируются в синусоиды. В макрофагах и гепатоцитах образуется мочевина, то есть в известной степени эти клетки дублируют друг друга. Макрофаги принимают участие в обмене кортикостероидов, оказывая, таким образом, регулирующее влияние на рост и регенерацию гепатоцитов.

Снижение антитоксической функции печени у больных циррозом, системным портальным шунтом, печеночной недостаточностью приводит к попаданию в общий кровоток биогенных аминов, которые образуются в кишечнике и не обезвреживаются в печени. Некоторые из них (октопамин, тирамин, этаноламии, фенилэтиламин, фенилэтиноламин) накапливаются в нервных окончаниях, вытесняя естественные нейротрансмиттеры (норадреналин, дофамин). Эти симпатомиметические амины обладают меньшей активностью по сравнению с норадреналином, дофамином, так как октопамин как передатчик нервных импульсов составляет только 1% от активности норадреналина.

У больных циррозом печени повышается содержание свободных и конъюгированных фенолов. Однако корреляцию между содержанием их в крови и выраженностью энцефалопатии выявить не удается.