Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,120

COMPLEX OF BIOCHEMICAL INDICES IN ESTIMATING THE FORMATION OF STAGES OF ENDOGENOUS INTOXICATION IN THE CELL

Pashina E.V. 1 Zolotavina M.L. 1
1 Kuban state university
Endogenous intoxication syndrome is widespread today and accompanies various pathological conditions of the body. The lack of uniform methods for assessing the condition of patients with endotoxemia requires the search for universal diagnostic methods. In our work, we identified four of the most informative biochemical methods for assessing the formation of stages of endogenous intoxication. The first stage is compensation or latent endotoxemia, metabolites enter the bloodstream, there is an active detoxification; the second stage is characterized by decompensation of protective and regulatory systems, when specific metabolites accumulate in high concentrations and products of impaired functioning appear; the third stage - impaired metabolism or membrane insolvency. There is an inclusion, then tension followed by decompensation of the regulatory and protective systems, the penetration of toxic products into the cells is observed, followed by a violation of its metabolism, which turns the process from local to systemic, which prevents the release of a certain toxic product; at the fourth stage, rapid changes in cell homeostasis occur, leading to the formation of the last stage of disintegration. Indicative biochemical markers are: VNiSMM (low and medium molecular weight substances) and oligopeptides in erythrocytes and plasma, albumin (total and effective concentration), ceruloplasmin, total protein, ALT (alanine aminotransferase), AST (aspartate aminotransferase), LDH (lactenase dehydrogen), APh (alkaline phosphatase), urea, creatinine, amylase, trypsin, myoglobin.
stages of endogenous intoxication
detoxification
medium-weight molecules (msm)
low and medium molecular weight substances (l&mmws)
oligopeptides
albumin
cerulopdasmin
total protein
alanine aminotransferase (alt)
aspartate aminotransferase (ast)

Многие авторы отмечают, что эндотоксикоз, несмотря на то, что на начало развития молекулярно-патологического процесса влияют множество факторов, в конечном счете приобретает универсальный характер формирования патологического процесса [1–4].

Эндогенная интоксикация может служить следствием нарушения процессов метаболизма или являться непосредственной причиной развития патологических реакций. Е.В. Корякина и С.В. Белова высказали мнение, что эндотоксикоз (2001) – это не что иное, как токсикация организма накопленными промежуточными и конечными продуктами обмена веществ, что в свою очередь приводит к запуску катаболических процессов при одновременном снижении процессов эндогенной детоксикации [5–7]. На развитие эндотоксикоза, по мнению С.С. Кравчени [8], может влиять множественный ряд факторов, таких как: высокая концентрация продуктов жизнедеятельности патогенной, а также условно-патогенной либо нормальной микрофлоры – вирусов, токсинов микробов и простейших; проникающие во внутреннюю среду метаболиты различных полостей организма; компоненты нормального обмена веществ в аномальных концентрациях; продукты извращенного метаболизма (например, транспортные макромолекулы белков сыворотки крови, которые имеют афизиологическую конформацию молекулы); продукты анаболизма, приводящие к развитию и поддержанию иммунного ответа организма; некорректное функционирование регуляторных систем организма, приводящее к чрезмерной выработке ферментов фибринолитической и калликреин-кининовой систем, иммуноглобулинов, иммунных комплексов, катализаторов воспаления, биогенных аминов, нейромедиаторов и продуктов, образующихся в результате перекисного окисления липидов; а также ткане- и органоспецифичные вещества с нарушенным распределением и в дальнейшем диссеминацией в виде ферментов: трансаминаз, амилазы, миоглобина, трипсина, лизосомальных ферментов.

Возможно возникновение токсемии и в результате возрастных дисфункций, при этом отмечается, что механизм формирования патологического процесса универсален, отличие составляет лишь этиология, что сказывается на скорости протекания процесса [1, 2].

В патогенезе эндотоксикоза независимо от причин возникновения обычно выделяют три стадии: первая стадия заключается в накоплении клеткой деструктивного потенциала; вторая стадия характеризуется выраженным повреждением мембран клеток (патологическое каналообразование), третья – угнетением специфической и неспецифической систем естественной детоксикации клетки с развитием тотальной токсемии и полиорганной недостаточности [1, 2]. Стадии могут протекать как быстротечно, так и более медленно в зависимости от исходного состояния органов естественной детоксикации и скорости образования токсинов [1]. Процесс формирования стадий эндогенной интоксикации в организме человека базируется на многих метаболических «порочных кругах» и представляет собой аутокаталитический процесс [8–10].

Отсутствие единых методов оценки состояния больных эндотоксикозами, объемность, дороговизна существующих общепринятых методов диагностики требуют поиска новых универсальных методов диагностики эндогенной интоксикации, позволяющих диагностировать синдром эндогенной интоксикации на ранних этапах развития. Определение степени тяжести заболевания сегодня является важной диагностической задачей [11, 12].

Цель исследования: выделить основные стадии формирования эндогенной интоксикации с учетом изменения биохимических показателей сыворотки крови.

В формировании патологического процесса эндогенной интоксикации, идентифицируемой как первая стадия (стадия компенсации, или скрытый эндотоксикоз), отмечаются вброс отравляющих веществ и метаболитов в кровь, лимфу и интерстициальную жидкость извне и дальнейшее их распределение из очага развития патологии; все это приводит к активации процессов детоксикации, способных обезвредить токсичные вещества. В этом случае клиническая симптоматика не выявляется [8, 13]. Напротив, в случае развития скрытого эндотоксикоза происходящие изменения наблюдаются в крови на уровне структурных и межмолекулярных связей. Причем развитие защиты организма может осуществляться при помощи одного из двух механизмов. Первый механизм – за счет биотрансформации отравляющих веществ в менее токсичные. За реализацию данного механизма отвечает монооксигеназная система печени. Эндогенная интоксикация приводит к угнетению этой системы печени, что влечет генерализованное воздействие токсинов на организм с дальнейшим развитием полиорганной недостаточности. Система связывания и транспорта токсичных веществ выступает в роли второго механизма. Он работает за счет транспортных сывороточных белков (альбумина, церулоплазмина) и липопротеидных структур клетки, свойств адсорбции эритроцитов и элементов иммунной системы [14]. Белок альбумин, выполняющий транспортную функцию, обладает низкой аффинностью и большой емкостью для многих веществ. Пространственное расположение альбумина может видоизменяться и зависит от физико-химических свойств крови, влияющих на его способность к связыванию. Молекула альбумина способна принять на себя большое количество отравляющих веществ, не выведенных почками, печенью и другими органами, отвечающими за детоксикацию организма.

При высоком уровне токсичных веществ в крови конформационная подвижность альбумина падает, это ведет к уменьшению внутримолекулярных объемов центров связывания. При этом количество активных центров для взаимодействия с лигандами у сывороточного альбумина способно значительно увеличиваться, поскольку молекула обладает способностью к конформационным изменениям [2]. При этом не стоит забывать, что с активными центрами альбумина также связываются множество лекарственных препаратов, поэтому падение концентрации альбумина может иметь серьезные последствия при лекарственной терапии, способствуя еще большему увеличению токсичности. Недостаточная функция печени, повышенная потеря белка, низкая скорость синтеза или иные причины приводят к снижению концентрации альбумина, а затем – к повышению концентрации токсических и биологически активных веществ в крови и затруднению процессов детоксикации [2, 15–17].

Особое место в развитии эндогенной интоксикации занимают реакции перекисного окисления липидов, происходящие в организме непрерывно и интенсифицирующиеся при эндогенной интоксикации. В некоторых случаях эти реакции становятся пусковым механизмом эндотоксикоза. Продукты перекисного окисления липидов обладают токсическими свойствами. Свободные радикалы воздействуют на различные компоненты клеток, в том числе на липиды плазматических мембран, содержащие ненасыщенные жирные кислоты. Непрерывно с синтезом продуктов перекисного окисления липидов происходит их распад. Можно выделить первичные продукты перекисного окисления липидов (гидроперекиси, диеновые конъюгаты, эндоперекиси, эпоксиды и др.), вторичные – (алкенали, алканали, малоновый диальдегид, триеновые конъюгаты и др.) и конечные продукты этого процесса (газообразные продукты – пептан, этан, этилен, шиффовые основания).

В развитии эндотоксикоза существенное значение имеет увеличение интенсивности перекисного окисления липидов с накоплением его первичных и вторичных продуктов, оказывающих повреждающее действие на клетки и ткани организма, в условиях угнетения антиоксидантной системы организма [18]. В ответ на повышенное образование таких продуктов в печени увеличивается синтез церулоплазмина. Неферментативные реакции, отвечающие за образование свободных радикалов и дальнейшее развитие процессов перекисного окисления липидов, предупреждаются повышением феррооксидазной активности церулоплазмина. Увеличивая связывание трансферрина с окисленными ионами железа, церулоплазмин выводит их из реакций перекисного окисления липидов. У эритроцитов на поверхности клеток для более эффективной защиты от свободных радикалов имеются специальные рецепторы, связывающие церулоплазмин. При экзогенном введении церулоплазмин, вероятно, способен обменивать железо Fe2+ до Fe3+, уменьшая проявления «окислительного стресса». Печень, защищенная от гипоксии, сохраняет детоксицирующие свойства, что приводит к уменьшению лейкоцитарного индекса интоксикации, снижению уровня МСМ, С-реактивного белка, а также мочевины и к уменьшению проявлений эндотоксикоза [2, 9, 19–21].

Среди биохимических методов оценки эндогенной интоксикации получили широкое распространение МСМ, обладающие большой биологической активностью. Молекулы СМ относятся к классу среднемолекулярных продуктов протеолиза. По своей химической природе МСМ состоит из следующих компонентов: пептидов, остаточного азота, гликопептидов, полиаминов, аминосахаров, многоатомных спиртов, продуктов перекисного окисления липидов и др. В здоровых клетках организма постоянно образуется незначительное количество низко- и среднемолекулярных веществ. Их концентрация достоверно увеличивается в 1,5–2 раза при патологических состояниях по сравнению с нормальными значениями. Близкие по строению к регуляторным пептидам, они оказывают влияние на жизнедеятельность всех органов и систем органов. Молекулы СМ, блокируя фагоцитарную активность и кислородозависимые механизмы микробицидности и цитотоксичности лейкоцитов, пролиферацию фибробластов и иное, способны вызвать вторичный иммунодефицит, могут блокировать рецепторы любой клетки, нарушая тем самым ее метаболические процессы и функции. Также молекулы СМ отвечают за эффекты повреждения микроструктуры и свойств липидного бислоя биомембран, нарушения связи с клеточными рецепторами, изменения транспортных, биомеханических и функциональных характеристик плазматических и субклеточных мембран клеток. С учетом размеров и функций молекул их подразделяют на олигопептиды с молекулярной массой не более 10–15 кДа и ВНиСММ (в основном вещества небелкового происхождения). Среди олигопептидов выявлены регуляторные пептиды: нейрокины, нейротензины, соматомедин, самостатин, энкефалины, эндорфины, вазоактивный интерстициальный пептид и другие биологически активные вещества, концентрация которых в норме невелика. Центрами образования регуляторных пептидов являются клетки диффузной эндокринной системы и нейроны, обнаруживаемые в том или ином количестве практически во всех органах. В состав олигопептидов входят и нерегуляторные пептиды – поступившие извне токсины (имеющие бактериальную природу возникновения), а также токсины, являющиеся продуктами процессов аутолиза, неорганического протеолиза, ишемии, гипоксии органов и тканей, а также веществ, образуемых в ходе протеолитической деструкции тканевых и плазменных белков. Именно они являются ключевым звеном катаболического пула плазмы крови. Поэтому на данной стадии эндотоксикоза значительно повышается сначала содержание ВНиСММ на эритроцитах, а изменение концентрации олигопептидов в плазме крови незначительно [1, 2, 8, 22, 23].

Исследования содержания альбумина и МСМ позволяют определить изменения всех процессов гомеостаза, в частности уровень токсемии [2].

Вторая стадия характеризуется декомпенсацией защитных и регуляторных систем, накоплением специфических метаболитов в высоких концентрациях и появлением продуктов нарушенного функционирования. Органы дистанционно поражаются токсическими продуктами, поступающими из очага поражения [2]. Происходит дальнейшее накопление ВНиСММ на эритроцитах, а также олигопептидов – в плазме. По мнению А.М. Марупова [1], при этом формируется катаболический пул ВНиСММ плазмы крови, который распределяется в крови между белками-акцепторами за счет высокого содержания дикарбоновых аминокислот [1]. Особое место отводится процессу активации нейтрофилов, что приводит к синтезу медиаторов различных типов: цитокинов, обладающих тканедеструктивными свойствами, к синтезу составляющих системы комплемента и к образованию молекул адгезии (селектинов) [2, 8].

Третья стадия – стадия нарушенного метаболизма или мембранной несостоятельности – характеризуется включением, напряжением и последующей декомпенсацией систем, ответственных за регуляцию и защиту организма. Накопленные отравляющие вещества достаточно легко попадают в целые клетки, вызывая в них нарушения внутриклеточного обмена, системное нарушение микроциркуляции, цитолиз и разрушение биологических мембран. Все это является причиной синтеза аутоантигенов, свободных радикалов, комплексов фибриногена и гепарина с тромбогенными белками и сопровождается гидроперекисей. Результатом этого является нарушение распределения и диссеминации тканеспецифичных веществ [2, 8, 24].

Эти деструктивные процессы в тканях сопровождаются выраженной активацией и увеличением количества биологически активных веществ (гистамина, брадикинина и пр.), что приводит к нарушению мембран субклеточных образований, митохондрий, лизосом. Сывороточные белки распадаются под действием ферментов, продолжают образовываться и накапливаться продукты белкового обмена и высокотоксичные вещества – МСМ. Эндогенная интоксикация еще более нарастает при повышении проницаемости сосудов [8, 24].

Формирование этой стадии носит каскадный характер: происходят нарушение всех видов биологического окисления, активация реакций анаэробного гликолиза, разделение окислительно-восстановительных реакций, что в конечном итоге блокирует процессы тканевого обмена и дыхания. Прогрессирование ацидоза ведет к нарушению клеточных структур. В клетке накапливается внутриклеточный Ca2+, что вызывает нарушение функций митохондрий и в результате приводит к повреждению и последующей гибели клетки [24]. Количество ВНиСММ и олигопептидов превышает нормальный уровень в плазме в 3–4 раза, что свидетельствует об изменениях эритроцитарной мембраны. Развивается печеночно-почечная недостаточность (повышение концентрации мочевины, креатинина, внутриклеточных ферментов АЛТ, АСТ, ЛДГ, ЩФ и пр.) [1]. И тогда патологический процесс, протекающий в клетке, распространяется на ткани, а затем приобретает системный характер. Определить какой-либо один определенный продукт метаболизма невозможно, и развитие процесса интоксикации приобретает универсальный и сложный характер, теряя связь с первоначальным механизмом и причиной [2].

На финальной стадии происходят стремительные изменения в системе гомеостаза, приводящие к формированию последней стадии дезинтеграции. На этой стадии отмечается низкое содержание ВНиСММ (в основном в их состав входят катаболические вещества) как в плазме, так и на эритроцитах. В плазме крови, наоборот, определяется значительное повышение олигопептидов. Происходят депонирование токсинов и полная дезинтеграция систем детоксикации в клетке и организма в целом [1, 2, 9, 24, 25].

Выводы

Изменения биохимических показателей сыворотки крови происходят на всех стадиях эндогенной интоксикации, что позволяет использовать их при оценке тяжести течения эндотоксикоза и при определении степени формирования патологического процесса.

На первой стадии эндогенной интоксикации происходит увеличение количества МСМ на эритроцитах, увеличивается содержание церулоплазмина в крови, уменьшается содержание белков, особенно альбумина. Также возникают интенсификация перекисного окисления липидов, угнетение иммунитета и снижение антиоксидантной защиты.

На второй стадии в результате накопления метаболитов происходит декомпенсация защитных и регуляторных систем, появляются продукты нарушенного функционирования, продолжается накопление ВНиСММ на эритроцитах, появляются олигопептиды в плазме.

На третьей стадии при продолжающемся накоплении токсинов до высоких концентраций нарушается нормальная жизнедеятельность клетки, что сказывается на ее синтетической функции. Происходят изменения в эритроцитарной мембране. Процесс превращается из местного в системный, развивается печеночно-почечная недостаточность, невозможно выделить конкретный токсический продукт.

Финальная – четвертая – стадия характеризуется полной дезинтеграцией систем детоксикации и организма в целом. Низкое содержание ВНиСММ отмечается как в плазме, так и на эритроцитах. В плазме регистрируется высокая концентрация олигопептидов, что приводит к гибели клетки.