Материалы для подготовки к практическим занятиям по биохимии для медико_профилактического факультета (стр. 19 )

Почки, как и печень, являются органами-мишенями для токсикантов (таблица 42) в силу определенных факторов. К ним относятся:

•  значительная интенсивность почечного кровотока;

•  способность концентрировать ксенобиотики в процессе образования мочи;

•  высокий уровень активности цитохром Р450-зависимых оксидаз, обеспечивающих биотрансформацию токсикантов;

•  нарушение структуры и функции органа при гипоксии.

Почки обладают компенсаторной способностью. Если одна почка разрушена, оставшаяся почка увеличивает скорость клубочковой фильтрации на 40-60%, а каждый нефрон - реабсорбцию воды и растворенных веществ. При этом осмотический баланс сохраняется и функции органа не изменяются. Другой способ защиты от разрушения почечной ткани включает индукцию металлотионеина (МТ) и белков теплового шока.

Таблица 42. Основные синдромы и проявления поражения почек нефротоксикантами

Синдром	Проявления поражения почек	Примечание
Острая почечная недостаточность (ОПН) Тубулоинтер-стициальный т интерстициальный острый эффект	Угнетение функций почек, азотемия, олигкрия, протеинурия гломерулярного происхождения	ОПН – кратковременное и обратимое нарушение функций почек Азотемия – повышение в плазме крови содержания азотсодержащих низкомолекулярных веществ (мочевина, креатинин, β2-микроглобулины и т. д.)
Быстропрогресси-рующий гломерулонефрит	Гематурия и олигурия	Олигурия: уменьшение количества отделяемой мочи (менее 600 мл в сутки).Протеинурия: появление белка в моче более 0,5 г в суточной пробе; гломерулярная протеинурия указывает на разрушение клубочкового барьера кровь-моча. Гематурия: появление крови в моче вследствие повреждения стенки капилляров клубочковБыстропрогрессирующая почечная недостаточность (от 1 мес до 1 – 2 лет)
Хроническая почечная недостаточность Тубулоинтер-стициальный хронический нефрит	Перманентное нарушение функций почек, азотемия, ацидоз, анемия, гипертензия, уремия Различные признаки канальцевых дисфункций: протеинурия канальцевого типа, ацидоз и снижение удельного веса мочи	ХПН – синдром, обусловленный необратимым уменьшением числа и массы функционирующих нефронов, прогрессирующий независимо от первопричины в срок от 2 – 3 лет до нескольких десятилетий Уремия: совокупность клинико-лабораторных признаков терминальной стадии ХПН Протеинурия канальцевого типа: в моче низкомолекулярные белки в связи с повреждением проксимальных отделов почечных канальцев Азотемия – см. выше
Нефротический синдром Интерстициальный нефрит гломерулосклероз	Тяжелая протеинурия (более 3,5 г белка в суточной моче), гипопротеинемия, отеки, гиперлипидемия	Гипопротеинемия: резкое снижение содержания белка в крови. Общий отек при отсутствии сердечной недостаточности или цирроза печени указывает на гипопротеинемию
Быстропрогресси-рующий гломерулонефрит	Гематурия и олигурия	Гематурия: см. выше

Генотоксичность. Токсикология и геномика

Под генотоксичностью следует понимать способность химических, физических и биологических факторов оказывать повреждающее действие на генетические структуры организма. Считается, что ксенобиотики инициируют последовательность событий, которые начинаются с рецептора, сдерживающего/ активизирующего генную и протеиновую экспрессию. Потенциальные мутагены можно разделить на физические, биологические химические агенты. Mногие характеристики индуцированной излучением мутации считаются схожими с таковыми химически индуцированной мутации. Исследователи выявили химические мутагены в 10 классах соединений, включая ароматические циклы, эфиры, галогенированные алифатические и ароматические углеводороды, нитрозамины, некоторые пестициды, эфиры фталевой кислоты, некоторые фенолы, некоторые полихлорированные дифенилы и ароматические полициклы.

К генотоксикантам относят

•  мутагены - агенты различного происхождения, вызывающие наследуемые изменения в геноме;

•  митогены - факторы или вещества, влияющие на процессы клеточного деления;

•  анэугены - факторы, способствующие увеличению или уменьшению гаплоидного или диплоидного числа хромосом на одну или более;

•  кластогены - факторы, индуцирующие хромосомные разрывы;

•  морфогены - факторы, вызывающие ненаследуемые генетические изменения (морфозы) на уровне реализации признака в онтогенезе.

Как микроанализ ДНK может помочь токсикологии (рис.5)?

Рисунок 5.Определение экспрессии генов как диагностический и прогностический тест.

В настоящее время технология биочипов активно используется для определения экспрессионных профилей работы генов и определения однонуклеотидных замен (вариабельных локусов ДНК), являющихся признаками конкретного генотипа. Биочипирование дает возможность определять индивидуальный полиморфный профиль ферментов, например цитохрома P450. Такие исследования помогают влияние различных факторов (лекарств, экотоксикантов, белков, питания) на работу десятков тысяч генов, создавать новые лекарственные препараты и быстро выяснять, на какие гены и каким образом действуют лекарства, прогнозировать их побочные эффекты.

Постгеномные технологии - геномика, протеомика, метаболомика, метабономика дают большие возможности для определения качественных и количественных изменений метаболических процессов в организме человека при действии токсикантов (рисунок 6,7). Протеомика изучает полный набор белков, производимых конкретными типами клеток. Метаболом представляет собой совокупность всех небольших молекул или метаболитов в органелле, клетке, ткани, органе или организме. Геном определяет возможную структуру метаболома, а метаболом воздействует (положительно или отрицательно) на экспрессию этой структуры.

Рисунок 6. Повреждения, которые могут возникать в ДНК спонтанно или под действием разных агентов.

Рисунок 7. Схема взаимодействий: от генома до метаболома.

Главные факторы токсичности металлов, их биологические мишени.

Различные химические формы необходимых и токсичных металлов в клетке носят название «металлом». Частным случаем металлома является металлопротеом - координационные соединения металлов с белками.

Некоторых металлов вызывает заболевания, а присутствие других часто связано с канцеро(As, Cr, Pt)-, иммуно(Ли, Co, Cr, Ni, Pt)-, эмбрио-/терато (Hg)-, спермо (Cd, Pb, Tl)-, нефро (Cd, U)- или нейро(А1, Hg, Мп)-токсичностью. Необходимые d - и р-элементы (например, Cu, Fe, Se, Zn) используются клеткой как кофакторы ферментов, но те же самые элементы обладают цитотоксичностью. Несмотря на то, что содержание металлов в цитозоле составляет микро или пикомоли, они участвуют в стабилизации структуры белка, обеспечивают ферментативную активность белка (металлоферменты) и выполняют ряд других важных функций. Активность ионов металлов внутри клетки регулируется несколькими группами белков, которые проявляют защитные свойства антидотов. Металлы также могут непосредственно, без участия белковых лигандов, включаться в клеточные процессы - пролиферацию и апоптоз. Обмен, циркуляция, депонирование ионов металлов во многом объясняются их участием в процессах комплексообразования с природными эндогенными лигандами (нуклеиновые кислоты, углеводы, аминокислотами, пептиды, белки, витамины, гормоны) и экзогенными лигандами (лекарственные препараты, пищевые продукты и др.).

Существуют пары и триады элементов, которые оказывают синергическое или антагонистическое влияние на различные биохимические процессы и физиологические показатели (рис.8)

Рисунок 8. Синергическое и антагонистическое влияние элементов на различные биохимические процессы и физиологические показатели.

Механизмы токсичности металлов

В таблицах 43, 44 представлены потребность, биологическая функция и нарушения обмена микроэлементов в организме человека.

Таблица 43. Потребность в микроэлементах и их биологическая функция

Элемент	Потребность мг/сут	Содержание в организме, г	Некоторые биологические функции	Металлопротеины
Класс фермента или тип белка	примеры
Железо	6,0 – 40,0	3,9 - 5	Транспорт кислорода	Гемсодержащие белки, оксидоредуктазы	Цитохром-оксидаза
Цинк	12 - 15	1,3 – 2,3	Синтез и распад нуклеиновых кислот и белков, метаболизм этанола	Трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы, оксидоредуктазы, факторы транскрипции	РНК-полимеразы алкоголь-дегидрогеназа рецепторы глюкокор-тикоидов
Медь	2,0 – 3,5	0,08 – 0,15	Синтез гемоглобина, обменные процессы в соединительной ткани, рост и развитие костной ткани	оксидоредуктазы	Супероксид-дисмутаза, церулоплазмин (ферроксидаза), аминооксидаза
Кобальт	0,02 – 0,05	0,0015	Метаболизм метионина	трансферазы	Метионин-синтаза
Марганец	2 – 5	0,012 – 0,02	Оксилительное фосфорилирова-ние; метаболизм жирных кислот, гликозамино-гликанов и холестерина	Оксидоредуктазы, гидролазы, лигазы	Плацентарная аминооксидаза, пируват-карбоксилаза
Молибден	0,02 – 0,07	0,070	Метаболизм ксантинов	Оксидоредуктазы	ксантиоксидаза
Селен	0,02 – 0,07	0,010 – 0,015	Антиоксидант	Оксидоредуктазы, трансферазы	Глутатион-пероксидаза
Никель	0,4 – 0,2	0,012	Стабилизация структуры РНК	Оксидоредуктазы, гидролазы	Уреаза
Хром	0,15	0,006	Связывание инсулина клетками, метаболизм глюкозы

Таблица 44. Нарушения обмена некоторых микроэлементов