Кетоновые тела (син. ацетоновые тела) — группа органических соединений, являющихся промежуточными продуктами обмена жиров, углеводов и белков. Появление повышенных количеств Кетоновых тел в крови и моче является важным диагностическим признаком, свидетельствующим о нарушении углеводного и жирового обмена.
К Кетоновым телам относятся бета-оксимасляная к-та (см. Оксимасляные кислоты), ацетоуксусная кислота (см.) и ацетон (см.); они имеют сходное строение и способны к взаимопревращениям:
Обмен
Синтез Кетоновых тел (кетогенез) происходит гл. обр. в печени тремя путями: 1) конденсацией под действием тиолазы (ацетоацетил-КоА — тиолазы; КФ 2.3.1.9) двух молекул ацетил-КоА, образованного при бета-окислении высших жирных кислот (см.), или при окислительном декарбоксилировании (см.) пировиноградной кислоты (см.), к-рая может образоваться в процессе обмена глюкозы (см.) и ряда аминокислот (см. Трикарбоновых кислот цикл); 2) в результате синтеза ацетоуксусной к-ты из ацетоацетил-КоА, образованного непосредственно из четырех последних углеродных атомов, остающихся при последовательном окислении жирных к-т с длинной углеродной цепью; 3) в результате образования ацетоуксусной к-ты в качестве промежуточного продукта при окислении так наз. кетогенных аминокислот лейцина (см.), тирозина (см.), фенилаланина (см.) и в меньшей степени изолейцина (см.).
Основным путем синтеза К. т. считается первый, т. к. этот путь более других зависит от характера питания и в большей степени страдает при патол, нарушениях обмена веществ.
Из печени К. т. поступают в кровь и затем во все остальные органы и ткани (мышцы, почки, легкие и др.)» где включаются в цикл Трикарбоновых к-т, в к-ром окисляются до углекислоты и воды. К. т. используются для синтеза холестерина (см.), высших жирных к-т, фосфатидов (см.) и заменимых аминокислот (см.).
При повышенном содержании К. т. в крови (см. Ацетонемия) они выводятся почками (см. Ацетонурия), а также легкими в виде ацетона с выдыхаемым воздухом. Наиболее значительная гиперкетонемия наблюдается при диабетической (кетоацидотической) коме (см.).
При голодании (см.), одностороннем безуглеводистом питании и при недостаточной секреции инсулина (см. Диабет сахарный) подавляется использование ацетил-КоА в цикле Трикарбоновых к-т и в синтезе жирных к-т (через малонил-КоА), так как все метаболически доступные ресурсы организма превращаются в глюкозу крови. В этих условиях ацетил-КоА идет главным образом на образование оксиметилглутарил-КоА, что приводит к увеличению синтеза К. т. При приеме с пищей кетогенных аминокислот, некоторых белков и большого количества жиров (или усиленной мобилизации жира из жировых депо) происходит интенсивное образование ацетоацетил-КоА и К. т. Кетогенный эффект щелочных солей обусловлен активизацией превращения щавелево-уксусной к-ты (оксалоацетата) в аспарагин и альфа-кетоглутарата в глутамат, что приводит к нарушению функционирования цикла Трикарбоновых к-т. Введение с пищей углеводов приводит к усиленному образованию щавелево-уксусной к-ты, к-рая конденсируется с ацетил-КоА и тормозит образование К. т. Инсулин стимулирует синтез жирных к-т из ацетил-КоА и активирует использование последнего в цикле Трикарбоновых к-т, в результате чего снижается интенсивность синтеза К. т.
У здорового взрослого человека в сыворотке крови содержится 0,2— 2,5 мг% К. т. (в пересчете на ацетон), в эритроцитах концентрация К. т. меньше; с мочой за сутки выделяется 20—54 мг К. т. Такие концентрации К. т. не могут быть определены обычными методами, используемыми в клинике.
Кетонемия и кетонурия наблюдаются при сахарном диабете (повышен кетогенез и снижен кетолиз), углеводном голодании, лихорадках, общем голодании и истощении (повышен кетогенез), приеме богатой кетогенными веществами пищи (усилен кетогенез), при приеме значительных количеств щелочных веществ, при послеоперационных состояниях, гликогенозах I, II и VI типа (нарушен кетолиз), гиперинсулинизме, тиреотоксикозе, выраженных глюкозуриях, акромегалии, гиперпродукции гликокортикоидов (недостаток, усиленный расход или потеря углеводов), инфекционных болезнях (скарлатина, грипп, туберкулезный менингит и др.) и интоксикациях (напр., при отравлении свинцом) и др. Следствием кетонемии являются нереспирационный ацидоз (см.) и ацетоновое отравление (ацетон растворяет структурные липиды клеток), при которых нарушается транспорт глюкозы через биол, мембраны и резко угнетается деятельность ц. н. с.
Читайте также: Платье из прозрачной ткани как сшить
Методы определения
Для определения К. т. предложено большое количество различных методов и проб, основанных на реакциях, специфичных либо для ацетона, либо для ацетоуксусной к-ты.
Основные группы методов используют реакции, специфичные для ацетона, напр, образование комплекса ацетона с бисульфитом, соединение с йодом, осаждение цианистой ртутью, осаждение сульфатом ртути, реакции с салицилальдегидом, динитрофенилгидразином, ванилином, о-нитробензоальдегидом и фурфуролом, а также реакции, специфичные для ацетоуксусной к-ты: реакции с нитропруссидом натрия, хлорным железом, резорцинолом, n-амидоацетофеноном. Основой большого числа методов количественного определения К. т. в крови и в моче является реакция с салициловым альдегидом.
Метод Нательсона (S. Natelson, 1961). Ацетон, вытесненный из крови или из мочи конц. серной к-той, образует с салициловым альдегидом в щелочной среде соединение красного цвета. Интенсивность окраски измеряют фотометрически. Ацетоуксусную к-ту предварительно превращают в ацетон нагреванием при 60° в кислой среде. Во внутреннее пространство чашки Конвея (см. Конвея методы) наливают 2 мл 2% р-ра бисульфита натрия, а во внешнее пространство— 1 мл цельной крови, смешанной с фтористым натрием для предотвращения свертывания, и 0,5 мл 10% р-ра серной к-ты. Чашку немедленно плотно закрывают крышкой, осторожно покачивают, чтобы перемешать кровь с серной к-той, и ставят в термостат при 60° на 1 час. За это время ацетоуксусная к-та превращается в ацетон, который диффундирует во внутреннее пространство чашки Конвея, где соединяется с бисульфитом натрия; 1,5 мл содержимого внутреннего пространства переносят в пробирку, добавляют 1,5 мл 40% р-ра едкого натра и 0,3 мл 20% (об.) р-ра салицилового альдегида в абсолютном спирте. Перемешивают, ставят на 20 мин. в термостат при 50°, затем на 30 мин. при комнатной температуре и колориметрируют при 540 нм против контрольной пробы. Контрольную пробу, в к-рую вместо крови вносят 1 мл воды, и стандартный р-р, содержащий 2 мг% ацетона, обрабатывают так же, как опытную пробу. Рассчитывают содержание ацетона исходя из величины экстинкции стандартного р-ра по формуле:
(экстинкция опытной пробы • 2)/ экстинкция стандарта = мг% ацетона.
Чтобы одновременно определить и бета-оксимасляную к-ту, т. е. сумму всех К. т., необходимо окислить ее до ацетоуксусной к-ты, а затем до ацетона.
Для этого 3 мл фильтрата сыворотки крови после осаждения белка вольфрамовой к-той помещают во внешнее пространство чашки Конвея и прибавляют 0,5 мл 10% серной к-ты и 0,5 мл 5% бихромата калия или натрия. Дальнейшее определение проводят, как описано выше.
В обычной практике для обнаружения Кетоновых тел применяют в основном качественные пробы. Они используются гл. обр. для исследования мочи. Преимущество этих гроб заключается в том, что они позволяют быстро, хотя и ориентировочно, выявить патологическое увеличение концентрации К. т.; при нормальном содержании К. т. эти пробы отрицательны. Наибольшее применение нашли нитропруссидные пробы, которые специфичны гл. обр. для ацетоуксусной к-ты и основаны на реакции К. т. с нитропруссидом натрия в щелочной среде с образованием соединения, окрашенного в красный цвет. Подобные соединения образуют и некоторые амины, напр, креатинин; однако в кислой среде аминные комплексы распадаются и окраска, обусловленная креатинином, исчезает, а окраска кетоновых комплексов сохраняется. На этом принципе основана проба Легаля (Е. Legal, 1883): к 4 мл мочи прибавляют несколько капель свежеприготовленного 5% р-ра нитропруссида натрия и 0,5—1 мл 10—15% едкого натра; образуется красное окрашивание. Добавляют для подкисления 0,5—1 мл конц. уксусной к-ты; при отрицательной пробе окраска исчезает — креатининовые комплексы распадаются, при положительной — сохраняется, причем создается впечатление изменения окраски, т. к. цвет креатининовых комплексов коричнево-красный, а кетоновых — вишнево-красный. Проба Ротеры (А. С. Н. Rothera, 1908) — самая чувствительная из нитропруссидных проб. Ротера отметил, что креатинин мешает реакции, если для подщелачивания используют едкий натр, но использование аммиака устраняет эти помехи. В пробирку наливают 5— 8 мл мочи и насыщают ее сухим сульфатом аммония, добавляют 2—3 капли конц. аммиака и 5 капель свежеприготовленного 5% р-ра нитропруссида натрия, встряхивают; при положительном результате образуется темно-красная или фиолетовая окраска. Существует микромодификация нитропруссидной пробы Ротеры, для проведения к-рой требуется всего несколько капель мочи с полуколичественной оценкой результатов в зависимости от интенсивности окраски [Фри и Фри (А. Н. Free, H. М. Free), 1958].
Читайте также: Шаблоны для новогодних игрушек из ткани
Из нитропруссидных проб широко применяется также проба Ланге (С. F. A. Lange, 1906): к нескольким мл мочи прибавляют несколько капель свежеприготовленного 10% р-ра нитропруссида натрия и 0,5—1 мл конц. уксусной к-ты, осторожно наслаивают несколько мл конц. р-ра аммиака. Проба положительна, если в течение 3 мин. на границе жидкостей образуется розово-фиолетовое кольцо.
На реакции ацетоуксусной к-ты с хлорным железом основана проба Герхардта (С. А. С. J. Gerhardt, 1865). Проба обычно рассматривается как недостаточно чувствительная: при ее помощи можно обнаружить приблизительно 25— 50 мг% ацетоуксусной к-ты (нитропруссидные пробы улавливают обычно 5—10 мг%). Р-р хлорного железа (10%) приливают по каплям к нескольким миллилитрам мочи до тех пор, пока не перестанет образовываться осадок фосфата железа, который отфильтровывают; к фильтрату добавляют еще несколько капель р-ра хлорного железа. При положительной пробе образуется фиолетовокрасное окрашивание. Салицилаты также дают положительную реакцию, поэтому для того, чтобы исключить окраску, вызванную салицилатами, проводят повторное определение с мочой, прогретой в течение 5 мин. в кипящей водяной бане; ацетоуксусная к-та при нагревании распадается, и окраска исчезает; салицилаты же дают положительную реакцию и после прогревания.
Реакций, специфичных для бета-оксимасляной к-ты, не описано. Применяемая для определения бета-оксимасляной к-ты проба Гардта предполагает предварительное окисление бета-оксимасляной к-ты при помощи перекиси водорода в ацетоуксусную и дальнейшее определение с нитропруссидом натрия: 20 мл мочи смешивают с 20 мл дистиллированной воды, подкисляют несколькими каплями 20% уксусной к-ты, кипятят, пока объем не уменьшится до 10 мл, доводят до 20 мл водой и разливают поровну в две пробирки. В одну добавляют 1 мл 30% р-ра перекиси водорода и нагревают в течение 1 мин. в кипящей водяной бане. К обеим пробам прибавляют по 10 капель ледяной уксусной к-ты и по 10 капель насыщенного на холоду р-ра нитропруссида натрия, размешивают, осторожно наслаивают 25% р-р аммиака. При наличии бета-оксимасляной к-ты в пробирке, в к-рую была прибавлена перекись водорода, появляется вишнево-красное кольцо.
Для экспресс-определения Кетоновых тел выпускаются специальные таблетки, состоящие из смеси сухих реактивов, и бумажные полоски, импрегнированные реактивами, в состав которых входит нитропруссид натрия. После погружения такой полоски (или таблетки) в исследуемую жидкость (мочу или плазму крови) в случае положительной реакции образуется фиолетовое окрашивание, интенсивность к-рого сравнивают со стандартной цветной шкалой.
Лейтес С. М. и Лаптева Н.Н. Очерки по патофизиологии обмена веществ и эндокринной системы, М., 1967; Ленинджер А. Биохимия, пер. с англ., М., 1976; Ньюсхолм Э. и Старт К. Регуляция метаболизма, пер. с англ., с. 355, М., 1977; Тодоров Й. Клинические лабораторные исследования в педиатрии, пер. с болг., София, 1968; Clinical chemistry, principles and technics, ed by R. J. Henry a. o., N. Y. a. o., 1974.
В. К. Городецкий; Л. М. Пименова (мет.иссл.).
Читайте также: Подхваты для штор настенные из ткани
Образование кетоновых тел и их окисление
При голодании, длительной физической работе и в случаях, когда клетки не получают достаточное количество глюкозы, жирные кислоты используются многими тканями, как основной источник энергии. В печени часть жирных кислот превращается в кетоновые тела, которые окисляются мозгом, нервной тканью, мышцами, обеспечивая достаточное количество энергии для синтеза АТФ и уменьшая потребление глюкозы. К кетоновым телам относят b-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон. Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях печени.
В печени все эти продукты берут начало от ацетоацетил-КоА, который образуется при конденсации двух молекул ацетил-КоА:
Ацетил-КоА Ацетил-КоА Ацетоацетил-КоА
Эта реакция ктализируется митохондриальным ферментом ацетил-КоА-ацетилтрансферазой (3-кетотиолаза). Основной путь превращения ацетоацетил-КоА в печени состоит в соединении его с ацетил-КоА с образованием b-гидрокси-b-метилглутарил-КоА – важного предшественника в биосинтезе холестерина и стероидов. Реакция катализируется митохондриальным ферментом b-гидрокси-b-метилглутарил-КоА-синтазой.
Рис. 1. Образование ацетоацетата из ацетоацетил-КоА. 1 – b-гидрокси-b-метил-глутарил-КоА-синтаза; 2 – b-гидрокси-b-метилглутарил-КоА-лиаза.
Расщепление b-гироксиокси-b-метилглутарил-КоА ферментом b-гидрокси-b-метилглутарил-КоА-лиазой, локализованной также в митохондриях, является основным путем образования свободной ацетоуксусной кислоты в печени (рис. 1). Обратите внимание на то, что атомы углерода отщепившейся молекулы ацетил-КоА (они обозначены звездочкой) исходно принадлежали молекуле ацетоацетил-КоА.
Свободный ацетоацетат в митохондриях восстанавливается в обратимой реакции до D-b-гироксибутирата под действием НАД-зависимого фермента D-b-гироксибутиратдегирогеназы:
| СН3-СО-СН2-СОOH + НАДН + Н + | « СН3-СН-СН2-СОOH + НАД + ÷ ОН |
Равновесие этой реакции регулируется отношением [НАД + ]/[НАДН] в митохондриях, т.е. окислительно-восстановительным статусом. D-b-гироксибутиратадегидрогеназа проявляет специфичность в отношении D-стериоизомера и не действует на L-изомеры b-гироксиацил-КоА.
Ацетоацетат является также предшественником образующегося в небольших количествах ацетона. Будучи нестойким соединением, ацетоацетат теряет свою карбоксильную группу либо самопроизвольно, либо под действием ацетоацетатдекарбоксилазы.
Ацетон – летучее соединение. Он накапливается в больших количествах в крови больных сахарным диабетом и придает их дыханию характерный сладковатый запах. Образовавшиеся в печени ацетоуксусная кислота и b-гидооксимасляная кислота поступают в кровь и захватываются периферическими тканями. Скелетная и сердечная мышцы, мозг и другие внепеченочные ткани способны превращать ацетоуксусную кислоту вновь в ацетил-КоА; таким образом, эти ткани могут обеспечить значительную долю их энергетических потребностей в состоянии покоя за счет катаболизма кетоновых тел.
Во внепеченочных тканях протекает реакция, в результате которой ацетоацетат активируется в ацетоацетил-КоА. Она протекает с участием сукцинил-КоА и катализируется специфической КоА-трансферазой.
D-b-гироксибутират в клетках внепеченочных тканей превращается в ацетоацетат под действием D-b-гироксибутиратдегирогеназы при участии НАД + и в последующем активируется с образованием ацетоацетил-КоА. Ацетоацетил-КоА, образовавшийся в результате этих реакций расщепляется при участии тиолазы до ацетил-КоА; последний окисляется в цикле лимонной кислоты (рис…)
Рис. 2. Окисление кетоновых тел в тканях.
Образование кетоновых тел в печени определяется в первую очередь соотношением между образованием ацетил-КоА (главным образом путем b-окисления) и содержанием оксалоацетата, который образуется путем карбоксилирования пирувата и, следовательно, зависит от адекватного использования углеводов (рис. 3).
Рис. 3. Образование кетоновых тел в печени и их использование в других тканях.
Ускоренный катаболизм жирных кислот или сниженный уровень использования углеводов (как порознь, так и в сочетании) могут приводить к образованию в печени такого избытка кетоновых тел, что внепеченочные ткани не справятся с их утилизацией. При этом в крови возрастает концентрация кетоновых тел. Подобное состояние носит название кетоз. В тех случаях, когда накапливаются соединения, обладающие свойствами кислот, снижается рН биологических жидкостей и развивается метаболический ацидоз. При большом избытке кетоновых тел они выводятся почками, т.е. возникает кетонурия. Голодание и диабет, ведущие к усиленному освобождению жирных кислот из тканевых депо и к снижению метаболизма углеводов в печени, – вот две наиболее обычные причины кетоза.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом
- Правообладателям
- Политика конфиденциальности