Витамины и микроэлементы, участвующие в регуляции системы кроветворения (Fe, Ca, Mg, Co, Cu, Zn, Mo, витамины B9, B12, K, B6, B5, D, E, омега-3, омега-6 жирные кислоты)
Комплексный анализ основных витаминов и микроэлементов, необходимых для нормального гемопоэза, используемый для диагностики заболеваний крови, в том числе анемии.
Основные микронутриенты гемопоэза, дефицит микронутриентов при анемии, анализы при анемии.
Hemopoiesis, vitamins and trace elements, Micronutrients in anemia, Nutrient status in anemia.
Высокоэффективная жидкостная хроматография.
Какой биоматериал можно использовать для исследования?
Как правильно подготовиться к исследованию?
- Не принимать пищу в течение 8 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
- Не курить в течение 30 минут до исследования.
Общая информация об исследовании
Гемопоэз – комплексный процесс, включающий формирование и последовательное созревание клеток трех основных гемопоэтических ростков (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов). В норме у взрослого человека и ребенка функцию кроветворения выполняет красный костный мозг, сосредоточенный преимущественно в плоских костях и эпифизах трубчатых костей. Часть соединений, необходимых для гемопоэза, человеческий организм способен вырабатывать самостоятельно (АТФ, глицин, фосфолипиды). Однако значительную роль в процессе гемопоэза играют соединения, которые в естественных условиях организмом не синтезируются, – витамины и микроэлементы. Их поступление полностью зависит от качества питания.
Организации, занимающиеся разработкой рекомендаций по диетологии, периодически пересматривают и публикуют рекомендованные суточные нормы потребления витаминов и микроэлементов, рассчитанные для среднестатистического здорового человека определенной возрастной группы. Так, например, норма железа составляет 11 мг/сутки для младенца женского или мужского пола, 8 мг/сутки – для взрослого мужчины и 18 мг – для взрослой женщины, а беременные женщины должны получать не менее 27 мг железа в сутки. Дефицит или, наоборот, избыток этих соединений может оказывать негативное влияние на процесс гемопоэза.
Наибольшее клиническое значение имеет анемия, обусловленная дефицитом железа, фолиевой кислоты (витамин В9), витамина В12 (цианокобаламин) и В6 (пиридоксаль-5-фосфат). Несмотря на разную этиологию, различные формы анемии, однако, имеют схожую симптоматику в виде повышенной утомляемости, одышки и учащенного сердцебиения. По этой причине диагностика анемий и других нарушений кроветворения носит комплексный характер. Очень информативным является комплексное исследование, включающее витамины и микроэлементы, нарушение метаболизма которых может быть причиной заболевания.
Железо и витамин B6 необходимы для синтеза гема молекулы гемоглобина, а их дефицит приводит к нарушению созревания эритроцитов. Железодефицитная анемия (ЖА) – это самая частая форма анемии как среди взрослого населения, так и у детей. Причинами ЖА могут быть алиментарный дефицит железа (например, вегетарианство), кровопотеря (например, обильные менструации, частые носовые кровотечения), хроническое кровотечение пищеварительного тракта (язвенная болезнь желудка, геморрой), инфекционные заболевания (глистные инвазии), заболевания тонкой кишки (целиакия) и прием лекарственных средств (холестирамин, омепразол), затрудняющие всасывание железа. ЖА можно заподозрить при выявлении у пациента микроцитарной (MCV менее 80 мкм 3 ) анемии, а также некоторых других клинико-лабораторных характеристик крови: анизоцитоза (увеличение RDW) и гипохромии эритроцитов, а также тромбоцитоза.
Изолированный дефицит витамина В6 встречается достаточно редко, однако он является распространенным осложнением лечения изониазидом, циклосерином и пеницилламином. Клинико-лабораторные признаки анемии, обусловленной дефицитом витамина В6, напоминают таковые при железодефицитной анемии – характерны микроцитоз и гипохромия, – показатели обмена железа при этом, однако, в норме.
Другой причиной анемии является дефицит витаминов B12 (цианокобаламина) и B9 (фолиевой кислоты). Эти витамины необходимы для нормального синтеза ДНК и последующего деления клеток. Их дефицит приводит к развитию макроцитарной анемии (MCV более 100). Клинические и лабораторные изменения, наблюдаемые при дефиците фолиевой кислоты и витамина В12, очень похожи друг на друга, поэтому чаще эти формы анемии рассматривают вместе. Причинами дефицита В12 могут являться веганская диета, заболевания поджелудочной железы (хронический панкреатит), желудка (атрофический гастрит) и подвздошной кишки (болезнь Крона), препятствующие нормальному всасыванию этого витамина, и редко дифиллоботриоз,; причинами дефицита фолиевой кислоты — хронический алкоголизм, беременность, применение некоторых лекарственных препаратов (метотрексат, триметоприм, фенитоин). В отличие от других макроцитарных анемий, обусловленных, например, гипотиреозом, анемия, вызванная дефицитом витамина В12 или фолиевой кислоты, также является мегалобластической анемией – то есть в мазке крови наблюдаются гиперсегментированные нейтрофилы и ядросодержащие эритроциты.
Железо, фолиевая кислота и витамины В12 и В6 являются ключевыми компонентами кроветворения. Роль других микронутриетов также важна, однако не является определяющей. Так, например:
- кальций участвует в переключении кроветворения с печеночного на костномозговое, что происходит после рождения;
- медь выступает в роли кофактора фермента, окисляющего ионы железа до двухвалентного состояния Fe 2+ — именно в окисленной форме железо связывается с белком-переносчиком трансферрином и попадает в костный мозг;
- витамин Е (токоферол) препятствует воздействию оксидативного стресса на мембраны эритроцитов;
- омега-3 и омега-6 жирные кислоты регулируют пролиферацию клеток миелоидного ростка.
Дефицит этих, а также некоторых других микронутриентов может сопровождаться нарушением кроветворения.
Таким образом, к нарушению кроветворения, и в первую очередь к анемии, может приводить дефицит достаточно широкого спектра соединений. Комплексное исследование позволяет заподозрить причину заболевания. В некоторых случаях, однако, могут потребоваться дополнительные исследования, в том числе морфологическое исследование костного мозга.
Для чего используется исследование?
- Для диагностики заболеваний крови, в первую очередь анемии.
Когда назначается исследование?
- При наличии симптомов анемии: повышенной утомляемости, одышки, учащенного сердцебиения.
- При наличии факторов риска анемии: хронического кровотечения ЖКТ, обильных менструаций, хронических инфекционно-воспалительных заболеваний (глистные инвазии, туберкулез), приема некоторых лекарственных средств (омепразол, фенитоин, метотрексат), хронического алкоголизма и др.
- При обнаружении у пациента лабораторных признаков анемии (снижения уровня эритроцитов и/или гемоглобина).
Что означают результаты?
Магний: 12.15 — 31.59 мг/л
Железо: 270.00 — 2930.00 мкг/л
Цинк: 650.00 — 2910.00 мкг/л
Витамин В5 (пантотеновая кислота): 0.2 — 1.8 мкг/мл
Витамин D, 25-гидрокси (кальциферол): 3.0 — 49.6 нг/мл
Витамин К (филлохинон): 0.1 — 2.2 нг/мл
Кобальт: 0.10 — 0.40 мкг/л
Кальций: 86.00 — 102.00 мг/л
Молибден: 0.10 — 3.00 мкг/л
Медь: 575.00 — 1725.00 мкг/л
Хром: 0.05 — 2.10 мкг/л
Витамин Е: 5.00 — 18.00 мкг/мл
Витамин B9 (фолиевая кислота): 2.5 — 15.0 нг/мл
Витамин В12 (цианокобаламин): 189.0 — 833.0 пг/мл
Витамин В6 (пиридоксаль-5-фосфат): 8.70 — 27.20 нг/мл
Причины понижения показателей:
- алиментарный дефицит (вегетарианство, веганские диеты);
- период активного роста (подростки), беременность, лактация;
- заболевания кишечника, препятствующие нормальному всасыванию витаминов/микроэлементов (целиакия, болезнь Крона);
- хронический алкоголизм;
- прием некоторых лекарственных препаратов (фенитоин, пероральные контрацептивы, метотрексат, триметоприм и другие);
- наследственные нарушения метаболизма.
Причины повышения показателей:
- гемохроматоз (избыток железа);
- гиперпаратиреоз, злокачественные заболевания, саркоидоз, длительная иммобилизация (избыток кальция);
- гипервитаминоз витаминов D и E.
Что может влиять на результат?
- Возраст;
- характер питания;
- физиологическое состояние организма (беременность, лактация, реконвалесценция, интенсивные физические нагрузки);
- прием лекарственных препаратов;
- наличие сопутствующих заболеваний.
Кто назначает исследование?
Терапевт, врач общей практики, педиатр, гематолог.
Литература
- Varney ME, Buchanan JT, Dementieva Y, Hardman WE, Sollars VE. A high omega-3 fatty acid diet has different effects on early and late stage myeloid progenitors. Lipids. 2011 Jan;46(1):47-57. doi: 10.1007/s11745-010-3491-3. Epub 2010 Oct 31.
- Fauci et al. Harrison’s Principles of Internal Medicine/A. Fauci, D. Kasper, D. Longo, E. Braunwald, S. Hauser, J. L. Jameson, J. Loscalzo; 17 ed. — The McGraw-Hill Companies, 2008.
Источник
СИНТЕЗ ГЕМА
Пути биосинтеза гема удалось выяснить благодаря работам Shemin (1946—1953), Granick (1949—1968) и др. Было установлено, что для синтеза одной молекулы гема необходимо 8 молекул аминокислоты глицина (СНа — МНз — СООН). При помощи ферментов, содержащихся в ядерных эритроцитах птиц, удалось воспроизвести in vitro биосинтез порфиринов из глицина. Наиболее интенсивно этот биосинтез идет тогда, когда в инкубационной среде находится янтарная кислота или ее соли сукцинаты.
Янтарная кислота является основным компонентом, вступающим в соединение с глицином. Вначале ян-
тарная кислота связывается с коэнзимом А . Образуется сукцинил-коэнзим А, который связывается с глицином. Для осуществления этой связи необходим фермент синтаза б-аминолевулиновой кислоты, а в качестве кофермента необходим пиридоксальфосфат — производное витамина B6. В результате реакции (см. схему) образуется a-амино-b-кетоадипиновая кислота:
1 Коэнзим А — кофермент ацетилирования — является активной (простетической) группой ряда ферментов, осуществляющих процессы конденсации кислотных остатков (ацилов). При помощи этого кофермента происходит биологический синтез ряда веществ. Соединяясь с уксусной, янтарной и другими кислотами, коэнзим А (КоА) переводит их в активную форму (ацетил-коэнзим А, сукцинил-коэнзим А), способную вступать в другие соединения.
Как все b -кетоновые кислоты, a -амино- b -кетоадипиновая кислота — соединение очень нестойкое. Отщепление от нее группы СО 2 ведет к образованию d -аминолевулиновой кислоты — АЛК:
Из 2 молекул б-аминолевулиновой кислоты образуется порфобилиноген(ПБГ). Образование ПБГ из 2 молекул АЛК катализируется ферментом дегидратазой d-аминолевулиновой кислоты. Активный центр этого фермента содержит сульфгидрильные группы.
Из 4 молекул порфобилиногена образуется уропорфириноген. В процессе образования уропорфириногена из ПБГ участвуют два фермента. Первый из них — термостабильный фермент уропорфириноген-синтаза — ведет к образованию полипирилметана, из которого под влиянием второго— термолабильного фермента уро- порфириноген-III-косинтазы, разрушающегося при температуре 60°С, образуется третий физиологический изомер уропорфириногена. При инактивации второго фермента синтезируется первый изомер уропорфириногена, имеющийся в норме в организме лишь в следовых количествах. Первый изомер уропорфириногена способен лишь к образованию копропорфириногена I, непригодного для синтеза гема.
Из уропорфириногена образуется копропорфириноген. В этом синтезе участвует фермент декарбоксилаза уропорфириногена, который может использовать для синтеза лишь восстановленную форму— уропорфириноген и не может использовать окисленную форму— уропорфирин. Образование протопорфириногена из копропорфириногена осуществляется ферментом оксидазой копропорфириногена. Следующий этап — образование протопорфирина из протопорфириногена— катализирует фермент оксидаза протопорфириногена[Jackson et al., 1974; Poulson, 1976]. Протопорфириноген не связывает металлов. Протопорфирин легко соединяется с железом, а также может соединяться с кобальтом и никелем. Связывание небольшого количества двухвалентного железа протопорфирином может идти и без участия ферментов. Goldberg и соавт. (1956) установили, что гем в организме образуется и благодаря действию фермента, названного в дальнейшем феррохелатазой. Активный центр этого фермента, так же как и фермента дегидратазы d -аминолевулиновой кислоты, содержит сульфгидрильные группы.
Биосинтез порфиринов в организме осуществляется во всех клетках. Наибольшее количество порфиринов синтезируется в эритрокариоцитах костного мозга. Основная часть синтезированных там порфиринов идет на образование гемоглобина. Значительное количество порфиринов синтезируется в печени. Эти порфирины необходимы для образования каталазы, пероксидазы, цитохромов. В мышцах идет синтез гема, необходимого для образования миоглобина.
При определении порфиринов в моче, кале следует помнить, что они попадают туда из различных источников. У здоровых людей порфирины мочи и кала — это промежуточные продукты, образовавшиеся в ходе синтеза гема, оставшиеся неиспользованными. При патологических состояниях повышение содержания порфиринов может быть обусловлено гиперпродукцией этих веществ, недостаточной активностью ферментов, участвующих в их утилизации, и нарушением выведения порфиринов из организма.
АЛК и ПБГ попадают в мочу главным образом из эритрокариоцитов костного мозга и из печени. Главным источником порфиринов мочи в норме является печень; небольшая часть порфиринов попадает в мочу из эритрокариоцитов костного мозга. Копропорфириноген — основная форма нормального мочевого порфирина, однако он быстро окисляется в копропорфирин. В норме большая часть копропорфирина мочи относится кIII изомерной форме. В моче у здоровых людей содержится также небольшое количество уропорфирина.
Кал содержит порфирины как экзогенного, так и эндогенного происхождения. Порфирины эндогенного
.происхождения — Протопорфирин, копропорфирин — проникают в кал с желчью. Порфирины экзогенного происхождения — главным образом мезопорфирин и дейтропорфирин— являются продуктами жизнедеятельности некоторых микроорганизмов кишечника. Микроорганизмы могут производить порфирины из гемсодержащих составных частей пищи во время гниения, а также синтезировать порфирины из простых веществ.
Уропорфирин, копропорфирин и Протопорфирин могут быть определены в эритроцитах. Основной свободный порфирин эритроцитов — это Протопорфирин. Кроме того, в эритроцитах содержится малое количество свободного копропорфирина и уропорфирина.
В табл. 2 представлены нормы содержания порфиринов в моче, эритроцитах и кале. Содержание порфиринов в моче целесообразно выражать в микромолях на 1 г креатинина, так как за сутки выделяется с мочой около 1 г креатинина, а концентрация его в моче является мерой разведения мочи. Больной при этом не должен собирать суточную мочу.
Таблица 2. Нормальное содержание порфиринов и их предшественников в моче, кале и эритро-
Эритроциты здоровых людей содержат ферменты, способные синтезировать порфирины из d — аминолевулиновой кислоты (АЛК). Способность синтезировать АЛК или порфирины из глицина и янтарной кислоты, а также способность синтезировать гем из протопорфирина и железа зрелыми эритроцитами утрачивается.
Активность ферментов, синтезирующих порфирины из АЛК, выше в ретикулоцитах, чем в зрелых эритроцитах. Однако, по нашим данным [Идельсон Л. И-, 1968], и зрелые эритроциты сохраняют способность синтезировать in vitro порфирины. Ферменты, участвующие в синтезе порфиринов в эритроцитах, — это остатки ферментов костного мозга. Активность их в эритроцитах, по всей вероятности, пропорциональна активности ферментов костного мозга.
Биосинтез гема, вероятно, контролируется по принципу обратной связи, т. е. такой системы регуляции, при которой накопление продукта, образующегося в ходе реакции, служит сигналом для торможения или полного прекращения реакции. Работами Granick было показано, что скорость синтеза гема зависит от реакции
образования d -аминолевулиновой кислоты. Можно предположить, что гем подавляет образование синтазы АЛК.
Путь распада гемоглобина отличается от пути, по которому идет его биосинтез. Увеличение содержания в организме уропорфирина, копропорфирина, протопорфирина, d -аминолевулиновой кислоты, порфобилиногена никогда не является следствием распада гемоглобина; во всех случаях накопление этих веществ — следствие либо их повышенного производства, либо их недостаточного использования.
СТРУКТУРА ГЛОБИНА
Молекула гемоглобина здорового взрослого человека неоднородна. Основная фракция гемоглобина — гемоглобин А — составляет около 96% всего гемоглобина; 4% приходится на малые фракции; 3,5% составляют гемоглобин А 2 и 1—1,5% — гемоглобин F. Эти гемоглобины отличаются друг от друга аминокислотным составом.
Все три фракции гемоглобина состоят из одинакового количества аминокислот—574, которые располагаются в виде полипептидных цепей. Каждый гемоглобин содержит 4 попарно одинаковых полипептидных цепи. Эти цепи называют буквами греческого алфавита в зависимости от аминокислотной последовательности. Гемоглобин А состоит из двух a-цепей и двух b-цепей, гемоглобин А 2— из двух a-цепей и двух d-цепей, гемоглобин F содержит две a-цепи и две g-цепи- a-Цепь гемоглобина состоит из 141 аминокислоты, а b-, g — и d-цепи содержат по 146 аминокислот. Таким образом, все основные нормальные типы гемоглобина содержат одну одинаковую для всех цепь — a-цепь и вторую, отличающуюся от первой. Так, g-цепь, входящая в состав гемоглобина F, отличается от b-цепи, входящей в состав гемоглобина А, порядком аминокислот в 39 позициях, а d-цепь, входящая
в состав гемоглобина Аз, отличается от b-цепи порядком аминокислот в 10 позициях.
На самой ранней стадии развития эмбриона обнаружены3 эмбриональных гемоглобина, которые не встречаются на более поздних этапах развития плода, — это гемоглобины: Gower I, состоящий из двух z,-цепей
и двух e-цепей; Gower II, состоящий из двух а-цепей и двух e-цепей, и гемоглобин Portland, состоящий из двух z-
и двух g-цепей. В дальнейшем у эмбриона длиной16 мм (37 дней беременности) обнаруживаются 3 фракции гемоглобина —42% составляет гемоглобин Gower I, 24% — Gower II и остальное количество составляет гемоглобин F. У плода на 8—10-й неделе беременности количество гемоглобинаF составляет 90—95%, а 5—10% составляет появляющийся в этот период гемоглобин взрослого человека — гемоглобин А. При рождении у ребенка содержание гемоглобина F близко к 70%, а к возрасту 4—5 мес снижается до 10%.
Гемоглобин F отличается от гемоглобина А устойчивостью к щелочи. Еще в прошлом веке было показано, что гемоглобин плода в 155 раз более устойчив к воздействию щелочи, чем гемоглобин взрослого человека. Количественное определение гемоглобинаF основано на исследовании щелочной устойчивости гемоглобина. Гемоглобин А 2 количественно определяют в большинстве случаев электрофорезом в ацетат-целлюлозе.
Синтез различных цепей глобина контролируется различными генами. Гены, контролирующие синтез a -и b -цепи, находятся в разных хромосомах. Гены, отвечающие за синтез b -, g -, d — и, вероятно, e -цепи, находятся в одной хромосоме. В ходе развития эмбриона, плода, родившегося ребенка происходит «включение» синтеза одних цепей и «выключение» других. Так, на ранних этапах эмбрионального развития прекращается синтез e -цепи и включается синтез g -цепи, которые после рождения почти полностью заменяются b — и d -цепями. Продукция d -цепей в течение всей жизни постоянна и составляет 1/40 по отношению к выработке b -цепи. Синтез b — , g — и d -цепей контролируется одной парой генов(двумя аллелями), а синтез a -цепей, по всей вероятности, — двумя парами генов (четырьмя аллелями), из которых одна пара является главной, а другая побочной.
Различие в структуре между гемоглобиномF и гемоглобином взрослого человека связано с разницей в получении кислорода у плода и родившегося человека. Гемоглобин F имеет большее сродство к кислороду, чем гемоглобин А, так как получение кислорода от плаценты сопряжено с большими трудностями, чем получение кислорода из альвеол. Большее сродство гемоглобина F к кислороду сочетается с более низкой способностью гемоглобина F по сравнению с гемоглобином А связывать 2,3-дифосфоглицериновую кислоту, которая способствует понижению сродства к кислороду и более легкой отдаче крови тканям. Ткани плода содержат в норме меньшее количество кислорода, чем у родившегося человека.
Порядок расположения аминокислот в цепях гемоглобина — это первичная структура; она в настоящее время хорошо известна для всех нормальных гемоглобинов. Следующий уровень организации — это вторичная структура. Большая часть полипептидных цепей гемоглобина закручена вокруг своей продольной оси и составляет к-спираль. В полипептидных цепях глобина около75% составляют спиральные отрезки и25% — неспиральные участки. Третичная структура отражает пространственное расположение спирализованной полипептидной цепи в белковой молекуле. Perutz и соавт. при помощи рентгеноструктурного анализа показали, что существует некоторое пространство, составленное главным образом гидрофобными группами аминокислот, в котором помещается молекула гема, прикрепленная к глобину 12 аминокислотами. Под четвертичной структурой гемоглобина понимают связь между полипептидными цепями. В гемоглобине А a -цепь связана с b -цепью, образуя субъединицу; две такие субъединицы образуют молекулу гемоглобина. В связях a — и b -цепей в субъе-
Источник