06.06.01 РПУД Биохимия крови (новое окно)
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) НАЗВАНИЕ ШКОЛЫ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД) «Биохимия крови» 06.06.01 Биологические науки название профиля «Биохимия» Образовательная программа «Аспирантура» Форма подготовки (очная) Школа биомедицины Кафедра Современных методов диагностики и медицинских технологий курс 2 семестр 4 лекции 18 час. / 0,5 з.е. практические занятия 18 час. / 0,5 з.е. лабораторные работы не предусмотрены всего часов аудиторной нагрузки 36 (час.) / 1 з.е. самостоятельная работа 72 (час.) / 2 з.е. контрольные работы (количество) курсовая работа / курсовой проект _________ семестр зачет 4 семестр экзамен не предусмотрен Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации), утвержденного приказом министерства образования и науки РФ от 30 июля 2014 № 871 Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры современных методов диагностики и медицинских технологий, протокол № 5 от «20» января 2015 г.. Заведующий (ая) кафедрой Серебряная Н.Б. Составитель (ли): к.м.н., Момот Т.В. Оборотная сторона титульного листа РПУД I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (И.О. Фамилия) II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (И.О. Фамилия) АННОТАЦИЯ Дисциплина «Биохимия крови» предназначена для аспирантов, обучающихся по образовательной программе 06.06.01 Биологические науки, профиль «Биохимия» и входит в вариативную часть учебного плана. При разработке рабочей программы учебной дисциплины использованы Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по направлению подготовки 06.06.01 Биологические науки, учебный план подготовки аспирантов по профилю «Биохимия». Цель получение аспирантами комплекса фундаментальных знаний и практических навыков в области биохимии крови, которые позволят им квалифицированно моделированию изменениями разрабатывать основных биохимии и реализовывать патологических крови, углубление мероприятия процессов, знаний по отражающихся по патогенезу патологических процессов и их диагностике, используя информативные биохимические тесты крови, формирование навыков проведения научного исследования с целью повышения профессиональной подготовки в области патологической и клинической биохимии нарушений биохимического состава крови. Задачи освоения дисциплины заключаются в изучении: • биохимического состава крови в норме; • индикаторных и органоспецифических ферментов крови; • биохимического состава крови при заболеваниях; • современных подходов к интерпретации экспериментальных и клинических данных с точки зрения патогенеза различных заболеваний с помощью данных биохимии крови; • методов исследования содержания постоянных субстратов крови при патологических состояниях организма с целью дифференцированной диагностики. Интерактивные формы обучения составляют 4 часа и включают в себя лекция пресс-конференция, занятие круглый стол. Компетенции выпускника, формируемые в результате изучения дисциплины Профессиональные компетенции: ПК-2 Способность самостоятельно использовать основные теории, концепции и принципы биохимии; ПК-3 Способность самостоятельно анализировать имеющуюся информацию, выявлять фундаментальные проблемы, ставить задачу и выполнять лабораторные биохимические исследования при решении конкретных задач с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств, демонстрировать ответственность за качество работ и научную достоверность результатов; ПК-6 Демонстрирует естествознания, место понимание естественных философских наук в концепции выработке научного мировоззрения; ПК-7 Способность и готовность самостоятельно проводить и интерпретировать результаты лабораторных методов исследования. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины. Аспиранты должны приобрести следующие знания и умения: Знать: - представления о основных теориях, концепциях и принципах в избранной области касающиеся направления подготовки; - сформированные представления о основных методах биохимических исследований касающиеся направления подготовки; - представления о философских концепциях естествознания, касающиеся профиля подготовки; - принципы биохимических и других лабораторных исследования с учетом специфики профиля подготовки. Уметь: методах - использовать основные теории, концепции и принципы в избранной области; - самостоятельно выполнять научно-исследовательскую работу с учетом специфики направления подготовки; - определять место естественных наук в научном мировоззрении с учетом специфики профиля подготовки; - Интерпретировать результаты биохимических и других лабораторных методов исследования с учетом специфики профиля подготовки. Владеть: - системным подходом в решении поставленных задач с учетом специфики направленности подготовки; - методами лабораторных исследований, современной аппаратурой и вычислительной техникой с учетом специфики профиля подготовки; - методологией научного познания с учетом специфики направленности подготовки; - методиками проведения биохимических и других лабораторных методов исследований с учетом специфики профиля подготовки. I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА МОДУЛЬ 1. Составные компоненты крови ( 8 часов). Раздел I. Химический состав крови ( 8 часов). Тема 1. Белки крови и их физиологическая роль ( 2 часа) – лекция пресс-конференция. В начале занятия преподаватель называет тему лекции и просит студентов письменно задавать ему вопросы по данной теме. Каждый студент должен в течение 2-3 минут сформулировать наиболее интересующие его вопросы по теме лекции, написать их на листке бумаги и передать записку преподавателю. Преподаватель в течение 3-5 минут сортирует вопросы по их смысловому содержанию и начинает читать лекцию. Изложение материала преподносится в виде связного раскрытия темы, а не как ответ на каждый заданный вопрос, но в процессе лекции формулируются соответствующие ответы. В завершение лекции преподаватель проводит итоговую оценку вопросов, выявляя знания и интересы студентов. Лекция: Общее количество белков в плазме крови составляет 7—8%. Белки плазмы могут быть подразделены на две фракции, отличающиеся по своим физико-химическим свойствам: сывороточные альбумины и сывороточные глобулины. Сывороточные альбумины являются белками, имеющими частицы почти шарообразной формы с молекулярным весом 68 000. Эти белки хорошо растворимы в воде и не выпадают даже в том случае, если путем диализа или электродиализа из раствора целиком удаляются электролиты. При прибавлении электролитов альбумины высаливаются с трудом. Альбумины не осаждаются при половинном насыщении сернокислым аммонием, при полном насыщении хлористым натрием и сернокислым магнием. При полном насыщении сернокислым аммонием сывороточные альбумины осаждаются. Содержание альбуминов в плазме крови человека составляет 4—5%. Сывороточные глобулины представляют группу белков с меньшей степенью дисперсности и с неодинаковым молекулярным весом. Молекулярный вес их больше 100 000. Форма молекул более или менее вытянутая. В совершенно чистой воде глобулины нерастворимы. Поэтому при диализе они выпадают. При простом диализе остается, однако, незначительное количество электролитов, которое оказывается достаточным для того, чтобы часть глобулинов (так называемые псевдоглобулины) осталась в растворе. При применении электродиализа, когда удается удалить электролиты целиком, выпадают и псевдоглобулины. Глобулины высаливаются уже при половинном насыщении сернокислым аммонием и при полном насыщении сернокислым магнием. Хлористый натрий при полном насыщении осаждает глобулины лишь частично. Количество глобулинов в плазме крови человека составляет примерно 2.5%. Исследования последних лет показали, что в состав каждой фракции сывороточных белков входит значительное число (в обеих фракциях более 30) отдельных белков, отличающихся друг от друга и физико-химическими свойствами и играющих различную физиологическую роль. Общее содержание белков плазмы определяет коллоидно-осмотическое, или онкотическое, давление плазмы. Из общего осмотического давления в 7,6 атмосферы на долю осмотического давления, обусловленного присутствием в плазме коллоидов, приходится всего 25—30 мм ртутного столба, т. е. примерно давление, равное '/зо атмосферы. Столь незначительная величина давления обусловлена тем, что в связи с высоким молекулярным весом белков число частиц их сравнительно с общим числом молекул растворенных в плазме веществ мало. Тем не менее, эта часть общего осмотического давления имеет существенное значение для распределения воды между кровью и тканевой жидкостью. Обладая свойством кислоты и основания, белки плазмы способны выявлять буферные свойства при поступлении в кровь кислот и оснований. Альбумины удерживают в растворенном состоянии некоторые липоиды и тем самым способствуют их переносу кровью. В последнее время выяснено, что белки плазмы крови принимают непосредственное участие в белковом обмене всего организма. В опытах с введением в организм аминокислот с мечеными атомами азота (тяжелый изотоп с атомным весом 15) было обнаружено, что обновление состава белков плазмы происходит более быстро, чем обновление состава белков других тканей. Следовательно, белки плазмы интенсивно образуются и, очевидно, столь же быстро потребляются. Оказалось, что введением плазмы можно поддержать азотистое равновесие организма без введения пищи. Такой прием используется теперь для питания больных, которых при тех или иных болезнях или оперативных вмешательствах нельзя кормить через рот. Наряду с некоторыми другими факторами, белки плазмы крови играют существенную защитную роль при внедрении в организм инфекционного начала. Невосприимчивость организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет), в особенности приобретаемая в результате перенесенной болезни или проведенных прививок, в ряде случаев зависит от образования особых защитных или иммунных тел белковой природы, поступающих в плазму крови. Во всех случаях, когда в организм животного попадает, минуя пищеварительный тракт (парэнтерально), тот или иной чужеродный белок (антиген), в организме образуются так называемые антитела — вещества тоже белковой природы. Местом образования их является ретикулоэндотелиальная и лимфоидная ткань. В одних случаях эти вещества обезвреживают ядовитые вещества (токсин ы), выделяемые микроорганизмами. Такие защитные вещества плазмы или сыворотки крови называются антитоксинами. В других случаях в сыворотке крови образуются вещества, или склеивающие микробы (агглютинины), или растворяющие их (л и з и н ы), или осаждающие чужеродные для организма белки (и р е ц и п и т и н ы). Работами советских иммунологов показано большое значение центральной нервной системы в выработке иммунитета, в образовании защитных белков и поступлении их в плазму. Тема 2. Плазменные липопротеиды, их роль в развитии различных заболеваний ( 2 часа). Лекция: Липопротеины – это высокомолекулярные водорастворимые частицы, представляющие собой комплекс белков и липидов. В этом комплексе белки вместе с полярными липидами формируют поверхностный гидрофильный слой, окружающий и защищающий внутреннюю гидрофобную липидную сферу от водной среды и обеспечивающий транспорт липидов в кровяном русле и их доставку в органы и ткани. Плазменные липопротеины (ЛП) – это сложные комплексные соединения, имеющие характерное строение: внутри липопротеиновой частицы находится жировая капля (ядро), содержащая неполярные липиды (три-глицериды, эстерифицированный холестерин); жировая капля окружена оболочкой, в состав которой входят фосфолипиды, белок и свободный холестерин. Толщина наружной оболочки липопротеиновой частицы (ЛПчастица) составляет 2,1–2,2 нм, что соответствует половине толщины липидного бислоя клеточных мембран. Это позволило сделать заключение, что в плазменных липопротеинах наружная оболочка в отличие от клеточных мембран содержит липидный монослой. Фосфолипиды, а также неэстерифицированный холестерин (НЭХС) расположены в наружной оболочке таким образом, что полярные группы фиксированы наружу, а гидрофобные жирно-кислотные «хвосты» – внутрь частицы, причем какая-то часть этих «хвостов» даже погружена в липидное ядро. По всей вероятности, наружная оболочка липопротеинов представляет собой не гомогенный слой, а мозаичную поверхность с выступающими участками белка. Существует много различных схем строения ЛП-частицы. Предполагают, что входящие в ее состав белки занимают только часть наружной оболочки. Допускается, что часть белковой молекулы погружена в ЛП-частицу глубже, чем толщина ее наружной оболочки. Итак, плазменные ЛП представляют собой сложные надмолекулярные компонентами комплексы, комплекса в носят которых химические нековалентный связи характер. между Поэтому применительно к ним вместо слова «молекула» употребляют выражение «частица». Классификация липопротеинов. Существует несколько классификаций ЛП, основанных на различиях в их свойствах: гидратированной плотности, скорости флотации, электрофоретической подвижности, а также на различиях в апопротеиновом составе частиц. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на поведении отдельных ЛП в гравитационном поле в процессе ультрацентрифугирования. Применяя набор солевых плотностей, можно изолировать отдельные фракции ЛП: хиломикроны (ХМ) – самые легкие частицы, затем липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП). Различная электрофоретическая подвижность по отношению к глобулинам плазмы крови положена в основу другой классификации ЛП, согласно которой различают ХМ (остаются на старте подобно γ-глобулинам), β-ЛП, пре-β-ЛП и α-ЛП, занимающие положение β-, α1- и α2-глобулинов соответственно. Электрофоретическая подвижность фракций ЛП, выделенных путем ультрацентрифугирования, соответствует подвижности отдельных глобулинов, поэтому иногда используют двойное их обозначение: ЛПОНП и пре-β-ЛП, ЛПНП и β-ЛП, ЛПВП и α-ЛП (рис. 17.5). Следует помнить, что изолированные различными методами ЛП не являются полностью идентичными, поэтому рекомендуется использовать терминологию, соответствующую методу выделения. Тема 3. Аполипопротеины, и их роль ( 2 часа). Аполипопротеины являются специфическими белками липопротеиновых частиц. Их также называют апопротеинами. Апопротеины выполняют три основные функции: способствуют растворению ЭХС и ТГ посредством взаимодействия с ФЛ; регулируют реакции липидов с ферментами ЛХАТ, ЛПЛ, печёночной липазой; связывают липопротеины с рецепторами на поверхности клеток. Каждая липопротеиновая частица имеет в своем составе один или несколько апопротеинов, которые во многом определяют ее функциональные свойства. Аполипопротеин А Аполипопротеины (апо А) являются главными белковыми компонентами ЛВП и подразделяются на апо А-I и апо А-II. Апо А-I обеспечивает связывание частицы ЛВП с соответствующими рецепторами. Если в частице ЛВП обнаруживают оба апопротеина, то апо А-II способствует улучшению липидсвязывающих свойств апо А-I. Помимо своей рецепторной функции апо А-I является ко-фактором фермента ЛХАТ. Аполипопротеин В Аполипопротеин В (апо В) - наиболее крупный апопротеин, он гидрофобен и гетерогенен: выделяют два подкласса апопротеина В: апо В100 и апо В-48. Апо В-100 входит в состав ЛОНП, ЛПП и ЛНП, тогда как апо В-48, обнаруживают только в ХМ. Апо В-100 синтезируется в печёночных клетках и является лигандом (связывающим элементом) ЛНП к рецепторам, которые по наименованию апо-белка, обозначают как апо В-рецепторы. Апо В-48 синтезируется в эндотелии кишечника и входит в состав хиломикронов и ремнантов хиломикрон, однако, в отличие от апопротеина В-100, таким лигандом не является, и ремнанты хиломикрон удаляются из крови посредством рецепторов, которые «распознают» апопротеин Е, который также является структурным апобелком ремнант хиломикрон. Аполипопротеины С Аполипопротеины С (апо С) представляют собой три различных апопротеина, которые входят в состав как ЛОНП, так и в минимальных количествах ЛВП. Апо С-I является активатором фермента ЛХАТ, апо С-II – активатором фермента ЛПЛ, апо С-III оказывает ингибирующий эффект на этот фермент. Аполипопротеин Е Аполипопротеин Е (апо Е) находится в составе липопротеиновых частиц: ХМ, ЛОНП, ЛПП и ЛВП Изначально он поступает в плазму крови в составе «насцентных» (вновь синтезированных) ЛВП. В дальнейшем на различных этапах метаболизма липопротеинов, этот апобелок переходит на другие липопротеиновые частицы. Апо Е обладает рядом функций, в частности, обеспечивает лиганд-рецепторное взаимодействие липопротеиновых частиц с рецепторами, в результате чего происходит перенос ХС и его эфиров из крови в клетки тканей и органов, главным образом в печень. Тема 4. Ферменты плазмы крови ( 2 часа). Лекция: Ферменты плазмы (сыворотки) крови. Ферменты, которые обнаруживаются в норме в плазме или сыворотке крови, условно можно разделить на 3 группы: секреторные, индикаторные и экскреторные. Секреторные ферменты, синтезируясь в печени, в норме выделяются в плазму крови, где играют определенную физиологическую роль. Типичными представителями данной группы являются ферменты, участвующие в процессе свертывания крови, и сывороточная холинэстераза. Индикаторные (клеточные) ферменты попадают в кровь из тканей, где они выполняют определенные внутриклеточные функции. Один из них находится главным образом в цитозоле клетки (ЛДГ, альдолаза), другие – в митохондриях (глутаматдегидрогеназа), третьи – в лизосомах (β- глюкуронидаза, кислая фосфатаза) и т.д. Большая часть индикаторных ферментов в сыворотке крови определяется в норме лишь в следовых количествах. При поражении тех или иных тканей ферменты из клеток «вымываются» в кровь; их активность в сыворотке резко возрастает, являясь индикатором степени и глубины повреждения этих тканей. Экскреторные ферменты синтезируются главным образом в печени (лейцинаминопептидаза, щелочная фосфатаза и др.). В физиологических условиях эти ферменты в основном выделяются с желчью. Еще не полностью выяснены механизмы, регулирующие поступление данных ферментов в желчные капилляры. При многих патологических процессах выделение экскреторных ферментов с желчью нарушается, а активность в плазме крови повышается. Особый интерес для клиники представляет исследование активности индикаторных ферментов в сыворотке крови, так как по появлению в плазме или сыворотке крови ряда тканевых ферментов в повышенных количествах можно судить о функциональном состоянии и поражении различных органов (например, печени, сердечной и скелетной мускулатуры). При остром инфаркте миокарда особенно важно исследовать активность креатинкиназы, АсАТ, ЛДГ и оксибутиратдегидрогеназы. При заболеваниях печени, в частности при вирусном гепатите (болезнь Боткина), в сыворотке крови значительно увеличивается активность АлАТ и АсАТ, сорбитолдегидрогеназы, глутаматдегидрогеназы и некоторых других ферментов. Большинство ферментов, содержащихся в печени, присутствуют и в других органах тканей. Однако известны ферменты, которые более или менее специфичны для печеночной ткани. К таким ферментам, в частности, относится γ-глутамилтранспептидаза, или γ-глутамилтрансфераза (ГГТ). Данный фермент – высокочувствительный индикатор при заболеваниях печени. Повышение активности ГГТ отмечается при остром инфекционном или токсическом гепатите, циррозе печени, внутрипеченочной или внепеченочной закупорке желчных путей, первичном или метастатическом опухолевом поражении печени, алкогольном поражении печени. Иногда повышение активности ГГТ наблюдается при застойной сердечной недостаточности, редко – после инфаркта миокарда, при панкреатитах, опухолях поджелудочной железы. Органоспецифическими ферментами для печени считаются также гистидаза, сорбитолдегидрогеназа, аргиназа и орнитинкарбамоилтрансфераза. Изменение активности этих ферментов в сыворотке крови свидетельствует о поражении печеночной ткани. В настоящее время особо важным лабораторным тестом стало исследование активности изоферментов в сыворотке крови, в частности изоферментов ЛДГ. Известно, что в сердечной мышце наибольшей активностью обладают изоферменты ЛДГ1 и ЛДГ2, а в ткани печени – ЛДГ4 и ЛДГ5 (см. главу 10). Установлено, что у больных с острым инфарктом миокарда в сыворотке крови резко повышается активность изоферментов ЛДГ1 и отчасти ЛДГ2. Изоферментный спектр ЛДГ в сыворотке крови при инфаркте миокарда напоминает изоферментный спектр сердечной мышцы. Напротив, при паренхиматозном гепатите в сыворотке крови значительно возрастает активность изоферментов ЛДГ4 и ЛДГ5 и уменьшается активность ЛДГ1 и ЛДГ2. Диагностическое значение имеет также исследование активности изофер-ментов креатинкиназы в сыворотке крови. Существуют по крайней мере 3 изофермента креатинкиназы: ВВ, ММ и MB. В мозговой ткани в основном присутствует изофермент ВВ (от англ. brain – мозг), в скелетной мускулатуре – ММ-форма (от англ. muscle – мышца). Сердце содержит гибридную МВ-форму, а также ММ-форму. Изоферменты креатинкиназы особенно важно исследовать при остром инфаркте миокарда, так как МВформа в значительном количестве содержится практически только в сердечной мышце. Повышение активности МВ-формы в сыворотке крови свидетельствует о поражении именно сердечной мышцы. Возрастание активности ферментов сыворотки крови при многих патологических процессах объясняется прежде всего двумя причинами: 1) выходом в кровяное русло ферментов из поврежденных участков органов или тканей на фоне продолжающегося их биосинтеза в поврежденных тканях; 2) одновременным повышением каталитической активности некоторых ферментов, переходящих в кровь. Возможно, что повышение активности ферментов регуляции обмена при веществ «поломке» связано механизмов с внутриклеточной прекращением действия соответствующих регуляторов и ингибиторов ферментов, изменением под влиянием различных факторов строения и структуры макромолекул ферментов. Раздел II. Клетки крови ( 2 часа). Тема 1. Биохимические особенности клеток крови ( 2 часа). Лекция: У человека в 1 мкл крови содержится 5•106 эритроцитов (красные кровяные клетки), которые образуются в костном мозге. Зрелые эритроциты человека и других млекопитающих лишены ядра и почти целиком заполнены гемоглобином. Средняя продолжительность жизни этих клеток 125 дней. Разрушаются эритроциты в селезенке и печени. Концентрация гемоглобина в крови зависит от общего количества эритроцитов и содержания в каждом из них гемоглобина. Поэтому выделяют гипо-, нормо- и гиперхромную анемию в зависимости от того, сопряжено ли падение уровня гемоглобина крови с уменьшением или увеличением его содержания в одном эритроците. Большую часть гемоглобина взрослого человека составляет HbA1 (96– 98% от общего содержания гемоглобина), в небольшом количестве присутствуют НbА2 (2–3%), а также HbF (менее 1%), которого много в крови новорожденных. У некоторых людей в крови обнаруживаются генетически обусловленные аномальные гемоглобины (см. главу 2), всего описано более 100 типов таких гемоглобинов. Появление в крови аномальных типов гемоглобина нередко приводит к возникновению характерных анемий, которые получили название «гемоглобинопатии», или «гемоглобинозы». Следует заметить, что в эритроцитах интенсивно протекают гликолиз и пентозофосфатный путь. Содержание лейкоцитов в 1 мкл крови составляет около 7•103, т.е. почти в 1000 раз меньше, чем эритроцитов. Лейкоциты в отличие от эритроцитов являются полноценными клетками с большим ядром и митохондриями и высоким содержанием нуклеиновых кислот. В них сосредоточен весь гликоген крови, который служит источником энергии при недостатке кислорода, например, в очагах воспаления. Лейкоциты представлены клетками 3 типов: лимфоцитами (26% от общего числа лейкоцитов), моноцитами (7%) и полиморфно-ядерными лейкоцитами, или гранулоцитами (70%). При окрашивании различными красителями выявляются 3 типа гранулоцитов: нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Лимфоциты продуцируются в лимфатической ткани, основная их функция – образование антител, в частности иммуноглобулинов. Моноциты вдвое крупнее лимфоцитов; они способны переваривать клетки бактерий. Гранулоциты образуются в красном костном мозге и выполняют различные функции: например, основная функция нейтрофилов – фагоцитоз. Наконец, в крови имеются кровяные пластинки, или тромбоциты, которые образуются из цитоплазмы мегакариоцитов костного мозга. Тромбоциты не могут считаться полноценными клетками, поскольку не содержат ядра, однако в них протекают все основные биохимические процессы: синтезируется белок, происходит обмен углеводов и липидов, осуществляется биологическое окисление, сопряженное с фосфорилированием, и т.д. Основная физиологическая функция кровяных пластинок – участие в процессе свертывания крови. МОДУЛЬ 2. Функции крови ( 10 часов). Раздел I. Биохимические функции крови и их характеристика ( 10 часов). Тема 1. Транспортная функция крови ( 2 часа). Транспортная функция. Кровь переносит необходимые для жизнедеятельности органов и тканей различные вещества, газы и про­дукты обмена. Транспортная функция осуществляется как плазмой, так и форменными элементами. Последние могут переносить все вещества, входящие в состав крови. Многие из них переносятся в неизмененном виде, другие вступают в нестойкие соединения с различными белками. Благодаря транспорту осуществляется дыхательная функция крови. Кровь осуществляет перенос гормонов, питательных веществ, продуктов обмена, ферментов, раз­личных биологически активных веществ, солей, кислот, щелочей, катионов, анионов, микроэлементов и др. С транспортом связана и экскреторная функция крови — выделение из организма метаболитов, отслуживших свой срок или находящихся в данный момент в избытке веществ. Тема 2. Осмотическая функция крови ( 2 часа). Осмотическое давление крови – сила, с которой растворитель переходит через полунепроницаемую мембрану из менее в более концентрированный раствор. Осмотическое давление крови вычисляют криоскопическим методом путем определения точки замерзания крови (депрессии), которая для нее равна 0,56 – 0,58 С. Осмотическое давление крови в среднем составляет 7,6 атм. Оно обусловлено растворенными в ней осмотически активными веществами, главным образом неорганическими электролитами, в значительно меньшей степени – белками. Около 60% осмотического давления создается солями натрия (NаСl). Осмотическое давление определяет распределение воды между тканями и клетками. Функции клеток организма могут осуществляться лишь при относительной стабильности осмотического давления. Если эритроциты поместить в солевой раствор, имеющий осмотическое давление, одинаковое с кровью, они не изменяют свой объем. Такой раствор называют изотоническим, или физиологическим. Это может быть 0,85% раствор хлористого натрия. В растворе, осмотическое давление которого выше осмотического давления крови, эритроциты сморщиваются, так как вода выходит из них в раствор. В растворе с более низким осмотическим давлением, чем давление крови, эритроциты набухают в результате перехода воды из раствора в клетку. Растворы с более высоким осмотическим давлением, чем давление крови, называются гипертоническими, а имеющие более низкое давление – гипотоническими. Тема 3. Буферная функция крови ( 2 часа). Буферные системы крови обеспечивают постоянную величину рН при поступлении в нее кислых или основных продуктов. Они является первой «чертой охраны», которая поддерживает рН, пока продукты, которые поступили, не будут выведены или использованы в метаболических процессах. В крови есть четыре буферные системы: гемоглобиновая, бикарбонатная а фосфатная, белковая. Каждая система состоит из двух соединений - слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания. Буферный эффект обусловлен связыванием и нейтрализацией ионов, поступающих соответствующим составом буфера. В связи с тем что в естественных условиях организм чаще встречается с поступлением в кровь недоокисленных продуктов обмена, антикислотные свойства буферных систем преобладают по сравнению с антиосновными. Бикарбонатный буфер крови Бикарбонатный буфер крови достаточно мощный и наиболее мобильный. Роль его в поддержании параметров КОР крови увеличивается за счет связи с дыханием. Система состоит из Н2С03 и NaHC03, что находятся друг от друга в соответствующей пропорции. Принцип ее функционирования заключается в том, что при поступлении кислоты, например молочной, которая сильнее, чем угольная, основной резерв обеспечивает процесс обмена ионами с образованием слабодисоциируемой угольной кислоты. Угольная кислота восполняет пул, который уже в крови, и сдвигает реакцию H2C03 C02 + Н20 вправо. Особенно активно этот процесс осуществляется в легких, где образованный С02 сразу выводится. Возникает своеобразная открытая система бикарбонатного буфера и легких, благодаря которой напряжение свободного С02 в крови поддерживается на постоянном уровне. Это в свою очередь обеспечивает поддержание рН в рови на постоянном уровне. В случае поступления в кровь основы происходит реакция ее с кислотой. Связывание НСО3-приводит к дефициту С02 и уменьшение выделения его легкими. При этом увеличивается основной резерв буфера, что компенсируется за счет роста выделение NaCl почками. Буферная система гемоглобина Буферная система гемоглобина самая мощная. На ее долю приходится более половины буферной емкости крови. Буферные свойства гемоглобина обусловлены соотношением восстановленного гемоглобина (ННЬ) и его калиевой соли (КНЬ). В слабощелочных растворов, каким является кровь, гемоглобин и оксигемоглобин имеют свойства кислот и является донаторами Н + или К + Эта система может функционировать самостоятельно, но в организме она тесно связана с предыдущей. Когда кровь находится в тканевых капиллярах, откуда поступают кислые продукты, гемоглобин выполняет функции основания: КНЬ + Н2С03 -- ННЬ + КНС03. В легких гемоглобин, напротив, ведет себя как кислота предотвращает защелощение крови после выделения углекислоты. Оксигемоглобин сильнее кислота, чем дезоксигемоглобином. Гемоглобин, который освобождается, в тканях от О2, приобретает большую способность к связыванию, вследствие чего венозная кровь может связывать и накапливать С02 без существенного сдвига рН. Тема 4. Обезвреживающая функция крови ( 2 часа). Защитные функции. Чрезвычайно разнообразны. С наличием в крови лейкоцитов связана специфическая (иммунитет) и неспе­цифическая (главным образом фагоцитоз) защита организма. В со­ставе крови содержатся все компоненты так называемой системы комплемента, играющей важную роль, как в специфической, так и неспецифической защите. К защитным функциям относится сохранение циркулирующей крови в жидком состоянии и остановка кровотечения (гемостаз) в случае нарушения целостности сосудов. Тема 5. Защитная, регуляторная, гемостатическая функция крови ( 2 часа). Гуморальная регуляция деятельности организма. В первую очередь связана с поступлением в циркулирующую кровь гормонов, биологически активных веществ и продуктов обмена. Благодаря регуляторной функции крови осуществляется сохранение постоянства внутренней среды организма, водного и солевого баланса тканей и температуры тела, контроль за интенсивностью обменных процессов, регуляция гемопоэза и других физиологических функций. Гемостатическая функция крови Один из глобулинов плазмы крови — фибриноген — обычно рассматривается отдельно от данной группы белков. Связано это с тем, что он обладает замечательным свойством становиться нерастворимым в определенных условиях и принимать при этом волокнистую структуру, переходя, таким образом, в фибрин. Содержание фибриногена в плазме крови составляет всего 0,3%, но именно его переходом в фибрин обусловливается свертывание крови, благодаря которому жидкая кровь в течение нескольких минут превращается в плотный сгусток. В дальнейшем сгусток постепенно съеживается, удерживая в себе форменные элементы крови и выжимая из себя кровяную сыворотку. Сыворотка (serum) по своему составу отличается от плазмы только отсутствием фибриногена. Свертывание крови, происходящее при всяком излиянии крови из кровеносных сосудов, представляет сложный и в некоторых отношениях недостаточно выясненный Превращение фибриногена ферментативный в фибрин процесс (А. совершается при Шмидт). воздействии тромбазы, или тромбина. В крови, циркулирующей в кровеносных сосудах, этот фермент находится в недеятельном состоянии в форме п р о т р о м б а з ы. Для того чтобы протромбаза превратилась в активный фермент — тромбазу, она должна подвергнуться в присутствии ионов кальция воздействию активатора — тромбокиназы. Тромбокиназы в жидкой части крови нет, но она содержится в тканях и в форменных элементах крови, а именно в тромбоцитах и лейкоцитах. Природа тромбокиназы окончательно не выяснена, но имеется основание считать ее целым комплексом тромбопластических веществ. К числу последних относятся, невидимому, некоторые липоиды, в особенности некоторые липопротеиды, т. е. сложные белки, содержащие, помимо белковой части, также липоидные группировки. Для активирования протромбазы необходимо наличие ионов кальция. Таким образом, для свертывания крови или плазмы крови необходимы четыре компонента: фибриноген, протромбаза, соли кальция и тромбокиназа. В плазме крови из этих четырех компонентов налицо только три первых. При всяком ранении сосудов, когда кровь изливается наружу, одновременно повреждаются прилегающие к сосуду ткани, а также разрушается и часть форменных элементов крови. Под влиянием активирующего действия освобожденной из тромбоцитов и из разрушающихся клеточных тел тромбокиназы происходит свертывание крови. Кроме перечисленных факторов, ускоряющую роль в процессе свертывания крови играет еще один из белков глобулиновой природы. Отсутствие этого белка приводит к замедлению свертывания крови, что в свою очередь является причиной кровоточивости при так называемой гемофилии. В некоторых особых случаях свернувшаяся вначале кровь затем вновь разжижается, например, в трупах людей, погибших от несчастных случаев. Это связано с появлением в крови особого фермента, осуществляющего фибринопиз, т. е. расщепление фибрина. Такая трупная кровь пригодна для переливания ее больным людям. По-видимому, этот фермент поступает в кровь в момент умирания из легких. Впервые понижение свертывания крови при протекании ее через легкие было обнаружено И. П. Павловым во время проведения им опытов с сердечно-легочным препаратом. Поступление этого фермента из легких в кровь при несчастных случаях зависит от влияний, идущих от центральной нервной системы (В. С. Ильин). Противосвертывающие средства. Из описанной схемы свертывания крови легко установить, как предохранить кровь от свертывания. Первый способ — собрать кровь при минимальных повреждениях ткани и притом так, чтобы кровь по возможности не соприкасалась с поврежденными клетками. Однако соприкосновения крови со стенками стеклянного сосуда уже достаточно, чтобы начали разрушаться лейкоциты и тромбоциты, в особенности последние. Поэтому для того, чтобы сохранить кровь в течение некоторого времени несвернувшейся, надо стенки сосуда покрыть слоем жидкого парафина. Но и таким образом удается лишь задержать свертывание крови, а не предотвратить его. Если выпущенную из сосуда кровь взбивать при помощи стеклянных палочек, стеклянных бус, пучка прутиков и т. д., то фибриноген выделяется на поверхности этих тел в форме фибрина, и последний может быть из крови удален. По удалении фибриногена в крови уже нет того белка, который обладает способностью давать плотную густую волокнистую структуру, составляющую остов свертка. Естественно, что такая дефибринированная кровь не может больше свертываться. Дефибринированная кровь часто используется для изучения различных свойств крови. При отделении в ней жидкой части от форменных элементов получается уже не плазма крови, а сыворотка. Вводить дефибринированную кровь в организм с целью восполнения кровопотерь нельзя, так как при дефибринировании могут остаться небольшие свертки, способные закупорить мелкие сосуды. Важнейшим способом предохранения крови от свертывания является удаление или связывание ионов кальция. Кальций может быть осажден солями щавелевой кислоты (2 мг Na2C204 на 1 мл крови), фтористым натрием или связан солями лимонной кислоты. Однако кровь, содержащая хотя бы небольшое количество щавелевокислых солей (оксалатная кровь) или фтористых солей, из-за ядовитости этих соединений не может употребляться для переливания. Кровь же, предохраненная от свертывания добавлением лимоннокислого натрия (цитратная кровь), широко применяется для переливания. Такую кровь при низкой температуре удается сохранить в течение 20—30 дней и даже более (консервирование крови). Консервирование крови сделало возможным широкое применение переливания крови для спасения от гибели людей при кровотечениях. В разработке проблемы переливания крови и консервирования ее для целей переливания большой вклад был сделан отечественными учеными (В. Н. Шамов, Н. Н, Еланский и др.). Переливание крови в годы Великой Отечественной войны широко использовалось на фронте и помогло спасти жизнь большому числу раненых воинов. Переливание крови применяется также после тяжелых операций. Имеются вещества, которые, воздействуя известным образом на ферментативную систему, препятствуют свертыванию крови. К числу их относится гирудин, добываемый из головок медицинских пиявок, гепарин, добываемый из печени и из легких животных, и, наконец, ряд синтетических красок. Новейшие исследования показывают, что гепарин содержится в так называемых «тучных клетках», располагающихся по ходу кровеносных сосудов. Это дает основание предполагать, что гепарин обладает специфической функцией антитромбина, т. е. предохраняет кровь от свертывания в кровеносных сосудах при образовании незначительных количеств тромбокиназы из разрушающихся тромбоцитов. Изменения скорости свертывания крови. Биологическое значение свертывания крови огромно, так как оно обеспечивает быстрое прекращение кровотечения при ранении сосуда. В случае особой болезни — так называемой гемофилии — свертывание крови резко замедляется вследствие отсутствия одного из белков глобулиновой природы. Люди, страдающие гемофилией, легко могут погибнуть от потери большого количества крови даже при небольших ранениях. Свертываемость крови понижается и при некоторых других заболеваниях, например, при желтухе, при недостатке в пище витамина К, а также при нарушении поступления желчи в кишечник (желтуха), когда витамин К не всасывается (стр. 384). В таких случаях всякое операционное вмешательство, в особенности на паренхиматозных органах, грозит большим кровотечением. Для остановки кровотечения применяются препараты из свернувшейся бычьей плазмы или пленки из фибрина. В этих препаратах имеется готовый тромбин, а нити фибрина, наносимого непосредственно на кровоточащую поверхность, являются «зародышевыми» центрами, у которых мгновенно начинает свертываться фибриноген крови оперируемого человека. Благодаря этому вся кровоточащая поверхность быстро покрывается сгустками. Промежуточные продукты обмена веществ в плазме крови В крови постоянно находятся как вещества, которые необходимы клеткам для их жизнедеятельности, так и конечные продукты обмена веществ, которые подлежат удалению из организма. Если из крови осадить все белки, то в фильтрате останется еще ряд азотистых веществ: аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, креатин и очень малые количества некоторых других азотсодержащих веществ. Азот всех этих веществ носит название остаточного, или небелкового, азота. Количество его в крови у здоровых людей составляет 20—40 мг%, т. е. 20— 40 мг на 100 мл крови. Большинство этих веществ распределяется между плазмой крови и эритроцитами почти равномерно. При некоторых заболеваниях почек нарушается выведение из крови азотистых продуктов обмена веществ, в частности, мочевины. •Содержание остаточного азота возрастает — наступает азотемия. Азотемия является одним из проявлений патологического состояния организма, когда продукты обмена, в нормальном состоянии выводимые мочой, накапливаются в организме (уремия). В качестве промежуточных продуктов углеводного обмена в крови всегда находится сахар (глюкоза) и молочная кислота. Углеводы всасываются в кишечнике в виде глюкозы, а из крови глюкоза поступает в различные органы, где либо используется в качестве энергетического материала, либо восполняет запасы гликогена в клетках. В обычных условиях содержание сахара в крови у человека и высших животных составляет натощак 0,07— 0,1% (70—100 мг%). После приема пищи, богатой углеводами, особенно сахаром, уровень сахара в крови повышается. Наблюдается так называемая алиментарная (т. е. пищевая) г и п е р^ гликемия. Молочная кислота является промежуточным продуктом обмена углеводов. В условиях мышечного покоя содержание молочной кислоты в крови невелико и составляет 10—15 мг%. При напряженной работе вследствие перехода накапливающейся молочной кислоты из мышц количество молочной кислоты в крови может возрасти в несколько раз. Общее количество жиров в плазме крови составляет около 0,5%.. Часть этого количества составляют нейтральные жиры, часть — фосфа-тиды (лецитин), часть — холестерин и его эфиры. После приема больших количеств жира, а также при некоторых болезнях (например, при диабете) содержание жира в плазме крови может быть значительно повышенным. Такое состояние называется липемией. II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА Практические занятия ( 18 часов). Занятие 1. Химический состав крови ( 4 часа.) – круглый стол ( 2 часа). 1. Значение крови для организма. 2. Химический состав крови. Белки крови и их физиологическая роль. 3. Определение общего белка крови. Занятие проводится с применением интерактивных методов обучения в форме «круглого стола», включающего учебную дискуссию с разбором практических примеров. Студентам предлагаются для обсуждения темы, соответственно плана занятия. Методические рекомендации по проведению: Во время самостоятельной работы студенты готовятся к проведению практического задания: изучают источники из списка литературы и электронных образовательных ресурсов, охватывающих данную тему, знакомятся с понятиями и определениями, используемыми в данной теме, подбирают практические примеры по темам. При проведении «круглого стола» проводится подготовленных студентами. разбор и обсуждение примеров, Занятие 2. Плазменные липопротеиды, их роль в развитии различных заболеваний. Аполипопротеины, и их роль. ( 2 часа). 1. Определение ЛП плазмы крови. Занятие 3. Ферменты плазмы крови ( 4 часа). 1. Определение для диагностики различных заболеваний. 2. Индикаторные и органоспецифические ферменты. 3. Определение активности щелочной фосфатазы, диагностическое значение. Занятие 4. Клетки крови ( 4 часа). 1. Биохимические особенности клеток крови. 2. Подсчет форменных элементов крови. Занятие 5. Функции крови ( 4 часа). 1. Транспортная функция крови. 2. Осмотическая функция крови. 3. Защитная функция крови. 4. Гемостатическая функция крови. III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА Фонд оценочных средств прилагается. Перечень контрольных вопросов 1. Значение крови для организма. Функции крови. 2. Химический состав крови в норме. Белки крови и их физиологическая роль. Гипо- и гиперпротеинемия. 3. Характеристика альбуминов, глобулинов, фибриногена крови. 4. Плазменные липопротеиды и их роль в развитии различных заболеваний, в частности атеросклероза. 5. Аполипопротеиды, АПО-белки. Их функции – ферментативная, структурная, рецепторная и т.д. 6. Регуляторные пептиды крови. 7. Ферменты плазмы крови, их определение для диагностики различных заболеваний. 8. Индикаторные и органоспецифические ферменты. 9. Небелковые азотистые компоненты крови. Азотемия, причины развития. 10. Безазотистые органические компоненты крови. 11. Электролитный состав плазмы крови.. 12.Буферные системы крови и кислотно-основное равновесие. IV. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Основная литература 1. Л. В. Авдеева, Т. Л. Алейникова, Л. Е. Андрианова и др. Биохимия учебник для медицинских вузов; под ред. Е. С. Северина / Москва ГЭОТАР-Медиа Режим 2013. доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:695358&theme=FEFU 2. А. Н. Баландина, М. А. Пантелеев, Ф. И. Атауллаханов. Система свертывания крови и ее регуляция / Москва : Наука, Природа : естественнонаучный журнал 2011. - № 3. Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:305936&theme=FEFU Дополнительная литература 1. Рогожин В.В. Практикум по биохимии / Издательство "Лань». Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=Lan:/usr/vtls/ChamoHome/visualizer/d ata_lan/data_lan+%285946%29.xml&theme=FEFU 2. Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес Биохимия человека [учебник] [и др.] ; пер. с англ. М. Д. Гвоздовой, Р. Б. Капнер, А. Л. Остермана [и др.] / Москва Мир БИНОМ. Лаборатория знаний 2009. Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:277694&theme=FEFU 3. Н. Н. Чернов, Т. Т. Березов, С. С. Буробина и др. Биохимия : руководство к практическим занятиям учебное пособие ; под ред. Н. Н. Чернова / Москва ГЭОТАР-Медиа 2009. Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:730143&theme=FEFU
