Биохимия лёгких

1.

Военно-медицинская академия
доцент Гавриленко И.С.
Лекция
«БИОХИМИЯ
Гапонов А.К.
ЛЕГКИХ»
г. Санкт-Петербург

2.

Функции легких
I дыхательная
II метаболическая

3.

I. ДЫХАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ
1. Газообмен О2 и СО2
Альвеол: 300 - 500 млн.
Площадь: ~ 150 м2
2. Мукоцилиарный клиренс - очищение
3. Увлажнение и нагревание «физиологический кондиционер»

4. Дыхательная функция

1 . Газообмен О2 и СО2 (межальвеолярная
перегородка - базальная мембрана)
pO2 pCO2
O2 + HHb HHbO2
HHbO2 + KHCO3 KHbO2 + H2CO3
KA
CO2
H2 O
HHbNH - COOH CO2 + HHb
CO2 - физически растворен в венозной крови

5. 2. Мукоцилиарный клиренс (бронхи)

Функции: (бокаловидные клетки)
а) наружный слой слизи - гель, вязкий плотный прилипание частиц, микроорганизмов.
Препятствует проникновению микробов,
предотвращает «высыхание» эпителия.
б) Внутренний слой - золь. Свободное движение
ресничек эпителия (25 раз/сек)

6. Альвеолярные клетки:

I типа. Функции: аэро-гематический барьер.
Занимают 97% площади. Плоские.
II типа. Функции: синтез сурфактанта. Выброс
из гранул на поверхность альвеолярного
эпителия. Образование апофазы и гипофазы.
Клетки I типа соединяются базальной
мембраной с эндотелием.
Клетки Клара (экзокриноциты) - синтез
сурфактанта и детоксикация.

7. СУРФАКТАНТ (синтез в альвеолоцитах II типа и клетках Клара)

Альвеолы.
– поверхностно-активная «пленка»-апофаза
Состав:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
холестерин-8%
Тг, Дг и Мг - 4 %
ф о с ф а т и д и л х о л и н (Фл) - 66 %
фосфатидилэтаноламин-5%
фосфатидилсерин-4%
лизофосфатидилхолин-2%
с ф и н г ом и е л и н а - 1 %
углеводы-1%
белки-9%

8. Функции сурфактанта

поверхностного натяжения - препятствует
слипанию альвеол;
– препятствует проникновению воды в
альвеолы (противоотечный барьер);
– бактериоцидная;
– иммуномодулирующая;
активность альвеолярных макрофагов.

9. СКОРОСТЬ ОБНОВЛЕНИЯ СУРФАКТАНТА:

10 - 40 % за 1 час
Синтез сурфактанта кортикостероиды.
~
Альвеолоциты II типа и клетки Клара
– синтез и секреция интерферона и лизоцима;
– обмен и детоксикация ксенобиотиков

10. Гипофаза - нижняя фаза

Табулярная пластина из
миэлина, прикрепленного к
эпителию

11. Альвеолярные макрофаги - «свободные фагоциты».

Функции:
– фагоцитоз;
– синтез: цитокинов, Пг, лейкотриенов, комплемента, ИЛ-1, интерферона, гранулы цитопоэтина, БАВ
(гистамин, серотонин);
– выброс коллагеназы, эластазы;
– противоопухолевые факторы;
– активность снижается при: курении, голодании,
охлаждении;
– переходят в мокроту.

12.

1. Реснитчатые клетки - контакт с базальной
мембраной (трахея, нос; частота биения 25 раз/сек).
2. Бокаловидные клетки - (нос, трахея, кр. бронхи,
бронхиолы. В терминальных - их нет).
Функция: выработка слизи (бактериоцидные св-ва)
3. Базальные клетки - связь с базальной мембраной.
4. Щеточные клетки - рецепторы чувствит. Нервных
окончаний.
5. Клетки Клара (экзокриноциты) - в терм. отделы.
Синтез сурфактанта; в ЭПР - ферменты детоксикации хим.
в-в.
6. Эндокринные клетки - синтез пептидных гармонов и
БАВ (биоамины).
7. Дендритные клетки - стимулируют пролиферацит
лимфоцитов. Роль макрофагов.

13.

Окислительное декарбоксилирование
пирувата (Mt)
CH3
C
O
COOH
пируват
(ПВК)
ТДФ
S ЛК
S
HSKoA
НАД ФАД
цитохромы
Ферменты
ПВК - ДГ
комплекса:
Е1 Е2 Е3
CH3
C2
O
SKoA
ацетил - КоА
+ CO2 +
3 АТФ +
H2O

14. Обмен углеводов (лёгкие)

потребление О2 от 4 до 10 % от общего
кол-ва (Ал. Мф Ф);
«захват» из МКК - глюкозы, ПВК,
лактата;
Аэробный обмен (ц.т.к.) АТФ !
Гликолиз: П - Ф - путь

15.

Аланин
Цистеин
Глицин
Серин
Треонин
Изолейцин
Лейцин
Триптофан
Пируват
Изоцитрат
Цитрат
Ацетил - КоА
Оксалоацетат
Глутамат
- кетоглутарат
Сукцинил - КоА
Сукцинат
Ацетоацетил - КоА
Фенилаланин
Тирозин
Лейцин
Лизин
Триптофан
Малат
Аспартат
Аспарагин
Аргинин
Гиетидин
Глутамин
Пролин
Изолейцин
Метионин
Валин
Фумарат
Тирозин
Фенилаланин

16. Обмен липидов (лёгкие)

«захват» липидов из МКК
– из ХМ и ЛПОНП (экзо - и эндо - Тг);
– липопротеидлипаза;
– апопротеин С;
– ЛХАТ для синтеза ХЭ;
– - окисление жирных кислот ( АТФ )

17.

Тучные клетки
(в межальвеолярных перегородках)
Выделяют:
– медиаторы воспаления (гистамин, серотонин);
– хемотоксические факторы быстрого
реагирования:
эозинофильный ХФ анафилаксии;
ХФ нейтрофилов М.М.;
ХФ-и, направленные на моноциты Аф, Бф;
ФЛТ (фактор активного тромбоцита);
Пг, ТхАс, Пц - гемостаз.

18.

ОКИСЛЕНИЕ МОНОНЕНАСЫЩЕННЫХ
ЖИРНЫХ КИСЛОТ
СН3 - (СН2)7 - СН = СН - (СН2)7 - СО ~SKoA
олеил КоА
3СН3СО - SKoA
4
3
2
3
СН3 - (СН2)7 - СН = СН = СН2 - СО ~ 3KoA
3,4 - ЦИС; 2,3 - ТРАНСЕНОИЛИЗОМЕРАЗА
СН3 - (СН2)7 - СН2 - СН = СН - СО ~ SKoA
H 2O
СН3 - (СН2)7 - СН2 - СН - CH2 - СО ~ SKoA
OH
ПОВТОРЕНИЕ ЭТАПОВ ОКИСЛЕНИЯ

19. Фосфолипиды

CH2
O
CH
CH2
O
O
Фосфолипиды
CO
R1
CO R2
COOP O CH2 CH
4%
CO R1
CO R2
P O CH2 CH2
5%
CO R1
CO R2
P O CH2 CH2
CH3
66 %
NH3
CH2
CH
CH2
O
O
O
NH3
CH2
CH
CH2
O
O
O
фосфатидилхолин
CH3

20. ЭФИР ХОЛЕСТЕРИНА

Кровь: 3,5-6,8 м.моль/л
ЭХ - 70 % Х - 30 %
О-СО-С17Н31 линолевая кислота
ЛИЗОФОСФАТИДИЛХОЛИН
CHOH
O
CH3
+
CH2 - O - e - O - (CH2)2 - N - CH3
ЛФх
O
CH3

21. Синтез Тг и Фл (ЭР)

CH2OH
R1 CO S KoA
CHOH
CH2
O
CO
CH2
O
(пневмоциыд)
CO R1
R2
CH2 O P
CH2 O
P
oA кислота
глицерофосфат
фосфатидная
K
S
~
R 3CO
ЦТФ
ФФн
oA
K
S
CH2OCO
R1
H
ЦДФ - диглицерид
Фн 2
CH2 O CO R2 серин - Р
ЦМФ
CH2 O CO R3
СО2
ЦМФ
3 “S”аденозилметионин
Фосфатидил
инозит
гомоцистеин
ин
Р
л
о
отиз
Фосфатидилсерин
Фосфатидилэтаноламин
Фосфатидилхолин

22. Энергетический эффект окисления жирных кислот

Пример: C15H31CO ~ SKoA
пальметил - КоА
131 АТФ - 1 = 130 АТФ
n
— кол-во ацетил КоА
2
n
— - 1 кол-во -отщеплений
96 АТФ + 35 АТФ = 131 АТФ
n
16
— = — = 8 мол.ацетил КоА
8 * 12 = 96 АТФ
(в.ц.т.к.)
n
— - 1 = 7 отщеплений
7 * 5 = 35 АТФ

23.

ВЛИЯНИЕ ПРОСТАГЛАНДИНА (Е2) НА ЛИПОЛИЗ
АДРЕНАЛИН, ГЛЮКОГОН
ВАЗОПРЕССИН, ЛГ, ТТГ
РЕЦЕПТОР
+
АДЕНИЛАТ--ЦИКЛАЗА
ВНУТРЕНЯЯ
АТФ
цАМФ
ВНЕШНЯЯ
МЕМБРАНА
Фл
+
ФОСФОЛИПАЗА
ЛФх
АРАХИДОНОВАЯ К-ТА
Пг - Е2
МЕМБРАНА
(ЦИТОЗОЛЬ)
ЛИПОЛИЗ

24. Простагландины

COOH
Арахидоновая кис-та
Циклооксигеназа
Линооксигеназа
CO
OH
COOH
OH
Тромбоксан А2
(Тх А2)
ОН
ОН
Простациклин
Тромбоксан В2
(Пг J2)
(Тх B2) ( тонус гл. муск.
бронхов)
Первичные
«гипертензивный»
простогландины
эффект
гл. муск.
мускулатуру бронхов
бронхов
и др. тканей
тонус
дых. путей)
(сокращение
гладк. муск.
аллергический …..
20

25.

3 ОБМЕН БЕЛКА
*) Белки соединительной ткани (синтез в
фибробластах)
с и н т е з а
коллагена
(особенно при силикозе)
э л а с т и н а
п р о т е о г л и к а н о в
преобладают в процессе роста
хондроитинсульфаты

26.

H2N COOH
CH
HOOC
CH
H 2N
(CH2)3
(CH2)2
(CH2)2
NH2
CH
COOH
(CH2)4
CH
H 2N
COOH
ОСТАТОК ДЕСМОЗИНА, ВХОДЯЩЕГО В СОСТАВ ЭЛАСТИНА
ИЗ 4-Х МОЛЕКУЛ ЛИЗИНА

27.

N
в легких
CH2 - CH - COOH
- CO2
NH2 CH2
(n - 5 - ф)
NH
1.
N
CH2
NH NH
гистидин
гистамин
(тучные клетки
в легких)
CH2
JgE
COOH
почки(моча)
NH
N
за
а
н
и
ам
Гист
Н 2О
аллерген+
NН 3
имидазолил -
(бронхиальная астма)
ацетат
(димедрол,
тавегил, супрастин- антигистаминные
препараты)
гиперсенсибилизация
Примеры:

28.

Синтез норадреналина (НА)
Фен Тup ДOФА
1/2 O2
HO
CH2
HO
CH COOH
CHOH
CH COOH
NH
NH2
HO 2 HO
ДОФА
ДОФ-серин
CO2
CH2
NH2
HO
норадреналин (НА)

29.

Синтез адреналина (А)
1/2 О2
1/2 О2
CH2
CH2
HO
CH2
CH COOH
CH
NH2
NH2
HO
ФЕНИЛАЛАМИН
COOH
ТИРОЗИН
(дигидроксифенилаланин)
CH
HO
NH2
ДОФА
1/2 О2
метионим
CH
HO
n-5-ф(от В6) 2
HO
ДОФАМИН
HO
CH2
NH2
CH
HO
NH CH3
ЭПИНИН
OH
CH2
HO
NH
CH3
адреналин
COOH

30. Синтез серотонина

CH2
CH COOH
NH2
1/2 O2
NH
HO
CH2
CH COOH
NH
S - гидрокситриптофан
HO
NH2
б
OH
N
NH
CH3
CH3
CH3
НО
(ФП) n-5-ф
CH2
a
CO2
CH2
NH2
NH серотонин
2 (+СН3)
NH
буфотенин
(МАО)3
N+
СН2 СООН
почки
NН гидроксииндолилацетат

31.

Обмен ангиотензиногена
(легкие-кавеолы)
ренин
плазмы
Ангиотензиноген (плазма)
Ангиотензин I
карбоксикатепсин
( легких)
(«гипертензивный» эффект)
тонус бронхов
ангиотензиназы
неактивные (других тканей) кора
продукты
в
(выброс альдостерона; брадикинина)
«захват» Na+, Cl , HCO3-,
АД, ОЦК

32. Взаимосвязь ангиотензина с кининовой сис-мой

Ангиотензиноген
ренин
Ангиотензин I
«гис-лей»
Ангиотензин II
«гипер»
Ангиотензиназы
КД
тонус
бронхов
Продукты
распада
Кининоген
калликреин
Карбоксикатепсин
Каллидин
Аминопептидазы
Брадиканин
«гипо»
КД
тонус
Продукты бронхов
распада
Влияние на тонус сосудов и бронхов
Патология: брадикинина
- тахикинины
слизи и эксудата

33.

Иммунная функция кл. элементов
легких и компактные спец. структуры
Дыхательная система - 2ое место после ж.к.т. по
контакту с антигенным материалом!
Легкие - захват и формирование иммунного
ответа
Важное место - БАЛТ - область бифуркации
бронхов
Т-зависимая зона (Т-иммунобласты)
В-зависимая зона (В-иммунобласты)
Плазматические клетки - секреторные JgA

34. МОКРОТА

Макроскопическое исследование
Количество (от 1 до 800 мл и более)
Консистенция (жидкая, густая, вязкая)
Цвет (N – светлая и прозрачная; патология – желтая, зеленая,
примесь крови)
Характер мокроты (слизистая, гнойная, кровяная и т.д.)
Запах (N – нет запаха; при патологии – гнилостный)
Макроскопическая оценка (прожилки крови, спирали
Куршмана, линзы Коха, пробки Дитриха, фибриновые сгустки,
бронхолиты и др.)
Микроскопические исследования
Клеточные элементы (эпителий, бокаловидные, базальные кл.,
альвеолярные макрофаги, Нф, Лф, эоз., М, гигантские кл.)
Волокна (эластич., фибрилярные)
Кристаллы (Шарко-Лейдена)

35. Лабораторная диагностика бронхиальной астмы

Кровь – эозинофилов; при инфекции Нф, Мц; Гц – при
выздоровлении
Мокрота – белая, слизистая, не содержит крови, спирали
Куршмана;
Микроскопия: эпителиальных клеток, эозинофилы;
кристаллы Шарко-Лейдена; тельца Креола –
вакуолизированные кл. эпителия (плохой прогностический
признак). Альвеолярные макрофаги.
Б/х анализ крови: БАВ - гистамин, серотонин, кининовая
сис-ма – тахикинины – трансмиттеры НАНХ сис-мы. Индукция
микроваскулярного просачивания», т.е. секреции слизи, Пг,
ТкА2, Пц.
Иммунология: ЭХФА, ХФАф, ХФМц, ХФЛф, ХФБф, ФАТ

36.

Пневмония
Мокрота: окраска по Граму
При Гр
- возбудитель диплококк (иногда
стафилококк или стрептококк)
Мокрота с примесью крови (стадия красного
опеченения) - мокрота ржавая, вязкая, слизистогнойная.
Стадия «разрешения» - мокрота обильная, менее
вязкая как при ХБ.
При ГР
- пневмонии - мокрота зеленого цвета
с гнилостным запахом

37.

Хронический бронхит
Мокрота: ~ 60 мл в сутки; вязкая, белая, слизистая
Мц и Гц - хороший признак, стабилизация;
Нф, Фз и исчезновение Мц и Гц - обострение.
Б/х мокроты: ЛДГ при активации процесса
( цитокининов, активных форм О2, протеаз, медиаторов
воспаления - С3а и С5а компонентов сис-мы комплем.)
Na+, K+, Cl-, HCO3- - сдвиг ph в щелоч. ст.
Лф, макрофаги - «чистильщики» бронхиального дерева