ЖЁЛЧНЫЕ ПИГМЕНТЫ

Наиболее известен тот, который идет через стадию образования холеглобина (схема 1, путь А).

В молекуле гемоглобина в результате действия специфических ферментов, в основном микросомальной НАДФ-зависимой гемоксигеназы (КФ 1.14.99.3), происходит окислительное расщепление альфа-метинового мостика гема, соединяющего две смежные пиррольные группы. Кольцевая структура гема разрывается, при этом отделяется один углеродный атом в виде моноокиси углерода (CO). Этот процесс локализуется в микросомах и угнетается CO. Система гемоксигеназы, как полагают, принадлежит к тому же типу, что и ферментная система, обусловливающая окисление других обезвреживаемых печенью и экскретируемых соединений: некоторых токсинов, лекарственных веществ и эндогенных стероидов.

В результате расщепления метинового мостика образуется холеглобин — железосодержащий зеленый порфирия с открытой пиррольной цепью, сохраняющий комплексную связь с глобином. В дальнейшем от него отщепляется глобин, а затем и железо, и он превращается в зеленый желчный пигмент биливердин. Холеглобин может быть получен in vitro путем окисления гемоглобина в присутствии аскорбиновой к-ты.

Микросомальная гемоксигеназа относится к числу так наз. оксигеназ со смешанной функцией. Она катализирует окислительное расщепление гема как в составе гемопротеидов, так и не связанного с белком. Фермент нуждается в присутствии НАДФ и цитохрома Р-450. Распространенное представление о том, что расщепление гема обусловливается растворимой ферментной системой гем—альфа-метинилоксигеназа, для к-рой наиболее специфическим субстратом является комплекс гемоглобин — гаптоглобин, не подтвердилось.

Другой метаболический путь образования Жёлчных пигментов начинается с отщепления глобина от молекулы гемоглобина (схема 1, путь Б). При этом образуется железопорфириновое соединение — гематин, который затем подвергается окислению с разрывом метинового мостика и, утрачивая железо, превращается в биливердин. Гематин (или. родственный ему феррипротопорфирин) рассматривается как первый промежуточный продукт в этом процессе. По мнению большинства исследователей, железо необходимо для окислительного расщепления метинового мостика. Протопорфирин IX у млекопитающих может превращаться в Ж. п. лишь через стадию образования гема или гематина. Исходя из данных об обмениваемости гема между молекулами гемоглобина и о наличии в печени пула свободного гема, некоторые авторы считают второй путь катаболизма гема у животных и человека преобладающим.

Освобождаемая при образовании Ж. п. моноокись углерода (в соотношении 1 моль на 1 моль пигмента) обнаруживается в крови животных и человека в виде карбоксигемоглобина, количественное определение к-рого используется для установления интенсивности образования билирубина в организме. Отщепившееся железо в виде ферритина (см.) и гемосидерина сохраняется в клетках для того, чтобы быть использованным в новом синтезе гемоглобина, а отчасти переходит в кровь.

Биливердин не выделяется из клеток ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) в кровь и не поступает в печень, хотя печень и обладает способностью превращать этот пигмент в билирубин. В клетках РЭС биливердин под влиянием фермента НАДФ-зависимой биливердинредуктазы (КФ 1.3.1.24) восстанавливается. В центральную часть молекулы биливер-дина включаются два атома водорода, а двойная связь перемещается, в результате чего биливердин превращается в красно-желтый пигмент — билирубин, являющийся у млекопитающих основным Ж. п. (см. Билирубин). Именно он переходит в кровь и транспортируется к печени.

Существуют и другие источники образования Ж. п. На их долю приходится ок. 10—30% всего экскретируемой билирубина. К таким источникам относятся гем или его органические предшественники, образующиеся в клетках РЭС, но не использованные для синтеза гемоглобина, или сам гемоглобин, распадающийся внутри клеток в процессе созревания эритроцитов. Оба эти источника связаны с эритропоэзом. Существенное значение имеет также пул свободного гема в печени. Наконец, источником Ж. п. в известной степени является катаболизм других железопорфириновых (гемсодержащих) белков, таких как каталаза (см.) и др.

С использованием всех этих источников связано появление ранней фракции Ж. п. При введении человеку 2-¹⁴C-глицина метка появляется в стеркобилине (одном из Ж. п.) значительно раньше, чем начинают распадаться воспринявшие метку эритроциты. Эта фракция Ж. п. в свою очередь содержит два основных компонента: компонент, образующийся в печени, и компонент, образующийся в костном мозге. Первый связан с метаболизмом гема в печени, второй — с эритропоэзом в костном мозге. Введение животным ¹⁴C дельта-аминолевулиновой к-ты (промежуточного продукта в синтезе порфирина) быстро приводит к появлению метки в стеркобилиногене, что также свидетельствует об образовании этой фракции Ж. п., в частности ее компонента, образующегося в печени. Ранняя меченая фракция количественно сильно увеличивается при врожденной порфирии, талассемии, пернициозной и постгеморрагической анемиях и др. Иногда она может составлять даже большую часть всех выделенных печенью Ж. п. Экспериментально показано резкое увеличение этой фракции под влиянием фенобарбитала — вещества, усиливающего захват и секрецию печенью органических анионов.

При некоторых экспериментальных условиях введение животным меченого гемоглобина или гематина не сопровождается полным выведением метки с Ж. п. Этот факт свидетельствует о существовании другого пути деградации гемсодержащих соединений, который минует процесс образования Ж. п. В нормальных условиях этот путь, по-видимому, играет весьма малую роль, но может активизироваться при различных патол, состояниях. Введение животным аллилизопропилацетамида, стимулирующего образование порфиринов, резко усиливает этот путь катаболизма гема. При этом в печени образуются диазонегативные соединения: моно- и особенно дипиррилметены, выделяющиеся с желчью. Установлено также, что денатурированный гемоглобин, присутствующий в эритроцитах при некоторых заболеваниях крови, распадается в организме животных преимущественно с образованием дипиррилметенов, а не билирубина. Полагают, что в таких случаях кольцевая структура гема разрывается не энзиматическим путем, а посредством сопряженного окисления его с аскорбиновой к-той. Возможно, что дипиррилметены могут образовываться и из уже сформировавшихся Ж. п., однако остается еще неизвестным, образуются ли дипиррилметены, выделяемые с фекалиями, путем деградации Ж. п. в кишечнике или же гл. обр. за счет вышеуказанного необычного пути распада гема в печени с последующей экскрецией их в составе желчи. Среди этих соединений наиболее распространенным является мезобилифусцин — коричневый пигмент, присутствующий в фекалиях:

Предполагается существование бесцветного предшественника мезобилифусцина — промезобилифусцина. К дипиррилметенам относятся также билифусцины, отличающиеся от вышеназванных соединений наличием в боковой цепи винильной группы вместо этильной. И те и другие, так же как и кальциевая соль билирубина, обнаруживаются в составе смешанных желчных камней. В фекалиях найден коричнево-черный пигмент — копронигрин, который, по мнению некоторых авторов, является полимером мезобилифусцина. К соединениям дипиррольной структуры относится и пропентдиопент — оксимезобилифусцин, который отсутствует в организме в нормальных условиях, но обнаруживается в моче при некоторых формах желтухи, гемолитической анемии и заболеваниях печени. Что касается порфиринов, то они выделяются с мочой и фекалиями в весьма малых количествах. Хотя их экскреция несколько увеличивается при повышенном гемолизе, тем не менее она очень невелика по сравнению с экскрецией билирубина.

В желчи человека содержится почти исключительно билирубин и следы биливердина. У многих животных пигментный состав желчи отличается от пигментного состава желчи человека. Напр., у травоядных, рептилий и птиц главным Ж. п. является биливердин.

Превращение желчных пигментов в кишечнике

Поступающий с желчью билирубин, достигая дистального отдела тонкой кишки и особенно толстых кишок, подвергается действию нормальной кишечной микрофлоры. Под влиянием ее ферментов он деконъюгируется и затем последовательно восстанавливается с присоединением атомов водорода по месту то одной, то другой двойной связи, что сопровождается также процессами дегидрирования. В начальные стадии процесса восстановления может вовлекаться нек-рое количество билирубина, еще сохраняющего конъюгированную форму. Главную роль в этих превращениях играют ферменты, освобождаемые из анаэробных микроорганизмов в слепой кишке. Опытами с фекальной флорой in vitro установлено, что она способна полностью восстанавливать билирубин до конечного продукта его обмена.

В 60—70-х гг. 20 в. изучение этого вопроса стало гораздо более плодотворным, что связано, гл. обр., с применением метода окисления с помощью хлористого железа с последующим фракционированием и исследованием полученных продуктов методом масс-спектрометрии (см.). Выделен целый ряд промежуточных соединений. Билирубин в ходе восстановления постепенно утрачивает свою окраску, превращаясь в бесцветные хромогены. Однако на каждой стадии процесса путем дегидрирования образуются окрашенные в тот или иной цвет Ж. п. (см. схему 2).

Все эти продукты превращения билирубина носят название билирубиноидов (если двойные связи в положении 2' и 7' остаются ненасыщенными) или уробилиноидов (если эти связи насыщены). Кроме того, все они могут быть разделены на 4 вида в зависимости от количества двойных связей в мостиках, соединяющих пиррольные группы. Сюда относятся: биланы, не содержащие двойных связей в мостиках (мезобилирубиноген и дальнейшие продукты восстановления билирубина); билены, содержащие одну двойную связь (напр., уробилины, стеркобилин); билидиены — с двумя двойными связями (напр., мезобилирубин, к билидиенам относится и сам билирубин) и билитриены — с тремя двойными связями (биливердин, глаукобилин). Конечным продуктом превращений билирубина является L-стеркоби-линоген — бесцветное соединение. При контакте с воздухом он переходит в L-стеркобилин — оранжевожелтый пигмент, который среди других Ж. п. более всего определяет цвет фекалий (см. Стеркобилин):

Помимо этого основного пути, имеется также другой путь, который рассматривается как обходной. В ходе превращений Ж. п. по этому пути дигидробилирубиноген дает начало D-уробилиногену, который в свою очередь превращается в D-уробилин (см. Уробилин):

Такой шунтовый путь в нек-рой степени действует и в нормальных условиях, но гл. обр. включается при изменении ферментной активности кишечной микрофлоры, в частности при ее подавлении антибиотиками широкого спектра действия (тетрациклин, эритромицин). У людей, получающих эти антибиотики, в кишечном содержимом и фекалиях резко преобладают D-формы Ж. п., преимущественно D-уробилин, тогда как в норме доминируют рацемический i-уробилин и левовращающие уробилиноиды.

Отличительной особенностью шунтового пути превращения Ж. п. в кишечнике является сохранение винильной группы (V) у первого пиррольного кольца и, т. о., образование моновинильных производных. Допускают, что гидрирование двойной связи в этом положении катализируется высокоспецифичным ферментом, который утрачивается или весьма слабо образуется при подавлении микрофлоры антибиотиками. В этих условиях легче протекает гидрирование метиновых мостиков, чем винильной группы у первого пиррольного кольца. Одновременно уменьшается способность микроорганизмов продуцировать дополнительную энергию, необходимую для превращения D-уробилиногена в его L-производные. Молекулы уробилиноидов не имеют линейной структуры, а являются свернутыми благодаря образованию внутри молекулы водородных связей (см. структурную формулу L-стеркобилина). Для изменения их конфигурации необходим разрыв водородных связей, развертывание молекулы и затем снова ее свертывание в ином положении. Одновременно должно протекать дальнейшее гидрирование соединения. Естественно, что в условиях изменения активности микрофлоры такие процессы, связанные с затратой дополнительной энергии, ослаблены. Поэтому включение моновинильного шунта приводит к резкому преобладанию в общем количестве Ж. п. D-уробилиноидов.

Отмечается также, что при подавлении активности кишечной микрофлоры антибиотиками превращения билирубина могут задерживаться или останавливаться на какой-либо промежуточной стадии. В этом случае присутствующий в фекалиях неизмененный билирубин может окисляться на воздухе в биливердин, который придает им зеленый оттенок.

Различные продукты превращения билирубина в весьма малых количествах всасываются в кровь и реэкскретируются печенью в составе желчи. Следы их могут появляться в общем кровотоке и выделяться с мочой. Все эти процессы усиливаются при патологических состояниях, сопровождающихся повышением выделения билирубина с желчью. Уробилиноген даже в норме в заметных количествах переходит в кровь портальной вены и, окисляясь в печени до билирубина, снова экскретируется, а отчасти выделяется с желчью в неокисленном виде.

Установлено, что нек-рое количество билирубина после деконъюгирования в кишечнике переходит в кровь портальной вены, конъюгируется в печени и экскретируется с желчью.

Факт всасывания значительного количества свободного билирубина и, по-видимому, уробилиногена и их ресекреция после соответствующих превращений в составе желчи говорит об участии Жёлчных пигментов в печеночнокишечной циркуляции. Хотя в этот процесс вовлекается сравнительно небольшая часть всего поступившего в кишечник билирубина, в отличие от циркуляции желчных кислот (см.), тем не менее само существование циркуляции Ж. п. ставит вопрос о том, не имеют ли они какого-либо значения в секреторной деятельности печени. В печеночной желчи билирубин находится в составе ее липидного комплекса, представляющего собой эндогенные липидные мицеллы. Такие мицеллы способны включать в себя различные соединения, обладающие полярными и неполярными группами. Возможно, что билирубин, особенно конъюгированный с кислыми дисахаридами, придающими ему резко выраженные полярные свойства, включаясь в этот липидный комплекс, стабилизирует его мицеллярную структуру и тем самым способствует транспорту различных веществ в составе желчи.

Нарушения механизма экскреции желчных пигментов

При некоторых патол, состояниях наблюдаются нарушения образования, транспорта и выделения Ж. п. (см. Желтуха). Особого упоминания заслуживают случаи, когда задержка желчи в билиарной системе (в связи с закупоркой желчных путей или при тяжелых формах цирроза печени) сопровождается окислением части билирубина в биливердин, который также переходит в кровь и придает желтушной окраске склер, кожи и слизистых оболочек зеленоватый оттенок.

Большой интерес представляют экспериментальные и клин, данные о наследственных нарушениях отдельных звеньев в механизме превращения и экскреции Ж. п. Так, у мутантных крыс, описанных Гунном (С. Gunn, 1938), печень лишена способности конъюгировать билирубин. Это зависит от недостатка образования или полного отсутствия в печени специфических ферментов. Колония таких животных была прослежена в течение 19 лет, и принадлежность указанного дефекта к числу наследственных нарушений была с несомненностью показана. У таких крыс желчь бесцветна и почти совсем не содержит билирубина. В сыворотке крови повышается содержание неконъюгированного билирубина до максимального уровня (15— 20 мг%). Развивается желтуха, к-рая, как правило, сопровождается функциональными и структурными нарушениями ц. н. с. У этих животных пигмент с мочой не выделяется, но он выделяется слизистой оболочкой кишечника в просвет кишок. Кроме того, часть билирубина превращается в диазонегативные соединения, по-видимому моно- и дипирролы, которые выделяются с желчью и мочой. Если таким животным вводят глюкурониды билирубина, они экскретируются в составе желчи. Введение же неконъюгированного билирубина не вызывает увеличения выделения пигмента с желчью. Т. о., нарушения обмена Ж. п. у этих животных связаны с расстройством лишь одного звена — конъюгирования билирубина в печени.

Другой наследственный дефект описан у мутантных овец, у которых при сохранении способности конъюгировать билирубин нарушается процесс его выделения из клеток печени в желчь. Вероятно, это зависит от недостатка специфического переносчика конъюгированного билирубина через клеточную мембрану. Экскреция пигмента в составе желчи у этих животных резко снижена. В крови накапливается не свободный, а конъюгированный (прямой) билирубин. При этом в печени обнаруживается присутствие необычного пигмента меланиновой природы, который, по-видимому, образуется в результате пониженной способности печени выделять метаболиты некоторых аминокислот и близких к ним соединений. В то же время секреция желчных к-т у этих животных не нарушена, и, следовательно, у них нет внутрипеченочного холестаза, при к-ром наблюдаются общие расстройства секреции печени, отражающиеся на выделении различных компонентов желчи. В данном же случае нарушено лишь одно конечное звено в механизме экскреции Ж. п.

У человека описаны подобные же нарушения (синдром Дубина—Джонсона), характеризующиеся хронической негемолитической желтухой с высоким содержанием в крови конъюгированного билирубина и присутствием меланинового пигмента в печени (см. Гепатозы). Это заболевание носит семейный характер и также связано с расстройством механизма секреции глюкуронидов билирубина и ряда других органических анионов, за исключением желчных к-т, из клеток печени в желчь. Обнаружение и детальное изучение наследственных нарушений в эксперименте вносит ценный вклад в понимание печеночного транспорта Ж. п. и имеет большое значение в расшифровке генеза соответствующих синдромов, наблюдаемых у человека в клинике.

Физиологическая желтуха новорожденных связана, по-видимому, с недостаточной зрелостью ферментной системы печени, ответственной за превращение билирубина. Наследственная гипербилирубинемия человека также сопровождается нарушением процесса конъюгирования билирубина, повышением содержания в сыворотке крови непрямого билирубина (см. Гипербилирубинемия).

Определение содержания некоторых Жёлчных пигментов в сыворотке крови, моче и кале используется при клин, обследованиях больных в качестве дополнительного диагностического теста при ряде заболеваний. Так, увеличение содержания в моче уробилиногена при норме 0—4 мг в сутки (см. Токсическая дистрофия печени), портальном циррозе, обтурации инфицированных желчных путей, а также при застойной сердечной недостаточности, тяжелых острых инфекциях, инфаркте легкого, тяжелых подкожных кровоизлияниях. В норме в кале человека определяется 40—280 мг стеркобилиногена в сутки (у детей цифры несколько ниже), однако при гемолитической анемии при нормальной функции печени выведение стеркобилиногена с калом повышается, а при обтурации желчных путей, тяжелых гепатопатиях, кахексии, некоторых анемиях и при приеме антибиотиков широкого спектра действия — уменьшается.

См. также Желчь.

Отложение желчных пигментов в органах

Отложение Ж. п. в органах, тканях и клетках происходит при разных видах билирубиновом инфаркте (см.), в случае прокрашивания желчью некротизированной ткани, а также после кровоизлияний.

К Ж. п., различимым в клетках и тканях в световом микроскопе и выявляемым гистохим, методами, относят билирубин, биливердин и гематоидин. Последний пигмент по строению идентичен или близок билирубину. Хим. и физ. свойства Ж. п. позволяют довольно легко различать их гистохимически [Пирс (A. G. E. Pearse), 1962; Лилли (R. D. Lillie), 1969]. Они не обладают первичной люминесценцией, нерастворимы в большей части жировых растворителей и не обесцвечиваются под влиянием окислителей. Для билирубина и гематоидина характерны положительная реакция Гмелина, интенсивное восстановление феррицианида и почернение после обработки аммиачным серебром при 250° в течение 5—16 час. Гистохимическая реакция Гмелина (см. Гмелина проба) проводится путем введения под покровное стекло конц. азотной к-ты с последующим быстрым исследованием среза под микроскопом. В участках, содержащих билирубин и кристаллы гематоидина, наблюдается переход цветов от красного к зеленому, пурпурному и синему. Это обусловлено окислением пигментов в зеленоватый билирубин (билатриен) и в красновато-фиолетовые билипурпурины. На заключительном этапе реакции синие соединения окисляются в желтые холетелины. В ряде гистохим, методов используют окислители с целью превращения желтовато-коричневого билирубина в зеленый биливердин. К таким методам относятся метод Штейна (J. Stein) с применением йода (р-р Люголя и настойка йода) в качестве окислителя, метод Гленнера (G. Glenner) с окислением бихроматом калия в кислой среде (pH 2,2), окисление по Кутлику (I. E. Kutlik, 1957) соединениями трехвалентного железа (FeCl3 и др.). Чтобы проверить, действительно ли присутствующий в ткани пигмент является билирубином, при выполнении указанных реакций необходимо убедиться, что в контрольных срезах, не подвергавшихся воздействию окислителя, пигмент имеет коричневый цвет и после окисления этот цвет превращается в зеленый. Применение железисто-синеродистого калия позволяет довести процесс окисления билирубина еще дальше, чем при указанных выше реакциях, а именно до стадии билипурпуринов.

Отложение Жёлчных пигментов (билирубина и биливердина) при патологических состояниях можно наблюдать в тканях печени, почек, головного мозга, кишечника и других органов. Заметное накопление Ж. п. в печени происходит при внепеченочном и внутрипеченочном холестазе (см.). Сгущенные массы Ж. п. в виде так наз. желчных тромбов скапливаются в просвете мелких желчных протоков и расширенных желчных капилляров. Превращение части билирубина в биливердин придает желчным тромбам зеленоватый оттенок. Гранулы Ж. п. содержатся при холестазе также в цитоплазме печеночных клеток и звездчатых эндотелиоцитах (клетках Купфера). При электронной микроскопии в поврежденных печеночных клетках обнаруживают Ж. п. в виде больших аморфных скоплений сферической формы, частично или полностью окруженных однослойной мембраной, или в форме игловидных электронноплотных телец, окруженных мембраной распавшихся митохондрий; в межклеточных пространствах и желчных капиллярах Ж. п. имеют вид электронно-плотных и игловидных образований, не окруженных мембранами. Усиленное выделение Ж. п. почками при обтурационной желтухе сопровождается их накоплением в гиалиновых и зернистых цилиндрах почечных канальцев (так наз. желтушный нефроз). При гемолитической болезни новорожденных возникает ядерная желтуха с прокрашиванием Ж. п. ядер больших полушарий и ствола головного мозга. При этом происходит необратимое повреждение ганглиозных клеток мозга. Некротизированные ткани легко адсорбируют желчь вместе с Ж. п. Этим объясняют зеленовато-желтое окрашивание пейеровых бляшек и солитарных фолликулов при брюшном тифе и имбибицию Ж. п. очагов некроза паренхимы печени при билиарном циррозе. Желтый цвет печени при остром массивном некрозе или острой токсической дистрофии, возникающей как осложнение болезни Боткина, также обусловлен прокрашиванием некротизированной ткани Ж. п. По мнению И. В. Давыдовского, Жёлчные пигменты вместе с желчными кислотами, проникая в ткани, могут оказывать на них некротизирующее действие.

Гематоидин обнаруживается в области обширных старых кровоизлияний и геморрагических инфарктов. Пигмент имеет вид золотисто-желтых зерен или кристаллов в форме звездочек, иголок, ромбических пластинок. Он образуется внутриклеточно в макрофагах, поглотивших продукты распада гемоглобина. После разрушения макрофагов пигмент располагается внеклеточно в центре гематом.

Библиография: Давыдовский И. В. Общая патология человека, М., 1969; Лилли Р. Патогистологическая техника и практическая гистохимия, пер. с англ., М., 1969; Нестерин М. Ф Народецкая Р. В. и Шлыгин Г. К. Отделение печенью в составе желчи липопротеинового комплексного соединения, Физиол, журн. СССР т. 51, Ко 12, с. 1487, 1965; Пирс Э. Гистохимия, пер. с англ., м. 1962; Шлыгин Г. К. Современные представления о непосредственном участии желудочно-кишечного тракта в обмене веществ, Вестн. АМН СССР №12 с. 27, 1968; Кlatskin G. Bile pigment metabolism, Ann. Rev. Med v. 12, p. 211, 1961, bibliogr.

Г. К. Шлыгин; В. Б. Золотаревский (гист.).