Καρβονική ανυδράση(συνώνυμο: ανθρακική αφυδατάση, ανθρακική υδρολυάση) είναι ένα ένζυμο που καταλύει την αναστρέψιμη αντίδραση της ενυδάτωσης του διοξειδίου του άνθρακα: CO 2 + H 2 O Û H 2 CO 3 Û H + + HCO 3. Περιέχεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια, στα κύτταρα του γαστρικού βλεννογόνου, στον φλοιό των επινεφριδίων, στα νεφρά και σε μικρές ποσότητες στο κεντρικό νευρικό σύστημα, στο πάγκρεας και σε άλλα όργανα. Ο ρόλος της ανθρακικής ανυδράσης στον οργανισμό σχετίζεται με τη διατήρηση ισορροπία οξέος-βάσης,μεταφορά CO 2, σχηματισμός υδροχλωρικού οξέος από τον γαστρικό βλεννογόνο. Η δραστηριότητα της ανθρακικής ανυδράσης στο αίμα είναι συνήθως αρκετά σταθερή, αλλά σε ορισμένες παθολογικές καταστάσεις αλλάζει δραματικά. Αύξηση της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης στο αίμα παρατηρείται σε αναιμία ποικίλης προέλευσης, κυκλοφορικές διαταραχές του βαθμού ΙΙ-ΙΙΙ, ορισμένες πνευμονικές παθήσεις (βρογχεκτασίες, πνευμοσκλήρωση), καθώς και κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Μια μείωση της δραστηριότητας αυτού του ενζύμου στο αίμα εμφανίζεται με οξέωση νεφρικής προέλευσης, υπερθυρεοειδισμό. Με την ενδαγγειακή αιμόλυση, η δραστηριότητα της καρβονικής ανυδράσης εμφανίζεται στα ούρα, ενώ συνήθως απουσιάζει. Συνιστάται η παρακολούθηση της δραστηριότητας της ανθρακικής ανυδράσης στο αίμα κατά τη διάρκεια χειρουργικών επεμβάσεων στην καρδιά και τους πνεύμονες, επειδή μπορεί να χρησιμεύσει ως δείκτης των προσαρμοστικών ικανοτήτων του σώματος, καθώς και κατά τη διάρκεια της θεραπείας με αναστολείς ανθρακικής ανυδράσης - υποθειαζίδη, διακαρβίνη.
Για τον προσδιορισμό της δραστικότητας της καρβονικής ανυδράσης, χρησιμοποιούνται ακτινολογικές, ανοσοηλεκτροφορητικές, χρωματομετρικές και τιτρομετρικές μέθοδοι. Ο προσδιορισμός γίνεται σε πλήρες αίμα που λαμβάνεται με ηπαρίνη ή σε αιμολυμένα ερυθρά αιμοσφαίρια. Για κλινικούς σκοπούς, οι πιο αποδεκτές χρωματομετρικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης (για παράδειγμα, τροποποιήσεις της μεθόδου Brinkman), που βασίζονται στον προσδιορισμό του χρόνου που απαιτείται για τη μετατόπιση του pH του μίγματος επώασης από 9,0 σε 6,3 ως αποτέλεσμα ενυδάτωσης CO 2 . Νερό κορεσμένο με διοξείδιο του άνθρακα αναμιγνύεται με διάλυμα δείκτη-ρυθμιστικού διαλύματος και μια ορισμένη ποσότητα ορού αίματος (0,02 ml) ή ένα εναιώρημα αιμολυμένων ερυθροκυττάρων. Το κόκκινο της φαινόλης χρησιμοποιείται ως δείκτης. Καθώς τα μόρια του ανθρακικού οξέος διασπώνται, όλα τα νέα μόρια CO 2 υφίστανται ενζυματική ενυδάτωση. Για να ληφθούν συγκρίσιμα αποτελέσματα, η αντίδραση πρέπει να συνεχίζεται πάντα στην ίδια θερμοκρασία· είναι πιο βολικό να διατηρείται η θερμοκρασία τήξης του πάγου στους 0°. Ο χρόνος αντίδρασης ελέγχου (αυθόρμητη αντίδραση ενυδάτωσης CO 2) είναι συνήθως 110-125 Με. Κανονικά, όταν προσδιορίζεται με αυτή τη μέθοδο, η δραστικότητα της καρβονικής ανυδράσης είναι κατά μέσο όρο 2-2,5 συμβατικές μονάδες και σε 1 εκατομμύριο ερυθρά αιμοσφαίρια είναι 0,458 ± 0,006 συμβατικές μονάδες (μια μονάδα δραστικότητας ανθρακικής ανυδράσης λαμβάνεται ως 2 φορές αύξηση του ρυθμού της καταλυόμενης αντίδρασης).
Βιβλιογραφία:Κλινική αξιολόγηση εργαστηριακών εξετάσεων, εκδ. ΚΑΛΑ. Τίτσα, περ. από τα αγγλικά, σελ. 196, Μ., 1986.
1Σκοπός της εργασίας είναι να προσδιοριστούν οι παράγοντες που επηρεάζουν τη δραστηριότητα της ανθρακικής ανυδράσης που περιέχει ψευδάργυρο στο αναπαραγωγικό σύστημα αρσενικών αρουραίων υπό συνθήκες έκθεσης σε χαμηλής έντασης ακτινοβολία μικροκυμάτων. Η καρβονική ανυδράση παίζει σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό του σπερματικού πλάσματος και στην ωρίμανση του σπέρματος. Η δράση της καρβονικής ανυδράσης σε εκχυλίσματα νερού-αλατιού της επιδιδυμίδας και των όρχεων αρουραίων στην ομάδα ελέγχου, σύμφωνα με τα δεδομένα μας, κυμαίνεται από 84,0 ± 74,5 U/ml, που ως προς το βάρος ιστού είναι 336,0 ± 298,0 U/mg. Μελετήθηκε η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης ιόντων ψευδαργύρου και πολυαμίνης και της δραστηριότητας της ανθρακικής ανυδράσης. Η δράση της καρβονικής ανυδράσης στο αναπαραγωγικό σύστημα των αρσενικών αρουραίων έχει ένα σύνθετο σχήμα ρύθμισης, το οποίο προφανώς δεν περιορίζεται στους παράγοντες που περιγράψαμε. Με βάση τα αποτελέσματα που ελήφθησαν, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ο ρόλος των διαφόρων ρυθμιστών της δραστικότητας αυτού του ενζύμου ποικίλλει ανάλογα με τον βαθμό δραστικότητας της καρβονικής ανυδράσης. Είναι πιθανό ότι οι υψηλές συγκεντρώσεις σπερμίνης περιορίζουν τη μεταγραφή του γονιδίου της καρβονικής ανυδράσης, δεδομένων των δεδομένων για τις λειτουργίες αυτής της πολυαμίνης. Η σπερμιδίνη πιθανότατα χρησιμεύει ως περιοριστικός παράγοντας στα μετατριβοσωμικά στάδια της ρύθμισης της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης και η πουτρεσκίνη και η συγκέντρωση ιόντων ψευδαργύρου είναι αλληλένδετοι παράγοντες ενεργοποίησης.
αναπαραγωγικό σύστημα αρσενικών αρουραίων
συγκέντρωση ιόντων ψευδαργύρου
πολυαμίνες
ανθρακική ανυδράση
1. Boyko O.V. Μεθοδολογικές πτυχές της χρήσης υδροχλωρικού οξέος σπερμίνης και σπερμιδίνης για τον προσδιορισμό της ουροπαθογόνου μικροχλωρίδας / O.V. Boyko, A.A. Τερέντιεφ, Α.Α. Nikolaev // Προβλήματα αναπαραγωγής. – 2010. – Νο. 3. – Σ. 77-79.
2. Ilyina O.S. Αλλαγές στην περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο στο ανθρώπινο αίμα στον σακχαρώδη διαβήτη τύπου Ι και χαρακτηριστικά της υπογλυκαιμικής επίδρασης του συμπλέγματος ινσουλίνης-θειικής χονδροϊτίνης που περιέχει ψευδάργυρο: περίληψη. dis. ...κανάλι. biol. Sci. – Ufa, 2012. – 24 σελ.
3. Lutsky D.L. Πρωτεϊνικό φάσμα εκσπερματώσεων διαφορετικής γονιμότητας / D.L. Lutsky, A.A. Nikolaev, L.V. Lozhkina // Ουρολογία. – 1998. – Αρ. 2. – Σ. 48-52.
4. Nikolaev A.A. Δραστηριότητα σπερμοπλασματικών ενζύμων σε εκσπερματώματα διαφορετικής γονιμότητας / Α.Α. Nikolaev, D.L. Lutsky, V.A. Bochanovsky, L.V. Lozhkina // Ουρολογία. – 1997. – Αρ. 5. – Σ. 35.
5. Πλόσκωνος Μ.Β. Προσδιορισμός πολυαμινών σε διάφορα βιολογικά αντικείμενα / M.V. Πλόσκωνος, Α.Α. Nikolaev, A.A. Νικολάεφ // Πολιτεία Αστραχάν. μέλι. ακαδ. – Astrakhan, 2007. – 118 σελ.
6. Polunin A.I. Η χρήση του παρασκευάσματος ψευδαργύρου στη θεραπεία της ανδρικής υπογονιμότητας / A.I. Polunin, V.M. Miroshnikov, A.A. Nikolaev, V.V. Dumchenko, D.L. Lutsky // Μικροστοιχεία στην ιατρική. – 2001. – Τ. 2. – Αρ. 4. – Σ. 44-46.
7. Haggis G.C., Gortos K. Η δραστηριότητα της καρβονικής ανυδράσης των ιστών της αναπαραγωγικής οδού αρσενικών αρουραίων και η σχέση της με την παραγωγή σπέρματος // J. Fert. Αναπαραγωγή. – 2014. - V. 103. - Σ. 125-130.
Είναι γνωστό ότι η δραστηριότητα της ανθρακικής ανυδράσης που περιέχει ψευδάργυρο είναι υψηλή στο αναπαραγωγικό σύστημα αρσενικών πτηνών, θηλαστικών και ανθρώπων. Η δραστηριότητα αυτού του ενζύμου επηρεάζει την ωρίμανση των σπερματοζωαρίων, τον αριθμό και τον όγκο τους. Αλλά δεν υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με αλλαγές στη δραστηριότητα της καρβονικής ανυδράσης υπό την επίδραση άλλων σταθερών συστατικών του αναπαραγωγικού συστήματος, όπως τα ιόντα ψευδαργύρου και οι πολυαμίνες (πουτρεσκίνη, σπερμίνη και σπερμιδίνη), που επηρεάζουν ενεργά τη σπερματογένεση. Δίνεται μόνο μια γενική περιγραφή των συνεπειών των αλλαγών στη δραστηριότητα της καρβονικής ανυδράσης στη μορφολειτουργική κατάσταση των οργάνων του αναπαραγωγικού συστήματος των αρσενικών αρουραίων, τον αριθμό των σπερματοζωαρίων και την κινητικότητά τους.
Ο σκοπός της δουλειάς μαςήταν μια μελέτη της δραστηριότητας της ανθρακικής ανυδράσης που περιέχει ψευδάργυρο και της σχέσης της με το επίπεδο πολυαμινών και ιόντων ψευδαργύρου στον ιστό του αναπαραγωγικού συστήματος σεξουαλικά ώριμων αρσενικών αρουραίων.
Υλικά και μέθοδοι. Το πειραματικό μέρος της μελέτης περιελάμβανε 418 αρσενικούς λευκούς αρουραίους Wistar. Οι αρουραίοι ήταν 6-7 μηνών (ώριμα άτομα). Το σωματικό βάρος των αρουραίων ήταν 180-240 g, που διατηρήθηκαν υπό τυπικές συνθήκες βιβαρίου. Για να αποφευχθεί η επίδραση των εποχιακών διαφορών στις απαντήσεις σε πειραματικές επιρροές, όλες οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν την περίοδο φθινοπώρου-χειμώνα του έτους. Η συλλογή των όρχεων και της επιδιδυμίδας από αρουραίους πραγματοποιήθηκε με αναισθησία με αιθέρα (διεξήχθησαν πειραματικές μελέτες αυστηρά σύμφωνα με τη Διακήρυξη του Ελσίνκι για την ανθρώπινη μεταχείριση των ζώων).
Τα αντικείμενα της μελέτης μας ήταν εκχυλίσματα νερού-αλατιού της επιδιδυμίδας και των όρχεων σεξουαλικά ώριμων αρσενικών λευκών αρουραίων. Τα εκχυλίσματα παρασκευάστηκαν σε ρυθμιστικό διάλυμα Tris-υδροχλωρικού οξέος pH = 7,6 σε αναλογία βάρους/όγκου 1/5, μετά από τέσσερις φορές κατάψυξη, απόψυξη και φυγοκέντρηση στα 8000 g για 50 λεπτά, τα δείγματα καταψύχθηκαν και αποθηκεύτηκαν στους -24 °C μέχρι η μελέτη.
Προσδιορισμός ψευδαργύρου. Σε 2 ml του υπό μελέτη εκχυλίσματος, προστέθηκαν 0,1 ml 10% ΝαΟΗ και 0,2 ml διαλύματος διθειζόνης 1% σε τετραχλωράνθρακα. Στον αρνητικό έλεγχο προστέθηκαν 2 ml απεσταγμένου νερού, στον θετικό έλεγχο - 2 ml διαλύματος θειικού ψευδαργύρου 20 μmol (μοριακή συγκέντρωση τυπικού διαλύματος θειικού ψευδαργύρου). Τα δείγματα φωτομετρήθηκαν στα 535 nm. Η συγκέντρωση κατιόντων ψευδαργύρου στο δείγμα υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τον τύπο: CZn=20 μmol × Δείγμα OD535/Τυπικό OD535, όπου το δείγμα OD535 είναι η οπτική πυκνότητα του δείγματος, μετρημένη στα 535 nm. OD535 Πρότυπο - οπτική πυκνότητα τυπικού διαλύματος θειικού ψευδαργύρου 20 μικρογραμμομορίων, μετρημένη στα 535 nm.
Προσδιορισμός ανθρακικής ανυδράσης. Η μέθοδος βασίζεται στην αντίδραση της αφυδάτωσης των διττανθρακικών με την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αφυδάτωσης με έντονη φυσαλίδα του μέσου αντίδρασης με αέρα απελευθερωμένο από το μονοξείδιο του άνθρακα και ταυτόχρονη καταγραφή του ρυθμού μεταβολής του pH. Η αντίδραση ξεκινάει με γρήγορη εισαγωγή ενός διαλύματος του υποστρώματος - διττανθρακικού νατρίου (10 mM) στο μείγμα αντίδρασης που περιέχει το δείγμα δοκιμής. Σε αυτή την περίπτωση, το pH αυξάνεται κατά 0,01-0,05 μονάδες. Δείγματα (10,0-50,0 mg) επιδιδυμίδας και όρχεις σεξουαλικά ώριμων αρσενικών λευκών αρουραίων ομογενοποιήθηκαν και φυγοκεντρήθηκαν στα 4500 g για 30 λεπτά. στους 4 °C και το υπερκείμενο αραιώνεται με διπλά απεσταγμένο νερό στους 4 °C σε όγκο που θα επέτρεπε τη μέτρηση του χρόνου αντίδρασης. Η δραστικότητα της καρβονικής ανυδράσης προσδιορίζεται από τη μεταβολή της αρχικής τιμής pH από 8,2 σε 8,7 στην αντίδραση αφυδάτωσης CO2. Ο ρυθμός συσσώρευσης ιόντων υδροξυλίου μετράται ηλεκτρομετρικά χρησιμοποιώντας ένα ευαίσθητο προγραμματιζόμενο μετρητή pH (InoLab pH 7310) που συνδέεται με έναν υπολογιστή. Η μετατόπιση του pH από το 8,2 στο 8,7, ως συνάρτηση του χρόνου στη γραμμική τομή, λαμβάνει υπόψη τη δραστηριότητα του ενζύμου. Υπολογίστηκε ο μέσος χρόνος (Τ) για 4 μετρήσεις. Ως έλεγχος λήφθηκε ο χρόνος αλλαγής του pH κατά την αυθόρμητη ενυδάτωση του CO2 σε ένα μέσο χωρίς δείγμα. Η δράση της καρβονικής ανυδράσης εκφράστηκε σε μονάδες ενζύμου (U) ανά mg υγρού ιστού σύμφωνα με την εξίσωση: ED = 2 (T0 - T)/ (T0 × mg ιστού στο μείγμα αντίδρασης), όπου T0 = μέσος χρόνος για 4 μετρήσεις ένα καθαρό διάλυμα 4 ml ψυχρού, κορεσμένου διοξειδίου του άνθρακα, δύο απεσταγμένου νερού.
Προσδιορισμός πολυαμινών. Δείγματα (100-200 mg) επιδιδυμίδας και όρχεις ώριμων αρσενικών αλμπίνων αρουραίων ομογενοποιήθηκαν, εναιωρήθηκαν σε 1 ml 0,2 κανονικού υπερχλωρικού οξέος για να εκχυλιστούν ελεύθερες πολυαμίνες και φυγοκεντρήθηκαν. Σε 100 μl του υπερκειμένου, προστέθηκαν 110 μl ανθρακικού νατρίου 1,5 μl και 200 μl χλωριούχου δανσυλίου (7,5 mg/ml διάλυμα σε ακετόνη, Sigma, Μόναχο, Γερμανία). Επιπλέον, προστέθηκαν 10 μL διαμινοεξανίου 0,5 mM ως εσωτερικό πρότυπο. Μετά από 1 h επώασης στους 60°C στο σκοτάδι, προστέθηκαν 50 μL διαλύματος προλίνης (100mg/mL) για τη δέσμευση του ελεύθερου χλωριούχου δανσυλίου. Στη συνέχεια, τα παράγωγα dansyl πολυαμινών (στο εξής αναφερόμενες ως DNSC-πολυαμίνες) εκχυλίστηκαν με τολουόλιο, εξαχνώθηκαν σε έναν εξατμιστή κενού και διαλύθηκαν σε μεθανόλη. Η χρωματογραφία πραγματοποιήθηκε σε στήλη LC 18 αντίστροφης φάσης (Supelco), σε σύστημα υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (Dionex) που αποτελείται από αναμικτήρα βαθμίδωσης (μοντέλο P 580), αυτόματο εγχυτήρα (ASI 100) και ανιχνευτή φθορισμού (RF 2000) . Οι πολυαμίνες εκλούστηκαν σε γραμμική κλίση από 70% έως 100% (v/v) μεθανόλης σε νερό με ρυθμό ροής 1 mL/min και ανιχνεύθηκαν σε μήκος κύματος διέγερσης 365 nm και μήκος κύματος εκπομπής 510 nm. Τα δεδομένα αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό Dionex Chromeleon και η ποσοτικοποίηση πραγματοποιήθηκε με καμπύλες βαθμονόμησης που ελήφθησαν από ένα μείγμα καθαρών ουσιών (Εικόνα Α).
Χρωματογραφία υψηλής απόδοσης πολυαμινών DNSC:
Α - χρωματογράφημα ενός τυπικού μείγματος DNSC-πολυαμινών. Β - χρωματογράφημα DNSC-πολυαμινών από ένα από τα δείγματα ιστών της επιδιδυμίδας και των όρχεων αρσενικών αρουραίων. 1 - πουτρεσκίνη? 2 - πτωματικό? 3 - εξανοδιαμίνη (εσωτερικό πρότυπο). 4 - σπερμιδίνη; 5 - σπερμίνη. Ο άξονας x είναι ο χρόνος σε λεπτά, ο άξονας y είναι ο φθορισμός. Αμέτρητες κορυφές - μη αναγνωρισμένες ακαθαρσίες
Αποτελέσματα έρευνας και συζήτηση. Όπως είναι γνωστό, η καρβονική ανυδράση παίζει σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό του σπερματικού πλάσματος και στην ωρίμανση του σπέρματος. Η δράση της καρβονικής ανυδράσης σε εκχυλίσματα νερού-αλατιού της επιδιδυμίδας και των όρχεων αρουραίων στην ομάδα ελέγχου, σύμφωνα με τα δεδομένα μας, κυμαίνεται από 84,0 ± 74,5 U/ml, που ως προς το βάρος ιστού είναι 336,0 ± 298,0 U/mg. Μια τέτοια υψηλή δραστηριότητα του ενζύμου μπορεί να εξηγηθεί από τον σημαντικό φυσιολογικό του ρόλο. Για σύγκριση, το επίπεδο δραστικότητας αυτού του ενζύμου σε άλλους ιστούς των ίδιων ζώων είναι πολύ χαμηλότερο (Πίνακας 1), εκτός από το πλήρες αίμα, στο οποίο είναι γνωστή η υψηλή δραστικότητα της καρβονικής ανυδράσης των ερυθροκυττάρων. Ωστόσο, αυτό που είναι αξιοσημείωτο είναι η πολύ μεγάλη διασπορά στις τιμές της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης στην επιδιδυμίδα και τους όρχεις, ο συντελεστής διακύμανσης της οποίας είναι μεγαλύτερος από 150% (Πίνακας 1).
Τραπέζι 1
Δραστηριότητα ανθρακικής ανυδράσης σε ιστούς σεξουαλικά ώριμων αρσενικών
|
Αρσενικός ιστός αρουραίου |
Ενζυμική δραστηριότητα, μονάδες |
Αριθμός παρατηρήσεων |
Ο συντελεστής διακύμανσης, % |
|
εγκεφαλικός ιστός |
|||
|
Μυς |
|||
|
Βλεννογόνος του γαστρεντερικού σωλήνα |
|||
|
επιδιδυμίδα και όρχεις |
|||
|
Ολόκληρο αίμα |
Αυτό υποδεικνύει την επίδραση μη καταγεγραμμένων παραγόντων στη δραστηριότητα του ενζύμου. Υπάρχουν δύο περιστάσεις που εξηγούν αυτό το χαρακτηριστικό. Πρώτον, είναι γνωστό ότι οι βιολογικά ενεργές αμίνες, συμπεριλαμβανομένων των πολυαμινών σπερμιδίνης και σπερμίνης, είναι ικανές να ενεργοποιούν την καρβονική ανυδράση. Είναι το ανδρικό αναπαραγωγικό σύστημα που είναι η πλουσιότερη πηγή σπερμίνης και σπερμιδίνης. Ως εκ τούτου, πραγματοποιήσαμε έναν παράλληλο προσδιορισμό της συγκέντρωσης πολυαμινών σε εκχυλίσματα νερού-αλατιού της επιδιδυμίδας και των όρχεων αρσενικών αρουραίων. Οι πολυαμίνες σπερμιδίνη, σπερμίνη και πουτρεσκίνη αναλύθηκαν με HPLC όπως περιγράφεται στις Μέθοδοι. Αποδείχθηκε ότι η σπερμίνη, η σπερμιδίνη και η πουτρεσκίνη ανιχνεύθηκαν στον ιστό της επιδιδυμίδας και των όρχεων αρσενικών αρουραίων (Εικ. Β).
Σε υγιείς σεξουαλικά ώριμους αρσενικούς αρουραίους, το επίπεδο σπερμίνης ήταν 5,962±4,0,91 μg/g ιστού, σπερμιδίνης 3,037±3,32 μg/g ιστού, πουτρεσκίνης 2,678±1,82 μg/g ιστού και σπερμίνης/σπερμιδίνης .2,19 Επιπλέον, σύμφωνα με τα δεδομένα μας, τόσο το επίπεδο της σπερμιδίνης όσο και το επίπεδο της σπερμίνης (σε μικρότερο βαθμό) υπόκεινται σε σημαντικές διακυμάνσεις. Η ανάλυση συσχέτισης έδειξε σημαντική θετική σχέση (r=+0,3) μεταξύ των επιπέδων της σπερμίνης και της σπερμιδίνης και, αντίστοιχα, της σπερμιδίνης και της πουτρεσκίνης (r=+0,42). Προφανώς, αυτή η περίσταση είναι ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν την υψηλή διασπορά των αποτελεσμάτων του προσδιορισμού της δραστικότητας της καρβονικής ανυδράσης.
Ένας άλλος ρυθμιστής της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης μπορεί να είναι το επίπεδο ψευδαργύρου στον αναπαραγωγικό ιστό των σεξουαλικά ώριμων αρσενικών αρουραίων. Σύμφωνα με τα δεδομένα μας, το επίπεδο του ιόντος ψευδαργύρου ποικίλλει ευρέως, από 3,2 έως 36,7 μg/g ιστού της συνολικής προετοιμασίας των όρχεων και της επιδιδυμίδας των σεξουαλικά ώριμων αρσενικών αρουραίων.
Η ανάλυση συσχέτισης των επιπέδων ψευδαργύρου με τα επίπεδα σπερμίνης, σπερμιδίνης και δραστηριότητας καρβονικής ανυδράσης έδειξε διαφορετικά επίπεδα θετικής συσχέτισης μεταξύ της συγκέντρωσης των ιόντων ψευδαργύρου και αυτών των μεταβολιτών. Βρέθηκε ένα ασήμαντο επίπεδο συσχέτισης με τη σπερμίνη (+0,14). Δεδομένου του αριθμού των παρατηρήσεων που χρησιμοποιήθηκαν, αυτή η συσχέτιση δεν είναι σημαντική (p≥0,1). Βρέθηκε σημαντική θετική συσχέτιση μεταξύ του επιπέδου των ιόντων ψευδαργύρου και της συγκέντρωσης πουτρεσκίνης (+0,42) και της συγκέντρωσης της σπερμιδίνης (+0,39). Μια αναμενόμενα υψηλή θετική συσχέτιση (+0,63) βρέθηκε επίσης μεταξύ της συγκέντρωσης των ιόντων ψευδαργύρου και της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης.
Στο επόμενο στάδιο, προσπαθήσαμε να συνδυάσουμε τη συγκέντρωση ψευδαργύρου και το επίπεδο των πολυαμινών ως παράγοντες που ρυθμίζουν τη δραστηριότητα της καρβονικής ανυδράσης. Κατά την ανάλυση της σειράς παραλλαγών του κοινού προσδιορισμού της συγκέντρωσης των ιόντων ψευδαργύρου, των πολυαμινών και της δραστικότητας της καρβονικής ανυδράσης, αποκαλύφθηκαν ορισμένες κανονικότητες. Αποδείχθηκε ότι από 69 μελέτες που διεξήχθησαν για το επίπεδο της δραστικότητας της καρβονικής ανυδράσης, μπορούν να διακριθούν τρεις ομάδες:
Ομάδα 1 - υψηλή δραστηριότητα από 435 έως 372 μονάδες (αριθμός παρατηρήσεων 37),
Ομάδα 2 - χαμηλή δραστηριότητα από 291 έως 216 μονάδες (αριθμός παρατηρήσεων 17),
Ομάδα 3 - πολύ χαμηλή δραστηριότητα από 177 έως 143 μονάδες (αριθμός παρατηρήσεων 15).
Κατά την κατάταξη των επιπέδων πολυαμινών και της συγκέντρωσης ιόντων ψευδαργύρου με αυτές τις ομάδες, αποκαλύφθηκε ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό που δεν εμφανίστηκε κατά την ανάλυση της σειράς παραλλαγών. Οι μέγιστες συγκεντρώσεις σπερμίνης (κατά μέσο όρο 9,881±0,647 μg/g ιστού) σχετίζονται με την τρίτη ομάδα παρατηρήσεων με πολύ χαμηλή δραστηριότητα ανθρακικής ανυδράσης και η ελάχιστη (κατά μέσο όρο 2,615±1,130 μg/g ιστού) με τη δεύτερη ομάδα με χαμηλή ενζυμική δραστηριότητα.
Ο μεγαλύτερος αριθμός παρατηρήσεων σχετίζεται με την πρώτη ομάδα με υψηλό επίπεδο δραστηριότητας ανθρακικής ανυδράσης· σε αυτήν την ομάδα, οι συγκεντρώσεις σπερμίνης είναι κοντά στις μέσες τιμές (κατά μέσο όρο 4,675 ± 0,725 μg/g ιστού).
Η συγκέντρωση των ιόντων ψευδαργύρου παρουσιάζει μια πολύπλοκη σχέση με τη δράση της ανθρακικής ανυδράσης. Στην πρώτη ομάδα δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης (Πίνακας 2), η συγκέντρωση των ιόντων ψευδαργύρου είναι επίσης υψηλότερη από τις τιμές σε άλλες ομάδες (κατά μέσο όρο 14,11±7,25 μg/g ιστού). Περαιτέρω, η συγκέντρωση των ιόντων ψευδαργύρου μειώνεται σύμφωνα με τη μείωση της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης, αλλά αυτή η μείωση δεν είναι ανάλογη. Εάν στη δεύτερη ομάδα η δράση της καρβονικής ανυδράσης μειώνεται σε σύγκριση με την πρώτη κατά 49,6% και στην τρίτη κατά 60,35%, τότε η συγκέντρωση των ιόντων ψευδαργύρου μειώνεται στη δεύτερη ομάδα κατά 23%, και στην τρίτη κατά 39%.
πίνακας 2
Η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης πολυαμινών και ιόντων ψευδαργύρου και της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης
|
Ομάδες δραστηριοτήτων καρβονική ανυδράση, μονάδες |
Μέση συγκέντρωση σπερμίνη, μg/g ιστού |
Μέση συγκέντρωση σπερμιδίνη, μg/g ιστού |
Μέση συγκέντρωση πουτρεσκίνη, μg/g ιστού |
Μέση συγκέντρωση ιόντα ψευδαργύρου, μg/g ιστού |
Αυτό υποδεικνύει πρόσθετους παράγοντες που επηρεάζουν τη δραστηριότητα αυτού του ενζύμου. Η δυναμική της συγκέντρωσης πουτρεσίνης φαίνεται κάπως διαφορετική (Πίνακας 2). Το επίπεδο αυτής της πολυαμίνης πέφτει με ταχύτερο ρυθμό και στην τρίτη ομάδα σύγκρισης το επίπεδο της πουτρεσίνης είναι χαμηλότερο κατά μέσο όρο σχεδόν κατά 74%. Η δυναμική του επιπέδου σπερμιδίνης διαφέρει στο ότι οι τιμές συγκέντρωσης «άλμα» αυτής της πολυαμίνης συνδέονται κυρίως με τη δεύτερη ομάδα επιπέδων δραστηριότητας ανθρακικής ανυδράσης. Με υψηλή δραστηριότητα αυτού του ενζύμου (ομάδα 1), η συγκέντρωση σπερμιδίνης είναι ελαφρώς υψηλότερη από τον μέσο όρο για όλες τις παρατηρήσεις και στην τρίτη ομάδα είναι σχεδόν 4 φορές χαμηλότερη από τη συγκέντρωση στη δεύτερη ομάδα.
Έτσι, η δραστηριότητα της καρβονικής ανυδράσης στο αναπαραγωγικό σύστημα των αρσενικών αρουραίων έχει ένα σύνθετο σχήμα ρύθμισης, το οποίο προφανώς δεν περιορίζεται στους παράγοντες που περιγράψαμε. Με βάση τα αποτελέσματα που ελήφθησαν, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ο ρόλος των διαφόρων ρυθμιστών της δραστικότητας αυτού του ενζύμου ποικίλλει ανάλογα με τον βαθμό δραστικότητας της καρβονικής ανυδράσης. Είναι πιθανό ότι οι υψηλές συγκεντρώσεις σπερμίνης περιορίζουν τη μεταγραφή του γονιδίου της καρβονικής ανυδράσης, δεδομένων των δεδομένων για τις λειτουργίες αυτής της πολυαμίνης. Η σπερμιδίνη πιθανότατα χρησιμεύει ως περιοριστικός παράγοντας στα μετατριβοσωμικά στάδια της ρύθμισης της δραστηριότητας της καρβονικής ανυδράσης και η πουτρεσκίνη και η συγκέντρωση ιόντων ψευδαργύρου είναι αλληλένδετοι παράγοντες ενεργοποίησης.
Υπό αυτές τις συνθήκες, η αξιολόγηση της επίδρασης εξωτερικών παραγόντων (συμπεριλαμβανομένων αυτών που αλλάζουν την αναπαραγωγική λειτουργία) στη δραστηριότητα της ανθρακικής ανυδράσης, ως ενός από τους σημαντικούς κρίκους στο μεταβολισμό του αναπαραγωγικού συστήματος των αρσενικών θηλαστικών, γίνεται όχι μόνο σημαντική, αλλά και μάλλον πολύπλοκη διαδικασία, που απαιτεί μεγάλο αριθμό ελέγχων και πολυμερή αξιολόγηση.
Βιβλιογραφικός σύνδεσμος
Kuznetsova M.G., Ushakova M.V., Gudinskaya N.I., Nikolaev A.A. ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΑΝΘΡΑΣΗΣ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟ ΣΤΟ ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΑΡΡΕΝΙΚΩΝ ΑΡΟΥΡΑΙΩΝ // Σύγχρονα προβλήματα επιστήμης και εκπαίδευσης. – 2017. – Νο. 2.;URL: http://site/ru/article/view?id=26215 (ημερομηνία πρόσβασης: 19/07/2019).
Φέρνουμε στην προσοχή σας περιοδικά που εκδίδονται από τον εκδοτικό οίκο "Ακαδημία Φυσικών Επιστημών"
Από το φλεβικό αίμα μπορεί να εξαχθεί 55-58% κατ' όγκο διοξειδίου του άνθρακα. Το μεγαλύτερο μέρος του CO2 που εξάγεται από το αίμα προέρχεται από άλατα ανθρακικού οξέος που υπάρχουν στο πλάσμα και τα ερυθροκύτταρα, και μόνο περίπου 2,5 κατ' όγκο διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται και περίπου 4-5 κατ' όγκον% συνδυάζεται με αιμοσφαιρίνη με τη μορφή καρβοαιμοσφαιρίνης.
Το ανθρακικό οξύ σχηματίζεται από το διοξείδιο του άνθρακα στα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία περιέχουν το ένζυμο ανθρακική ανυδράση, το οποίο είναι ένας ισχυρός καταλύτης που επιταχύνει την αντίδραση ενυδάτωσης του CO2.
Σύνδεση του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα στα τριχοειδή αγγεία του συστημικού κύκλου.Το διοξείδιο του άνθρακα που σχηματίζεται στους ιστούς διαχέεται στο αίμα των τριχοειδών αγγείων του αίματος, καθώς η τάση του CO2 στους ιστούς υπερβαίνει σημαντικά την τάση του στο αρτηριακό αίμα. Το CO2 διαλυμένο στο πλάσμα διαχέεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια, όπου υπό την επίδραση ανθρακική ανυδράσημετατρέπεται αμέσως σε ανθρακικό οξύ,
Σύμφωνα με υπολογισμούς, η δραστηριότητα της καρβονικής ανυδράσης στα ερυθροκύτταρα είναι τέτοια που η αντίδραση της ενυδάτωσης του διοξειδίου του άνθρακα επιταχύνεται κατά 1500-2000 φορές. Δεδομένου ότι όλο το διοξείδιο του άνθρακα μέσα στα ερυθροκύτταρα μετατρέπεται σε ανθρακικό οξύ, η τάση του CO2 στο εσωτερικό του ερυθροκυττάρου είναι κοντά στο μηδέν, επομένως όλο και περισσότερες νέες ποσότητες CO2 εισέρχονται στα ερυθροκύτταρα. Λόγω του σχηματισμού ανθρακικού οξέος από το CO3 στα ερυθροκύτταρα, η συγκέντρωση των ιόντων HCO3" αυξάνεται και αρχίζουν να διαχέονται στο πλάσμα. Αυτό είναι δυνατό επειδή η επιφανειακή μεμβράνη του ερυθροκυττάρου είναι διαπερατή από ανιόντα. Για κατιόντα, τα ερυθροκύτταρα Η μεμβράνη είναι πρακτικά αδιαπέραστη. Αντί για ιόντα HCO3", το ιόν των ερυθροκυττάρων εισέρχεται σε χλώριο Η μετάβαση των ιόντων χλωρίου από το πλάσμα στα ερυθροκύτταρα απελευθερώνει ιόντα νατρίου στο πλάσμα, τα οποία δεσμεύουν τα ιόντα HCO3 που εισέρχονται στα ερυθροκύτταρα, σχηματίζοντας NaHC03. Η χημική ανάλυση του πλάσματος του φλεβικού αίματος δείχνει σημαντική αύξηση των διττανθρακικών σε αυτό.
Η συσσώρευση ανιόντων στο εσωτερικό του ερυθροκυττάρου οδηγεί σε αύξηση της ωσμωτικής πίεσης στο εσωτερικό του ερυθροκυττάρου, και αυτό προκαλεί τη διέλευση του νερού από το πλάσμα μέσω της επιφανειακής μεμβράνης του ερυθροκυττάρου. Ως αποτέλεσμα, ο όγκος των ερυθρών αιμοσφαιρίων στα συστηματικά τριχοειδή αγγεία αυξάνεται. Μια μελέτη με χρήση αιματοκρίτη αποκάλυψε ότι τα ερυθρά αιμοσφαίρια καταλαμβάνουν το 40% του όγκου του αρτηριακού αίματος και το 40,4% του όγκου του φλεβικού αίματος. Από αυτό προκύπτει ότι ο όγκος των ερυθροκυττάρων του φλεβικού αίματος είναι μεγαλύτερος από εκείνον των αρτηριακών ερυθροκυττάρων, γεγονός που εξηγείται από τη διείσδυση νερού σε αυτά.
Ταυτόχρονα με την είσοδο του CO2 στα ερυθροκύτταρα και το σχηματισμό ανθρακικού οξέος σε αυτό, απελευθερώνεται οξυγόνο από την οξυαιμοσφαιρίνη και μετατρέπεται σε μειωμένη αιμοσφαιρίνη. Το τελευταίο είναι ένα πολύ λιγότερο διαχωριστικό οξύ από την οξυαιμοσφαιρίνη και το ανθρακικό οξύ. Επομένως, όταν η οξυαιμοσφαιρίνη μετατρέπεται σε αιμοσφαιρίνη, το H2CO3 εκτοπίζει τα ιόντα καλίου από την αιμοσφαιρίνη και, σε συνδυασμό με αυτά, σχηματίζει το διττανθρακικό άλας καλίου.
Το απελευθερωμένο ιόν Η του ανθρακικού οξέος συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη. Δεδομένου ότι η μειωμένη αιμοσφαιρίνη είναι ένα ελαφρώς διαχωρισμένο οξύ, δεν υπάρχει οξίνιση του αίματος και η διαφορά στο pH μεταξύ του φλεβικού και του αρτηριακού αίματος είναι εξαιρετικά μικρή. Η αντίδραση που εμφανίζεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια των τριχοειδών ιστών μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:
KHbO2 + H2CO3= HHb + O2 + KHSO3
Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η οξυαιμοσφαιρίνη, μετατρέποντας σε αιμοσφαιρίνη και παραχωρώντας τις βάσεις που σχετίζονται με αυτήν σε διοξείδιο του άνθρακα, προάγει το σχηματισμό διττανθρακικών και τη μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα σε αυτή τη μορφή. Επιπλέον, η gcmoglobin σχηματίζει μια χημική ένωση με CO2 - καρβοαιμοσφαιρίνη. Η παρουσία αιμοσφαιρίνης και διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα προσδιορίστηκε με το ακόλουθο πείραμα. Εάν προστεθεί κυανιούχο κάλιο στο πλήρες αίμα, το οποίο απενεργοποιεί πλήρως την καρβονική ανυδράση, αποδεικνύεται ότι τα ερυθρά αιμοσφαίρια αυτού του αίματος δεσμεύουν περισσότερο CO2 από το πλάσμα. Από αυτό συνήχθη το συμπέρασμα ότι η δέσμευση του CO2 από τα ερυθροκύτταρα μετά την απενεργοποίηση της καρβονικής ανυδράσης εξηγείται από την παρουσία μιας ένωσης αιμοσφαιρίνης με CO2 στα ερυθροκύτταρα. Αργότερα ανακαλύφθηκε ότι το CO2 προσκολλάται στην αμινομάδα της αιμοσφαιρίνης, σχηματίζοντας έναν λεγόμενο δεσμό καρβαμίνης.
Η αντίδραση του σχηματισμού καρβοαιμοσφαιρίνης μπορεί να πάει προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση ανάλογα με την τάση του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα. Αν και ένα μικρό μέρος της συνολικής ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα που μπορεί να εξαχθεί από το αίμα συνδυάζεται με αιμοσφαιρίνη (8-10%), ο ρόλος αυτής της ένωσης στη μεταφορά του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα είναι αρκετά μεγάλος. Περίπου το 25-30% του διοξειδίου του άνθρακα που απορροφάται από το αίμα στα συστηματικά τριχοειδή αγγεία συνδυάζεται με την αιμοσφαιρίνη για να σχηματίσει καρβοαιμοσφαιρίνη.
Απελευθέρωση CO2 από το αίμα στα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία. Λόγω της χαμηλότερης μερικής πίεσης του CO2 στον κυψελιδικό αέρα σε σύγκριση με την τάση του στο φλεβικό αίμα, το διοξείδιο του άνθρακα διέρχεται μέσω της διάχυσης από το αίμα των πνευμονικών τριχοειδών αγγείων στον κυψελιδικό αέρα. Η τάση του CO2 στο αίμα πέφτει.
Ταυτόχρονα, λόγω της υψηλότερης μερικής πίεσης του οξυγόνου στον κυψελιδικό αέρα σε σύγκριση με την τάση του στο φλεβικό αίμα, το οξυγόνο ρέει από τον κυψελιδικό αέρα στο αίμα των τριχοειδών αγγείων των πνευμόνων. Η τάση O2 στο αίμα αυξάνεται και η αιμοσφαιρίνη μετατρέπεται σε οξυαιμοσφαιρίνη. Δεδομένου ότι το τελευταίο είναι ένα οξύ, η διάσταση του οποίου είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της αιμοσφαιρίνης του ανθρακικού οξέος, εκτοπίζει το ανθρακικό οξύ από το καλιοξύ του. Η αντίδραση έχει ως εξής:
ННb + O2 + KНSO3= KΝbO2+H2CO3
Το ανθρακικό οξύ, απελευθερωμένο από τον δεσμό του με τις βάσεις, διασπάται από την ανθρακική ανυδράση σε διοξείδιο του άνθρακα σε νερό. Η σημασία της καρβονικής ανυδράσης στην απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα στους πνεύμονες μπορεί να φανεί από τα ακόλουθα δεδομένα. Για να συμβεί η αντίδραση αφυδάτωσης του H2CO3 διαλυμένου στο νερό, με το σχηματισμό της ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα που φεύγει από το αίμα ενώ βρίσκεται στα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων, χρειάζονται 300 δευτερόλεπτα. Το αίμα περνά μέσα από τα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων μέσα σε 1-2 δευτερόλεπτα, αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, αφυδάτωση ανθρακικού οξέος μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια και διάχυση του CO2 που προκύπτει πρώτα στο πλάσμα του αίματος και στη συνέχεια στον κυψελιδικό αέρα.
Δεδομένου ότι η συγκέντρωση των ιόντων HCO3 στα ερυθροκύτταρα μειώνεται στα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία, αυτά τα ιόντα από το πλάσμα αρχίζουν να διαχέονται στα ερυθροκύτταρα και τα ιόντα χλωρίου διαχέονται από τα ερυθροκύτταρα στο πλάσμα. Λόγω του γεγονότος ότι η τάση του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα των πνευμονικών τριχοειδών μειώνεται, ο δεσμός καρβαμίνης διασπάται και η καρβοαιμοσφαιρίνη απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα.
Καμπύλες διάστασης ενώσεων ανθρακικού οξέος στο αίμα. Όπως έχουμε ήδη πει, πάνω από το 85% του διοξειδίου του άνθρακα που μπορεί να εξαχθεί από το αίμα με την οξίνισή του απελευθερώνεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης των διττανθρακικών (κάλιο στα ερυθρά αιμοσφαίρια και νάτριο στο πλάσμα).
Η δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα και η απελευθέρωσή του στο αίμα εξαρτώνται από τη μερική του ένταση. Είναι δυνατό να κατασκευαστούν καμπύλες διάστασης για ενώσεις διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα, παρόμοιες με τις καμπύλες διάστασης για την οξυαιμοσφαιρίνη. Για να γίνει αυτό, τα ποσοστά όγκου του διοξειδίου του άνθρακα που δεσμεύεται στο αίμα απεικονίζονται κατά μήκος του άξονα των τεταγμένων και οι μερικές τάσεις του διοξειδίου του άνθρακα σχεδιάζονται κατά μήκος του άξονα της τετμημένης. Η κάτω καμπύλη στο Σχ. 58 δείχνει τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα από το αρτηριακό αίμα, η αιμοσφαιρίνη του οποίου είναι σχεδόν πλήρως κορεσμένη με οξυγόνο. Η άνω καμπύλη δείχνει τη δέσμευση του όξινου αερίου από το φλεβικό αίμα.
Η διαφορά στο ύψος αυτών των καμπυλών εξαρτάται από το γεγονός ότι το αρτηριακό αίμα, πλούσιο σε οξυαιμοσφαιρίνη, έχει μικρότερη ικανότητα δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα σε σύγκριση με το φλεβικό αίμα. Όντας ισχυρότερο οξύ από το ανθρακικό οξύ, η οξυαιμοσφαιρίνη απομακρύνει τις βάσεις από τα διττανθρακικά και έτσι συμβάλλει στην απελευθέρωση ανθρακικού οξέος. Στους ιστούς, η οξυαιμοσφαιρίνη, μετατρέποντας σε αιμοσφαιρίνη, εγκαταλείπει τις βάσεις που σχετίζονται με αυτήν, αυξάνοντας τη δέσμευση του όξινου αερίου στο αίμα.
Το σημείο Α στην κάτω καμπύλη στο Σχ. Το 58 αντιστοιχεί σε τάση οξέος 40 mm Hg. Art., δηλαδή η τάση που υπάρχει στην πραγματικότητα στο αρτηριακό αίμα. Σε αυτή την τάση, δεσμεύεται 52 vol.% CO2. Το σημείο V στην άνω καμπύλη αντιστοιχεί σε τάση όξινου αερίου 46 mmHg. Art., δηλαδή υπάρχει στην πραγματικότητα στο φλεβικό αίμα. Όπως φαίνεται από την καμπύλη, σε αυτή την τάση, το φλεβικό αίμα δεσμεύει 58 vol.% διοξείδιο του άνθρακα. Η γραμμή AV που συνδέει την άνω και την κάτω καμπύλη αντιστοιχεί σε εκείνες τις αλλαγές στην ικανότητα δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα που συμβαίνουν όταν το αρτηριακό αίμα μετατρέπεται σε φλεβικό ή, αντίθετα, το φλεβικό αίμα σε αρτηριακό.
Το φλεβικό αίμα, λόγω του ότι η αιμοσφαιρίνη που περιέχει μετατρέπεται σε οξυαιμοσφαιρίνη, απελευθερώνει περίπου 6 vol.% CO2 στα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων. Εάν η αιμοσφαιρίνη στους πνεύμονες δεν μετατράπηκε σε οξυαιμοσφαιρίνη, τότε, όπως φαίνεται από την καμπύλη, φλεβικό αίμα με μερική πίεση διοξειδίου του άνθρακα στις κυψελίδες ίση με 40 mm Hg. Το Art.. θα δέσμευε 54 vol.% CO2, επομένως, θα απέδιδε όχι 6, αλλά μόνο 4 vol.%. Ομοίως, εάν το αρτηριακό αίμα στα τριχοειδή αγγεία του συστημικού κύκλου δεν απέδιδε το οξυγόνο του, δηλ. εάν η αιμοσφαιρίνη του παρέμενε κορεσμένη με οξυγόνο, τότε αυτό το αρτηριακό αίμα, στη μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα που υπάρχει στα τριχοειδή αγγεία των ιστών του σώματος , δεν θα μπορούσε να δεσμεύσει 58 vol. .% CO2, αλλά μόνο 55 vol.%.
ΑΝΘΡΑΚΑ ΥΔΡΑΣΗ (ανθρακική αφυδατάση, ανθρακική υδρολυάση, απαρχαιωμένο όνομα - ανθρακική ανυδράση; EC 4.2.1.1) - ένα ένζυμο που καταλύει την αναστρέψιμη αντίδραση της διάσπασης του ανθρακικού οξέος σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. είναι ένα από τα πιο κοινά και πιο ενεργά ένζυμα του ανθρώπινου σώματος, εμπλέκεται σε λειτουργίες του σώματος όπως η μεταφορά CO 2, ο σχηματισμός υδροχλωρικού οξέος στο στομάχι και η διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας. Η ποσότητα της δραστηριότητας Κ στο ανθρώπινο αίμα χρησιμεύει ως διαγνωστικό τεστ για μια σειρά ασθενειών.
Το διοξείδιο του άνθρακα, που σχηματίζεται κατά την αναπνοή των ιστών στα τριχοειδή αγγεία του ιστού, υπό την επίδραση των ερυθρών αιμοσφαιρίων μετατρέπεται σε H 2 CO 3 (H + + HCO 3 -). Τα ιόντα H + δεσμεύονται από την αιμοσφαιρίνη (βλ.) και τα ιόντα HCO 3 - με τη μορφή διττανθρακικού μεταφέρονται με το αίμα στους πνεύμονες. Στα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία, υπό την επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα, το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται από το H 2 CO 3 και στη συνέχεια απομακρύνεται από το σώμα. Τα νεφρά Κ. συμμετέχουν στη διαδικασία επαναρρόφησης νερού στα νεφρικά σωληνάρια. Η μείωση της καταλυτικής του δραστηριότητας οδηγεί σε αλκάλωση των ούρων (δηλαδή αύξηση των τιμών του pH) και πολυουρία. Κ., διασφαλίζοντας τη διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας, έχει σημαντική επίδραση στη διεγερσιμότητα και αγωγιμότητα του νευρικού ιστού. Ο Κ. καταλύει επίσης την υδρόλυση ενός αριθμού εστέρων και την ενυδάτωση των αλδεΰδων. Το ένζυμο ανήκει στην κατηγορία των λυασών, μια υποκατηγορία λυασών άνθρακα-οξυγόνου.
Το K. ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στα ερυθροκύτταρα από τους N. Meldrum και F. J. Boughton το 1932. Η δραστηριότητα του K. προσδιορίζεται, εκτός από τα ερυθροκύτταρα, στα βρεγματικά κύτταρα του γαστρικού βλεννογόνου, στα κύτταρα του φλοιού των επινεφριδίων και των νεφρών, όπως καθώς και στα κελιά του γ. n. σελ., πάγκρεας, στον αμφιβληστροειδή και τον φακό του ματιού και σε ορισμένα άλλα ανθρώπινα όργανα.
Το K. mamals είναι ένα μεταλλοένζυμο (πρωτεΐνη ψευδαργύρου).
Υπάρχει 1 g-άτομο ψευδαργύρου ανά 1 mole ενζυμικής πρωτεΐνης. Ο Zn 2+ μπορεί να αντικατασταθεί από Co 2+ χωρίς να αλλάξει η ενζυμική δραστηριότητα. Τα ιόντα Mn 2+, Fe 2+ και Ni 2+ είναι πολύ λιγότερο ενεργά από αυτή την άποψη.
Τα φυτικά κύτταρα διαφέρουν ως προς τις ιδιότητές τους από κύτταρα που έχουν απομονωθεί από ζωικούς και ανθρώπινους ιστούς.
Τα ανθρώπινα ερυθροκύτταρα K. έχουν τρία ισοένζυμα (βλ.) - A, B και C, από τα οποία το τελευταίο διακρίνεται από την υψηλότερη δραστηριότητα. Η αναλογία αυτών των ισοενζύμων ποικίλλει σε διαφορετικές καταστάσεις παθολογίας (κανονικά είναι 5%, 83% και 12%, αντίστοιχα).
Το Κ. αναστέλλεται από τα περισσότερα μονοσθενή ανιόντα, κυανιούχα, σουλφίδια, αζίδια, φαινόλες και ακετονιτρίλιο. Ορισμένα σουλφοναμίδια και τα παράγωγά τους είναι ισχυροί αναστολείς του Κ. σε ζώα και μικροοργανισμούς, για παράδειγμα, το ακεταζολαμίδιο - διακάρμπ (βλ.), το οποίο χρησιμοποιείται στην ιατρική ως διουρητικό και αντισπασμωδικό, καθώς και στη θεραπεία του γλαυκώματος.
Η δραστηριότητα του Κ. στο αίμα των υγιών ανθρώπων είναι αρκετά σταθερή, αλλά σε ορισμένες παθολογικές καταστάσεις αλλάζει απότομα. Έτσι, για παράδειγμα, με αναιμία διαφόρων αιτιολογιών, η ειδική δραστηριότητα του αίματος Κ αυξάνεται· αυξάνεται επίσης με κυκλοφορικές διαταραχές 2ου - 3ου βαθμού, καθώς και με ορισμένες βλάβες των πνευμόνων (βρογχεκτασίες, πνευμονοσκλήρωση). Με την ενδαγγειακή αιμόλυση, η δραστηριότητα του Κ. προσδιορίζεται στα ούρα, όπου συνήθως απουσιάζει* Σε ασθενείς με χαμηλή οξύτητα του γαστρικού υγρού, σημειώνεται χαμηλή δραστηριότητα του Κ. στο αίμα και με αυξημένη οξύτητα, Κ.' Η δραστηριότητα του αίματος στο αίμα είναι ελαφρώς αυξημένη.
Λαμβάνοντας υπόψη την ευρεία χρήση στην κλινική του Pharmakol, φαρμάκων που είναι αναστολείς του Κ. (υποθειαζίδη, διακαρβική κ.λπ.), είναι προφανής η σκοπιμότητα συστηματικής παρακολούθησης της δραστηριότητας του Κ. στο αίμα ασθενών που λαμβάνουν τέτοια φάρμακα.
Η δραστηριότητα του K. σε σφήνες και εργαστήρια προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Brinkman (βλ. μέθοδο Brinkman) τροποποιημένη από τους E. M. Kreps και E. Yu. Chenykaeva, καθώς και με τη μικρομέθοδο των A. A. Pokrovsky και V. A. Tutelyan, με βάση τη μέτρηση του χρόνος που απαιτείται για τη μετατόπιση του pH από το 9,0 στο 6,3 ως αποτέλεσμα της ενυδάτωσης του CO 2 υπό την επίδραση του Κ. του υπό μελέτη δείγματος αίματος. Κανονικά, η ενεργότητα Κ, που προσδιορίζεται με αυτή τη μέθοδο, είναι 2,01 ± 0,08 μονάδες και σε όρους 1 εκατομμυρίου ερυθρών αιμοσφαιρίων, 0,458 ± 0,006 μονάδες. (για 1 μονάδα δραστικότητας Κ, η επιτάχυνση μιας καταλυόμενης αντίδρασης θεωρείται ότι είναι 2 φορές σε σύγκριση με μια μη καταλυόμενη υπό τυπικές συνθήκες: θερμοκρασία 0-1°, χρόνος 100-110 δευτερόλεπτα, αραίωση αίματος 1: 1000).
Βιβλιογραφία Crepe E. M. Αναπνευστικό ένζυμο - καρβονική ανυδράση και η σημασία του στη φυσιολογία και την παθολογία, Usp. σύγχρονο, βιολ., τ. 17, τ. 2, σελ. 125, 1944; L e-ninger A. Biochemistry, μετάφρ. από τα αγγλικά, σελ. 177, Μ., 1974; Λ ι ν δ σ κ ο γ Σ. α. ο. Carbonic anhydrase, στο: Enzymes, ed. από τον P. D. Boyer, v. 5, σελ. 587, Ν. Υ.-Λ., 1971, βιβλιογρ.; Scrutton M. Assay of enzymes of carbon dioxide metabolism, στο βιβλίο: Meth. microbiol., επιμ. από τον J. R. Norris a. D. W. Ribbons, v. 6Α, σελ. 479, Λ.-Ν. Υ., 1971.
G. A. Kochetov.
Τα οποία, παραδόξως, δεν χρησιμοποιούνται ανεξάρτητα ως διουρητικά (διουρητικά). Οι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης χρησιμοποιούνται κυρίως για το γλαύκωμα.
Η ανθρακική ανυδράση στο επιθήλιο των εγγύς σωληναρίων του νεφρώνα καταλύει την αφυδάτωση του ανθρακικού οξέος, που αποτελεί βασικό κρίκο στην επαναρρόφηση των διττανθρακικών. Όταν δρουν οι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης, το διττανθρακικό νάτριο δεν επαναρροφάται, αλλά απεκκρίνεται στα ούρα (τα ούρα γίνονται αλκαλικά). Μετά το νάτριο, το κάλιο και το νερό απεκκρίνονται από το σώμα με τα ούρα. Η διουρητική δράση των ουσιών αυτής της ομάδας είναι ασθενής, καθώς σχεδόν όλο το νάτριο που απελευθερώνεται στα ούρα στα εγγύς σωληνάρια συγκρατείται στα άπω μέρη του νεφρώνα. Να γιατί Οι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης δεν χρησιμοποιούνται σήμερα ανεξάρτητα ως διουρητικά..
Φάρμακα αναστολέων καρβονικής ανυδράσης
Ακεταζολαμίδη
(diacarb) είναι ο πιο διάσημος εκπρόσωπος αυτής της ομάδας διουρητικών. Απορροφάται καλά από το γαστρεντερικό σωλήνα και, αμετάβλητο, απεκκρίνεται γρήγορα στα ούρα (δηλαδή, η επίδρασή του είναι βραχυπρόθεσμη). Φάρμακα παρόμοια με την ακεταζολαμίδη - διχλωροφαιναμίδιο(daranid) και μεθαζολαμίδη(νεπταζάνη).
Μεθαζολαμίδηανήκει επίσης στην κατηγορία των αναστολέων της καρβονικής ανυδράσης. Έχει μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής από την ακεταζολαμίδη και είναι λιγότερο νεφροτοξικό.
Δορζολαμίδη. Ενδείκνυται για τη μείωση της αυξημένης ενδοφθάλμιας πίεσης σε ασθενείς με γλαύκωμα ανοιχτής γωνίας ή οφθαλμική υπέρταση που δεν ανταποκρίνονται επαρκώς στους β-αναστολείς.
Μπρινζολαμίδη(εμπορικές επωνυμίες Azopt, Alcon Laboratories, Inc, Μπεφαρντίν Fardi MEDICALS) ανήκει επίσης στην κατηγορία των αναστολέων της καρβονικής ανυδράσης. Χρησιμοποιείται για τη μείωση της ενδοφθάλμιας πίεσης σε ασθενείς με γλαύκωμα ανοιχτής γωνίας ή οφθαλμική υπέρταση. Ο συνδυασμός βρινζολαμίδης και τιμολόλης χρησιμοποιείται ενεργά στην αγορά με την εμπορική ονομασία Azarga.
Παρενέργειες
Οι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης έχουν τις ακόλουθες κύριες παρενέργειες:
- υποκαλιαιμία?
- υπερχλωραιμική μεταβολική οξέωση;
- φωσφατουρία;
- υπερασβεστιουρία με κίνδυνο πέτρας στα νεφρά.
- νευροτοξικότητα (παραισθησία και υπνηλία).
- αλλεργικές αντιδράσεις.
Αντενδείξεις
Η ακεταζολαμίδη, όπως και άλλοι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης, αντενδείκνυται στην κίρρωση του ήπατος, καθώς η αλκαλοποίηση των ούρων εμποδίζει την απελευθέρωση αμμωνίας, η οποία οδηγεί σε εγκεφαλοπάθεια.
Ενδείξεις χρήσης
Οι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης χρησιμοποιούνται κυρίως για τη θεραπεία του γλαυκώματος. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία της επιληψίας και της οξείας ασθένειας του βουνού. Δεδομένου ότι προάγουν τη διάλυση και την αποβολή του ουρικού οξέος, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θεραπεία της ουρικής αρθρίτιδας.
Ακεταζολαμίδηχρησιμοποιείται στις ακόλουθες συνθήκες:
- Γλαύκωμα (μειώνει την παραγωγή ενδοφθάλμιου υγρού από το χοριοειδές πλέγμα του ακτινωτού σώματος.
- Θεραπεία της επιληψίας (petit mal). Η ακεταζολαμίδη είναι αποτελεσματική στη θεραπεία των περισσότερων τύπων κρίσεων, συμπεριλαμβανομένων των τονικοκλονικών κρίσεων και των κρίσεων απουσίας, αν και έχει περιορισμένο όφελος καθώς αναπτύσσεται ανοχή με μακροχρόνια χρήση.
- Για την πρόληψη της νεφροπάθειας κατά τη διάρκεια της θεραπείας, καθώς η διάσπαση των κυττάρων απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα βάσεων πουρίνης, οι οποίες παρέχουν απότομη αύξηση στη σύνθεση του ουρικού οξέος. Η αλκαλοποίηση των ούρων με ακεταζολαμίδη λόγω της απελευθέρωσης διττανθρακικών αναστέλλει τη νεφροπάθεια λόγω της απώλειας κρυστάλλων ουρικού οξέος.
- Για την αύξηση της διούρησης κατά τη διάρκεια του οιδήματος και τη διόρθωση της μεταβολικής υποχλωραιμικής αλκάλωσης σε CHF. Με τη μείωση της επαναρρόφησης NaCl και διττανθρακικών στα εγγύς σωληνάρια.
Ωστόσο, για καμία από αυτές τις ενδείξεις η ακεταζολαμίδη δεν είναι η κύρια φαρμακολογική θεραπεία (φάρμακο εκλογής). Η ακεταζολαμίδη συνταγογραφείται επίσης για την ασθένεια του βουνού (καθώς προκαλεί οξέωση, η οποία οδηγεί στην αποκατάσταση της ευαισθησίας του αναπνευστικού κέντρου στην υποξία).
Αναστολείς καρβονικής ανυδράσης στη θεραπεία της ασθένειας του βουνού
Σε μεγάλα υψόμετρα, η μερική πίεση του οξυγόνου είναι χαμηλότερη και οι άνθρωποι πρέπει να αναπνέουν πιο γρήγορα για να πάρουν αρκετό οξυγόνο για να ζήσουν. Όταν συμβεί αυτό, η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα CO2 στους πνεύμονες μειώνεται (απλώς φουσκώνεται όταν εκπνέετε), με αποτέλεσμα την αναπνευστική αλκάλωση. Αυτή η διαδικασία αντισταθμίζεται συνήθως από τα νεφρά μέσω της απέκκρισης διττανθρακικών και ως εκ τούτου προκαλεί αντισταθμιστική μεταβολική οξέωση, αλλά αυτός ο μηχανισμός διαρκεί αρκετές ημέρες.
Πιο άμεση θεραπεία είναι οι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης, οι οποίοι εμποδίζουν την πρόσληψη διττανθρακικών από τα νεφρά και βοηθούν στη διόρθωση της αλκάλωσης. Οι αναστολείς της καρβονικής ανυδράσης βελτιώνουν επίσης τη χρόνια ασθένεια του βουνού.
