Альбумин плазмы крови - клинический маркер эндотоксемии и эффективности детоксикации

Н.М. Федоровский,
«Непрямая электрохимическоя детоксикация». Москва, «Медицина» 2004г.
Физико-химические свойства и функции альбумина

  Впервые альбумин был выделен и идентифицирован из белковых фракций крови путем электрофореза в 1937 г. Агпе Tiselias. За истекший период времени эти хорошо растворимые глобулярные белки достаточно глубоко изучены физиками, химиками, генетиками, клиницистами, однако окончательно полного представления об их структуре и функциональных возможностях пока нет.
  На сегодняшний день достоверно установлено, что альбумин выполняет в организме транспортную функцию по переносу множества амфифильных метаболитов (жирные кислоты, билирубин), лекарственных препаратов, компонентов эндо- и экзотоксемии, обеспечивает поддержание 80 % собственно онкотического давления крови. Является важным компонентом антиоксидантной защиты организма, обрывая цепи свободнорадикальных реакций, активно взаимодействуя с гидроксильными радикалами, инактивируя НС10 [Степуро И.И., 1998; Halliwell В., 1988].
  Нарушение транспортной функции альбумина, вызванное эндотоксикозом, может привести к тяжелым последствиям. Поэтому определение концентраций общего белка и альбумина крови является обязательным в алгоритме клинико-биохимических исследований. Однако, как показывает практика, нормальное содержание альбумина далеко не всегда означает его нормальное функционирование, так как существует множество факторов (рН, температурный градиент, дилюция, характер экзо- и эндотоксических лигандов и др.), вызывающих нарушение конформации белковой молекулы с изменением ее свойств и функций.
  В связи с этим хотелось бы подчеркнуть чрезвычайную важность и перспективность лабораторных и клинических исследований физико-химических свойств альбумина, проведенных и проводимых в настоящее время лабораториями и клиниками, возглавляемыми академиком РАМН Ю.М. Лопухиным, профессорами Г.Е. Добрецовым и Ю.А. Грызуновым, Б.М. Красовицким (Харьков), академиком ИАН Белоруссии СВ. Коневым и др. В данном пособии не преследуется цель представления полной информации по альбумину, ибо материал огромен. Основная задача — акцентировать внимание клиницистов на аспектах, имеющих прямое отношение к транспортной функции альбумина, деблокаде его центров связывания, критерию его детоксицированности и повышению транспортной функции, т.е. обратимому связыванию и транспорту низкомолекулярных эндогенных и экзогенных лигандов. Желающим ознакомиться с фундаментальной информацией по альбумину рекомендуется научное издание НИИ ФХМ МЗ РФ «Альбумин сыворотки крови в клинической медицине» под редакцией Ю.А. Грызунова и Е.Е. Добрецова (М.: ГЕОТАР-Медицина, 1998).
  Сывороточный альбумин человека — глобулярный белок с мол. м. около 66 тыс. синтезируется в гепатоцитах в количестве 15—20 г в сутки. В норме содержание альбумина в плазме крови составляет 35—50 г/л; в лимфатической системе — 15—36 г/л; в межклеточной жидкости — 3 г/л; в ликворе — 0,3 г/л. Всего в плазме взрослого человека содержится 120—140 г альбумина, в тканях 300—360 г, т.е., в сумме, около 500 г альбумина [Грызунов Ю.А., Добрецов Г.Е., 1994]. Масса альбумина в плазме составляет 47—62 % от всех ее белков; время жизни альбумина — 20 сут [Чегер СИ., 1975].
  Структурно молекула человеческого альбумина представляет собой сложную полипептидную цепь, состоящую из 586 аминокислотных остатков, сшитых дисульфидными связями. Основными из них являются гидрофильные (аспарагиновая, глутаминовая кислоты, гистидин, лизин, аспарагин, глутамин, аргинин, серии), гидрофобные (цистеин, фенилаланин, изолейцин, лейцин, метионин, пролин, валин, триптофан, тирозин) и амфифильные (аланин, глицин, треонин).
  Отдельные регионы аминокислотных остатков (их три) трижды повторяются по рисунку в молекуле альбумина и носят название «домены». Центральная часть каждого домена образована, преимущественно, гидрофобными,, а внешняя — гидрофильными остатками. По всей вероятности, домен является «эволюционным предком» альбуминов всех млекопитающих [Комарова М.Н., Грызунов Ю.А., 1998]. Общеизвестно, что человеческий альбумин и альбумины различных животных гомологичны и различаются лишь числом доменов и некоторыми аминокислотными остатками. Форма молекулы представляет собой эллипсоид [Sjoberg В., Mortensen К., 1994]. Молекула альбумина не является жестко постоянной и под действием температурного фактора, рН, а также в результате связывания органических молекул подвергается конформации.
  Установлено, что альбумин способен обратимо связывать жирные кислоты, ионы металлов, многие метаболиты, экзотоксичные (в основном гидрофобные и амфифильные) вещества. При этом участок молекулы альбумина, с которым тот или иной лиганд взаимодействует более длительное время, чем с другими, называется центром связывания. Связавшийся с глобулой лиганд может влиять на взаимодействие с ней другого лиганда конкурентно или кооперативно. Лиганды связаны с центрами ван-дер-ваальсовыми и гидрофобными силами [Yamasaki R., Miyoshi T. et al., 1994]. Наиболее прочно с центрами связывания взаимодействуют неэстерифицированные жирные кислоты (4 участка ЖК) и билирубин. Остальные участки молекулы альбумина также обладают способностью взаимодействовать (связываться) с молекулами билирубина, но более слабой. При этом весьма важным критерием эффективности «работы» альбумина является его обязательная связь с жирными кислотами. Обезжиренная молекула альбумина практически теряет свою связывающе-транспортную функцию. Жирные кислоты, билирубин, метаболиты и токсичные лиганды, как уже говорилось выше, взаимодействуют с альбумином обратимо. Различные центры связывают один и тот же лиганд с различными величинами констант связывания (наибольшая — у билирубина и жирных кислот).

Факторы, влияющие на конформацию альбумина и его связывающие свойства

Структура молекулы альбумина, как упоминалось выше, может изменяться при воздействии различных факторов — температуры, рН, длительности хранения, ионного состава растворов, наличия экзо- и эндотоксичных агентов (при экзо- и эндотоксемии). Молекула альбумина достаточно устойчива к температурной денатурации и выдерживает нагрев до 60 °С в течение 1 ч [Peters Т., 1977, 1985]. Однако уже при 35—36 °С наблюдаются конформационное изменение молекулы и сдвиг флюоресценции альбумина на 5—7 нм. Под влиянием более высокой температуры число мест связывания по сравнению с исходными показателями для одних лигандов увеличивается, для других — снижается.
В эксперименте при добавлении в раствор альбумина неорганических солей, например NaSCN, содержание Х-спиралей в структуре белка изменяется в 100 раз сильнее, чем при добавлении хлорида калия, мочевины и др. [Watanabe et al., 1992]. Например, шестикратное увеличение (по сравнению с 0,9 % NaCl) концентрации солей в растворе альбумина уменьшает константу связывания антибиотиков. Ионы цинка увеличивают, ионы меди уменьшают связывание уратов и т.д.
  Жирные кислоты увеличивают компактность альбуминовой глобулы, делают белок более устойчивым к воздействию денатурирующих агентов — температуры, мочевины, гуанидиновых солей [Dzafarov Т., 1992]. Существует предположение, что потеря альбумином способности связывать жирные кислоты является одним из факторов его катаболизма [Титов В.Н., 1998].
  При метаболическом ацидозе и соответственно снижении рН свободные жирные кислоты ассоциируют протон, теряют заряд и возможность связи с альбумином. В норме неэстерифицированные жирные кислоты поступают в клетки из комплекса с альбумином. При декомпенсированном диабете и кетоацидозе это связывание резко уменьшается и жирные кислоты преимущественно встраиваются в клеточную мембрану, нарушая ее проницаемость и обеспечивая лавинообразный поток ионов: в цитозоль устремляются Na+, Ca2+, а клетку покидают К+, Mg2+ [Foster J., 1992].
  Экспериментальными работами Мунка (цит. по Чегер СИ., 1975) показано, что внутривенное введение свободных жирных кислот приводит к гипотонии, шоку и летальному исходу у животных. В то же время предварительная инкубация жирных кислот с альбумином предотвращает их токсическое действие. Таким образом, создается впечатление, что альбумин «существует», чтобы предотвратить токсическое действие свободных жирных кислот [Титов В.Н., 1998].
  При снижении рН до 3,0—4,5 молекула альбумина «сжимается»; при увеличении от 6,0 до 10,0 изменяется пространственная структура альбумина. Центры связывания также пространственно видоизменяются: увеличивается гидрофобность, обусловливающая более сильное взаимодействие с лигандами.
  В заключение выборочной и краткой характеристики физико-химических свойств альбумина следует отметить, что его молекула весьма устойчивая к разрушению структуры, активно реагирующая на малейшие изменения окружающей среды. Она сжимается, растягивается, расплетает и скручивает свои спирали, обнажая или пряча гидрофобные карманы, подготавливает места контактов с лигандами и отторгает их по мере необходимости. Связывая лиганды, в частности продукты метаболизма, билирубин, жирные кислоты, токсичные и другие вещества, она обеспечивает их транспортировку в системы детоксикации (печень, почки).
  Таким образом, альбумин осуществляет как детоксицирующую (пример с жирными кислотами), так и транспортную функции путем переноса ксенобиотиков в печень, где путем монооксигеназного окисления он освобождает свои центры.
  Наличие альбумина в крови в пределах физиологической нормы (45—55 % от общего белка) далеко не всегда отражает полноценность его транспортной функции. Его связывающие центры могут быть блокированы токсичными лигандами (при эндотоксемиях и печеночной недостаточности), в связи с чем транспортная емкость резко снижается. В связи с этим для клиницистов весьма важное значение имеет методика определения степени заблокированности центров связывания альбумина, его резервной связывающей способности и в соответствии с этим оценки транспортной функции. Существует несколько методик, суть которых заключается в использовании тестирующих красителей различного рода, лекарственных веществ и флюоресцентов, которые, связываясь с незаблокированными центрами альбумина, могут быть качественно и количественно идентифицированы. Эта информация дает исследователю представление о степени «работоспособности» центров связывания. Методики с применением тестирующих красителей (в частности, Конго красный, синий, бензойная кислота и др.), к сожалению, оказались несовершенными. Наиболее совершенными методиками по оценке блокирования и связывания метаболитами и токсичными лигандами центров связывания альбумина являются методики с использованием флюоресцирующих зондов (в частности, К-35).