Желчные пигменты. Обмен желчных пигментов в норме

Жёлчные

(или
же́лчные
)
пигме́нты
, также
билины
— биологические пигменты, линейные тетрапирролы[1], формально являющиеся производными билана (билиногена) с окисленными терминальными пиррольными ядрами, образующиеся при катаболизме гема. Впервые выделены из жёлчи, которой придают характерную окраску, откуда и получили своё название; цвет различных жёлчных пигментов — от жёлто-оранжевого до сине-зелёного. Образуются во многих организмах как продукт метаболизма некоторых порфиринов. Билин (также называемый
билихром
) был назван как желчный пигмент млекопитающих, но его также можно обнаружить в низших позвоночных, беспозвоночных, а также в красных водорослях, зелёных растениях и цианобактериях. Цвет билинов может варьировать от красного, оранжевого, жёлтого и коричневого до голубого и зелёного.

Говоря химическим языком, билины это линейная структура из четырёх пиррольных колец (тетрапирролы). В человеческом метаболизме они представлены билирубином-продуктом разрушения гема. Гидроксиметилбилан это одно из популярных анаболических средств, получаемое реакцией биосинтеза порфобилиногена (ПБГ) и уропорфобилиногена I (реакция широко известена как порфобилиногенная деаминаза).

Билины были найденны в животных, а фикоцинобилины в хромофорах фотосинтетического пигмента фикоцианина в водорослях и растениях. В растениях билины также служат как фотопигменты фоторецепторного белка фитохрома. Примером билина беспозвоночных может служить микроматабилин, придающий зелёный цвет пауку Micrommata virescens

[2].

Биосинтез и биологическая роль

Жёлчные пигменты образуются у позвоночных в результате метаболизации гемоглобина, миоглобина и гем-содержащих белков, при этом происходит окислительное расщепление α-метиновой связи гема (простетической группы гемоглобина).

Процесс катализируется гем-оксигеназой ( 1.14.99.3), при этом в качестве донора водорода выступает никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADPH):

гем + 3 AH2 + 3 O2 \to биливердин + Fe2+ + CO + 3 A + 3 H2O

В процессе также участвует гемопротеинредуктаза ( 1.14.99.3), восстанавливающая гем-оксигеназу.

На первой стадии реакции происходит гидроксилирование α-метиновой группы с образованием 5-гидроксигема, после чего гидроксилированный мостик окисляется с выделением оксида углерода и образованием вердогема. В свою очередь, вердогем окисляется до нестойкого комплекса биливердина с двухвалентным железом, который распадается с высвобождением Fe2+ и биливердина[3].

В дальнейшем биливердин (сине-зелёные кристаллы, в растворах жёлто-зелёного цвета) при восстановлении, катализируемым биливердинредуктазой, превращается в билирубин (коричневые кристаллы, в растворах — жёлто-оранжевого цвета):

В жёлчи человека и плотоядных млекопитающих преобладает билирубин, в жёлчи травоядных млекопитающих, птиц, пресмыкающихся и рыб — биливердин.

Метаболизация гема с образованием жёлчных пигментов идёт в клетках ретикулоэндотелиальной системы, фагоцитирующих старые или повреждённые эритроциты — преимущественно в селезёнке и купферовыми клетками печени. В кишечнике билирубин подвергается бактериальному восстановлению с образованием уробилинов и уробилиногенов, в частности, стеркобилиногена (у человека — 40—280 мг в сутки). Стеркобилиноген под действием света окисляется до стеркобилина.

Патологические состояния, при которых нарушение метаболизма гемоглобина и жёлчных пигментов ведут к накоплению в крови избыточного количества билирубина (гипербилирубинемии), ведут к желтушному окрашиванию кожи, слизистых оболочек и склеры — желтухе.

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).

схема 2. 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 ЖЁЛЧНЫЕ ПИГМЕНТЫ

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.

Номенклатура

Примечания

1. [goldbook.iupac.org/T06291.html tetrapyrroles // IUPAC Gold Book]
2. Oxford, G.S. & Gillespie, R.G. (1998). Evolution and Ecology of Spider Coloration. Annual Review of Entomology 43:619-643.doi: [dx.doi.org/10.1146%2Fannurev.ento.43.1.619 10.1146/annurev.ento.43.1.619 ]
3. [www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/EC1/14/99/3.html EC 1.14.99.3 // IUBMB Enzyme Nomenclature]

Отрывок, характеризующий Жёлчные пигменты

– Да отчего же? – сказала княжна. Никто не ответил, и княжна Марья, оглядываясь по толпе, замечала, что теперь все глаза, с которыми она встречалась, тотчас же опускались. – Отчего же вы не хотите? – спросила она опять. Никто не отвечал. Княжне Марье становилось тяжело от этого молчанья; она старалась уловить чей нибудь взгляд. – Отчего вы не говорите? – обратилась княжна к старому старику, который, облокотившись на палку, стоял перед ней. – Скажи, ежели ты думаешь, что еще что нибудь нужно. Я все сделаю, – сказала она, уловив его взгляд. Но он, как бы рассердившись за это, опустил совсем голову и проговорил: – Чего соглашаться то, не нужно нам хлеба. – Что ж, нам все бросить то? Не согласны. Не согласны… Нет нашего согласия. Мы тебя жалеем, а нашего согласия нет. Поезжай сама, одна… – раздалось в толпе с разных сторон. И опять на всех лицах этой толпы показалось одно и то же выражение, и теперь это было уже наверное не выражение любопытства и благодарности, а выражение озлобленной решительности. – Да вы не поняли, верно, – с грустной улыбкой сказала княжна Марья. – Отчего вы не хотите ехать? Я обещаю поселить вас, кормить. А здесь неприятель разорит вас… Но голос ее заглушали голоса толпы. – Нет нашего согласия, пускай разоряет! Не берем твоего хлеба, нет согласия нашего! Княжна Марья старалась уловить опять чей нибудь взгляд из толпы, но ни один взгляд не был устремлен на нее; глаза, очевидно, избегали ее. Ей стало странно и неловко. – Вишь, научила ловко, за ней в крепость иди! Дома разори да в кабалу и ступай. Как же! Я хлеб, мол, отдам! – слышались голоса в толпе. Княжна Марья, опустив голову, вышла из круга и пошла в дом. Повторив Дрону приказание о том, чтобы завтра были лошади для отъезда, она ушла в свою комнату и осталась одна с своими мыслями. Долго эту ночь княжна Марья сидела у открытого окна в своей комнате, прислушиваясь к звукам говора мужиков, доносившегося с деревни, но она не думала о них. Она чувствовала, что, сколько бы она ни думала о них, она не могла бы понять их. Она думала все об одном – о своем горе, которое теперь, после перерыва, произведенного заботами о настоящем, уже сделалось для нее прошедшим. Она теперь уже могла вспоминать, могла плакать и могла молиться. С заходом солнца ветер затих. Ночь была тихая и свежая. В двенадцатом часу голоса стали затихать, пропел петух, из за лип стала выходить полная луна, поднялся свежий, белый туман роса, и над деревней и над домом воцарилась тишина. Одна за другой представлялись ей картины близкого прошедшего – болезни и последних минут отца. И с грустной радостью она теперь останавливалась на этих образах, отгоняя от себя с ужасом только одно последнее представление его смерти, которое – она чувствовала – она была не в силах созерцать даже в своем воображении в этот тихий и таинственный час ночи. И картины эти представлялись ей с такой ясностью и с такими подробностями, что они казались ей то действительностью, то прошедшим, то будущим. То ей живо представлялась та минута, когда с ним сделался удар и его из сада в Лысых Горах волокли под руки и он бормотал что то бессильным языком, дергал седыми бровями и беспокойно и робко смотрел на нее. «Он и тогда хотел сказать мне то, что он сказал мне в день своей смерти, – думала она. – Он всегда думал то, что он сказал мне». И вот ей со всеми подробностями вспомнилась та ночь в Лысых Горах накануне сделавшегося с ним удара, когда княжна Марья, предчувствуя беду, против его воли осталась с ним. Она не спала и ночью на цыпочках сошла вниз и, подойдя к двери в цветочную, в которой в эту ночь ночевал ее отец, прислушалась к его голосу. Он измученным, усталым голосом говорил что то с Тихоном. Ему, видно, хотелось поговорить. «И отчего он не позвал меня? Отчего он не позволил быть мне тут на месте Тихона? – думала тогда и теперь княжна Марья. – Уж он не выскажет никогда никому теперь всего того, что было в его душе. Уж никогда не вернется для него и для меня эта минута, когда бы он говорил все, что ему хотелось высказать, а я, а не Тихон, слушала бы и понимала его. Отчего я не вошла тогда в комнату? – думала она. – Может быть, он тогда же бы сказал мне то, что он сказал в день смерти. Он и тогда в разговоре с Тихоном два раза спросил про меня. Ему хотелось меня видеть, а я стояла тут, за дверью. Ему было грустно, тяжело говорить с Тихоном, который не понимал его. Помню, как он заговорил с ним про Лизу, как живую, – он забыл, что она умерла, и Тихон напомнил ему, что ее уже нет, и он закричал: „Дурак“. Ему тяжело было. Я слышала из за двери, как он, кряхтя, лег на кровать и громко прокричал: „Бог мой!Отчего я не взошла тогда? Что ж бы он сделал мне? Что бы я потеряла? А может быть, тогда же он утешился бы, он сказал бы мне это слово“. И княжна Марья вслух произнесла то ласковое слово, которое он сказал ей в день смерти. «Ду ше нь ка! – повторила княжна Марья это слово и зарыдала облегчающими душу слезами. Она видела теперь перед собою его лицо. И не то лицо, которое она знала с тех пор, как себя помнила, и которое она всегда видела издалека; а то лицо – робкое и слабое, которое она в последний день, пригибаясь к его рту, чтобы слышать то, что он говорил, в первый раз рассмотрела вблизи со всеми его морщинами и подробностями. «Душенька», – повторила она. «Что он думал, когда сказал это слово? Что он думает теперь? – вдруг пришел ей вопрос, и в ответ на это она увидала его перед собой с тем выражением лица, которое у него было в гробу на обвязанном белым платком лице. И тот ужас, который охватил ее тогда, когда она прикоснулась к нему и убедилась, что это не только не был он, но что то таинственное и отталкивающее, охватил ее и теперь. Она хотела думать о другом, хотела молиться и ничего не могла сделать. Она большими открытыми глазами смотрела на лунный свет и тени, всякую секунду ждала увидеть его мертвое лицо и чувствовала, что тишина, стоявшая над домом и в доме, заковывала ее.

Отложение желчных пигментов в органах

Отложение Ж. п. в органах, тканях и клетках происходит при разных видах желтухи (см.), особенно при обтурационной желтухе, при гемолитической болезни новорожденных (см.), 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.).