Биохимия и физиология печени

Как выучить биохимию печени

Добрый день! Сегодня я вам расскажу о биохимических процессах печени. Причём это будет очень упрощённый рассказ, который ни в коем случае не заменит ваших лекций и учебников.

Я постараюсь рассказать вам самые базовые, самые основные вещи, без знания которых у вас точно возникнут серьёзные проблемы на фундаментальных предметах 2-3 курсов медицинского университета. Например, выучить биохимию с большим разделом про печень без знания этих вещей вам будет трудно.

Анатомия, важные особенности

Этот текст не подходит для сдачи зачёта или экзамена по анатомии. Здесь я лишь перечислю самые важные вещи для понимания биохимии, физиологии и патологий печени.

Печень — крупнейшая пищеварительная железа в нашем организме. Вообще, она выполняет огромное количество как пищеварительных, так и непищеварительных функций. Но об этом чуть позже.

Печень состоит из двух долей — правой, lobus hepatis dexter и левой, lobus hepatis sinister. Печень имеет две поверхности — диафрагмальную, facies diaphargmatica, и висцеральную, facies visceralis. Диафрагмальная поверхность — верхняя, она прилегает к диафрагме. Висцеральная поверхность — нижняя.  Основная часть печени располагается в правом подреберье.

На висцеральной поверхности печени располагаются ворота печени. Вот они, прямо там, где располагается поперечная борозда.

Воротная вена печени биохимия

Ворота печени — это очень важный участок, через который в печень заходят собственная печёночная артерия, arteria hepatica propria, портальная (она же — воротная) вена, vena portae, а также общий печёночный проток, ductus hepaticus communis — по нему стекается желчь со всей печени. Только этот проток, конечно же, в ворота не заходит, а скорее, из него выходит. В воротах печени также располагаются лимфоузлы.

Воротная система печени

Важнейшая вещь, которую нам нужно усвоить, чтобы изучить биохимию печени — это система воротной вены, она же — портальная система. Она заключается в том, что печень собирает кровь со всего ЖКТ, от пищевода до верхних двух третей прямой кишки включительно.

Нужно понимать, что наш жкт — весьма загрязненное место. Наша еда в нашем ЖКТ иногда разлагается (об этом поговорим более подробно) на вредные, местами даже ядовитые вещества. Если всё это из органов ЖКТ всосётся в систему полых вен, мы сразу же получим тяжёлое отравление.

Естественно, такого происходить не должно. Поэтому вся кровь с ЖКТ со всеми вероятными ядами, продуктами распада, бактериями, и прочим мусором, идёт в печень. Венозный отток с органов ЖКТ осуществляется по системе воротной вены — притоки с каждого органа собирают кровь в воротную вену печени.

Это выглядит примерно так. Сразу отмечу, что моя схема далека от правильной топографии вен. Я просто хотел показать, что насыщенная продуктами распада кровь (я поэтому обозначил её черными стрелками) идёт со всего ЖКТ именно в печень для дальнейшей очистки.

Завершаем анатомию

Вообще я немного собирался рассказать и про желчные протоки, желчный пузырь и о том, почему важно знать местоположение поджелудочной. Но это всё будет в предполагаемом посте про желтухи, их причины, патогенез и прогнозы (а там есть интересные вещи). Если вы хотите про это почитать, пишите об этом в комментариях.

Биохимия печени

Колоссальная доля всех обменных процессов в нашем организме проходит при участии печени. Обмен белков, жиров и углеводов так или иначе связаны с печенью.  Давайте разберём поподробнее, что же происходит в печени по каждому из этих пунктов.

Обмен белков

Распад белков пищи

Когда мы съели какую-то белковую пищу, она начнёт перевариваться в желудке (там сработает фермент пепсин), а затем — в двенадцатиперстной кишке (там сработают агрессивные ферменты поджелудочной трипсин и хемотрипсин). Белки разложатся на аминокислоты, это понятно. Но что будет дальше? Оказывается, аминокислоты могут подвергаться  гниению в толстом кишечнике. Причём это происходит постоянно у всех здоровых людей. Видели когда-нибудь тухлую рыбу или гнилое мясо? Вот примерно такие же продукты находятся и в нашем толстом кишечнике.

Как вы понимаете, при гниении образуются очень вредные вещества. Не то, что вредные — это просто яды, смертельно опасные для нас. Получается, у нас в кишечнике постоянно образуются яды. Это индол, скатол, фенол, кадаверин и другие. Кстати, слово «кадавр» переводится с латыни как «труп». Кадаверином раньше называли трупный яд.

обмен белка в печени

Так вот, целая палитра разнообразных отравляющих веществ всасывается в кровь из кишечника. К счастью, эта кровь от кишечника идёт прямиком в печень по системе воротной вены. Эта кровь не поступает в общий кровоток, ведь она переполнена токсинами. Именно в печени произойдёт обезвреживание отравляющих веществ, которые или свяжутся с чем-либо, или поменяют функциональные группы, чтобы стать нетоксичными или не настолько токсичными.

Орнитиновый цикл

Одна из важнейших реакций обезвреживания (точнее, это каскад реакций) — орнитиновый цикл. Вы будете его на биохимии подробно разбирать, но главное, что вы должны запомнить — этот цикл отвечает за превращение очень токсичного аммиака (HN3) в менее токсичную и несравненно лучше выводимую (через почки) мочевину, вот она:

Орнитиновый цикл

Аммиак в нашем организме появляется как результат конечного распада аминокислот. Например, когда от аминокислот отщепляется аминогруппа (это называется дезаминирование) и отправляется в свободное плавание, оставляя карбоновую или кетокислоту. Такого опасного гостя, как аммиак, однозначно нужно удалять.

Посему, биологическое значение орнитинового цикла — это, несомненно, нейтрализация и удаление аммиака. Все этапы орнитинового цикла проходят только в клетках печени.

Орнитиновый цикл в биохимии

Орнитиновый цикл важен для любого клинициста, ведь последний, терминальный этап болезней печени — это печеночная энцефалопатия. Так называют тяжелейшее поражение аммиаком (в первую очередь) всего организма, в особенности ЦНС. Аммиак попадает в кровь именно из-за того, что поражённые гепатоциты не способны запускать и вести орнитиновый цикл. Мочевина не производится, аммиака становится слишком много. Когда аммиак с током крови добирается до ЦНС, наступают тяжёлые нарушения сознания и смерть.

Синтез

Удивительная штука — печень. Она осуществляет конечный распад аминокислот, и она же занимается синтезом белков. Не всех, конечно. Но важность тех белков, которые создаются неутомимыми гепатоцитами, сложно переоценить:

  • Альбумины. Транспорт огромного количества веществ осуществляется именно этими белками плазмы крови. Отличная метафора — «молекула-такси». Действительно, одна молекула альбумина способна связать несколько молекул лекарственного вещества, ртути, билирубина, гормонов и других «пассажиров». Это уже скорее «молекула-автобус». Все альбумины производятся в печени;

  • Глобулины. Основная часть глобулинов производится в печени. Ещё некоторая часть глобулинов производится тканевыми макрофагами, в том числе, макрофагами печени — клетками Купфера. Как вы знаете, глобулины являются важнейшим участником иммунной системы организма. Самый известный представитель глобулинов — это, несомненно, иммуноглобулин;
  • Фибриноген, протромбин — важнейшие факторы свёртывания крови, первый и второй из тринадцати известных на сегодняшний день;
  • Белки системы комплемента. Эти незаменимые участники иммунного ответа практически в полном составе синтезируются в печени. Именно белки системы комплемента высаживаются десантом на мембране бактерии, продырявливают её, а также активно зазывают фагоциты и помогают им поглощать жертву.

Пигментный обмен

Эритроциты — красные кровяные тельца — имеют весьма долгий срок жизни. Они циркулируют по нашим сосудам в компании с плазмой и другими кровяными элементами порядка 110 -120 дней. После чего они отправляются в селезёнку, где начинают разрушаться.

Конечная остановка эритроцитов — это печень. Туда из селезёнки попадают уже остатки эритроцитов в виде гемоглобина (с ним же идёт миоглобин), чтобы превратиться в билирубин, изменив, таким образом, цвет — с красного на желчно-жёлтый.

В печени билирубин (будучи весьма токсичным) связывается с двумя молекулами глюкуроновой кислоты и образует диглюкуронид билирубина. В таком виде билирубин становится менее токсичным и более приспособленным к тому, чтобы быть выведенным из организма.

А из организма он будет выводится в составе желчи ( получится стеркобилин) и с мочой (получится уробилиноген).  Кстати говоря, типичный цвет кала формируется именно стеркобилином.

 

Углеводный обмен

Конечно же, печень является центром углеводного обмена. Помимо всей известной функции утилизации глюкозы, в ней вот что происходит:

  • Синтез глюкозы из неуглеводных молекул, например, из пирувата, аминокислот, глицерина или лактата. Этот процесс называется глюконеогенез. Синтезу глюкозы из лактата мы посвятим несколько абзацев ниже, так как здесь идёт речь про очень важный процесс;
  • Синтез гликогена, то есть гликогеногенез. Залежи гликогена в печени — главнейшее углеводное депо нашего организма. Отметим, что запасание глюкозы в виде гликогена происходит и в мышцах, однако более всего гликогена отложено в печени. У здорового взрослого в печени содержится примерно 120 граммов гликогена;
  • Регулируемый распад гликогена. Печень является мишенью для гормонов глюкагона и адреналина. Они могу повышать уровень глюкозы в крови, стимулируя распад гликогена (этот процесс называется гликогенолиз) на молекулы глюкозы, которые немедленно поступают в кровь;

Подведём промежуточный итог — в печени разрушается и создаётся глюкоза; Также в печени создаётся, запасается и разрушается гликоген. У здоровых людей это происходит физиологично, то есть, без патологий, при возникшей необходимости. Например, в опасной ситуации мышцам и органам нужно срочно отправить больше глюкозы — гормоны подстёгивают печень, которая разрушает гликоген до глюкозы и сразу же отправляет её по нужному адресу с током крови.

Цикл Кори

Как мы и говорили, эта часть глюконеогенеза заслуживает отдельного внимания. Цикл, открытый супругами Терезой и Карлом Кори, объединяет в себя каскад из реакций, а также транспортные перемещения веществ.

  1. Условным началом цикла посчитаем образование лактата (то есть молочной кислоты, это синонимы) в мышцах. Допустим, мы пробежали спринт очень быстро. Ранее мы не бегали на короткие дистанции с максимальной скоростью и эта нагрузка для нас оказалась непривычной. В наших мышцах прошёл процесс бескислородного окисления глюкозы, в результате чего там скопилась молочная кислота. Каждый из вас наверняка ощущал жжение в мышцах после непривычной нагрузки? Это как раз была молочная кислота;
  2. В прошлом шаге в мышцах образовалась молочная кислота. Теперь нам бы надо её вывести из мышц. Скажем, с током крови. Давайте выведем её с током крови и отправим куда бы вы думали? Конечно же, в печень;
  3. Молочная кислота в каком-то плане токсична, залеживаться ей не годится. Её нужно быстро переделать в пируват. Осуществляться это будет, понятное дело, в печени, при помощи фермента лактатдегидрогеназа. Он же ЛДГ. Вы наверняка слышали эту аббревиатуру, это один из показателей биохимического анализа крови;
  4. Теперь пируват в печени же превращается в глюкозу. Типичный пример глюконеогенеза — глюкоза у нас получилась из неуглеводного вещества;
  5. Отправляем глюкозу из печени с током крови снова в работающую мышцу и замыкаем цикл.

Теперь давайте каждый шаг представим в динамике:

Как выучить цикл Кори в биохимии

Как вы понимаете, значение этого цикла огромно. Если бы его не было, лактат (молочная кислота) скапливался бы в мышцах, при этом постепенно закисляя весь организм. А это, как вы знаете, очень опасно — ph крови является очень постоянной величиной. Чуть-чуть он изменяется со своих 7.35 — наступают тяжёлые, тотальные поражения органов. При сдвиге в любую сторону более, чем на 0.3, наступает смерть. Такой вот важный цикл Кори!

Липидный обмен

Конечно же, обмен липидов без участия печени также не обходится.

Распад

Мы ещё в первой части нашего обзора выяснили, что белки перевариваются в желудке и тонком кишечнике, распадаясь на аминокислоты. А вот жиры перевариваются только в тонком кишечнике. Причём происходит это под влиянием желчи, которая вырабатывается печенью (да, она вырабатывается именно печенью, не желчным пузырём — в нём она депонируется).

Процесс переваривания жиров примерно выглядит так: когда пищевой комок оказывается в двенадцатиперстной кишке, желчь туда поступает из желчного пузыря через Фаттеров сосок. Особенно охотно она выделяется на жирную пищу.

Сначала пищевой комок будет обработан желчью, которая подготовит жиры этого комка к обработке липазой — ферментом пищеварительной железы. Важный момент — липаза не сработает, если желчь до неё не сделает свою работу. Впоследствии жиры будут расщеплены на глицерин и жирные кислоты (для примера мы взяли триглицериды).

Синтез

Печень создаёт практически все виды липидов, которые используются нашим организмом.

  • Холестерин — чрезвычайно важное вещество. Оно входит в состав мембран всех клеток. Ещё одна важнейшая функция холестерина —  на  его основе синтезируется целый ряд гормонов надпочечников, в том числе кортизол (гормон стресса), альдостерон (повышатель артериального давления), половые гормоны (и женские, и мужские). Холестерин в печени синтезируется из удивительно пластичного вещества — Ацетила КоА. Из него, кстати, в других реакциях получаются ещё несколько различных веществ;
  • Фосфолипиды. А это уже главный компонент любой клеточной мембраны. Отвечает за главные функции клеточных мембран — избирательная проницаемость и защита содержимого клетки. Значительная их часть производится в печени (также в лёгких и в кишечнике), и затем отправляется в плазму крови в виде липопротеиновых комплексов. Так они доставляются в любые клетки, мембрану которых необходимо «починить» фосфолипидами;
  • Триглицериды. Собственно, просто жиры, они также синтезируются в печени. Триглицериды, являясь главным компонентом жировой клетки, защищают организм от потери тепла, выполняют также и функцию запаса питательных веществ. Триглицериды не депонируются в печени в большом количестве. Если их чрезмерно много, это называется «жировой гепатоз», достаточно тяжёлая болезнь. Их нужно как можно быстрее отправить в плазму крови (в тех же липопротеиновых комплексах), либо на синтез холестерина, который весьма важен, как мы знаем.

Инактивация стероидных гормонов

Не забывайте также про важнейшую функцию печени — инактивация и разрушение стероидных гормонов. После того, как гормон выполнил своё действие, он должен немедленно разрушится, так как действие его строго регулируется по времени. Значительная часть стероидных гормонов разрушаются в печени, прежде всего, это касается эстрогенов.

Это даёт очень важный и очевидный для знающего врача симптом. При поражениях печени можно заметить странные, казалось бы, признаки — нарушения менструального цикла у женщин, гинекомастия (женская форма груди) и ожирение по женскому типу у мужчин. Мало кому придёт в голову подумать здесь о патологии печени. Но, тем не менее, печень может быть источником этой проблемы с высокой долей вероятности.

Компартменты гепатоцита

Компартменты изучаются на биологии, гистологии, биохимии, так что я даже не знал, как озаглавить этот раздел. Если вы вдруг не знаете, что это, я напомню — компартменты — это органеллы (то есть органы) клетки, которые изолированы друг от друга мембранами. «Компартмент» переводится с английского как «квартира». Очень хорошая ассоциация.

Каждая органелла может существовать и работать в определённых условиях и должна быть изолирована от всего остального в клетке.

Например, лизосомы работают в очень кислой среде, и поэтому они изолированы от всей остальной клетки. Митохондрии должны поддерживать другую по кислотности среду, а также они ни в коем случае не должны быть деформированы, чтобы не нарушилось строение их внутренней мебраны. Митохондрии также отграничены от всей остальной клетки оболочкой. Собственно, как и все остальные органеллы — каждая живёт в своём компартменте, в своей «квартире», то есть.

Компартменты боихимия

Как это связано с нашей темой? Весьма очевидно. Гепатоцит — печёночная клетка — феноменальный образец сосуществования органелл в компартментах. В крохотной печёночной клетке проходит огромное количество процессов. Причём каждый процесс проходит в своём компартменте и в своей органелле.

Вдумайтесь — малыш-гепатоцит расщепляет аминокислоты, метаболизирует триглицериды, синтезирует и отправляет в надпочечники холестерин, запасает и расщепляет гликоген, регулирует метаболизм некоторых витаминов, инактивирует гормоны и синтезирует желчь. И каждый из этих процессов проходит обособленно от всех остальных. Необходимо понимать, что при различных поражениях печени разные части гепатоцита будут поражаться отдельные компартменты гепатоцита, и, клинически это будет проявляться разными симптомами. Правда, если поражение печени будет тотальное, симптомы будут проявляется в большом количестве — в организме, упрощённо говоря, посыпется всё.

 

Надеюсь, я вам немного помог выучить биохимию. Не всю, разумеется, а только ту часть, которая вам поможет сориентироваться в биохимии печени. Пожалуйста, пишите в комментарии, если вы увидели какую-либо ошибку. Я писал этот текст после пар в медицинском университете, и мог что-то напутать от усталости. Также я буду очень рад, если вы напишете любой отзыв о моей статье в комментарии. До скорых встреч, любите и понимайте науку!

Биохимия и физиология печени: 2 комментария

  1. Татьяна

    Спасибо вам большое! Пишите, пожалуйста, ещё.
    Буду рада советам как выучить и понять физиологию, возможно какие-нибудь источники порекомендуете и способы освоения материала)

    1. Pavel Автор записи

      Спасибо за отзыв) Как только я сдам непростую зимнюю сессию, здесь появится большая статья про физиологию кроветворной системы, после которой будет детальная подробная статья о детских лейкозах. Так что заходите)

      PS
      В разделе про синтез белков я ошибся, написав, что иммуноглобулины синтезируются в печени и макрофагах. Конечно же, в первую очередь они синтезируются в B-лимфоцитах

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *