что относится к кетоновым телам
Анализ мочи на кетоны (определение ацетона)
Где проводится: Во всех медицинских центрах и лабораториях «Тонус»
Срок выполнения: 1-2 рабочих дня
Кетонурия – выделение кетоновых тел с мочой. Данное состояние является патологическим, так как в норме кетоновые тела с мочой не выделяются. В процессе метаболизма, у здорового человека может выделаться небольшое количество кетонов, но оно значительно меньше пороговых значений и не определяется анализаторами.
К кетоновым телам относятся: ацетон, бетаоксимасляная и ацетоукусусная кислота. Основным метаболитом является ацетон, на его основе строится выполнение анализа мочи на кетоны.
Когда появляются кетоновые тела в моче?
В нормальных условиях организм человека черпает энергию из глюкозы – при ее расщеплении выделяются молекулы АТФ – главный энергетический субстрат клетки. Но, при отсутствии достаточного количества глюкозы, организм начинает получать энергию, путем расщепления жиров. Побочным продуктом расщепления жиров являются кетоновые тела.
Образование кетоновых тел возможно при повышенных энергозатратах – длительной тяжелой физической нагрузке, лихорадочных состояниях, инфекциях, сопровождающихся упорной рвотой и диареей, при длительном голодании. Сочетание кетонурии с глюкозурией (выделение глюкозы с мочой) свидетельствует о переходе сахарного диабета в декомпенсированную стадию (риск развития кетоациодза и кетоацидотической комы). При сахарном диабете глюкоза крови не усваивается клетками, за счет их нечувствительности к инсулину, возникает клеточное голодание, в следствие чего клетки начинают расщеплять жиры.
Дети более склонны к формированию кетоновых тел, так как запасы гликогена у детей для получения глюкозы намного меньше. С другой стороны, энергетические потребности ребенка намного выше, чем у взрослых, поэтому им требуется больше глюкозы и при ее недостатке происходит активизация липолиза (расщепления жиров). Анализ мочи на кетоны моет быть положительным при тяжелых инфекционных или других соматических болезнях, недостаточности питания.
У беременных анализ мочи на кетоны необходим ля диагностики ранних проявлений гестоза. Кетонурия может ухудшать течение беременности и негативно влиять как на самочувствие беременной женщины, так и на рост и развитие плода.
Чем опасен аммиак?
Повышение уровня аммиака в крови приводит к тому, что он начинает проникать в различные органы и ткани и, в первую очередь, в головной мозг. Аммиак липофилен, поэтому молекуле аммиака несложно проникнуть через липидные оболочки клеток головного мозга. Повышение уровня аммиака и его проникновение через гематоэнцефалический барьер сопровождается различной неврологической симптоматикой, вплоть до угнетения сознания и развития комы. У детей, гипераммониемия может сопровождаться утратой навыков и нарушения нервно-психического развития.
Специальной подготовки к проведению анализа мочи на кетоны не требуется. Для анализа мочи на кетоны необходима утренняя порция мочи после проведения туалета наружных половых органов. Биоматериал собирается в сухую, чистую, стерильную посуду, лучше всего – специальный контейнер для сдачи анализов.
В норме кетоновые тела в моче не определяются (отрицательный анализ мочи на кетоны)
Степень выраженности кетонурии выражается количеством «крестов»:
+ — слабоположительная реакция
++, +++ — положительно
++++ — резкоположительно
Параграф 47. 1. Кетоновые тела
Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
Параграф учебника по биохимии 47.1.
Кетоновые тела:
определение, обмен, синтез, использование, роль, значении при патологии, регуляция обмена.
Содержание параграфа:
47.1.1. Синтез кетоновых тел.
47.2.2. Окисление кетоновых тел.
47.1.3. Кетозы
Определение.
Кетоновые тела – это группа веществ:
ацетон, ;-кетобутират и ;-гидроксибутират.
(Но не у всех из них есть кетогруппы – только у кетобутирата).
Обмен кетоновых тел (КТ).
Обмен конкретного вещества – это
процессы образования (синтеза) и использования вещества.
КТ могут использоваться большинством тканей
для выработки энергии (АТФ)
и тем самым поддерживать жизнь тканей.
Нервная ткань использует кетоновые тела для миелинизации.
(В этом польза КТ).
Но избыток КТ приводит к ацидозу.
(В этом их патогенность).
Синтез КТ называется кетогенезом.
47.1.1. Синтез кетоновых тел (кетогенез).
Кетогенез происходит в печени
(в митохондриях гепатоцитов)
при накоплении в гепатоцитах ацетилКоА,
который образуется в основном из жирных кислот
при ;-окислении
(жирные кислоты поступают из крови,
в которую поступают из белой жировой ткани
или из липопротеинов
при распаде жира – липолизе, п.44.1).
1-я реакция кетогенеза:
из двух молекул ацетилКоА образуется ацето/ацетилКоА.
2-я реакция кетогенеза:
ацето/ацетилКоА вступает в реакцию с третьей молекулой ацетилКоА,
превращаясь в ГМГ-КоА
(;-Гидрокси/;-Метил/ГлутарилКоА:
это тиоэфир глутаровой кислоты
с группой ОН и метильной группами в ; положении)
под действием фермента ГМГ-КоА-синтазы.
3-я реакция: ГМГ-КоА расщепляется
на ацетилКоА и ацетоацетат
(синоним – ;-кето/бутират)
под действием фермента ГМГ-КоА/лиазы.
Ацетоацетат – это первое кетоновое тело.
4-я реакция кетогенеза:
бОльшая часть ацетоацетата вступает в обратимую реакцию в НАДН,
превращаясь в ;-ОН-бутират
(под действием фермента ;-ОН-бутират/дегидрогеназы),
поэтому основное кетоновое тело в крови – это ;-ОН-бутират.
После кетозенеза продукты кетошенеза
;-ОН-бутират и ;-кетобутираты поступают в кровь
и кровотоком доставляются в ткани.
Часть ацетоацетата без участия фермента превращается в ацетон
при отщеплении карбоксильной группы в виде СО2 (при декарбоксилировании).
Тут надо добавить таблицу с формулами
«Р е а к ц и и кетогенеза (синтеза кетоновых тел) в МХ гепатоцитов».
Но пока она в отдельном файле.
47.1.2. Окисление кетоновых тел.
Что происходит с КТ в тканях.
В тканях КТ (бутираты) превращаются в ацетилКоА,
который поступает в ЦТК для выработки АТФ.
Этот путь использования КТ тканями называется окислением КТ
и нужен для получения АТФ в клетках
(окисление ;-кето-бутирата дает 19 молекул АТФ,
а окисление ;-ОН-бутирата дает 21,5 АТФ).
Выработка ацетилКоА из КТ
снижает потребность головного мозга в глюкозе
как субстрате для выработки АТФ,
которая является основным источником ацетилКоА;
но глюкоза должна поступать в нейроны для получения из нее оксалоацетата,
иначе без него ацетилКоА не сможет использоваться в ЦТК.
Второй путь использования кетоновых тел в тканях:
в нервной ткани ацетилКоА,
полученный из кетоновых тел,
используется для синтеза жирных кислот (п.46)
для синтеза липидов миелиновых оболочек (мембран шванновских клеток),
то есть для миелинизации.
Как КТ превращаются в ацетилКоА.
;-ОН бутират превращается в ;-кетобутират
при отщеплении водорода под действием фермента ;-ОН/бутират/дегидрогеназы:
см. п.22 и 21
отщепленные атомы водорода переносятся на НАД+,
превращая его в НАДН, Н+;
использование НАДН, Н+ в ДЦ
дает 2,5 АТФ
(поэтому окисление ;-ОН/бутирата дает на 2,5 АТФ больше,
чем окисление ;-кето/бутирата).
;-кетобутират превращается в ;-кето/бутирил/КоА (=ацетоацетилКоА) одним из двух способов:
— либо вступая в реакцию с КоA
(при этом тратится 1 АТФ,
поэтому этот способ активации менее выгоден, чем следующий; см. 2а),
— либо вступая в реакцию с сукцинилКоА:
;-кетобутират + сукцинилКоА ;
;-кетобутирилКоА + сукцинат; см. 2б.
;-кето/бутирилКоА расщепляется на 2 молекулы ацетилКоА (см. 3),
поступление которых в ЦТК дает 20 молекул АТФ
(по 10 АТФ от каждого ацетилКоА – см. п.21).
Тут надо добавить таблицу с формулами превращений кетоновых тел в ацетилКоА
«Р е а к ц и и окисления кетоновых тел в тканях»
Но пока она в отдельном файле.
– это состояния, при которых повышена концентрация кетоновых тел в крови
(это повышение называется гипер/кетон/емией)
и присутствуют кетоновые тела в моче
(это называется кетонурией).
Из-за того, что 2 из 3 кетоновых тел (бутираты, но не ацетон) являются кислотами,
их избыток (кетоз) приводит к ацидозу:
чем больше в крови кетоновых тел,
тем сильнее ацидоз
(кислоты при рН около 7 диссоциируют на анион и протон Н+,
ацидозом является накопление именно протонов).
При умеренном ацидозе возникает тошнота,
а сильный ацидоз угрожает жизни
(см. о кетоацидотической коме при СД в п.103).
Кетозы являются результатом повышенного образования кетоновых тел
(результатом усиления кетогенеза).
Причиной усиления кетогенеза является:
увеличение концентрации ацетилКоА в гепатоцитах
из-за активации липолиза в жировой ткани и ГНГ в печени,
что бывает при:
1) при нарушении питания,
при котором употребляется много жиров
при недостаточном употреблении углеводов
(сало без хлеба, жирная колбаса без каши, масло без ничего и т.п.),
так как при этом образуется много ацетилКоА из жира,
но не хватает оксалоацетата из-за дефицита углеводов,
2) при недостатке инсулина при сахарном диабете,
поскольку инсулин мог бы затормозить липолиз и ГНГ),
3) при избытке таких гормонов, как:
1 – катехоламины
(избыток КА бывает у здоровых людей при стрессе
или у больных с гиперфункцией мозгового вещества надпочечников),
2 – глюкагон
(у здоровых при голоде),
3 – йодтиронины
(при гиперфункции ЩВЖ, при тиреотоксикозе),
4 – СТГ
(при гиперфункции гипофиза при акромегалии и при гигантизме).
Таким образом, кетозы бывают и у больных, и у здоровых,
но у здоровых кетозы менее сильные и менее опасны для жизни.
У здоровых кетозы бывают (физиологические кетозы) при:
1) избытке жиров в пище при недостатке углеводов,
2) при стрессе и голоде,
3) при беременности.
Хотя сильный кетоз при беременности является патологией, может быть опасен и т.д.
Патологические кетозы
бывают при лихорадках
и при эндокринных заболеваниях:
— сахарном диабете (см. п. 103),
— акромегалии,
— тиреотоксикозе.
При сильном кетозе бывает появление запаха ацетона,
но отсутствие запаха ацетона не гарантирует отсутствие кетоза:
нужно определять [кетоновых тел] в крови (кетонемию)
и присутствие кетоновых тел в моче (кетонурию).
Кетоновые тела
Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н [распространённый медицинский жаргонизм]) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА [2] :
Содержание
Историческая справка
Прежние представления о том, что кетоновые тела являются промежуточными продуктами бета-окисления жирных кислот, оказались ошибочными [2] :
Метаболизм кетоновых тел
Ацетон в плазме крови в норме присутствует в крайне низких концентрациях, образуется в результате спонтанного декарбоксилирования ацетоуксусной кислоты и не имеет определённого физиологического значения [2] (в сущности являясь токсическим веществом для головного мозга, циркулирует в мизе́рной концентрации).
Нормальное содержание кетоновых тел в плазме крови человека и большинства млекопитающих (за исключением жвачных) составлет 1…2 мг% (по ацетону). При увеличении их концентрации свыше 10…15 мг% они преодолевают почечный порог и определяются в моче. Наличие кетоновых тел в моче всегда указывает на развитие патологического состояния.
Кетоновые тела синтезируются в печени из ацетил-КоА: [2]
На первом этапе из двух молекул ацетил-КоА синтезируется ацетоацетил-КоА. Данная реакция катализируется ферментом ацетоацетил-КоА-тиолазой. Ac—КоА + Ac—КоА → H3C—CO—CH2—CO—S—КоА Затем под влиянием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-синтазы присоединяется ещё одна молекула ацетил-КоА. H3C—CO—CH2—CO—S—КоА + Ac—КоА → HOOC—CH2—COH(CH3)—CH2—CO—S—КоА Образовавшийся β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА (OMG-KoA) способен под действием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-лиазы расщепляться на ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) и ацетил-КоА. HOOC—CH2—COH(CH3)—CH2—CO—S—КоА → H3C—CO—CH2—COOH + Ac—КоА Ацетоуксусная кислота способна восстанавливаться при участии НАД-зависимой D-β-оксибутиратдегидрогеназы; при этом образуется D-β-оксимасляная кислота (D-β-оксибутират). Фермент специфичен по отношению к D-стереоизомеру и не действует на КоА-эфиры. [2] H3C—CO—CH2—COOH + NADH → H3C—CHOH—CH2—COOH Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа: [1] H3C—CO—CH2—COOH → CO2 + H3C—CO—CH3
Альтернативный путь
Существует второй путь синтеза кетоновых тел:
Биологическая роль кетоновых тел
В плазме крови здорового человека кетоновые тела содержатся в весьма незначительных концентрациях. Однако при патологических состояниях (длительное голодание, тяжёлая физическая нагрузка, тяжёлая форма сахарного диабета) концентрация кетоновых тел может значительно повышаться и достигать 20 ммоль/л (кетонемия). Кетонемия (повышение концентрации кетоновых тел в крови) возникает при нарушении равновесия — скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации периферическими тканями организма. [2]
За последние десятилетия накопились сведения, указывающие на важное значение кетоновых тел в поддержании энергетического баланса. Кетоновые тела — топливо для мышечной ткани, почек и действуют, вероятно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая излишнюю мобилизацию жирных кислот из жировых депо. [2] Во время голодания кетоновые тела являются одним из основных источников энергии для мозга. [4] [5] Печень, синтезируя кетоновые тела, не способна использовать их в качестве энергетического материала (не располагает соответствующими ферментами).
В периферических тканях β-оксимасляная кислота окисляется до ацетоуксусной кислоты, которая активируется с образованием соответствующего КоА-эфира (ацетоацетил-КоА). Существует два ферментативных механизма активации: [2]
Образовавшийся в ходе этих реакций ацетоацетил-КоА в дальнейшем подвергается тиолитическому расщеплению в митохондриях с образованием двух молекул ацетил-КоА, которые, в свою очередь, являются сырьём для цикла Кребса (цикл трикарбоновых кислот), где окисляются до CO2 и H2O.
Повышение содержания кетоновых тел в организме связано прежде всего с дефицитом углеводов в обеспечении организма энергией: перегрузка белками и жирами на фоне недостатка легкоперевариваемых углеводов в рационе, истощение, ожирение, нарушение эндокринной регуляции (сахарный диабет, тиреотоксикоз), отравления, травма черепа и т. д.
Лабораторная диагностика
Для качественного определения содержания кетоновых тел в моче используют цветные пробы Ланге, Легаля, Лестраде и Герхарда.
Кетоновые тела: энергия для мозга без риска поправиться
С точки зрения физики человеческий организм можно рассматривать, как машину. Очень сложную, построенную в буквальном смысле на молекулярных механизмах работы, но, тем не менее, машину. А это значит, что нашему телу, как и любой другой машине, для работы нужна энергия. Если ее не хватает, все процессы в организме начинают замедляться – нарушается обмен веществ и сопротивляемость инфекциям, обостряются хронические или ранее скрытые заболевания, ухудшается память, работоспособность и концентрация внимания, возникает синдром хронической усталости и т.д. [1].
Где мы берем энергию? Ответ уже давно известен: она поступает к нам с пищей. Причем из трех основных классов питательных веществ – белки, жиры и углеводы – именно последние в подавляющем большинстве случаев и используются нашими клетками, как энергетическое топливо. Если быть более конкретным, то все многообразие углеводов в результате химических реакций сводится к одной молекуле – к глюкозе. А далее она окисляется и распадается, в процессе чего и выделяется энергия, которая запасается в виде молекул аденозинтрифосфата (АТФ) [2].
Казалось бы, отличный вариант: «закинул в топку» глюкозы – снабдил себя необходимым количеством энергии. И, в общем-то, Ее Величество Эволюция так и задумывала работу этого механизма. Но человек, как всегда, испортил хорошую, на первый взгляд, идею.
А в чем проблема-то?
Неожиданно, но на сей раз проблема в наших цивилизационных достижениях. Изначально путь получения энергии из глюкозы миллионы лет оттачивался на человеческих предках, которые жили преимущественно в лесостепной зоне и африканской саванне. Глюкоза же представляет собой простой углевод, найти который в природных условиях обитания человека в чистом виде непросто. Намного чаще она образуется уже в нашем теле в результате переваривания более сложных молекул, в частности, растительных или животных полисахаридов. Но этот процесс намного длиннее и сложнее переработки простых углеводов (или сахаров), которые готовы для трансформации в энергию сразу после попадания в ЖКТ [3].
Корень «сахар-» возник в нашей статье не просто так. У всех нас он ассоциируется со сладким вкусом, правильно? И именно такой сладкий вкус и имеет глюкоза. Причем, нужно понимать, что вкус – понятие субъективное, то есть само по себе ни одно вещество такой характеристикой не обладает. Сладость – это результат восприятия этого вещества нашим организмом, так сказать, реакция на контакт с ним. Данная реакция выработалась у нас в процессе эволюционного развития. Как мы сказали чуть выше: чистая глюкоза в природе редкость, а потому наслаждение от ее употребления – это стимуляция и дальше искать это «выгодное» для наших клеток энергетическое топливо.
И что в этом плохого?
Этот эволюционный механизм (глюкоза = удовольствие), что называется «зашит у нас на подкорке». И на протяжении практически всей истории человечества он работал отлично. Но в какой-то момент развитие цивилизации привело к тому, что сладости из редких деликатесов превратились в повседневную пищу, доступ к которой ничем не ограничен. Только вот механизм этот никуда не делся. И именно он является причиной того, что нам так тяжело на сознательном уровне контролировать потребление варенья, пирожных, тортиков, конфет, мороженого, выпечки, и прочих богатых простыми углеводами продуктов. Причем, если взрослые еще способны как-то справляться с такими соблазнами, то для детей эта задача и вовсе не по силам – они попросту не способны сопротивляться тому, что заложила в нас эволюция [4].
Чем это грозит?
В первую очередь – ожирением. Именно неумеренно потребление сахаров и является основной причиной массового распространения ожирения в развитых странах [5]. Ведь создав механизм получения энергии из углеводов, природа позаботилась и о том, чтобы мы могли запасать ее при возможности. Реализовано это следующим образом:
Как этого избежать?
Ответ очевиден – ограничивать потребление углеводов. Но тут будет очень сложно найти правильный баланс, ведь с одной стороны, глюкоза – это энергетическое топливо, которое необходимо нам для работы всех тканей и органов, включая и головной мозг. С другой стороны, определить то количество углеводов, которое нужно нам именно сейчас, предельно сложно, а значит, всегда высок риск «перегнуть палку» и начать набирать вес.
И что же делать?
Из этой неприятной вилки между эволюционными механизмами запасания энергии и свободным доступом к углеводам есть довольно изящный выход. Оказывается, глюкозу можно заменить более эффективным энергетическим топливом, которым являются жирные кислоты. Более эффективны они потому что при утилизации одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, а при распаде одной молекулы жирной кислоты – примерно в 3,4 раза больше! [6]
Но тут, к сожалению, тоже есть свои подводные камни. Во-первых, переработка углеводов – более простой и быстрый путь получения энергии, хоть с меньшим «выхлопом». А потому организм при наличии субстрата предпочитает использовать именно его. А во-вторых, некоторые ткани нашего тела не умеют перерабатывать жиры в энергию. Самой главной такой «привередой» является нервная ткань, а значит, и состоящий из нее головной мозг [7].
Тем не менее, эволюция и тут предусмотрела резервный путь энергоснабжения. Головному мозгу в качестве «топлива» подходит не только глюкоза, но и небольшая группа веществ, которые называют кетоновыми телами [8]. К ним относятся три соединения: β-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон. Но учитывая, что ацетон очень летуч, а ацетоацетат нестабилен и быстро распадается, основным «энергетическим» кетоновым телом является β-гидроксибутират, или, что чаще, его натриевые, кальциевые и магниевые соли. Ученые уже довольно давно обратили свое внимание на этот класс соединений и сегодня ведутся прицельные исследования их свойств [9].
Откуда можно получить эти кетоновые тела?
Наш организм умеет производить их самостоятельно, путем метаболического превращения жиров в печени. Но для ситуативного поддержания энергетического баланса – это не очень выгодный с точки зрения обмена веществ процесс. Здесь намного более разумным выглядит снабжение тканей кетонами извне, посредством употребления продуктов здорового питания [10].
Такие продукты уже выпускаются в нашей стране. В частности, лидером по их производству является компания VILAVI INT LTD. В ее линейке функционального питания продукты с кетоновыми телами и их метаболическими предшественниками объединены под брендом T8 ERA.
Экзогенные, то есть, привносимые снаружи, кетоны – прекрасный способ быстро обеспечить приток энергии без риска увеличения массы тела. Кетоновые тела хорошо растворяются в воде, а потому способны легко проникать через гематоэнцефалический барьер и поступать непосредственно в клетки головного мозга [11]. А состояние, при котором энергоснабжение ЦНС и других тканей происходит с помощью кетонов называют физиологическим кетозом. Важно не путать его с кетозом патологическим (или кетоацидозом) – это не способ выработки энергии, а симптом некоторых серьезных заболеваний, таких как, например, сахарный диабет.
Чем еще полезен прием экзогенных кетонов T8 ERA?
Подробнее о лечебных, профилактических и стимулирующих воздействиях кетоновых тел на различные ткани и органы нашего тела мы уже рассказывали в ранее опубликованной статье. А здесь просто перечислим основные моменты:
В заключение
Итак, мы выяснили, что энергоснабжение кетоновыми телами – это отличная альтернатива употреблению углеводов, которая при этом не несет в себе риска увеличения массы тела. Данный эффект прекрасно известен в науке. Более того, в Российской Федерации была принята Межведомственная стратегия формирования здорового образа жизни, профилактики и контроля неинфекционных заболеваний. И одно из ключевых положений данной стратегии как раз и утверждает необходимость максимально снизить потребление простых сахаров жителями нашей страны [21]. Этот официальный государственный подход к решению проблемы ожирения дополнительно подтверждает актуальность продуктов, входящих в линейку T8 ERA. Функциональное здоровое питание на основе экзогенных кетонов от компании VILAVI рекомендовано всем, кто хочет улучшить свою физическую и психологическую выносливость, повысить сопротивляемость стрессам, а также сохранять высокую работоспособность и продуктивность на протяжении всего дня.
КЕТОНОВЫЕ ТЕЛА
Кетоновые тела (син. ацетоновые тела) — группа органических соединений, являющихся промежуточными продуктами обмена жиров, углеводов и белков. Появление повышенных количеств Кетоновых тел в крови и моче является важным диагностическим признаком, свидетельствующим о нарушении углеводного и жирового обмена.
К Кетоновым телам относятся бета-оксимасляная к-та (см. Оксимасляные кислоты), ацетоуксусная кислота (см.) и ацетон (см.); они имеют сходное строение и способны к взаимопревращениям:
Обмен
Синтез Кетоновых тел (кетогенез) происходит гл. обр. в печени тремя путями: 1) конденсацией под действием тиолазы (ацетоацетил-КоА — тиолазы; КФ 2.3.1.9) двух молекул ацетил-КоА, образованного при бета-окислении высших жирных кислот (см.), или при окислительном декарбоксилировании (см.) пировиноградной кислоты (см.), к-рая может образоваться в процессе обмена глюкозы (см.) и ряда аминокислот (см. Трикарбоновых кислот цикл); 2) в результате синтеза ацетоуксусной к-ты из ацетоацетил-КоА, образованного непосредственно из четырех последних углеродных атомов, остающихся при последовательном окислении жирных к-т с длинной углеродной цепью; 3) в результате образования ацетоуксусной к-ты в качестве промежуточного продукта при окислении так наз. кетогенных аминокислот лейцина (см.), тирозина (см.), фенилаланина (см.) и в меньшей степени изолейцина (см.).
Основным путем синтеза К. т. считается первый, т. к. этот путь более других зависит от характера питания и в большей степени страдает при патол, нарушениях обмена веществ.
Из печени К. т. поступают в кровь и затем во все остальные органы и ткани (мышцы, почки, легкие и др.)» где включаются в цикл Трикарбоновых к-т, в к-ром окисляются до углекислоты и воды. К. т. используются для синтеза холестерина (см.), высших жирных к-т, фосфатидов (см.) и заменимых аминокислот (см.).
При повышенном содержании К. т. в крови (см. Ацетонемия) они выводятся почками (см. Ацетонурия), а также легкими в виде ацетона с выдыхаемым воздухом. Наиболее значительная гиперкетонемия наблюдается при диабетической (кетоацидотической) коме (см.).
При голодании (см.), одностороннем безуглеводистом питании и при недостаточной секреции инсулина (см. Диабет сахарный) подавляется использование ацетил-КоА в цикле Трикарбоновых к-т и в синтезе жирных к-т (через малонил-КоА), так как все метаболически доступные ресурсы организма превращаются в глюкозу крови. В этих условиях ацетил-КоА идет главным образом на образование оксиметилглутарил-КоА, что приводит к увеличению синтеза К. т. При приеме с пищей кетогенных аминокислот, некоторых белков и большого количества жиров (или усиленной мобилизации жира из жировых депо) происходит интенсивное образование ацетоацетил-КоА и К. т. Кетогенный эффект щелочных солей обусловлен активизацией превращения щавелево-уксусной к-ты (оксалоацетата) в аспарагин и альфа-кетоглутарата в глутамат, что приводит к нарушению функционирования цикла Трикарбоновых к-т. Введение с пищей углеводов приводит к усиленному образованию щавелево-уксусной к-ты, к-рая конденсируется с ацетил-КоА и тормозит образование К. т. Инсулин стимулирует синтез жирных к-т из ацетил-КоА и активирует использование последнего в цикле Трикарбоновых к-т, в результате чего снижается интенсивность синтеза К. т.
У здорового взрослого человека в сыворотке крови содержится 0,2— 2,5 мг% К. т. (в пересчете на ацетон), в эритроцитах концентрация К. т. меньше; с мочой за сутки выделяется 20—54 мг К. т. Такие концентрации К. т. не могут быть определены обычными методами, используемыми в клинике.
Кетонемия и кетонурия наблюдаются при сахарном диабете (повышен кетогенез и снижен кетолиз), углеводном голодании, лихорадках, общем голодании и истощении (повышен кетогенез), приеме богатой кетогенными веществами пищи (усилен кетогенез), при приеме значительных количеств щелочных веществ, при послеоперационных состояниях, гликогенозах I, II и VI типа (нарушен кетолиз), гиперинсулинизме, тиреотоксикозе, выраженных глюкозуриях, акромегалии, гиперпродукции гликокортикоидов (недостаток, усиленный расход или потеря углеводов), инфекционных болезнях (скарлатина, грипп, туберкулезный менингит и др.) и интоксикациях (напр., при отравлении свинцом) и др. Следствием кетонемии являются нереспирационный ацидоз (см.) и ацетоновое отравление (ацетон растворяет структурные липиды клеток), при которых нарушается транспорт глюкозы через биол, мембраны и резко угнетается деятельность ц. н. с.
Методы определения
Для определения К. т. предложено большое количество различных методов и проб, основанных на реакциях, специфичных либо для ацетона, либо для ацетоуксусной к-ты.
Основные группы методов используют реакции, специфичные для ацетона, напр, образование комплекса ацетона с бисульфитом, соединение с йодом, осаждение цианистой ртутью, осаждение сульфатом ртути, реакции с салицилальдегидом, динитрофенилгидразином, ванилином, о-нитробензоальдегидом и фурфуролом, а также реакции, специфичные для ацетоуксусной к-ты: реакции с нитропруссидом натрия, хлорным железом, резорцинолом, n-амидоацетофеноном. Основой большого числа методов количественного определения К. т. в крови и в моче является реакция с салициловым альдегидом.
Метод Нательсона (S. Natelson, 1961). Ацетон, вытесненный из крови или из мочи конц. серной к-той, образует с салициловым альдегидом в щелочной среде соединение красного цвета. Интенсивность окраски измеряют фотометрически. Ацетоуксусную к-ту предварительно превращают в ацетон нагреванием при 60° в кислой среде. Во внутреннее пространство чашки Конвея (см. Конвея методы) наливают 2 мл 2% р-ра бисульфита натрия, а во внешнее пространство— 1 мл цельной крови, смешанной с фтористым натрием для предотвращения свертывания, и 0,5 мл 10% р-ра серной к-ты. Чашку немедленно плотно закрывают крышкой, осторожно покачивают, чтобы перемешать кровь с серной к-той, и ставят в термостат при 60° на 1 час. За это время ацетоуксусная к-та превращается в ацетон, который диффундирует во внутреннее пространство чашки Конвея, где соединяется с бисульфитом натрия; 1,5 мл содержимого внутреннего пространства переносят в пробирку, добавляют 1,5 мл 40% р-ра едкого натра и 0,3 мл 20% (об.) р-ра салицилового альдегида в абсолютном спирте. Перемешивают, ставят на 20 мин. в термостат при 50°, затем на 30 мин. при комнатной температуре и колориметрируют при 540 нм против контрольной пробы. Контрольную пробу, в к-рую вместо крови вносят 1 мл воды, и стандартный р-р, содержащий 2 мг% ацетона, обрабатывают так же, как опытную пробу. Рассчитывают содержание ацетона исходя из величины экстинкции стандартного р-ра по формуле:
(экстинкция опытной пробы • 2)/ экстинкция стандарта = мг% ацетона.
Чтобы одновременно определить и бета-оксимасляную к-ту, т. е. сумму всех К. т., необходимо окислить ее до ацетоуксусной к-ты, а затем до ацетона.
Для этого 3 мл фильтрата сыворотки крови после осаждения белка вольфрамовой к-той помещают во внешнее пространство чашки Конвея и прибавляют 0,5 мл 10% серной к-ты и 0,5 мл 5% бихромата калия или натрия. Дальнейшее определение проводят, как описано выше.
В обычной практике для обнаружения Кетоновых тел применяют в основном качественные пробы. Они используются гл. обр. для исследования мочи. Преимущество этих гроб заключается в том, что они позволяют быстро, хотя и ориентировочно, выявить патологическое увеличение концентрации К. т.; при нормальном содержании К. т. эти пробы отрицательны. Наибольшее применение нашли нитропруссидные пробы, которые специфичны гл. обр. для ацетоуксусной к-ты и основаны на реакции К. т. с нитропруссидом натрия в щелочной среде с образованием соединения, окрашенного в красный цвет. Подобные соединения образуют и некоторые амины, напр, креатинин; однако в кислой среде аминные комплексы распадаются и окраска, обусловленная креатинином, исчезает, а окраска кетоновых комплексов сохраняется. На этом принципе основана проба Легаля (Е. Legal, 1883): к 4 мл мочи прибавляют несколько капель свежеприготовленного 5% р-ра нитропруссида натрия и 0,5—1 мл 10—15% едкого натра; образуется красное окрашивание. Добавляют для подкисления 0,5—1 мл конц. уксусной к-ты; при отрицательной пробе окраска исчезает — креатининовые комплексы распадаются, при положительной — сохраняется, причем создается впечатление изменения окраски, т. к. цвет креатининовых комплексов коричнево-красный, а кетоновых — вишнево-красный. Проба Ротеры (А. С. Н. Rothera, 1908) — самая чувствительная из нитропруссидных проб. Ротера отметил, что креатинин мешает реакции, если для подщелачивания используют едкий натр, но использование аммиака устраняет эти помехи. В пробирку наливают 5— 8 мл мочи и насыщают ее сухим сульфатом аммония, добавляют 2—3 капли конц. аммиака и 5 капель свежеприготовленного 5% р-ра нитропруссида натрия, встряхивают; при положительном результате образуется темно-красная или фиолетовая окраска. Существует микромодификация нитропруссидной пробы Ротеры, для проведения к-рой требуется всего несколько капель мочи с полуколичественной оценкой результатов в зависимости от интенсивности окраски [Фри и Фри (А. Н. Free, H. М. Free), 1958].
Из нитропруссидных проб широко применяется также проба Ланге (С. F. A. Lange, 1906): к нескольким мл мочи прибавляют несколько капель свежеприготовленного 10% р-ра нитропруссида натрия и 0,5—1 мл конц. уксусной к-ты, осторожно наслаивают несколько мл конц. р-ра аммиака. Проба положительна, если в течение 3 мин. на границе жидкостей образуется розово-фиолетовое кольцо.
На реакции ацетоуксусной к-ты с хлорным железом основана проба Герхардта (С. А. С. J. Gerhardt, 1865). Проба обычно рассматривается как недостаточно чувствительная: при ее помощи можно обнаружить приблизительно 25— 50 мг% ацетоуксусной к-ты (нитропруссидные пробы улавливают обычно 5—10 мг%). Р-р хлорного железа (10%) приливают по каплям к нескольким миллилитрам мочи до тех пор, пока не перестанет образовываться осадок фосфата железа, который отфильтровывают; к фильтрату добавляют еще несколько капель р-ра хлорного железа. При положительной пробе образуется фиолетовокрасное окрашивание. Салицилаты также дают положительную реакцию, поэтому для того, чтобы исключить окраску, вызванную салицилатами, проводят повторное определение с мочой, прогретой в течение 5 мин. в кипящей водяной бане; ацетоуксусная к-та при нагревании распадается, и окраска исчезает; салицилаты же дают положительную реакцию и после прогревания.
Реакций, специфичных для бета-оксимасляной к-ты, не описано. Применяемая для определения бета-оксимасляной к-ты проба Гардта предполагает предварительное окисление бета-оксимасляной к-ты при помощи перекиси водорода в ацетоуксусную и дальнейшее определение с нитропруссидом натрия: 20 мл мочи смешивают с 20 мл дистиллированной воды, подкисляют несколькими каплями 20% уксусной к-ты, кипятят, пока объем не уменьшится до 10 мл, доводят до 20 мл водой и разливают поровну в две пробирки. В одну добавляют 1 мл 30% р-ра перекиси водорода и нагревают в течение 1 мин. в кипящей водяной бане. К обеим пробам прибавляют по 10 капель ледяной уксусной к-ты и по 10 капель насыщенного на холоду р-ра нитропруссида натрия, размешивают, осторожно наслаивают 25% р-р аммиака. При наличии бета-оксимасляной к-ты в пробирке, в к-рую была прибавлена перекись водорода, появляется вишнево-красное кольцо.
Для экспресс-определения Кетоновых тел выпускаются специальные таблетки, состоящие из смеси сухих реактивов, и бумажные полоски, импрегнированные реактивами, в состав которых входит нитропруссид натрия. После погружения такой полоски (или таблетки) в исследуемую жидкость (мочу или плазму крови) в случае положительной реакции образуется фиолетовое окрашивание, интенсивность к-рого сравнивают со стандартной цветной шкалой.
Лейтес С. М. и Лаптева Н.Н. Очерки по патофизиологии обмена веществ и эндокринной системы, М., 1967; Ленинджер А. Биохимия, пер. с англ., М., 1976; Ньюсхолм Э. и Старт К. Регуляция метаболизма, пер. с англ., с. 355, М., 1977; Тодоров Й. Клинические лабораторные исследования в педиатрии, пер. с болг., София, 1968; Clinical chemistry, principles and technics, ed by R. J. Henry a. o., N. Y. a. o., 1974.
В. К. Городецкий; Л. М. Пименова (мет.иссл.).