Небелковые азотсодержащие соединения плазмы крови: от биохимии к клиническому значению

В лабиринтах человеческого организма, где каждый процесс подчинен строгим законам биохимии, поддержание азотистого гомеостаза играет фундаментальную роль. Ежедневно в результате метаболических реакций образуются азотсодержащие соединения, которые, будучи необходимыми для жизни в умеренных концентрациях, при избытке становятся потенциально токсичными. Именно поэтому система их регуляции, образования и выведения является одной из важнейших адаптационных механизмов.

Настоящая работа посвящена исследованию небелковых азотсодержащих соединений, циркулирующих в плазме крови человека. Эти низкомолекулярные вещества, часто именуемые «остаточным азотом», представляют собой группу метаболитов, оставшихся в крови после осаждения белков. Их состав и концентрация служат зеркалом, отражающим состояние обмена веществ, функциональное здоровье почек и печени, а также целостность многих других физиологических систем.

Актуальность изучения данной темы для современной медицины и биологии трудно переоценить. Отклонения в метаболизме или экскреции небелковых азотсодержащих соединений лежат в основе многих серьезных патологий, от почечной недостаточности и заболеваний печени до нарушений пуринового обмена, таких как подагра. Понимание биохимических путей их образования и катаболизма, знание нормативных показателей и методов лабораторной диагностики позволяет клиницистам своевременно выявлять заболевания, устанавливать точный диагноз, выбирать адекватные терапевтические стратегии и эффективно мониторить состояние пациентов.

В рамках этой курсовой работы мы последовательно рассмотрим общую характеристику и классификацию этих соединений, углубимся в сложные биохимические пути их образования и распада, проанализируем физиологическую роль каждого компонента и его нормативные показатели. Отдельное внимание будет уделено патологическим состояниям, в частности азотемии, с подробным разбором ее видов и клинических проявлений. Завершающим этапом станет обзор современных методов лабораторной диагностики, их принципов и диагностического значения, что позволит получить комплексное представление о данном аспекте клинической биохимии.

Общая характеристика и классификация небелковых азотсодержащих соединений

При погружении в биохимию крови становится очевидным, что не только белки играют ключевую роль в поддержании жизни, ведь существует целый ансамбль низкомолекулярных азотистых веществ. Они, хотя и не обладают структурной или ферментативной функцией белков, являются важнейшими маркерами метаболических процессов и функционального состояния органов. Эти соединения, остающиеся в фильтрате после удаления белков, объединяются под общим термином «небелковые азотсодержащие соединения» или «остаточный азот» крови.

Определение и состав остаточного азота крови

Небелковые азотсодержащие соединения плазмы крови — это разнообразная группа низкомолекулярных азотистых веществ, которые не являются составной частью белков. Они представляют собой продукты метаболизма белков, нуклеиновых кислот и других азотсодержащих молекул. Их совокупность отражает динамику распада и синтеза в организме, а также эффективность выделительных систем.

К основным компонентам этого комплекса относятся:

• Мочевина: Главный конечный продукт белкового обмена, основная форма выведения азота.
• Креатинин: Конечный продукт метаболизма креатина и креатинфосфата в мышцах.
• Мочевая кислота: Конечный продукт распада пуриновых оснований.
• Аммиак: Высокотоксичное промежуточное соединение белкового обмена, быстро превращающееся в мочевину.
• Аминокислоты: Свободные аминокислоты, циркулирующие в крови и являющиеся «строительным материалом» для белков и предшественниками других биомолекул.
• Полипептиды: Небольшие пептиды, образующиеся при частичном гидролизе белков или как продукты синтеза.
• Другие соединения: К ним относятся такие молекулы, как креатин (предшественник креатинина), индикан (продукт метаболизма триптофана, образующийся в кишечнике), билирубин (продукт катаболизма гема), глутатион (важный антиоксидант), холин, гистамин, эрготионеин, а также различные нуклеотиды и нуклеозиды. Эти соединения, хотя и представлены в меньших концентрациях, также имеют свое физиологическое и диагностическое значение.

Физико-химические свойства и проницаемость биологических мембран

Одним из ключевых свойств небелковых азотсодержащих соединений, определяющих их метаболизм и экскрецию, является их относительно низкая молекулярная масса. Это качество обеспечивает их свободную циркуляцию в крови и легкость прохождения через биологические барьеры.

Рассмотрим молекулярные массы основных компонентов:

• Мочевина (CO(NH₂)₂): 60,06 г/моль
• Креатинин (C₄H₇N₃O): 113,12 г/моль
• Мочевая кислота (C₅H₄N₄O₃): 168,11 г/моль

Эти значения значительно меньше предельной молекулярной массы (около 5 кДа или 5000 г/моль), при которой вещества свободно проходят через поры клубочкового фильтра почек, диаметр которых составляет порядка 2,9 нм. Таким образом, все перечисленные соединения легко фильтруются в почечных клубочках, что является первым этапом их выведения из организма.

Особого внимания заслуживает проницаемость биологических мембран для мочевины. Благодаря своим небольшим размерам и полярным свойствам, мочевина способна легко перемещаться через липидный бислой клеточных мембран путем пассивной диффузии. Этот процесс не требует затрат энергии и происходит по градиенту концентрации. В почечных канальцах, однако, реабсорбция мочевины регулируется более сложным образом, в частности, под влиянием антидиуретического гормона (АДГ). АДГ увеличивает проницаемость собирательных трубочек для воды и мочевины, что способствует концентрированию мочи и поддержанию осмотического градиента в мозговом слое почки.

При значительном повышении концентрации мочевины в крови, что характерно для состояний уремии, проявляются ее токсические эффекты, несмотря на то что сама мочевина считается относительно нетоксичной. В желудочно-кишечном тракте и на слизистых оболочках (например, в ротовой полости, бронхах) под действием бактериальной уреазы мочевина гидролизуется, образуя высокотоксичные соединения, такие как углекислый аммоний, карбаминовокислый аммоний и индоксилсерная кислота (индиканы). Эти метаболиты, всасываясь в системный кровоток, вызывают системную интоксикацию, повреждают клеточные мембраны и нарушают функцию ферментов, что приводит к развитию уремического синдрома. Это подчеркивает, что даже «нетоксичные» метаболиты могут стать опасными при нарушении регуляции.

Биохимические пути образования и катаболизма ключевых соединений

Понимание происхождения небелковых азотсодержащих соединений требует глубокого погружения в метаболические карты организма. Каждый из ключевых компонентов — мочевина, креатинин и мочевая кислота — имеет свой уникальный путь синтеза и распада, тесно связанный с различными аспектами обмена веществ.

Метаболизм мочевины (Орнитиновый цикл)

Одним из самых замечательных адаптивных механизмов высших организмов является обезвреживание аммиака – высокотоксичного продукта дезаминирования аминокислот. Этот процесс происходит исключительно в печени и носит название Орнитиновый цикл, или цикл мочевины. Он представляет собой сложную последовательность биохимических реакций, направленную на превращение аммиака в менее токсичную и легко выводимую мочевину.

Реакции цикла мочевины протекают как в митохондриях, так и в цитозоле гепатоцитов, что подчеркивает их энергетическую и ферментативную сложность. Для образования одной молекулы мочевины требуются одна молекула аммиака (NH₄⁺), одна молекула углекислого газа (CO₂) и аминогруппа одной молекулы аспартата.

Схема Орнитинового цикла:

1. Образование карбамоилфосфата (в митохондриях):
   NH4+ + HCO3- + 2АТФ → Карбамоилфосфат + 2АДФ + Фн
   Эту реакцию катализирует фермент карбамоилфосфатсинтаза I, являющаяся ключевым регулятором цикла. Её активность зависит от присутствия N-ацетилглутамата, который служит аллостерическим активатором.
2. Образование цитруллина (в митохондриях):
   Карбамоилфосфат + Орнитин → Цитруллин + Фн
   Энзим орнитин-транскарбамоилаза переносит карбамоильный остаток на орнитин. Цитруллин затем транспортируется из митохондрий в цитозоль.
3. Образование аргининосукцината (в цитозоле):
   Цитруллин + Аспартат + АТФ → Аргининосукцинат + АМФ + PPi
   Реакция, катализируемая аргининосукцинатсинтазой, связывает цитруллин с аспартатом. Важно отметить, что здесь расходуется одна молекула АТФ, которая расщепляется до АМФ и пирофосфата (PP_i). Последующий гидролиз PP_i до 2Ф_н делает эту реакцию необратимой и эквивалентной затрате двух макроэргических связей.
4. Расщепление аргининосукцината (в цитозоле):
   Аргининосукцинат → Аргинин + Фумарат
   Фермент аргининосукцинатлиаза расщепляет аргининосукцинат, высвобождая аргинин и фумарат. Фумарат может вернуться в цикл Кребса, связывая таким образом цикл мочевины с энергетическим метаболизмом.
5. Образование мочевины и регенерация орнитина (в цитозоле):
   Аргинин + H2O → Мочевина + Орнитин
   Фермент аргиназа гидролизует аргинин, высвобождая мочевину, которая затем поступает в кровь и выводится почками. Орнитин регенерируется и возвращается в митохондрии для продолжения цикла.

Биосинтез мочевины — процесс чрезвычайно энергозатратный. Суммарно для синтеза одной молекулы мочевины расходуется 3 молекулы АТФ. Однако, учитывая гидролиз PP_i до 2Ф_н на стадии образования аргининосукцината, энергетические затраты эквивалентны расщеплению четырех высокоэнергетических связей АТФ. Это подчеркивает жизненно важную необходимость и физиологическую стоимость детоксикации аммиака.

Метаболизм креатинина

Креатинин – это не просто азотсодержащий продукт, а своеобразный «индикатор» мышечной активности и, что особенно важно, функционального состояния почек. Его метаболизм начинается с креатина, который синтезируется в организме в два этапа.

Синтез креатина:

1. В почках: Из аминокислот глицина и аргинина образуется гуанидинацетат (гликоциамин).
2. В печени: Гуанидинацетат метилируется S-аденозилметионином (SAM) с образованием креатина.

Большая часть синтезированного креатина транспортируется в мышечную ткань, где он фосфорилируется до креатинфосфата – высокоэнергетического соединения, служащего резервным источником АТФ для быстрого мышечного сокращения.

Креатинин образуется в мышцах из креатинфосфата путем неферментативного, спонтанного дефосфорилирования (циклизации). Этот процесс протекает с относительно постоянной скоростью, пропорциональной общей мышечной массе человека. Таким образом, количество образующегося креатинина в целом стабильно и мало зависит от диеты или физической активности в течение короткого периода.

После образования креатинин высвобождается из мышечных клеток в кровь, откуда доставляется в почки. В почках креатинин почти полностью подвергается клубочковой фильтрации. В отличие от мочевины, креатинин практически не реабсорбируется в почечных канальцах. Однако небольшое, но клинически значимое количество креатинина также активно секретируется почечными канальцами. Эта особенность делает креатинин более надежным маркером скорости клубочковой фильтрации (СКФ) по сравнению с мочевиной, поскольку его выведение из организма в меньшей степени зависит от канальцевой реабсорбции.

Метаболизм мочевой кислоты

Мочевая кислота — это еще один важный небелковый азотсодержащий метаболит, представляющий собой конечный продукт катаболизма пуриновых оснований (аденина и гуанина). Пурины являются интегральной частью нуклеотидов, входящих в состав ДНК и РНК, а также энергетических молекул, таких как АТФ.

Путь катаболизма пуринов до мочевой кислоты:

1. Гидролиз нуклеотидов: Пуриновые нуклеотиды (АМФ, ГМФ) гидролизуются до соответствующих нуклеозидов (аденозин, гуанозин) и затем до пуриновых оснований (аденин, гуанин).
2. Дезаминирование и окисление:
   • Аденин дезаминируется до гипоксантина.
   • Гуанин дезаминируется до ксантина.
3. Окисление ксантиноксидазой:
   Гипоксантин → Ксантин (с участием ксантиноксидазы)
Ксантин → Мочевая кислота (с участием ксантиноксидазы)
   Таким образом, ключевым ферментом на завершающих стадиях синтеза мочевой кислоты является ксантиноксидаза, который катализирует окисление как гипоксантина, так и ксантина. Этот процесс происходит главным образом в печени, но также и в кишечнике.

В отличие от многих других млекопитающих, у человека отсутствует фермент уратоксидаза (уриказа), который у животных превращает мочевую кислоту в более растворимый аллантоин. Это означает, что мочевая кислота является конечным продуктом пуринового обмена у человека, и ее относительно низкая растворимость может приводить к образованию кристаллов (уратов) при повышенных концентрациях.

Выведение мочевой кислоты из организма — это сложный многоступенчатый процесс:

• Примерно две трети образующейся мочевой кислоты выводится почками.
• Оставшаяся одна треть метаболизируется кишечными бактериями.

Почечная экскреция включает:

1. Клубочковую фильтрацию: Мочевая кислота свободно фильтруется в клубочках.
2. Почти полную реабсорбцию: В проксимальных канальцах большая часть отфильтрованной мочевой кислоты реабсорбируется обратно в кровь.
3. Канальцевую секрецию: Затем происходит активная секреция мочевой кислоты в канальцевый просвет.
4. Частичную реабсорбцию: В дистальных отделах канальцев небольшое количество мочевой кислоты может быть реабсорбировано вновь.

В результате этих сложных процессов чистая экскреция мочевой кислоты с мочой составляет лишь около 10% от отфильтрованного количества. Нарушения на любом из этих этапов могут привести к изменению уровня мочевой кислоты в крови, что имеет важное диагностическое значение.

Физиологическая роль и нормативные показатели небелковых азотсодержащих соединений

Каждое из небелковых азотсодержащих соединений, циркулирующих в плазме крови, выполняет уникальные функции в поддержании гомеостаза организма. Их концентрации строго регулируются и служат индикаторами здоровья, а отклонения от нормы указывают на возможные патологии.

Мочевина: Основная роль в детоксикации аммиака

Мочевина, являясь диамидом угольной кислоты (CO(NH₂)₂), занимает центральное место в азотистом обмене. Её главная физиологическая роль заключается в обезвреживании и удалении из организма избытка токсичного аммиака, который образуется в результате распада аминокислот, нуклеотидов и под действием кишечной микрофлоры. Преобразование аммиака в мочевину в печени (через орнитиновый цикл) — это критически важный процесс детоксикации, который предотвращает накопление нейротоксичного аммиака и его повреждающее действие на центральную нервную систему.

Мочевина является нейтральным и относительно нетоксичным соединением. Благодаря своей небольшой молекулярной массе и полярным свойствам, она легко переносится кровью и свободно фильтруется в почечных клубочках, после чего эффективно выводится с мочой. Частичная реабсорбция мочевины в почечных канальцах играет роль в создании осмотического градиента, необходимого для концентрирования мочи.

Нормальные показатели мочевины в крови:

Категория	Нормальные значения (ммоль/л)
Взрослые	2,8–7,2
Мужчины	3,2–7,5
Женщины	2,5–7,1
Новорожденные (до 14 дней)	1,4–4,3
Дети (14 дней – 1 год)	1,8–6,4
Дети (1–14 лет)	2,5–6,4
Беременные (до 18 недель)	2,6–6,4
Беременные (с 19 недели)	1,4–4,5

Примечание: нормативные показатели могут незначительно варьироваться в зависимости от используемой в лаборатории методики и референсных значений.

Снижение уровня мочевины у беременных женщин объясняется увеличением объема циркулирующей крови (гиперволемией), повышением почечного кровотока и, как следствие, усилением клубочковой фильтрации, что способствует более эффективному выведению мочевины.

Креатинин: Маркер мышечного метаболизма и функции почек

Креатинин — это конечный, неферментативный продукт распада креатина и креатинфосфата, которые играют жизненно важную роль в энергетическом обмене мышечной и нервной тканей. Креатинфосфат служит быстрым и легкодоступным резервным источником АТФ, обеспечивая мгновенное восполнение энергии при интенсивной физической нагрузке. Однако сам креатинин, в отличие от своих предшественников, не участвует в энергетическом обмене, а является лишь «свидетелем» этих процессов.

Концентрация креатинина в крови является относительно постоянной для каждого индивидуума и напрямую зависит от общего объема мышечной массы. Чем больше мышечной ткани, тем выше образование креатинина. Это делает его ценным маркером для оценки функции почек, особенно скорости клубочковой фильтрации (СКФ). Благодаря тому, что креатинин свободно фильтруется клубочками и в значительном количестве не реабсорбируется в канальцах (несмотря на небольшую канальцевую секрецию), его клиренс хорошо коррелирует с СКФ.

Нормальные показатели креатинина в крови:

Категория	Нормальные значения (мкмоль/л)
Мужчины	62–106
Женщины	44–80
Новорожденные	18–35
Дети (1–14 лет)	27–62
Подростки	53–88
Беременные	Снижение почти вдвое

Примечание: нормативные показатели могут незначительно варьироваться в зависимости от используемой в лаборатории методики и референсных значений.

Снижение содержания креатинина у беременных женщин объясняется теми же физиологическими изменениями, что и для мочевины: гиперволемия, увеличение почечного кровотока и СКФ.

Мочевая кислота: Антиоксидант и нейростимулятор

Мочевая кислота, конечный продукт метаболизма пуриновых оснований, до недавнего времени рассматривалась преимущественно в контексте патологий, таких как подагра. Однако современные исследования раскрыли её многогранную физиологическую роль, выходящую за рамки простого метаболита.

Одним из наиболее значимых свойств мочевой кислоты является её мощное антиоксидантное действие. Она эффективно нейтрализует свободные радикалы (например, супероксидный радикал, пероксинитрит), защищая клеточные мембраны и ДНК от окислительного повреждения. Это делает мочевую кислоту важным элементом эндогенной антиоксидантной системы организма, особенно в центральной нервной системе.

Кроме того, мочевая кислота проявляет стимулирующие свойства на центральную нервную систему (ЦНС). Она способна ингибировать фермент фосфодиэстеразу, что приводит к пролонгации действия циклических нуклеотидов (цАМФ и цГМФ) и, как следствие, усиливает эффекты адреналина и норадреналина. Это может проявляться в повышении когнитивных процессов, улучшении памяти, мотивации и общего уровня бодрствования. Её образование в ЦНС и способность предшественников проходить гематоэнцефалический барьер, а также взаимодействие с обменом катехоламинов и дофамина, подтверждают её роль в нейрорегуляции. Более того, мочевая кислота обладает нейропротекторными свойствами, способствуя выживанию нейронов в условиях окислительного стресса.

Что касается роли в формировании костей и суставов, важно уточнить: хотя мочевая кислота присутствует в организме, её непосредственное участие в нормальном формировании костей и суставов не является основной физиологической функцией. Её влияние на опорно-двигательную систему в основном связано с патологическими состояниями, такими как подагра, при которой происходит отложение кристаллов уратов в суставах, вызывая воспаление и разрушение тканей.

Нормальные показатели мочевой кислоты в крови:

Категория	Нормальные значения (мкмоль/л)
Мужчины	< 420
Женщины	< 360

Примечание: нормативные показатели могут незначительно варьироваться в зависимости от используемой в лаборатории методики и референсных значений. Уровень мочевой кислоты имеет тенденцию к повышению с возрастом.

Патологические состояния: Азотемия – причины, виды и клиническое значение

Когда слаженный механизм метаболизма и экскреции азотсодержащих соединений дает сбой, это неминуемо отражается на состоянии всего организма. Одним из наиболее показательных и клинически значимых патологических состояний является азотемия — синдром, характеризующийся повышением концентрации азотистых продуктов обмена в крови, в первую очередь мочевины и креатинина. Это состояние служит важным диагностическим маркером нарушений функции почек и других систем.

Определение и классификация азотемии

Азотемия – это патологическое состояние, при котором в плазме крови наблюдается аномально высокое содержание азотистых продуктов метаболизма, которые в норме должны выводиться почками. Основными из этих продуктов являются мочевина и креатинин, но также могут повышаться уровни аммиака, мочевой кислоты, индикана и других небелковых азотсодержащих соединений.

По механизму возникновения азотемия подразделяется на два основных вида:

1. Продукционная азотемия (метаболическая): Развивается вследствие повышенного образования азотистых продуктов в организме, когда их поступление в кровь значительно превышает способность почек к их выведению. Причины этого вида азотемии обычно связаны с усиленным катаболизмом белков или их избыточным поступлением:
   • Высокая длительная лихорадка: Повышенная температура тела усиливает распад тканевых белков.
   • Кахексия при онкологических заболеваниях: Генерализованное истощение организма сопровождается массированной потерей белка.
   • Усиленное белковое питание: Чрезмерное потребление белка может перегрузить систему его метаболизма.
   • Распад тканевых белков при голодании: При дефиците внешних источников энергии организм начинает использовать собственные белки.
   • Воспалительные процессы и гнойные заболевания: Усиление катаболизма и тканевого распада.
   • Сахарный диабет: При декомпенсированном диабете может наблюдаться усиленный протеолиз.
   • Массивные кровоизлияния: Распад гемоглобина и других белков.
2. Ретенционная азотемия (экскреторная): Возникает вследствие нарушения выделительной функции почек, когда образование азотистых продуктов остается на нормальном или даже сниженном уровне, но их выведение из организма затруднено. Этот вид азотемии наиболее часто связан с патологией почек или мочевыводящих путей и, в свою очередь, делится на внепочечную (преренальную и постренальную) и почечную (ренальную).

Виды ретенционной азотемии: Преренальная, ренальная и постренальная

Детальное понимание видов ретенционной азотемии критически важно для дифференциальной диагностики и выбора тактики лечения. Каждый вид имеет свои уникальные причины и патогенетические особенности.

1. Преренальная азотемия (внепочечная)
   • Причины: Вызвана снижением кровоснабжения почек (гипоперфузия почек), в то время как сами почки остаются структурно неповрежденными. Это происходит при состояниях, сопровождающихся уменьшением объема циркулирующей крови или снижением сердечного выброса:
     • Массивные кровопотери (кровоизлияния).
     • Шок (кардиогенный, гиповолемический, септический).
     • Тяжелая дегидратация (рвота, диарея, ожоги).
     • Сердечная недостаточность (снижение насосной функции сердца).
   • Механизм: Уменьшение почечного кровотока приводит к снижению скорости клубочковой фильтрации (СКФ). В ответ на гипоперфузию активируются компенсаторные механизмы, направленные на сохранение воды и натрия, что включает усиленную реабсорбцию в проксимальных канальцах. Поскольку мочевина является легко реабсорбируемым веществом, ее реабсорбция также возрастает, в то время как реабсорбция креатинина минимальна.
   • Диагностический признак: Для преренальной азотемии характерен индекс отношения азота мочевины крови (BUN) к креатинину (BUN/Cr ratio) более 15:1 (часто > 20:1). Это объясняется тем, что при сниженной клубочковой фильтрации и увеличенной реабсорбции в проксимальных канальцах, уровень мочевины в крови растет непропорционально сильнее, чем уровень креатинина.
2. Ренальная азотемия (почечная)
   • Причины: Связана с непосредственным повреждением почечной ткани, затрагивающим клубочки, канальцы или интерстиций. Это приводит к нарушению как фильтрационной, так и реабсорбционно-секреторной функций почек:
     • Острый или хронический гломерулонефрит.
     • Острый тубулярный некроз (например, вследствие ишемии или нефротоксичных препаратов).
     • Интерстициальный нефрит.
     • Поликистоз почек.
     • Другие формы острой или хронической почечной недостаточности.
   • Механизм: Повреждение почечной паренхимы приводит к значительному снижению СКФ. Однако, в отличие от преренальной азотемии, повреждение проксимальных канальцев нарушает механизмы активной реабсорбции мочевины. В результате, скорость повышения мочевины и креатинина в крови становится более пропорциональной.
   • Диагностический признак: При ренальной азотемии соотношение BUN/Cr обычно нормальное или сниженное (менее 15:1), так как из-за поврежденных проксимальных канальцев реабсорбция мочевины не происходит или значительно снижена.
3. Постренальная азотемия (внепочечная)
   • Причины: Возникает из-за механической обструкции оттока мочи из почек, что приводит к повышению давления в мочевыводящих путях и ретроградной передаче давления на нефроны.
     • Камни в почках, мочеточниках или мочевом пузыре.
     • Опухоли мочевого пузыря, предстательной железы, шейки матки, вызывающие компрессию мочеточников.
     • Гиперплазия предстательной железы.
     • Стриктуры уретры.
   • Механизм: Обструкция вызывает повышение внутриканальцевого давления, что снижает эффективное фильтрационное давление в клубочках и ухудшает СКФ. Повышенное давление в нефроне также способствует увеличению обратной диффузии (реабсорбции) азотистых веществ, включая мочевину, из канальцев в кровь.
   • Диагностический признак: На начальных этапах постренальной азотемии соотношение BUN/Cr может быть повышенным (более 15:1 или 20:1), что напоминает преренальную азотемию, поскольку увеличенное давление в нефроне вызывает повышенную реабсорбцию мочевины. Однако при длительной обструкции и развитии повреждения почек это соотношение может нормализоваться, переходя в ренальный тип.

Расчет соотношения азота мочевины к креатинину (BUN/Cr ratio):
Для расчета этого индекса необходимо, чтобы концентрации BUN (Blood Urea Nitrogen) и креатинина (Cr) были выражены в одинаковых единицах, как правило, в мг/дл.

• Если концентрация мочевины дана в ммоль/л, для перевода в BUN (мг/дл) используйте формулу:
  BUN (мг/дл) = Мочевина (ммоль/л) × 2,801
• Если концентрация креатинина дана в мкмоль/л, для перевода в Cr (мг/дл) используйте формулу:
  Cr (мг/дл) = Креатинин (мкмоль/л) × 0,0113
  Нормальное соотношение BUN/Cr для взрослых составляет от 10:1 до 20:1.

Клинические проявления и уремия

Азотемия сама по себе является лабораторным признаком, но ее прогрессирование приводит к развитию серьезного клинического синдрома, известного как уремия.

Клинические проявления азотемии могут включать:

• Нарушения мочеотделения: Олигурия (уменьшение объема мочи) или анурия (полное отсутствие мочи), особенно при почечной и постренальной азотемии.
• Общие симптомы: Бледность кожи, общая слабость, утомляемость, тахикардия (учащенное сердцебиение) как компенсаторная реакция.
• Желудочно-кишечные расстройства: Сухость во рту (ксеростомия), жажда, анорексия, тошнота, рвота.
• Отеки: Развиваются из-за нарушения водно-солевого баланса и задержки жидкости.

При значительном и длительном повышении концентрации мочевины в крови развивается состояние, известное как уремия. В этих условиях мочевина начинает активно выделяться не только почками, но и через другие выделительные пути: потовые железы, слизистые оболочки органов дыхания и желудочно-кишечного тракта.

Именно в желудочно-кишечном тракте и на слизистых оболочках мочевина становится крайне опасной. Под действием бактериальной флоры, обладающей уреазной активностью, мочевина гидролизуется с образованием высокотоксичных соединений:

• Углекислый аммоний
• Карбаминовокислый аммоний
• Индоксилсерная кислота (индиканы) – продукт метаболизма триптофана, который также накапливается при почечной недостаточности.

Эти токсичные метаболиты, всасываясь обратно в системный кровоток, оказывают системное повреждающее действие:

• Повреждение клеточных мембран: Нарушают целостность и функцию клеточных мембран различных тканей.
• Нарушение работы ферментов: Ингибируют активность множества ферментативных систем, что приводит к метаболическим сбоям во всем организме.
• Интоксикация ЦНС: Вызывают уремическую энцефалопатию, проявляющуюся неврологическими нарушениями (заторможенность, судороги, кома).

Таким образом, азотемия и, в более тяжелых случаях, уремия, представляют собой комплексные патологические состояния, требующие немедленного медицинского вмешательства и тщательного мониторинга.

Методы определения и диагностическое значение небелковых азотсодержащих соединений

Клиническая лабораторная диагностика играет ключевую роль в оценке функционального состояния организма. Определение уровня небелковых азотсодержащих соединений в плазме крови является краеугольным камнем в диагностике заболеваний почек и печени, а также в мониторинге метаболических нарушений. Точные и специфичные методы анализа позволяют не только выявить патологию, но и оценить её тяжесть, динамику и эффективность проводимой терапии.

Методы определения мочевины

Для количественного определения мочевины в плазме крови в клинической практике используются несколько унифицированных методов, каждый из которых имеет свои принципы и особенности.

1. Фенолгипохлоритный метод: Основан на реакции аммиака (образующегося при гидролизе мочевины) с фенолом и гипохлоритом натрия в щелочной среде, что приводит к образованию окрашенного продукта (индофенола синего). Интенсивность окраски пропорциональна концентрации аммиака, а следовательно, и мочевины.
2. Диацетилмонооксимный метод (реакция Фирона): Принцип этого метода заключается во взаимодействии мочевины с диацетилмонооксимом в сильнокислой среде при нагревании. В результате образуются окрашенные соединения, которые затем измеряются спектрофотометрически. Метод обладает хорошей чувствительностью, но менее специфичен, чем ферментативный, и подвержен влиянию интерферирующих веществ.
3. Ферментативный (уреазный) метод: Этот метод является наиболее распространенным и высокоспецифичным в современных клинических лабораториях. Он основан на действии фермента уреазы, который катализирует гидролиз мочевины:
   CO(NH2)2 (мочевина) + H2O → 2NH3 (аммиак) + CO2
   Образовавшийся аммиак затем вступает в последующие реакции, приводящие к образованию окрашенного продукта, который измеряется спектрофотометрически. Часто используется реакция Бертело, где аммиак взаимодействует с фенолом и гипохлоритом натрия, образуя синий индофенол. В других модификациях аммиак может быть определен с помощью глутаматдегидрогеназы, что позволяет измерять снижение НАДН в реакции:
   NH3 + α-кетоглутарат + НАДН + H+ → Глутамат + НАД+ + H2O
   Уреазный метод отличается высокой специфичностью к мочевине, минимальной интерференцией и хорошей воспроизводимостью, что делает его предпочтительным выбором для рутинных анализов.

Методы определения креатинина

Определение креатинина в плазме крови является одним из важнейших тестов для оценки функции почек. Существуют два основных класса методов: колориметрические и энзиматические.

1. Колориметрические методы на основе реакции Яффе:
   Этот метод, разработанный еще в 1886 году, основан на реакции креатинина с пикриновой кислотой в сильнощелочной среде, в результате которой образуется красно-желтый комплекс Яффе. Интенсивность окраски этого комплекса пропорциональна концентрации креатинина.
   Недостатки метода Яффе: Главным недостатком является его недостаточная специфичность. С пикриновой кислотой в щелочной среде могут реагировать и другие неспецифические хромогены, присутствующие в плазме крови, такие как глюкоза, аскорбиновая кислота, кетокислоты, некоторые белки и, что особенно важно, билирубин. Это приводит к завышению результатов измерения креатинина.
   Способы повышения специфичности: Для минимизации интерференции используются различные модификации метода:
   • Осаждение белков плазмы или сыворотки: Удаление белковых компонентов до реакции.
   • Кинетический метод: Измерение скорости образования окрашенного продукта в определенный временной интервал, что позволяет отличить быстро реагирующий креатинин от медленно реагирующих неспецифических хромогенов.
   • Компенсированный кинетический метод: Использует дополнительные реагенты для компенсации влияния неспецифических хромогенов.
   • Адсорбция креатинина: Использование адсорбентов для селективного выделения креатинина перед реакцией.
2. Энзиматические методы определения креатинина:
   Эти методы являются более современными и обладают значительно большей специфичностью по сравнению с методом Яффе, поскольку они основаны на высокоспецифическом действии ферментов. Типичный энзиматический метод включает последовательные ферментативные реакции:
   1. Креатининаза: Превращает креатинин в креатин.
      Креатинин + H2O → Креатин
   2. Креатиназа: Превращает креатин в саркозин и мочевину.
      Креатин + H2O → Саркозин + Мочевина
   3. Саркозиноксидаза: Окисляет саркозин, образуя глицин, формальдегид и пероксид водорода.
      Саркозин + O2 + H2O → Глицин + Формальдегид + H2O2
   4. Колориметрическая реакция: Образовавшийся пероксид водорода затем используется в пероксидазной реакции с хромогеном (например, с фенолом и 4-аминоантипирином) для образования окрашенного продукта, который измеряется спектрофотометрически.

   Преимущества: Высокая специфичность, минимальная интерференция.
   Недостатки: Могут быть более дорогостоящими и требуют специальной аппаратуры.

Диагностическое значение определения креатинина неоценимо, поскольку его уровень является одним из наиболее надежных индикаторов скорости клубочковой фильтрации (СКФ), позволяя оценить степень почечной недостаточности.

Методы определения мочевой кислоты

Количественное определение мочевой кислоты в крови также имеет важное клиническое значение, в первую очередь для диагностики и мониторинга нарушений пуринового обмена.

1. Урикатный метод (с уриказой): Наиболее специфичный и распространенный метод. Фермент уриказа (уратоксидаза) катализирует окисление мочевой кислоты до аллантоина и пероксида водорода.
   Мочевая кислота + O2 + H2O → Аллантоин + CO2 + H2O2
   Образовавшийся пероксид водорода затем количественно определяется с помощью пероксидазной реакции с хромогеном.
   Диагностическое значение:
   • Подтверждение или опровержение диагноза подагры: Повышенный уровень мочевой кислоты (гиперурикемия) является ключевым фактором в развитии подагры.
   • Мониторинг эффективности лечения подагры: Оценка снижения уровня мочевой кислоты на фоне терапии урикозурическими или урикостатическими препаратами.
   • Мониторинг при лучевой и химиотерапии: При массивной гибели опухолевых клеток (синдром лизиса опухоли) происходит высвобождение большого количества пуринов, что приводит к резкому накоплению мочевой кислоты в организме и риску острой почечной недостаточности. Контроль уровня мочевой кислоты в этих условиях критически важен.
   • Оценка функции почек: Мочевая кислота также является продуктом, выводимым почками, и её повышенные уровни могут указывать на снижение почечной функции, хотя и менее специфично, чем креатинин.

Таким образом, арсенал лабораторных методов для определения небелковых азотсодержащих соединений позволяет получить ценную информацию о метаболических процессах и функциональном состоянии жизненно важных органов, что служит основой для эффективной клинической практики.

Заключение

Исследование небелковых азотсодержащих соединений плазмы крови человека демонстрирует глубокую взаимосвязь между фундаментальной биохимией и повседневной клинической практикой. Мы увидели, что эти низкомолекулярные метаболиты – мочевина, креатинин, мочевая кислота и другие – являются не просто «отходами» метаболизма, но и важнейшими индикаторами физиологического состояния организма, а также активными участниками различных биохимических процессов.

Мы детально рассмотрели сложнейшие биохимические пути их образования и катаболизма: от энергозатратного орнитинового цикла в печени, обеспечивающего детоксикацию аммиака, до неферментативного образования креатинина в мышцах и многоступенчатого распада пуринов до мочевой кислоты. Подробный анализ физиологической роли каждого компонента выявил, что мочевина – ключевой элемент детоксикации, креатинин – незаменимый маркер функции почек, а мочевая кислота обладает неожиданными антиоксидантными и нейростимулирующими свойствами, выходящими за рамки её патологической роли при подагре.

Особое внимание было уделено азотемии – состоянию, при котором концентрация этих соединений в крови аномально возрастает. Мы классифицировали её по механизму возникновения (продукционная и ретенционная) и подробно разобрали три вида ретенционной азотемии: преренальную, ренальную и постренальную, подчеркнув их этиологические факторы, патогенетические механизмы и, что особенно важно, диагностическое значение соотношения азота мочевины к креатинину. Клинические проявления азотемии, кульминирующие в уремии с её системным токсическим воздействием, демонстрируют критическую важность своевременной диагностики и коррекции.

Наконец, мы изучили методы лабораторного определения этих соединений – от классической реакции Яффе для креатинина с её ограничениями, до высокоспецифичных ферментативных методов для мочевины и мочевой кислоты. Понимание принципов этих анализов, их преимуществ и недостатков, включая потенциальные интерференции (например, билирубина в методах определения креатинина), является неотъемлемой частью интерпретации результатов и принятия обоснованных клинических решений. Это знание позволяет клиницистам избегать диагностических ошибок и назначать адекватное лечение, что, в свою очередь, значительно повышает эффективность медицинской помощи.

Таким образом, небелковые азотсодержащие соединения представляют собой динамичную и информативную группу биомолекул. Их исследование не только обогащает наше понимание фундаментальных аспектов метаболизма, но и служит мощным инструментом в руках клиницистов для диагностики, мониторинга и прогнозирования широкого спектра заболеваний, от почечной и печеночной недостаточности до метаболических нарушений. Дальнейшие исследования в этой области будут способствовать разработке новых диагностических маркеров и более эффективных терапевтических подходов.

Список использованной литературы

1. Ашмарин И. П. Молекулярная биология. Л., 1977.
2. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. М., 1998.
3. Болдырев А. А. Биологические мембраны и транспорт ионов. М., 1985.
4. Видершайн Г. Я. Биохимические основы гликозидозов. М., 1980.
5. Вилкинсон. Принципы и методы диагностической энзимологии. М., 1981.
6. Врожденные и приобретенные энзимопатии / Под ред. Ташева Т. М., 1980.
7. Ичас М. Биологический код. М., 1971.
8. Климов А. Н. Липопротеиды, дислипопротеидемии и атеросклероз. Л., 1984.
9. Ленинджер А. Основы биохимии. В 3 т. М.: Мир, 1985.
10. Лопухин Ю. М. Холестериноз. М., 1983.
11. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэл В. Биохимия. М.: Мир, 1993.
12. Мецлер Д. Биохимия. В 3 т. М.: Мир, 1980.
13. Николаев А. Я. Биологическая химия. М., 2001. 469 с.
14. Ньюсхолм Э., Старт К. Регуляция метаболизма. М., 1977.
15. Поглазов Б. Ф., Левицкий Д. И. Миозин и биологическая подвижность. М., 1982.
16. Розенфельд Е. Л. Гликогеновая болезнь. М., 1979.
17. Спирин А. С. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка. М., 1986.
18. Страйер Л. Биохимия. В 3 т. М., 1984.
19. Строев Е. А. Биологическая химия. М., 1986.
20. Ткачук В. А. Введение в молекулярную эндокринологию. М., 1983.
21. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. и др. Основы биохимии. В 3 т. М.: Мир, 1981.
22. Хашен Р. Очерки по патологической биохимии. М., 1982.
23. Хорст А. Молекулярные основы патогенеза болезней. М., 1997.
24. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М., 2000. 365 с.
25. Азотемия — повышенные мочевина и креатинин в крови. URL: https://unclinic.ru/azotemiya/ (дата обращения: 17.10.2025).
26. Азотемия — причины, диагностика и лечение. URL: https://www.krasotaimedicina.ru/diseases/zabolevanija-nefrologii/azotemia (дата обращения: 17.10.2025).
27. Биохимический анализ крови. URL: https://www.oncology.ru/knowledge/chem/biochemical-blood-test/ (дата обращения: 17.10.2025).
28. Виды азотемий. Азотемия // biohimija.ru : [сайт]. URL: https://biohimija.ru/biohimicheskie-processy/vidy-azotemij.html (дата обращения: 17.10.2025).
29. Исследование креатинина в биохимическом анализе (CREA). URL: https://k31.ru/analizy/kreatinin-v-biohimicheskom-analize/ (дата обращения: 17.10.2025).
30. Катаболизм пуриновых нуклеотидов // biohim.ru : [сайт]. URL: https://biohim.ru/2019/05/05/katabolizm-purinovyh-nukleotidov/ (дата обращения: 17.10.2025).
31. Креатинфосфат — это запас взрывной энергии // biohimija.ru : [сайт]. URL: https://biohimija.ru/obmen-uglevodov/kreatinfosfat.html (дата обращения: 17.10.2025).
32. Креатинин — Биологическая химия // biohimija.ru : [сайт]. URL: http://biohimija.ru/obmen-uglevodov/kreatinin.html (дата обращения: 17.10.2025).
33. Креатинин: показания к назначению, правила подготовки к сдаче анализа, расшифровка результатов и показатели нормы. URL: https://www.invitro.ru/analizes/for-doctors/786/23293/ (дата обращения: 17.10.2025).
34. Креатинин в сыворотке (с определением СКФ) // helix.ru : [сайт]. URL: https://helix.ru/kb/item/03-010 (дата обращения: 17.10.2025).
35. Креатинин в сыворотке крови: все не так просто. URL: https://omb.ru/publications/kreatinin-v-syvorotke-krovi-vse-ne-tak-prosto (дата обращения: 17.10.2025).
36. Креатинин — энциклопедия «Знание.Вики». URL: https://znanierussia.ru/articles/kreatinin-473 (дата обращения: 17.10.2025).
37. Лабораторная работа №10. Определение содержания мочевины в сыворотке крови // biohimija.ru : [сайт]. URL: http://biohimija.ru/praktikum/laboratornaya-rabota-no10.-opredelenie-soderzhaniya-mocheviny-v-syvorotke-krovi.html (дата обращения: 17.10.2025).
38. Метод ферментативного определения мочевины в сыворотке крови // biohimija.ru : [сайт]. URL: http://biohimija.ru/praktikum/7.metod-fermentativnogo-opredeleniya-mocheviny-v-syvorotke-krovi.html (дата обращения: 17.10.2025).
39. Мочевая кислота. Общая информация. URL: https://www.cmd-online.ru/patients/analizy-i-tseny/mochevaya-kislota-v-syvorotke-krovi/ (дата обращения: 17.10.2025).
40. Мочевая кислота — статья лаборатории ДНКОМ. URL: https://dnkom.ru/analizy-i-tseny/mochevaya-kislota/ (дата обращения: 17.10.2025).
41. Мочевая кислота (в крови) (Uric acid), показания к назначению, правила подготовки к сдаче анализа, расшифровка результатов и показатели нормы. URL: https://www.invitro.ru/analizes/for-doctors/786/23291/ (дата обращения: 17.10.2025).
42. Мочевина | Биохимия // biohimija.ru : [сайт]. URL: http://biohimija.ru/obmen-aminokislot/mochevina.html (дата обращения: 17.10.2025).
43. Мочевина в сыворотке // helix.ru : [сайт]. URL: https://helix.ru/kb/item/03-009 (дата обращения: 17.10.2025).
44. Нарушения цикла образования мочевины. URL: https://school-of-hepatology.ru/narusheniya-cikla-obrazovaniya-mocheviny/ (дата обращения: 17.10.2025).
45. Орнитиновый цикл мочевинообразования — Биологическая химия // xumuk.ru : [сайт]. URL: http://www.xumuk.ru/biologhim/030.html (дата обращения: 17.10.2025).
46. Синтез мочевины // biohim.ru : [сайт]. URL: https://biohim.ru/2020/01/27/sintez-mocheviny/ (дата обращения: 17.10.2025).
47. Синтез мочевины // ozlib.com : [сайт]. URL: https://ozlib.com/83282 (дата обращения: 17.10.2025).
48. Синтез мочевины [1974 Ермолаев М.В. — Биологическая химия] // chemlib.ru : [сайт]. URL: https://chemlib.ru/books/item/f00/s00/z0000000/st004.shtml (дата обращения: 17.10.2025).
49. Функции мочевой кислоты // biohim.ru : [сайт]. URL: https://biohim.ru/2020/01/27/funkczii-mochevoj-kisloty/ (дата обращения: 17.10.2025).
50. Цикл мочевины | Биохимия // biohimija.ru : [сайт]. URL: http://biohimija.ru/obmen-aminokislot/cikl-mocheviny.html (дата обращения: 17.10.2025).
51. Биосинтез креатина и его последующие превращения // biohimija.ru : [сайт]. URL: http://biohimija.ru/obmen-uglevodov/3.4.-biosintez-kreatina-i-ego-posleduyuschie-preobrazovaniya.html (дата обращения: 17.10.2025).