Katarzyna Paradisz
Zastosowanie enzymów w diagnostyce chorób.
Enzymami nazywamy, wielkocząsteczkowe w większości białkowe katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne poprzez obniżenie ich energii aktywacji. Niemal wszystkie reakcje chemiczne związane z funkcjonowaniem organizmów żywych wymagają współdziałania enzymów by osiągnąć wystarczającą wydajność. Enzymy są wysoce specyficzne wobec substratów i wobec tego dany enzym katalizuje zaledwie kilka reakcji spośród wielu możliwych dla danych substratów. W ten sposób enzymy determinują procesy metaboliczne i biochemiczne związane z funkcjonowaniem organizmów żywych.
Aktywność enzymatyczna i jej ścisła kontrola są elementami homeostazy organizmu, defekt w jednym nawet enzymie czy mechanizmach kontroli jego aktywności, może prowadzić do stanu chorobowego lub śmierci organizmu. Wrodzone uszkodzenia genów kodujących enzymy lub elementów kontroli ich aktywności mogą prowadzić do szeregu nieuleczalnych genetycznych chorób metabolicznych. Należą do nich bloki metaboliczne, w których wskutek zakłócenia pracy enzymu, nie są metabolizowane konkretne substancje, co prowadzi do ich niedoboru lub gromadzenia się półproduktów, które często są toksyczne. Do takich chorób należą np. galaktozemia czy homocystynuria. Ponieważ końcowe produkty danego szlaku są często inhibitorami enzymów jego wczesnych etapów, ich brak tym bardziej może kumulować szkodliwe półprodukty, produkowane przez nieregulowane enzymy. Także otyłość może być powodowana przez ogólnoustrojowe zaburzenie pracy enzymów metabolicznych. Jedne enzymy często utrzymują aktywność innych na odpowiednim poziomie (np. poprzez rozkład ich nadmiaru). Gdy te pierwsze w jakiś sposób nie działają optymalnie, niekontrolowane już odpowiednio przez nie enzymy, mogą działać na szkodę własnych komórek organizmu. Może dojść do autolizy komórek i w następstwie do uszkodzenia tkanek. Przykładowo jedna z form rozedmy płuc jest powodowana niekontrolowaną aktywnością elastazy niszczącą strukturę tkanki. Mutacje w niektórych enzymach mogą prowadzić do śmierci komórek lub powstawania nowotworów. Np. w enzymach zaangażowanych w naprawę materiału genetycznego lub kinaz tyrozynowych takich jak Bcr-Abl. W chorobach wirusowych i bakteryjnych aktywność i inwazyjność patogenów często zależy od aktywności ich lub gospodarza enzymów. Także niektóre toksyny to enzymy ingerujące w metabolizm lub o aktywności litycznej, trawiennej, która może zaburzać funkcje życiowe zainfekowanego organizmu. Zmiany aktywności enzymów we krwi, często są odzwierciedleniem zmian patologicznych zachodzących w narządach. Nowoczesna diagnostyka enzymologiczna opiera się na założeniu, że uszkodzenie narządu pociąga za sobą uszkodzenie struktur komórkowych lub zmianę przepuszczalności błon komórkowych. Uszkodzenia błon powodują ucieczkę enzymów, zwiększając tym samym ich ilość w cieczach ustrojowych i wydalinach, takich jak: krew, płyn mózgowo-rdzeniowy, mocz, ciecze wysiękowe i przesiękowe, sok żołądkowy czy dwunastniczy. O lokalizacji, rozmiarach i intensywności uszkodzenia, i niewydolności narządu, można wnioskować nie tylko w przypadku wzrostu, ale również zmniejszeniu aktywności niektórych enzymów surowicy (tzw. sekrecyjnych). Poza stanami patologicznymi, na aktywność danego enzymu surowicy może wpływać intensywność ich produkcji przez organizm, a także zmiany ilościowe ich aktywatorów lub inhibitorów.
Richterich i Hess stworzyli kliniczny podział enzymów osocza na:
sekrecyjne (wydzielnicze) . Po uszkodzeniach komórek wątroby zachodzi spadek ich aktywności, ponieważ ich ilość zależy od syntezy w rybosomach wątroby. W przypadku diagnostyki liczy się tylko dolna granica normy ich wydzielania;
wskaźnikowe (indykatorowe) pojawiają się w dużych ilościach po uszkodzeniu narządów(stąd ich potoczna nazwa – nekroenzymy). Zawartość enzymu wskaźnikowego jest zależna od jego ilości w uszkodzonej tkance, liczby uszkodzonych komórek i stopnia ich uszkodzenia, a także rozmieszczenia enzymów w różnych narządach. Do celów dydaktycznych można je podzielić na swoiste i nieswoiste narządowo. Diagnostycznie liczy się ich górna granica normy;
ekskrecyjne (wydalnicze) przeszkoda w normalnym odpływie różnych wydzielin ustrojowych, takich jak: żółć, sok trzustkowy, ciecz sterczowa czy ślina, powoduje zastój wydzieliny i przedostanie się enzymów do krwiobiegu. Do tej grupy należą enzymy soku trzustkowego(amylaza, lipaza, DNA-aza, RNA-aza, trypsyna, chymotrypsyna), żółci (fosfataza zasadowa, GGTP, leucyloaminopeptydaza – konstelacja żółci), fosfataza kwaśna płynu sterczowego, amylaza ślinianek i enzym gruczołów wydalniczych żołądka czyli pepsyna.
Zastosowanie - poziom troponiny
Rozpoznawanie świeżego zawału serca
Ocena skuteczności leczenia świeżego zawału przez udrażnianie tętnicy wieńcowej.
Wykrywanie uszkodzenia komórek mięśnia sercowego w stanach innych niż jego martwica - w ciężkiej postaci zatorowości płucnej.
Kinaza keratynowa to enzym umożliwiający aktywację kreatyny - substancji, która jest niezbędna do wielu różnych reakcji chemicznych w komórce. CK występuje nie tylko w mięśniu sercowym, ale też w mózgu i „zwykłych” mięśniach szkieletowych, wchodzących w skład aparatu ruchu. Wzrost aktywności tego enzymu we krwi wskazuje więc na uszkodzenie komórek mięśniowych. Dlatego też oznaczenie aktywności CK we krwi bywa przydatne w kardiologii.
Pomiar aktywności CK stosuje się w kardiologii w celu:
rozpoznania świeżego zawału serca,
oceny skuteczności leczenia udrażniającego tętnicę wieńcową.
Oprócz tego, aktywność CK wzrasta w stanach takich jak:
choroby mięśni szkieletowych: uraz, zapalenie, dystrofie mięśniowe i miotonie, działanie miotoksyczne leków, narkotyków, zapalenie wielomięśniowe,
ciężka zatorowość płucna.
CK-MB to najbardziej typowa dla serca odmiana kinazy kreatynowej. Oznaczanie jej stężenia we krwi znalazło zastosowanie w diagnostyce chorób serca, podczas testów diagnostycznych. Wartości prawidłowe to mniej niż 5 ug/l u mężczyzn i do 4 ug/l u kobiet. Zawał rozpoznajemy po przekroczeniu 5-10 ug/l, zależnie od metody oznaczania stosowanej w danym laboratorium.
Zastosowanie oznaczania stężenia CK-MB:
rozpoznawanie świeżego zawału serca,
ocena skuteczności leczenia udrażniającego tętnicę wieńcową,
zaburzenia rytmu serca (częstoskurcze komorowe),
zapalenie mięśnia sercowego,
ostra niewydolność serca,
leki działające toksycznie na serce (kardiotoksyczne),
uraz serca,
zatorowość płucna,
przewlekła niewydolność nerek,
niedoczynność tarczycy
W latach 20-tych szkocki embriolog dr John Beard odfiltrował płyn trzustkowy ze świeżo zabitych młodych zwierząt w celu uzyskania aktywnych enzymów. Jego oparte na obserwacjach rozumowanie było następujące: młode zwierzęta muszą mieć większą ilość silniejszych enzymów, ponieważ potrzebują do rozwoju i wzrostu znacznie więcej energii. Wstrzykiwał on ten koncentrat dożylnie, domięśniowo, a czasami wprost do okolic wokół nowotworowych pacjentów cierpiących na raka. W wyniku tego zabiegu obserwował szybkie kurczenie się nowotworu, oraz zahamowanie wzrostu komórek nowotworowych. U niektórych pacjentów zauważył reakcje alergiczne, ponieważ nieoczyszczony płyn zawierał obce białka. Mimo to ponad połowa z potraktowanych w ten sposób nowotworów całkowicie zniknęła, zaś stan pozostałych pacjentów uległ znacznej poprawie i życie ich zostało znacząco przedłużone ponad spodziewany okres.
W dzisiejszej medycynie enzymy stanowią bardzo ważną rolę wskaźników stabilności i stanu organizmu, poprzez ich ilość można stwierdzić zaburzenia pracy układów, obrażeń wewnętrzne czy obecność nowotworu. Poza tym enzymy w połączeniu z innymi składnikami stały się relatywnie prostymi, tanimi i dosyć skutecznymi lekami na raka. Badania enzymów stanowią ponad 20% wszystkich badań wykonywanych w laboratoriach. Technologia badań nad enzymami trwa już ponad 100 i potrwa zapewne jeszcze długo aby zapewnić pacjentom szybką diagnozę i szybkie leczenie.
Hames BD, Hooper NM. Biochemia; krótkie wykłady. Wyd. Naukowe PWN 200
Diagnostyka Laboratoryjna i Wiadomości PTDL, Suplementy 1/1997 (Tom 33) i 1/2001 (Tom 37)
http://www.wydawnictwoapteka.pl/files/UserFiles/file/SF02_2010/26-29%20Terapia%20enzymatyczna.pdf
Enzymologia Kliniczna ,pod redakcją Edwarda Szczeklika, wydawnictwo PZWL, 1974, Warszawa
Diagnostyka Ogólna Chorób Wewnętrznych, Edward Szczeklik wydawnictwo PZWL, 1966, Warszawa