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. Mogą być zróżnicowane między sobą i stosowane jako narzędzi diagnostyczne do wykrywania niektórych chorób u ludzi. [6,1,2]
Podczas badań na organizmie człowieka wykryto ponad 3000 typów enzymów odpowiadających za rozpoczęcie, przyspieszenie, spowolnienie, wymiany lub zatrzymania około 4000 rodzajów reakcji biochemicznych w ciele człowieka. Problem powstaje, gdy ciało staje się przeciążone z przez produkcję enzymów z powodu zbyt ubogiej diety np. jedzenie gotowanego, wysoko przetworzonego pożywienia. Według badań, enzymy spożywcze są wrażliwe na ciepło i giną, kiedy temperatura wzrasta powyżej 118 stopni C. Kiedy człowiek spożywa mniej enzymów spożywczych, jego ciało spożytkowuje energię do produkcji brakujących enzymów trawiennych do podziału węglowodanów , białka, tłuszczu i innych składników odżywczych żywności. [11]
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 (enzym proteolityczny), który przez rozkład włókien sprężystych płuc powoduje łączenie pęcherzyków płucnych niszcząc 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. [1,2,3,4]
Enzymem godnym uwagi jest Troponina i kilka innych w kardiologii. Troponiny sercowe (Tn) to najczęściej oznaczane enzymy sercowe. Pomiar ich stężenia stosuje się standardowo do diagnozowania zawału. Pojawienie się TnT i TnI we krwi jest bowiem czułym wskaźnikiem uszkodzenia komórek mięśnia serca.
Do troponin sercowych zaliczamy troponinę T i I (TnT i TnI). Wchodzą w skład aparatu ruchowego komórki mięśniowej, są niezbędne do jego funkcjonowania, umożliwiającego skurcz mięśnia.
Prawidłowe stężenie troponin sercowych we krwi wynosi zero.
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. [13]
Aktywność kinazy kreatynowej (CK) i jej formy ”sercowej” (CK-MB). 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,
uszkodzenia płuc , ciężka zatorowość płucna. [6,8]
Stężenie CK-MB
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. [8,13]
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
Dehydrogenaza mleczanowa.
Enzym ten występuje w 5 formach : LDH-1, LDH-2, LDH-3, LDH-4 i LDH-5. Umożliwia wykrycie choroby serca, wątroby, mięśni i pewne formy raka. Może być używany jako wskaźnik zawału mięśnia sercowego, gdyż wzrasta jej stężenie w ciągu 12 godzin po zawale. Stężenie dehydrogenazy wzrasta również podczas białaczki, niewydolności nerek i martwicy komórek, martwicy wątroby, raka, dystrofii mięśni i wielu innych. [6,12,13]
Fosfataza alkaliczna.
Poziom tego enzymu zwiększa się podczas uszkodzenia wątroby z powodu raka wątroby, marskości wątroby czy ropnego zapalenia opon mózgowych i wielu innych. Ponadto przewyższa swój prawidłowy poziom przy nadczynności przytarczyc, krzywicy czy osteomalacji. Jej niższy poziom wskazuje na anemię, szkorbut czy wadliwego zwapnienia.
Fosfataza kwaśna.
Enzym fosfatazy Acid jest biologicznym markerem raka prostaty. Jej poziom zwiększa się przy raku piersi, nadczynności przytarczyc i białaczki co jest pomocne w wykrywaniu tych chorób. [6]
Butyrylocholinesteraza
Choroba Alzheimera jest postępującym schorzeniem neurodegeneracyjnym występującym u osób starszych. Charakteryzuje się uogólnioną upośledzeniem działania układu cholinergicznego w ośrodkowym układzie nerwowym. Jak dotąd jedynym leczeniem objawowym o udowodnionej skuteczności jest stosowanie inhibitorów cholinesterazy (ChE) w celu poprawy zachowanej jeszcze aktywności cholinergicznej. W zdrowym mózgu za regulację poziomu acetylocholiny w większym stopniu (80%) odpowiada acetylocholinesteraza (AChE) niż butyrylocholinesteraza (BuChE). W mózgu osoby chorej na chorobę Alzheimera aktywność butyrylocholinesterazy rośnie, natomiast aktywność acetylocholinesterazy pozostaje niezmieniona lub ulega obniżeniu. Dlatego też uważa się, że prawdopodobnie obydwa enzymy biorą udział w regulacji poziomu acetylocholiny i stanowią właściwe cele dla terapii deficytu cholinergicznego. [10]
Aldolazy Aldolazy są obecne w największym stopniu w mięśniach szkieletowych i serca. Uszkodzenie mięśni szkieletowych produkuje wysokie stężenia aldolazy, szczególnie w przypadku postępującym zanikiem mięśni. Poziom aldolaz może być również nieznacznie zwiększony w początkowej fazie wirusowego zapalenia wątroby i zaawansowanym raku prostaty.
Gamma-glutamylo transpeptydaza (GGT) GGT katalizuje przeniesienie grupy glutamylo wśród różnych polipeptydów i aminokwasów. Klinicznie istotne znalezienie GGT we krwi pochodzi z komórek, linii dróg żółciowych. Poziomy GGT drastycznie wzrosnąć wraz z chorobami dróg żółciowych i raka wątroby. GGT jest szczególnie przydatna w ocenie czynności wątroby powiązane z alkoholem - wywołane chorobą wątroby. [12]
Kolejnymi enzymami które pozwalają wykryć nieprawidłowości w organizmie są aminotransferazy, które sygnalizują uszkodzenie wątroby. Pierwszym krokiem w wykrywaniu uszkodzenia wątroby jest proste badanie krwi w celu określenia obecności niektórych enzymów wątrobowych we krwi. W normalnych warunkach te enzymy znajdują się w komórkach wątroby. Ale kiedy wątroba jest uszkodzona, enzymy te przedostaną się do krwiobiegu i w ten sposób sygnalizują złą pracę wątroby. Obejmują one aminotransferazy asparaginianu (AST lub AspAT) i aminotransferazy alaninowe (AlAT). (AspAT) i ALT (AlAT) są czułymi wskaźnikami uszkodzenia wątroby z różnych rodzajach chorób. Ale należy podkreślić, że wyższy niż zwykle poziom tych enzymów wątrobowych nie należy automatycznie utożsamiać z chorobą wątroby. interpretacji podwyższone AspAT i AlAT zależy od całości obrazu klinicznego i tak jest najlepiej wykonywane przez lekarzy z doświadczeniem w ocenie choroby wątroby. Najwyższe poziomy AST i AIAT występują w wyjątkowych zaburzeniach, które powodują śmierć wielu komórek wątroby (szerokiej martwicy wątroby). Występuje przy ostrym wirusowym zapaleniu wątroby typu A lub B, wyraźnym uszkodzeniu wątroby spowodowanym przez toksyny od przedawkowania paracetamolu (markowych Tylenol) oraz przy długotrwałym załamanie się układu krążenia (wstrząs), gdy wątroba jest pozbawiona świeżej krwi tlenu i substancji odżywczych. AST i AIAT w surowicy krwi w takich sytuacjach może posiadać od dziesięciu razy wyższy limit od normalnego.
Nadmiar enzymów może być także spowodowany nadużywaniem alkoholu który spowodował już uszkodzenie organów wewnętrznych. [6,7]
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. [5]
W dzisiejszej medycynie enzymy stanowią bardzo ważną rolę wskaźników stabilności i stanu organizmu oraz są niezbędne do prawidłowego działania organizmu, poprzez ich ilość można stwierdzić zaburzenia pracy układów, obrażenia 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. [2,3,4]
Hames BD, Hooper NM. Biochemia; Krótkie wykłady, PWN, 2006
Diagnostyka Laboratoryjna i Wiadomości PTDL, Suplementy 1/1997 (Tom 33) i 1/2001 (Tom 37)
Enzymologia Kliniczna ,pod redakcją Edwarda Szczeklika, PZWL, 1974, Warszawa
Diagnostyka Ogólna Chorób Wewnętrznych, Edward Szczeklik, PZWL, 1966, Warszawa
http://www.wydawnictwoapteka.pl/files/UserFiles/file/SF02_2010/26-29%20Terapia%20enzymatyczna.pdf
http://www.biotecharticles.com/Healthcare-Article/Enzymes-in-Diagnosing-Disease-197.html
http://www.hepatitis-central.com/hcv/labs/liverenzymes.htm
http://www.webmd.com/heart-disease/cardiac-enzyme-studies
http://www.bewell.addr.com/enzdisz.htm
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18363935
http://www.naturalnews.com/022406.html
http://abcbadania.pl/troponina-i-pozostale-enzymy-w-kardiologii