Функции пируваткиназы в эритроцитах и последствия ее нехватки для крови

Функции пируваткиназы в эритроцитах имеют жизненно важное значение для поддержания здоровья крови, а ее нехватка приводит к развитию редкого наследственного заболевания — хронической гемолитической анемии. Пируваткиназа (ПК) — это фермент, который играет ключевую роль в последнем этапе гликолиза, основного процесса выработки энергии в красных кровяных тельцах. Понимание его работы и последствий дефицита помогает осознать причины анемии, желтухи и других симптомов, связанных с этим состоянием.

Роль пируваткиназы: энергетическая станция красных кровяных телец

Эритроциты, или красные кровяные тельца, — это уникальные клетки. Их главная задача — переносить кислород от легких ко всем тканям организма. В отличие от большинства других клеток, зрелые эритроциты не имеют ядра и митохондрий — клеточных «электростанций». Это означает, что они не могут производить энергию так, как это делают другие клетки. Единственным доступным для них источником энергии является процесс под названием гликолиз — расщепление глюкозы. Именно здесь на сцену выходит пируваткиназа.

Гликолиз представляет собой цепочку из десяти химических реакций, и фермент пируваткиназа контролирует один из финальных и важнейших шагов. На этом этапе вырабатывается АТФ (аденозинтрифосфат) — универсальная энергетическая «валюта» клетки. Эта энергия критически важна для эритроцита, чтобы:

• Поддерживать свою двояковогнутую форму, которая оптимальна для прохождения через самые узкие капилляры.
• Сохранять эластичность клеточной мембраны.
• Обеспечивать работу ионных насосов, которые регулируют баланс натрия и калия внутри клетки, предотвращая ее набухание или «усыхание».

Таким образом, пируваткиназная активность напрямую обеспечивает жизнеспособность, целостность и функциональность каждого эритроцита. Без достаточного количества АТФ красное кровяное тельце быстро теряет свою структуру и погибает.

Что происходит при дефиците пируваткиназной активности

Дефицит пируваткиназы — это генетическое нарушение, при котором организм производит недостаточное количество этого фермента или его аномальную, нефункциональную форму. Когда активность пируваткиназы снижена, финальный этап гликолиза замедляется или останавливается. Это запускает каскад разрушительных для эритроцита событий.

В первую очередь, резко падает производство АТФ. Без энергии ионные насосы в мембране эритроцита перестают работать должным образом. Клетка теряет калий и воду, обезвоживается и сморщивается. Ее мембрана становится жесткой и хрупкой, а сама клетка теряет свою эластичность. Такие измененные, негибкие эритроциты больше не могут свободно проходить через узкие сосуды, особенно в селезенке, которая выполняет роль фильтра для крови. Проходя через селезенку, дефектные эритроциты задерживаются и разрушаются макрофагами — клетками иммунной системы. Этот процесс преждевременного разрушения красных кровяных телец называется гемолизом. Поскольку разрушение происходит постоянно, организм не успевает производить новые эритроциты взамен уничтоженных, что и приводит к развитию хронической гемолитической анемии.

Основные последствия нехватки пируваткиназы для организма

Постоянный гемолиз, вызванный дефицитом ПК, оказывает системное влияние на весь организм, приводя к ряду характерных последствий. Проявления могут сильно различаться по степени тяжести, но основные проблемы связаны с анемией и продуктами распада эритроцитов.

Вот главные последствия, с которыми сталкиваются пациенты:

• Хроническая анемия. Это основное следствие. Из-за недостатка эритроцитов кровь переносит меньше кислорода. Это проявляется бледностью кожи, постоянной слабостью, повышенной утомляемостью, одышкой при физической нагрузке и учащенным сердцебиением.
• Желтуха. При разрушении эритроцитов высвобождается гемоглобин, который затем преобразуется в билирубин — желчный пигмент. Печень не успевает перерабатывать избыточное количество билирубина, он накапливается в крови и окрашивает кожу, слизистые оболочки и склеры глаз в желтоватый цвет.
• Спленомегалия (увеличение селезенки). Селезенка, активно участвуя в разрушении дефектных эритроцитов, работает с повышенной нагрузкой. Это приводит к ее увеличению в размерах, что может вызывать чувство тяжести или дискомфорта в левом подреберье.
• Образование камней в желчном пузыре. Высокий уровень билирубина в желчи способствует образованию пигментных камней в желчном пузыре (холелитиаз), что может потребовать хирургического вмешательства.
• Перегрузка железом (гемосидероз). При хроническом гемолизе в организме высвобождается большое количество железа из разрушенных эритроцитов. Со временем избыток железа может накапливаться в тканях и органах, таких как сердце, печень и эндокринные железы, нарушая их функцию. Это особенно актуально для пациентов, которым требуются частые переливания крови.

Спектр проявлений: от бессимптомного носительства до тяжелой анемии

Важно понимать, что дефицит пируваткиназы не всегда проявляется одинаково. Тяжесть симптомов зависит от остаточной активности фермента. У одних людей заболевание может протекать в тяжелой форме с рождения, требуя регулярных переливаний крови, в то время как другие могут иметь лишь легкую анемию или вовсе не иметь симптомов, являясь бессимптомными носителями дефектного гена.

Для лучшего понимания спектра возможных проявлений можно выделить несколько форм течения заболевания.

Как наследуется дефицит пируваткиназы

Дефицит фермента пируваткиназы является наследственным заболеванием, которое передается по аутосомно-рецессивному типу. Это не инфекционное и не приобретенное состояние. Давайте разберем, что это означает на практике.

У каждого человека есть две копии гена, отвечающего за производство ПК, — одна от матери, другая от отца. При аутосомно-рецессивном наследовании заболевание развивается только в том случае, если ребенок унаследовал две дефектные копии гена — по одной от каждого из родителей. Родители, у которых есть только одна дефектная копия гена, являются здоровыми носителями. У них нет симптомов заболевания, так как одна здоровая копия гена производит достаточное количество фермента для нормального функционирования эритроцитов. Если оба родителя являются носителями, то при каждой беременности существует:

• 25%-я вероятность того, что ребенок родится с дефицитом пируваткиназы (унаследует две дефектные копии).
• 50%-я вероятность того, что ребенок будет здоровым носителем, как и родители (унаследует одну здоровую и одну дефектную копию).
• 25%-я вероятность того, что ребенок будет полностью здоров и не будет носителем (унаследует две здоровые копии гена).

Такой тип наследования объясняет, почему заболевание может появиться в семье, где ни у кого из родственников ранее не было подобных симптомов. Это лишь означает, что дефектный ген незаметно передавался из поколения в поколение.

Список литературы

1. Руководство по гематологии: в 3 т. / под ред. А. И. Воробьева. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Ньюдиамед, 2005. — Т. 3. — 416 с.
2. Национальные клинические рекомендации по диагностике и лечению наследственных эритроцитарных мембранопатий и энзимопатий / Национальное гематологическое общество. — 2018.
3. Hoffman R., Benz E. J., Silberstein L. E., et al. Hematology: Basic Principles and Practice. 7th ed. — Philadelphia, PA: Elsevier, 2018. — 2400 p.
4. Glader B. Pyruvate kinase deficiency and other enzymopathies of the erythrocyte. In: Wintrobe’s Clinical Hematology. 14th ed. / Greer J. P., Arber D. A., Glader B., et al. (Eds.). — Philadelphia: Wolters Kluwer, 2019. — P. 724–738.
5. Grace R. F., Zanella A., Neufeld E. J., Morton D. H., Eber S., Yaish H., Glader B. Erythrocyte pyruvate kinase deficiency: 2015 status report // American Journal of Hematology. — 2015. — Vol. 90(9). — P. 825–830.