酶學檢查
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酶學檢查(measurement of enzyme),測定體液中的酶活性以判斷病理過程的實驗室診斷方法。酶是由生物體產生的具有高度特異性的生物催化劑。在化學結構上屬於蛋白質。生物體內有成千種以上的酶,存在於細胞膜、細胞核、胞質、粒線體以及溶酶體中。酶參與生物體的多種化學變化。為正常生命活動所必須。多數的酶都在細胞內發揮作用,只有極少數的酶分泌出來作為體液的組成成分或甚至在體外行使其功能。組織發生病變而使細胞通透性增加或細胞破裂時,細胞內的酶也可以進入體液中。體液(血液、腦脊液、腸液、唾液及尿液等)中,尤其是血液中酶活性的變化,往往能反映器官的病理過程。因此體液中酶活性的檢查有助於診斷疾病、判斷預後和觀察療效。
19世紀,澱粉酶及脂酶已用於臨床診斷。到20世紀中期,磷酸酶、轉氨酶和乳酸脫氫酸也開始應用。其後,用於臨床的新酶不斷增加,但經常應用的只是其中的一小部分。
酶可依其功能分為六大類,即氧化還原酶、轉移酶、水解酶、裂解酶、異構酶和連接酶。至於具體的酶則多依其底物命名。例如澱粉酶屬於水解酶類,因其可催化澱粉水解,故名澱粉酶。
有一些酶能催化相同的反應,但在不同的組織中以不同的形式存在,它們的結構不同,或者亞單位的搭配不同,或者多肽鏈上的胺基酸稍有差異,從而表現為電泳速度、對不同基質的反應、激活劑及抑制劑以及熱穩定性等的不同,這類酶稱為同工酶。不同臟器患病時的同工酶譜不同,所以可藉此診斷受損臟器。例如肌酸激酶(CK)由兩種不同的亞單位(M和B)組成,有三種同工酶,即MM型(主要分布於骨骼肌,心肌中也有)、MB型(分布於心肌)、及BB型(分布於大腦、腎、肺及胃)。電泳時BB型泳動最快,MB型次之,MM型最慢,可藉此區別。心肌梗死發病後4小時內血清中MB型增多,16~24小時達高峰,48小時後消失。肌酸激酶檢查是最常用的心肌梗塞的酶學檢查方法。
測定酶的技術
分為兩大類。一稱「終點」法,即將樣品與緩衝的基質共同溫育一定時間,然後終止反應,測定基質的消耗量或產物的生成量。另一類稱「動態」或「反應速率」法,即連續監測或每隔一定時間測定酶反應的變化一次。這兩類分析法,多利用酶反應產生有色物質,酶量多則有色產物多,顏色深,酶量少則反之,測定顏色深淺即可知酶量多少,此即比色法;或憑藉某一波長(例如 340nm)吸光度的變化而用分光光度法測定。動態分析法較終點法準確,因此常作為終點法校準的依據;但終點法簡單易行,是常用的方法。酶測定有兩個主要的誤差源,一是血清中的固有成分可作為基質而在溫育前發生作用;二是在達到反應最高速度之前有一個延滯期,從而引入誤差。最好在采血後4小時之內測定。多數酶可在0~4℃過夜而不影響測定結果。若抗凝劑干擾測定,可用血清作檢查。抗凝劑中以肝素較好。
以谷氨酸丙酮酸轉氨酶(谷丙轉氨酶)為例說明兩種類型的測定方法。谷丙轉氨酶催化下列反應:
用動態法測定時,在反應體系中加入乳酸脫氨酶和還原型輔酶Ⅰ。轉氨反應的產物丙酮酸可續發下列反應:
由於還原型輔酶Ⅰ在340nm處有一吸收峰,測定反應液在340nm處吸光度的變化即可間接測知轉氨酶的活力。此法可連續監測,結果較準確。
比色法是利用丙酮酸與2,4-二硝基苯肼反應生成2,4-二硝基苯腙,在鹼性條件下呈紅棕色的反應測定酶活性。
酶的單位
有多種表示法。不同的方法有不同的單位,參考範圍也各不相同,所以酶單位常冠以作者的名字。例如鹼性磷酸酶有多達20多種單位。1964年國際生物化學協會酶學委員會提出一種標準單位,定義是在規定的條件下每分鐘使一微摩爾基質發生變化的活性,稱為Lu,也可用毫單位mu表示。故酶濃度可表示為u/ml或mu/ml 。這種單位的缺點是所用時間單位「分鐘」並不是國際計量單位制的基本單位(時間的基本單位是秒),而標準狀態也很難明確規定。酶單位的概念不是某一定重量的酶而是酶活性的表示法。只有在某種酶已經分離純化,結構確定並可以稱重的情況下,才能建立酶活性與酶重量之間的關係。
1975年國際臨床生物化學協會建議使用另一種酶單位「開特」(或譯卡托,Katal,簡稱Kat),它是每秒轉化一摩爾基質或產物的酶活性。國際單位 u與開特之間的轉化關係為 1KAatal=6×107u。開特的應用尚不普遍。
酶學檢查的理論基礎
組織細胞中酶濃度的變化反映組織的生理或病理狀態,但完整細胞中的酶濃度是無法測定的。由於細胞破損或死亡後,胞質中的酶可釋放入血液中,因此測定血液中的酶可以間接了解器官的病理變化。迄今為止,只檢查一種酶即可診斷某一特異器官或特異疾病的方法還不太多,但同時檢查幾種酶或對同工酶譜進行分析,也不難了解某一特殊器官的病變。
除前述的分類方法外,酶還可分為血漿酶及非血漿酶兩類。前者是在血漿中發揮其特殊功能的酶,血漿就是它們發揮作用的正常處所。這類酶在血漿中的濃度高於在組織中的濃度。例如有關血液凝固的酶、偽膽鹼酯酶及脂蛋白酶等。這些酶在肝中生成並不斷釋放入血而維持血漿中的一定濃度。肝臟疾病時它們的濃度下降。歷史上曾作為肝功能的指標。
非血漿酶是在細胞中發揮正常作用的酶,它們不是血漿的固有組成成分。它們雖在血漿中存在但濃度遠低於細胞中。這類酶還可再分為分泌酶及中間代謝酶兩類。前一類是胰腺、前列腺、胃粘膜及骨骼產生的酶,其濃度的升高或降低都有重要意義。酶的排出通道阻塞或生產過多時,其血漿中的濃度升高;產生它們的組織損傷或壞死時則血漿中的濃度下降。澱粉酶、脂酶、酸性和鹼性磷酸酶都屬此類。
中間代謝酶在細胞中的濃度很高,有時可高達血漿中濃度的千倍。組織損傷或壞死時這一類酶漏入血中,使血漿中的濃度急速上升。肌酸激酶、乳酸脫氫酶、谷丙轉氨酶及穀草轉氨酶都屬此類。
從合成速度是否受環境影響來看,酶又可分為組成酶及誘導酶。肌酸激酶的合成不受其他代謝過程的影響,是一種組成酶。肌肉損傷時,此酶在血漿中的濃度上升,但它在肌肉中的量不變,且與肌細胞的總量成正比。誘導酶則可根據環境的變化而增加或減少。肝臟中的一些酶屬於此類。例如,在肝臟中,葡萄糖被一種組成酶(磷酸化酶)所磷酸化,同時也需要一種誘導酶(葡萄糖激酶)共同起作用。當進食碳水化合物過多時,葡萄糖激酶在肝中有量就會上升以協助過多的葡萄糖進行代謝。服食某些藥物可以誘導細胞色素P-450氧化酶的增加,以加強解毒作用。另外,L-丙氨酸過多又可抑制肝中丙酮酸激酶的產生。
酶學檢查用於臨床已有幾十年的歷史。目前存在的問題是測定方法難於統一,所以各實驗室之間的測定數據缺乏可比性;沒有統一的參考範圍,而且參考範圍也受年齡、性別、種族、運動量及測定方法的影響而差別很大,若不加註意容易造成誤診;在測定方法上,簡單的方法往往重複性及準確性較差,而準確的方法又操作複雜或需要貴重的儀器。
目前仍很少有對某一器官或某種疾病十分特異的酶。看來,發展的方向仍在於尋找特異酶類,以及改進測定方法。免疫學方法已應用於酶的測定,並且已制出幾種酶的單株抗體,前景十分樂觀。
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