Лактатдегидрогеназа

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ, лактат:НАД⁺-оксидоредуктаза) — это фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий обратимую реакцию восстановления пирувата до лактата с одновременным окислением никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) до НАД⁺. Лактатдегидрогеназа присутствует во всех клетках организма человека и животных, играя ключевую роль в анаэробном гликолизе — процессе получения энергии без участия кислорода. В клинической практике определение активности ЛДГ в сыворотке крови используется как диагностический маркер повреждения тканей, поскольку при разрушении клеток фермент высвобождается в кровоток.

Химическая структура и изоферменты

Лактатдегидрогеназа представляет собой тетрамерный белок с молекулярной массой около 134–140 кДа. Каждая субъединица состоит из примерно 330–340 аминокислотных остатков и содержит активный центр, связывающий субстраты (пируват/лактат) и кофермент НАД⁺/НАДН. В организме человека существуют два типа субъединиц — M (muscle, мышечный тип) и H (heart, сердечный тип), которые кодируются разными генами: LDHA (11-я хромосома) и LDHB (12-я хромосома) соответственно. Комбинация этих субъединиц образует пять основных изоферментов ЛДГ:

• ЛДГ-1 (H₄) — четыре H-субъединицы; преобладает в сердечной мышце, эритроцитах, почках.
• ЛДГ-2 (H₃M) — три H- и одна M-субъединица; встречается в сердечной мышце, почках, эритроцитах.
• ЛДГ-3 (H₂M₂) — две H- и две M-субъединицы; характерен для лёгких, селезёнки, поджелудочной железы.
• ЛДГ-4 (HM₃) — одна H- и три M-субъединицы; присутствует в скелетных мышцах, печени.
• ЛДГ-5 (M₄) — четыре M-субъединицы; доминирует в скелетных мышцах и печени.

Изоферменты различаются по кинетическим свойствам: ЛДГ-1 имеет более высокое сродство к лактату и ингибируется высокими концентрациями пирувата, тогда как ЛДГ-5, напротив, эффективно работает в условиях высокого пирувата, характерного для анаэробного метаболизма скелетных мышц.

Биологическая роль

Основная функция лактатдегидрогеназы — обеспечение регенерации НАД⁺ в процессе анаэробного гликолиза. В условиях недостатка кислорода (например, при интенсивной физической нагрузке) пируват, образующийся в ходе гликолиза, не может окисляться в митохондриях. ЛДГ восстанавливает пируват до лактата, используя НАДН, что позволяет продолжать гликолиз и получать АТФ. Лактат затем транспортируется в печень, где в цикле Кори превращается обратно в глюкозу.

Помимо этого, ЛДГ участвует в регуляции окислительно-восстановительного баланса клетки, а также в метаболизме глюкозы в эритроцитах (которые лишены митохондрий) и в тканях с высокой гликолитической активностью, таких как сетчатка глаза, мозг и опухолевые клетки.

Клиническое значение

Диагностика повреждений тканей

Определение общей активности ЛДГ в сыворотке крови — распространённый лабораторный тест. Повышение уровня ЛДГ свидетельствует о цитолизе (разрушении клеток) и может наблюдаться при:

• Инфаркте миокарда — активность ЛДГ возрастает через 12–24 часа после начала приступа, достигает пика на 2–3-й день и нормализуется через 7–10 дней. При этом характерно повышение изоферментов ЛДГ-1 и ЛДГ-2 (соотношение ЛДГ-1/ЛДГ-2 > 1, так называемый «флип-феномен»).
• Заболеваниях печени — острый и хронический гепатит, цирроз, токсические поражения (включая алкогольные) сопровождаются повышением общей ЛДГ за счёт изоферментов ЛДГ-4 и ЛДГ-5.
• Гемолизе — разрушение эритроцитов (при гемолитических анемиях, переливании несовместимой крови) ведёт к росту ЛДГ-1.
• Повреждении скелетных мышц — рабдомиолиз, травмы, миопатии, интенсивные физические нагрузки повышают ЛДГ-5.
• Онкологических заболеваниях — многие злокачественные опухоли (рак лёгкого, молочной железы, яичников, желудочно-кишечного тракта) характеризуются высокой гликолитической активностью и выделением ЛДГ в кровь. Повышение уровня ЛДГ может служить неспецифическим маркером прогрессирования болезни и метастазирования.
• Лёгочной эмболии — повышение ЛДГ (чаще ЛДГ-3) в сочетании с другими ферментами.
• Инфекционных заболеваниях — сепсис, менингит, пневмония.

Дифференциальная диагностика

Изоферментный анализ ЛДГ помогает уточнить локализацию повреждения. Например, при инфаркте миокарда характерно преобладание ЛДГ-1, а при поражении печени — ЛДГ-5. Однако в современной практике для этих целей чаще используют более специфичные маркеры (тропонины, креатинкиназа-МВ, АЛТ/АСТ).

ЛДГ в спинномозговой жидкости

Определение активности ЛДГ в ликворе (спинномозговой жидкости) применяется при диагностике менингитов, энцефалитов, опухолей центральной нервной системы. Повышение уровня ЛДГ в ликворе характерно для бактериального менингита (в отличие от вирусного, при котором активность фермента обычно нормальная).

Нормальные значения

Референсные интервалы активности ЛДГ в сыворотке крови зависят от метода определения и возраста. В среднем для взрослых норма составляет 140–280 Ед/л (международных единиц на литр) при 37 °C. У детей активность ЛДГ выше, особенно в первые годы жизни. У новорождённых норма может достигать 600–800 Ед/л, что связано с физиологическим гемолизом и незрелостью печени.

Генетические аспекты

Мутации в генах LDHA и LDHB встречаются редко, но могут приводить к наследственным нарушениям метаболизма. Дефицит ЛДГ-субъединицы M (болезнь ЛДГ-дефицита) проявляется мышечной слабостью, непереносимостью физических нагрузок и миоглобинурией (выделением миоглобина с мочой) после интенсивных упражнений. Дефицит H-субъединицы описан в единичных случаях и может сопровождаться лёгкой анемией и утомляемостью.

ЛДГ в спортивной медицине

Уровень ЛДГ в крови может повышаться после интенсивных физических нагрузок, особенно у нетренированных людей, вследствие микротравм мышечных волокон. Это используется для оценки восстановления и перетренированности. Однако из-за неспецифичности теста его применяют в комплексе с другими маркерами (креатинкиназа, миоглобин).

Ингибиторы и лекарственное взаимодействие

Некоторые вещества способны подавлять активность ЛДГ. Например, оксамат — конкурентный ингибитор, связывающийся с активным центром фермента. В медицине ингибиторы ЛДГ исследуются как потенциальные противоопухолевые препараты, поскольку опухолевые клетки часто зависят от анаэробного гликолиза (эффект Варбурга). Однако на данный момент ни один ингибитор ЛДГ не одобрен для клинического применения.

Методы определения

В лабораторной практике активность ЛДГ измеряют спектрофотометрически, регистрируя изменение оптической плотности при длине волны 340 нм, связанное с превращением НАДН в НАД⁺ (или наоборот). Стандартный метод рекомендован Международной федерацией клинической химии (IFCC). Для изоферментного анализа используют электрофорез, иммунохимические методы или хроматографию.

Источники

1. Murray R. K. et al. Harper’s Illustrated Biochemistry. — 31st ed. — McGraw-Hill Education, 2018.
2. Burtis C. A., Ashwood E. R., Bruns D. E. Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics. — 6th ed. — Elsevier, 2017.
3. Клиническая биохимия / Под ред. В. А. Ткачука. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2019.
4. Marshall W. J., Lapsley M., Day A. P., Ayling R. M. Clinical Biochemistry: Metabolic and Clinical Aspects. — 3rd ed. — Churchill Livingstone, 2014.
5. Panteghini M. et al. Lactate dehydrogenase // Clinical Chemistry: Theory, Analysis, Correlation. — 5th ed. — Mosby, 2009.