เมแทบอลิซึมของแอมโมเนียและวงจรยูเรีย
แอมโมเนียเป็นผลพลอยได้ที่เป็นพิษต่อระบบประสาทจากการสลายกรดอะมิโนและโปรตีน ซึ่งร่างกายต้องกำจัดออกอย่างต่อเนื่อง ตับจะทำหน้าที่นี้เป็นหลักผ่านวงจรยูเรีย (วงจรออร์นิทิน หรือวงจรเครบส์-เฮนเซไลต์) ซึ่งเปลี่ยนแอมโมเนียให้เป็นยูเรียเพื่อขับออกทางไต เมื่อการสังเคราะห์ยูเรียของตับล้มเหลวหรือไม่ทำงาน แอมโมเนียจะสะสมในเลือดและอาจส่งผลกระทบต่อสมองได้
Definition
วงจรยูเรียเป็นวิถีเมแทบอลิซึมในตับที่เปลี่ยนแอมโมเนีย ซึ่งส่วนใหญ่มาจากกระบวนการสลายกรดอะมิโนและไนโตรเจนในลำไส้ ให้เป็นยูเรียเพื่อขับถ่ายออก ทำหน้าที่เป็นเส้นทางหลักในการกำจัดไนโตรเจนและล้างพิษแอมโมเนียของร่างกาย
Scope
เนื้อหานี้ครอบคลุมแหล่งที่มาของแอมโมเนีย ขั้นตอนและการแบ่งส่วนของวงจรยูเรีย บทบาทเสริมของการสังเคราะห์กลูตามีนในการจัดการแอมโมเนีย และผลที่ตามมาของการสร้างยูเรียที่บกพร่อง เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับสรีรวิทยาของการกำจัดไนโตรเจน; กลุ่มอาการทางคลินิกของภาวะแอมโมเนียในเลือดสูงจะกล่าวถึงในหัวข้อภาวะสมองผิดปกติจากตับ
Core questions
- แอมโมเนียที่หมุนเวียนในร่างกายมาจากไหน?
- ขั้นตอนของวงจรยูเรียมีอะไรบ้าง และมีการแบ่งส่วนในเซลล์ตับอย่างไร?
- ตับและกล้ามเนื้อใช้การสังเคราะห์กลูตามีนเพื่อควบคุมแอมโมเนียได้อย่างไร?
- จะเกิดอะไรขึ้นกับแอมโมเนียเมื่อการสังเคราะห์ยูเรียในตับบกพร่องหรือไม่ทำงาน?
Key concepts
- แอมโมเนียในฐานะของเสียไนโตรเจน
- วงจรยูเรีย (วงจรออร์นิทิน)
- ขั้นตอนของวงจรในไมโทคอนเดรียและไซโตซอล
- คาร์บามอยล์ฟอสเฟตซินเทเทส I
- การสังเคราะห์กลูตามีนและการควบคุมแอมโมเนีย
- การแบ่งเขตของเซลล์ตับบริเวณรอบหลอดเลือดดำพอร์ทัลเทียบกับบริเวณรอบหลอดเลือดดำส่วนกลาง
- การลัดวงจรของหลอดเลือดพอร์ทัล-ระบบ
- ภาวะแอมโมเนียในเลือดสูง
Mechanisms
แอมโมเนียเกิดขึ้นจากการกำจัดหมู่อะมิโนของกรดอะมิโน จากการสลายกลูตามีน และจากการเผาผลาญสารตั้งต้นไนโตรเจนโดยแบคทีเรียในลำไส้ที่ดูดซึมเข้าสู่เลือดพอร์ทัล (Braissant et al., 2013; Rui, 2014) เซลล์ตับบริเวณรอบหลอดเลือดดำพอร์ทัลจะเปลี่ยนแอมโมเนียและคาร์บามอยล์ฟอสเฟตที่ได้จากไบคาร์บอเนตให้เป็นยูเรียผ่านวงจรยูเรีย ซึ่งขั้นตอนแรกเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียและขั้นตอนที่เหลืออยู่ในไซโตซอล โดยมีการสร้างออร์นิทินขึ้นใหม่ในแต่ละรอบ (Krebs & Henseleit, 1932) เซลล์ตับบริเวณรอบหลอดเลือดดำส่วนกลางจะทำหน้าที่สำรองที่มีความสัมพันธ์สูงโดยการรวมแอมโมเนียที่เหลือเข้ากับกลูตามีนผ่านเอนไซม์กลูตามีนซินเทเทส และกล้ามเนื้อโครงร่างก็ดูดซับแอมโมเนียโดยการสร้างกลูตามีน เมื่อมวลตับที่ทำงานได้สูญเสียไป หรือเลือดพอร์ทัลเลี่ยงเซลล์ตับผ่านทางหลอดเลือดลัดพอร์ทัล-ระบบ แอมโมเนียจะหลุดพ้นจากการล้างพิษและเพิ่มขึ้นในการไหลเวียนโลหิตทั่วร่างกาย ซึ่งอาจข้ามเข้าสู่สมองและรบกวนการทำงานของเซลล์แอสโทรไซต์และเซลล์ประสาทได้
Clinical relevance
ความสมบูรณ์ของการสร้างยูเรียในตับเป็นพื้นฐานของความสามารถของร่างกายในการรักษาระดับแอมโมเนียในเลือดให้ต่ำ การล้มเหลวของกระบวนการนี้เชื่อมโยงโรคตับและความบกพร่องของเอนไซม์ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมบางชนิดกับภาวะแอมโมเนียในเลือดสูงและผลกระทบทางระบบประสาท เนื้อหานี้อธิบายสรีรวิทยาที่เชื่อมโยงเมแทบอลิซึมของไนโตรเจนกับภาวะแอมโมเนียในเลือดสูงทางคลินิก และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาบุคคลใดบุคคลหนึ่ง
Evidence & guidelines
ชีวเคมีของการจัดการแอมโมเนียและพิษต่อระบบประสาทได้รับการทบทวนโดย Braissant และคณะ (2013) และบทบาทของวงจรยูเรียในเมแทบอลิซึมของตับได้อธิบายไว้ในการทบทวนสรีรวิทยามาตรฐาน (Rui, 2014) วงจรนี้ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย Krebs และ Henseleit (1932)
History
ฮันส์ เครบส์ และ เคิร์ต เฮนเซไลต์ ได้อธิบายวงจรออร์นิทินของการสร้างยูเรียในปี 1932 ซึ่งเป็นหนึ่งในวงจรเมแทบอลิซึมแรกๆ ที่ได้รับการอธิบาย และเป็นก้าวสำคัญในชีวเคมี งานวิจัยต่อมาได้ระบุเอนไซม์ การแบ่งส่วนภายในเซลล์ตับ และความผิดปกติของวงจรยูเรียที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้นเมื่อขั้นตอนแต่ละขั้นตอนล้มเหลว
Related topics
Seminal works
- krebs-henseleit-1932
- braissant-2012
Frequently asked questions
- ทำไมแอมโมเนียจึงเป็นอันตราย?
- แอมโมเนียเป็นพิษต่อระบบประสาท เมื่อระดับในเลือดสูงขึ้น อาจข้ามเข้าสู่สมองและรบกวนการทำงานของเซลล์แอสโทรไซต์ ซึ่งเป็นเหตุผลที่ร่างกายเปลี่ยนแอมโมเนียให้เป็นยูเรียซึ่งไม่เป็นอันตรายและสามารถขับถ่ายออกได้ตลอดเวลา
- แอมโมเนียสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างไรแม้ว่าเอนไซม์ในวงจรยูเรียจะยังคงสมบูรณ์?
- ในโรคตับระยะลุกลาม เลือดพอร์ทัลที่นำแอมโมเนียที่มาจากลำไส้ อาจเลี่ยงเซลล์ตับที่ทำงานได้ผ่านทางหลอดเลือดลัดพอร์ทัล-ระบบ ดังนั้นแอมโมเนียจึงไม่ถูกนำเข้าสู่วงจรยูเรียเพื่อล้างพิษ