Биологические и биохимические методы определения. Биохимические методы исследования. Биохимический метод изучения: способы

В отличие от цитогенетического метода, который позволяет изучать структуру хромосом и кариотипа в норме и диагностировать наследственные болезни, связанные с изменением их числа и нарушением организации, наследственные заболевания, обусловленные генными мутациями, а также полиморфизм по нормальным первичным продуктам генов изучают с помощью биохимических методов.

Впервые эти методы стали применять для диагностики генных болезней еще в начале XX в. В последние 30 лет их широко используют в поиске новых форм мутантных аллелей. С их помощью описано более 1000 врожденных болезней обмена веществ. Для многих из них выявлен дефект первичного генного продукта. Наиболее распространенными среди таких заболеваний являются болезни, связанные с дефектностью ферментов, структурных, транспортных или иных белков.

Дефекты структурных и циркулирующих белков выявляются при изучении их строения. Так, в 60-х гг. XX в. был завершен анализ (3-глобино-вой цепи гемоглобина, состоящей из 146 аминокислотных остатков. Установлено большое разнообразие гемоглобинов у человека, связанное с изменением структуры его пептидных цепей, что нередко является причиной развития заболеваний (см. § 4.1).

Дефекты ферментов устанавливают путем определения содержания в крови и моче продуктов метаболизма, являющихся результатом функционирования данного белка. Дефицит конечного продукта, сопровождающийся накоплением промежуточных и побочных продуктов нарушенного метаболизма, свидетельствует о дефекте фермента или его дефиците в организме (см. § 4.1).

Биохимическую диагностику наследственных нарушений обмена проводят в два этапа. На первом этапе отбирают предположительные случаи заболеваний, на втором -более точными и сложными методами уточняют диагноз заболевания. Применение биохимических исследований для диагностики заболеваний в пренатальном периоде или непосредственно после рождения позволяет своевременно выявить патологию и начать специфические медицинские мероприятия, как, например, в случае фенилкетонурии.

Для определения содержания в крови, моче или амниотической жидкости промежуточных, побочных и конечных продуктов обмена кроме качественных реакций со специфическими реактивами на определенные вещества используют хроматографические методы исследования аминокислот и других соединений.

Причиной многочисленных наследственных нарушений обмена веществ являются различные дефекты ферментов, которые возникают вследствие мутаций соответствующих генов. Такие заболевания называют ферментопатия (энзимопатии). Наиболее распространенными е фенилкетонурия, алкаптонурия, галактоземия, муковисцидоз, болезнь Гоше, болезнь Тея - Сакса, альбинизм и др. Биохимические показатели (первичный продукт гена, накопления патологических метаболитов в организме больного) отчетливее отражают сущность болезни по сравнению с клиническим показаниям.

Использование хроматографии, электрофореза, спектроскопии и т.д. позволяет определить любые метаболиты, специфичные для конкретной наследственной болезни.

Хроматография - это способ разделения различных смесей на составляющие. Метод заключается в том, что в неподвижной среде, через которое протекает растворитель, каждый компонент, захваченный им, движется с определенной скоростью, независимой от скоростей других компонентов. Если, например, смесь пигментов, которые определяют зеленый цвет растения, растворить в определенном растворителе и пропустить через недвижимое среду, например через молотый мел, то она разделится на несколько различных пигментов. По такому же принципу определяют наличие определенного фермента в сложной смеси различных веществ организма.

Электрофорез - это модификация хроматографии, позволяет разделить молекулы с различными зарядами. В хроматографическом среде под действием электрического поля различные молекулы смеси движутся в ту или иную сторону в зависимости от их относительных масс и зарядов. Электрофорез широко применяют для выделения и идентификации аминокислот.

Спектроскопия заключается в определении строения молекул различных веществ с помощью специальных приборов - спектроскопов. В зависимости от типа прибора спектроскопию осуществляют в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной частях спектра. Свет пропускают через исследуемое вещество и анализируют его спектр на выходе. Каждый химический элемент имеет характерные линии в спектре, поэтому можно определить химическую структуру молекулы исследуемого вещества. Таким образом идентифицируют определенный фермент или иную химическое соединение в организме или определяют строение ранее не известной вещества.

Объектами биохимических анализов могут быть моча, пот, плазма и клетки крови, культуры клеток (фибробласты, лимфоциты).

Биохимические методы - определение наличия определенных веществ (преимущественно первичных продуктов генов - ферментов и патологических метаболитов с целью диагностики наследственных болезней).

Биохимические методы очень трудоемки, требуют специального оборудования, поэтому их нельзя использовать для массовых популяционных исследований с целью раннего выявления больных с наследственной патологией обмена. В последнее время в разных странах разрабатывают и используют для массовых исследований специальные программы. Первый этап такой программы называют скринингом (англ. Screening - просеивание), которая заключается в выделении среди большого количества обследуемых вероятно больных, которые имеют определенные наследственные отклонения от нормы. На этом этапе обычно применяют простые и доступные экспресс-методы для выявления продуктов обмена в моче, крови. На втором этапе проводят уточнение (подтверждение или опровержение диагноза) с использованием точных хроматографических методов определения ферментов, аминокислот и тому подобное.

Используют также микробиологические тесты, основанные на том, что некоторые штаммы бактерий растут только в средах, содержащих определенные аминокислоты, углеводы. Если в крови или моче есть необходимое для роста вещество, то в чашке Петри вокруг фильтровальной бумаги, пропитанной одной из этих жидкостей, наблюдается активное размножение бактерий, чего не происходит в случае тестирования крови или моче здорового человека.

Биохимические методы применяют также для выявления гетерозиготных носителей наследственных аномалий, которые в фенотипе проявляются невнятно. Это делают с помощью биохимического тестирования, микроскопического исследования клеток крови и тканей, определения активности определенного фермента, измененного в результате мутации и тому подобное. Такие меры необходимы для своевременного лечения и профилактики, а также определение вероятности рождения больного ребенка в генетически риск-ресниц семьи.

Молекулярно-генетический метод

Анализировать фрагменты ДНК, находить и изолировать отдельные гены и их сегменты и определять в них последовательность нуклеотидов позволяет молекулярно-генетический метод.

Молекулярно-генетический метод - использование биохимических реакций, которые осуществляются с помощью соответствующих ферментов, с целью определения структуры генов, их идентификации и локализации, а также характера мутаций.

Этот метод успешно применяют для идентификации генных мутаций, а также изучение генома человека. Распространился он в 70-80-е годы XX в. в связи с развитием молекулярной генетики.

Начальным этапом молекулярно-генетического анализа является получение достаточного количества образцов ДНК через клонирование. Для этого используют геномную ДНК - всю ДНК клетки или отдельные ее фрагменты.

Деспирализации, выявление и вырезания соответствующих фрагментов ДНК осуществляют с помощью особых ферментов - ресшриктаз. Различные рестриктазы распознают только соответствующие последовательности нуклеотидов и разрезают ДНК в определенных местах. Выделенные фрагменты ДНК с помощью специальных ферментов - полимераз - копируют в необходимом количестве.

Копируемые фрагменты ДНК с помощью электрофореза на агаровой или полиакридамидному гели разделяют на фракции по размерам. Под действием электрического поля фрагменты ДНК движутся в геле со скоростью, зависящей от их длины: чем они короче, тем быстрее движутся. В результате этого фрагменты ДНК через некоторое время занимают определенное место на полосе геля в виде отдельных полос. Длину каждого фрагмента определяют путем сравнения расстояний, пройденных им, и стандартным отрезком ДНК (с известными размерами и последовательностью оснований).

Для идентификации выделенных фрагментов ДНК их сначала разделяют на две цепочки, а затем гибридизують с соответствующими маркерными фрагментами ДНК. Если при этом образуется нормальная двойная спираль, то исследуемый фрагмент не имел нарушений. Если спираль имеет дефекты, то исследуемый фрагмент является мутантным.

Различные модификации этого метода позволяют проанализировать в лаборатории даже незначительное количество ДНК, взятую у больного. их используют для пренатальной диагностики наследственных болезней. При этом ДНК получают из клеток, которые содержатся в околоплодной жидкости. Аномальный эмбрион легко распознать, потому что его ДНК гибридизующимся только с маркерным фрагментом ДНК, имеющий комплементарную мутантную последовательность нуклеотидов.

В 90-е годы XX в. с помощью молекулярно-генетической методики были идентифицированы и локализованы гены, ответственные за такие тяжелые наследственные болезни нервной системы человека, как хорея Гентингтона, миотоническая дистрофия, синдром ломкой Х-хромосомы и др. Например, ген хореи Гентингтона локализован в коротком плече 4-й хромосомы. Он имеет участок, где нуклеотидная последовательность представлена многократным повторением трех основ ЦАГ (цитозин - аденин - гуанин). В норме количество таких повторов колеблется от 11 до 34, а у больных вследствие мутации гена их 37-86. Болезнь наследуется по аутосомно-доминантному типу, а признак проявляется во всех носителей гена.

На основе молекулярно-генетического метода в настоящее время успешно разрабатывают технологии генной терапии распространенных наследственных болезней, например муковисцидоза.

Биохимический метод изучения генетики человека основан на изучении характера биохимических реакций в организме и обмена веществ для установления носительства аномального гена или уточнения диагноза.
В отличие от цитогенетического метода, который позволяет изучать структуру хромосом и кариотипа в норме и диагностировать наследственные болезни, связанные с изменением их числа и нарушением организации, наследственные заболевания, обусловленные генными мутациями, а также полиморфизм по нормальным первичным продуктам генов изучают с помощью биохимических методов.
Эти методы позволяют определить место и характер мутации по изменениям в составе затронутых мутацией белков. Например, при мутации, ведущей к замене всего одной аминокислоты в огромной молекуле переносчика кислорода — гемоглобина, возникает наследственное заболевание, получившее название серповидной анемии, при котором эритроциты принимают форму полумесяца. Исследовав аминокислотный состав гемоглобина и обнаружив замену, можно сразу поставить диагноз.
Впервые эти методы стали применять для диагностики генных болезней еще в начале XX в. В последние 30 лет их широко используют в поиске новых форм мутантных аллелей. С их помощью описано более 1000 врожденных болезней обмена веществ. Для многих из них выявлен дефект первичного генного продукта. Наиболее распространенными среди таких заболеваний являются болезни, связанные с дефектностью ферментов, структурных, транспортных или иных белков. Установлено большое разнообразие гемоглобинов у человека, связанное с изменением структуры его пептидных цепей, что нередко является причиной развития заболеваний. Дефекты ферментов устанавливают путем определения содержания в крови и моче продуктов метаболизма, являющихся результатом функционирования данного белка. Дефицит конечного продукта, сопровождающийся накоплением промежуточных и побочных продуктов нарушенного метаболизма, свидетельствует о дефекте фермента или его дефиците в организме.
Предметами современной биохимической диагностики являются специфические метаболиты, энзимопатии, различные белки. Объектами биохимического анализа могут служить моча, пот, плазма и сыворотка крови, форменные элементы крови, культуры клеток (фибробласты, лимфоциты). Для биохимической диагностики используются как простые качественные реакции (например, хлорид железа для выявления фенилкетонурии), так и более точные методы.
Биохимическую диагностику наследственных нарушений обмена проводят в два этапа. На первом этапе отбирают предположительные случаи заболеваний, на втором — более точными и сложными методами уточняют диагноз заболевания. Применение биохимических исследований для диагностики заболеваний в пренатальном периоде или непосредственно после рождения позволяет своевременно выявить патологию и начать специфические медицинские мероприятия, как, например, в случае фенилкетонурии. Для определения содержания в крови, моче или амниотической жидкости промежуточных, побочных и конечных продуктов обмена кроме качественных реакций со специфическими реактивами на определенные вещества используют хроматографические методы исследования аминокислот и других соединений.
Биохимические методы изучения наследственности человека помогают обнаружить ряд заболеваний обмена веществ (углеводного, аминокислотного, липидного и др.) при помощи, например, исследования биологических жидкостей путем качественного или количественного анализа.
С помощью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. При различных типах заболеваний удается либо определить сам аномальный белок-фермент, либо установить промежуточные продукты обмена. По результатам биохимических анализов возможно поставить диагноз болезни и определить методы лечения. Ранняя диагностика и применение различных диет на первых этапах постэмбрионального развития позволяют излечить некоторые заболевания или хотя бы облегчить состояние больных с неполноценными ферментными системами.

Для генетических исследований человек является неудобным объектом, так как у человека: невозможно экспериментальное скрещивание; большое количество хромосом; поздно наступает половая зрелость; малое число потомков в каждой семье; невозможно уравнивание условий жизни для потомства.

В генетике человека используется ряд методов исследования.

Генеалогический метод

Использование этого метода возможно в том случае, когда известны прямые родственники — предки обладателя наследственного признака (пробанда ) по материнской и отцовской линиям в ряду поколений или потомки пробанда также в нескольких поколениях. При составлении родословных в генетике используется определенная система обозначений. После составления родословной проводится ее анализ с целью установления характера наследования изучаемого признака.

Условные обозначения, принятые при составлении родословных:
1 — мужчина; 2 — женщина; 3 — пол не выяснен; 4 — обладатель изучаемого признака; 5 — гетерозиготный носитель изучаемого рецессивного гена; 6 — брак; 7 — брак мужчины с двумя женщинами; 8 — родственный брак; 9 — родители, дети и порядок их рождения; 10 — дизиготные близнецы; 11 — монозиготные близнецы.

Благодаря генеалогическому методу были определены типы наследования многих признаков у человека. Так, по аутосомно-доминантному типу наследуются полидактилия (увеличенное количество пальцев), возможность свертывать язык в трубочку, брахидактилия (короткопалость, обусловленная отсутствием двух фаланг на пальцах), веснушки, раннее облысение, сросшиеся пальцы, заячья губа, волчья пасть, катаракта глаз, хрупкость костей и многие другие. Альбинизм, рыжие волосы, подверженность полиомиелиту, сахарный диабет, врожденная глухота и другие признаки наследуются как аутосомно-рецессивные.

Доминантный признак — способность свертывать язык в трубочку (1) и его рецессивный аллель — отсутствие этой способности (2).
3 — родословная по полидактилии (аутосомно-доминантное наследование).

Целый ряд признаков наследуется сцепленно с полом: Х -сцепленное наследование — гемофилия, дальтонизм; Y -сцепленное — гипертрихоз края ушной раковины, перепончатость пальцев ног. Имеется ряд генов, локализованных в гомологичных участках Х - и Y -хромосом, например общая цветовая слепота.

Использование генеалогического метода показало, что при родственном браке, по сравнению с неродственным, значительно возрастает вероятность появления уродств, мертворождений, ранней смертности в потомстве. В родственных браках рецессивные гены чаще переходят в гомозиготное состояние, в результате развиваются те или иные аномалии. Примером этого является наследование гемофилии в царских домах Европы.

— гемофилик; — женщина-носитель.

Близнецовый метод

1 — монозиготные близ-нецы; 2 — дизигот-ные близ-нецы.

Близнецами называют одновременно родившихся детей. Они бывают монозиготными (однояйцевыми) и дизиготными (разнояйцевыми).

Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы (1), которая на стадии дробления разделилась на две (или более) части. Поэтому такие близнецы генетически идентичны и всегда одного пола. Монозиготные близнецы характеризуются большой степенью сходства (конкордантностью ) по многим признакам.

Дизиготные близнецы развиваются из двух или более одновременно овулировавших и оплодотворенных разными сперматозоидами яйцеклеток (2). Поэтому они имеют различные генотипы и могут быть как одного, так и разного пола. В отличие от монозиготных, дизиготные близнецы характеризуются дискордантностью — несходством по многим признакам. Данные о конкордантности близнецов по некоторым признакам приведены в таблице.

Как видно из таблицы, степень конкордантности монозиготных близнецов по всем приведенным признакам значительно выше, чем у дизиготных, однако она не является абсолютной. Как правило, дискордантность монозиготных близнецов возникает в результате нарушений внутриутробного развития одного из них или под влиянием внешней среды, если она была разной.

Благодаря близнецовому методу, была выяснена наследственная предрасположенность человека к ряду заболеваний: шизофрении, эпилепсии, сахарному диабету и другим.

Наблюдения за монозиготными близнецами дают материал для выяснения роли наследственности и среды в развитии признаков. Причем под внешней средой понимают не только физические факторы среды, но и социальные условия.

Цитогенетический метод

Основан на изучении хромосом человека в норме и при патологии. В норме кариотип человека включает 46 хромосом — 22 пары аутосом и две половые хромосомы. Использование данного метода позволило выявить группу болезней, связанных либо с изменением числа хромосом, либо с изменениями их структуры. Такие болезни получили название хромосомных .

Материалом для кариотипического анализа чаще всего являются лимфоциты крови. Кровь берется у взрослых из вены, у новорожденных — из пальца, мочки уха или пятки. Лимфоциты культивируются в особой питательной среде, в состав которой, в частности, добавлены вещества, «заставляющие» лимфоциты интенсивно делиться митозом. Через некоторое время в культуру клеток добавляют колхицин. Колхицин останавливает митоз на уровне метафазы. Именно во время метафазы хромосомы являются наиболее конденсированными. Далее клетки переносятся на предметные стекла, сушатся и окрашиваются различными красителями. Окраска может быть а) рутинной (хромосомы окрашиваются равномерно), б) дифференциальной (хромосомы приобретают поперечную исчерченность, причем каждая хромосома имеет индивидуальный рисунок). Рутинная окраска позволяет выявить геномные мутации, определить групповую принадлежность хромосомы, узнать, в какой группе изменилось число хромосом. Дифференциальная окраска позволяет выявить хромосомные мутации, определить хромосому до номера, выяснить вид хромосомной мутации.

В тех случаях, когда необходимо провести кариотипический анализ плода, для культивирования берутся клетки амниотической (околоплодной) жидкости — смесь фибробластоподобных и эпителиальных клеток.

К числу хромосомных заболеваний относятся: синдром Клайнфельтера, синдром Тернера-Шерешевского, синдром Дауна, синдром Патау, синдром Эдвардса и другие.

Больные с синдромом Клайнфельтера (47, ХХY ) всегда мужчины. Они характеризуются недоразвитием половых желез, дегенерацией семенных канальцев, часто умственной отсталостью, высоким ростом (за счет непропорционально длинных ног).

Синдром Тернера-Шерешевского (45, Х0 ) наблюдается у женщин. Он проявляется в замедлении полового созревания, недоразвитии половых желез, аменорее (отсутствии менструаций), бесплодии. Женщины с синдромом Тернера-Шерешевского имеют малый рост, тело диспропорционально — более развита верхняя часть тела, плечи широкие, таз узкий — нижние конечности укорочены, шея короткая со складками, «монголоидный» разрез глаз и ряд других признаков.

Синдром Дауна — одна из самых часто встречающихся хромосомных болезней. Она развивается в результате трисомии по 21 хромосоме (47; 21, 21, 21). Болезнь легко диагностируется, так как имеет ряд характерных признаков: укороченные конечности, маленький череп, плоское, широкое переносье, узкие глазные щели с косым разрезом, наличие складки верхнего века, психическая отсталость. Часто наблюдаются и нарушения строения внутренних органов.

Хромосомные болезни возникают и в результате изменения самих хромосом. Так, делеция р -плеча аутосомы №5 приводит к развитию синдрома «крик кошки». У детей с этим синдромом нарушается строение гортани, и они в раннем детстве имеют своеобразный «мяукающий» тембр голоса. Кроме того, наблюдается отсталость психомоторного развития и слабоумие.

Чаще всего хромосомные болезни являются результатом мутаций, произошедших в половых клетках одного из родителей.

Биохимический метод

Позволяет обнаружить нарушения в обмене веществ, вызванные изменением генов и, как следствие, изменением активности различных ферментов. Наследственные болезни обмена веществ подразделяются на болезни углеводного обмена (сахарный диабет), обмена аминокислот, липидов, минералов и др.

Фенилкетонурия относится к болезням аминокислотного обмена. Блокируется превращение незаменимой аминокислоты фенилаланин в тирозин, при этом фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, которая выводится с мочой. Заболевание приводит к быстрому развитию слабоумия у детей. Ранняя диагностика и диета позволяют приостановить развитие заболевания.

Популяционно-статистический метод

Это метод изучения распространения наследственных признаков (наследственных заболеваний) в популяциях. Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка получаемых данных. Под популяцией понимают совокупность особей одного вида, длительное время обитающих на определенной территории, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, определенную генетическую структуру и в той или иной степени изолированных от других таких совокупностей особей данного вида. Популяция является не только формой существования вида, но и единицей эволюции, поскольку в основе микроэволюционных процессов, завершающихся образованием вида, лежат генетические преобразования в популяциях.

Изучением генетической структуры популяций занимается особый раздел генетики — популяционная генетика . У человека выделяют три типа популяций: 1) панмиктические, 2) демы, 3) изоляты, которые отличаются друг от друга численностью, частотой внутригрупповых браков, долей иммигрантов, приростом населения. Население крупного города соответствует панмиктической популяции. В генетическую характеристику любой популяции входят следующие показатели: 1) генофонд (совокупность генотипов всех особей популяции), 2) частоты генов, 3) частоты генотипов, 4) частоты фенотипов, система браков, 5) факторы, изменяющие частоты генов.

Для выяснения частот встречаемости тех или иных генов и генотипов используется закон Харди-Вайнберга .

Закон Харди-Вайнберга

В идеальной популяции из поколения в поколение сохраняется строго определенное соотношение частот доминантных и рецессивных генов (1), а также соотношение частот генотипических классов особей (2).

где p — частота встречаемости доминантного гена А ; q — частота встречаемости рецессивного гена а ; р 2 — частота встречаемости гомозигот по доминанте АА ; 2pq — частота встречаемости гетерозигот Аа ; q 2 — частота встречаемости гомозигот по рецессиву аа .

Идеальной популяцией является достаточно большая, панмиктическая (панмиксия — свободное скрещивание) популяция, в которой отсутствуют мутационный процесс, естественный отбор и другие факторы, нарушающие равновесие генов. Понятно, что идеальных популяций в природе не существует, в реальных популяциях закон Харди-Вайнберга используется с поправками.

Закон Харди-Вайнберга, в частности, используется для примерного подсчета носителей рецессивных генов наследственных заболеваний. Например, известно, что в данной популяции фенилкетонурия встречается с частотой 1:10000. Фенилкетонурия наследуется по аутосомно-рецессивному типу, следовательно, больные фенилкетонурией имеют генотип аа , то есть q 2 = 0,0001. Отсюда: q = 0,01; p = 1 - 0,01 = 0,99. Носители рецессивного гена имеют генотип Аа , то есть являются гетерозиготами. Частота встречаемости гетерозигот (2pq ) составляет 2 · 0,99 · 0,01 ≈ 0,02. Вывод: в данной популяции около 2% населения — носители гена фенилкетонурии. Заодно можно подсчитать частоту встречаемости гомозигот по доминанте (АА ): p 2 = 0,992, чуть меньше 98%.

Изменение равновесия генотипов и аллелей в панмиктической популяции происходит под влиянием постоянно действующих факторов, к которым относятся: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор, дрейф генов, эмиграция, иммиграция, инбридинг. Именно благодаря этим явлениям возникает элементарное эволюционное явление — изменение генетического состава популяции, являющееся начальным этапом процесса видообразования.

Генетика человека — одна из наиболее интенсивно развивающихся отраслей науки. Она является теоретической основой медицины, раскрывает биологические основы наследственных заболеваний. Знание генетической природы заболеваний позволяет вовремя поставить точный диагноз и осуществить нужное лечение.

Перейти к лекции №21 «Изменчивость»

Биохимический метод считают основным способом качественной диагностики разнообразных заболеваний. Проанализируем особенности данной диагностики, области применения.

Объекты диагностирования

В настоящее время биохимический метод диагностики связан с изучением пота, мочи, иных биологических жидкостей. С его помощью можно выявить активность ферментов, выяснить количественное содержание продуктов метаболизма в разных биологических жидкостях.

Биохимический метод позволяет определять нарушения, возникающие в обмене веществ, обусловленные наследственными факторами.

История открытия

В начале двадцатого века английский врач А. Гаррод занимался изучением алкаптонурии. Ему удалось установить, что по отсутствию некоторых ферментов можно установить нарушения в обмене веществ, а также определить врожденный метаболизм.

Разные наследственные болезни обусловливаются различными мутациями в генах, приводящими к изменению скорость синтеза белковых молекул, изменению их структуры. В результате таких изменений наблюдается нарушение липидного, белкового, углеводного обмена.

Биохимический метод позволяет анализировать химический состав тканей и материалов.

В случае патологии могут возникать изменения концентрации, а также появляться какие-то дополнительные компоненты. Данный метод дает возможность определять ферменты, изучать гормональный баланс.

Классификация

Биохимический метод подразделяют на качественный и количественный варианты. Для качественного определения применяют свойства, которые характерны для применяемого вещества, могут проявляться при химических реакциях: нагревании, добавлении некоторых реагентов.

Количественный биохимический метод предполагает первоначальное обнаружение вещества, затем его количественное вычисление.

Медиаторы, гормоны, содержащиеся в человеческом организме в небольшом количестве, выявляют с помощью тест-объектов.

Биохимический метод исследования постоянно совершенствуется, что дает возможность получать результат максимальной точности о процессах обмена веществ, происходящих в клетках и органах. В настоящее время такие методики диагностики объединяют с иными способами исследования, например, гистологическими, иммунными, цитологическими анализами.

Чтобы использовать сложные методики, применяют специализированное оборудование.

Биохимические методы анализа дают возможность разрабатывать и применять быстрый и упрощенный метод, позволяющий за считаные минуты определить оценку конкретных биохимических показателей.

В настоящее время аналитические лаборатории располагают современным оборудованием, автоматическими приборами и системами, позволяющими с максимальной точностью выявить необходимый показатель.

Способы проведения

Биохимический метод исследования позволяет определять различными способами какое-либо вещество в биологических жидкостях. К примеру, можно выявить такой показатель, как холестеринэстеразу, используя современное оборудование. При выборе конкретной методики учитывают характер анализируемых биологических жидкостей.

Биохимический метод изучения применяют для выявления конкретного вещества в однократном варианте, а также для изучения динамики изменений. Данный показатель анализируют при определенной нагрузке, временном показателе, в процессе приема некоторых химических препаратов.

Специфика метода

Биохимический метод генетики гарантирует быстрое выполнение анализа биологического материала. Он подходит для многократного применения, дает возможность анализировать хромосомные структуры, выявлять их кариотип. Благодаря такой методике специалисты выявляют моногенные и наследственные заболевания, связанные с полиморфизмами и мутациями генов, а также их структур.

Современные биохимические методы применяют для нахождения новых форм мутантных аллелей в ДНК. Благодаря этой методике выявили тысячу заболеваний, связанных с обменными процессами. Многие из них являются проблемами, связанными с дефектами ферментов, а также с изменениями структурных белков.

Для диагностики нарушений в обмене веществ используют две стадии. Сначала производят отбор возможных случаев болезни. Затем уточняют первоначальный диагноз, вооружившись сложными и точными методиками и оборудованием.

Например, в пренатальный период осуществляют у новорожденных детей с помощью биохимического метода анализа диагностику наследственных болезней. Это дает возможность обнаруживать патологические изменения своевременно и незамедлительно начинать лечение.

Виды биохимического анализа

Как подразделяется биохимический метод? Определение различных химических веществ осуществляется различными способами. Суть методики заключается в выявлении определенных биохимических продуктов. Причина в том, что происходит изменение действия разных аллелей. Принцип определения заключается в выявлении измененных нуклеиновых кислот и белков с помощью гель-электрофореза вместе с иными методиками: авторадиографией, блот-гибридизацией.

Биохимический анализ дает возможность выявлять гетерозиготные носители разных заболеваний. Из-за мутационных процессов, происходящих в организме человека, появляются хромосомные перестройки, негативно влияющие на здоровье человека.

Кроме того, современные биохимические методики диагностики дают возможность определять разные полиморфизмы, а также вызывают мутации различных генов.

Среди распространенных методов современной биохимии выделим центрифугирование, диализ и хроматографию.

Оптические методы исследования

Абсорбционная спектроскопия основывается на принципе определения поглощенного света, который проходит через раствор анализируемого вещества в результате абсорбции.

Для измерения спектров применяют специальные спектральные аппараты. В них помещают пробу анализируемого препарата между фотоэлементом и источником света. У каждого биологического вещества есть определенный свет поглощения.

Для проведения аналитических исследований применяют длину волны, которая соответствует максимуму поглощения анализируемого вещества.

Фотоэлектроколориметрия представляет собой определение окрашенными растворами видимого фрагмента спектра.

Спектрофотомерия, востребованная в современном анализе, представляет собой определение пропускания (поглощения) прозрачными жидкостями видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной зон спектра.

Среди основных приборов, применяемых для измерения, выделим спектрофотометры и фотоэлектроколориметры. Эти технические приспособления позволяют проводить точные измерения в огромном диапазоне длин волн, начиная с ультрафиолета, заканчивая инфракрасной зоной спектра.

Электрофорез в современной медицине

Данное явление предполагает перемещение в электрическом поле заряженных частиц. Их поведение можно описать тремя базовыми характеристиками: скоростью движения частицы, электрофоретической подвижностью, электрокинетическим потенциалом.

Среди многочисленных методов, которые применяют для проведения аналитических исследований, именно электрофорез позволяет разделять смеси веществ на отдельные фракции, осуществлять их количественное и качественное определение. Например, подобной методикой можно провести разделение белка сыворотки крови на альбумин и четыре фракции глобулинов. Такая задача часто решается в клинической биохимии, поскольку от соотношения фракций зависит определение патологических процессов, протекающих в организме больного.

В настоящее время проводят свободный (фронтальный) электрофорез, связанный с жидкой средой, а также зональный вариант в поддерживающих средах. Ими могут выступать пористые инертные синтетические либо натуральные материалы: крахмал, ацетилцеллюлоза, бумага, синтетический полиакриламидный гель.

Задача такой среды заключается в стабилизации жидкости, снижении диффузии, создании дополнительного механизма разделения.

В последнее время стали использовать разделение по молекулярному весу совместно с электрофоретической подвижностью.

Разновидность современного анализа

Диск-электрофорез является высокоразрешающей разновидностью данного метода. Суть его заключается в том, что сначала движение молекул производится через крупнопористый концентрирующий гель, где осуществляется разделение смеси посредством движения между разными сортами ионов. Разрешающая способность метода достигается путем концентрации перед разложением пробы в небольшой стартовой зоне, разделяя при этом вещества, которые незначительно отличаются между собой по свойствам.

Хроматографические методы базируются на динамическом делении смеси биологических веществ. Суть их в том, что поток подвижной фазы, которая содержит анализируемое вещество, проходит через стационарную фазу, что сопровождается взаимодействием с компонентами образца. Фазы для данного анализа подбирают так, чтобы отличались коэффициенты распределения у компонентов смеси.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы существует подразделение хроматографических методов на жидкостный и газообразный виды. С учетом геометрической формы стационарной фазы выделяют плоскостную и колоночную хроматографию.

По механизму разделения биологических препаратов в настоящее время выделяют адсорбционную хроматографию, базирующуюся на разной адсорбционной способности компонентов разделяемой жидкости на границе раздела двух фаз.

Распределительная, или адсорбционная хроматография, базируется на разной способности поглощать объемом жидкой фазы компонентов анализируемой смеси.

Заключение

Биохимический анализ необходим для ранней диагностики серьезных заболеваний. Например, при аффинной хроматографии можно выделить определенный компонент из любой биологической смеси.

Подобная методика применяется для очистки антител и антигенов, рецепторов, ферментов, гормонов. Особая роль в биохимии принадлежит центрифугированию. Исследование и разделение веществ на основе данного метода базируется на различной скорости седиментации (оседания) в центробежном поле частичек, которые имеют различную плотность, размеры, форму. При правильном подборе скорости проведения центрифугирования можно осаждать митохондрии, рибосомы, лизосомы.

Радиоизотопные методы базируются на возможности нестабильных изотопов испускать электромагнитное излучение либо частицы, фиксируемые специальными электронными приборами.

Среди явных преимуществ всех современных методов, применяемых в медицине, выделим возможность анализировать метаболические превращения, выявлять возраст биологических препаратов. Такие исследования помогают своевременно лечить пациентов.