氨是一種劇毒物質,腦組織對氨的作用尤為敏感,需要及時處理以免在組織中堆積。正常人除門靜脈血液外,血液中氨的濃度極低,一般不超過60μmol/L(0.1mg/dl)。
1.體內氨的來源
(1)氨基酸分解產生氨:氨基酸脫氨基作用是氨的主要來源;胺類物質的氧化分解也可產生氨。
(2)腸道吸收:腸道氨主要來自①腸道細菌對未被消化的蛋白質和未被吸收的氨基酸作用(稱腐敗作用)產生的氨;②血中尿素擴散入腸管后在腸道細菌尿素酶作用下水解產生的氨。NH3比NH4容易穿過細胞膜而被吸收,在堿性環境中,NH4轉變為NH3,所以腸管pH偏堿時,氨的吸收增加。臨床上對高血氨病人采用酸性透析液做結腸透析而不用堿性肥皂水灌腸就是這個道理。腸道每日產氨約有4g,腐敗作用增強時,氨的產生更多。
(3)腎臟產生:谷氨酰胺在腎遠曲小管上皮細胞谷氨酰胺酶的催化下,水解生成谷氨酸和NH3,NH3分泌到腎小管腔與尿中H結合生成NH4由尿排出。堿性尿液不利NH3的分泌,NH3被吸收入血,成為血氨的另一個來源。故肝硬化腹水者不宜使用堿性利尿藥以防血氨升高。
2.氨的轉運
氨是有毒物質,各組織中產生的氨必須以無毒形式經血液運輸至肝合成尿素或以銨鹽形式隨尿排出。氨在血液中有兩種運輸形式:
(1)丙氨酸運氨作用:主要將肌肉氨基酸脫下的氨經血液運輸到肝。過程為:①肌肉中的氨基酸經轉氨基作用將氨基轉移給丙酮酸生成丙氨酸,經血液運輸至肝;②在肝中,丙氨酸經聯合脫氨基作用釋放出氨,氨用于合成尿素,生成的丙酮酸則異生為葡萄糖;③葡萄糖經血液運送到肌肉,在肌肉活動供能的過程中又可分解為丙酮酸,再次接受氨基生成丙氨酸輸送到肝臟。如此通過丙氨酸和葡萄糖的互變把氨從肌肉運輸到肝臟的循環稱丙氨酸-葡萄糖循環(alanine glucose cycle)。
(2)谷氨酰胺的運氨作用:氨與谷氨酸在ATP供能和谷氨酰胺合成酶催化下合成谷氨酰胺,經血液輸送到肝或腎,經谷氨酰胺酶水解為谷氨酸及氨,在肝可合成尿素,在腎則以銨鹽形式由尿排出。谷氨酰胺生成的意義:①肝外組織解除氨毒;②是從腦、肌肉等組織向肝或腎運輸氨的主要形式;③氨的儲存形式,為某些含氮化合物的合成提供原料,如嘌呤及嘧啶的合成。臨床上對肝性腦病患者可服用或輸入谷氨酸鹽以降低血氨濃度。
3.氨的主要去路
氨在體內的主要去路是在肝內通過鳥氨酸循環(尿素循環)生成無毒的尿素,然后由腎排出體外)。鳥氨酸循環的過程可分為以下四步:
1)氨基甲酰磷酸的合成:氨由丙氨酸與谷氨酰胺轉運入肝細胞線粒體在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoyl phosphate synthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化下,與CO2和H2O分子結合,消耗2分子ATP,合成氨基甲酰磷酸。反應不可逆。
(2)瓜氨酸的合成:在鳥氨酸氨甲酰轉移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化下,將氨基甲酰磷酸的氨甲酰基轉移至鳥氨酸的δ-NH2上生成瓜氨酸。反應不可逆。所需的鳥氨酸是由胞液經線粒體內膜上的載體轉運進入線粒體的。合成的瓜氨酸又由線粒體內膜上的載體轉運進入胞液。
(3)精氨酸的合成:在胞液內,瓜氨酸與天冬氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argninosuccinate synthetase)的催化下,由ATP供能合成精氨酸代琥珀酸并生成AMP+PPi,精氨酸代琥珀酸在精氨酸代琥珀酸裂解酶(argninosuccinate lyase)催化下,分解成為精氨酸和延胡索酸。在此過程中,天冬氨酸起著供給氨基的作用;生成的延胡索酸經三羧酸循環轉變為草酰乙酸后可與α-氨基酸經轉氨作用轉變為天冬氨酸。由此可見,鳥氨酸循環與三羧酸循環可聯系在一起。
(4)精氨酸水解生成尿素:精氨酸在胞液中精氨酸酶(arginase)的作用下,水解生成尿素和鳥氨酸。鳥氨酸再進入線粒體參與瓜氨酸的合成,反復循環,不斷合成尿素。
尿素分子中的兩個-NH2,一個由丙氨酸或谷氨酰胺轉運入肝細胞線粒體的NH3,另一個由天冬氨酸提供,碳原子來自CO2,天冬氨酸和谷氨酸均是氨的載體。另外,尿素合成是耗能過程,每合成1分子尿素需消耗3分子ATP(消耗4個高能磷酸鍵)。
尿素主要通過腎臟排泄。如腎排泄功能障礙,必然導致血尿素增高。故臨床常測定血尿素氮(blood urea nitrogen,BUN)來反映腎功能。
4.高血氨與氨中毒
正常情況下血氨濃度維持在較低水平。肝臟幾乎是體內唯一能合成尿素的器官,當肝功能嚴重損傷時,尿素合成障礙,血氨濃度升高,稱為高氨血癥。一般認為,氨進入腦組織可與α-酮戊二酸結合生成谷氨酸,氨與谷氨酸再進一步結合生成谷氨酰胺。因此,腦中氨的增加,可消耗腦組織中α-酮戊二酸,導致三羧酸循環速度減弱, ATP生成減少,引起大腦功能障礙,嚴重時可產生昏迷,即氨中毒(肝性腦病)。