แอมโมเนีย (NH3) เป็นสารพิษที่เกิดจากการสลายโปรตีนและกรดอะมิโนในร่างกาย โดยแอมโมเนียจะถูกทำลายที่ตับ แอมโมเนียจะเป็นพิษต่อระบบประสาทส่วนกลาง
เมื่อระดับแอมโมเนียในกระแสเลือดเพิ่มมากขึ้น(hyperammonemia) จะสามารถผ่าน blood-brain barrier เข้าสู่สมองได้มากขึ้น เซลล์สมองที่ไวต่อการเกิดสารพิษจากแอมโมเนีย คือ astrocytes และ glial cells นอกจากนี้แอมโมเนียยังไปมีผลรบกวนการหลั่งสารสื่อประสาท รวมทั้งไปรบกวนการสร้างพลังงานภายในเซลล์สมองต่างๆ จนเกิดเป็นอันตรายได้
แหล่งที่มาของแอมโมเนีย
1. การสลายโปรตีน (Protein catabolism)
เมื่อเรารับประทานอาหารที่มีโปรตีนเข้าไป โปรตีนจะถูกย่อยสลายเป็นกรดอะมิโนในลำไส้เล็ก แบคทีเรียที่อยู่ในลำไส้เล็กจะมีเอ็นไซม์ที่จะสลายกรดอะมิโนโดยกระบวนการ deamination และได้แอมโมเนียปริมาณมากออกมา กรดอะมิโนอีกส่วนหนึ่งจะถูกดูดซึมและส่งต่อไปยังตับซึ่งเป็นแหล่งสลายกรดอมิโนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เพื่อใช้ในการสร้างโปรตีนและสารประกอบไนโตรเจนที่จำเป็นต่อร่างกาย หรือถูก oxidation ให้เป็นพลังงาน( 15-20% ของพลังงานที่ร่างกายได้รับมาจากโปรตีน)
กระบวนการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับกรดอะมิโนในตับจะทำให้เกิดแอมโมเนีย โดยเอ็นไซม์ transaminase (ที่สำคัญในร่างกายมี 3 ชนิด คือ glutamate aminotransferase, AST, ALT โดยมี วิตามิน B6(pyridoxal phosphate เป็น coenzyme) จะย้ายหมู่อะมิโน(NH2) จากกรดอะมิโนตัวอื่นๆ มาให้ ∝-ketoglutamic acid ทำให้ได้ glutamic acid ซึ่งจะถูก oxidative deamination โดยเอ็นไซม์ L-glutamic dehydrogenase เกิดเป็นอะมิโนต่อไป นอกจากนั้น แอมโมเนียยังถูกสร้างขี้นโดยกล้ามเนื้อลายระหว่างการออกกำลังกายอีกด้วย
2. การสลายกรดนิวคลิอิก (Nucleic acid catabolism)
ในกระบวนการสลายกรดนิวคลิอิก หมู่อะมิโน(NH2) ของ adenine, guanine, cytosine จะถูก oxidative deamination โดยเอ็นไซม์ adenine deaminase, guanine deaminase, cytosine deaminase ตามลำดับ ได้ผลผลิตเป็นแอมโมเนียออกมา
3. การสลายสารเอมีน
ภายในตับยังมีกระบวนการสลายสารเอมีนต่างๆให้เป็นแอมโมเนียได้
แอมโมเนียอิสระที่เกิดขึ้นเหล่านี้จะถูกดูดซึมสู่กระแสเลือด แต่เนื่องจากแอมโมเนียอิสระเหล่านี้เป็นพิษต่อร่างกาย ดังนั้นแอมโมเนียอิสระเหล่านี้จึงถูกร่างกายเปลี่ยนแปลงต่อไป เพื่อรักษาระดับของแอมโมเนียในกระแสเลือดให้อยู่ในระดับปกติ
กระบวนการเปลี่ยนแปลงแอมโมเนีย
1. วัฏจักรยูเรีย (Urea cycle)
ภายใน parenchymal cells ของตับ แอมโมเนียจะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรีย(Urea) ซึ่งไม่เป็นพิษและสามารถขับออกทางปัสสาวะได้ ยูเรียเป็นสารประกอบไนโตรเจนที่มีมากที่สุดในปัสสาวะ การเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นยูเรียต้องอาศัย Urea cycle ซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโน คือ ornithine, citrulline, arginine และ aspartic acid และเอ็นไซม์ในตับหลายชนิด ดังนี้
แอมโมเนียในไมโตคอนเดรียจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์ โดยใช้พลังงาน 2ATP ได้ carbamoyl phosphate ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดย carbamoyl phosphate synthetase ในไมโตคอนเดรีย
โดยมี N-acetylglutamate เป็นตัวกระตุ้นเอ็นไซม์ ต่อจากนั้น carbamoyl phosphate จะรวมกับ ornithine กลายเป็น citrulline ปฏิกิริยานี้มีเอ็นไซม์ ornithinine transcarbamoylase ในไมโตคอนเดรียเป็นตัวเร่ง จากนั้น citrulline จะออกจากไมโตคอนเดรียเข้าสู่ไซโตพลาสม รวมกับ aspartic acid ได้ Argininosuccinate ซึ่งจะถูกสลายเป็น arginine กับ fumarate แล้ว arginine จะถูกสลายด้วยเอ็นไซม์ arginase ได้ยูเรีย กับ orthinine เพื่อให้ครบวงจร orthinine ที่เกิดขึ้นในไซโตพลาสมต้องกลับเข้าไปในไมโตคอนเดรียเพื่อทำปฏิกิริยากับ carbamoyl phosphate ตัวใหม่ และเริ่มวัฏจักรยูเรียอีกครั้ง
2. เกลือแอมโมเนีย(ammonia salts)
ส่วนน้อยของแอมโมเนียที่เกิดขึ้นจะถูกขับออกมากับปัสสาวะในรูปองเกลือแอมโมเนีย
3. แอมโมเนียถูกนำไปใช้สร้างกรดอะมิโน
4. แอมโมเนียถูกนำไปใช้ในการสร้างการสร้าง pyrimidine
กรดอะมิโนเป็นส่วนหนึ่งของระบบบัปเฟอร์หลักของปัสสาวะ สามารถถูกสังเคราห์ขึ้นที่ไตและขับออกทางปัสสาวะ โดยแอมโมเนียเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการขับกรด ออกจากกระแสเลือด เพื่อควบคุมสมดุลย์กรดด่าง (acid base balance) ของร่างกายมากกว่าที่จะทำหน้าที่ขับถ่ายไนโตรเจน แอมโมเนียทำหน้าที่ขับไฮโดรเจนไอออนที่ไตได้ถึง 75% ของไฮโดรเจนไอออนทั้งหมด
แอมโมเนียที่ถูกสังเคราะห์ที่ไต ประมาณ 60% เกิดจากการสลายตัวของ glutamine โดยอาศัยเอ็นไซม์ glutaminase แอมโมเนียอีกส่วนหนึ่งเกิดจากกรดอะมิโนชนิดอื่นนอกจาก glutamnie ปัจจัยที่ควบคุมการสร้างและการขับแอมโมเนียออกทางปัสสาวะขึ้นอยู่กับปริมาณ glutamine ในกระแสเลือดและในท่อไต, ความสามารถของ glutamine ที่ถูกส่งจากกระแสเลือดไปยังที่ท่อไต,ประสิทธิภาพของ glutaminase และอัตราที่แอมโมเนียถูกใช้ไปภายในเซลล์
ภาวะแอมโมเนียในเลือดสูง
ในภาวะปกติ แอมโมเนียในเลือดจะมีปริมาณ (22-44 umol/L) จะต่ำกว่าระบบทางเดินอาหารและในไตมาก เพราะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรียในตับ ดังนั้นการตรวจสุขภาพทั่วไปจะค่อยมีการตรวจแอมโมเนีย โดยส่วนใหญ่จะตรวจในผู้ป่วยโรคตับ ซึ่งมีอาการซึมลงๆ และแพทย์คิดว่าิอาการซึมเกิดจากพิษแอมโมเนียไปกดระบบประสาทส่วนกลาง (Hepatic Encephalopathy) หรือสงสัยว่าเป็น Reye's syndrome เท่านั้น จึงจะเจาะเลือดตรวจหาระดับแอมโมเนีย และทั้งสองกรณีนี้ปริมาณแอมโมเนียในเลือดจะสูงผิดปกติ
1. Hepatic Encephalopathy
เป็นโรคในกลุ่มอาการทางสมองที่เิดเนื่องจากการเสื่อมสมรรถภาพการทำงานของตับ พบได้ในผู้ป่วยโรคตับอักเสบเรื้อรัง(chronic liver failure ),โรคตับแข็ง(cirrhosis), โรคไวรัสตับอักเสบ และ drug poisoning เป็นต้น โดยผู้ป่วยจะมีอาการซึมหรือหลับตลอดเวลา เหม่อลอย ลืมง่าย หรืออาจเอะอะอาละวาดได้ ผู้ป่วยมักมีอาการกระตุกขึ้นๆลงๆ ของข้อมือ(Flapping tremor) เนื่องจากกระแสประสาทระหว่างสมองและกล้ามเนื้อขาดตอนเป็นช่วงๆ สาเหตุสำคัญ คือ แอมโมเนียในแลือดสูง ไปทำลายและรบกวนการทำงานของสมอง ปัจจัยที่ชักนำให้แอมโมเนียในเลือดสูงได้แก่
- กินโปรตีนมากเกินไป หรือนิยมกินยาที่มีแอมโมเนีย เช่น ยาแก้ไอพวกแอมโมเนียมคลอไรด์
- ตกเลือดในระบบทางเดินอาหาร ท้องผูก ทำให้แบคทีเรียสลายแอมโมเนียได้มากขึ้น
- ภาวะ uremia ยูเรียจะเข้าไปในกระเพาะและถูกเปลี่ยนโดย urease ให้เป็นแอมโมเนีย
- ตับถูกทำลายมาก จึงเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นยูเรียไม่ได้ตามปกติ
2. Reye's syndrome
พบในผู้ป่วยเด็กอายุระหว่าง 2-13 ปี ที่เป็นโรคอีสุกอีใส หรือโรคไข้หวัดใหญ่ โดยมีอาการของระบบประสาทส่วนกลางร่วมด้วย สาเหตุเนื่องจากเกิด mitochondrial malfunction ทำให้เกิด acute metabolic disorder ทั้งในระบบประสาทส่วนกลางและตับ จึงมีการสะสมของแอมโมเนียในเลือดสูงมาก สมองบวม ส่งผลให้ผู้ป่วยมีอาการทางสมองอย่างรุนแรงจนอาจเสียชีวิตได้
3. Congenital urea cycle defects
เป็นโรคในกลุ่มความผิดปกติแต่กำเหนิดของกระบวนการเมตาบอริสม โดยทารกจะขาดเอ็นไซม์ในวัฏจักรยูเรีย ตับจึงไม่อาจเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นยูเรียได้ จึงมีปริมาณยูเรียในกระแสเลือดสูง ทำให้ทารกอาเจียน ชักกระตุก พิการทางสมอง หอบและมักเสียชีวิตเมื่ออายุ 3-5 ปี ทุกโรคใน urea cycle defects มีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบ x-linked recessive ยกเว้น ornithine transcarbamylase deficiency ที่มีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบ x-linked dominant ฉะนั้นในเด็กผู้ชายจึงมีอาการมากและรุนแรงมากกว่าผู้หญิง
หลักการตรวจค่าแอมโมเนียในเลือด
- เมื่อนำเลือดมาเก็บในหลอดแก้วปริมาณแอมโมเนียจะเพิ่มขึ้น เนื่ิองจากมีการสลายของสารประกอบไนโตรเจนชนิดอื่นๆ ในปัสสาวะยิ่งเปลี่ยนได้มากเนื่องจากจุลินทรีไปเปลี่ยนยูเรียในปัสสาวะให้เป็นแอมโมเนีย จึงควรแช่สิ่งส่งตรวจในน้ำแข็ง
- สิ่งส่งตรวจที่เหมาะสมคือ EDTA blood, potassium oxalate blood, หรือ heparinzed blood เนื่องจากค่าแอมโมในซีรั่มจะเปลี่ยนแปลงได้มากกว่าในพลาสม่า
- ควรเก็บตัวอย่างไว้ในหลอดแบบ evacuated collection tube เพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากสิ่งแวดล้อม
- สิ่งส่งตรวจต้องไม่ hemolysis เพราะในเม็ดเลือดแดงจะมีแอมโมเนียมากกว่าในพลาสม่าถึง 2.5 เท่า และควรแยกเม็ดเลือดแดงออกจากพลาสม่าทันที
- การแช่น้ำแข็งจะรักษาภาพของแอมโมเนียได้เพียง 24 ชั่วโมงเท่านั้น
เอกสารอ้างอิง
- เอกสารประกอบการสอน ดร. วนิดา นพพรพันธุ์ ภาควิชาเคมีคลินิก คณะสหเวชศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |