חומצות שומן חופשיות - Free fatty acids

כינויים נוספים: FFA, NEFA, non‐esterified fatty acids מעבדה: כימיה בדם. תחום: מטבוליזם של שומנים. תחום ערכים תקין: בצום-0.1-0.6 מילימול' לליטר. ריכוז FFA בפלזמה מושפע משמעותית על ידי התזונה, והשפעת הורמונים כמו אינסולין, גלוקגון ואפינפרין. יוצר הערך: פרופ' בן-עמי סלע.

מטרת הבדיקה

מדידת רמת FFA שימושית להערכה של הסטאטוס המטבולי של אדם עם בעיות אנדוקריניות. רמת FFA יכולה לסייע בגילוי של פאוכרומוציטומה, כמו גם בגילוי של גידולים מפרישי גלוקאגון, תירוטרופין (TSH) ו-ACTH. מדידת רמת FFA חיונית לניטור ולביקורת של מטופלים עם סוכרת. המתאם בין רמתFFA ועמידות לאינסולין, ודרגת הסיכון למחלה קרדיו-וסקולארית, יכולים להיות חיוניים במטופלים הרלוונטיים. השימוש העיקרי של מדידת רמות FFAהוא בהתחקות אחר הסיבה להיפוגליקמיה בתינוקות ובילדים.

בסיס פיזיולוגי

חומצת שומן היא חומצה קרבוקסילית עם "זנב" אליפטי ארוך, בו הקשרים בין הפחמנים יכולים להיות רוויים (קשר בודד) או בלתי רוויים (קשר כפול). חומצות שומן רוויות הן הסוג השולט מבחינה כמותית. תהליך הביוסינתזה של חומצות שומניות מתרחש על ידי דחיסה של acetyl-CoA, וכיוון שאבן בנין זו מורכבת משני פחמנים, רוב חומצות השומן הטבעיות מורכבות ממספר זוגי של פחמנים, מ-4 עד 28. בדרך כלל מקור חומצות השומן בגוף מהידרוליזה של טריגליצרידים או פוספוליפידים. על ידי הידרוגניזציה ניתן להסב קשר כפול לקשר בודד. שני אטומי פחמן שכנים בשרשרת האליפטית הקשורים ביניהם בקשר כפול, יכולים להופיע בקונפיגורציה של cis או trans.

קונפיגורצית cis משמעותה ששני אטומי מימן הקשורים ל-2 פחמנים הקשורים בקשר כפול, נמצאים מאותו צד של קשר זה. הקשיחות של הקשר הכפול מייצבת את הקונפורמציה שלו, ובמקרה של איזומר cis, גורמת לשרשרת ל"התכופף" ובכך מגבילה את דרגת החופש של הקונפורמציה של חומצת השומן. ככל שהקשרים הכפולים עם קונפיגורצית cis מרובים יותר, קטנה מידת הגמישות שלה, והשרשרת היא בעלת עקמומיות (curved conformation). לדוגמה, חומצה oleic עם קשר כפול בודד, היא בעלת עיקול-"kink", בעוד שחומצה linoleic עם 2 קשרים כפולים, היא בעל כיפוף בולט בהרבה. חומצה α-לינולאית עם שלושה קשרים כפולים, היא בעלת צורת קרס (hooked shape). המשמעות של קונפורמציות שונות אלה, היא שבסביבה מוגבלת מבחינה מרחבית, בה חומצת השומן מהווה חלק מפוספוליפיד בממברנה, או חלק מטריגליצריד בטיפת שומן, קשרי cis מגבילים את היכולת של חומצת השומן להיות ארוזה באופן קומפקטי, מה שיכול להשפיע על טמפרטורת ההתכה של הממברנה.

קונפיגורצית trans לעומת זאת, משמעותה ששני אטומי המימן הקשורים ל-2 הפחמנים המחוברים בקשר כפול, נמצאים במישורים מנוגדים משני צידי קשר זה. כתוצאה מכך, הם אינם גורמים לקשר הכפול "להתכופף" במידה משמעותית, ולכן צורת השרשרת דומה לזו של חומצת שומן רוויה ומתוחה. ברוב חומצות השומן הטבעיות שאינן רוויות, לאחר כל קשר כפול יש 3 אטומי פחמן סמוכים, כולם בקונפיגורצית cis. לעומת זאת, רוב חומצות השומן בקונפיגורצית trans אינם מופיעות בטבע, והן נובעות מתהליך עיבוד כגון הידרוגנציה.

דוגמאות לחומצות שומן רוויות ובלתי רוויות :

טבלאות

הרוב הגדול של חומצות שומניות בדם קשורות לאלכוהול וידועות כ-esterified fatty acids. רק 2-5% מהחומצות השומניות בדם הן חופשיות (non-esterified), אך בגלל מסיסותן הנמוכה בפלזמה הן קשורות לאלבומין.

חומצות שומן חופשיות, או אלה שלא עברו אסטריפיקציה, מקורן בעיקר בהידרוליזה של שומנים מהמזון, לפני שאלה נספגים במעי ונצרכים לסינתזה של ליפידים מורכבים יותר. גם ליפידים ברקמות הגוף יכולים לעבור הידרוליזה ל-FFA על ידי מספר אנזימים ליפוליטיים כגון lipoprotein lipase וכן hormone sensitive lipase ו-phospholipase A, לפני שהם עוברים חילוף חומרים במסלולים שונים כמו חמצון, ריוויון של קשרים כפולים (דה-סטורציה), הארכת השרשרת האליפטית או אסטריפיקציה מחודשת.

חומצות שומן מונומריות בפאזה החופשית שלהם, הן בעלות מסיסות נמוכה בתווך המימי בו הן מצויות בגוף. בנסיוב, חומצות שומן נישאות בין הרקמות בהיותן קשורות לחלבון אלבומין, שכל מולקולה שלו מכילה 6-8 אתרי קישור ספציפיים לחומצות השומן, בנוסף למספר גדול של אתרי קישור חלשים יותר בהם מתאפשרות אינטראקציות לא-קוטביות בין השרשרת הפחממנית של חומצת השומן לבין השרשראות הלא טעונות של חומצות אמינו. בדרך זו, ריכוזן של חומצות שומן ארוכות שרשרת בנסיוב יכול לגדול פי-500 מעל רמתן המרבית הנורמאלית. יש ראיות לכך שחלבוני טרנספורט ספציפיים משתתפים באופן חלקי לצורך שפעול תהליכי אסטריפיקציה של FFA על ידי יצירה מוקדמת של Acyl-CoA.

פעילות פיזיולוגית של חומצות שומן חופשיות:

פרט לתפקיד של חומצות שומן כמקור אנרגיה, FFAs יכולים לשמש כתווכים של איתותים ביולוגיים (second messengers), שכן הם יכולים להיווצר במהירות כתוצאה מקשירה של אגוניסטים ספציפיים לקולטנים שלהם על פני ממברנת התא. בדרך זו לדוגמה, חומצות שומן יכולות לשמש second messenger של מסלולי ה-inositide. חומצות שומן פעילות גם באתרים תוך-תאיים ספציפיים להגברת אותות ביולוגיים. לדוגמה, חומצות שומן משפיעות על הפעילות של אנזימים כמו protein kinases, phospholipases, G-proteins, adenylate cyclase ו-guanylate cyclases ותהליכים מטבוליים אחרים.

חלק מפעילותן של חומצות שומניות מתבצעת באופן בלתי ישיר דרך מטבוליזם של חומצה אראכידונית לאיקוזנואידים. לעומת זאת, יש ראיות לכך שחומצות שומניות כשלעצמן משמשות messengers המתווכים בתגובות התאיות לאותות חיצוניים: לדוגמה, חומצות שומן רב בלתי רוויות כמו DHA וחומצה אראכידונית, נקשרות לקולטן של retinoid X או RXR בגרעין התא ומשפעלים אותו.

המנגנון דרכו חומצות שומן משפעלות שיעתוק גנים, נחקר כיום באופן נמרץ בעיקר בהקשר של משפחת גורמי השעתוק הידועה כ-PPARs או peroxisome proliferator-activated receptors, בגרעיני התאים. חומצות שומן שונות נקשרות ומשפעלות סוגים שונים של PPAR, כאשר חשובים במיוחד הם PPARαו- hepatocyte nuclear factor 4αאו HNF4α.

באופן מיוחד חומצות שומן רב בלתי רוויות עשויות להיות בעלות השפעה חיובית על ידי עידוד של ביטוי גנים המקודדים לאנזימים הכרוכים בחמצונן של חומצות שומן, ובו זמנית לדכא גנים המקודדים לאנזימים הקשורים לסינתזה של ליפידים. חומצות שומן ארוכות אלה משפיעות גם על המטבוליזם של גלוקוזה. כתוצאה מכך, FFAs עשויים לשכך את התסמינים הלא רצויים של התסמונת המטבולית, ואף להפחית את הסכנה של מחלת לב. לעומת זאת, רמות גבוהות מדי של FFAs בפלזמה, עלולות לגרום לשפעול יתר של PPAR, מה שעלול לגרום לתופעה של lipotoxicity הידועה במצבי השמנת-יתר (obesity), עמידות לאינסולין, סוכרת type 2 ו-hyperlipidemia.

יחד עם זאת, אחדות מהשפעות המתווכות על ידי FFAs הן בלתי תלויות ב-PPAR, ולעומת זאת הן כורכות השתתפות של קולטנים על פני ממברנת התאים. כך לדוגמה זוהו קולטנים רבים לחומצות שומן, קולטנים המצומדים ל-G-proteins, ולהם תפקיד חיוני בוויסות התזונה. חלק מקולטנים אלה משופעלים על ידי חומצות שומניןת קצרות שרשרת וחלקם על ידי חומצות שומן חופשיות בעלות שרשרת בינונית או ארוכה. הקולטנים המשופעלים על ידי חומצות שומן קצרות שרשרת ממוקמים בעיקר בתאי β בלבלב, וקשורות להפרשת אינסולין. בתאי מעי מסוימים ממוקמות "מולקולות החשות בנוכחות חומצות שומן", והמזהות נוכחות חומצות שומן במזון המעוכל. מולקולות אלה מעודדות את השחרור של ההורמון cholecystokinin, שהפרשתו גורמת לכיס המרה להתכווץ ולשחרר מלחי מרה לסייע בעיכול המזון. כך למעשה חומצות שומן חופשיות משמשות בתור "חיישנים" לסיוע בוויסות צריכת המזון, ובמה שמוגדר כ-energy homeostasis.

חומצות שומן חיוניות:

הגוף דורש כמות נאותה של חומצות שומן מסוימות, וכיוון שאלו אינן יכולות להיווצר בתוך הגוף במידה מספקת, יש דרישה משמעותית לחומצות שומן אלו מהמזון. חומצות שומן האמורות ידועות כחיוניות או הכרחיות (essential). יש 2 סדרות של חומצות שומן חיוניות: כאלה בהן הקשר הכפול נמצא במרחק של 3 פחמנים מהקצה המתילי, או כאלה בהן הקשר הכפול מרוחק 6 פחמנים מקצה זה. לבני אדם אין יכולת לייצר קשר כפול בחומצות שומן מעבר לפחמנים 9 ו-10 מהקצה הקרבוקסילי בשרשרת.

התפקיד המשמעותי ביותר של חומצות שומן חיוניות הוא השתתפותן בתהליך הספיגה של הוויטמינים מסיסי-שומן A, D, E ו-K. כמו כן הן נחוצות לבניית עצמות, קרישת דם ותחזוק מערכת העצבים המרכזית. חומצות שומניות משמשות גם מצע ליצירת קטונים. למרות שחומצות שומן רוויות המוות מקור אנרגיה חשוב, חיוניותן לתהליכי החיים הבסיסיים, אינה חשובה מזו של חומצות שומניות בלתי רוויות, המשמשות מרכיבות של פוספוליפידים בממברנות התאים, ומהוות גם precursors של פרוסטגלנדינים, כמו גם של מולקולות כ-thromboxanes ו-leukotrienes.

שתי חומצות שומן חיוניות הן linoleic acid ו-α-linoleic acid הידועה כ-ALA. שתי חומצות אלה נפוצות בשמנים צמחיים, לגוף יש יכולת מוגבלת להסב ALA לחומצות השומן ארוכות השרשרת מסוג n-3 המצויות בריכוז גבוה בשמן דגים, eicosapentaenoic acid או EPA, ו-docosahexaenoic acid או DHA.

חומצות שומן כמקור אנרגיה:

חומצות שומן הנאגרות כטריגליצרידים בגוף, חיוניות כמקור אנרגיה כיוון שהן נטולות מים (anhydrous) וכן במצב מחוזר. האנרגיה שניתן להפיק מגרם אחד של חומצות שומן היא בערך 9 קילו-קלוריות (השקול ל-37kJ), בהשוואה ל-4 קילו-קלוריות שניתן להפיק ממשקל זהה של פחמימות. כיוון שהחלק הפחמימתי של חומצות שומן הוא הידרופובי, מולקולות אלה יכולות להיאגר בסביבה יחסית נטולת מים (anhydrous). פחמימות, לעומת זאת, הן מולקולות הידרופיליות הנמצאות בתווך מימי. לדוגמה, גרם אחד של גליקוגן קושר בערך 2 גרם של מים, מה שמתורגם ל-1.33 קילו-קלוריות לגרם. משמעות הבדל זה היא שחומצות שומניות יכולות ל"שמור" פי-6 מכמות האנרגיה הנאגרת בפחמימות. תאים שונים בגוף יכולים להשתמש בגלוקוזה או בחומצות שומן כמקור אנרגיה, אך שרירי הלב והשלד מעדיפים חומצות שומן. למרות מה שהיה מקובל זמן רב, גם המוח יכול לצרוך חומצות שומן כמקור לאנרגיה בנוסף לגלוקוזה ולגופי קטו.

קליטה וטרנספורט של חומצות שומן בגוף:

חומצות שומניות בדרך כלל נקלטות בגוף כטריגליצרידים, שאינם יכולים להיספג במעי. לכן יש פירוק של טריגליצרידים לחומצות שומן חופשיות ולחד-גליצריד על ידי פעולת האנזים ליפאזה ממקור בלוטת הלבלב, היוצר קומפלקס ביחס של 1:1 עם החלבון colipase, החיוני לפעילות האנזים. קומפלקס משופעל זה מסוגל לפעול רק בחזית (interface) בין המים לשומן, ולכן חיוני שחומצות השומן יעברו תִחלוּב (emulsification) על ידי מלחי מרה, כדי לאפשר פעילות אנזימית אופטימאלית. הליפאזה ממקור הלבלב מסירה את חומצות השומן מעמדות 1 ו-3 בטריגליצריד, ואילו שייר המונוגליצריד הנותר (2acylglycerol) יכול להיות מבוקע על ידי האנזים phospholipase A2 לקבלת גליצרול חופשי.

תוצרי הפירוק האנזימי של טריגליצרידים נספגים בעיקר כ-FAA ו-2monoglycerides , אם כי חלק קטן נספג כגליצרול חופשי וכן כ-diglycerides, כל זאת לאחר יצירת מיצלות עם מלחי מרה שנספגות לתוך תאים אנטרוציטים במעי. בתוך תאים אלה חומצות השומן עוברים אסטריפיקציה מחודשת וחוזרות למצב של טריגליצרידים, ואלה מצטרפים להוות חלק מחלקיקי כילומיקרונים, או ליפופרוטאינים, המשתחררים לקפילרות של מערכת הלימפה הידועות כ-lacteals, המתאגדות לצינורות לימפטיים גדולים יותר, ומשם מועברים דרך מערכת הלימפה אל ה-thoracic duct, אל איזור הסמוך ללב. הכילומיקרונים עוברים לדם דרך הווריד הסובקלבי השמאלי. לבסוף, טריגליצרידים נקשרים לממברנות של תאי כבד, תאי שומן (אדיפוציטים) וסיבי שריר, בהם הם נאגרים או מנוצלים מיידים בתהליכים מייצרי אנרגיה.

חומצות שומן קצרות שרשרת או בעלות שרשרת ממוצעת באורכה, נספגות ישירות בזרם הדם דרך קפילרות במעי, והן נודדות דרך וריד השער (portal vein). לעומתן, חומצות שומן ארוכות שרשרת אינן עוברות דרך קפילרות המעי, והן צריכות להיספג דרך ה-villi של המעי, ולאחר הספיגה הן מתכנסות שוב לחלקיקי טריגליצרידים העטופים בכולסטרול וחלבון ליצירת כילומיקרונים.

הכבד משמש כאיבר העיקרי לטיפול בחומצות שומן, לעיבוד של שאריות כילומיקרונים ושל ליפוזומים, כדי שאלה יהפכו לחלק מסוגי הליפופרוטאינים השונים, בעיקר VLDL ו-LDL. חומצות שומן המסונתזות בכבד, מומרות לטריגליצרידים ןנודדות לדם ככילומיקרונים. ברקמות היקפיות, האנזים ליפופרוטאין ליפאזה מעכל חלק מ-VLDL ל-LDL ול-FFA, שנצרכים למטרות מטבוליות, זאת על ידי הרחקת הטריגליצרידים שהיוו חלק מ-VLDL. חלק ה-VLDL הנותר סופח כולסטרול מליפופרוטאינים שונים בדם ליצירת חלקיקי LDL.

LDL נספג בתאים דרך קישורו לקולטנים ספציפיים, ושם הוא מוסב ל-FFA, לכולסטרול ומרכיבי LDL אחרים. הכבד מווסת את ריכוז כולסטרול בדם על ידי הרחקת LDL ממנו, אך גם HDL מלקט כולסטרול, גליצרול וחומצות שומן מהדם ומעבירם לכבד. כאשר רמת הסוכר בדם נמוכה, ההורמון גלוקגון מסמן לאדיפוציטים לשפעל את האנזים hormone-sensitive lipase, ולהמיר טריגליצרידים ל-FFA. כיוון שחומצות שומן חופשיות מסיסות בצורה זעומה בדם באופן שרמתן בו אינה עולה על 1 מיקרומול' לליטר, מתגייס אלבומין לשאת את מולקולות FFA באופן שריכוזן האפקטיבי בדם מגיע למעשה ל-1 מילימול' לליטר. כך שלמעשה אלבומין מוביל את FFA לרקמות השריר והכבד לתהליכי החמצון בתאים אלה (בטא אוקסידציה) לקבלת אנרגיה, זאת כאשר ריכוז גלוקוזה נמוך.

טרנספורט וחמצון של חומצות שומן:

ליפידים ניטרליים נאגרים באדיפוציטים וכן בתאים מייצרי סטרואידים בקליפת האדרנל, בכליות ובאשכים, בצורת טיפות שומן עם ליבה של אסטרים של סטרול וטריגליצרידים המוקפים על ידי שכבת פוספולידים, וציפוי חיצוני של perilipin, שהוא חלבון המגן מפני פעילות ליפאזות. יחד עם זאת, כאשר הורמונים דוגמת אפינפרין מופרשים, או כאשר רמות אינסולין יורדות בתגובה לרמת גלוקוזה נמוכה בדם, נוצר גירוי לאיתות תוך-תאי לשפעול רצף פעילויות המתחיל בזרחון של האנזים hormone-sensitive lipase כדי שזה יפרק טריגליצרידים לגליצרול ולחומצות שומן חופשיות שתשתמשנה לאספקת אנרגיה לתאים הזקוקים לה.

ה-FFAs המשתחרר בתהליך האחרון מגיעות לדם, נישאות על ידי אלבומין לרקמות הזקוקות לאנרגיה, שם משתחררות חומצות השומן החופשיות מאלבומין, וחודרות לציטוזול התאים. האנזימים הדרושים לתהליך ה-β oxidation נמצאים במיטוכונדריה. FFAs עם שרשראות ארוכות יותר מ-12 פחמנים, דורשות סיוע של חלבוני טרנספורט בממברנת התאים כדי לחדור לציטוזול ומשם את תוך המיטוכונדריה.

חומצות שומן עוברות טרנספורט דרך ממברנת התא החיצונית על ידי האנזים carnitine-palmitoyl transferase I או CPT-I, ולאחר מכן הן חוצות את הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה על ידי שהן נקשרות לקרניטין. כאשר הן בתוך המיטוכונדריה, האציל-קרניטין דוגמת palmitoylcarnitine, מגיב עם coenzyme A לשחרר את חומצת השומן מנשא הקרניטין, ליצירה של acetyl-C0A. הטרנספורטר CPT-I חשב להיות השלב מכתיב הקצב (rate-limiting step) בחמצון של חומצות שומן.

בתוך המיטוכונדריה כאמור חומצות שומן עוברות חמצון-בטא, תהליך בו משתחררות זו אחר זו מולקולות דו-פחמניות של acetyl-CoA, כאשר האחרונה יכולה להשתלב במעגל חומצת הלימון, ליצירת NADH ו-FADH2. שני תוצרים אחרונים אלה מנוצלים בהמשך בשרשרת מעבר האלקטרונים (electron transport chain) ליצירת ATP. מולקולת אצטיל-קואנזים A אחת מתורגמת ל-17 מולקולות של ATP, ולשם דוגמה תהליך חמצון-בטא של חומצה פלמיטית בעלת 16 פחמנים מייצר בדיעבד 106 מולקולות ATP.

פירוט תהליך בטא-אוקסידציה של חומצות שומן:

שלב ראשון יש ריאקציה של דה-הידרוגנציה על ידי האנזים acyl-CoA dehydrogenase, המייצר מול אחד של FADH2; אחרי שלב זה מתרחשת הידרציה על ידי האנזים enoyl-CoA dydratase; כאן חל שוב תהליך של דה-הידרוגנציה על ידי 3hydroxyacyl-CoA dehydrogenase המייצר מול אחד של NADH; בשלב האחרון יש ביקוע חומצת השומן על ידי האנזים thiolase המייצר מול אחד של acetyl-CoA ושייר חומצת שומן הקצרה ב-2 פחמנים. מחזור זה חוזר על עצמו עד שחומצת השומן המקורית "התקצרה" ליחידה של acetyl-CoA, או במקרה של חומצות שומן עם מספר לא זוגי של פחמנים מתקבלים בסוף התהליך acetyl-CoA ןמול אחד של propionyl-CoA.

פרט ל-β-oxidation, מסלולי חמצון נוספים משמשים לעתים: לדוגמה, α-Oxidation משמש במקרה של חומצות שומן מסועפות שאינן יכולות לעבור בטא אוקסידציה באופן ישיר. ברטיקולום האנדופלזמי החלק שבכבד יכולה להתבצע ω-oxidation, המשמשת בעיקר להרחקת רעלים (דה-טוקסיפיקציה) אך יכולה לסייע גם כאשר תהליך בטא אוקסידציה כושל. חומצות שומן עם שרשרת מאוד ארוכה (מעל 20 פחמנים) נשברות בשלב ראשון לשרשרות קטנות יותר בפראוקסיזומים.

השפעות הורמונאליות על מטבוליזם של חומצות שומן:

משך שנים היה מקובל ש-hormone-sensitive lipase או HSL הוא האנזים האחראי לתהליך הליפוליזה על ידי הידרוליזה של טריגליצרידים לחומצות שומן חופשיות. לאחרונה נמצא שרוב ה-HSL אמנם הופך טריגליצרודים טריגליצרידים למונוגליצרידים ול-FFAs, כאשר מונוגליצרידים עוברים הידרוליזה על ידי האנזים monoglyceride lipase. נראה שהאנזים adipose triglyceride lipase הוא בעל תפקיד בהמרה של טריגליצרידים לדו-גליצרידים, והאחרונים הם המצע הטוב ביותר ל-HSL. ההורמון HSL מווסת על ידי ההורמונים אינסולין, גלוקגון, אפינפרין ונור-אפינפרין.

גלוקגון מושפע כידוע מתרחישים בהם רמת גלוקוזה נמוכה, ואילו אפינפרין קשרו למצבים של פעילות מטבולית מוגברת, כאשר בשני המצבים הללו יש דרישה אנרגטית והחמצון של חומצות שומניות מוגבר להתאים לדרישות אנרגטיות אלה. גלוקגון, אפינפרין ונור-אפינפרין נקשרים לקולטנים הצמודים ל-G protein המשפעל את האנזים adenylate cyclase ליצירת cAMP. כתוצאה מכך, cAMP משפעל את האנזים protein kinase A, וזה מזרחן ומשפעל את HSL.

כאשר רמת גלוקוזה בדם גבוהה, ליפוליזה מעוכבת על ידי אינסולין, בכך שהוא משפעל את האנזים protein phosphatase 2A, אשר מסיר שייר פוספאט מעל האנזים HSL ובכך מדכא את פעילותו. אינסולין גם משפעל את האנזים phosphodiesterase שעושה הידרוליזה ל-cAMP, ובכך מפסיק את ההשפעה של זרחון מחדש של החלבון protein kinase A.

רמת חומצות שומן חופשיות במטבוליזם פיזיולוגי תקין:

חילוף החומרים של FFAs מהיר, כאשר תקופת מחצית החיים שלהם בפלזמה היא 2-4 דקות בלבד. במצבי צום חומצות שומן חופשיות בפלזמה מקורן העיקרי מהידרוליזה של טריגליצרידים ברקמת השומן. לאחר ארוחה עתירת שומן לעומת זאת, יש תוספת משמעותית לחומצות שומן אלה מהטריגלצרידים הנצרכים במזון. פירוק אנזימטי של טריגליצרידים מדוכא ביעילות על ידי אינסולין, לכן רמת FFAs בפלזמה נופלת לאחר ארוחה עתירת פחמימות, המעודדות שחרור אינסולין.

כמות ה-FFAs בדם עולה כצפוי לאחר ארוחה עתירת שומן, אך נוטה לרדת לאחר ארוחה רגילה. FFAs קשורות עם פעילות מוגברת של reactive oxygen species או ROS, כנראה על ידי התיווך של חומצות שומן חופשיות בשפעול של האנזים NADPH oxidase.

יש מחזוריות צירקדיאנית ברמת FFAs בפלזמה כאשר רמה זו גבוהה ביותר לפנות בוקר לאחר לילה ללא אכילה. רמות חומצות שומן חופשיות נעות בין 0.3-0.6 מילימול' לליטר לאחר צום של לילה, לעומת 1.3 מילימול' לליטר לאחר צום של 72 שעות. רמת FFA בפלזמה של נשים בדרך כלל גבוהה מזו של גברים.

חומצות שומן חופשיות וסיבוכי ההשמנה הבטנית:

נראה שהפרשתם של אדיפוקינים וחומצות שומן חופשיות מרקמת השומן העמוקה עלולה לסייע למקרי תחלואה משמעותית. הודגם כי ייצורם והפרשתם של אדיפוקינים דלקתיים שונים מוגברת בחולים הסובלים ממשקל יתר או השמנה. השמנה בטנית עמוקה ידועה כתורמת בצורה משמעותית לרמות חומצות השומן החופשיות המופיעות בדם הנכנס לכבד. הסמיכות האנטומית בין רקמת השומן העמוקה לבין הכבד דרך וריד השער מגבירה את חשיפת הכבד לרמות מוגברות של חומצות שומן חופשיות אף מעבר לרמה המופיעה בדם ההיקפי.

חומצות שומן חופשיות משפיעות על תהליכי מטבוליזם של שומן המתרחשים בכבד, על ידי עידוד ייצורו של החלקיק השומני העשיר בטריגליצרידים (VLDL) מה שגורם לעליה בריכוז ה- LDL בדם וירידה בריכוז HDL בדם.

השפעה נוספת יש לרמות גבוהות של חומצות שומן חופשיות בשריר, שהוא הצרכן הגדול ביותר של גלוקוזה. רמות גבוהות של חומצות שומן חופשיות גורמות לשקיעתן בתאי השריר, מה שגורם להופעת עמידות להחדרת גלוקוזה לתא השריר על ידי אינסולין, ולעליה ברמות גלוקוזה בדם. כאשר הלבלב מסוגל לספק את רמות האינסולין הנדרשות התוצאה תתבטא בהיפר-אינסולינמיה. אך אם הלבלב כושל ביכולתו להפריש אינסולין בכמות מספקת, תתפתח סוכרת. לפיכך, עליה ברמת חומצות שומן חופשיות בדם ההיקפי, היא בעלת השפעה שלילית על הלבלב. במצב תקין, חשיפה מוגברת חריפה של תאי בטא בלבלב לרמות מוגברות של חומצות שומן חופשיות גורמת לעליה בהפרשת אינסולין. חשיפה כרונית לרמות מוגברות של חומצות שומן חופשיות תגרום לעומת זאת להשפעה הפוכה ולדיכוי הפרשת אינסולין.

לכן עליה בריכוז חומצות שומן חופשיות, בעיקר אלו המיוצרות ברקמת השומן העמוקה, היא בעלת השפעה קרדיו-וסקולארית שלילית, ובעלת משמעות בהופעת סוכרת או מחמירה סוכרת קיימת.

גורמים לתוצאות בלתי תקינות של FFA:

רמה גבוהה או נמוכה של FFA חייבת להתפרש במקביל לתוצאת מדידת הרמה של גלוקוזה ורמת קטונים בדם (בעיקר β-hydroxybutyrate או βOHB), בניסיון לברר פגם מטבולי.

רמות מוגברות של FFA מצביעות על תגובה ליפוליטית המתקבלת במקרים בהם הנבדק הוא היפוגליקמי. אם היחס המולארי [FFA]/[βOHB] גבוה מ-2.0 בתרחיש של היפוגליקמיה, מבטא הנתון הזה פגם בתהליכי חמצון של חומצות שומן. במקרה של אפשרות לפגם האחרון, ייעשה בירור של נוכחות סוגים ספיציפיים של אציל-קרניטין כחלק מבירור של מפגע באנזים medium chain acylCoA dehydrogenase או MCADD. בדרך כלל רמות מוגברות של FFA קשורות לתרחישים של סוכרת לא מאוזנת, ולמצבים בהם יש הפרשה עודפת של הורמונים כאפינפרין, נוראפינפרין, גלוקגון, TSH ו-ACTH, המוגדרים כהורמונים lipoactive. גם צריכת קפאין מגבירה את רמת FFA בדם, שכן קפאין מעודד את התהליך הליפוליטי של הידרוליזה של טריגליצרידים.

רמות נמוכות של FFA מצביעות על חסר בלתי תקין של ליפוגנזה או קטוגנזה בתרחיש של היפוגליקמיה, מה שיכול להצביע על היפר-אינסולינמיה (בגילוי אינסולין בדם) או אף על panhypopituitarism אם רמת קורטיזול והורמון הגדילה (GH) נמוכים בתרחיש של היפוגליקמיה.

הוראות לביצוע הבדיקה

לצורך הבדיקה יש צורך בצום של 12 שעות, אם כי ידוע שצום או רעב ממושך גורמים לעליה של עד פי-3 ברמת FFA. הנבדק צריך להימנע משתיית אלכוהול לפחות 24 שעות לפני הבדיקה. לאחר נטילת הדם, חיוני מאוד להקפיא את הנסיוב או הפלזמה כדי למנוע עליה ניכרת ברמת FFA כתוצאה מהמשך פירוק טריגליצרידים על ידי פעילות האנזים lipase. יש ראיות לכך שאפילו בהקפאת הדגימות בטמפרטורה של מינוס 20 מעלות צלסיוס, עדיין ממשיכה פעילות האנזים ליפאזה, לכן מומלץ להקפיא בטמפרטורה של מינוס 70 מעלות צלסיוס. לעומת זאת הקפאה ממושכת מדי של דגימות פלזמה או נסיוב יכולות לגרום לדעיכה מסוימת ברמת FFA.

אין לבצע את הבדיקה בפלזמה במבחנת ליתיום הפארין, או כאשר הנבדק מטופל בהפארין, שכן הפארין משפעל את האנזים lipoprotein lipase, מה שיגרום להגברה שגויה של רמת FFA in vitro. מומלץ לבצע את מדידת רמת FFA במטופלים בתרחיש של היפוגליקמיה, כדי לאפשר פירוש מדויק יותר של התוצאות. מדידת רמת FFA מתבצעת בדרך כלל במקביל למדידת רמת בטא הידרוקסי-בוטיראט בדם.

שיקולים אנליטיים:

למדידת FFA משמשת שיטה אנזימטית-קולורימטרית. בשיטה כרוכה ריאקציה אצילציה של קואנזים A על ידי חומצות השומן בנוכחות האנזים fatty acyl‐CoA synthetase המוּסף אקסוגנית. תוצר הריאקציה האנזימטית acyl-CoA מחומצן על ידי הוספת האנזים acyl‐CoA oxidase, הידוע גם כ-acyl CoA:oxygen 2‐oxidoreductase, ליצירת מי חמצן. בנוכחות מי החמצן מתרחשת דחיסה חמצונית של שני החומרים המוספים אקסוגנית, 3methy‐N‐ethyl‐N(β‐hydroxyethyl)‐aniline ו- 4aminoantipyrine, להופעת צבע סגול בעל בליעה מרבית באורך גל 550 ננומטר, בו אמנם מודדים את ריכוזי FFA. ניתן להשתמש בטכנולוגיה של גז כרומטוגרף למדידה של חומצות שומן ספציפיות, אם כי פירוט זה אינו נדרש בשגרה הקלינית. יש לקחת בחשבון הפרעות קלות במדידת FFA מרמות מוגברות בנסיוב של חומצת שתן, חומצה אסקורבית, בילירובין והמוגלובין.