Электрофорез (от электро- и греч. - переносить) - электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля. Электрофорез как биохимический полуколичественный метод (зональный электрофорез), позволяющий разделить смесь белков в зависимости от их молекулярной массы и электрического заряда является очень мощным способом для оценки широкого спектра жизненных процессов.
Принципиальной основой всех электрофоретических методов является тот факт, что находящиеся в растворе молекулы, располагающие электрическим зарядом, под действием сил электрического поля смещаются в сторону противоположно заряженного электрода. Скорость миграции вещества в среде с одной и той же силой электрического поля, зависит от размера частиц и их электрического заряда. В случае белковых молекул, благодаря их амфотерным свойствам, направление и скорость смещения во многом зависит от рН среды, в которой происходит миграция. Заряд различных белков в растворах с одинаковым рН зависит от аминокислотного состава, так как диссоциация белковых цепей приводит к образованию групп, имеющих положительный или отрицательный заряд. Под влиянием сил электрического поля компоненты разгоняемой системы распределяются согласно их заряду, приобретая соответствующую скорость движения, т.е. происходит электрофоретическое разделение. Внедрение электрофоретических «носителей» привело к улучшению технологий и одновременно к упрощению фракционирования. В качестве «носителей» используются фильтровальная бумага, целлюлоза, ацетат целлюлозы, различные гели (полиакриламид), агароза и др. При этом во время элекрофореза, наряду с разделением частиц согласно их зарядам, вступает в силу так называемый «молекулярно ситовой эффект», когда гелевая структура ведет себя по отношению к ионам как фильтр. Ионы, превышающие ее пористость не проходят или проходят очень медленно, а более мелкие ионы быстрее проникают через поры медиума. Таким образом, скорость передвижения зависит не только от заряда иона, но и от величины пор геля, формы пор, величины движущихся ионов, взаимодействия между матрицей геля и движущимися ионами (адсорбция и др.). Используя ацетат целлюлозу, можно разделить сывороточные белки на пять фракций: альбумин и четыре глобулиновых группы: альфа 1, альфа 2, бета (часто подразделяются на 2 различные группы: бета 1 и бета 2) и гамма (рисунок и таблица). В последние годы все большую диагностическую значимость приобретает электрофорез высокого разрешения протеинов, который позволяет выделить около 15 фракций белков.
Наибольшая популярность до настоящего времени принадлежит электрофорезу белков (см. выше) как одному из наиболее информативных лабораторных тестов. Он предполагает огромную диагностическую информацию, особенно когда исследование дополняется такими высокоспецифичными тестами как иммуноэлектрофорез, количественной оценкой иммуноглобулинов и других специфических протеинов, Т- и В-лимфоцитов и стадий трансформации лимфобластов.
Таким образом электрофорез белковых фракций (и его разновидность – иммуноэлектрофорез) является инструментом для скрининга и диагностики (индикатором) острого и хронического воспаления (по изменению соотношения основных белковых фракций), заболеваний печени и почек (нефротический синдром, который может быть обусловлен различными патологическими процессами - диабет, заболевание соединительной ткани, гломерулонефриты и др.), злокачественной патологии и патологии иммунной системы (злокачественные моно- и желудочно-кишечного тракта (гастроэнтеропатическая гипопротеинемия), поликлональные гаммапатии, сопутствующие иммунопролиферативным заболеваниям), острых и хронических инфекций, генетических поломок, заболеваний центральной нервной системы и многих др. видов патологии.
Также электрофорез позволяет изучать липидный профиль. Клиническая значимость данного теста возрастает в последнее время параллельно увеличивающейся статистике сердечно-сосудистых заболеваний. Точное определение фенотипа дислипопротеинемии абсолютно необходимо для обоснования патогенетического лечения и обоснованного прогноза, т.к. лечение гиперлипидемий зависит от фенотипа.
Не менее значим для клинической практики электрофорез изоэнзимов и гемоглобина, в том числе и гликозилированного гемоглобина. Изоэнзимы, являющиеся молекулярными вариациями некоторых ферментов, имеют идентичную каталитическую активность, но различаются пространственной конфигурацией. Отличаясь электрофоретической мобильностью, эти молекулы разделяются, характеризуя специфическую ферментативную активность определенного органа. Наибольшую диагностическую значимость приобретает интерпретация электрофореза изоэнзимов креатинфосфокиназы (КФК), лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и щелочной фосфатазы (ЩФ), которые отражают патологию мышц, в частности миокарда (при инфаркте миокарда). На современном этапе электрофорез как способ диагностики заболеваний, связанных с выявлением той или иной формы гемоглобинопатии является самым информативным методом диагностики (к настоящему времени у человека идентифицированы более 200 анормальных гемоглобинов; наибольшее клиническое значение из них имеют гемоглобины S, С, D и Е). Нельзя не упомянуть о электрофоретическом количественном измерении гликозилированного гемоглобина (HbAl), состоящего из 5 фракций (HbAla, HbAlb, HbAlc, HbAld и HbAle); для выявления преддиабетических состояний и оценки антидиабетической терапии абсолютно необходимо определениеНЬА1с
Следует подчеркнуть возможность электрофоретического обследования цереброспинальной жидкости. К примеру, электрофоретический профиль ликвора является важным диагностическим аргументом при диагностике иммунопатологических процессов с неврологической аффектацией. Выявление олигоклональных групп при электрофорезе цереброспинальной жидкости - лучший и единственный на настоящее время тест для диагностики рассеянного склероза. Из других биологических сред организма, используемых для электрофоретических тестов с целью установления диагноза, следует упомянуть плевральную, перикардиальную, синовиальную и слезную жидкости.
Иммуноэлектрофорез (ИЭФ). Это самый эффективный метод подтверждения наличия в сыворотке или моче парапротеина и идентификации типа легких и тяжелых цепей. ИЭФ помогает идентифицировать антигены по электрофоретической подвижности, особенно в том случае, когда в образце присутствуют и другие антигены. С помощью данного метода в клинической иммунологии полуколичественно определяют концентрацию иммуноглобулинов и идентифицируют миеломные белки (миеломная болезнь). ИЭФ позволяет диагностировать гипогаммаглобулинемию и агаммаглобулинемию, которая чаще всего связана с наследственной патологией и проявляется уже в раннем детстве (синдром Вискотт-Алдриха, болезнь Брутона, атаксия). Приобретенная недостаточность иммуноглобулинов во взрослом возрасте может быть вторичной, в виде моноклональной гаммопатии или быть индуцированной иммуносупрессивной терапией.
Суть ИЭФ заключается в следующем: вначале проводят электрофоретическое разделение белков в геле (см. электрофорез); [далее] по окончании электрофореза в геле параллельно направлению электрофореза вырезают бороздки; затем в бороздки вносят антитела (антисыворотку), например к тяжелым (альфа, дельта, эпсилон, гамма, мю) или легким (лямбда, каппа) цепям иммуноглобулинов. Эти антитела и разделенные при электрофорезе белки диффундируют навстречу друг другу. В тех местах, где антитела связываются с белками, образуются дуги преципитации (рисунок). На основе сочетания электрофореза с иммуноперципитацией разработано несколько удачных методов, в каждом из которых перемещение антигена в электрическом поле приводит к его контакту с антителами (рисунок).