กรดยูริก

สภาพทางเคมี

กรดยูริกเป็นกรดไดพร็อกติก (diprotic acid) ประเภทหนึ่ง โดยมี pKₐ₁ = 5.4 และ pKₐ₂ = 10.3 ดังนั้น ในภาวะที่เป็นด่างมากคือมีค่า pH สูง มันจะอยู่ในรูปแบบไอออนยูเรตเต็มตัวและมีประจุสองหน่วย แต่ที่ค่า pH ในระบบชีวภาพ หรือเมื่อมีไอออนไบคาร์บอเนตอยู่ด้วย มันก็อยู่ในรูปแบบไฮโดรเจนยูเรต (hydrogen urate) หรือไอออนกรดยูเรต ซึ่งมีประจุหน่วยเดียว เนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออนโดยประจุที่สองเกิดได้ง่ายมาก เกลือยูเรตแบบเต็มตัวจึงแยกสลายด้วยน้ำเป็นไฮโดรเจนยูเรตที่ค่า pH ประมาณกลาง ๆ มันเป็นสารประกอบแอโรแมติกเพราะการมี pi bonding ในวงแหวนทั้งสอง
เพราะเป็นสารอนุพันธ์ของพิวรีน (purine) แบบเฮเทอโรไซคลิก (heterocyclic) และไบไซคลิก (bicyclic) กรดยูริกจะไม่ให้โปรตอนคือ H⁺ (protonation) จากออกซิเจน (คือจากด้าน −OH) เหมือนกับกรดคาร์บอกซิลิก งานศึกษาด้วยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์กับไอออนของไฮโดรเจนยูเรตของผลึกแอมโมเนียมไฮโดรเจนยูเรต (ammonium hydrogen urate) ซึ่งเกิดในร่างกาย (in vivo) โดยเป็นตะกอนสะสมเนื่องจากโรคเกาต์ แสดงว่า ออกซิเจนแบบคีโทนในตำแหน่งที่ 2 ของโครงสร้างพิวรีน (บนคาร์บอนระหว่างไนโตรเจนสองอะตอมในวงแหวนที่มีสมาชิก 6 หน่วย) อยู่ในรูปแบบของ OH group ในขณะที่ออกซิเจนที่อยู่ข้าง ๆ ไนโตรเจนในตำแหน่งที่ 1 และ 3 มีประจุไอออนร่วมกันในวงแหวนแบบ pi-resonance-stabilized ที่มีสมาชิก 6 หน่วย
ดังนั้น ในขณะที่กรดอินทรีย์โดยมากจะให้โปรตอน (deprotonated) เนื่องกับการแตกตัวเป็นไอออนของพันธะเคมีไฮโดรเจน-ออกซิเจนที่มีขั้ว ปกติพร้อมกับการเกิด resonance stabilization โดยมีผลเป็นไอออนคาร์บอกซิเลต กรดยูริกจะให้โปรตอนจากอะตอมไนโตรเจน และจะใช้หมู่ keto/hydroxy ที่เป็นเทาโทเมอร์ สำหรับถอนอิเล็กตรอนเพื่อเพิ่มค่า pK₁ วงแหวนที่มี 5 หน่วยยังมีหมู่ keto (ในตำแหน่งที่ 8) ล้อมรอบด้วยหมู่อะมิโนทุติยภูมิสองหน่วย (ในตำแหน่ง 7 และ 9) และการเสียโปรตอนของหน่วยเหล่านี้ที่ค่า pH สูงก็จะสามารถอธิบายค่า pK₂ และปฏิกิริยาโดยเป็นกรดไดพร็อกติก การจัดระเบียบใหม่เป็นเทาโทเมอร์ และ pi-resonance stabilization ในรูปแบบที่คล้ายกัน ก็จะทำให้ไอออนนี้เสถียรโดยระดับหนึ่ง
การคำนวณดูจะบ่งว่า ในสารละลาย (และในเฟสที่เป็นแก๊ส) รูปแบบที่มีประจุเดียวจะไม่มีไฮโดรเจนบนออกซิเจน และจะไม่มีไฮโดรเจนหนึ่งไม่ว่าจะเป็นบนไนโตรเจนตำแหน่ง 9 หรือบนไนโตรเจนตำแหน่ง 3 เทียบกับกรดยูริกที่ไม่ได้แตกประจุซึ่งจะมีไฮโดรเจนอยู่ที่ไนโตรเจนหมดทั้งสี่ตำแหน่ง (ในโครงสร้างที่แสดงด้านบนขวา NH ที่บนขวาบนวงแหวนที่มี 6 หน่วยคือ "1" ถ้านับตามเข็มนาฬิกาไปรอบ ๆ วงแหวน "6" ก็คือคาร์บอนแบบคีโทนที่ยอดของวงแหวน ส่วน NH บนยอดของวงแหวนมี 5 หน่วยนับเป็น "7" เมื่อนับย้อนเข็มนาฬิกาตามวงแหวน NH ด้านล่างก็จะเป็น "9")
กรดยูริกแยกออกจากนิ่วไตเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1776 โดยนักเคมีชาวสวีเดน (Carl Wilhelm Scheele) ต่อมาในปี 1882 นักเคมีชาวยูเครน (Ivan Horbaczewski) จึงเป็นคนแรกที่สังเคราะห์กรดยูเรตโดยหลอมละลายยูเรียกับไกลซีน

ชีววิทยา

เอนไซม์ xanthine oxidase จะเร่งปฏิกิริยาการสร้างกรดยูริกจาก xanthine และ hypoxanthine ซึ่งก็เป็นผลผลิตจากพิวรีนประเภทอื่น ๆ xanthine oxidase เป็นเอนไซม์โมเลกุลใหญ่ที่มีตำแหน่งกัมมันต์ซึ่งประกอบด้วยโลหะโมลิบดีนัมยึดอยู่กับกำมะถันและออกซิเจน ภายในเซลล์ xanthine oxidase อาจอยู่ในรูปแบบ xanthine dehydrogenase และ xanthine oxireductase ซึ่งสามารถกลั่นได้จากนมและม้ามของวัวและควาย ร่างกายจะหลั่งกรดยูริกออกเมื่อขาดออกซิเจน
ในมนุษย์และไพรเมตระดับสูง กรดยูริก ปกติในรูปแบบไอออนไฮโดรเจนยูเรต จะเป็นผลผลิตขั้นสุดท้ายจากเมแทบอลิซึมของพิวรีน และขับออกทางปัสสาวะ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ โดยมาก จะมีเอนไซม์ uricase ที่ช่วยเติมออกซิเจนและเปลี่ยนกรดให้กลายเป็น allantoin การเสีย uricase ในไพรเมตระดับสูงคล้ายกับการเสียสมรรถภาพการผลิตวิตามินซี จึงเกิดสมมติฐานว่า ยูเรตอาจแทนวิตามินซีได้เป็นบางส่วนในสปีชีส์เหล่านี้ ทั้งกรดยูริกและวิตามินซีเป็นตัวลดออกซิเจน (reducing agent) ที่มีกำลังโดยเป็นตัวให้อิเล็กตรอน และเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่ดี ในมนุษย์ สมรรถภาพต้านอนุมูลอิสระครึ่งหนึ่งภายในน้ำเลือดจะมาจากไอออนไฮโดรเจนยูเรต
ระดับความเข้มข้นของกรดยูริก (หรือไอออนไฮโดรเจนยูเรต) ในเลือดมนุษย์อยู่ที่ 25-80 มิลลิกรัม/ลิตร (mg/L) ในชาย และ 15-60 mg/L ในหญิง (แต่ให้ดูต่อ ๆ ไปในเรื่องการมีค่าที่ต่างกว่าบ้าง) บุคคลหนึ่ง ๆ สามารถมีค่ากรดยูริกสูงถึง 96 mg/L โดยไม่มีโรคเกาต์ ในมนุษย์ ไตเป็นตัวกำจัดกรดยูริก 70% ในแต่ละวัน และในมนุษย์ 5-25% ภาวะไตเสื่อมจะทำให้เกิดภาวะกรดยูริกเกินในเลือด การถ่ายกรดยูริกออกในปัสสาวะอยู่ระหว่าง 250-750 mg ต่อวัน เป็นความเข้มข้น 250-750 มิลลิกรัม/ลิตร (mg/L) ถ้าผลิตปัสสาวะ 1 ลิตรต่อวัน ซึ่งเป็นการละลายที่สูงกว่าการละลายได้ของกรดก็เพราะมันอยู่ในรูปแบบของ acid urate ละลาย
สุนัขพันธุ์แดลเมเชียนมีความบกพร่องทางพันธุกรรมในการดูดซึมกรดยูริกเข้าในตับและไต ทำให้เปลี่ยนกรดเป็น allantoin ลดลง ดังนั้น พันธุ์นี้จึงถ่ายกรดยูริกในปัสสาวะ ไม่ใช่ allantoin
ในนกและสัตว์เลื้อยคลาน และในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อยู่ในทะเลทรายเป็นบางชนิด (เช่นสัตว์ฟันแทะในสกุล Dipodomys) กรดยูริกก็เป็นผลผลิตขั้นสุดท้ายจากเมทาบอลิซึมของพิวรีนด้วย แต่จะถ่ายออกในอุจจาระโดยเป็นของแห้ง ซึ่งจะต้องผ่านวิถีเมแทบอลิซึมที่ซับซ้อนและใช้พลังงานมากเทียบกับการแปรรูปของเสียที่เป็นไนโตรเจนอื่น ๆ เช่น ยูเรีย (จากวงจรยูเรีย) หรือแอมโมเนีย แต่ก็มีประโยชน์ลดการเสียน้ำและป้องกันภาวะขาดน้ำ
ส่วนหนอนน้ำชั้นโพลีคีทาคือ Platynereis dumerilii กรดยูริกเป็นฟีโรโมนทางเพศที่ปล่อยออกในน้ำโดยตัวเมียเมื่อกำลังผสมพันธุ์ ซึ่งกระตุ้นให้ตัวผู้ปล่อยตัวอสุจิ

พันธุศาสตร์

คนส่วนหนึ่งจะมีการกลายพันธุ์ของโปรตีนที่มีหน้าที่ขับกรดยูริกออกผ่านไต ยีนที่มีส่วนร่วมกับการกลายพันธุ์นี้รวมทั้ง SLC2A9, ABCG2, SLC17A1, SLC22A11, SLC22A12, SLC16A9, GCKR, LRRC16A, และ PDZK1 โดย SLC2A9 พบว่า ขนส่งทั้งกรดยูริกและฟรักโทส

การแพทย์และงานวิจัย

ในน้ำเลือดมนุษย์ พิสัยอ้างอิงของกรดยูริกปกติจะอยู่ระหว่าง 3.4-7.2 mg/dL (200-430 µmol/L) สำหรับชาย และ 4-6.1 mg/dL (140-360 µmol/L) สำหรับหญิง โดย 1 mg/dL จะเท่ากับ 59.48 µmol/L ความเข้มข้นกรดยูริกในเลือดที่สูงหรือต่ำกว่าพิสัยปกติเป็นอาการที่เรียกว่า ภาวะกรดยูริกเกินในเลือด (hyperuricemia) และภาวะกรดยูริกต่ำในเลือด (hypouricemia) โดยนัยเดียวกัน กรดยูริกที่สูงหรือต่ำกว่าปกติในปัสสาวะเรียกว่า ภาวะกรดยูริกเกินในปัสสาวะ (hyperuricosuria) และภาวะกรดยูริกต่ำในปัสสาวะ (hypouricosuria) ระดับกรดยูริกในน้ำลายอาจสัมพันธ์กับระดับกรดในเลือด

โรคเกาต์

การมีกรดยูริกเกินในเลือดสามารถกระตุ้นให้เกิดโรคเกาต์ ซึ่งเป็นโรคสร้างความเจ็บปวดโดยมีผลเป็นกรดยูริกตกผลึกเป็นรูปเข็มที่ข้อต่อ หลอดเลือดฝอย ผิวหนัง และเนื้อเยื่ออื่น ๆ โรคเกาต์สามารถเกิดเมื่ระดับกรดยูริกในเลือดอาจถึงค่าเพียงแค่ 6 mg/dL (~357 µmol/L) แต่บุคคลหนึ่ง ๆ ก็อาจมีค่าถึง 9.6 mg/dL (~565 µmol/L) และก็ยังไม่เกิดโรค
ในมนุษย์ พิวรีนจะผ่านเมแทบอลิซึมกลายเป็นกรดยูริกแล้วก็จะขับออกทางปัสสาวะ การบริโภคอาหารที่มีพิวรีนสูงบางประเภท โดยเฉพาะเนื้อสัตว์และอาหารทะเล จะเพิ่มโอกาสเสี่ยง
การจำกัดอาหารอาจช่วยลดระดับกรดยูริกในเลือด แม้จะไม่ใช่วิธีรักษาให้หาย แต่ก็อาจช่วยลดความเสี่ยงที่โรคจะแย่ลงจนถึงกับเจ็บ และช่วยชลอความเสียหายต่อข้อต่อที่เป็นไปอย่างต่อเนื่อง อาหารบางอย่างควรหลีกเลี่ยงแต่ก็ไม่ใช่อาหารที่มีพิวรีนทั้งหมด เป้าหมายของโปรแกรมอาหารก็เพื่อลดความเสี่ยง ช่วยรักษาโรค มีน้ำหนักที่พอดี และทานอาหารถูกสุขภาพ อาหารที่ควรเลี่ยงรวมทั้งเครื่องในสัตว์รวมทั้ง ตับ ไต ต่อมไทมัส ตับอ่อน และอาหารทะเลบางชนิดรวมทั้งปลาแอนโชวี่ ปลาเฮร์ริง ปลาซาร์ดีน หอยแมลงภู่ หอยเชลล์ ปลาเทราท์ ปลาแฮดด็อก ปลาแมกเคอเรล และปลาทูน่า การทานผักที่มีพิวรีนสูงโดยทั่วไป หรือโดยพอประมาณ ไม่สัมพันธ์กับความเสี่ยงโรคที่สูงขึ้น
การรักษาโรคอย่างหนึ่งในคริสต์ศตวรรษที่ 19 ก็คือการให้ทานเกลือลิเทียม เพราะ lithium urate จะละลายน้ำได้ดีกว่า ทุกวันนี้ ความบวมในช่วงที่เจ็บมักจะรักษาด้วยยาแก้อักเสบชนิดไม่ใช่สเตอรอยด์ (NSAID) โคลชิซีน หรือ corticosteroid และจะบริหารระดับยูเรตด้วย allopurinol ซึ่งมีฤทธิ์ระงับ xanthine oxidase อย่างอ่อน ๆ และมีฤทธิ์คล้าย ๆ (คือเป็น analog) ของ hypoxanthine โดย xanthine oxidoreductase จะเป็นตัวเพิ่มหมู่ไฮดรอกซิลผ่านกระบวนการ hydroxylation ที่ตำแหน่งที่สองทำให้กลายเป็น oxipurinol

กลุ่มอาการเนื้องอกสลาย (Tumor lysis syndrome)

กลุ่มอาการเนื้องอกสลาย (Tumor lysis syndrome) เป็นอาการฉุกเฉินที่เป็นผลมาจากมะเร็งเม็ดเลือด ที่ก่อให้เกิดกรดยูริกระดับสูงในเลือด โดยเซลล์เนื้องอกปล่อยสารในเซลล์ออกในเลือด ไม่ว่าจะเกิดเองหรือหลังจากได้เคมีบำบัด อาการอาจทำให้ไตเสียหายอย่างเฉียบพลันเมื่อกรดยูริกตกผลึกที่ไต การรักษารวมทั้งการให้น้ำ (hyperhydration) เพื่อทำให้กรดยูริกเจือจางแล้วขับออกทางปัสสาวะ ให้ยา rasburicase เพื่อลดระดับกรดยูริกที่ไม่ละลายในเลือด หรือให้ allopurinol เพื่อห้ามกระบวนการแคแทบอลิซึมของพิวรีนเพื่อไม่ให้เพิ่มระดับกรดยูริก

Lesch-Nyhan syndrome

Lesch-Nyhan syndrome เป็นโรคทางพันธุกรรมที่มีน้อย และสัมพันธ์กับระดับกรดยูริกในเลือดสูง และมีอาการอื่น ๆ รวมทั้งภาวะกล้ามเนื้อหดเกร็ง การเคลื่อนไหวนอกอำนาจใจ ปัญญาอ่อน (cognitive retardation) และอาการต่าง ๆ ของโรคเกาต์

โรคหลอดเลือดเลี้ยงหัวใจ

ภาวะกรดยูริกเกินในเลือดอาจเพิ่มปัจจัยเสี่ยงให้เกิดโรคหลอดเลือดเลี้ยงหัวใจ

โรคเบาหวานแบบ 2

ภาวะกรดยูริกเกินในเลือดอาจเป็นผลของการดื้ออินซูลินเพราะโรคเบาหวาน โดยไม่ใช่อาการตั้งต้นของโรค งานศึกษาหนึ่งแสดงว่า ระดับกรดยูริกในเลือดสูงจะสัมพันธ์กับความเสี่ยงโรคเบาหวานแบบ 2 ที่สูงกว่า ต่างหากจากโรคอ้วน สัมพันธ์กับภาวะไขมันในเลือดผิดปกติ (dyslipidemia) และความดันโลหิตสูง ภาวะกรดยูริกเกินในเลือดยังสัมพันธ์กับองค์ประกอบต่าง ๆ ของกลุ่มอาการทางเมแทบอลิซึม (metabolic syndrome) รวมทั้งในเด็ก

การเกิดนิ่วกรดยูริก

นิ่วไตสามารถเกิดโดยการสะสมจุลผลึกของโซเดียมยูเรต
ความอิ่มตัวของกรดยูริกในเลือดอาจมีผลเป็นรูปแบบหนึ่งของนิ่วในไตเมื่อยูเรตตกผลึกในไต นิ่วกรดยูริกเหล่านี้โปร่งรังสี ดังนั้น จึงไม่ปรากฏในภาพเอกซ์เรย์ท้องธรรมดา ๆ ผลึกกรดยูริกยังส่งเสริมให้เกิดนิ่วแบบแคลเซียมออกซาเลต โดยเป็นเหมือนกับผลึกล่อ/เริ่มต้น

กรดยูริกต่ำ

ภาวะกรดยูริกต่ำในเลือด (hypouricemia) มีเหตุหลายอย่าง การได้สังกะสีจากอาหารน้อยจะทำให้กรดยูริกต่ำ ผลเช่นนี้อาจชัดขึ้นในหญิงที่ทานยาคุมกำเนิด ยาที่ใช้ป้องกันภาวะฟอสเฟตเกินในเลือด (hyperphosphataemia) ที่บ่งใช้ในคนไข้โรคไตเรื้อรัง ก็สามารถลดระดับกรดยูริกในเลือดอย่างสำคัญ

โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง

งานวิเคราะห์อภิมานในงานศึกษาที่มีกลุ่มควบคุม 10 งานแสดงว่า ระดับกรดยูริกในเลือดของคนไข้โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็งจะต่ำกว่ากลุ่มควบคุมปกติอย่างสำคัญ ซึ่งอาจชี้ว่า นี่เป็นอาการส่อทางชีวภาพของโรคนี้

การทำระดับกรดยูริกต่ำให้ปกติ

การแก้ปัญหาสังกะสีต่ำหรือได้ไม่พอ อาจช่วยเพิ่มระดับกรดยูริกในเลือด