Курс лекций по нормальной физиологии. Ю. И. Савченков. Красноярск Издво , 2012, 470 с
 Скачать 8.6 Mb.
|
15.2. Гемоглобин: свойства, соединения гемоглобина, количество Нв, методы его определения. Цветовой показатель. Метаболизм гемоглобина.Практически весь объём эритроцита заполняет дыхательный белок — гемоглобин (Hb). Гемоглобин. В химическом отношении гемоглобин относится к классу белков хромопротеидов. Его молекула состоит из двух a- и двух b-цепей, представляющих полипептиды. Гемоглобиновая молекула образована из 600 аминокислот, ее молекулярный вес равен 66000. Белковая молекула - глобин соединен с четырьмя простетическими группами - гемом . Молекулярный вес каждой из субъединиц – 16000. В центре гема расположен Fe2+. Благодаря особенностям межатомных связей О2 присоединяется к гему (Fe2+) обратимо, при этом атом железа не окисляется, т.е. не переходит в форму Fe3+. Чтобы отличить этот процесс от окисления, присоединение О2 к гемоглобину называют оксигенацией, а молекулу условно записывают в форме HbO2. Обратный процесс соответственно носит название дезоксигенации Гем легко вступает в химическую связь с СО – монооксидом углерода или угарным газом. Эта связь достаточно прочна, поэтому диссоциация комплекса СО с гемом происходит очень медленно. При этом связывание гема с СО препятствует связыванию гема с О2. При окислении Fe2+ в Fe3+ гемоглобин превращается в метгемоглобин, при этом также теряется способность к переносу кислорода. Концентрация. Содержание гемоглобина в крови человека неодинаково на протяжении жизни. У новорожденных оно составляет около 200 г/л, в течение первого года жизни снижается до 120 г/л, а затем постепенно возрастает. В норме у мужчин содержание гемоглобина составляет около 150-160 г/л, у женщин – 140-150 г/л. Определение концентрации гемоглобина в крови имеет важное медицинское значение. При длительном пребывании в высокогорье содержание гемоглобина возрастает, что является адаптационным приспособлением и направлено на нормализацию снабжения тканей кислородом при понижении его содержания в атмосферном воздухе. Уменьшение содержания гемоглобина в крови называется анемией. Методы изучения концентрации Нв - колориметрия и спектрофотометрия при 540 нм. В настоящее время в качестве унифицированного признан цианметгемоглобиновый (гемиглобинцианидный) метод определения Hb крови. Данный метод основан на том, что после взаимодействия с железосинеродистым калием (красная кровяная соль) Hb окисляется в метгемоглобин (гемиглобин), который под влиянием CN-ионов образует окрашенный в красный цвет комплекс — цианметгемоглобин (гемиглобинцианид). Концентрацию цианметгемоглобина измеряют на фотоэлектрокалориметре и расчёт концентрации Hb производят по калибровочному графику. Для определения степени насыщения эритроцитов Нв Гайем в 1905 году предложил вычислять т.н. цветовой показатель (ЦП), т.е. соотношение выраженных в процентах к норме Нв и эритроцитов в крови. Таким образом, ЦП = (Нв Х 100/Нв N) : (Эр Х 100/Эр N), где Нв Х и Эр Х - показатели больного, а Нв N и Эр N - нормальные значения концентрации Нв и эритроцитов. У здорового человека ЦП должен быть близким к 1. Существует несколько типов Hb, образующихся на разных сроках развития организма, различающихся строением глобиновых цепей и сродством к кислороду. Эмбриональные Hb появляются у 19 дневного эмбриона, присутствуют в эритроидных клетках в первые 3–6 мес беременности. Фетальный Hb (HbF) появляется на 8–36 неделе беременности и составляет 90–95% всего Hb плода. Гемоглобин F имеет большее сродство к О2, чем гемоглобин А, что позволяет тканям плода не испытывать гипоксии, несмотря на относительно низкое напряжение О2 в его крови. Эта приспособительная реакция объясняется тем, что гемоглобин F труднее вступает в связь с 2,3-дифосфоглицернновой кислотой, которая уменьшает способность гемоглобина переходить в оксигемоглобин, а следовательно, и обеспечивать легкую отдачу О2 тканям. После рождения его количество постепенно снижается и к 8 мес составляет 1%. Только к концу первого года жизни НвF полностью замещается взрослым - НвА. Оказалось, что и у взрослых Нв гетерогенен. Большую часть (90%) составляет НвА1, НвА2 составляет 3-3%, и НвА3 - 4-12%. При патологии появляются различные аномальные виды Нв. Различия заключаются в необычной последовательности аминокислот в глобине, приводящей к изменениям в физико-химических свойствах и форме молекулы. Виды Нв, его соединения и их значение. Основными соединениями Нв, имеющими физиологическое значение, являются: 1. ННв - восстановленный гемоглобин , не связанный ни с какими газами. 2. НвО2 - оксигемоглобин - соединение с кислородом, непрочное, легко диссоциирует на Нв и кислород, особенно в кислой среде и в присутствии углекислого газа. Кислород присоединен ковалентными связями к молекуле железа. В лёгких при повышенном pO2 Hb связывает (ассоциирует) O2, образуя оксигемоглобин (HbO2), в этой форме HbO2 переносит O2 от лёгких к тканям, где O2 легко освобождается (диссоциирует), а HbO2 становится дезоксигенированным Hb (обозначают как HbH). Для ассоциации и диссоциации O2 необходимо, чтобы атом железа гема был в восстановленном состоянии (Fe2+). При включении в гем трёхвалентного железа (Fe3+) образуется метгемоглобин — очень плохой переносчик O2. 3. НвСО2 - карбогемоглобин - соединение с углекислым газом, нестойкое, легко отдает углекислоту при изменении концентрации кислорода в крови. Углекислота присоединена к карбоксильным группам глобина. 4. НвСО - карбоксигемоглобин - прочное соединение гемоглобина с угарным газом, котором СО соединяется с железом валентными связями и трудно разрушается. Плохой переносчик кислорода. Hb легче (примерно в 200 раз), чем с O2, связывается с монооксидом углерода СО (угарный газ), образуя карбоксигемоглобин (O2 замещён CO). 5.МеtНв - метгемоглобин - прочное соединение Нв с кислородом, в котором железо трехвалентно и присоединяет кислород к основной валентности. В норме постоянно в небольших количествах образуется в крови и разрушается ферментом метгемоглобин-редуктазой эритроцитов.Hb, содержащий Fe гема в трёхвалентной форме (Fe3+); не переносит О2; прочно связывает O2, так что диссоциация последнего затруднена. Это приводит к метгемоглобинемии и неизбежным нарушениям газообмена. Образование MetHb может быть наследственным или приобретённым. В последнем случае это результат воздействия на эритроциты сильных окислителей. К ним относят нитраты и неорганические нитриты, сульфаниламиды и местные анестетики (например, лидокаин). Патологические виды гемоглобина: HbM — группа аномальных Hb, у которых замещение одной аминокислоты способствует образованию MetHb (хотя активность метгемоглобинредуктазы нормальна), гетерозиготы имеют врождённую метгемоглобинемию, гомозиготы погибают в ходе внутриутробного развития. HbS — аномальный Hb (мутация в 6 м положении b цепи), у гетерозигот имеются серповидно-клеточные эритроциты (HbS от 20 до 45%, остальное — HbA, анемии нет), у гомозигот развивается серповидно-клеточная анемия (HbS — 75 100%, остальное — HbF или HbA2). Барта Hb [Bart — фамилия пациента, у которого впервые обнаружен этот Hb] — гомотетрамер, встречающийся у раннего эмбриона и при a талассемии, не эффективен как переносчик O2. Гликозилированный Hb (HbА1С) — Hb(A1), модифицированный ковалентным присоединением к нему глюкозы (норма HbA1C 5,8–6,2%). К одним из первых признаков сахарного диабета относят увеличение в 2–3 раза количества HbA1C. Этот Hb имеет худшее сродство к кислороду, чем обычный Hb. Метаболизм гемоглобина. Удаление эритроцитов из кровотока происходит тремя путями: 1) путём фагоцитоза, 2) в результате гемолиза и 3) при тромбообразовании. Фагоцитоз. Закончившие жизненный цикл и повреждённые эритроциты фагоцитируются макрофагами селезёнки, печени и костного мозга. Поскольку в эритроцитах нет синтезирующего белок аппарата и синтез белка de novo невозможен, со временем в них происходит деградация белков, снижается обмен веществ, нарушается их форма, а на поверхности клетки появляются новые Аг (например, «Аг старения» — деградировавший белок полосы 3). Такие стареющие, а также повреждённые клетки распознаются макрофагами и фагоцитируются. Нормально за 1 сутки из кровотока удаляется 0,5–1,5% общей массы эритроцитов (40 000–50 000 клеток/мкл, или около 4,2´1010/л). Гемолиз — разрушение эритроцитов вследствие как внутренних дефектов клетки (например, при наследственном сфероцитозе), так и под влиянием разных факторов микроокружения [при пирексии — значительном повышении температуры тела, под влиянием меди, мышьяка, бактериальных эндотоксинов; в результате механического повреждения клетки (например, при прохождении через мелкие сосуды), в результате взаимодействия Аг эритроцита с присутствующими в плазме АТ, а также под влиянием компонентов комплемента]. При этом содержимое клетки выходит в плазму, а клеточные обломки фагоцитируются макрофагами. Массовый гемолиз эритроцитов может привести к снижению общего количества циркулирующих эритроцитов (гемолитическая анемия). Тромбообразование сопровождпется частичным разрушением эритроцитов. Катаболизм Нв. Разрушение молекулы Нв может происходить в любой клетке человеческого тела, но преимущественно осуществляется ретикулоэндотелиальной системой. Вследствие аутокаталитического окисления железо переходит в трехвалентную форму, гем - в оксипорфирин. Железо отщепляется от порфириновой молекулы. Гидролитическое расщепление порфиринового кольца приводит к образованию в печени билирубина, в моче уробилина и в кале - стеркобилина. Количество желчных пигментов, образующихся за сутки, используется как мерило разрушения Нв При любом варианте разрушения эритроцитов Hb распадается на гем и глобины. Глобины, как и другие белки, расщепляются до аминокислот, а при разрушении гема освобождаются ионы железа, оксид углерода (СО) и протопорфирин (вердоглобин, из которого образуется биливердин, восстанавливающийся в билирубин). Билирубин в комплексе с альбумином транспортируется в печень, откуда в составе жёлчи поступает в кишечник, где происходит его превращение в уробилиногены. Превращение гема в билирубин можно наблюдать в гематоме: обусловленный гемом пурпурный цвет медленно переходит через зелёные цвета вердоглобина в жёлтый цвет билирубина. Анемия — любое состояние, при котором количество эритроцитов, содержание Hb и Ht снижены относительно нормы (содержание Hb <100 г/л, количество эритроцитов < 4,0´1012/л, содержание железа сыворотки крови <14,3 мкмоль/л). Термин «анемия» без детализации не определяет конкретного заболевания, а лишь указывает на изменения в анализах крови, т.е. анемию следует считать всего лишь одним из симптомов патологических состояний. При любо фонрме анемии происходит снижение кислородной емкости крови. Кислородная ёмкость крови — максимальное возможное количество связанного с HbО2 — теоретически составляет 0,062 ммоль О2 (1,39 мл О2) на 1 г Hb (реальное значение несколько меньше — 1,34 мл О2 на 1 г Hb). Измеренные же значения составляют для мужчин 9,4 ммоль/л (210 мл О2/л), для женщин — 8,7 ммоль/л (195 мл О2/л). |