Какую функцию выполняет гемоглобин организмах млекопитающих

Какие функции выполняет гемоглобин в организме человека

© Автор: З. Нелли Владимировна, врач лабораторной диагностики НИИ трансфузиологии и медицинских биотехнологий, специально для СосудИнфо.ру (об авторах)

О гемоглобине (HB, HGB) часто говорят, даже не зная, а лишь подозревая о его важности в организме человека. Анемия, называемая в народе малокровием, или слишком густая кровь, как правило, связываются с вариациями значений красного кровяного пигмента. Между тем, круг задач гемоглобина очень широк и его колебания в ту или иную сторону могут вызвать серьезные нарушения здоровья.

Чаще всего падение уровня гемоглобина связано с развитием железодефицитной анемии, она нередко бывает у подростков, молодых девушек, при беременности, поэтому основной акцент в данной статье будет сделан на то, что пациенту наиболее интересно и понятно, ведь не станет же больной самостоятельно заниматься какой-нибудь тяжелой формой гемолитической анемии.

Строение гемоглобина и его структура

Гемоглобин имеет в структуре две части — белок глобин и небелковый гем, строение молекулы позволяет ему присоединять и отдавать кислород, воду и углекислый газ. Гем относится к пигментам, то есть красящим веществам. Он придает крови алый цвет. Внутри гема есть железо. Гемоглобин содержит 4 гема, каждый со всех сторон обвит цепочкой аминокислот белка глобина. Эти 4 субъединицы позволяют связывать 4 молекулы кислорода из воздуха в легких.

Эритроциты, состоящие на 95% из гемоглобина, захватывают кислородные молекулы и переносят его к клеткам организма. Гемоглобин отдает кислород, а взамен забирает воду и углекислый газ, которые выделяются также через легкие. Соединение гемоглобина с кислородом называется оксигемоглобин, а с углекислотой — дезоксигемоглобин. Все они в норме есть в эритроцитах.

Если гемоглобин соединяется с угарным газом, то блокируются все 4 части молекулы, в результате она теряет способность соединяться с кислородом. Если есть отравление азотом или цианидами, то железо становится из двухвалентного (нормального) трехвалентным. Это тоже нарушает перенос кислородных молекул, образуется метгемоглобин. Подобная реакция бывает и при отравлении некоторыми медикаментами, наследственных болезнях.

Виды

Все виды гемоглобина делятся на нормальные (физиологические) и с нарушенной структурой (патологические). Для их обозначения используют латинские буквы и сокращение Hb (haemoglobinum).

Нормальные формы

В норме можно найти в крови:

• зрелый гемоглобин HbA, его у взрослого 95-98%, а у новорожденного 80%;
• фетальный гемоглобин HbF (фетус означает плод) образуется со 2 месяца беременности у плода, циркулирует до рождения, разрушается в первую неделю жизни, отличается большей способностью захватывать кислород;
• эмбриональный HbE образуется у плода до 2 месяца внутриутробного развития.

В зависимости от того, что присоединил гемоглобин, выделены формы:

• HbО2 — соединение с кислородом (оксигемоглобин);
• HbСО2 — гемоглобин с углекислым газом, он называется дезоксигемоглобин;
• HbMet — метгемоглобин с окисленным железом, его количество в норме допускается до 3%.

Патологические

Патологических гемоглобинов известно более 300 форм. Наиболее часто находят:

• HbS — гемоглобин при серповидно-клеточной анемии;
• HbCO — карбоксигемоглобин, образующийся при отравлении угарным газом;
• HbA1С — гликозилированный гемоглобин, его уровень возрастает при сахарном диабете.

Перенос кислорода

Вдыхаемый воздух содержит почти 21% кислорода, 0,3% углекислого газа и 79% азота. Непосредственно в альвеолы легких воздух поступает с более низким уровнем О2 и более высоким уровнем СО2 — приблизительно 19% и 2%, соответственно. Связано это с тем, что в альвеолы поступает приблизительно следующая воздушная смесь: 150 мл из мертвого пространства легких + 350 мл вдыхаемого атмосферного воздуха.

В альвеолах происходит газообмен между альвеолярным воздухом и капиллярной кровью, в результате чего уровень О2 в альвеолах снижается до 14,5%, а СО2 возрастает до 5,5%.

В выдыхаемом воздухе пропорции О2 и СО2 меняются — 16,4% и 4% соответственно, уровень азота остается неизменным — 79%. Почему, спросите Вы, в выдыхаемом воздухе уровень О2 выше, чем в альвеолах легких? Все очень просто. Ведь выдыхаемый воздух — это смесь альвеолярного и вдыхаемого воздуха из мертвого пространства дыхательный путей, поэтому на выходе из дыхательных путей мы имеем приблизительно следующую смесь: 500мл альвеолярного воздуха (14,5% О2) + 150мл воздуха «мертвого пространства» бронхиального дерева (21% О2).

Обычно такие тонкости практически нигде не указывают, хотя это имеет немалое значение в понимании процесса газообмена и для развития логического мышления врача. Приведу маленький пример: одышка у курильщиков и пациентов с ХОБЛ. Помимо всех «прелестей» изменения структуры легочной ткани и бронхов, у них будет увеличено мертвое пространство (за счет развития бронхоэктазов), а значит количество «баластного» воздуха будет увеличено и при каждом вдохе в альвеолы будет поступать завышенное количество обедненного кислородом воздушной смеси. У таких пациентов постепенно развивается хроническое кислородное голодание, которое приводит не только к хронической усталости и снижению иммунитета, но и появлению таких специфических изменений, как пальцы в виде часовых стекол и барабанных палочек.

Небелковая часть гемоглобина

Гем — это небелковая часть гемоглобина, составляющая 4% от его массы. По химическим свойствам он является пигментом красного цвета. Молекула гемоглобина содержит ионы железа двухвалентного, при окислении оно переходит в трехвалентное, а гем — в гематин, гемоглобин — в метгемоглобин. Перенос кислорода при этом нарушается.

Провоцируют потерю способности к транспортировке молекул свободные радикалы. Они образуются при обменных нарушениях, сахарном диабете, применении некоторых медикаментов (Парацетамол, сульфаниламиды), попадании нитратов из воды и продуктов. Препятствуют окислению гема витамины С, А, Е и микроэлемент селен. Они относятся к системе антиоксидантной защиты организма. Больше всего их содержится в таких продуктах:

• болгарском перце, черной смородине, цитрусовых, зеленом горошке (витамин С);
• говяжьей печени, молоке, твороге, моркови, шпинате (витамин А и провитамин каротин);
• растительном масле, зародышах пшеницы, орехах (витамин Е);
• яйцах, кукурузе, чечевице, миндале, бразильских орехах (селен).

Биологическая роль гемоглобина

Основная биологическая роль гемоглобина — это обеспечение тканевого дыхания, переноса кислорода для образования энергии и удаления углекислого газа. При этом первая его функция основная для организма, так как без гемоглобина кислородное обеспечение невозможно. Для выведения углекислоты есть и другие пути — 80% ее просто растворяется в крови и только 20% переносит гемоглобин.

Нарушение этих процессов происходит при снижении абсолютного числа гемоглобина или потери его активности. Чтобы проверить достаточность питания клеток кислородом, назначается общий анализ крови, а последствия нехватки показывает биохимия:

• напряжение кислорода;
• кислородная емкость;
• артерио-венозная разница по кислороду;
• насыщение гемоглобина кислородом.

Перенос углекислого газа

После участия в тканевом дыхании, из кислорода образуется углекислый газ, вывод из организма которого также является функцией гемоглобина.

Учитывая характер реакций протекающих в клетках любых тканей организма О2+С=СО2, становится понятно, что углекислого газа в организме образуется практически такой же объем, как и потребляемого кислорода. Так как гем может переносить 4 молекулы углекислого газа, то емкость крови на молекулярном уровне будет равняться кислородной емкости, т.е. 4 молекулы О2 в одну сторону и 4 молекулы СО2 в другую.

Чем же чревата задержка углекислого газа в организме человека? Закислением крови. Если рН крови снизится менее своей нормы, т.е. < 7,4, то это отразится на протекании биохимических процессов во всех клетках, тканях и во всем организме в целом. Не буду перечислять все симптомы последствий закисления организма, но перечисленных ниже будет более чем достаточно, чтобы понять насколько важно организму своевременно избавляться от углекислого газа и выполнять буферную функцию.

Симптомы снижения pH крови:

1. Повышенная утомляемость
2. Частые простудные заболевания
3. Низкая стрессоустойчивость
4. Ломкость волос и повышенное их выпадение
5. Бледный, нездоровый цвет лица
6. Повышенные проблемы с зубами и деснами: кариес, частые гингивиты, стоматиты
7. Проблемы верхних дыхательных путей: хронический насморк, синуситы
8. Склонность к аллергическим реакциям
9. Повышенная кислотность желудочного сока
10. Пищеварительные расстройства: частые боли в животе, нарушение пищеварения
11. Хрупкость костей, склонность к переломам, проблемы с суставами
12. Частые судороги
13. Нарушение кожных покровов: сухость, покраснения, межфаланговые трещины, грибок, дерматиты
14. Проблемы с артериальным давлением

Поэтому перенос СО2 от тканей к легким — такая же важная функция, как и снабжение организма О2.

Гемоглобин: клиническое значение

При снижении нормальных форм гемоглобина в крови ставят диагноз анемии, клиническое значение имеют показатели ниже 100 г/л при норме 120-140 г/л для женщин и 135-160 г/л для мужчин. Для детей результат рассматривают в зависимости от возраста — нижняя граница может быть от 90 единиц для грудничков и 105-115 для ребенка в 7-12 лет.

Симптоматика сниженного гемоглобина в крови включает признаки дефицита кислорода: общая и мышечная слабость, одышка, частый пульс, быстрая утомляемость, головная боль, головокружение, обморочные состояния. Анализ крови на эритроциты и гемоглобин покажет их нехватку, но не дает возможности определить причину. Поэтому требуется обследование: тесты на ферритин, трансферрин, железо и способность к его связыванию.

Реже обнаруживают гемоглобин выше нормы, это состояние называется полиглобулией и бывает при опухолевом процессе, длительной дыхательной и сердечной недостаточности. Для высоких показателей типично покраснение кожи, синева в носогубном треугольнике, головные боли, снижение зрения, тяжесть в правом подреберье.

Лечение анемии

Лечение анемии зависит от причины заболевания. Изменения в диете или пищевые добавки могут помочь людям, которые имеют железодефицитную анемию.

Лекарственные препараты и переливание крови являются одними из вариантов лечения апластической анемии.

Полицитемия — это пожизненное состояние, которое не лечится, но может управляться с помощью препаратов.

При серповидноклеточной болезни единственным доступным лекарством является кроветворная трансплантация стволовых клеток. Процедура уменьшает симптомы и улучшает качество жизни человека.

Миоглобин и гемоглобин — отличия

Миоглобин и гемоглобин похожи, но первый находится в мышечной ткани, в отличие от гемоглобина, циркулирующего в крови. Он способен присоединять и временно удерживать кислород, перемещать его внутри клеток. При недостаточном поступлении кислорода миоглобин временно устраняет его дефицит.

Молекула гемоглобина имеет сложную структуру, состоит из нескольких белковых цепей, а миоглобин имеет только одну цепочку. В норме миоглобина в крови нет, он появляется только при разрушении мышечной ткани. Этим признаком пользуются при постановке диагноза инфаркта миокарда, так как в сердечной мышце содержится особый вид этого белкового комплекса.

Выше нормы

Высокий уровень гемоглобина может быть признаком сгущения крови и риска тромбоэмболий, симптомом гематологических заболеваний (полицитемия) и другой патологии:

1. Злокачественных новообразований, клеткам которых очень необходим кислород;
2. Пороков сердца;
3. Бронхиальной астмы и сердечно-легочной недостаточности;
4. Следствием ожоговой болезни (отравление токсинами, вышедшими из погибших клеток);
5. Нарушений синтеза белков в печени, которые могли бы препятствовать выходу воды из плазмы (болезни печени);
6. Потери жидкости при заболеваниях кишечного тракта (непроходимость, отравления, инфекции).

Кроме определения гемоглобина, который является важным показателем общего анализа крови, в случаях сахарного диабета определяют гликированный гемоглобин, представляющий собой биохимическое исследование.

Гликогемоглобин считают весьма важным диагностическим критерием, основанным на свойстве Hb создавать прочную связь с глюкозой, поэтому его увеличение может стать свидетельством повышения сахара в крови в течение продолжительного времени (приблизительно 3 месяца — таково время жизни эритроцитов). Норма гликированного гемоглобина находится в пределах 4 — 5,9%. Повышенный гемоглобин, содержащий глюкозу, указывает на развитие осложнений диабета (ретинопатия, нефропатия).

С повышенным уровнем гемоглобина (хоть с сахаром, хоть без него) бороться самостоятельно не рекомендуется. В первом случае нужно лечить сахарный диабет, а во втором следует искать причину и попытаться ликвидировать ее с помощью адекватных терапевтических мероприятий, ибо в противном случае можно только усугубить ситуацию.

Частые вопросы по структуре гемоглобина

Какая валентность железа в гемоглобине? В норме железо двухвалентное, при окислении переходит в трехвалентное, что ухудшает перенос кислорода.

В чем особенность химического строения гемоглобина? Гемоглобин имеет четвертичную структуру, то есть белковые цепи и пигмент вначале соединены в комплексы (первичная структура), а потом эти четыре субъединицы скрепляются между собой.

Что такое нативный гемоглобин и какую он имеет структуру? Нативный гемоглобин — это нормальный, не поврежденный, в его структуре есть гем и глобин, соединенные в 4 комплекса.

Сколько атомов железа в молекуле гемоглобина? В составе гемоглобина 4 гема с железом, поэтому в одной молекуле содержится 4 атома этого микроэлемента.

Строение гемоглобина позволяет ему присоединить кислород, переносить его к клеткам, забирать углекислый газ. При снижении возникает анемия с симптомами кислородного голодания.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

Источник