Кривая диссоциации гемоглобина к кислороду

Содержание статьи

Кривая диссоциации оксигемоглобина

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Этот график — кривая диссоциации оксигемоглобина, или сатурационная кривая, показывает, какая доля гемоглобина в данной крови связана с О2 при том или ином его парциальном давлении, а какая — диссоциирована, т.е. свободна от кислорода. КДО имеет S-образную форму. S-образный вид КДО указывает на кооперативный характер взаимодействия О2 с Hb. При соединении или отдаче одной молекулы О2 отмечаются функциональные изменения остальных субъединиц Hb в тетрамере.Такая её конфигурация, имеет определенный физиологический смысл, заключающийся в том, что оксигенация крови в легких сохраняется на высоком уровне даже при относительно низком альвеолярном pO2, а её деоксигенация существенно изменяется даже при небольшом изменении капиллярно-тканевого градиента pO2. Плато кривой характерно для сатурированной О2 (насыщенной) артериальной крови, а крутая нисходящая часть кривой — венозной, или десатурированной крови в тканях (рис. 2.4.).

В качестве показателя CГK принимается значение pО2, при котором Hb наполовину насыщается О2, обозначаемая p50, равна 26-28 мм рт.ст. При повышении СГК p50 уменьшается, а при снижении — повышается. Традиционно полагают, что сдвиг КДО вправо повышает отдачу кровью кислорода тканям, а влево затрудняет десатурацию крови в микроциркулярном русле.

На кривой выделяют 3 участка: от 0 до 10 мм рт. ст. — прямо пропорциональная зависимость, от 10 до 50 — насыщение очень быстрое, от 60 до 90 — насыщение почти не изменяется. При рО2 в артериальной крови, равном 96 мм рт. ст., % насыщения гемоглобина кислородом составляет 97%, а в венозной крови с рО2, равным 40 мм рт. ст., % насыщения гемоглобина равен 75%.

Значение S-образной формы кривой:

1) Крутой наклон среднего участка, соответствующий напряжениям О2 в тканях (35 мм рт. ст. и ниже), благоприятствует отдаче О2 в них.

2) Пологая часть, КДО соответствующая высоким напряжениям О2, обеспечивает стабильность тканевого рО2в условиях, когда рО2 артериальной крови может уменьшаться: при подъеме в горы или на самолете, при заболеваниях легких, с возрастом. Даже когда альвеолярное рО2 снижается до 60 мм рт. ст., гемоглобин в артериальной крови все еще насыщен О2 на 89%, что только на 8% ниже нормальной 97% сатурации.

3) С другой стороны, когда альвеолярное рО2 увеличивается до 500 мм рт. ст. (при вдыхании воздуха под повышенным давлением, например, на глубине моря или в компрессионных камерах), насыщение гемоглобина кислородом также изменяется мало — максимум на 3%.

Следовательно, при варьировании альвеолярного рО2 от 60 до 500 мм рт. ст. рО2 в тканях изменяется только на несколько мм рт. ст., т.е. гемоглобин буферирует сдвиги тканевого рО2.

В настоящее время принято оценивать положение КДО не по наклону кривой, а по расположению на ней двух точек. Первая соответствует 50%-ному насыщению гемоглобина кислородом — Р50 — напряжение полунасыщения (точка разрядки по Крогу). В норме при рН = 7,4 и t = 37оС, Р50 артериальной крови 26 мм рт. ст. (3,46 кПа). Оно выше у женщин, чем у мужчин. Напряжение разрядки достаточно высоко, что обеспечивает эффективный градиент рО2 между капиллярами и тканями, где рО2 не более 10-15 мм рт.ст. Вторая точка соответствует 95%-ному насыщению гемоглобина кислородом — Р97 — точка зарядки. В норме Р97 артериальной крови 70 мм рт. ст.

КДО может занимать различное положение, характеризующееся смещением ее средней части вправо или влево (рис.2.5. ).

Сдвиги кривой диссоциации

Традиционно полагают, что сдвиг КДО вправо повышает отдачу кровью кислорода тканям, а влево затрудняет десатурацию крови в микроциркулярном русле.

Смещение влево сопровождается снижением Р50 и повышением сродства гемоглобина к О2 (СГК), а вправо — увеличением Р50 и уменьшением СГК.

Сродство кислорода к гемоглобину и способность отдавать О2 в тканях зависит от метаболических потребностей клеток организма и регулируется важнейшими факторами метаболизма тканей, вызывающими смещение кривой диссоциации(рис.2.6.). К этим факторам относятся: концентрация водородных ионов, температура, парциальное напряжение углекислоты и соединение, которое накапливается в эритроцитах — это 2,3-дифосфоглицератфосфат (ДФГ).

Факторы, влияющие на СГК.

По механизму действия их делят на 2 группы: прямые и косвенные.

Прямое влияние оказывают химические вещества, которые могут взаимодействовать с гемоглобином и изменять конформацию его молекулы. Это лиганды (О2, Н+, СО2, органические и неорганические соли).

Косвенное действие оказывают физические факторы (tо, pH), которые изменяют условия взаимодействия Hb с лигандами.

Рассмотрим первую группу факторов:

I. В 1907 C.Bohru, A.Krogh установили зависимость положения КДО от содержания СО2 в крови. Сначала «эффект Бора» связывали только с СО2. Однако затем J.Barcroft (1909) показал, что подобная связь существует и при воздействии других кислот. В настоящее время эффект Бора рассматривается как влияние рН среды на взаимодействие атома Fe2+ с различными лигандами.

При снижении рН (увеличении [Н+]) СГК падает. Поэтому КДО смещается вправо. Уменьшение оксигенации Hb при снижении рН — эффект Рута.

Описанные эффекты объясняются тем, что при изменении рН происходит сдвиг константы диссоциации и конформации групп, связанных с О2 в тетрамере гемоглобина. В результате этого меняется СГК. Различают респираторный и метаболический компоненты эффекта Бора.

Метаболический — связан с изменением рН под влиянием кислых или щелочных продуктов обмена веществ.

Респираторный — связан с влиянием СО2 на КДО. Образующийся при тканевом метаболизме СО2 диффундирует внутрь эритроцитов, где под влиянием карбоангидразы образуется Н2СО3 = Н+ + НСО3־. Образующиеся при ее диссоциации Н+ приводят к снижению рН. Это рН-зависимый эффект СО2. Однако СО2 также образует карбаминовые связи с концевыми группами a и b цепей гемоглобина, способствуя таким образом стабилизации дезоксиформы гемоглобина. Это рН-независимый эффект СО2.

На выраженность эффекта Бора влияют:

1) органические фосфаты — при повышении содержания 2,3-дифосфоглицериновой кислоты (2,3-ДФГ) падает коэффициент Бора, который определяют как D log Р50 / D log рН; 2) температура; 3) насыщение крови О2;

4) электролиты; 5) свойства Hb; 6) пол — коэффициент Бора меньше у мужчин, чем у женщин.

Т.о., эффект Бора — это результат сложного взаимодействия рН, СО2, 2,3-ДФГ и всех других указанных факторов.

Биологический смысл эффекта Бора: он способствует поглощению О2 в легких и отдаче его в тканях.

В легких — поглощение О2 идет одновременно с выделением СО2, поэтому по мере насыщения гемоглобина кислородом КДО сдвигается влево (рис. 2.6), т.е. СГК возрастает. В результате скорость диффузии О2 из альвеол в кровь несколько увеличивается.

В тканях — одновременно с выходом О2 в эритроциты поступает СО2, поэтому КДО смещается вправо, что приводит к снижению СГК и благоприятствует отдаче О2 тканям.

II. В 1967 г. была описана специфическая роль органичнских фосфатов в эритроцитах. 2,3-ДФГ, значительно уступая АТФ в энергетической ценности, играет огромную роль в регуляции транспорта О2. Во-первых, он взаимодействует с b-цепями восстановленного гемоглобина благодаря соответствию зарядов некоторых аминокислотных остатков распределению зарядов в органическом фосфате. После образования связи с b-цепью 2,3-ДФГ закрывает вход в центральный канал молекулы, что уменьшает СГК. Во-вторых, 2,3-ДФГ также изменяет внутриклеточный рН.

На реакцию 2,3-ДФГ и гемоглобина влияют:

1) соотношение Hb/HbО2 — чем оно выше, тем больше связывается 2,3-ДФГ);

2) рН — снижение рН увеличивает сродство гемоглобина к 2,3-ДФГ;

3) рСО2- уменьшение рСО2 повышает сродство гемоглобина к 2,3-ДФГ;

4) tо- возрастание tо препятствует присоединению 2,3-ДФГ к гемоглобину;

5) анионы — могут конкурировать с 2,3-ДФГ за одни и те же центры связывания.

С изменением содержания 2,3-ДФГв эритроцитах связана зависимость СГК от их возраста — молодые эритроциты имеют меньшее СГК, по мере старения оно возрастает, поскольку уровень 2,3-ДФГ уменьшается.

Роль 2,3-ДФГ в качестве регулятора положения КДО заключается не только во влияниии на СГК. Он служит посредником других влияний — рН, рСО2, t, ионного состава на кислородтранспортную функцию крови.

III. Органические и неорганические соли — при увеличении их концентрации КДО сдвигается вправо. Соли влияют через эритроцитарный метаболизм.

К косвенным факторам, как уже отмечалось, относят рН, влияние которого на СГК рассмотрено выше, и tо. Уменьшение tо увеличивает интенсивность образования HbО2, т.е. при прочих равных условиях смещает КДО влево. Повышение tо, напротив, снижает СГК.

Температурный коэффициент, представляющий собой отношение D log рО2 / D tо, зависит от рН, [2,3-ДФГ], насыщения крови кислородом. Он различен у мужчин и женщин. Оксигенация гемоглобина является экзотермической реакцией, соответственно диссоциация оксигемоглобина протекает с поглощением тепла. При повышении температуры крови происходит снижение СГК и его увеличение при снижении температуры. Алкалоз и гипотермия повышают сродство гемоглобина к кислороду. В этих условиях гемоглобин жадно присоединяет к себе кислород в легких и неохотно отдает его тканям.

При ацидозе и гипертермии в эритроцитах сродство гемоглобина к кислороду снижается. При этом насыщение гемоглобина кислородом в легких ухудшается, но отделение кислорода от оксигемоглобина в капиллярах облегчается.

Особый интерес для изучения кислородсвязывающих свойств крови представляет выделение NO клетками эндотелия кровеносных сосудов.

В целом, дыхательный цикл можно рассматривать как механизм транспорта «трех газов»: NO/О2/CО2 . Характерной особенностью NO является способность быстро (менее чем за 5 секунд) диффундировать через мембрану синтезировавшей его клетки в межклеточное пространство и легко (без участия рецепторов) проникать в клетки-мишени. В результате взаимодействия NO и гемоглобина происходит образование его различных NO-форм: метгемоглобин, нитрозилгемоглобин, нитрозогемоглобин, которые играют роль своеобразного аллостерического регулятора функциональной активности гемоглобина на уровне отдельных его тетрамеров. Присутствие этих соединений гемоглобина с NO может по-разному влиять на СГК всей крови: метгемоглобин и нитрозогемоглобин его повышают, а нитрозилгемоглобин снижает. В ходе одного цикла движения эритроцита в сосудистой системе происходят последовательные реакции гемоглобина с NO, модулирующиеся его структурными переходами из R- в Т-состояние. На уровне капилляров малого круга кровообращения это может быть дополнительным механизмом, способствующим оксигенации крови, а на уровне микроциркуляции большого круга — оптимизирующим десатурацию крови, и, соответственно, доставку кислорода в ткани.

Транспорт углекислого газа кровью

Химические реакции связывания СО2 несколько сложнее, чем О2. Это обусловлено тем, что механизмы, отвечающие за транспорт СО2, должны одновременно обеспечивать поддержание кислотно-щелочного равновесия крови и тем самым — внутренней среды организма.

I. Первый способ связывания СО2 — прежде всего происходит гидратация молекул СО2 с образованием Н2СО3

СО2 + Н2О ® Н2СО3

В плазме эта реакция протекает очень медленно. В эритроцитах она ускоряется в 20 тысяч раз, что связано с действием карбоангидразы — фермента, расположенного только внутри клеток. Его существование предполагал еще И.М.Сеченов, но открыт он был в 1932 г. Мелдрумом и Рафтоном.

Следующая реакция в цепи химических превращений СО2 заключается в диссоциации слабой кислоты Н2СО3 на бикарбонат-ионы и Н+.

Н2СО3 ® НСО3־ + Н+

Накопление НСО3־ в эритроцитах приводит к тому, что между его внутренней средой и плазмой крови создается градиент концентрации этого иона. НСО3 могут передвигаться по этому градиенту лишь в том случае, если при этом не будет нарушаться равновесное распределение электрических зарядов. Т.е., одновременно с выходом НСО־3 должен происходить либо выход из эритроцитов одного катиона, либо вход одного аниона(рис.2.7.). Поскольку мембрана эритроцитов практически непроницаема для катионов, но проницаема для небольших анионов, взамен НСО3 в эритроциты поступает Cl-. Этот обменный процесс называется хлоридным сдвигом Хамбургера.

Участие эритроцитов в обмене О2 и СО2 в тканях и в легких

А- между тканями и кровью; Б- между кровью и альвеолярным воздухом

Накопление анионов внутри эритроцитов приводит к повышению осмотического давления, что вызывает поступление в них воды. В результате этого объем эритроцитов в венозной крови больше, чем в артериальной. Поэтому эритроциты занимают 40% объема артериальной крови и 40,4% — венозной. Образующиеся при реакции диссоциации Н2СО3 протоны не изменяют рН, поскольку гемоглобин, будучи амфолитом, обладает значительной буферной емкостью. Кроме того, восстановленный гемоглобин является более слабой кислотой, чем оксигемоглобин, поэтому может присоединять дополнительное количество Н+. В тканях Hb ведет себя как основание:

KHbO2 ® O2 = KHb +H2CO3 ® H Н b H+

(HСО3 + H+)

II. Второй способ связывания СО2 — непосредственное его присоединение к аминогруппам белкового компонента гемоглобина за счет образования карбаминовой связи. В легких Hb выполняет функцию кислоты:

HbNH2 + CO2 ® HbNHCOO- + H+

Соединение гемоглобина с СО2 называется карбаминогемоглобином. На количество связываемого таким образом СО2 влияет оксигенация гемоглобина. Присоединение О2 к гемоглобину уменьшает количество связываемого в виде карбаминового соединения СО2.

Еще в 1892 г. Вериго было установлено, что газовая емкость по отношению к СО2 крови, содержащей восстановленный гемоглобин, значительно выше, чем в условиях полной оксигенации гемоглобина. Это явление, затем подробно изученное Холденом (1914), обусловлено тем, что, во-первых, оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин, и, следовательно, когда реакция происходит между КНbO2 и Н2СО3, равновесие наступает при образовании меньшего объема КНСО3, чем в случае, когда реакция течет между КНb и Н2СО3. Во-вторых, оксигенация гемоглобина ведет к снижению образования карбаминогемоглобина, поскольку уменьшает количество свободных NH2 групп глобина, способных связывать СО2. Следовательно, оксигенация гемоглобина влияет на способность крови связывать СО2. Это явление получило название эффекта Вериго-Холдена.

Соотношение между фракциями СО2 в крови. Каждый мл крови, протекая через ткани, захватывает примерно 2 мМоль СО2. 5-10% этого количества остается в физически растворенном виде, 10% образует карбаминовую связь с гемоглобином, 35% транспортируется в виде бикарбонатов в эритроцитах, а остальные 45% — в виде бикарбонатов натрия — в плазме. При прохождении крови через легкие СО2 выделяется из этих фракций точно в таком же соотношении.

Таким образом, дыхательная функция крови является важной составной частью функциональной системы транспорта газов и необходима для следующего этапа дыхания — газообмена между кровью и тканями.

Источник

Кривая диссоциации кислород-гемоглобин — Oxygen–hemoglobin dissociation curve

Кислородом гемоглобина диссоциации кривая , которая также называется кривой диссоциации оксигемоглобина или кислорода кривой диссоциации ( ODC ), представляет собой кривую , что участки доля от гемоглобина в его насыщенном ( кислорода -laden) формы на вертикальной оси по отношению к преобладающему напряжения кислорода на Горизонтальная ось. Эта кривая — важный инструмент для понимания того, как наша кровь переносит и выделяет кислород. В частности, кривая диссоциации оксигемоглобина связывает насыщение кислородом (S O 2 ) и парциальное давление кислорода в крови (P O 2 ), и определяется так называемым «сродством гемоглобина к кислороду»; то есть насколько легко гемоглобин поглощает и выделяет молекулы кислорода в окружающую его жидкость.

Структура оксигемоглобина

Фон

Гемоглобин (Hb) — это основной переносчик кислорода в крови . Каждая молекула гемоглобина способна переносить четыре молекулы кислорода. Эти молекулы кислорода связываются с железом из гема группы протезного .

Когда гемоглобин не имеет связанного кислорода или связанного углекислого газа , он имеет несвязанную конформацию (форму). Связывание первой молекулы кислорода вызывает изменение формы гемоглобина, что увеличивает его способность связываться с тремя другими молекулами кислорода.

В присутствии растворенного углекислого газа изменяется pH крови; это вызывает другое изменение формы гемоглобина, которое увеличивает его способность связывать углекислый газ и снижает его способность связывать кислород. С потерей первой молекулы кислорода и связыванием первой молекулы диоксида углерода происходит еще одно изменение формы, которое дополнительно снижает способность связывать кислород и увеличивает способность связывать диоксид углерода. Кислород, связанный с гемоглобином, высвобождается в плазму крови и всасывается в ткани , а углекислый газ в тканях связывается с гемоглобином.

В легких происходит обратный процесс. С потерей первой молекулы углекислого газа форма снова изменяется, что облегчает высвобождение трех других двуокиси углерода.

Кислород также переносится растворенным в плазме крови , но в гораздо меньшей степени. Гемоглобин содержится в красных кровяных тельцах . Гемоглобин высвобождает связанный кислород, когда угольная кислота присутствует в тканях. В капиллярах , где вырабатывается углекислый газ , кислород, связанный с гемоглобином, высвобождается в плазму крови и всасывается тканями.

То, какая часть этой емкости в любой момент заполнена кислородом, называется насыщением кислородом . Выраженное в процентах, насыщение кислородом — это отношение количества кислорода, связанного с гемоглобином, к способности гемоглобина переносить кислород. Переносимость кислорода гемоглобином определяется типом гемоглобина, присутствующего в крови. Количество кислорода, связанного с гемоглобином в любой момент времени, в значительной степени связано с парциальным давлением кислорода, которому подвергается гемоглобин. В легких на границе альвеол и капилляров парциальное давление кислорода обычно высокое, и поэтому кислород легко связывается с присутствующим гемоглобином. По мере того как кровь циркулирует в других тканях тела, в которых парциальное давление кислорода меньше, гемоглобин выделяет кислород в ткань, потому что гемоглобин не может поддерживать свою полную способность связывать кислород в присутствии более низких парциальных давлений кислорода.

Сигмовидная форма

Кривая насыщения гемоглобина

Кривая обычно лучше всего описывается сигмовидным графиком с использованием формулы следующего вида:

Молекула гемоглобина может обратимым способом связывать до четырех молекул кислорода.

Форма кривой является результатом взаимодействия связанных молекул кислорода с входящими молекулами. Связывание первой молекулы затруднено. Однако это облегчает связывание второго, третьего и четвертого, это происходит из-за индуцированного конформационного изменения структуры молекулы гемоглобина, вызванного связыванием молекулы кислорода.

В самом простом виде кривая диссоциации оксигемоглобина описывает соотношение между парциальным давлением кислорода (ось x) и насыщением кислородом (ось y). Сродство гемоглобина к кислороду увеличивается по мере связывания последовательных молекул кислорода. По мере увеличения парциального давления кислорода связывается больше молекул, пока не будет достигнуто максимальное количество, которое может быть связано. По мере приближения к этому пределу происходит очень небольшое дополнительное связывание, и кривая выравнивается, поскольку гемоглобин насыщается кислородом. Следовательно, кривая имеет сигмоидальную или S-образную форму. При давлениях выше примерно 60 мм рт. Ст. Стандартная кривая диссоциации относительно плоская, что означает, что содержание кислорода в крови существенно не изменяется даже при значительном увеличении парциального давления кислорода. Чтобы получить больше кислорода к тканям, потребуется переливание крови для увеличения количества гемоглобина (и, следовательно, способность переносить кислород) или дополнительного кислорода, который увеличит растворенный в плазме кислород. Хотя связывание кислорода с гемоглобином продолжается до некоторой степени при давлениях около 50 мм рт.ст., поскольку парциальное давление кислорода снижается в этой крутой области кривой, кислород легко выгружается в периферические ткани, поскольку сродство гемоглобина уменьшается. Парциальное давление кислорода в крови, при котором гемоглобин насыщен на 50%, обычно около 26,6 мм рт.ст. (3,5 кПа) для здорового человека, известно как P 50 . P 50 — это стандартная мера сродства гемоглобина к кислороду. При наличии заболевания или других состояний, которые изменяют сродство гемоглобина к кислороду и, следовательно, сдвигают кривую вправо или влево, P 50 изменяется соответственно. Повышенное значение P 50 указывает на сдвиг стандартной кривой вправо, что означает, что необходимо большее парциальное давление для поддержания 50% насыщения кислородом. Это указывает на пониженное сродство. И наоборот, более низкий P 50 указывает на сдвиг влево и более высокое сродство.

Участок «плато» кривой диссоциации оксигемоглобина — это диапазон, который существует в легочных капиллярах (минимальное снижение переносимого кислорода до тех пор, пока p (O 2 ) не упадет на 50 мм рт.

«Крутой» участок кривой диссоциации оксигемоглобина — это диапазон, который существует в системных капиллярах (небольшое падение p (O 2 ) в системных капиллярах может привести к высвобождению большого количества кислорода для метаболически активных клеток).

Чтобы увидеть относительное сродство каждого последующего кислорода при удалении / добавлении кислорода из / в гемоглобин из кривой, сравните относительное увеличение / уменьшение p (O 2 ), необходимое для соответствующего увеличения / уменьшения s (O 2 ). 69

Факторы, влияющие на стандартную кривую диссоциации

На силу связывания кислорода с гемоглобином влияет несколько факторов. Эти факторы сдвигают или изменяют форму кривой диссоциации оксигемоглобина. Сдвиг вправо указывает на то, что исследуемый гемоглобин имеет пониженное сродство к кислороду. Это затрудняет связывание гемоглобина с кислородом (требуется более высокое парциальное давление кислорода для достижения такого же насыщения кислородом), но облегчает гемоглобину высвобождение связанного с ним кислорода. Эффект этого сдвига кривой вправо увеличивает парциальное давление кислорода в тканях, когда это больше всего необходимо, например, во время физических упражнений или геморрагического шока. Напротив, кривая сдвигается влево из-за противоположного этим условиям. Этот сдвиг влево указывает на то, что исследуемый гемоглобин имеет повышенное сродство к кислороду, поэтому гемоглобин легче связывает кислород, но более неохотно его разгружает. Сдвиг кривой влево является признаком повышенного сродства гемоглобина к кислороду (например, в легких). Точно так же сдвиг вправо показывает снижение аффинности, которое могло бы появиться при повышении температуры тела, концентрации ионов водорода, 2,3-бисфосфоглицерата (2,3-BPG) или концентрации диоксида углерода.

Факторы контроля	Изменять	Сдвиг кривой
Температура	↑	→
Температура	↓	←
2,3-БПГ	↑	→
2,3-БПГ	↓	←
pCO 2	↑	→
pCO 2	↓	←
Кислотность [H + ]	↑	→
Кислотность [H + ]	↓	←

Примечание:

Сдвиг влево: более высокое сродство к O 2
Сдвиг вправо: меньшее сродство к O 2
гемоглобин плода имеет более высокое сродство к O 2, чем гемоглобин взрослого; в первую очередь из-за значительно пониженного сродства к 2,3-бисфосфоглицерату .

Причины сдвига вправо можно запомнить с помощью мнемоники « КАДЕТ , лицо вправо!» для C O 2 , A CID, 2,3- D PG, E xercise и T емпера тура. Факторы, которые сдвигают кривую диссоциации кислорода вправо, — это те физиологические состояния, при которых тканям требуется больше кислорода. Например, во время упражнений у мышц выше скорость метаболизма, и, следовательно, им требуется больше кислорода, они производят больше углекислого газа и молочной кислоты, и их температура повышается.

pH

Уменьшение pH (увеличение концентрации ионов H + ) сдвигает стандартную кривую вправо, а увеличение — влево. Это происходит потому, что при более высокой концентрации ионов H + различные аминокислотные остатки, такие как гистидин 146, существуют преимущественно в протонированной форме, что позволяет им образовывать ионные пары, которые стабилизируют дезоксигемоглобин в состоянии T. Состояние Т имеет более низкое сродство к кислороду , чем состояние R, так и с повышенной кислотностью, гемоглобин связывает меньше O 2 для заданного P O2 (и более H + ). Это известно как эффект Бора . Снижение общей связывающей способности гемоглобина по отношению к кислороду (т.е. смещение кривой вниз, а не только вправо) из-за снижения pH называется корневым эффектом . Это наблюдается у костистой рыбы. Сродство связывания гемоглобина с O 2 является наибольшим при относительно высоком pH.

Углекислый газ

Углекислый газ влияет на кривую двумя способами. Во-первых, накопление CO 2 вызывает образование карбаминовых соединений посредством химических взаимодействий, которые связываются с гемоглобином, образуя карбаминогемоглобин . CO 2 считается аллостерической регуляцией, поскольку ингибирование происходит не в месте связывания гемоглобина. Во-вторых, он влияет на внутриклеточный pH за счет образования бикарбонат-иона. Образование карбаминогемоглобина стабилизирует гемоглобин в Т-состоянии за счет образования ионных пар. Только около 5-10% общего содержания CO 2 в крови транспортируется в виде карбаминовых соединений, тогда как (80-90%) транспортируется в виде ионов бикарбоната, а небольшое количество растворяется в плазме. Образование бикарбонат-иона будет высвобождать протон в плазму, снижая pH (повышенная кислотность), что также сдвигает кривую вправо, как обсуждалось выше; низкий уровень CO 2 в кровотоке приводит к высокому pH и, таким образом, обеспечивает более оптимальные условия связывания гемоглобина и O 2 . Это физиологически предпочтительный механизм, поскольку гемоглобин будет терять больше кислорода, поскольку концентрация углекислого газа резко возрастает, когда тканевое дыхание происходит быстро и кислород нуждается.

2,3-БПГ

2,3-Bisphosphoglycerate или 2,3-БПГ (ранее названный 2,3-ДФГ или 2,3-ДФГ — ссылка) является фосфорорганическими формируется в красных кровяных клеток в процессе гликолиза и является сопряженное основание из 2,3-bisphosphoglyceric кислота . Производство 2,3-BPG, вероятно, является важным адаптивным механизмом, поскольку производство увеличивается при нескольких состояниях в присутствии пониженной доступности O 2 в периферических тканях , таких как гипоксемия , хроническое заболевание легких, анемия и застойная сердечная недостаточность , среди прочих. . Высокие уровни 2,3-БПГ смещают кривую вправо (как в детстве), в то время как низкие уровни 2,3-БПГ вызывают сдвиг влево, наблюдаемый при таких состояниях, как септический шок и гипофосфатемия . В отсутствие 2,3-БПГ повышается сродство гемоглобина к кислороду. 2,3-BPG действует как гетероаллостерический эффектор гемоглобина, снижая сродство гемоглобина к кислороду за счет связывания преимущественно с дезоксигемоглобином. Повышенная концентрация БПГ в эритроцитах способствует формированию Т (напряженного или напряженного) состояния гемоглобина с низким сродством, и поэтому кривая связывания кислорода смещается вправо.

Температура

Повышение температуры сдвигает ODC вправо. Если при сохранении температуры повышать температуру , то насыщение кислородом снижается, потому что связь между железом и железом денатурируется. Точно так же с повышением температуры также увеличивается парциальное давление кислорода. Таким образом, у человека будет меньший процент насыщения гемоглобина при таком же или более высоком парциальном давлении кислорода. Таким образом, любая точка кривой сместится вправо (из-за повышенного парциального давления кислорода) и вниз (из-за ослабления связи). Следовательно, сдвиг кривой вправо.

Монооксид углерода

Гемоглобин связывается с оксидом углерода в 210 раз быстрее, чем с кислородом. Из-за более высокого сродства гемоглобина к окиси углерода, чем к кислороду, окись углерода — очень успешный конкурент, который вытесняет кислород даже при крохотных парциальных давлениях. Реакция HbO 2 + CO → HbCO + O 2 практически необратимо вытесняет молекулы кислорода, образуя карбоксигемоглобин ; Связывание монооксида углерода с железным центром гемоглобина намного сильнее, чем у кислорода, и сайт связывания остается заблокированным до конца жизненного цикла затронутого эритроцита. При повышенном уровне окиси углерода человек может страдать от тяжелой гипоксии тканей при сохранении нормального pO 2, поскольку карбоксигемоглобин не переносит кислород к тканям.

Последствия метгемоглобинемии

Метгемоглобинемия — это форма аномального гемоглобина, при которой центр железа был окислен из состояния окисления двухвалентного железа +2 (нормальная форма) до состояния трехвалентного железа +3 . Это вызывает сдвиг влево кривой диссоциации кислородного гемоглобина, поскольку любой остаточный гем с оксигенированным двухвалентным железом (состояние +2) не может выгрузить связанный кислород в ткани (поскольку 3+ железо нарушает кооперативность гемоглобина), тем самым увеличивая его сродство с кислородом. . Однако метгемоглобин имеет повышенное сродство к цианиду и поэтому полезен при лечении отравления цианидом . В случае случайного проглатывания введение нитрита (например, амилнитрита ) можно использовать для преднамеренного окисления гемоглобина и повышения уровня метгемоглобина, восстанавливая функционирование цитохромоксидазы . Нитрит также действует как вазодилататор , способствуя снабжению клеток кислородом, а добавление соли железа обеспечивает конкурентное связывание свободного цианида в виде биохимически инертного иона гексацианоферрата (III) , [Fe (CN) 6 ] 3- . Альтернативный подход включает введение тиосульфата , тем самым превращая цианид в тиоцианат , SCN — , который выводится через почки. Метгемоглобин также образуется в небольших количествах, когда диссоциация оксигемоглобина приводит к образованию метгемоглобина и супероксида O 2 — вместо обычных продуктов. Супероксид является свободным радикалом и вызывает биохимические повреждения, но нейтрализуется действием фермента супероксиддисмутазы .

Эффекты ITPP

Мио-инозитолтриспирофосфат (ITPP), также известный как OXY111A, представляет собой инозитолфосфат, который вызывает сдвиг вправо в кривой диссоциации кислородного гемоглобина за счет аллостерической модуляции гемоглобина в красных кровяных тельцах. Это экспериментальный препарат, предназначенный для уменьшения гипоксии тканей . Эффект длится примерно до тех пор, пока пораженные эритроциты остаются в обращении.

Гемоглобин плода

Кривая насыщения гемоглобином плода

Гемоглобин плода (HbF) структурно отличается от нормального гемоглобина взрослого человека (HbA), что придает HbF более высокое сродство к кислороду, чем HbA. HbF состоит из двух альфа и двух гамма цепей, тогда как HbA состоит из двух альфа и двух бета цепей. Кривая диссоциации плода смещена влево относительно кривой для нормального взрослого человека из-за этих структурных различий.

Обычно артериальное давление кислорода у плода ниже, чем у взрослых. Следовательно, более высокое сродство к связыванию кислорода требуется при более низких уровнях парциального давления у плода, чтобы обеспечить диффузию кислорода через плаценту . В плаценте образуется более высокая концентрация 2,3-BPG , и 2,3-BPG легко связывается с бета-цепями, а не с альфа-цепями. В результате 2,3-BPG более прочно связывается с гемоглобином взрослого человека, заставляя HbA выделять больше кислорода для поглощения плодом, чей HbF не зависит от 2,3-BPG. Затем HbF доставляет связанный кислород к тканям с еще более низким парциальным давлением, откуда он может высвобождаться.

Смотрите также

Автоматический анализатор
Эффект Бора

Примечания

внешняя ссылка

Носек, Томас М. «Раздел 4 / 4ч5 / с4ч5_18» . Основы физиологии человека . Архивировано из оригинала на 2016-03-24.
Интерактивная кривая диссоциации оксигемоглобина
Моделирование параметров CO 2 , pH и температуры на кривой диссоциации кислород-гемоглобин (сдвиг влево или вправо)