Реакция угарного газа с гемоглобином

Содержание статьи

травление угарным газом. Карбоксигемоглобинемия

Отравление угарным газом. Карбоксигемоглобинемия

Классическим примером повреждающего действия на кровь с нарушением ее дыхательной функции, обусловленным инактивацией кровяного пигмента — гемоглобина, служит образование карбоксигемоглобина (НbСО) под влиянием оксида углерода. Превращение гемоглобина в НbСО приводит к изменению спектральных характеристик крови, что легло в основу количественного определения его в крови. НbСО образуется в результате взаимодействия оксида углерода (СО) с железом гемоглобина, что лишает его способности к оксигенации, приводит к нарушению транспортной функции и как результат вызывает развитие гемической гипоксии. Появление НbСО служит следствием поступления СО в легкие с вдыхаемым воздухом. Образование НbСО начинается с периферии эритроцитов уже в легочных капиллярах. В дальнейшем с увеличением содержания СО во вдыхаемом воздухе НbСО образуется не только в периферических отделах эритроцита, но и в центральных его отделах. Причем скорость образования НbСО прямо пропорциональна величине концентрации СО во вдыхаемом воздухе, а максимум его в крови определяется временем контакта. Способность гемоглобина связывать 02 и СО одинакова при условии, что 1 г гемоглобина может связывать 1,33-1,34 мл 02.

Эта зависимость носит название константы Хюфнера. Вместе с тем сродство гемоглобина к СО в 250-300 раз больше, чем к 02. Примечательно, что оболочка эритроцитов служит своего рода защитным барьером при образовании НbСО, так как во взвеси эритроцитов этого деривата гемоглобина образуется на 20 % меньше, чем в растворе гемоглобина. Валентность железа в НbСО остается неизмененной, происходит лишь перестройка связей Fe2+. Все непарные электроны участвуют в образовании НbСО. Параллельно с образованием связей между СО и Fe2+ изменяется характер связи железа с глобином и порфирином. Она теряет свой ионный характер и превращается в ковалентную. Взаимодействие СО с Нb02 выражается взаимно сопряженными реакциями.

нbо2 + со -> нbсо + о2

НbСО + 02 -> Нb02 + СО

Первая помощь при отравлении окисью углерода

Скорость этих реакций и образование НЬСО определяются парциальным давлением СО и О2 в воздухе. При этом количество образовавшегося НbCO мо пропорционально давлению СО в окружающей среде и обратно пропорционально давлению 02. Несмотря на высокое, как указывалось выше, сродство СО к гемоглобину, ассоциация его с гемоглобином происходит в 10 раз медленнее, чем таковая с 02. Однако при этом диссоциация HbСО протекает в 3600 раз медленнее, чем диссоциация Нb02. По этой причине HbCO очень быстро накапливается в крови даже при сравнительно небольшом содержании СО во вдыхаемом воздухе. Таким образом, помимо выключения части гемоглобина из транспорта кислорода, еще одним патогенетически важным звеном в нарушении дыхательной функции крови на фоне карбоксигемоглобинемии служит замедление диссоциации оксигемоглобина под влиянием НЬСО, что известно под названием эффекта Холдена. Так в физиологических условиях повышение концентрации С02 в крови способствует ускоренному отщеплению 02 от НЬ02, при наличии НЬСО этот сбалансированный процесс нарушается.

Принято считать, что суть эффекта Холдена заключается в том, что при взаимодействии СО с гемоглобином поступивший в кровь СО соединяется только с 3 из 4 атомов железа в молекуле гемоглобина, тогда как с 4-м атомом железа соединяется 02, сродство которого к этому атому железа резко возрастает, что, естественно, затрудняет диссоциацию оксигемоглобина. Еще одним причинным фактором угнетения диссоциации Нb02 под влиянием СО служит снижение уровня промежуточного метаболита 2,3-дифосфоглицерата, который образуется в процессе реакции гликолиза. 2,3-Дифосфоглицерат обладает способностью усиливать процесс диссоциации НbСО за счет вызываемых им конформационных изменений гемоглобина, поэтому естественно, что дефицит этого метаболита косвенно тормозит высвобождение 02 из Нb02.

Итак, основным пусковым механизмом развития специфической гемической гипоксии при отравлении СО является образование НbСО, который утрачивает способность переносить кислород в сочетании с угнетающим влиянием на процесс диссоциации Нb02. Неопровержимое доказательство того, что первопричиной развития СО-интоксикации является карбоксиге-моглобинемия, — прямая зависимость между уровнем НbСО в крови и тяжестью интоксикации. Так, по данным V.E.Henderson, при содержании НbСО в крови, равном 10 %, отмечена лишь одышка при физическом напряжении, при 40-50 % НbСО появляются явные признаки интоксикации: головная боль, помрачение сознания вплоть до его потери, концентрация НbСО в крови свыше 60 % ведет к летальному исходу. Во всяком случае у людей, впадающих в коматозное состояние или погибающих от острого отравления СО, содержание НbСО, как правило, не менее 50 %. Однако не всегда прослеживается прямая связь между содержанием в крови НbСО и тяжестью отравления. Известны случаи, когда тяжелая форма отравления развивалась уже при 20 % НbСО и, наоборот, при 60 % НbСО встречаются легкие формы отравления. Во многом это объясняется достаточно большой индивидуальной чувствительностью к СО, которую связывают с генетическим фактором.

— Также рекомендуем «Диагностика карбоксигемоглобинемии. Изменения красной крови при карбоксигемоглобинемии»

Оглавление темы «Алкилирующие яды. Отравление угарным газом»:

1. Противоопухолевые лекарственные средства. Алкилирующие лекарственные средства

2. Алкилирующие вещества в народном хозяйстве. Токсикология галоидных алкилов

3. Бромпроизводные и йодпроизводные алкилирующие соединения. Метиловые эфиры минеральных кислот

4. Биологически активные природные алкилирующие соединения. Алкилирующие антибиотики

5. Тактика врача при отравлении алкилирующими веществами. Медицинская помощь при интоксикации ипритами

6. Медицинская помощь при интоксикациях диметилсульфатом. Токсические поражения гемоглобина

7. Отравление угарным газом. Карбоксигемоглобинемия

8. Диагностика карбоксигемоглобинемии. Изменения красной крови при карбоксигемоглобинемии

9. Биохимия крови при отравлении угарным газом. Хроническая интоксикация угарным газом

10. Отравление метгемоглобинообразователями. Метгемоглобинемия

Источник

Оксид углерода (угарный газ, СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород. Даже при крайне низких парциальных давлениях СО гемоглобин превращается в карбоксигемоглобин: Нb+СО Þ НbСО. Равновесие этой реакции значительно смещено вправо, поэтому кривая диссоциации карбоксигемоглобина имеет очень крутой наклон. Высокое сродство оксида углерода к гемоглобину обусловлено тем, что СО диссоциирует от НЬ гораздо медленнее, чем О2. Максимально эффективная концентрация для СО составляет 30 частей на миллион, что соответствует 0,003 объемных %. В артериальной крови человека, пребывающего достаточно долго в среде с таким содержанием СО, на долю НЬСО приходится около 5% общего содержания гемоглобина. Парциальные давления СО и О2, при которых содержание соответственно НbСО и НbО2 составляет по 5%, соотносятся как 1:350. Иными словами, в данных пределах парциальных давлений сродство Нb к СО примерно в 35O раз выше, чем к О2.

Токсичность оксида углерода обусловлена именно высоким сродством этого соединения к гемоглобину. СО представляет собой газ без цвета и запаха, образующийся при неполном сгорании органических веществ. Иногда он входит в состав бытового газа; кроме того, он выделяется при работе двигателей внутреннего сгорания. Даже при низких концентрациях СО вытесняет кислород из соединения с гемоглобином, при этом последний теряет способность к переносу О2. В норме на долю НbСО приходится лишь 1% общего количества гемоглобина в крови; у курильщиков же к вечеру она достигает 20%. Об опасности, которую угарный газ представляет для автомобилистов, говорит тот факт, что на дорогах с особенно интенсивным движением содержание СО в воздухе достигает 3-10 ч. При такой концентрации СО шахтерам положено надевать дыхательные аппараты.

Токсичность угарного газа обусловлена не только блокированием гемоглобина, но и другим эффектом. Когда часть гемоглобина превращается в НbСО, кривая диссоциации оксигемоглобина (для гемоглобина, еще не блокированного СО) сдвигается влево и может в итоге приобретать форму гиперболы. В результате происходит еще большее снижение напряжения О2 в тканевых капиллярах.

При тяжелом отравлении угарным газом, отличительным признаком которого служит вишнево-красная окраска крови, жизнь пострадавшего можно спасти путем немедленного применения искусственного дыхания, по возможности с чистым кислородом. При этом напряжение кислорода в крови увеличивается, и О2 частично вытесняет СО из связи с гемоглобином. Рекомендуется также переливание большого количества крови, так как при этом в кровь пострадавшего поступает гемоглобин, способный переносить кислород.

Перенос СО2 кровью. Формы транспорта СО2.

Диоксид углерода (СО2, углекислый газ) ― конечный продукт окислительного метаболизма в клетках ― переносится с кровью к легким и удаляется через них во внешнюю среду. Подобно кислороду, диоксид углерода может переноситься как в физически растворенном виде, так и в составе химических соединений. Химическое связывание СО2 ―более сложный процесс по сравнению со связыванием кислорода. Это обусловлено тем, что механизм, отвечающий за транспорт СО2, должен одновременно обеспечивать поддержание постоянства кислотно-щелочного равновесия крови и тем самым внутренней среды организма в целом.

Связывание СО2. Напряжение СО2 в артериальной крови, поступающей в тканевые капилляры, составляет 40 мм рт.ст. (5,3 кПа). В клетках же, расположенных около этих капилляров, напряжение СО2 значительно выше, так как углекислый газ постоянно образуется в процессе метаболизма. В связи с этим физически растворенный СО2 диффундирует по градиенту напряжения из тканей в капилляры. Здесь некоторое количество углекислого газа остается в растворенном состоянии, но большая часть СО2 претерпевает ряд химических превращений. Прежде всего, происходит гидратация молекул СО2 с образованием угольной кислоты, сразу же диссоциирующей на ион бикарбоната и протон:

В плазме крови эта реакция протекает очень медленно; в эритроците же она ускорена примерно в 10 тыс. раз. Это связано с действием фермента карбоангидразы. Поскольку этот фермент присутствует только в эритроцитах, практически все молекулы СО2, участвующие в реакции гидратации, должны сначала проникнуть в эритроциты.

Роль разных форм СО2 в газообмене. В крови, поступающей к тканям, напряжение СО2 составляет 40 мм рт.ст. Проходя через них, кровь насыщается углекислым газом, и напряжение его в оттекающей из тканей крови достигает в среднем 46 мм рт.ст. При этом 1 л крови поглощает примерно 1,8 ммоль СО2. Около 12% этого количества остается в физически растворенном виде или в форме недиссоциированной угольной кислоты, 11% образует карбаминовое соединение с гемоглобином, 27% транспортируется в виде бикарбоната в эритроцитах, а остальное количество ― около 50% ― растворено в виде НСО3¯ в плазме. При прохождении крови через легкие СО2 высвобождается из этих четырех форм в таком же соотношении.

Сатурационные кривые СО2

Зависимость содержания СО2 от его напряжения. Общее содержание диоксида углерода в крови складывается из концентраций физически растворенного и форм химически связанного СО2 ― угольной кислоты, карбамата и бикарбоната. Большая часть СО2 присутствует внутри и вне эритроцитов в форме бикарбоната. При повышении РСО2 содержание всех этих форм СО2 увеличивается.

Связь между концентрацией в крови и парциальным давлением СО2 описывается сатурационной кривой, сходной с кривой диссоциации оксигемоглобина. Зависимость связывания СО2 от степени оксигенации гемоглобина называют эффектом Христиансена-Дугласа-Холдена «или кратко эффектом Холдена.

Существует принципиальная разница между сатурационными кривыми связывания СО2 и кривыми диссоциации оксигемоглобина. Кривые диссоциации НbО2 асимптотически приближаются к максимуму, а связывание СО2 не достигает насыщения. По мере увеличения парциального давления СО2 количество связанного СО2 постоянно возрастает, так как образование бикарбоната в крови практически не лимитировано.

Физиологическое значение эффекта Христиансена-Дугласа-Холдена. При рассмотрении процессов поступления СО2 в кровь из тканей и его высвобождения в легких следует помнить о том, что эти процессы происходят одновременно с обменом О2. Изменения в насыщении гемоглобина кислородом влияют на связывание СО2 кровью и тем самым на его обмен.

К тканевым капиллярам обычно притекает полностью оксигенированная кровь. По мере того как кровь проходит через капилляры и кислород выходит из нее в ткани, способность крови поглощать СО2 увеличивается. Таким образом, эффект Христиансена-Дугласа-Холдена способствует поглощению СО2 кровью в тканях. В легких происходят обратные процессы. В результате того, что в кровь поступает кислород, ее сродство к углекислому газу снижается, и тем самым облегчается диффузия СО2 в альвеолы. Итак, мы убедились в том, что как при поступлении СО2 в кровь из тканей, так и при выделении его в легких эффект Христиансена-Дугласа-Холдена способствует диффузионному обмену этого газа.

Источник

Карбоксигемоглобин — Carboxyhemoglobin

Гемовая единица карбоксигемоглобина человека, показывающая карбонильный лиганд в апикальном положении, транс к остатку гистидина.

Карбоксигемоглобин orкарбоксигемоглобин (символ COHb или HbCO ) представляет собой стабильный комплекс из окиси углерода и гемоглобин (Hb), который образуется в красных кровяных тельцах при контакте с монооксидом углерода (CO). Карбоксигемоглобин часто ошибочно принимают за соединение, образованное комбинацией диоксида углерода и гемоглобина, которое на самом деле является карбаминогемоглобином . Воздействие малых концентраций CO препятствует способности Hb доставлять кислород в организм, потому что карбоксигемоглобин образуется легче, чем оксигемоглобин (HbO 2 ). CO вырабатывается при нормальном метаболизме и также является обычным химическим веществом. Табакокурение (из-за вдыхания окиси углерода) в несколько раз повышает уровень COHb в крови по сравнению с его нормальной концентрацией.

Сродство гемоглобина для CO

Гемоглобин содержит четыре гем группы, каждая из которых способна обратимо связываться с одной молекулой кислорода. Связывание кислорода с любым из этих сайтов вызывает конформационное изменение в белке, облегчая связывание с каждым из других сайтов. Окись углерода связывается с гемоглобином на тех же участках, что и кислород, но примерно в 210 раз сильнее. Обычно кислород связывается с гемоглобином в легких и выделяется в областях с низким парциальным давлением кислорода (например, в активных мышцах). Когда окись углерода связывается с гемоглобином, она не выделяется так же легко, как кислород. Низкая скорость высвобождения окиси углерода вызывает накопление молекул гемоглобина, связанных с CO, по мере того, как воздействие окиси углерода продолжается. Из-за этого меньше частиц гемоглобина доступно для связывания и доставки кислорода, что вызывает постепенное удушение, связанное с отравлением угарным газом.

Окись углерода как яд

Поскольку COHb выделяет окись углерода медленно, меньше гемоглобина будет доступно для переноса кислорода из легких в остальную часть тела. Превращение большей части Hb в COHb приводит к смерти, известной в медицине как карбоксигемоглобинемия или отравление угарным газом . Меньшие количества COHb приводят к кислородному голоданию организма, вызывая усталость, головокружение и потерю сознания.

COHb имеет период полураспада в крови от 4 до 6 часов. Это время может быть уменьшено до 70-35 минут при введении чистого кислорода (меньшее число применяется, когда вводится кислород с 4-5% CO2, чтобы вызвать гипервентиляцию). Кроме того, лечение в барокамере является более эффективным способом уменьшения периода полужизни COHb, чем введение одного кислорода. Это лечение включает в себя создание давления в камере чистым кислородом при абсолютном давлении, близком к трем атмосферам, что позволяет жидкостям организма вместо поврежденного гемоглобина, связанного с CO, поглощать кислород и передавать свободный кислород гипоксическим тканям. Фактически, потребность в гемоглобине в крови (частично) устраняется. Дополнительный кислород использует преимущество принципа Ле Шателье для ускорения разложения карбоксигемоглобина обратно в гемоглобин:

HbCO + O 2 ⇌ Hb + CO + O 2 ⇌ HbO 2 + CO

COHb увеличивает риск тромба . Считается, что благодаря этому механизму курение увеличивает риск тромбоэмболической болезни.

Беременные курильщицы могут родить детей с меньшей массой тела при рождении. Помимо вазоконстрикции плаценты, существует еще одна теория, согласно которой, поскольку гемоглобин плода поглощает угарный газ быстрее, чем у взрослого, плод курильщика будет страдать от легкой гипоксии, что может замедлить его развитие.

Окись углерода как нормальный биологический метаболит и потенциальный фармацевтический препарат

В биологии окись углерода вырабатывается естественным образом под действием гемоксигеназы 1 и 2 на гем из разложения гемоглобина . Этот процесс производит определенное количество карбоксигемоглобина у нормальных людей, даже если они не дышат угарным газом.

После первого сообщения о том, что окись углерода является нормальным нейромедиатором в 1993 году, а также одним из трех газов, которые естественным образом модулируют воспалительные реакции в организме (два других — оксид азота и сероводород ), монооксид углерода получил большое клиническое внимание как биологический регулятор. Известно, что во многих тканях все три газа действуют как противовоспалительные , вазодилататоры и стимулируют неоваскулярный рост. Однако проблемы являются сложными, поскольку неоваскулярный рост не всегда полезен, поскольку он играет роль в росте опухоли, а также в ущербе от влажной дегенерации желтого пятна , заболевания, при котором курение (основной источник углерода монооксида в крови, в несколько раз больше естественного производства) увеличивает риск от 4 до 6 раз.

Исследования с участием окиси углерода были проведены во многих лабораториях по всему миру на предмет его противовоспалительных и цитопротекторных свойств. Эти свойства потенциально могут быть использованы для предотвращения развития ряда патологических состояний, включая ишемическое реперфузионное повреждение , отторжение трансплантата , атеросклероз , тяжелый сепсис , тяжелая малярия или аутоиммунитет . Были проведены клинические испытания с участием людей. Однако по состоянию на 2009 год результаты еще не были опубликованы.

Основываясь на терапевтическом потенциале монооксида углерода, фармацевтические усилия были сосредоточены на разработке молекул, высвобождающих моноксид углерода и селективных индукторы гемоксигеназы .

Ссылки

Внешние ссылки

Карбоксигемоглобин в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные заголовки (MeSH)

Источник