Сродство к кислороду фетального гемоглобина

Это изображение матери и маленького плода,
и это точка, где плод всё ещё связан с матерью пуповиной.
Всё, что получает плод, он получает от матери.
Она контролирует все питательные вещества и кислород,
которые поступают ребёнку.
Есть несколько интересных путей того, как ребёнок
(в нашем случае этот маленький плод справа) может получить
максимально возможное количество кислорода от матери.
Мы помним, что плод старается вырасти и хочет,
чтобы все растущие и развивающиеся ткани получали
достаточно кислорода, что обеспечивается несколькими способами.
Способ 1. Я изображу его для вас на примере пробирки с кровью.
Рассмотрим одну пробирку с кровью от матери
и сравним её с пробиркой с кровью ребёнка.
Я нарисую пробирки одинаковой ширины и высоты.
Вот эти 2 пробирки.
Если бы сейчас я взял немного крови матери и центрифугировал
её в этой маленькой трубочке,
а затем сделал бы то же самое с кровью ребёнка,
взял немного крови ребёнка и тоже центрифугировал,
то такая центрифугированная кровь фактически
разделилась бы на части.
Мы бы получили 3 разных слоя.
Первый слой под названием плазма был бы таким.
Следующий слой, сразу под первым,
это тонкий слой белых клеток крови и тромбоцитов.
Сразу под ним идёт слой красных клеток крови.
Красные клетки крови — это клетки, содержащие гемоглобин.
Это единственные клетки, которые переносят кислород.
У матери процент таких красных клеток крови составляет почти 35%.
Это означает, что если взять всю кровь за 100%, то только 1/3,
или точнее 35% занимает нижний слой красных клеток крови.
Вот это слой красных клеток крови.
Назовём его гематокрит.
Это гематокрит матери, и это обычное значение для беременной женщины.
Значение гематокрита зависит от вашего пола,
а также от возраста.
Но у беременной женщины он обычно составляет 35%.
Перейдём к ребёнку.
Давайте изобразим, на что похожа кровь ребёнка.
В крови ребёнка меньшую часть занимает плазма,
поэтому здесь этот слой будет меньше.
И следующий слой, слой белых клеток крови,
остаётся таким же маленьким и практически не меняется.
Последний третий слой — слой красных клеток крови.
Этот слой занимает почти 55%.
Надеюсь, я не ошибся, и он составляет почти 55%.
Здесь значение гематокрита намного выше. Что же это означает?
Если у ребёнка гематокрит выше, почти 55%, это означает,
что у него больше красных клеток в соответствующем количестве крови,
и эти красные клетки могут принять больше кислорода,
так как именно они как часть крови его переносят.
Это и есть один из способов получения большего количества кислорода.
Просто большее количество красных клеток крови в заданном количестве крови.
У ребёнка увеличивается количество красных клеток крови,
вот один из способов, о которых я говорю.
Каков же другой способ и стратегия того, как ребёнок или плод
может получить больше кислорода от матери?
Если мы подумаем о количестве, мы можем также подумать о типе.
Я имею в виду тип гемоглобина.
Мы знаем, что взрослый гемоглобин бывает четырёх типов.
Я напишу типы взрослого гемоглобина вот здесь, слева.
И так, взрослый гемоглобин.
«Hb» — гемоглобин, и «A» — взрослый.
Я напишу здесь «взрослый», чтобы вы понимали, что к чему.
Типов взрослого гемоглобина несколько, но я изображу самый важный.
Есть ещё несколько типов…
Этот, как я сказал, самый важный состоит
из нескольких альфа-субъединиц, пептидов,
которые в определённой констелляции называются
альфа-субъединицами, и нескольких бета-субъединиц,
которые немного отличаются от альфа-субъединиц.
Соответственно мы имеем соотношение 2 на 2,
так как гемоглобин состоит из четырёх субъединиц.
Здесь мы видим по 2 субъединицы каждого типа.
С точки зрения плода всё выглядит немного иначе,
у нас есть гемоглобин, Hb, но на этот раз F — фетальный.
Фетальный гемоглобин также бывает нескольких типов,
самый важный из которых — HbF,
который также состоит из альфа-субъединиц, которых опять две,
но вместо бета-субъединиц он состоит из гамма-субъединиц.
Это греческая буква гамма.
Теперь кислород связывается обоими типами гемоглобина.
И взрослый, и фетальный гемоглобин
может связаться с 4 молекулами кислорода.
Я нарисую здесь 4 молекулы кислорода, чтобы вы поняли мысль.
Внутри красных кровяных клеток есть маленькая молекула,
я нарисую её для вас.
Она состоит из трёх углеродов, которые я пронумеровал.
Два из которых связаны с кислородом,
который в свою очередь связан с фосфатом.
Фосфат обычно имеет 5 связей.
Я просто показываю вам, как выглядит эта маленькая молекула.
То же самое происходит со всеми 3 углеродами.
Вот так выглядит молекула внутри красной клетки крови,
у неё несколько фосфатов, которые образуют подобные связи,
как показано в первом случае.
Эта маленькая молекула называется
(возможно, глядя на рисунок, вы уже догадались)
2 и 3 (я имею в виду эту 2 и вот эту 3)
Ди (так как у неё два фосфата) Ди-фосфо-глицерат.
И так, ди-фосфо и глицерат, который относится к этой части.
Именно эту часть мы имеем в виду, когда говорим о глицерате,
поэтому дифосфоглицерат.
Сокращённое название 2,3-дифосфоглицерата —
2,3-ДФГ, так как людям не нравится произносить его полное название.
Когда мы говорим «2,3-ДФГ», мы имеем в виду именно эту молекулу,
которая находится внутри красных клеток крови и
фактически помогает красной клетке крови избавляться от кислорода.
Я нарисую, как эта маленькая молекула это делает.
Теперь, когда вы знаете её состав, я просто нарисую жёлтую точку.
Это та же самая молекула, поэтому я поставил между ними знак «равно».
Эта маленькая молекула образует связь в середине красной клетки крови
с бета-субъединицами.
В реальности бета-субъединицы такой формы,
что с ними очень легко образовать связь.
Эта молекула находится между 4 субъединицами, бета- и альфа-,
фактически они формирует конформацию, или молекулярное изменение,
после которого маленькие атомы кислорода хотят выйти из её состава.
Поэтому её основная функция заключается
в облегчении выхода кислорода из гемоглобина.
Теперь, когда молекула переходит на сторону плода
и пытается образовать связь, происходит так,
что эти гамма-субъединицы начинают ей говорить: «Уходи отсюда!»
Они не хотят связываться с 2,3-ДФГ.
Их форма не подходит для такой связи.
Они просто хотят, чтобы эта молекула исчезла.
Поэтому молекула не образует связи с гемоглобином F,
в результате чего молекулы гемоглобина не теряют свой кислород
так же легко, как гемоглобин А.
Тогда зачем нам нужна здесь молекула 2,3-ДФГ?
Что она делает?
Интересно, что уровень 2,3-ДФГ повышается
при недостатке кислорода,
когда вам хронически не хватает кислорода.
Хроническая нехватка кислорода возникает, в таких ситуациях,
как например, когда вы на вершине Гималаев,
находитесь высоко над уровнем моря,
где чувствуете повышенное давление воздуха
над уровнем моря, и при этом в самом воздухе мало кислорода.
В такой ситуации ваши ткани испытывают
хроническую нехватку кислорода.
Ещё одна возможная ситуация — болезнь лёгких.
Предположим, у вас проблема с лёгкими или болезнь лёгких.
Хроническая болезнь лёгких, когда кислороду трудно попасть в кровь.
В этой ситуации тканям также не хватает кислорода,
поэтому в красных клетках крови повысится количество 2,3-ДФГ.
Наконец, это может быть анемия,
когда в организме мало циркулирующих красных клеток крови,
поэтому при анемии ткани не получают так много кислорода,
как им бы хотелось.
Опять же в этой ситуации наблюдается увеличение числа 2,3-ДФГ.
Поэтому основная функция 2,3-ДФГ —
попытаться обеспечить выведение кислорода из гемоглобина,
чтобы в случае когда тканям действительно нужен кислород,
красные клетки крови могли его легко предоставить.
Вернёмся к плоду.
Мы видим, что гемоглобин плода отличается
по своему типу от гемоглобина взрослого.
Я нарисую график, и вы увидите разницу.
Изображу кривую, но сначала маленький график.
Эта ось парциального давления кислорода,
и эта ось О2, или насыщения кислородом,
показывающая, сколько пятен на гемоглобине он закрывает.
Кривая будет идти вверх таким образом.
Начнём с того, что гемоглобин матери или взрослый гемоглобин
по причине кооперативности имеет S-образную форму.
Мы говорили об этом ранее.
Это будет гемоглобин взрослого, или гемоглобин типа А.
Также у нас есть достаточно большое количество 2,3-ДФГ.
Я изображу, как это могло бы выглядеть.
Предположим, у нас вот такой, достаточно высокий уровень 2,3-ДФГ,
что может быть вызвано одной из таких причин, как
проживание в высокогорном районе, хроническая болезнь лёгких,
постоянная анемия или любые другие ситуации.
У нас высокий уровень 2,3-ДФГ, который превышает обычный.
В этом случае произойдёт следующее: кривая будет выглядеть так.
Кривая, показывающая связывание кислорода
или насыщение кислородом, которая сдвигается вправо.
Это называется сдвиг вправо, так как выглядит так,
будто кривая просто подвинулась.
И теперь в любой точке, я просто выберу любую точку,
и ту же самую точку здесь.
Это одно и то же парциальное давление кислорода,
которое где-то здесь внизу.
При том же самом парциальном давлении кислорода
кривая направляется вниз.
Это значит, что меньшее количество кислорода связано с гемоглобином
в присутствии молекулы 2,3-ДФГ.
И это верно, так как известно, что эта молекула
помогает гемоглобину избавиться от кислорода.
Что же произойдёт при противоположной ситуации,
если я удлиню эту кривую?
Предположим, это будет ситуация с низким уровнем 2,3-ДФГ.
И это верно, так как при низком уровне 2,3-ДФГ,
когда этих молекул нет, они не могут помочь кислороду отделиться,
поэтому кислород остаётся с гемоглобином.
И так, кислород останется с гемоглобином.
При том же самом парциальном давлении кислорода
большее количество гемоглобина будет связываться с кислородом.
Вернёмся к фетальному гемоглобину.
Мы говорили, что фетальный гемоглобин состоит из гамма-субъединиц,
и гамма-субъединицы не любят молекулы 2,3-ДФГ,
они с ними не связываются,
а только говорят: «Уходи! Исчезни!»
Учитывая, что я нарисовал эту кривую для низкого уровня 2,3-ДФГ,
я мог бы просто стереть это и сказать, что это ситуация в плоде.
Фетальный гемоглобин представлен этой кривой, так?
Это кривая гемоглобина F.
Мы видим, что кривая сдвинута влево.
Основная причина этого в том, что, так как молекулы такого гемоглобина
не образуют связи с 2,3-ДФГ, то эта кривая будет идти в противоположном
от голубой кривой направлении.
Теперь посмотрите на обе эти кривые, белую и красную.
Белая кривая — кривая мамы, а красная — ребёнка.
Если вы захотите найти на белой кривой точку, где почти половина молекул
гемоглобина связалась с кислородом, то она может быть здесь.
Это означает, что пройдено полпути, 50% всего пути.
И так, 50% молекул гемоглобина связалось с кислородом
при парциальном давлении кислорода, равном 27.
Для плода та же самая точка 50% насыщения
достигается при парциальном давлении, равном 20.
Удивительно, что при более низком парциальном давлении кислорода
ребёнок или плод способен выполнить ту же самую вещь,
которую взрослый выполняет исключительно
при большем количестве кислорода в окружающей среде или крови.
Эти значения называются р50. Теперь, когда вы видите этот термин —
р50, — вы понимаете что гемоглобин F р50
ниже гемоглобина А р50,
так как фактически это 20 по сравнению с 27.
Итак, мы узнали о двух способах:
первый — количество гемоглобина или красных клеток крови у плода,
второй — тип гемоглобина и то, что гемоглобин F образует более крепкую связь
с кислородом при более низком давлении p50.

Гемоглобин – металлопротеин, белок, содержащий гем. Гемоглобин составляет около 98% белков, содержащихся в цитоплазме эритроцита. Основная функция гемоглобина – перенос кислорода.

Структура гемоглобина определяет способность переноса кислорода эритроцитами. К 4–6 месяцам жизни ребенка происходит замена фетального гемоглобина на взрослую форму. В норме в крови взрослого человека фетальный гемоглобин составляет не более 1%. Фетальный гемоглобин обладает повышенным сродством к кислороду и сниженным ответом на регулятор передачи кислорода к тканям, 2,3 дифосфоглицерат. Поэтому увеличенное содержание фетального гемоглобина у взрослого человека приводит к недостаточному поступлению кислорода к тканям, т. е. гипоксии.

Изменение структуры гемоглобина (гемоглобинопатии) приводит к нарушению связывания с кислородом, необратимому связыванию гемоглобина с углекислым газом и, последовательно, изменению формы эритроцитов от двояковогнутого эластичного диска до искаженных жестких структур.

Кроме оценки форм и концентрации гемоглобина представляет интерес определение фракций гемоглобина, связанного не только с кислородом, но и другими газами.

Способность крови (эритроцитов) транспортировать кислород к тканям за счет формирования оксигемоглобина может существенно снижаться при вдыхании продуктов горения углерода, серы, ингаляцией оксидом азота которые вступают в необратимое соединение с гемоглобином, образуя дисгемоглобины, и препятствуя формированию оксигемоглобина. В нормальных условиях кислородпереносящая фракция гемоглобина, О2-Hb составляет 95–99%. В этой фракции гемоглобин находится в обратимой связи с кислородом, в окисленном состоянии Fe2+. Небольшой процент (до 1–2%) восстановленного гемоглобина +H+Hb всегда присутствует в крови. Его количество резко возрастает при гемолизе эритроцитов.

В патологических фракциях дисгемоглобинов (метгемоглобин, сульфгемоглобин, карбоксигемоглобин) железо гемоглобина переходит в более окисленную форму (Fe3+), не способную связывать и переносить кислород. В нормальных условиях фракция дисгемоглобинов составляет не более 1,5% общего гемоглобина. Причиной значительного повышения фракции карбоксигемоглобина (до 10%) является курение.

В развернутом клиническом анализе крови может встречаться показатель среднего содержания гемоглобина в эритроците (MCH и MCHC).

Метод исследования

Определение формы гемоглобина и выявление гемоглобинопатий возможно с помощью электрофореза.

Определение концентрации гемоглобина (общий гемоглобин, tHb) выполняется различными методами. Принцип определения гемоглобина заключается в лизисе эритроцитов пробы и последующей обработке реактивом, дающим окраску в комплексе с гемоглобином. Референтным методом определения гемоглобина является гемоглобинцианидный.

Интерпретация результатов исследования

При оценке уровня гемоглобина следует помнить:

• суточные колебания концентрации гемоглобина в периферической крови достигают 15% с максимальными значениями в утренние часы;
• длительное наложение жгута при взятии крови и плохо перемешанная проба крови приводят к получению неверных результатов.

Повышенные значения

• Сгущение крови, вызванное дегидратацией (неукротимая рвота, полиурия, диарея, малое потреблении жидкости в жаркое время);
• эритремия (полицитемия), симптоматические реактивные эритроцитозы;
• длительное пребывание на больших высотах;
• гипертриглицеридемия, лейкоцитоз (выше 25,0109/л), наличие в крови парапротеинов.

Пониженные значения

• Анемии различной этиологии;
• анемия хронических заболеваний;
• перенесенные кровопотери;
• злокачественные новообразования;
• нарушение синтетической функции печени.