Δομή και λειτουργίες
Η αιμοσφαιρίνη είναι μια μεταλλοπρωτεΐνη που περιέχεται σε ερυθρά αιμοσφαίρια, υπεύθυνη για τη μεταφορά οξυγόνου στη ροή του αίματος. Στην πραγματικότητα, το οξυγόνο είναι μέτρια διαλυτό στο νερό. Επομένως, οι ποσότητες που διαλύονται στο αίμα (λιγότερο από το 2% του συνόλου) δεν επαρκούν για να ικανοποιήσουν τις μεταβολικές απαιτήσεις των ιστών. Επομένως, η ανάγκη για έναν συγκεκριμένο μεταφορέα είναι εμφανής.
Στο κυκλοφοριακό ρεύμα, το οξυγόνο δεν μπορεί να συνδεθεί άμεσα και αναστρέψιμα με τις πρωτεΐνες, όπως συμβαίνει με τα μέταλλα όπως ο χαλκός και ο σίδηρος. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι στο κέντρο κάθε πρωτεϊνικής υπομονάδας αιμοσφαιρίνης, τυλιγμένο σε πρωτεϊνικό κέλυφος, βρίσκουμε τη λεγόμενη προσθετική ομάδα EME, με μια μεταλλική καρδιά που αντιπροσωπεύεται από ένα άτομο σιδήρου στην κατάσταση οξείδωσης Fe2 + (μειωμένη κατάσταση), η οποία δεσμεύεται οξυγόνο αντιστρέψιμα.
Ανάλυση αίματος
- Κανονικές τιμές αιμοσφαιρίνης στο αίμα: 13-17 g / 100 ml
Στις γυναίκες οι τιμές είναι κατά μέσο όρο 5-10% χαμηλότερες από ό, τι στους άνδρες.
Πιθανές αιτίες της υψηλής αιμοσφαιρίνης
- πολυκυτταραιμία
- Παρατεταμένη διαμονή σε ύψος
- Χρόνιες πνευμονοπάθειες
- καρδιακό νόσημα
- Αιματοποίηση του αίματος (χρήση ερυθροποιητίνης και παραγώγων ή ουσιών που μιμούνται τη δράση της)
Πιθανές αιτίες χαμηλής αιμοσφαιρίνης
- αναιμία
- Σιδηροπενία
- Πλούσια αιμορραγία
- καρκινώματα
- εγκυμοσύνη
- θαλασσαιμία
- Μπερνς
Συνεπώς, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο αίμα δίνεται από το άθροισμα της μικρής ποσότητας που διαλύεται στο πλάσμα με το κλάσμα που συνδέεται με τον αιμοσφαιρικό σίδηρο.
Περισσότερο από το 98% του οξυγόνου που υπάρχει στο αίμα συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη, η οποία με τη σειρά της κυκλοφορεί στην κυκλοφορία του αίματος που κατανέμεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Έτσι, χωρίς την αιμοσφαιρίνη, τα ερυθροκύτταρα δεν μπορούσαν να εκπληρώσουν τη λειτουργία τους να μεταφέρουν οξυγόνο στο αίμα.
Λαμβάνοντας υπόψη τον κεντρικό ρόλο αυτού του μετάλλου, η σύνθεση της αιμοσφαιρίνης απαιτεί επαρκή πρόσληψη σιδήρου με τη διατροφή. Περίπου το 70% του σιδήρου στο σώμα είναι στην πραγματικότητα εγκλεισμένο στις ομάδες EME αιμοσφαιρίνης.
Η αιμοσφαιρίνη αποτελείται από 4 υπομονάδες δομικά πολύ παρόμοιες με μυοσφαιρίνη *.
Η αιμοσφαιρίνη είναι μια μεγάλη και πολύπλοκη μεταλλοπρωτεΐνη, που χαρακτηρίζεται από τέσσερις σφαιρικές πρωτεϊνικές αλυσίδες τυλιγμένες γύρω από μια ομάδα EME που περιέχει Fe2 +.
Για κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης, λοιπόν, βρίσκουμε τέσσερις ομάδες EME τυλιγμένες από τη σχετική αλυσίδα σφαιρίνης πρωτεΐνης. Δεδομένου ότι σε κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης υπάρχουν τέσσερα άτομα σιδήρου, κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης μπορεί να δεσμεύσει τέσσερα άτομα οξυγόνου, σύμφωνα με την αναστρέψιμη αντίδραση:
Hb + 4O2 ← → Hb (02) 4
Όπως είναι γνωστό στους περισσότερους ανθρώπους, το έργο της αιμοσφαιρίνης είναι να πάρει οξυγόνο από τους πνεύμονες, να το απελευθερώσει στα κύτταρα που την χρειάζονται, να πάρει το διοξείδιο του άνθρακα από αυτά και να το απελευθερώσει στους πνεύμονες όπου το φυτό αρχίζει και πάλι.
Κατά τη διέλευση του αίματος στα τριχοειδή αγγεία των πνευμονικών κυψελίδων, η αιμοσφαιρίνη δεσμεύει το οξυγόνο στον εαυτό της, το οποίο στη συνέχεια αποδίδεται στους ιστούς στην περιφερική κυκλοφορία. Αυτή η ανταλλαγή λαμβάνει χώρα επειδή οι δεσμοί οξυγόνου με τον σίδηρο της ομάδας EME είναι ασταθής και ευαίσθητοι σε πολλούς παράγοντες, το σημαντικότερο από τα οποία είναι η τάση ή η μερική πίεση του οξυγόνου.
Οξυγόνο που δεσμεύει την αιμοσφαιρίνη και το φαινόμενο Bohr
Στους πνεύμονες, η τάση οξυγόνου στο πλάσμα αυξάνεται λόγω της διάχυσης του αερίου από τις κυψελίδες στο αίμα (↑ PO2). αυτή η αύξηση προκαλεί την αιμοσφαιρίνη να δεσμεύεται ανυπόμονα προς το οξυγόνο. το αντίθετο συμβαίνει στους περιφερικούς ιστούς, όπου η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο αίμα μειώνεται (↓ PO2) και αυξάνει τη μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα (↑ CO2). αυτό προκαλεί την αιμοσφαιρίνη να απελευθερώσει το οξυγόνο φορτώνοντας η ίδια με CO2. Με την απλούστευση της ιδέας στο μέγιστο, στο αίμα υπάρχει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα και λιγότερο οξυγόνο παραμένει συνδεδεμένο με την αιμοσφαιρίνη .
Αν και η ποσότητα του φυσικώς διαλυμένου οξυγόνου στο αίμα είναι πολύ χαμηλή, διαδραματίζει επομένως θεμελιώδη ρόλο. Στην πραγματικότητα, αυτή η ποσότητα επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την αντοχή του δεσμού μεταξύ οξυγόνου και αιμοσφαιρίνης (πέραν του ότι αντιπροσωπεύει μια σημαντική τιμή αναφοράς στη ρύθμιση του πνευμονικού αερισμού).
Συνοψίζοντας το σύνολο με ένα γράφημα, η ποσότητα οξυγόνου που συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη αυξάνεται σε σχέση με το ρ02 μετά από μια σιγμοειδή καμπύλη:
Το γεγονός ότι η περιοχή πλάκας είναι τόσο μεγάλη θέτει ένα σημαντικό περιθώριο ασφαλείας στο μέγιστο κορεσμό της αιμοσφαιρίνης κατά τη διάρκεια της διέλευσης στους πνεύμονες. Αν και το ρΟ2 στο κυψελιδικό επίπεδο είναι κανονικά ίσο με 100 mm Hg παρατηρώντας το σχήμα που παρατηρούμε στην πραγματικότητα και ως μερική πίεση οξυγόνου ίση με 70 mmHg (τυπική εμφάνιση ορισμένων ασθενειών ή μόνιμη κατάσταση σε μεγάλο υψόμετρο), τα ποσοστά κορεσμένης αιμοσφαιρίνης να παραμείνει κοντά στο 100%.
Στην περιοχή της μέγιστης κλίσης, όταν η μερική τάση του οξυγόνου πέφτει κάτω από 40 mmHg, η ικανότητα της αιμοσφαιρίνης να δεσμεύει το οξυγόνο πέφτει απότομα.
Σε συνθήκες ηρεμίας, το PO2 σε ενδοκυτταρικά υγρά είναι περίπου 40 mmHg. σε αυτό το πλαίσιο, λόγω των νόμων για το αέριο, το οξυγόνο που διαλύεται στο πλάσμα διαχέεται προς τους ιστούς φτωχότερους από το 02 διαμέσου της τριχοειδούς μεμβράνης. Συνεπώς, η τάση πλάσματος του 02 μειώνεται περαιτέρω και αυτό ευνοεί την απελευθέρωση οξυγόνου από την αιμοσφαιρίνη. Κατά τη διάρκεια μιας έντονης σωματικής προσπάθειας, από την άλλη πλευρά, η τάση οξυγόνου στους ιστούς πέφτει στα 15 mmHg ή λιγότερο, έτσι το αίμα είναι έντονα εξαντλημένο από οξυγόνο.
Για ό, τι είπε, σε συνθήκες ανάπαυσης μια σημαντική ποσότητα οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης φεύγει από τους ιστούς, παραμένοντας διαθέσιμος σε περίπτωση ανάγκης (για παράδειγμα για να αντιμετωπίσει ξαφνική αύξηση του μεταβολισμού σε ορισμένα κύτταρα).
Η συνεχής γραμμή που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα καλείται καμπύλη διάστασης αιμοσφαιρίνης. προσδιορίζεται τυπικά in vitro σε ρΗ 7.4 και σε θερμοκρασία 37 ° C.
Το φαινόμενο Bohr έχει συνέπειες τόσο στην πρόσληψη Ο2 στο επίπεδο των πνευμόνων όσο και στην απελευθέρωσή του στο επίπεδο των ιστών.
Όπου υπάρχει περισσότερο διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα με τη μορφή διττανθρακικού άλατος, η αιμοσφαιρίνη απελευθερώνει οξυγόνο πιο εύκολα και φορτίζεται με διοξείδιο του άνθρακα (με τη μορφή διττανθρακικού άλατος).
Το ίδιο αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με την οξίνιση του αίματος: όσο περισσότερο το pH του αίματος μειώνεται και το λιγότερο οξυγόνο παραμένει συνδεδεμένο με την αιμοσφαιρίνη, όχι τυχαία, στο αίμα το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται διαλυμένο κυρίως με τη μορφή του ανθρακικού οξέος, το οποίο διασπάται.
Προς τιμήν του ανιχνευτή του, η επίδραση του ρΗ ή του διοξειδίου του άνθρακα στον διαχωρισμό του οξυγόνου είναι γνωστή ως η επίδραση του Bohr.
Όπως αναμένεται, σε ένα όξινο περιβάλλον η αιμοσφαιρίνη απελευθερώνει οξυγόνο πιο εύκολα, ενώ σε ένα βασικό περιβάλλον ο δεσμός με οξυγόνο είναι ισχυρότερος.
Μεταξύ των άλλων παραγόντων που μπορούν να τροποποιήσουν τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο, θυμόμαστε τη θερμοκρασία. Συγκεκριμένα, η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος. Αυτό είναι ιδιαίτερα επωφελές κατά τους χειμερινούς και τους ανοιξιάτικους μήνες, δεδομένου ότι η θερμοκρασία του πνευμονικού αίματος (σε επαφή με τον αέρα του εξωτερικού περιβάλλοντος) είναι μικρότερη από εκείνη που επιτυγχάνεται στο επίπεδο των ιστών, όπου διευκολύνεται η απελευθέρωση του οξυγόνου .
Το 2, 3 διφωσφογλυκερικό είναι ένα ενδιάμεσο της γλυκόλυσης που επηρεάζει τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο. Εάν οι συγκεντρώσεις του μέσα στα ερυθροκύτταρα αυξάνονται, η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο μειώνεται, διευκολύνοντας έτσι την απελευθέρωση οξυγόνου στους ιστούς. Δεν είναι τυχαίο ότι οι συγκεντρώσεις ερυθροκυττάρων του 2, 3 διφωσφογλυκερικού άλατος αυξάνονται, για παράδειγμα, στην αναιμία, στην καρδιοπνευμονική ανεπάρκεια και κατά τη διάρκεια παραμονής σε υψηλό έδαφος.
Γενικά, η επίδραση του 2, 3-διφωσφογλυκερικού είναι σχετικά αργή, ειδικά σε σύγκριση με την ταχεία απόκριση σε αλλαγές pH, θερμοκρασίας και μερική πίεση διοξειδίου του άνθρακα.
Το φαινόμενο Bohr είναι πολύ σημαντικό κατά τη διάρκεια έντονης μυϊκής εργασίας. σε παρόμοιες καταστάσεις, στην πραγματικότητα στους ιστούς που εκτίθενται περισσότερο στο στρες υπάρχει τοπική αύξηση της θερμοκρασίας και της πίεσης του διοξειδίου του άνθρακα και συνεπώς της οξύτητας του αίματος. Όπως εξηγείται παραπάνω, όλα αυτά ευνοούν τη μεταφορά οξυγόνου στους ιστούς, μετακινώντας τη καμπύλη διάστασης της αιμοσφαιρίνης προς τα δεξιά.
