ОСНОВНЫЕ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КРОВИ
Плазма крови содержит несколько протеолитических систем. В составе этих систем - протеиназы, участвующие в защитных и регуляторных реакциях организма. В отличие от тканевых, плазменные протеиназы пространственно не разделены. Поэтому они могут свободно взаимодействовать между собой.
Активация плазменных протеиназ относится к группе процессов, объединенных под общим названием «гетерогенный катализ», и протекает эффективно при связывании с чужеродными поверхностями.
В нашем организме есть две взаимосвязанные системы протеолитических ферментов, в результате работы которых регулируется сосудистый тонус.
К основным протеолитическим системам крови относятся кининовая и ренин-ангиотензиновая.
1. РЕНИН-АНГИОТЕНЗИН-АЛЬДОСТЕРОНОВАЯ СИСТЕМА (РААС-система).
Работа этой системы направлена на повышение артериального давления.
2. КИНИНОВАЯ СИСТЕМА – результатом работы этой системы является понижение артериального давления.
Активация обеих систем сводится к синтезу биологически активных низкомолекулярных пептидов из их предшественников путем реакций ограниченного протеолиза.
Главная роль принадлежит РААС, которая регулирует сосудистый тонус и водно-солевой обмен.
РЕНИН-АНГИОТЕНЗИН-АЛЬДОСТЕРОНОВАЯ СИСТЕМА
В почках в клетках юкстагломерулярного аппарата (ЮГА) синтезируется РЕНИН - протеолитический фермент.
Ренин участвует в регуляции сосудистого тонуса, превращая ангиотензиноген в декапептид ангиотензин-I путем ограниченного протеолиза.
Из ангиотензина-Iпод действием фермента карбоксикатепсина образуется (путем ограниченного протеолиза) октапептид ангиотензин-II. Он обладает сосудосуживающим эффектом, а также стимулирует выработку гормона коры надпочечников - альдостерона.
Альдостерон усиливает реабсорбцию натрия и воды в почечных канальцах - это приводит к увеличению объема крови, циркулирующей в сосудах. В результате повышается артериальное давление. Когда молекула ангиотензина-II выполнит свою функцию, она подвергается тотальному протеолизу под действием группы специальных протеиназ - ангиотензиназ.
Схема 1.
Выработка ренина зависит от кровоснабжения почек. Поэтому при снижении артериального давления выработка ренина увеличивается, а при повышении - снижается. При патологии почек иногда наблюдается повышенная выработка ренина и может развиваться стойкая гипертензия (повышение артериального давления).
Ренин-ангиотензин-альдостероновая система работает в тесном контакте с другой системой регуляции сосудистого тонуса: КАЛЛИКРЕИН-КИНИНОВОЙ СИСТЕМОЙ, действие которой приводит к понижению артериального давления.
В почках синтезируется белок кининоген. Попадая в кровь, кининоген под действием сериновых протеиназ - калликреинов превращается в вазоактивные пептиды - кинины: брадикинин и каллидин. Брадикинин и каллидин обладают сосудорасширяющим эффектом - понижают артериальное давление. Инактивация кининов происходит при участии карбоксикатепсина - этот фермент одновременно влияет на обе системы регуляции сосудистого тонуса, что приводит к повышению атериального давления. Ингибиторы карбоксикатепсина применяются в лечебных целях при лечении некоторых форм артериальной гипертензии.
Кроме основных перечисленных фракций белков в плазме крови содержится большое количество белков выполняющих специализированные функции, эти белки не соответствуют ни одной из фракций вышеописанных белков: например – интерфероны, цитокины и т.д., выделяют также индивидуальные белки.
Индивидуальные белки
БЕЛКИ - ПАРАПРОТЕИНЫ
Известно более 200 индивидуальных белков, которые присутствуют в плазме крови здорового человека. У больных, в зависимости от вида патологии, их количество значительно возрастает и проявляются белки, которых в норме либо нет, либо они присутствуют в следовых количествах. Это – парапротеины. Парапротеины отличаются от нормальных белков плазмы по физиико – химическим свойствам, антигенному строению и биологической активности. Парапротеины - похожи на глобулины, однако состоят из однотипных лёгких цепей и не могут быть антителами.
К парапртеинам относятся: миеломные протеины, макроглобулины Вальденштрема, уропротеины Бенс-Джонса, опухолевые маркеры, появление которых отмечается при развитии в организме опухолевого процесса разной локализации.
При миеломной болезни (Рустицкого - Калера) в крови обнаруживается гиперкальциемия, гиперпротеинемия, появляются миеломные протеины, в моче белки Бенс-Джонса. В клинике – частые переломы, костные деформации, опухоли и т.д.
Макроглобулинемия Вальденштрема – лимфоидный злокачественный рост, затрагивающий все органы. В крови – анемия, макроглобулины Вальденштрема – патологические IgM - моноклональные М-компоненты
Болезнь тяжёлых цепей –синдром иммунной недостаточности - неполный синтез тяжёлых цепей с отсутствием фрагментов иммуноглобулинов.
У таких пациентов снижено количество альбуминов и глобулинов (потери белков – мальабсорбция) Снижение количества эритроцитов, лейкоцитов, иммунофоретически обнаруживаются моноклональные М-компоненты.
Парапротеинемии сопровождаются значительным повышением общего белка сыворотки крови.
Белки – маркеры опухолевого роста:
α-Фетопротеин – эмбриональный альбумин. Синтезируется печенью, желточным мешком и клетками желудочно-кишечного тракта эмбриона. У взрослых в крови отсутствует. Появляется в крови при беременности и первичном раке печени, обнаруживается у 10-25% больных циррозом печени, тяжелом хроническом гепатите, подостром некрозе печени, а также при опухолях яичника и яичка.
Раково-эмбриональный антиген (РЭА) – онкофетальный антиген, синтезируется клетками эмбриона и плода. Этот гликопротеин обнаруживается на мембране клетки и слущивается с ее поверхности в окружающую среду. Уровень РЭА в сыворотки крови увеличивается у 40-80% больных злокачественными новообразованиями эндодермального происхождения (желудок, кишечник, поджелудочная, щитовидная, молочная железа,).
Трофобластический β-глобулин - синтезируется трофобластом и появляется в организме при беременности. По его концентрации можно диагностировать беременность уже в конце 2-й недели. Внезапное снижение уровня этого глобулина говорит об угрозе самопроизвольного выкидыша. Этот белок появляется в крови при возникновении хорионэпителиомы – опухоли, развивающейся из трофобластических клеток матки.
Раздел II
ФОРМЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КРОВИ
На долю форменных элементов приходится 40 – 45%, на долю плазмы – 55 – 60% от объема крови. Это соотношение получило название гематокритного соотношения, или гематокритного числа. Часто под гематокритным числом понимают только объем крови, приходящийся на долю форменных элементов.
МЕТАБОЛИЗМ ЭРИТРОЦИТА
Эритроциты – высокопециализированные клетки с редуцированным, во многих отношениях набором ферментов и рецепторов, эритроциты имеют только клеточную мембрану и цитоплазму. Главная функция эритроцитов – перенос: перенос О2 и СО2. Он возможен благодаря большому содержанию гемоглобина и высокой активности фермента карбоангидразы.
В норме в крови у мужчин содержится 4,0 – 5,0х10*12/л, или 4 000 000 – 5 000 000 эритроцитов в 1 мкл, у женщин – 4,5х10*12/л, или 4 500 000 в 1 мкл. Повышение количества эритроцитов в крови называется эритроцитозом, уменьшение эритропенией. При анемии может быть снижено или число эритроцитов, или содержание в них гемоглобина, или и то и другое. Как эритроцитозы, так и эритропении бывают ложными в случаях сгущения или разжижения крови и истинными.
Строение эритроцитов обеспечивает функционирование эритроцитов:
1. Двояковогнутая форма имеет большую площадь поверхности по сравнению с клетками сферической формы это облегчает газообмен между клеткой и внеклеточной средой.
2. Особенность строения мембраны и цитоскелета эритроцитов обеспечивает большую пластичность эритроцитов при прохождении узких капилляров.
3. На эр – имеются группоспецифические антигены системы АВО.
4. Особенности метаболизма эритроцита обеспечивают защиту этих клеток от активных форм кислорода, а также процесс распознования старых клеток и их последующую элиминацию.
В состав эритроцитов входят: 60% воды, 30-35% гемоглобин, примерно 5% негемоглобиновые протеины, минералы, липиды, углеводы. В состав оболочки эритроцитов на 49% входят белки, 43% жиры, 8% углеводы.
Обмен эритроцитов также имеет ряд особенностей:
1. В зрелых эритроцитах не идут реакции биосинтеза белков.
2. Образование энергии - только путем гликолиза, субстрат - только глюкоза. Активность гликолиза высока, высоко содержание фермента ЛДГ.
3. Эр – участвуют в процессах ионообмена с плазмой крови: обмен катионов водорода на натрий – поддержание кислотно – щелочного равновесия и электролитного баланса организма.
4. Гемоглобин эр – буферная система
5. Эр – адсорбенты для иммунных комплексов, физиологически предохраняющие стенку сосудов от развития иммунокомплексных васкулитов.
6. Плазматическая мембрана эритроцитов обладает незначительной активностью фосфолипаз, в связи с чем при повреждении они, в отличии от других клеток, практически не включают механизмы продукции медиаторов арахидонового каскада.
В эритроцитах работают собственные механизмы предохранения гемоглобина от окисления:
1. Активно протекает ГМФ-путь распада глюкозы, дающий НАДФ.H2
2. Высока концентрация глютатиона - пептида, содержащего SH-группы
БЕЛКИ ЭРИТРОЦИТА – известно около 15 мембранных белков, мы рассмотрим некоторые из этих белков:
1. Спектрин
2. гликофорин
3. белок 3-й полосы
4. Анкирин
5. белок 4.1
6. Аддуцин,
Спектрин –периферический, каркасный субмембранный белок, связанный нековалентно со внутренней поверхностью мембранного бислоя. Состоит из 2 – х антипараллельных цепей альфа и бета, перекрученных друг с другом. Этот белок с помощью белка анкирина крепится к интегральным белкам мембраны например к белкам 3 –й полосы, с гликофорином спектрин соединяется белком 4.1, который образует со спектрином и анкирином узловой комплекс. Таким образом, спектрин и анкирин участвуют в поддержании двояковогнутой формы эр, формируя сетчатую структуру, и обеспечивает эластичность эр в динамике. С белком спектрином связана молекула АТФ, АТФ расходуется в большом количестве при искажении эритроцита и при работе натриевого насоса.
Дефект белка спектрина, или дефект прикрепляющего его анкирина – ведёт к формированию наследственной патологии – микросфероцитоза – болезнь Минковского – Шоффара. При этой патологии нарушен ход полимеризации спектрина и как следствие – шаровидная форма эритроцитов, при этом увеличивается связывание кальция с патологичным белком, что ведёт к значительному уменьшению осмотической стойкости эритроцита. Болезнь проявляется гемолитической анемией, основные признаки – анемия, желтуха, спленомегалия.
С патологией мембранных белков и липидов могут быть связаны другие формы эритроцитов – элиптоцитоз, стоматоцитоз, акантоцитоз, эхиноцитоз, лептоцитоз, дискоцитоз и т.д. Эта патология может быть наследственной или приобретённой (например сопровождать какую – то патологию – акантоцитоз при выраженной интоксикаци).
Белок 3- й полосы – интегральный белок, является переносчиком ионов CL и бикарбонат-анионов, который осуществляет по механизму пассивного антипорта.
Антиген стареющих клеток – АСК также мигрирует с белком 3-ей полосы, по мере взросления эр обретает неоантигенные свойства, которые распознаются макрофагами РЭС.
Натрий – калиевая АТФ-аза поддерживает градиент концентрации этих ионов по обе стороны мембраны. При снижении её активности, концентрация ионов натрия в клетке повышается, т.к. небольшие ионы могут проходить через мембрану простой диффузией. Следствием увелечения концентрации натрия в цитоплазме эр будет повышение осмоса в клетке, поступление в клетку воды – гибель эр – гемолиз.
Кальций – зависимая АТФ – аза, обеспечивает выведение из эр – ионов кальция и поддерживает градиент концентрации кальция вне и внутри клетки, существует следующая зависимость: при снижении концентрации АТФ, в мембране возрастает количество кальция, между ними существует определённая конкуренция. Кальций снижает сродство спектрина к цитоскелету клетки.
Гликофорин – интегральный гликопротен, гликофорин пронизывает мембрану эритроцита снаружи кнутри.
к N – концевой части которого присоединяются олигосахаридные группы (в основном сиаловая кислота). Эти олигосахариды – антигены системы АВО, определяющие группу крови человека.
Группы крови
Учение о группах крови возникло в связи с проблемой переливания крови. В 1901 г. К. Ландштейнер обнаружил в зритроцитах людей агглютиногены А и В. В плазме крови находятся агглютинины a и b (гамма-глобулины). Согласно классификации К.Ландштейнера и Я.Янского в зависимости от наличия или отсутствия в крови конкретного человека агглютиногенов и агглютининов различают 4 группы крови. Эта система получила название АВО, Группы крови в ней обозначаются цифрами и теми агглютиногенами, которые содержатся в эритроцитах данной группы. Групповые антигены – это наследственные врожденные свойства крови, не меняющиеся в течение всей Жизни человека. Агглютининов в плазме крови новорожденных нет. Они образуются в течение первого года жизни ребенка под влиянием веществ, поступающих с пищей, а также вырабатываемых кишечной микрофлорой, к тем антигенам, которых нет в его собственных эритроцитах.
I группа (О) – в эритроцитах агглютиногенов нет, в плазме содержатся агглютинины a и b ;
II группа (А) – в эритроцитах содержится агглютиноген А, в плазме – агглютинин b ;
III группа (В) – в эритроцитах находится агглютиноген В, в плазме – агглютинин a ;
IV группа (АВ) – в эритроцитах обнаруживаются агглютиногены А и В, в плазме агглютининов нет.
Агглютинация происходит в том случае, если в крови человека встречаются агглютиноген с одноименным агглютинином: агглютиноген А с агглютинином а или агглютиноген В с агглютинином b. При переливании несовместимой крови в результате агглютинации и последующего их гемолиза развивается гемотрансфузионный шок, который может привести к смерти. Кровь I группы можно переливать людям со всеми группами крови (I, II, III, IV), поэтому людей с первой группой крови называют универсальными донорами. В то же время людям с IV группой крови можно переливать любую кровь, поэтому их называют универсальными реципиентами.
Рисунок 1. Определение группы крови системы АВО.
Одну каплю крови смешивают с сывороткой анти-В, вторую – с анти-А, третью – с анти-А-анти-В. По реакциям агглютинации (скопления эритроцитов, показанные ярко-красным цветом) судят о групповой принадлежности крови.
В дальнейшем было установлено, что агглютиногены А и В существуют в разных вариантах, отличающихся по антигенной активности: А1,А2,А3 и т.д., В1, В2 и т.д. Активность убывает в порядке их нумерации. Также было обнаружено, что у людей с I группой крови на мембране эритроцитов имеется антиген Н. Этот антиген встречается и у людей с II, III и IV группами крови, однако у них он проявляется в качестве скрытой детерминанты. У людей с II и IV группами крови часто встречаются анти-Н-антитела.
Поэтому при переливании крови I группы людям с другими группами крови также могут развиться гемотрансфузионные осложнения. В связи с этим в настоящее время пользуются правилом, по которому переливается только одногруппная кровь.
Система резус - фактора
К.Ландштейнером и А.Винером в 1940 г. в эритроцитах обезьяны макаки-резуса был обнаружен антиген, который они назвали резус-фактором. Этот антиген находится и в крови 85% людей белой расы. У некоторых народов, например, эвенов резус-фактор встречается в 100%. Кровь, содержащая резус-фактор, называется резус-положительной (Rh+). Кровь, в которой резус-фактор отсутствует, называется резус-отрицательной (Rh-). Резус-фактор передается по наследству. В настоящее время известно, что система резус включает много антигенов. Наиболее активными в антигенном отношении являются антиген D, затем следуют С, Е, d, с, е. Они и чаще встречаются. Система резус, в отличие от системы АБО, не имеет в норме соответствующих агглютининов в плазме. Однако если кровь резус-положительного донора перелить резус-отрицательному реципиенту, то в организме последнего образуются специфические антитела по отношению к резус-фактору – антирезус-агглютинины. При повторном переливании резус-положительной крови этому же человеку у него произойдет агглютинация эритроцитов, т.е. возникает резус-конфликт, протекающий по типу гемотрасфузионного шока. Поэтому резус-отрицательным реципиентам можно переливать только резус-отрицательую кровь. Резус-конфликт также может возникнуть при беременности, если кровь матери резус- отрицательная, а кровь плода резус-положительная. Резус-агглютиногены, проникая в организм матери, могут вызвать выработку у нее антител. Однако значительное поступление эритроцитов плода в организм матери наблюдается только в период родовой деятельности. Поэтому первая беременность может закончиться благополучно. При последующих беременностях резус-положительным плодом антитела проникают через плацентарный барьер, повреждают ткани и эритроциты плода, вызывая выкидыш или тяжелую гемолитическую анемию у новорожденных. С целью иммунопрофилактики резус-отрицательной женщине сразу после родов или аборта вводят концентрированные анти-D-антитела.
Кроме агглютиногенов системы АВО и резус-фактора в последние годы на мембране эритроцитов обнаружены и другие агглютиногены, которые определяют группы крови в данной системе. Таких антигенов насчитывается более 400. Наиболее важными антигенными системами считаются MNSs, Р, Лютеран (Lи), Льюис (Lе), Даффи (Fу) и др.
Наибольшее значение для клиники переливания крови имеют система АВО и резус-фактор.
В эритроцитах высока активность фермента ЛДГ, примерно в 100 раз выше, чем в плазме.
Липидный состав мембраны не отличается от состава мембран соматических клеток. Углеводы находятся в ассоциированном виде.
Гемоглобин
Основным белком эритроцитов является гемоглобин, который по своей химической природе является производным металлопорфиринов.
Порфирины –циклические образования, образованные 4 пиррольными кольцами, соединенными между собой метенильными мостиками. Характерным свойством порфиринов является их способность образовывать комплексы с ионами металлов, связывающиеся с атомами азота пиррольных колец. Порфирины содержащие ионы металлов – металлопорфирины.
Металлопорфирины способны связываться с белками, в результате образуются соединения, играющие важную роль в биологических процессах.
Металлопорфирины:
1. Гемоглобины – железопорфирины, связанные с белком глобином
2. Миоглобины – дыхательные пигменты мышечных клеток
3. Цитохромы – соединения, функционирующие как переносчики электронов в реакциях ОВР
4. Каталазы – железосодержащий фермент
5. Триптофанпирролаза – содержит железо
Гемоглобин
Гемоглобин - красный пигмент крови человека и животных. Подсчитано, что в одном эритроците содержится около ~ 340000000 молекул гемоглобина, каждая из которых состоит примерно из 103 атомов. В крови человека в среднем содержится 750 г.
Гемоглобин - кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и нерастворимое в спирте, эфире и хлороформе. В эритроцитах гемоглобин находится в растворенном состоянии. Его содержание в эр более 30%.
Наиболее характерным свойством гемоглобина является обратимое присоединение газов О2, СО и др. Образовавшиеся при этом соединения называются оксигемоглобином и карбоксигемоглобином, соответственно. Реакция присоединения молекулярного кислорода не является истинным окислением гемоглобина, так как валентность железа в геме при этом не изменяется, и эту реакцию правильнее называть оксигенацией. Истинное окисление гемоглобина происходит только тогда, когда железо переходит в трехвалентное состояние.
В крови гемоглобин существует, по крайней мере, в четырех формах: оксигемоглобин, дезоксигемоглобин, карбоксигемоглобин, метгемоглобин. В эритроцитах молекулярные формы гемоглобина способны к взаимопревращению, их соотношение определено индивидуальными особенностями организма.
Гемоглобин – это хромопротеид, слагающийся из протеиновой группы (глобин) и простетической (гем) частей.
Простетическая группа в молекуле гемоглобина представлена 4 одинаковыми железопорфириновыми соединениями, которые называются гемами. Гем составляет физиологически активную часть молекулы гемоглобина благодаря своей способности вступать в обратимую комбинацию с кислородом. Молекула гема состоит из порфирина IХ, связанного с железом двумя атомами азота ковалентными и двумя другими атомами азота координационными связями.
Рисунок 2. Строение гемма . Примечание: На схеме Р - остатки пропионовой кислоты
Протопорфириновое кольцо образовано четырьмя пиролльными кольцами: четыре замещенных пиррола связаны метиленовыми мостиками, так что создаётся система сопряжённых двойных связей (то есть при движении по кругу одинарные и двойные связи в молекуле чередуются). Атом железа (II) расположен в центре гема и придает крови характерный красный цвет, степень его окисления не изменяется независимо от присоединения или отдачи кислорода. Атом железа может образовать шесть координационных связей. Четыре связи направлены к атомам азота пиррольных колец, оставшиеся две связи - перпендикулярно к плоскости порфиринового кольца по обе его стороны.
Гемы расположены вблизи поверхности белковой глобулы в специальных гидрофобных «гемовых» карманах, образованных складками полипептидных цепочек глобина.
Гемоглобин при нормальном функционировании может находиться в одной из трех форм:
1.феррогемоглобин (обычно называемый дезоксигемоглобином или просто гемоглобином),
2.оксигемоглобин.
3.допускается наличие в крови и ферригемоглобина (называемый также метгемоглобином) не более 1%.
В феррогемоглобине железо находится в закисной форме Fe(II), одна из двух оставшихся связей, перпендикулярных к плоскости порфиринового кольца, направлена к атому азота гистидинового остатка, а вторая связь свободна.
Взаимодействие молекулярного кислорода со свободным гемом приводит к необратимому окислению атома железа гема (Fe(II) в Fе(III); гем в гемин).
В дезоксигемоглобине глобин предохраняет железо гема от окисления.
В структуре гемоглобина каждая молекула глобина связана с гемом, гем, благодаря содержащемуся в нём атому железа гемм способен обратимо связывать кислород, причём в процессе присоединения кислорода и его отдачи железо остаётся 2-х валентным.
В кислой среде связь между гемом и глобином легко разрывается.
Свободный гем легко окисляется кислородом воздуха до гематина, в котором атом железа трехвалентен.
Имеющиеся в молекуле гемоглобина 4 ядра гема закрепляют кислород с различной скоростью, в связи с явлением кооперативного эффекта.
Реакция оксигенации Обратимое присоединение кислорода (оксигенация), позволяющее гемоглобину выполнять свою основную функцию переносчика, обеспечивается возможностью образовать прочные пятую и шестую координационные связи и перенести электрон на кислород не от железа (то есть окислить Fe2+), а от имидазольного кольца проксимального гистидина.
Вместо молекулярного кислорода железо гема может присоединить окись углерода СО (угарный газ). Даже небольшие концентрации СО приводят к нарушению кислородпереносящей функции гемоглобина и отравлению угарным газом. Выше было сказано, что одна молекула гемоглобина содержит четыре субъединицы и, следовательно четыре гема, каждый из которых может обратимо присоединить одну молекулу кислорода. Поэтому реакцию оксигенации можно разделить на четыре стадии:
Hb+O2 HbO2
НbO2+O2 Hb(O2)2
Hb(O2)2+O2 Hb(O2)3
Hb(O2)3+O2 Hb(O2)4
между гемами одной молекулы гемоглобина существует некоторая связь, благодаря которой присоединение кислорода к одному гему облегчает присоединение кислорода к другому гему той же молекулы – явление кооперативного эффекта.
Присоединение кислорода меняет кислотно-основные свойства гемоглобина. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем дезоксигемоглобин. Поэтому в тканях, где значительная часть гемоглобина теряет кислород и становится более сильным основанием, гемоглобин связывает образующуюся в ходе метаболических внутриклеточных процессов углекислоту.
Молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода, по одной на каждую субъединицу. Насыщение гемоглобина кислородом описывается не гиперболической кривой, как в случае миоглобина, сигмоидной, при чем эта кривая сдвинута вправо по отношению к кривой, характерной для миоглобина (см. рисунок). Для достижения 50% насыщения гемоглобина кислородом необходима более высокая концентрация последнего, чем в случае миоглобина, что указывает на более высокое сродство миоглобина к кислороду. Гемоглобину необходимо забрать как можно больше кислорода из лёгких и отдать его капиллярам в тканях. Наибольшая крутизна сигмоидной кривой (свидетельствующая о наибольшей отдаче кислорода) наблюдается при давлении О2, соответствующем его давлению в капиллярах. Насыщение гемоглобина кислородом происходит при более высоком давлении кислорода, которое характерно для лёгких.
100
(насыщение
кислородом в %) миоглобин гемоглобин
0 приблизительное давление кислорода в капиллярах
рО2
Рисунок 3. Кривая насыщения гемоглобина кислородом.
Гемоглобин, соединенный с углекислым газом, носит название карбгемоглобина. Это соединение также легко распадается. В виде карбгемоглобина переносится 20% углекислого газа.
В альвеолах легких карбгемоглобин снова превращается в оксигемоглобин, становится более сильной кислотой и способствует отщеплению СО2. Это слегка упрощенное описание важного процесса транспорта углекислоты эритроцитами.
Углекислота, освобождаемая тканями, недостаточно хорошо растворима для эффективного переноса. С помощью фермента карбоангидразы, ускоряющего прямую и обратную реакцию СО2+Н2О=НСО3-+Н+ (а)двуокись углерода превращается в хорошо растворимый бикарбонат-анион.
В капиллярах тканей отщепление кислорода повышает содержание дезоксигемоглобина, связывающего протоны и смещающего, таким образом, равновесие реакции (а) вправо. Легко растворимый ион бикарбоната переносится кровью. В альвеолах легких гемоглобин оксигенируется, протоны освобождаются и равновесие (а) смещается влево. Образуется плохо растворимая двуокись углерода СО2, которая удаляется из водной фазы и выдыхается. Таким образом, гемоглобин работает как буфер с переменным значением pK.
Функция гемоглобина как переносчика углекислоты не менее важна, чем его функция переносчика кислорода.
Карбгемоглобин – соединение очень нестойкое и быстро диссоциирует в легочных капиллярах с отщеплением СО2. Часоть СО2 переносится в физически растворённом виде, около 6-7%. СО2 образуя карбаминовую кислоту связывается с гемоглобином.
Соединение гемоглобина с угарным газом (СО) называется карбоксигемоглобином. Карбоксигемоглобин является прочным соединением. Гемоглобин блокирован в нем угарным газом и неспособен осуществлять перенос кислорода. Сродство гемоглобина к угарному газу выше его сродства к кислороду, поэтому даже небольшое количество угарного газа в воздухе является опасным для жизни.
HbO2+CO HbCO + O2
Угарный газ (СО) способен связываться не только с гемоглобином, но и с миоглобином сердечной мышцы, и с тканевыми цитохромами.
В силу высокого сродства гемоглобина к СО (в 240 раз выше, чем к О2) требуется высокое содержание кислорода во вдыхаемом воздухе для того, чтобы быстро снизить содержание карбоксигемоглобина в крови. Выраженный эффект может быть получен при гипербарической оксигенации (подача кислорода под давлением).
В норме на сродство кислорода к гемоглобину влияют многочисленные факторы. Среди основных: рН, рСО2 (эффект Бора), биорегуляторы процесса диссоциации оксигемоглобина (2,3-дифосфоглицерат).
Метгемоглобинообразование
В процессе жизнедеятельности железо гемоглобина постоянно окисляется, превращаясь из двухвалентной в трёхвалентную форму. Гемоглобин, железо которого трёхвалентно, называется метгемоглобином.
Метгемоглобин не участвует в транспорте кислорода, поэтому в нормальных эритроцитах постоянно идёт процесс восстановления образующегося метгемоглобина в гемоглобин. Эритроциты, содержащие метгемоглобин, склонны к гемолизу. Физиологический уровень метгемоглобина в крови - менее 1%. Высокое содержание метгемоглобина, развивающееся как правило в результате действия некоторых токсинов, приводит к нарушению кислородтранспортной функции крови, а спустя некоторое время и гемолизу, что сопровождается снижением парциального давления кислорода в тканях, развитию тяжёлой гипоксии.
Поддержание метгемоглобина на уровне менее 1% обеспечивается двумя физиологическими механизмами.
Первый связан с восстановлением или связыванием ксенобиотиков-окислителей до момента их действия на гемоглобин. Так, в присутствии энзима глутатионпероксидазы (ГПО) восстановленный глутатион взаимодействует с молекулами-окислителями, попавшими в эритроциты, предотвращая их метгемоглобинобразующее действие.