Δομή και λειτουργίες
Η αιμοσφαιρίνη είναι μια μεταλλοπρωτεΐνη που περιέχεται στα 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. Η ανάγκη για έναν συγκεκριμένο φορέα είναι επομένως εμφανής.
Στην κυκλοφορία του αίματος, το οξυγόνο δεν μπορεί να συνδεθεί άμεσα και αναστρέψιμα με τις πρωτεΐνες, όπως συμβαίνει αντ 'αυτού για μέταλλα όπως ο χαλκός και ο σίδηρος. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι στο κέντρο κάθε υπομονάδας πρωτεΐνης της αιμοσφαιρίνης, τυλιγμένο σε ένα πρωτεϊνικό κέλυφος, βρίσκουμε το λεγόμενο προσθετικό ομάδα EME, με μεταλλική καρδιά που αντιπροσωπεύεται από άτομο σιδήρου σε κατάσταση οξείδωσης Fe2 + (μειωμένη κατάσταση), η οποία δεσμεύει το οξυγόνο με αναστρέψιμο τρόπο.
Ανάλυση αίματος
- Φυσιολογικές 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 υψηλής αιμοσφαιρίνης
- Πολυκυτταραιμίες
- Παρατεταμένη διαμονή στο ψηλό έδαφος
- Χρόνιες πνευμονικές παθήσεις
- Καρδιακή ασθένεια
- Ντόπινγκ αίματος (χρήση ερυθροποιητίνης και παραγώγων ή ουσιών που μιμούνται τη δράση τους)
Πιθανές αιτίες χαμηλής αιμοσφαιρίνης
- Αναιμίες
- Ανεπάρκεια σιδήρου (ανεπάρκεια σιδήρου)
- Άφθονη αιμορραγία
- Καρκινώματα
- Εγκυμοσύνη
- Θαλασσαιμίες
- Εγκαύματα
Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο αίμα δίνεται συνεπώς από το άθροισμα της μικρής ποσότητας που διαλύεται στο πλάσμα με το κλάσμα δεσμευμένο στον σίδηρο αιμοσφαιρίνης.
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 διατίθεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια.
Δεδομένου του κεντρικού ρόλου αυτού του μετάλλου, η σύνθεση αιμοσφαιρίνης απαιτεί επαρκή πρόσληψη σιδήρου στη διατροφή. Περίπου το 70% του σιδήρου που υπάρχει στο σώμα περιέχεται στην πραγματικότητα στις ομάδες αίμης της αιμοσφαιρίνης.
Η αιμοσφαιρίνη αποτελείται από 4 υπομονάδες που είναι δομικά πολύ παρόμοιες με τη μυοσφαιρίνη *.
* Ενώ, η αιμοσφαιρίνη μεταφέρει οξυγόνο από τους πνεύμονες στους ιστούς, η μυοσφαιρίνη μεταφέρει το οξυγόνο που απελευθερώνεται από την αιμοσφαιρίνη στα διάφορα κυτταρικά οργανίδια που το χρησιμοποιούν (π.χ. μιτοχόνδρια).
Η αιμοσφαιρίνη είναι μια μεγάλη και σύνθετη μεταλλοπρωτεΐνη, που χαρακτηρίζεται από τέσσερις σφαιρικές αλυσίδες πρωτεϊνών αντίστοιχα τυλιγμένες γύρω από μια ομάδα αίμης που περιέχει Fe2 +.
Για κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης βρίσκουμε λοιπόν τέσσερις ομάδες αίμης τυλιγμένες στη σχετική σφαιρική αλυσίδα πρωτεϊνών. Δεδομένου ότι υπάρχουν τέσσερα άτομα σιδήρου σε κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης, κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης μπορεί να συνδέσει τέσσερα άτομα οξυγόνου με τον εαυτό του, σύμφωνα με την αναστρέψιμη αντίδραση:
Hb + 4O2 → Hb (O2) 4
Όπως είναι γνωστό στους περισσότερους, το καθήκον της αιμοσφαιρίνης είναι να λαμβάνει οξυγόνο στους πνεύμονες, να το απελευθερώνει στα κύτταρα που το χρειάζονται, να παίρνει διοξείδιο του άνθρακα από αυτά και να το απελευθερώνει στους πνεύμονες όπου αρχίζει πάλι το χιλό.
Κατά τη διέλευση του αίματος στα τριχοειδή των πνευμονικών κυψελίδων, η αιμοσφαιρίνη συνδέει το οξυγόνο με τον εαυτό του, το οποίο στη συνέχεια απελευθερώνεται στους ιστούς στην περιφερική κυκλοφορία. Αυτή η ανταλλαγή συμβαίνει επειδή οι δεσμοί οξυγόνου με το σίδηρο της ομάδας EME είναι ασταθείς και ευαίσθητοι σε πολλούς παράγοντες, ο πιο σημαντικός από τους οποίους είναι η τάση ή η μερική πίεση του οξυγόνου.
Σύνδεση οξυγόνου με αιμοσφαιρίνη και επίδραση 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 συνδεθεί άμεσα με το οξυγόνο. Το αντίθετο συμβαίνει στους περιφερειακούς ιστούς, όπου η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο αίμα μειώνεται (↓ PO2) και η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται (↑ CO2). Αυτό προκαλεί την αιμοσφαιρίνη να απελευθερώσει οξυγόνο και να φορτιστεί με CO2. Απλοποιώντας όσο το δυνατόν περισσότερο την έννοια, όσο περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα υπάρχει στο αίμα, τόσο λιγότερο οξυγόνο παραμένει δεσμευμένο στην αιμοσφαιρίνη.
Αν και η ποσότητα οξυγόνου που διαλύεται φυσικά στο αίμα είναι πολύ χαμηλή, παίζει λοιπόν θεμελιώδη ρόλο. Στην πραγματικότητα, αυτή η ποσότητα επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τη δύναμη του δεσμού μεταξύ οξυγόνου και αιμοσφαιρίνης (καθώς αντιπροσωπεύει μια "σημαντική τιμή αναφοράς στη ρύθμιση του πνευμονικού αερισμού).
Συνοψίζοντας τα πάντα με ένα γράφημα, η ποσότητα οξυγόνου που συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη αυξάνεται σε σχέση με το pO2 ακολουθώντας μια σιγμοειδή καμπύλη:
Το γεγονός ότι η περιοχή του πλακιδίου είναι τόσο μεγάλη θέτει ένα σημαντικό περιθώριο ασφαλείας στο μέγιστο κορεσμό της αιμοσφαιρίνης κατά τη διέλευση στους πνεύμονες. Αν και το pO2 στο κυψελιδικό επίπεδο είναι κανονικά ίσο με 100 mm Hg, παρατηρώντας το σχήμα που στην πραγματικότητα σημειώνουμε πώς ακόμη και μερική πίεση οξυγόνου ίση με 70 mmHg (τυπική εμφάνιση ορισμένων ασθενειών ή παραμονή σε μεγάλα υψόμετρα), τα ποσοστά κορεσμένης αιμοσφαιρίνης παραμένουν κοντά στο 100%.
Στην περιοχή της μέγιστης κλίσης, όταν η μερική τάση οξυγόνου πέσει κάτω από τα 40 mmHg, η ικανότητα της αιμοσφαιρίνης να δεσμεύει το οξυγόνο πέφτει ξαφνικά.
Σε συνθήκες ηρεμίας, το PO2 στα ενδοκυτταρικά υγρά είναι περίπου 40 mmHg. Σε αυτή τη θέση, λόγω των νόμων των αερίων, το οξυγόνο που διαλύεται στο πλάσμα διαχέεται προς τους φτωχότερους ιστούς του Ο2, διασχίζοντας την τριχοειδή μεμβράνη. Το Κατά τη διάρκεια έντονης σωματικής άσκησης, από την άλλη πλευρά, η ένταση οξυγόνου στους ιστούς πέφτει στα 15 mmHg ή λιγότερο, με αποτέλεσμα το αίμα να εξαντλείται σε μεγάλο βαθμό από οξυγόνο.
Για όσα ειπώθηκαν, σε συνθήκες ηρεμίας μια σημαντική ποσότητα οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης φεύγει από τους ιστούς, παραμένοντας διαθέσιμη σε περίπτωση ανάγκης (για παράδειγμα για την αντιμετώπιση μιας απότομης αύξησης του μεταβολισμού σε ορισμένα κύτταρα).
Η στερεά γραμμή που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα ονομάζεται καμπύλη διάστασης αιμοσφαιρίνης. τυπικά προσδιορίζεται in vitro σε ρΗ 7,4 και σε θερμοκρασία 37 ° C.
Η επίδραση του Bohr έχει συνέπειες τόσο στην πρόσληψη Ο2 σε επίπεδο πνεύμονα όσο και στην απελευθέρωσή του σε επίπεδο ιστού.
Όπου υπάρχει περισσότερο διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα με τη μορφή διττανθρακικού, η αιμοσφαιρίνη απελευθερώνει οξυγόνο πιο εύκολα και φορτίζεται με διοξείδιο του άνθρακα (με τη μορφή όξινου ανθρακικού).
Το ίδιο αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με την οξίνιση του αίματος: όσο περισσότερο μειώνεται το pH του αίματος και τόσο λιγότερο οξυγόνο παραμένει συνδεδεμένο με την αιμοσφαιρίνη.
Προς τιμήν του ανακαλυφτή του, η επίδραση του pH ή του διοξειδίου του άνθρακα στη διάσπαση του οξυγόνου είναι γνωστή ως φαινόμενο Bohr.
Όπως αναμενόταν, σε όξινο περιβάλλον, η αιμοσφαιρίνη απελευθερώνει οξυγόνο πιο εύκολα, ενώ σε ένα βασικό περιβάλλον ο δεσμός με το οξυγόνο είναι ισχυρότερος.
Άλλοι παράγοντες που μπορούν να τροποποιήσουν τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με το οξυγόνο περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία. Συγκεκριμένα, η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με το οξυγόνο μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος. Αυτό είναι ιδιαίτερα πλεονεκτικό κατά τους χειμερινούς και ανοιξιάτικους μήνες, από τη θερμοκρασία του πνευμονικού αίματος (σε επαφή με ο αέρας του εξωτερικού περιβάλλοντος) είναι χαμηλότερος από αυτόν που επιτυγχάνεται στους ιστούς, όπου διευκολύνεται η απελευθέρωση οξυγόνου.
Το 2,3 διφωσφογλυκερικό είναι ένα ενδιάμεσο στη γλυκόλυση που επηρεάζει τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με το οξυγόνο. Εάν αυξηθούν οι συγκεντρώσεις της στα ερυθρά αιμοσφαίρια, μειώνεται η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με το οξυγόνο, διευκολύνοντας έτσι την απελευθέρωση οξυγόνου στους ιστούς. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι αύξηση 2,3 διφωσφογλυκερικών, για παράδειγμα, σε αναιμία, καρδιο-πνευμονική ανεπάρκεια και κατά τη διάρκεια της παραμονής σε μεγάλο υψόμετρο.
Γενικά, η επίδραση του 2,3 διφωσφογλυκερικού είναι σχετικά αργή, ειδικά όταν συγκρίνεται με την ταχεία απόκριση στις μεταβολές του pH, της θερμοκρασίας και της μερικής πίεσης του διοξειδίου του άνθρακα.
Το φαινόμενο Bohr είναι πολύ σημαντικό κατά τη διάρκεια έντονης μυϊκής εργασίας · σε τέτοιες συνθήκες, μάλιστα, στους ιστούς που εκτίθενται περισσότερο στο στρες υπάρχει τοπική αύξηση της θερμοκρασίας και της πίεσης του διοξειδίου του άνθρακα, άρα στην οξύτητα του αίματος. Όπως εξηγήθηκε παραπάνω, όλα αυτά ευνοούν την απελευθέρωση οξυγόνου στους ιστούς, μετατοπίζοντας την καμπύλη διάστασης αιμοσφαιρίνης προς τα δεξιά.
