Транспорт кислорода. Кривая диссоциации оксигемоглобина.
О2 переносится к тканям в двух формах: связанный с гемоглобином и растворенный в плазме. В крови содержится лишь незначительное количество О2, растворимого в плазме. Согласно закону Генри, количество газа, растворенного в жид¬ кости, прямо пропорционально его парциальному давлению и коэффи¬ циенту растворимости. Растворимость О2 в плазме крови низка: при РО2 = = 1 мм рт.ст. в 100 мл крови растворяется 0,0031 мл О2
Наиболее важным параметром, определяющим количество кислорода, связанного с гемоглобином, является насыщение гемоглобина кислоро¬ дом — сатурация (SаО2), который рассчитывают по формуле:
При РаO2, равном 100 мм рт.ст., насыщение гемоглобина кислородом артериальной крови составляет около 97 %. В венозной крови (РО2 = 40 мм рт.ст.) SaO2 приблизительно равна 75 %.
Кривая диссоциации оксигемоглобина Зависимость насыщения гемоглобина О2 от парциального напряжения О2 может быть представлена графически в виде кривой диссоциации окси¬ гемоглобина. Кривая имеет сигмовидную форму, при этом нижняя часть кривой (РаО2 60 мм рт.ст.) относительно пологая. Нижний участок кривой диссоциа¬ ции оксигемоглобина показывает, что при снижении РаО2 продолжается насыщение гемоглобина кислородом,т.е. ткани продолжают извлекать до¬ статочное количество О2 из крови. Верхняя пологая часть кривой демонст¬ рирует относительное постоянство насыщения гемоглобина кислородом, а следовательно, и содержания кислорода в крови независимо от изменений РаО2 (рис. 7.9).
Мнение врача:
Кривая диссоциации гемоглобина – это важный параметр, который определяет способность крови переносить кислород. По мнению врачей, понимание этой кривой имеет решающее значение для диагностики и лечения различных заболеваний, связанных с нарушением кислородного обмена. Например, при анемии или хронических заболеваниях легких кривая диссоциации гемоглобина может смещаться, что влияет на эффективность транспортировки кислорода. Поэтому изучение этого параметра является важным инструментом для определения состояния здоровья пациента и выбора оптимальной стратегии лечения.
Связывание кислорода гемоглобином
Кислородная емкость крови.
Большая часть кислорода переносится кровью в виде химического соединения с гемоглобином. Для того чтобы узнать, какое наибольшее количество О
2
; может быть связано гемоглобином, следует иметь в виду, что молекула последнего состоит из четырех субъединиц. Следовательно, реакцию оксигенации можно записать следующим образом Нb+4О
2
Нb(О
2
)4.
Таким образом, 1 моль гемоглобина может связать до 4 моль О
2
. Поскольку объем 1 моль идеального газа составляет 22,4 л, 64 500 г гемоглобина связывают 4·22,4 л О
2
, а 1 г гемоглобина ―1,39 мл О
2
. При анализе газового состава крови получают несколько меньшую величину (1,34-1,36 мл О
2
на 1 г Hb). Это обусловлено тем, что небольшая часть гемоглобина находится в неактивном состоянии. Таким образом, ориентировочно можно считать, что in vivo 1г Hb связывает 1,34 мл О
2
(так называемое число Хюфнера).
Исходя из числа Хюфнера, можно, зная содержание гемоглобина, вычислить кислородную емкость крови: [О
2
] макс = (1,34 мл О
2
на 1 г Hb)·(150 г Hb на 1 л крови) = 0,2 л О
2
на 1 л крови. Однако такое содержание кислорода в крови может достигаться лишь в том случае, если кровь контактирует с газовой смесью, насыщенной кислородом (РО
2
> 300 мм рт.ст.); при этом равновесие значительно сдвинуто вправо. В естественных условиях эта реакция протекает при меньшем значении парциального давления О
2
, поэтому гемоглобин оксигенируется не полностью.
Кривая диссоциации оксигемоглобина.
Реакция взаимодействия кислорода с гемоглобином подчиняется закону действующих масс. Это означает, что соотношение между количествами гемоглобина и оксигемоглобина зависит от содержания физически растворенного О
2
в крови; последнее же, согласно закону Генри-Дальтона, пропорционально напряжению О
2
. Процент оксигемоглобина от общего содержания гемоглобина называют кислородным насыщением (SО
2
) гемоглобина. Если гемоглобин полностью дезоксигенирован, то SО
2
= 0%; если же весь гемоглобин превратился в оксигемоглобин, то SО
2
= 100%. В соответствии с законом действующих масс насыщение гемоглобина кислородом зависит от напряжения О
2
. Графически эту зависимость отражает так называемая кривая диссоциации оксигемоглобина. Эта кривая имеет S-образную форму. Расположение кривой диссоциации оксигемоглобина зависит от ряда факторов (см. ниже). Наиболее простым показателем, характеризующим расположение этой кривой, служит так называемое напряжение полунасыщения (50%), т.е. такое напряжение О
2
, при котором насыщение гемоглобина кислородом составляет 50%. В норме (при рН=7,4 и t=37°C) полунасыщение артериальной крови составляет около 26 мм рт.ст. (3,46 кПа).
Причины S-образной формы кривой диссоциации оксигемоглобина до конца не ясны. Если бы каждая молекула гемоглобина присоединяла только одну молекулу О
2
, то кинетика этой реакции графически описывалась бы гиперболой. Именно такая гиперболическая кривая диссоциации характерна, например, для реакции соединения кислорода с красным мышечным пигментом миоглобином, аналогичной реакции оксигенации гемоглобина. Строение миоглобина сходно со структурой одной из четырех субъединиц гемоглобина, поэтому молекулярные массы этих двух веществ соотносятся как 1:4. Поскольку в состав миоглобина входит лишь одна пигментная группа, одна молекула миоглобина может присоединить только одну молекулу О
2
. Исходя из вполне правдоподобного предположения о том, что S-образная форма кривой диссоциации НbО
2
обусловлена связыванием одной молекулой гемоглобина четырех молекул О
2
, Эдер выдвинул так называемую гипотезу промежуточных соединений. Согласно этой гипотезе, присоединение четырех молекул О
2
к гемоглобину происходит в несколько стадий, причем каждая из этих стадий влияет на равновесие следующей реакции. Таким образом, реакция соединения кислорода с гемоглобином описывается четырьмя константами равновесия, что и объясняет сигмоидную форму кривой диссоциации оксигемоглобина.
В то же время возможно и другое объяснение, согласно которому существуют две формы гемоглобина-оксигенированная и дезоксигенированная, переходящие одна в другую в результате конформационных перестроек. Если предположить, что параметры равновесия реакций оксигенации для этих двух форм гемоглобина различны, то с позиции данной гипотезы можно объяснить S-образную форму кривой диссоциации НbО
2
Биологический смысл формы кривой диссоциации оксигемоглобина. Конфигурация кривой диссоциации оксигемоглобина имеет важное значение с точки зрения переноса кислорода кровью. В процессе поглощения кислорода в легких напряжение О
2
в крови приближается к таковому в альвеолах. У молодых людей РО
2
артериальной крови составляет около 95 мм рт.ст. (12,6 кПа). При таком напряжении насыщение гемоглобина кислородом составляет примерно 97%. С возрастом (и в еще большей степени при заболеваниях легких) напряжение О
2
в артериальной крови может значительно снижаться, однако, поскольку кривая диссоциации оксигемоглобина в правой ее части почти горизонтальна, насыщение крови кислородом уменьшается ненамного. Так, даже при падении РО
2
в артериальной крови до 60 мм рт.ст. (8,0 кПа) насыщение гемоглобина кислородом равно 90%. Таким образом, благодаря тому, что области высоких напряжений кислорода соответствует горизонтальный участок кривой диссоциации оксигемоглобина, предупреждается cyщественное снижение насыщения артериальной крови кислородом.
Крутой наклон среднего участка кривой диссоциации оксигемоглобина свидетельствует об очень благоприятных условиях для отдачи кислорода тканям. и изменении локальной потребности в кислороде он должен высвобождаться в достаточном количестве в отсутствие значительных сдвигов РО
2
в артериальной крови. В состоянии покоя РО
2
в области венозного конца капилляра равно приблизительно 40 мм рт.ст. (5,3 кПа), что соответствует примерно 73% насыщения. Если в результате увеличения потребления кислорода его напряжение в венозной крови падает лишь на 5 мм рт.ст. (0,7 кПа), то насыщение гемоглобина кислородом снижается не менее чем на 7%; высвобождающийся при этом О
2
может быть сразу же использован для процессов метаболизма.
Читайте также:
Количество химически связанного кислорода в крови зависит от насыщения им гемоглобина.
При прохождении крови через тканевые капилляры используется лишь 25% общей кислородной емкости. Разумеется, разные органы существенно различаются по степени извлечения кислорода. При интенсивной физической нагрузке артериовенозная разница по кислороду может превышать 0,1.
Опыт других людей
Кривая диссоциации гемоглобина вызывает интерес у многих людей. Одни утверждают, что это ключевой фактор для понимания процесса поставки кислорода в ткани, другие считают, что это сложная тема, требующая дополнительного изучения. Многие высказывают мнение, что понимание этой кривой помогает им лучше понять работу своего организма.
Кривая диссоциации оксигемоглобина
Этот график –
кривая диссоциации оксигемоглобина, или сатурационная кривая
, показывает, какая доля гемоглобина в данной крови связана с О
2
при том или ином его парциальном давлении, а какая – диссоциирована, т.е. свободна от кислорода. КДО
имеет S
-образную форму.
S
-образный вид КДО указывает на кооперативный характер взаимодействия О
2
с Hb. и соединении или отдаче одной молекулы О
2
отмечаются функциональные изменения остальных субъединиц Hb в тетрамере.Такая её конфигурация, имеет определенный физиологический смысл, заключающийся в том, что оксигенация крови в легких сохраняется на высоком уровне даже при относительно низком альвеолярном pO
2
, а её деоксигенация существенно изменяется даже при небольшом изменении капиллярно-тканевого градиента pO
2
. Плато кривой характерно для
сатурированной
О
2
(насыщенной) артериальной крови, а крутая нисходящая часть кривой – венозной, или
десатурированной
крови в тканях (рис. 2.4.).
В качестве показателя CГK принимается значение pО
2
, при котором Hb наполовину насыщается О
2
, обозначаемая p50, равна 26-28 мм рт.ст. При повышении СГК p50 уменьшается, а при снижении — повышается. Традиционно полагают, что сдвиг КДО вправо повышает отдачу кровью кислорода тканям, а влево затрудняет десатурацию крови в микроциркулярном русле.
На кривой выделяют 3 участка: от 0 до 10 мм рт. ст.
— прямо пропорциональная зависимость, от 10 до 50
— насыщение очень быстрое, от 60 до 90
— насыщение почти не изменяется. При рО
2
в артериальной крови, равном 96 мм рт. ст., % насыщения гемоглобина кислородом составляет 97%, а в венозной крови с рО
2
, равным 40 мм рт. ст., % насыщения гемоглобина равен 75%. Значение S-образной формы кривой
:
1)
Крутой наклон
среднего участка, соответствующий
напряжениям О
2в тканях
( 35 мм рт. ст. и ниже),
благоприятствует отдаче О
2
в них.
2)
Пологая часть
, КДО
соответствующая
высоким напряжениям О
2,
обеспечивает стабильность тканевого рО
2
в условиях, когда рО
2
артериальной крови может уменьшаться: при подъеме в горы или на самолете, при заболеваниях легких, с возрастом. Даже когда альвеолярное рО
2
снижается до 60 мм рт. ст., гемоглобин в артериальной крови все еще насыщен О
2
на 89%,
что только на 8% ниже нормальной 97% сатурации.
3) С другой стороны, когда альвеолярное рО
2
увеличивается до 500 мм рт. ст. (при вдыхании воздуха под повышенным давлением, например, на глубине моря или в компрессионных камерах), насыщение гемоглобина кислородом также изменяется мало – максимум на 3%.
-
Читайте также:
Следовательно, при варьировании альвеолярного рО
2
от 60 до 500 мм рт. ст. рО
2
в тканях изменяется только на несколько мм рт. ст., т.е. гемоглобин буферирует сдвиги тканевого рО
2
.
В настоящее время принято оценивать положение КДО не по наклону кривой, а по расположению на ней двух точек. Первая соответствует 50%-ному насыщению гемоглобина кислородом – Р
50
— напряжение полунасыщения
( точка разрядки
по Крогу). В норме при рН = 7,4 и t = 37 о С, Р
50
артериальной крови 26 мм рт. ст.
(3,46 кПа). Оно выше у женщин, чем у мужчин. Напряжение разрядки достаточно высоко, что обеспечивает эффективный градиент рО
2
между капиллярами и тканями, где рО
2
не более 10-15 мм рт.ст. Вторая точка соответствует 95%-
ному насыщению гемоглобина кислородом — Р
97
— точка зарядки. В норме Р
97
артериальной крови 70 мм рт. ст
. КДО
может занимать различное положение, характеризующееся смещением ее средней части вправо или влево (рис.2.5. ). Сдвиги кривой диссоциации
Традиционно полагают, что сдвиг КДО вправо повышает отдачу кровью кислорода тканям, а влево затрудняет десатурацию крови в микроциркулярном русле.
Смещение влево сопровождается снижением Р
50
и повышением сродства гемоглобина кО
2
( СГК
), а вправо — увеличением Р
50
и
уменьшением СГК.
Сродство кислорода к гемоглобину и способность отдавать О
2
в тканях зависит от метаболических потребностей клеток организма и регулируется важнейшими факторами метаболизма тканей, вызывающими смещение кривой диссоциации(рис.2.6.). К этим факторам относятся: концентрация водородных ионов, температура, парциальное напряжение углекислоты
и соединение, которое накапливается в эритроцитах – это 2,3-дифосфоглицератфосфат (ДФГ
). Факторы, влияющие на СГК.
По механизму действия их делят на 2 группы: прямые и косвенные
. Прямое
влияние оказывают химические вещества, которые могут взаимодействовать с гемоглобином и изменять конформацию его молекулы. Это лиганды ( О
2, Н + , СО
2, органические и неорганические соли
). Косвенное
действие оказывают физические факторы ( t о , pH
), которые изменяют условия взаимодействия Hb с лигандами.
Рассмотрим первую группу факторов: I.
В 1907 C.Bohru, A.Krogh установили зависимость положения КДО от содержания СО
2в крови
. Сначала “ эффект Бора”
связывали только с СО
2
. Однако затем J.Barcroft (1909) показал, что подобная связь существует и при воздействии других кислот. В настоящее время эффект Бора рассматривается как влияние рН
среды на взаимодействие атома Fe 2+ с различными лигандами.
При снижении рН (увеличении [Н + ]) СГК
падает. Поэтому КДО
смещается вправо. Уменьшение оксигенации Hb при снижении рН —
эффект Рута .
Описанные эффекты объясняются тем, что при изменении рН происходит сдвиг константы диссоциации и конформации групп, связанных с О
2
в тетрамере гемоглобина. В результате этого меняется СГК.
Различают респираторный и метаболический
компоненты эффекта Бора
. Метаболический
— связан с изменением рН под влиянием кислых или щелочных продуктов обмена веществ. Респираторный
— связан с влиянием СО
2
на КДО. Образующийся при тканевом метаболизме СО
2
диффундирует внутрь эритроцитов, где под влиянием карбоангидразы образуется Н
2СО
3= Н + + НСО
3
־ .
Образующиеся при ее диссоциации Н + приводят к снижению рН. Это рН-зависимый эффект СО
2.
Однако СО
2
также образует карбаминовые связи с концевыми группами a и b цепей гемоглобина, способствуя таким образом стабилизации дезоксиформы гемоглобина. Это рН-независимый эффект СО
2
.
На выраженность эффекта Бора
влияют:
1) органические фосфаты — при повышении содержания 2,3-дифосфоглицериновой кислоты
(2,3-ДФГ) падает коэффициент Бора, который определяют как D log Р
50
/ D log рН; 2) температура;
3) насыщение крови
О
2
;
4) электролиты;
5) свойства Hb;
6) пол
— коэффициент Бора меньше у мужчин, чем у женщин.
Т.о., эффект Бора
— это результат сложного взаимодействия рН, СО
2, 2,3-ДФГ
и всех других указанных факторов. Биологический смысл эффекта Бора
: он способствует поглощению О
2
в легких и отдаче его в тканях. В легких
— поглощение О
2
идет одновременно с выделением СО
2
, поэтому по мере насыщения гемоглобина кислородом КДО
сдвигается влево (рис. 2.6), т.е. СГК
возрастает. В результате скорость диффузии О
2
из альвеол в кровь несколько увеличивается. В тканях
— одновременно с выходом О
2
в эритроциты поступает СО
2
, поэтому КДО
смещается вправо, что приводит к снижению СГК
и благоприятствует отдаче О
2
тканям. II.
В 1967 г. была описана специфическая роль
органичнских фосфатов
в эритроцитах. 2,3-ДФГ
, значительно уступая АТФ в энергетической ценности, играет огромную роль в регуляции транспорта О
2
. Во-первых, он взаимодействует с b-цепями восстановленного гемоглобина благодаря соответствию зарядов некоторых аминокислотных остатков распределению зарядов в органическом фосфате. После образования связи с b-цепью 2,3-ДФГ закрывает вход в центральный канал молекулы, что уменьшает СГК.
Во-вторых, 2,3-ДФГ также изменяет
внутриклеточный
рН.
-
Читайте также:
На реакцию 2,3-ДФГ и гемоглобина влияют:
1) соотношение Hb/HbО
2
— чем оно выше, тем больше связывается 2,3-ДФГ);
2) рН
— снижение рН увеличивает сродство гемоглобина к 2,3-ДФГ;
3) рСО
2
— уменьшение рСО
2
повышает сродство гемоглобина к 2,3-ДФГ;
4) t о
— возрастание t о
препятствует присоединению 2,3-ДФГ к гемоглобину;
5) анионы
— могут конкурировать с 2,3-ДФГ за одни и те же центры связывания.
С изменением содержания 2,3-ДФГв эритроцитах связана зависимость СГК от их возраста — молодые эритроциты имеют меньшее СГК, по мере старения оно возрастает, поскольку уровень 2,3-ДФГ уменьшается.
Роль 2,3-ДФГ в качестве регулятора положения КДО заключается не только во влияниии на СГК. Он служит посредником других влияний — рН, рСО
2
, t, ионного состава на кислородтранспортную функцию крови. III. Органические и неорганические соли
— при увеличении их концентрации КДО сдвигается вправо. Соли влияют через эритроцитарный метаболизм.
К косвенным факторам
, как уже отмечалось, относят рН,
влияние которого на СГК рассмотрено выше, и t о .Уменьшение t о
увеличивает интенсивность образования HbО
2
, т.е. при прочих равных условиях смещает КДО влево. Повышение t о
, напротив, снижает СГК.
-
Читайте также:
Температурный коэффициент, представляющий собой отношение D log рО
2
/ D t о
, зависит от рН, [2,3-ДФГ], насыщения крови кислородом. Он различен у мужчин и женщин. Оксигенация гемоглобина является экзотермической реакцией,
соответственно диссоциация оксигемоглобина протекает с поглощением тепла. При повышении температуры крови происходит снижение СГК и его увеличение при снижении температуры.
Алкалоз и гипотермия
повышают сродство гемоглобина к кислороду. В этих условиях гемоглобин жадно присоединяет к себе кислород в легких и неохотно отдает его тканям.
При ацидозе и гипертермии
в эритроцитах сродство гемоглобина к кислороду снижается. При этом насыщение гемоглобина кислородом в легких ухудшается, но отделение кислорода от оксигемоглобина в капиллярах облегчается.
Особый интерес для изучения кислородсвязывающих свойств крови представляет выделение NOклетками эндотелия кровеносных сосудов
.
В целом, дыхательный цикл можно рассматривать как механизм транспорта «трех газов»: NO/О
2/CО
2
. Характерной особенностью NO является способность быстро (менее чем за 5 секунд) диффундировать через мембрану синтезировавшей его клетки в межклеточное пространство и легко (без участия рецепторов) проникать в клетки-мишени. В результате взаимодействия NO и гемоглобина происходит образование его различных NO-форм: метгемоглобин, нитрозилгемоглобин, нитрозогемоглобин, которые играют роль своеобразного аллостерического регулятора функциональной активности гемоглобина на уровне отдельных его тетрамеров. Присутствие этих соединений гемоглобина с NO может по-разному влиять на СГК
всей крови: метгемоглобин и нитрозогемоглобин его повышают, а нитрозилгемоглобин снижает. В ходе одного цикла движения эритроцита в сосудистой системе происходят последовательные реакции гемоглобина с NO, модулирующиеся его структурными переходами из R
— в Т
-состояние. На уровне капилляров малого круга кровообращения это может быть дополнительным механизмом, способствующим оксигенации крови, а на уровне микроциркуляции большого круга – оптимизирующим десатурацию крови, и, соответственно, доставку кислорода в ткани.
Транспорт углекислого газа кровью
Химические реакции связывания СО
2
несколько сложнее, чем О
2
. Это обусловлено тем, что механизмы, отвечающие за транспорт СО
2
, должны одновременно обеспечивать поддержание кислотно-щелочного равновесия крови и тем самым — внутренней среды организма.
I. Первый способ связывания СО
2—
прежде всего происходит гидратация молекул СО
2
с образованием Н
2
СО
3
В плазме эта реакция протекает очень медленно. В эритроцитах она ускоряется в 20 тысяч раз, что связано с действием карбоангидразы —
фермента, расположенного только внутри клеток. Его существование предполагал еще И.М.Сеченов, но открыт он был в 1932 г. Мелдрумом и Рафтоном.
Следующая реакция в цепи химических превращений СО
2
заключается в диссоциации слабой кислоты Н
2
СО
3
на бикарбонат-ионы и Н + . Н
2СО
3® НСО
3
־ + Н +
Накопление НСО
3
־ в эритроцитах приводит к тому, что между его внутренней средой и плазмой крови создается градиент концентрации этого иона. НСО
3
могут передвигаться по этому градиенту лишь в том случае, если при этом не будет нарушаться равновесное распределение электрических зарядов. Т.е., одновременно с выходом НСО ־
3
должен происходить либо выход из эритроцитов одного катиона, либо вход одного аниона(рис.2.7.). Поскольку мембрана эритроцитов практически непроницаема для катионов, но проницаема для небольших анионов, взамен НСО
3
в эритроциты поступает Cl — . Этот обменный процесс называется хлоридным сдвигом Хамбургера. Участие эритроцитов в обмене О
2и СО
2в тканях и в легкихА-
между тканями и кровью; Б-
между кровью и альвеолярным воздухом
Накопление анионов внутри эритроцитов приводит к повышению осмотического давления, что вызывает поступление в них воды. В результате этого объем эритроцитов в венозной крови больше, чем в артериальной. Поэтому эритроциты занимают 40% объема артериальной крови и 40,4% — венозной. Образующиеся при реакции диссоциации Н
2
СО
3
протоны не изменяют рН, поскольку гемоглобин, будучи амфолитом, обладает значительной буферной емкостью. Кроме того,
восстановленный гемоглобин
является более слабой кислотой, чем оксигемоглобин, поэтому может присоединять дополнительное количество Н + .
В тканях Hb ведет себя как основание:
(HСО
3
+ H + )
II. Второй способ связывания СО
2
— непосредственное его присоединение к аминогруппам белкового компонента гемоглобина за счет образования карбаминовой связи.
В легких Hb выполняет функцию кислоты: HbNH
2+ CO
2® HbNHCOO — + H +
Соединение гемоглобина с СО
2
называется
карбаминогемоглобином
. На количество связываемого таким образом СО
2
влияет оксигенация гемоглобина. Присоединение О
2
к гемоглобину уменьшает количество связываемого в виде
карбаминового соединения
СО
2
.
Еще в 1892 г. Вериго
было установлено, что газовая емкость по отношению к СО
2
крови, содержащей восстановленный гемоглобин, значительно выше, чем в условиях полной оксигенации гемоглобина. Это явление, затем подробно изученное Холденом
(1914), обусловлено тем, что, во-первых,
оксигемоглобин
является
более сильной кислотой
, чем
восстановленный гемоглобин
, и, следовательно, когда реакция происходит между КНbO
2
и Н
2
СО
3
, равновесие наступает при образовании меньшего объема КНСО
3
, чем в случае, когда реакция течет между КНb и Н
2
СО
3
. Во-вторых, оксигенация гемоглобина ведет к снижению образования карбаминогемоглобина, поскольку уменьшает количество свободных NH
2
групп
глобина,
способных связывать СО
2
. Следовательно, оксигенация гемоглобина влияет на способность крови связывать СО
2
. Это явление получило название эффекта Вериго-Холдена.Соотношение между фракциями СО
2в крови.
Каждый мл крови, протекая через ткани, захватывает примерно 2 мМоль СО
2
. 5-10% этого количества остается в физически растворенном виде, 10% образует карбаминовую связь с гемоглобином, 35%
транспортируется в виде бикарбонатов в эритроцитах, а остальные 45%
— в виде бикарбонатов натрия — в плазме. При прохождении крови через легкие СО
2
выделяется из этих фракций точно в таком же соотношении.
Таким образом, дыхательная функция крови является важной составной частью функциональной системы транспорта газов и необходима для следующего этапа дыхания — газообмена между кровью и тканями.
Кооперативность в работе протомеров гемоглобина формирует сигмовидный характер кривой насыщения его кислородом в зависимости от парциального давления кислорода.
S–образная кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет важное биологическое значение.
Во-первых
, пологий участок S–образной кривой (выше 60 мм.рт.ст.) обеспечивает максимальное насыщение гемоглобина кислородом в легких, даже если концентрация кислорода в альвеолярном воздухе заметно снижена. Например, в альвеолярной крови при
Р
О
2
=95 мм.рт.ст. гемоглобин насыщается кислородом на 97%, а при
Р
О
2
=60 мм.рт.ст. — на 90%.
Во-вторых
, Крутой наклон среднего участка S–образной кривой (от 10 до 40 мм.рт.ст.) обеспечивает максимальный переход кислорода от гемоглобина к тканям.
В области венозного конца капилляра при
Р
О
2
= 40 мм.рт.ст. гемоглобин насыщен кислородом на 73%. При снижении
Р
О
2
на 5 мм.рт.ст. насыщение гемоглобина кислородом уменьшается на 7%. Аллостерическая регуляция насыщения гемоглобина кислородом
Кроме
Р
О
2
на насыщение гемоглобина кислородом влияют и другие факторы, например, рН, температура, давление, концентрация 2,3-ДФГ,
Р
СО
2
.
Увеличение температуры, присоединение к гемоглобину Н+
, 2,3-ДФГ, СО
2
уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, при этом кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо и гемоглобин легче отдает кислород тканям. Эффект Бора
Влияние рН на характер кривой диссоциации оксигемоглобина называется эффектом Бора
(по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект).
Гемоглобин в дезоксигенерированном состоянии имеет более высокое сродство к протонам, чем оксигемоглобин. Другими словами R – форма (оксигенерированная) является более сильной кислотой, чем Т-форма (дезоксигенерированная). Поэтому когда дезоксигемоглобин в легких присоединяет кислород, происходит переход в R – форму и разрыв некоторых связей, в результате чего и высвобождаются протоны, ответственные за эффект Бора. Наоборот, при высвобождении кислорода образуется Т-структура и разорванные связи между субъединицами должны быть восстановлены, и протоны вновь присоединяются к остаткам гистидина в b — цепях. Таким образом, протонирование гемоглобина снижает его сродство к О2 и увеличивает потребление О2 в ткани.
Эффект Бора имеет важное физиологическое значение. Образующийся в тканях СО2 должен транспортироваться в легкие. Он поступает в эритроциты по градиенту напряжения. В них фермент карбоангидраза превращает его в Н2СО3, который диссоциирует на бикарбонат, ион и протон. Последний сдвигает равновесие влево в уравнении (1).
Hb + 4 O2= Hb (О2)4 + (H+)n
Где n — величина порядка 2; число зависит от целого комплекса параметров, тем самым заставляя Hb О2 отдавать свой кислород.
НСО3- пассивно продвигается через ионный канал по градиенту концентрации в сыворотку.
Продвижение НСО3- не сопровождается перемещением Н+, поскольку нет канала, позволяющего ему пройти через мембрану эритроцитов. Для сохранения ионного равновесия при выходе НСО3- из клетки, Cl- перемещаются внутрь её через тот же ионный канал. Такое двойное перемещение известно как хлоридный сдвиг (сдвиг Хамбургера).
Растворенный НСО3- движется вместе с венозной кровью обратно в легкие. Здесь высвобождение протона из гемоглобина при оксигениции приводит к образованию НСО3- (по принципу Ле-Шателье).
НСО3-+ Н+= Н2СО3-,
что позволяет карбоангидразе образовать СО2.
Разрушение НСО3- в эритроците обуславливает вхождение в него НСО3- из сыворотки, так что в легких происходит обратный хлоридный сдвиг, приводящий к выведению СО2 с выдыхаемым воздухом. Аллостерическая регуляция сродства гемоглобина к кислороду 2,3-ДФГ
2,3-ДФГ снижает сродство гемоглобина к кислороду и, таким образом, повышает отдачу кислорода тканям. Если кровь израсходовала весь свой запас ДФГ, гемоглобин остается фактически насыщенным кислородом. При акклиматизации в условиях высокогорья содержание ДФГ в эритроцитах резко увеличивается. ДФГ является аллотерическим лигандом, так как связывается с гемоглобином в другом по сравнению с О2 участком. ДФГ встраивается в полость тетрамерной молекулы гемоглобина, полость образована остатками всех 4 протомеров.
В Т – форме (дезоксигенерированной) молекулы Hb имеются дополнительные связи, и поэтому размер центральной полости больше, чем в R – форме (дезоксигемоглобине). Поэтому ДФГ взаимодействует только с Т – формой стабилизируя её, путем образования связи между атомами кислорода ДФГ и тремя положительно заряженными группами в каждой из b — цепей.
В легких при высоком парциальном давлении кислород взаимодействует с Hb, изменяется конформация белка, уменьшается центральная полость и ДФГ вытесняется из гемоглобина. Виды гемоглобинов
Гемоглобины различаются по белковой части. Бывают физиологические и аномальные виды гемоглобинов. Физиологические образуются на разных этапах нормального развития организма, а аномальные — вследствие нарушения последовательности аминокислот в глобине физиологических видов гемоглобина.
Частые вопросы
Что такое кривая диссоциации гемоглобина?
Кривая диссоциации гемоглобина – это график, отображающий зависимость насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления кислорода в окружающей среде. Он показывает, как легко или трудно гемоглобин связывается с кислородом и отдаёт его тканям.
Какие факторы влияют на форму кривой диссоциации гемоглобина?
Форма кривой диссоциации гемоглобина зависит от уровня pH, уровня углекислого газа, температуры и концентрации 2,3-дифосфоглицерата в крови. Эти факторы могут сдвигать кривую вправо или влево, что влияет на способность гемоглобина переносить кислород.
Какая практическая значимость имеет кривая диссоциации гемоглобина?
Понимание кривой диссоциации гемоглобина важно для оценки того, как организм реагирует на изменения в окружающей среде, такие как изменение высоты над уровнем моря или уровень физической активности. Это также помогает в диагностике и лечении заболеваний, связанных с нарушением переноса кислорода, таких как анемия или заболевания легких.
Полезные советы
СОВЕТ №1
При изучении кривой диссоциации гемоглобина обратите внимание на ее форму и особенности изменения связывания кислорода при разных уровнях давления кислорода.
СОВЕТ №2
Изучите влияние различных факторов, таких как pH, уровень углекислого газа и температура, на смещение кривой диссоциации гемоглобина и его способность переносить кислород.
Загрузка...
