(у одноклеточных организмов), так и между различными клетками многоклеточного организма. Транспортные белки могут быть как интегрированными в мембрану, так и водорастворимыми белками, секретируемыми из клетки, находящимися в пери- или цитоплазматическом пространстве, в ядре или органеллах эукариот.
Основные группы транспортных белков:
- хелатирующие белки;
- белки-транспортёры.
Транспортная функция белков
Транспортная функция белков - участие белков в переносе веществ в клетки и из клеток, в их перемещениях внутри клеток, а также в их транспорте кровью и другими жидкостями по организму.
Есть разные виды транспорта, которые осуществляются при помощи белков.
Перенос веществ через клеточную мембрану
Пассивный транспорт обеспечивают также белки-каналы. Каналообразующие белки образуют в мембране водные поры, через которые (когда они открыты) могут проходить вещества. особые семейства каналообразующих белков (коннексины и паннексины) формируют щелевые контакты , через которые низкомолекулярные вещества могут транспортироваться из одной клетки в другую (через паннексины и в клетки из внешней среды).
Также для транспортировки веществ внутри клеток используются микротрубочки - структуры, состоящие из белков тубулинов . По их поверхности могут передвигаться митохондрии и мембранные пузырьки с грузом (везикулы). Этот транспорт осуществляют моторные белки. Они делятся на два типа: цитоплазматические динеины и кинезины. Эти две группы белков различаются тем, от какого конца микротрубочки они перемещают груз: динеины от + -конца к - -концу, а кинезины в обратном направлении.
Перенос веществ по организму
Транспорт веществ по организму в основном осуществляется кровью . Кровь переносит гормоны , пептиды , ионы от эндокринных желез к другим органам, переносит конечные продукты метаболизма к органам выделения, переносит питательные вещества и ферменты , кислород и углекислый газ.
Наиболее известный транспортный белок, осуществляющий транспорт веществ по организму - это гемоглобин . Он переносит кислород и диоксид углерода по кровеносной системе от лёгких к органам и тканям. У человека около 15 % углекислого газа транспортируется к лёгким с помощью гемоглобина. В скелетных и сердечной мышцах перенос кислорода выполняется белком, который называется
Гемоглобин F , син. фетальный Г. - нормальный гемоглобин плода человека, отличающийся от гемоглобина А строением одной пары полипептидных цепей, большим сродством к кислороду и большей стабильностью; увеличение содержания гемоглобина F наблюдается при некоторых формах бетта-талассемии, остром лейкозе, апластической анемии и других болезнях.
Гемоглобинурия – появление свободного гемоглобина в моче, обусловленное повышенным внутрисосудистым разрушением эритроцитов.
Гемоглобинурия маршевая – пароксизмальная гемоглобинурия, наблюдающаяся после длительной интенсивной физической работы.
Гемолиз - процесс разрушения эритроцитов, при котором гемоглобин выходит из них в плазму. Кровь после Г. эритроцитов представляет собой прозрачную жидкость красного цвета (лаковая кровь).
Гемолизины – антитела, приводящие к гемолизу эритроцитов в присутствии комплемента.
Гемометр – прибор, предназначенный для определения концентрации гемоглобина крови колориметрическим способом.
Гемопоэтины – образующиеся в организме вещества, стимулирующие кроветворение (гемопоэз).
Геморезистография – графический метод регистрации устойчивости эритроцитов к изменениям осмотического давления.
Гемостаз - сложная система приспособительных механизмов, обеспечивающая текучесть крови в сосудах и свертывание крови при нарушении их целостности.
Гемофилия (-и) – наследственные заболевания, проявляющиеся длительными кровотечениями из поврежденных сосудов, склонностью к образованию гематом при травмах и характеризующиеся нарушением первой фазы свертывания крови вследствие дефицита VIII или IX факторов.
Гепарин – естественный противосвертывающий фактор крови, синтезируемый тучными клетками, тормозящий превращение протромбина в тромбин, фибриногена в фибрин и уменьшающий активность тромбина; препараты Г. используются в качестве лекарственных средств.
Гиперадреналинемия - избыточное содержание адреналина в крови.
Гипергликемия – повышенное содержание глюкозы в крови. Г. алиментарная – Г. возникающая после приема пищи, богатой углеводами.
Гиперкапния – состояние организма, вызванное повышением парциального давления углекислого газа в крови.
Гипероксемия – повышенное содержание кислорода в крови.
Гипертонический раствор – раствор, осмотическое давление которого выше осмотического давление плазмы крови.
Гиперхромазия (син. Гиперхромия) – усиленная окраска эритроцитов в связи с увеличенным содержанием в них гемоглобина; характеризуется увеличением цветного показателя (выше 1,05).
Гипогликемия – пониженное содержание глюкозы в крови.
Гипокапния – пониженное парциальное давление углекислого газа в крови.
Гипоксемия - снижение содержания и парциального давления кислорода в крови.
Гипопротеинемия – пониженное содержание общего белка в сыворотке крови.
Гипотонический раствор – раствор осмотическое давление которого ниже нормального осмотического давления плазмы крови.
Гирудин - антикоагулянт прямого действия, выделенный из тканей некоторых кровососущих животных, в том числе медицинских пиявок.
Глобин – белковая часть молекулы гемоглобина.
Горяева счетная камера –прибор для подсчета клеток крови, изготовленный по типу счетной камеры Бюркера и снабженный сеткой Горяева.
Гранулоциты – лейкоциты, в цитоплазме которых при окрашивании выявляется зернистость, но не азурофильная, которая в небольшом количестве присутствует а агранулоцитах – моноцитах и лимфоцитах.
Группы крови – совокупность признаков, характеризующих антигенную структуру эритроцитов и специфичность антиэритроцитарных антител, которые учитываются при подборе крови для трансфузий.
Давление онкотическое - часть осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными соединениями в растворах. В биологических системах (плазма крови) давление онкотическое создается главным образом белкам (например, альбумины).
Давление осмотическое - давление производимое веществом в растворе. Возникает в результате тенденции к снижению концентрации раствора при соприкосновении с чистым растворителем за счет встречной диффузии молекул растворенного вещества и растворителя. Давление осмотическое определяют как избыточное гидростатическое давление на раствор, отделенный от растворителя полупроницаемой мембраной, достаточное для прекращения диффузии растворителя через мембрану.
Дезоксигемоглобин – форма гемоглобина, в которой он способен присоединять кислород или другие соединения, например воду, окись углерода.
Депо крови – орган или ткань, обладающие способностью задерживать в своих сосудах часть объема циркулирующей крови, которое при необходимости может быть использовано организмом. Основную роль кровяного депо выполняют селезенка, печень, сосуды кишечника, легкие, кожа, поскольку сосуды этих органов способны задерживать большое количество дополнительной резервной крови, используемой в случае острой необходимости другими органами и тканями.
Изотонический раствор – раствор, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению плазмы крови.
Иммунитет – способность организма защищаться от генетически чужеродных тел и веществ.
Карбоксигемоглобин - соединение гемоглобина с окисью углерода, образующееся при отравлении ею и не способное участвовать в переносе кислорода.
Кислородная емкость крови – количество кислорода, которое может быть связано кровью до полного насыщения гемоглобина. Кислородная емкость крови в норме составляет 0,19 мл кислорода в 1 мл крови (при содержании гемоглобина 8,7 ммоль /л или 14 гр%) при температуре 0 С и барометрическом давлении 760 мм. рт. ст (101,3 кПа).Кислородная емкость крови определяется содержанием гемоглобина; так, 1 г гемоглобина связывает 1,36-1,34 мл кислорода, а в 1 мл плазме растворено 0,003 мл кислорода.
Коагулология - раздел гематологии, посвященный изучению биохимии, физиологии и патологии системы свертывания крови.
Костный мозг – содержимое костных полостей; различают «красный» костный мозг, где происходит процесс кроветворения (у взрослых он располагается в губчатом веществе костей – в эпифизе трубчатых костей и плоских костях; у новорожденных он занимает и диафиз) и жировой костный мозг (диафизов трубчатых костей), который превращается в кроветворный лишь при резком усилении гемопоэза.
Кристмаса фактор (IX фактор) – профермент, синтезируемый в печени (витамин К-зависимый синтез) вместе с фактором 3 пластинок, активным VIII и Са ++ активирует фактор Х во внутренней системе.
Лейкопения – содержание лейкоцитов в периферической крови ниже 4000 в 1 мкл
Лейкопоэз – процесс образования лейкоцитов
Лейкоцит – форменный элемент крови, имеющий ядро, не образующий гемоглобин
Лейкоцитарная формула – количественное (процентное) соотношение отдельных видов лейкоцитов в периферической крови
Лейкоцитоз – повышенное содержание лейкоцитов в единице объема периферической крови
Лейкоцитоз пищевой – нормальная физиологическая реакция иммунной системы организма на поступление пищи, заключающаяся в перераспределении лейкоцитов и предупреждающая проникновение пищевого материала во внутреннюю среду организма.
Лимфоцит – лейкоцит (агранулоцит) небольшого размера (6-13 мкм) с компактным, округлым глыбчатой структуры ядром с небольшими просветлениями и базофильной цитоплазмой; принимает участи в иммунологических реакциях. Лимфоциты подразделяются на три основных группы - Т- , В- и 0 лимфоциты.
Т - лимфоциты подразделяются на Т-киллеры, осуществляющие лизис клеток-мишеней, Т-Т хелперы, усиливающие клеточный иммунитет, Т-В хелперы, облегчающие течение гуморального иммунитета, Т-амплифайеры – усиливают функции Т-и В- лимфоцитов, Т-Т - супрессоры, подавляют клеточный иммунитет, Т-В- супрессоры, угнетают гуморальный иммунитет, Т-дифференцирующие, регулируют функцию стволовых клеток, Т- контр-супрессоры, препятствуют действию Т-супрессоров, Т-клетки иммунной памяти
В-лимфоциты переходят в плазматические клетки, которые вырабатывают антитела, обеспечивая гуморальный иммунитет и В-клетки иммунной памяти
0-лимфоциты – предшественники Т-и В-клеток, естественные киллеры.
Макрофаг (и) – клетки опорно-трофического происхождения, размерами от 20 до 60. мкм с небольшим округлым ядром (иногда двумя- тремя ядрами) и цитоплазмой, содержащей, включения в виде фрагментов, поврежденных ядер, липидов, бактерий, реже целых клеток. Макрофаги обладают выраженной фагоцитарной активностью, секретируют лизоцим, интерферон, нейтральные протеазы, кислые гидролазы, компоненты системы комплемента, ингибиторы ферментов, (ингибитор плазминогена), биоактивные липиды (метаболиты арахидонта, простагландин Е2, тромбоксан), факторы, активирующие тромбоциты, факторы, стимулрующие синтез белка в других клетках, эндогенные пирогены, интерлейкин I, факторы, ингибирующие размножение.
Метгемоглобин – производное гемоглобина, лишенное способности переносить кислород в связи с тем, что железо гема находится в трехвалентной форме, образуется в повышенном количестве при некоторых гемоглобинопатиях, и отравлениях нитратами, сульфонамидами.
Микрофаг – нейтрофильный лейкоцит.
Миоглобин – пигмент красного цвета, содержащийся в клетках поперечно-полосатой мускулатуры и в кардиомиоцитах; состоит из белковой части - глобина и небелковой группы – гема, идентичного гему гемоглобина; выполняет функции переносчика кислорода и обеспечивает депонирование кислорода в тканях.
Моноцит – зрелый лейкоцит диаметром 12-20 мкм с бобовидным полиморфным ядром, имеющим неравномерную, петлистую хроматиновую сеть ядра. Цитоплазма равномерна, имеет черты ячеистого строения, иногда содержит скудную азурофильную зернистость.Это чрезвычайно активный фагоцит, распознает антиген и переводит его в иммуногенную форму, образует монокины, действующие на лимфоциты, принимает участие в формировании противоинфекционного и противопухолевого иммунитета, синтезирует отдельные компоненты системы комплемента и факторы, принимающие участие в гемостазе.
Нейтрофил - обладает фагоцитарной активностью, содержит ферменты, разрушающие бактерии, способен адсорбировать антитела и переносить их к очагу воспаления, участвует в обеспечении иммунитета, вещества, выделяемые им, усиливают митотическую активность клеток, ускоряют процессы репарации, стимулируют гемопоэз и растворение фибринового сгустка.
Нормоцит – эритрокариоциты разных стадий созревания.
Оксигемоглобин – соединение гемоглобина с кислородом, обеспечивающее перенос последнего кровью от легких к тканям.
Оксигемометрия – измерение насыщения гемоглобина крови кислородом. Осуществляется фотометрическим методом: прямым (кровавым) способом (в проточных кюветах) и непрямым бескровным (с помощью ушных, лобных, пальцевых датчиков).
В норме при дыхании воздухом насыщение кислородом гемоглобина крови составляет около 97 %
Осмос – односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану, отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора более низкой концентрации. Осмос всегда направлен от чистого растворителя к раствору или от разбавленного (осмотического) раствора к концентрированному.
Осмотическая стойкость – способность клеток выдерживать (не разрушаясь) снижение осмотического давления среды.
Панцитопения – уменьшение в периферической крови элементов всех трех ростков кроветворения – эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов.
Плазма - жидкая часть крови, остающаяся после удаления ее форменных элементов.
Плазменный предшественник тромбопластина (фактор Розенталя) вместе с Са ++ активирует IX фактор.
Плазмин – протеолитический фермент, лизирующий нити нерастворимого фибрина, превращая его в растворимые продукты.
Пойкилоцитоз – наличие в периферической крови эритроцитов разной необычной формы (круглые сфероциты, серповидные эритроциты).
Полицитемия, (син. эритремия) – повышение содержания эритроцитов в кровеносном русле, увеличение объема циркулирующих эритроцитов.
Проакцелерин - образующийся в печени растворимый бетта-глобулин, связывающийся с мембраной тромбоцитов; активная форма (акцелерин) служит компонентом активатора протромбина.
Проконвертин – синтезируемый в печени профермент в активной форме вместе с III и Cа активирует фактор X во внешней системе.
Протеинемия – нормальное содержание в крови протеинов (альбуминов и глобулинов).
Противосвертывающая система крови - обязательная составная часть системы свертывания крови, препятствующая образованию кровяного сгустка или растворяющая его.
Протромбин - образующийся в печени профермент плазмы крови, являющийся предшественником тромбина.
Протромбиновое время (син. Квика время) – метод исследования внешнего механизма формирования тромбиновой активности, в котором участвуют плазменные факторы VII, X, V и II; определяется продолжительностью (в секундах) образования сгустка в исследуемой плазме крови в присутствии тромбопластина и солей кальция
Резус-фактор – система из шести изоантигенов эритроцитов человека, обусловливающая их фенотипические различия.
Ретикулоцит – незрелый полихроматофильный эритроцит, содержащий базофильную субстанцию, которая выпадает в виде гранул и нитей при специальной прижизненной окраске, с частности бриллиантовым, крезиловым синим.
Ретракция сгустка – сокращение сгустка крови или плазмы, сопровождающееся выделением сыворотки (заключительный этап формирования тромба).
Рингера раствор изотонический по отношению к крови водный раствор, применяемый, например, как кровезаменитель в экспериментах на хладнокровных животных. Состав на 1 л воды NaCl - 6г, KCl – 0,01г, Ca Cl 2 – 0,02г, NaHCO 3 – 0,01г.
Рингера-Локка раствор – изотонический по отношению к крови водный раствор, применяемый, например, как кровезаменитель в экспериментах на теплокровных животных. Состав на 1 л воды NaCl - 9г, KCl – 0,3 г, Ca Cl 2 – 0,2г, NaHCO 3 – 0,2 , глюкоза – 10 г.
Свертывание крови – механизм, обеспечивающий образование кровяного сгустка.
Свертывающая система крови – сложная система, обеспечивающая остановку кровотечения путем формирования фибринных тромбов, поддержание целости кровеносных сосудов и жидкого состояния крови.
Сгусток кровяной – продукт свертывания крови, представляющий собой эластичное с гладкой поверхностью образование темнокрасного цвета; состоит из нитей фибрина и клеточных элементов крови.
Скорость оседания эритроцитов – показатель, отражающий изменение физико-химических свойств крови и измеряемый величиной столба плазмы, освобождающейся от эриторцитов при их оседании из цитратной смеси в специальной пипетке (как правило за 1 час)
Стюарта-Прауэра фактор (Х фактор) - профермент, синтезируемый в печени (витамин К-зависимый синтез) – профермент, служит компонентом активтора протромбина.
Сыворотка крови – жидкость, отделяющаяся от сгустка крови после его ретракции.
Тромбин – протеолитический фермент, образующийся в крови из протромбина; превращает растворимый фибриноген в нерастворимый фибрин.
Тромбопения (тромбоцитопения) – пониженное (менее 15010 9 /л) содержание тромбоцитов в периферической крови.
Тромбопластин тканевой– фосфолипопротеид, содержащийся в тканях организма и участвующий в процессе свертывания крови в качестве катализатора превращения протромбина в тромбин.
Тромбопластин кровяной – фосфолипид, синтезируемый в тромбоцитах, участвующий в превращении протомбина в тромбин.
Тромбопоэтины – вещества стимулирующие тромбоцитопоэз.
Тромбоцит – участвующий в свертывании крови форменный элемент, необходимый для поддержания целостности сосудистой стенки, обладает фагоцитарной активностью.
Тромбоцитопоэз – процесс образования тромбоцитов.
Хагемена фактор (XII) - контактчувствительный профермент, активируется калликреином.
Фагоцит - общее название клеток организма, способных захватывать и переваривать разрушенные клетки, инородные частицы.
Фагоцитоз – процесс активного захватывания и поглощения микроорганизмов, разрушенных клеток и инородных частиц одноклеточными организмами или фагоцитами.
Фибрин – нерастворимый в воде белок, образующийся из фактора I (фибриногена) под действием на него тромбина в процессе свертывания крови.
Фибриноген –(син. фактор I) образующийся в клетках печени белок плазмы крови, превращающийся в фибрин под действием тромбина.
Фибрин-стабилизирующий фактор – профермент, вызывает переплетение нитей фибрина
Физиологический раствор – общее название изотонических водных растворов, близких к сыворотке крови не только по осмотическому давлению но и активной реакции среды и буферным свойствам.
Фитцджеральда фактор – белок, способствующий контактной активации факторов XII и XI
Флетчера фактор (прекалликреин) профермент активируется активным XI, калликреин способствует активации факторов XII и XI
Цветовой показатель – индекс, отражающий отношение уровня гемоглобина к количеству эритроцитов в 1 мкл крови
Щелочной резерв крови – показатель функциональных возможностей буферной системы крови; представляет собой количество двуокиси углерода (в мл), которое может быть связано 100 мл плазмы крови, предварительно приведенной в равновесие с газовой средой, в которой парциальное давление двуокиси углерода составляет 40 мм рт. ст..
Эозинофил – лейкоцит, в цитоплазме которого при окрашивании выявляется зернистость, обладает фагоцитарной активностью, захватывает гистамин и разрушает его с помощью гистаминазы, разрушает токсины белкового происхождения, чужеродные белки и иммунные комплексы, осуществляет цитотоксический эффект в борьбе с гельминтами, их яйцами и личинками, фагоцитирует и инактивирует продукты, выделяемые базофилами, содержит катионные белки, которые активируют компоненты калликреин-кининовой системы, влияют на свертывание крови.
Эозинофилия – увеличение числа эозинофилов в периферической крови.
Эритрон – система красной крови, включающая периферическую кровь, органы эритропоэза и эритроциторазрушения.
Эритропоэз – процесс образования эритроцитов в организме
Эритроцит – безъядерный форменный элемент крови, содержащий гемоглобин, выполняет транспортную (дыхательную), защитную и регуляторную функции.
Кислород в крови находится в растворенном виде и в соединении с гемоглобином. В плазме растворено очень небольшое количество кислорода. Поскольку растворимость кислорода при 37 °С составляет 0.225 мл * л -1 * кПа -1 (0.03 мл-л -1 мм рт.ст. -1), то каждые 100 мл плазмы крови при напряжении кислорода 13.3 кПа (100 мм рг.ст.) могут переносить в растворенном состоянии лишь 0.3 мл кислорода. Это явно недостаточно для жизнедеятельности организма. При таком содержании кислорода в крови и условии его полного потребления тканями минутный объем крови в покое должен был бы составлять более 150 л/мин. Отсюда ясна важность другого механизма переноса кислорода путем его соединения с гемоглобином.
Каждый грамм гемоглобина способен связать 1.39 мл кислорода и, следовательно, при содержании гемоглобина 150 г/л каждые 100 мл крови могут переносить 20.8 мл кислорода.
Показатели дыхательной функции крови
1. Кислородная емкость гемоглобина. Величина, отражающая количество кислорода, которое может связаться с гемоглобином при его полном насыщении, называется кислородной емкостью гемоглобин а .
2. Содержание кислорода в крови. Другим показателем дыхательной функции крови является содержание кислорода в крови, которое отражает истинное количество кислорода, как связанного с гемоглобином, так и физически растворенного в плазме.
3. Степень насыщения гемоглобина кислородом . В 100 мл артериальной крови в норме содержится 19-20 мл кислорода, в таком же объеме венозной крови - 13-15 мл кислорода, при этом артерио-венозная разница составляет 5-6 мл. Отношение количества кислорода, связанного с гемоглобином, к кислородной емкости последнего является показателем степени насыщения гемоглобина кислородом. Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом у здоровых лиц составляет 96%.
Образование оксигемоглобина в легких и его восстановление в тканях находится в зависимости от парциального напряжения кислорода крови: при его повышении. Насыщение гемоглобина кислородом возрастает, при понижении - уменьшается. Эта связь носит нелинейный характер и выражается кривой диссоциации оксигемоглобина, имеющей S-образную форму.
Оксигенированной артериальной крови соответствует плато кривой диссоциации, а десатурированной крови в тканях - круто снижающаяся ее часть. Пологий подъем кривой в верхнем ее участке (зона высокого напряжения О 2) свидетельствует, что достаточно полное насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом обеспечивается даже при уменьшении напряжения О 2 до 9.3 кПа (70 мм рт.ст.). Понижение напряжения О, с 13.3 кПа на 2.0-2.7 кПа (со 100 на 15-20 мм рт.ст.) практически не отражается на насыщении гемоглобина кислородом (НЬО 2 снижается при этом на 2-3%). При более низких значениях напряжения О 2 оксигемоглобин диссоциирует значительно легче (зона крутого падения кривой). Так, при снижении напряжения О 2 с 8.0 до 5.3 кПа (с 60 до 40 мм рт.ст.) насыщение гемоглобина кислородом уменьшается приблизительно на 15%.
Положение кривой диссоциации оксигемоглобина количественно принято выражать парциальным напряжением кислорода, при котором насыщение гемоглобина составляет 50% (Р 50). Нормальная величина Р 50 при температуре 37°С и рН 7.40 - около 3.53 кПа (26.5 мм рт.ст.).
Кривая диссоциации оксигемоглобина при определенных условиях может смещаться в ту или иную сторону, сохраняя S- образную форму, под влиянием изменения рН, напряжения СО 2 температуры тела, содержания в эритроцитах 2,3-дяфосфоглицерата (2,3-ДФГ), от которых зависит способность гемоглобина связывать кислород. В работающих мышцах в результате интенсивного метаболизма повышается образование СО 2 и молочной кислоты, а также возрастает теплопродукция. Все эти факторы понижают сродство гемоглобина к кислороду. Кривая диссоциации при этом сдвигается вправо (рис.8.7), что приводит к более легкому освобождению кислорода из оксигемоглобина, и возможность потребления тканями кислорода увеличивается. При уменьшении температуры, 2,3-ДФГ, снижении напряжения СО, и увеличении рН кривая диссоциации сдвигается влево, сродство гемоглобина к кислороду возрастает, в результате чего доставка кислорода к тканям уменьшается.
Кислород транспортируется артериальной кровью в двух формах: связанный с гемоглобином внутри эритроцита и растворенный в плазме.
Эритроцит происходит из недифференцированной костномозговой ткани. При созревании клетка утрачивает ядро, рибосомы и митохондрии. Вследствие этого эритроцит не способен к выполнению таких функций, как клеточное деление, окислительное фосфорилирование и синтез белка. Источником энергии для эритроцита служит преимущественно глюкоза, метаболизируемая в цикле Эмбдена-Миергофа, или гексозомонофосфатном шунте. Наиболее важным внутриклеточным белком для обеспечения транспорта О2 и СО2 является гемоглобин, представляющий собой комплексное соединение железа и порфирина. С одной молекулой гемоглобина связываются максимально четыре молекулы О2. Гемоглобин, полностью загруженный О2, называется оксигемоглобином, а гемоглобин без О2 или присоединивший менее четырех молекул О2 - деоксигенированным гемоглобином.
Основной формой транспорта О2 является оксигемоглобин. Каждый грамм гемоглобина может максимально связать 1,34 мл О2. Соответственно, кислородная емкость крови находится в прямой зависимости от содержания гемоглобина:
О2 емкость крови = ? 1,34 О2 /гHb/100 мл крови (3.21).
У здоровых людей с содержанием гемоглобина 150 г/л кислородная емкость крови составляет 201 мл О2 крови.
Кровь содержит незначительное количество кислорода, не связанного с гемоглобином, а растворенного в плазме. Согласно закону Генри, количество растворенного О2 пропорционально давлению О2 и коэффициенту его растворимости. Растворимость О2 в крови очень мала: только 0,0031 мл растворяется в 0,1 л крови на 1 мм рт. ст. Таким образом, при напряжении кислорода 100 мм рт. ст. в 100 мл крови содержится только 0,31 мл растворенного О2.
СаО2 = [(1,34)(SaО2)] + [(Pa)(0,0031)] (3.22).
Кривая диссоциации гемоглобина. Сродство гемоглобина к кислороду возрастает по мере последовательного связывания молекул О2, что придает кривой диссоциации оксигемоглобина сигмовидную или S-образную форму (рис. 3.14).
Верхняя часть кривой (РаО2?60 мм рт.ст.) плоская. Это указывает на то, что SaО2 и, следовательно, СаО2, остаются относительно постоянными, несмотря на значительные колебания РаО2. Повышение СаО2 или транспорта О2 может быть достигнуто за счет увеличения содержания гемоглобина или растворения в плазме (гипербарическя оксигенация).
РаО2, при котором гемоглобин насыщен кислородом на 50% (при 370 рН=7,4), известно как Р50. Эта общепринятая мера сродства гемоглобина к кислороду. Р50 крови человека составляет 26,6 мм рт. ст. Однако оно может изменяться при различных метаболических и фармакологических условиях, воздействующих на процесс связывания кислорода гемоглобином. К ним относят следующие факторы: концентрацию ионов водорода, напряжение углекислого газа, температуру, концентрацию 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) и др.
Рис. 3.14. Сдвиги кривой диссоциации оксигемоглобина при изменениях рН, температуры тела и концентрации 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) в эритроцитах
Изменение сродства гемоглобина к кислороду, обусловленное колебаниями внутриклеточной концентрации водородных ионов, называется эффектом Бора. Снижение рН сдвигает кривую вправо, повышение рН - влево. Форма кривой диссоциации оксигемоглобина такова, что этот эффект более выражен в венозной крови, чем в артериальной. Данный феномен облегчает освобождение кислорода в тканях, практически не сказываясь на потреблении кислорода (в отсутствии тяжелой гипоксии).
Двуокись углерода оказывает двоякое действие на кривую диссоциации оксигемоглобина. С одной стороны, содержание СО2 влияет на внутриклеточный рН (эффект Бора). С другой, накопление СО2 вызывает образование карбаминовых соединений вследствие ее взаимодействия с аминогруппами гемоглобина. Эти карбаминовые соединения служат в качестве аллостерических эффекторов молекулы гемоглобина и непосредственно влияют на связывание О2. Низкий уровень карбаминовых соединений вызывает сдвиг кривой вправо и снижение сродства гемоглобина к О2, что сопровождается увеличение высвобождения О2 в тканях. По мере роста РаСО2 сопутствующее ему увеличение карбаминовых соединений сдвигает кривую влево, повышая связывание О2 гемоглобином.
Органические фосфаты, в частности 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ), образуются в эритроцитах в процессе гликолиза. Продукция 2,3- ДФГ увеличивается во время гипоксемии, что является важным механизмом адаптации. Ряд условий, вызывающих снижение О2 в периферических тканях, таких как анемия, острая кровопотеря, застойная сердечная недостаточность и т.д. характеризуются увеличением продукции органических фосфатов в эритроцитах. При этом уменьшается сродство гемоглобина к О2 и повышается его высвобождение в тканях. И наоборот, при некоторых патологических состояниях, таких как септический шок и гипофосфатемия, наблюдается низкий уровень 2,3-ДФГ, что приводит к сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина влево.
Температура тела влияет на кривую диссоциации оксигемоглобина менее выражено и клинически значимо, чем описанные выше факторы. Гипертермия вызывает повышение Р50, т.е. сдвиг кривой вправо, что является благоприятной приспособительной реакцией не повышенный кислородный запрос клеток при лихорадочных состояниях. Гипотермия, напротив, снижает Р50, т.е. сдвигает кривую диссоциации влево.
СО, связываясь с гемоглобином (образуя карбоксигемоглобин), ухудшает оксигенацию периферических тканей посредством двух механизмов. Во-первых, СО непосредственно уменьшает кислородную емкость крови. Во-вторых, снижая количество гемоглобина, доступного для связывания О2; СО снижает Р50 и сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина влево.
Окисление части двухвалентного железа гемоглобина до трехвалентного приводит к образованию метгемоглобина. В норме у здоровых людей метгемоглобин составляет менее 3% общего гемоглобина. Низкий его уровень поддерживается внутриклеточными ферментными механизмами восстановления. Метгемоглобинемия может наблюдаться как следствие врожденной недостаточности этих восстановительных ферментов или образования аномальных молекул гемоглобина, резистентных к ферментативному восстановлению (например, гемоглобин М).
Доставка кислорода (DО2) представляет собой скорость транспорта кислорода артериальной кровью, которая зависит от кровотока и содержания О2 в артериальной крови. Системная доставка кислорода (DО2), рассчитывается как:
DO2 = СаО2 х Qt (мл/мин) или
DO2 = ([(Hb) ?1,34? % насыщения] + составит 25 %, т. е. 5 мл/20 мл. Таким образом, в норме организм потребляет только 25 % кислорода, переносимого гемоглобином. Когда потребность в О2 превосходит возможность его доставки, то коэффициент экстракции становится выше 25 %. Наоборот, если доставка О2 превышает потребность, то коэффициент экстракции падает ниже 25 %.
Если доставка кислорода снижена умеренно, потребление кислорода не изменяется благодаря увеличению экстракции О2 (насыщение гемоглобина кислородом в смешанной венозной крови снижается). В этом случае VO2 не зависит от доставки. По мере дальнейшего снижения DO2 достигается критическая точка, в которой VO2 становится прямо пропорциональна DO2. Состояние, при котором потребление кислорода зависит от доставки, характеризуется прогрессирующим лактат-ацидозом, обусловленным клеточной гипоксией. Критический уровень DO2 наблюдается в различных клинических ситуациях. Например, его значение 300 мл/(мин*м2) отмечено после операций в условиях искусственного кровообращения и у больных с острой дыхательной недостаточностью.
Напряжение углекислого газа в смешанной венозной крови (PvCO2) в норме составляет примерно 46 мм рт. ст., что является конечным результатом смешивания крови, притекающей из тканей с различными уровнями метаболической активности. Венозное напряжение углекислого газа в венозной крови меньше в тканях с низкой метаболической активностью (например, в коже) и больше в органах с высокой метаболической активностью (например, в сердце).
Двуокись углерода легко диффундирует. Ее способность к диффузии в 20 раз превышает таковую у кислорода. СО2, по мере образования в процессе клеточного метаболизма, диффундирует в капилляры и транспортируется к легким в трех основных формах: в виде растворенной СО2, в виде аниона бикарбоната и в виде карбаминовых соединений.
СО2 очень хорошо растворяется в плазме. Количество растворенной фракции определяется произведением парциального давления СО2 и коэффициента растворимости (? =0,3 мл/л крови /мм рт. ст.). Около 5% общей двуокиси углерода в артериальной крови находится в форме растворенного газа.
Анион бикарбоната является преобладающей формой СО2 (около 90%) в артериальной крови. Бикарбонатный анион является продуктом реакции СО2 с водой с образованием Н2СО3 и ее диссоциации:
СО2 + Н2О?Н2СО3?Н+ + НСО3- (3.25).
Реакция между СО2 и Н2О протекает медленно в плазме и очень быстро в эритроцитах, где присутствует внутриклеточный фермент карбонгидраза. Она облегчает реакцию между СО2 и Н2О с образованием Н2СО3. Вторая фаза уравнения протекает быстро без катализатора.
По мере накопления НСО3- внутри эритроцита анион диффундирует через клеточную мембрану в плазму. Мембрана эритроцита относительно непроницаема для Н+, как и вообще для катионов, поэтому ионы водорода остаются внутри клетки. Электрическая нейтральность клетки в процессе диффузии СО2 в плазму обеспечивает приток ионов хлора из плазмы в эритроцит, что формирует так называемый хлоридный сдвиг (сдвига Гамбургера). Часть Н+, остающихся в эритроцитах, забуферируется, соединясь с гемоглобином. В периферических тканях, где концентрация СО2 высока и значительные количества Н+ накапливаются эритроцитами, связывание Н+ облегчается деоксигенацией гемоглобина. Восстановленный гемоглобин лучше связывается с протонами, чем оксигенированный. Таким образом, деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыванию Н+ посредством образования восстановленного гемоглобина.
СО2 + Н2О + HbО2 > HbH+ + HCO3+ О2 (3.26).
Это увеличение связывания СО2 с гемоглобином известно как эффект Холдейна. В легких процесс имеет противоположное направление. Оксигенация гемоглобина усиливает его кислотные свойства, и высвобождение ионов водорода смещает равновесие преимущественно в сторону образования СО2:
О2 + НСО3- + HbН+ > СО2 + Н2О + HbО2
Красный пигмент гемоглобин (Нb) состоит из белковой части (глобина) и собственно пигмента (гема). Молекулы составляют четыре белковые субъединицы, каждая из которых присоединяет гем-группу с двухвалентным атомом железа, находящимся в ее центре. В легких каждый атом железа присоединяет одну молекулу кислорода. Кислород переносится в ткани, где он отделяется. Присоединение О 2 называется оксигенацией (насыщением кислородом), а его отсоединение - дезоксигенацией.
Транспорт СО 2
Около 10% углекислого газа (СО 2), конечного продукта окислительного метаболизма в клетках тканей, переносится кровью физически растворенным п 90% — в химически связанной форме. Большая часть углекислого газа сначала диффундирует из клеток тканей в плазму, а оттуда в эритроциты. Там молекулы СО 2 химически связываются и превращаются с помощью ферментов в намного более растворимые бикарбонат-ионы (НСО 3 -), которые переносятся в плазме крови. Образование СO 2 из НСО 3 - значительно ускоряется с помощью фермента карбоангидразы, присутствующего в эритроцитах.
Большая часть (около 50-60%) образованных бикарбонат-ионов поступает из эритроцитов обратно в плазму в обмен на хлорид-ионы. Они переносятся в легкие и выделяются в процессе выдоха после превращения в СO 2 . Оба процесса — образование НСО 3 - и освобождение СO 2 , соответственно связаны с оксигенацией и дезоксигенацией гемоглобина. Дезоксигемоглобин — заметно более сильное основание, чем оксигемоглобин, и может присоединить больше ионов Н + (буферная функция гемоглобина), таким образом способствуя образованию НСО 3 - в капиллярах тканей. В капиллярах легких НСО 3 - опять проходит из плазмы крови в эритроциты, соединяется с Н + -ионами и превращается опять в СO 2 . Этот процесс подтверждается тем фактом, что окисленная кровь выделяет больше протонов Н + . Намного меньшая доля СО 2 (около 5-10%) связана непосредственно с гемоглобином и переносится как карбаминогемоглобин.
Гемоглобин и угарный газ
Оксид углерода (угарный газ, СО) является бесцветным газом без запаха, который образуется во время неполного сгорания и, как кислород, может обратимо связываться с гемоглобином. Однако сродство угарного газа к гемоглобину заметно больше, чем у кислорода. Таким образом, даже когда содержание СО во вдыхаемом воздухе составляет 0,3%, 80% гемоглобина связывается с угарным газом (НbСО). Так как угарный газ в 200-300 раз медленней, чем кислород, освобождается от связи с гемоглобином, его токсическое действие определяется тем, что гемоглобин больше не может переносить кислород. У тяжелых курильщиков, например, 5-10% гемоглобина присутствует как НbСО, в то время как при его содержании в 20% появляются симптомы острого отравления (головная боль, головокружение, тошнота), а 65% могут быть смертельным.
Часто для оценки гемопоэза или для распознавания различных форм анемии определяют среднее содержание гемоглобина в эритроците (СГЭ). Оно вычисляется по формуле:
Значение среднего содержания гемоглобина в эритроците лежит между 38 и 36 пикограммами (пг) (1 пг = 10ˉ¹² г). Эритроциты с нормальным СГЭ называются нормохромными (ортохромными). Если СГЭ низкое (например, из-за постоянной потери крови или дефицита железа), эритроциты называются гипохромными; если СГЭ высокое (например, при пернициозной анемии благодаря дефициту витамина В 12), они называются гиперхромными.
Формы анемии
Анемия определяется как дефицит (снижение количества) эритроцитов или сниженное содержание гемоглобина в крови. Диагноз анемии обычно ставится по содержанию гемоглобина, нижняя граница нормы достигает 140 г/л у мужчин и 120 г/л у женщин. Почти при всех формах анемии надежным симптомом заболевания является бледный цвет кожи и слизистых оболочек. Часто во время физических нагрузок заметно увеличивается сердечный ритм (увеличивая скорость кровообращения), а уменьшение кислорода в тканях приводит к одышке. Кроме того, встречается головокружение и легкая утомляемость.
Кроме железодефицитной анемии и хронической потери крови, например, из-за кровоточащих язв или опухолей в желудочно-кишечном тракте (гипохромные анемии), анемия может возникать при дефиците витамина В 12 . фолиевой кислоты или эритропоэтина. Витамин В 12 и фолиевая кислота участвуют в синтезе ДНК в незрелых клетках костного мозга и, таким образом, заметно влияют на деление и созревание эритроцитов (эритропоэз). При их нехватке образуется меньше эритроцитов, но они заметно увеличены из-за повышенного содержания гемоглобина (макроциты (мегалоциты), предшественники: мегалобласты), поэтому содержание гемоглобина в крови практически не изменяется (гиперхромная, мегалобластическая, макроцитарная анемия).
Дефицит витамина В 12 нередко возникает из-за нарушения всасывания витамина в кишечнике, реже — вследствие недостаточного приема с пищей. Эта так называемая пернициозная анемия наиболее часто является результатом хронического воспаления в слизистой кишечника с уменьшением образования желудочного сока.
Витамин В 12 всасывается в кишечнике только в связанном виде с фактором, находящимся в желудочном соке «внутренним фактором (Кастла)», который защищает его от разрушения пищеварительным соком в желудке. Так как печень может запасать большое количество витамина В 12 , то перед тем, как ухудшение всасывания в кишечнике повлияет на образование эритроцитов, может пройти 2-5 лет. Как и в случае дефицита витамина В 12 , дефицит фолиевой кислоты, другого витамина группы В, приводит к нарушению эритропоэза в костном мозге.
Есть две другие причины анемии. Одна из них — разрушение костного мозга (аплазия костного мозга) радиоактивным излучением (например, после аварии на атомной электростанции) или в результате токсичных реакций на лекарства (например, цитостатики) (апластическая анемия). Другая причина — это уменьшение продолжительности жизни эритроцитов в результате их разрушения или увеличенного распада (гемолитическая анемия). При сильной форме гемолитической анемии (например, следующей за неудачным переливанием крови), кроме бледности может наблюдаться изменение цвета кожи и слизистых оболочек на желтоватый. Эта желтуха (гемолитическая желтуха) вызвана увеличивающимся разрушением гемоглобина до билирубина (желтого желчного пигмента) в печени. Последнее приводит к увеличению уровня билирубина в плазме и его отложению в тканях.
Примером анемии, возникающей в результате наследственного нарушения синтеза гемоглобина, клинически проявляющейся как гемолитическая, служит серповидноклеточная анемия. При этой болезни, которая практически встречается только у представителей негроидных популяций, имеется молекулярное нарушение, приводящее к замене нормального гемоглобина на другую форму гемоглобина (HbS). В HbS аминокислота валин заменена на глутаминовую кислоту. Эритроцит, содержащий такой неправильный гемоглобин, в дезоксигенированном состоянии принимает форму серпа. Серповидные эритроциты более жесткие и плохо проходят через капилляры.
Наследственное нарушение у гомозигот (доля HbS в суммарном гемоглобине 70-99%) приводит к закупорке небольших сосудов и, таким образом, к постоянному повреждению органов. Пораженные этой болезнью люди обычно достигают зрелости только при интенсивном лечении (например, частичной замене крови, приеме анальгетиков, избегании гипоксии (кислородного голодания) и иногда — пересадке костного мозга). В некоторых регионах тропической Африки с высоким процентом малярии 40% популяции являются гетерозиготными носителями данного гена (когда содержание HbS менее 50%), у них таких симптомов не обнаруживается. Измененный ген обусловливает устойчивость к малярийной инфекции (селективное преимущество).
Регуляция образования эритроцитов
Образование эритроцитов регулируется гормоном почек эритропоэтином. Организм обладает простой, но очень эффективной системой регуляции для поддержания содержания кислорода и вместе с тем количества эритроцитов относительно постоянным. Если содержание кислорода в крови падает ниже определенного уровня, например, после большой потери крови или во время пребывания на больших высотах, постоянно стимулируется образование эритропоэтина. В результате усиливается образование эритроцитов в костном мозге, что увеличивает способность крови к переносу кислорода. Когда дефицит кислорода преодолевается увеличением числа эритроцитов, образование эритропоэтина опять уменьшается. Пациенты, нуждающиеся в диализе (искусственном очищении крови от продуктов обмена веществ), с нарушением функционирования почек (например, с хронической почечной недостаточностью) часто испытывают явный дефицит эритропоэтина и поэтому почти всегда страдают от сопутствующей анемии.
