Гемоглобин

Практически весь объём эритроцита заполняет дыхательный белок — гемоглобин (Hb). Молекула Hb — тетрамер, состоящий из 4 субъединиц — полипептидных цепей глобина (2 цепи a и 2 цепей b, g, d, e, q, z в разных комбинациях), каждая из которых ковалентно связана с одной молекулой гема. Гем построен из 4 молекул пиррола, образующих порфириновое кольцо, в центре которого находится атом железа (Fe²⁺). Основная функция Hb — перенос O₂. Существует несколько типов Hb, образующихся на разных сроках развития организма, различающихся строением глобиновых цепей и сродством к кислороду. Эмбриональные Hb (z‑ и e‑цепи) появляются у 19‑дневного эмбриона, присутствуют в эритроидных клетках в первые 3–6 мес беременности. Фетальный Hb (HbF — a₂g₂) появляется на 8–36 нед беременности и составляет 90–95% всего Hb плода. После рождения его количество постепенно снижается и к 8 мес составляет 1%. Дефинитивные Hb — основные Hb эритроцитов взрослого человека (96–98% — HbA (A₁,) — a₂b₂, 1,5–3% — HbA₂ — a₂d₂). Известно более 1000 мутаций разных глобинов, значительно изменяющих свойства Hb, в первую очередь — способность транспортировать O₂.

Ú HbH — гомотетрамер, образующийся при ингибировании синтеза a‑цепи. Транспорт O₂. не эффективен, развивается синдром, схожий с талассемией (у гетерозигот по двум генам a‑талассемии).

Ú HbM — группа аномальных Hb, у которых замещение одной аминокислоты способствует образованию MetHb (хотя активность метгемоглобинредуктазы нормальна), гетерозиготы имеют врождённую метгемоглобинемию, гомозиготы погибают в ходе внутриутробного развития.

Ú HbS — аномальный Hb (мутация в 6‑м положении b‑цепи), у гетерозигот имеются серповидно-клеточные эритроциты (HbS от 20 до 45%, остальное — HbA, анемии нет), у гомозигот развивается серповидно-клеточная анемия (HbS — 75‑100%, остальное — HbF или HbA₂).

Ú Барта Hb [Bart — фамилия пациента, у которого впервые обнаружен этот Hb] — гомотетрамер, встречающийся у раннего эмбриона и при a‑талассемии, не эффективен как переносчик O₂.

Ú HbF — основной Hb эритроцитов плода, имеет большее сродство к O₂, чем дефинитивные Hb. Увеличение содержания HbF наблюдают при некоторых гемоглобинопатиях, гипопластических и витамин B₁₂‑дефицитной анемиях, остром лейкозе, у постоянно находящихся в условиях высокогорья.

Определение гемоглобина. В настоящее время в качестве унифицированного признан цианметгемоглобиновый (гемиглобинцианидный) метод определения Hb крови. Данный метод основан на том, что после взаимодействия с железосинеродистым калием (красная кровяная соль) Hb окисляется в метгемоглобин (гемиглобин), который под влиянием CN-ионов образует окрашенный в красный цвет комплекс — цианметгемоглобин (гемиглобинцианид). Концентрацию цианметгемоглобина измеряют на фотоэлектрокалориметре и расчёт концентрации Hb производят по калибровочному графику.

Ранее был широко распространён метод определения Hb с помощью гемометра Сали, представляющего собой небольшой штатив, в гнездах которого расположены градуированная пробирка и две запаянные пробирки со стандартным окрашенным раствором. Градуированной пипеткой насасывают выступающую из прокола кожи кровь до отметки 0,02 (20 мкл) и осторожно выдувают в градуированную пробирку гемометра с 0,1 н раствором соляной кислоты, перемешивают стеклянной палочкой и вставляют пробирку в гнездо гемометра между пробирками со стандартным раствором. В пробирку с испытуемым раствором добавляют дистиллированную воду по каплям до тех пор, пока цвет испытуемого и стандартного растворов не совпадёт. По шкале пробирки определяют уровень жидкости, который соответствует концентрации Hb.

Формы гемоглобина. В эритроцитах Hb находится в восстановленной (HbH) и/или окисленной (HbO₂) формах, а также в виде гликозилированного Hb. В ряде случае возможно присутствие карбоксигемоглобина и метгемоглобина.

Ú Оксигемоглобин. В лёгких при повышенном pO₂ Hb связывает (ассоциирует) O₂, образуя оксигемоглобин (HbO₂), в этой форме HbO₂ переносит O₂ от лёгких к тканям, где O₂ легко освобождается (диссоциирует), а HbO₂ становится дезоксигенированным Hb (обозначают как HbH). Для ассоциации и диссоциации O₂ необходимо, чтобы атом железа гема был в восстановленном состоянии (Fe²⁺). При включении в гем трёхвалентного железа (Fe³⁺) образуется метгемоглобин — очень плохой переносчик O₂.

Ú Метгемоглобин (MetHb) — Hb, содержащий Fe гема в трёхвалентной форме (Fe³⁺); не переносит О₂; прочно связывает O₂, так что диссоциация последнего затруднена. Это приводит к метгемоглобинемии и неизбежным нарушениям газообмена. Образование MetHb может быть наследственным или приобретённым. В последнем случае это результат воздействия на эритроциты сильных окислителей. К ним относят нитраты и неорганические нитриты, сульфаниламиды и местные анестетики (например, лидокаин).

Ú Карбоксигемоглобин — плохой переносчик кислорода. Hb легче (примерно в 200 раз), чем с O₂, связывается с монооксидом углерода СО (угарный газ), образуя карбоксигемоглобин (O₂ замещён CO).

Ú Гликозилированный Hb (HbА_1с) — HbА (A₁), модифицированный ковалентным присоединением к нему глюкозы (норма HbA_1C 5,8–6,2%). К одним из первых признаков сахарного диабета относят увеличение в 2–3 раза количества HbA_1C. Этот Hb имеет худшее сродство к кислороду, чем обычный Hb.

Транспорт кислорода. Кровь ежедневно переносит из лёгких в ткани около 600 л О₂. Основной объём О₂ транспортирует HbO₂ (O₂ обратимо ассоциирован с Fe²⁺ гема, это так называемый химически связанный O₂ [неверный по существу, но — к сожалению — устоявшийся термин]). Незначительная часть O₂ растворена в крови (физически растворённый O₂). Содержание O₂ в крови в зависимости от парциального давления O₂ (Po₂) представлено на рис. 24–10.

Рис. 24–10. Содержание кислорода в крови [23]. А — ассоциированный с Hb O₂. Б — физически растворённый в крови O₂. Обратите внимание, что кривая А (в отличие от кривой Б) не имеет линейного характера, это так называемая S-образная (сигмовидная) кривая; такая форма кривой отражает то обстоятельство, что 4 субъединицы Hb связываются с O₂ кооперативно. Это обстоятельство имеет важное физиологическое значение: при конкретных и разных (!) значениях Po₂ в артериальной и в смешанной (венозной) создаются наиболее благоприятные условия для ассоциации Hb и O₂ в капиллярах лёгкого и для диссоциации Hb и O₂ в тканевых капиллярах. В то же время в плазме крови физически растворена только небольшая часть О₂ (максимально 6%); физическую растворимость О₂ описывает закон Генри (уравнение 24–6): с увеличением Po₂ содержание О₂ линейно возрастает.

Физическая растворимость газов может быть описана законом Генри (уравнение 24–6).