Давление газов в клетках и жидкостях организма является важным фактором, обусловливающим их нормальную жизнедеятельность. Для понимания процессов проникновения газов из воздуха легочных альвеол в кровь и обратно необходимо знать давление диффундирующих газов.
Вдыхаемый воздух по пути в альвеолы частично задерживается в верхних дыхательных путях и поэтому не участвует полностью в дыхательном процессе, происходящем в альвеолах. Путь от носовой полости до альвеол носит название вредного пространства. Объем этого пространства у взрослого человека в нормальных условиях, по общепризнанным данным,составляет около 150 мл. Определение давления О2 в воздухе легочных альвеол связано с определением газового состава альвеолярного воздуха. Трудность получения точных данных заключается в том, что к альвеолярному воздуху постоянно примешивается воздух вредного пространства, объем которого при различных условиях максимального и углубленного дыхания сильно варьирует, достигая в последнем случае 400—600 мл. Поэтому данные, полученные различными авторами, при исследовании альвеолярного воздуха с учетом вредного пространства, различны. Обычно рекомендуют брать для анализа стробу альвеолярного воздуха в конце выдоха после короткого дыхательного толчка.
...Таким образом, парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе зависит от барометрического давления, характера и объема легочной вентиляции и скорости диффузии кислорода в кровь и, по данным большинства исследователей, составляет 106—107 мм ртутного столба.
^
А. М. Чарный,
"Патофизиология гипоксических состояний".
Медгиз, М., 1961 г.
Публикуется с небольшими сокращениями.
Одной из основных функций, которые выполняет кровь в организме животного и человека, является дыхательная функция. Кровь, осуществляя транспорт кислорода воздуха от капилляров легочных альвеол к тканевым капиллярам, обеспечивает таким образом бесперебойную доставку кислорода, необходимого для нормального течения жизненно важных процессов в организме.
Переносимый кислород находится в крови в двух состояниях. Небольшая часть кислорода находится в растворенном состоянии в плазме. Коэффициент растворимости кислорода в крови невелик и составляет (при температуре 37° и парциальном давлении кислорода 100 мм ртутного столба) 0,3 об.%. Это значит, что каждые 100 мл нормальной крови могут переносить в растворенном состоянии лишь 0,3 мл кислорода, что явно недостаточно для поддержания жизнедеятельности организма человека.
В процессе эволюции был выработан принципиально другой механизм переноса кислорода кровью. Этот механизм связан с наличием в крови специального сложного белка (хромопротеида), способного обратимо присоединять молекулярный кислород. В организме человека и высших животных таким хромопротеидом является гемоглобин, содержащийся в эритроцитах.
Под обратимым присоединением кислорода понимают способность гемоглобина образовывать с кислородом лабильное соединение (оксигемоглобин) согласно обратимой реакции...
Гемоглобин присоединяет кислород в среде с высоким парциальным давлением кислорода и отдает кислород в среде с низким парциальным давлением. Каждый грамм гемоглобина в нормальных условиях может присоединять 1,34 мл кислорода. Поскольку нормальное содержание гемоглобина составляет 14,5—16 г%, то 100 мл крови могут переносить в связанном с гемоглобином состоянии 19—21 мл кислорода.
Для того чтобы рассмотреть путь кислорода от легких к тканям, необходимо уточнить вопрос о парциальном давлении кислорода.
Парциальное давление кислорода в воздухе равно 152 мм ртутного столба. Это означает, что из 760 мм нормального атмосферного давления, создаваемого смесью газов воздуха, на долю кислорода приходится приблизительно 1/5 часть. Состав альвеолярного воздуха несколько отличается от состава атмосферного воздуха, главным образом за счет повышения содержания углекислоты. Поэтому содержание кислорода и, следовательно, его парциальное давление в альвеолярном воздухе ниже, чем в атмосферном. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе равно 106—107 мм ртутного столба. В строгом смысле этого слова понятие «парциальное давление» применимо лишь к смесям газов. В литературе, однако, принято говорить о парциальном давлении кислорода в жидкостях (крови, плазме и т. д.). Под этим подразумевается следующее. Растворимость газа в жидкости зависит от парциального давления данного газа над жидкостью. Для идеальных газов растворимость прямо пропорциональна парциальному давлению газов (закон Генри). Во всяком случае каждому значению содержания газа в жидкости соответствует определенное значение его парциального давления над жидкостью, при котором происходило растворение. Поэтому, когда говорят, например, о том, что парциальное давление кислорода в плазме при каких-то условиях равно 90 мм ртутного столба, это означает, что в плазме в растворенном состоянии содержится столько кислорода, сколько его могло раствориться, если бы плазма находилась в контакте с воздухом, в котором парциальное давление кислорода составляло 90 мм ртутного столба. Аналогичные рассуждения справедливы и для кислорода, связываемого гемоглобином, и для кислорода тканевой жидкости. Это следует иметь в виду при рассмотрении значений парциального давления кислорода в тканях и жидкостях организма.
Парциальное давление кислорода в артериальной крови равно 100—85 мм, парциальное давление кислорода в тканевых жидкостях — 10—20 мм, парциальное давление кислорода в венозной крови — 40—50 мм ртутного столба. Из этих цифр становится ясным, что между тканевой жидкостью и кровью, проходящей по тканевым капиллярам, полное равновесие установиться не успевает.
Рассмотрим теперь, как происходит процесс переноса кислорода. В притекающей к альвеолам венозной крови парциальное давление кислорода составляет около 40 мм ртутного столба. Сквозь мембрану капилляров легочных альвеол кровь соприкасается с кислородом при парциальном давлении 106 мм ртутного столба. Поэтому за время прохождения крови по легочным капиллярам происходит диффузия кислорода в кровь. Следует отметить, что при этом весь кислород должен пройти через стадию растворения в плазме.
Действительно, можно считать, что непосредственно с газообразным кислородом (через мембраны) контактирует плазма. Количество кислорода в плазме венозной крови меньше, чем то количество его, которое может раствориться при парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе. Поэтому в плазме растворяются дополнительные количества кислорода. В результате нарушается динамическое равновесие между кислородом, растворенным в плазме, и кислородом, связанным гемоглобином в эритроцитах. Кислород из плазмы, диффундируя через мембрану эритроцита, дополнительно связывается с гемоглобином. Если бы этот процесс мог идти достаточно долго, то количество кислорода в оттекающей от альвеол артериальной крови должно было бы соответствовать парциальному давлению в альвеолярном воздухе. Однако за время прохождения крови через альвеолы равновесие установиться полностью не успевает, и парциальное давление кислорода в артериальной крови не превышает 100 мм ртутного столба. Как мы увидим в дальнейшем, этот процесс тесно связан с транспортом углекислоты.
Очевидно, оксигенация крови в альвеолах зависит от большого числа фактороз: скорости кровотока, проницаемости мембраны капилляров и эритроцитов, парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. В норме толщина мембраны легочной альвеолы равна 4m.
В тканевых капиллярах в процессе отдачи кислорода тканям он также проходит стадию растворения в плазме. С тканевой жидкостью через мембрану контактирует непосредственно плазма крови. В связи с тем что в плазме кислорода содержится больше, чем в тканевой жидкости, диффузия кислорода из крови в ткань превышает диффузию из ткани в кровь, и содержание кислорода в плазме уменьшается. Это приводит к нарушению динамического равновесия между содержанием кислорода в плазме и количеством его, связанным с гемоглобином в эритроцитах.
Равновесие оксигемоглобин — гемоглобин смешается в сторону увеличения количества восстановленного гемоглобина. Таким образом, в результате прохождения крови через тканевые капилляры часть кислорода уходит из крови в ткань.
Разница в содержании кислорода в артериальной и венозной крови носит название артерио-венозного различия и для большинства тканей составляет 5—6 об.%.
Максимальное количество кислорода, которое может связать 100 мл крови за счет как связывания гемоглобином, так и растворения в плазме, равно в норме 21 мл. Эта величина носит название кислородной емкости крови и зависит прежде всего от содержания гемоглобина.
Кроме емкости, показателем дыхательной функции крови является содержание кислорода в крови. Как и емкость, эта величина выражается в объемных процентах и соответствует истинному содержанию кислорода в крови при данных конкретных условиях.
Отношение содержания кислорода к емкости, выраженное в процентах, носит название процента насыщения крови кислородом. Ниже приводятся основные характеристики дыхательной функции крови в норме.
Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет примерно 152 мм ртутного столба, в воздухе легочных альвеол — 106—107 мм, в венозной крови — 50—40 мм и в тканях — 0—20 мм.
Содержание гемоглобина у женщин 14,5 г%, у мужчин — 16 г%. Один грамм гемоглобина может связать 1,34 мл кислорода. Кислородная емкость составляет 21 об.%. Содержание кислорода в артериальной крови 19 об.%, в венозной крови — 14 об.%. Артерио-венозное различие в содержании кислорода для крови и большинства тканей составляет 5 об.%. Парциальное давление углекислоты в атмосферном воздухе составляет 0,2 мм ртутного столба, в воздухе легочных альвеол — 40 мм, в артериальной крови - 40 мм, в венозной крови — 46 мм и в тканях — 40—60 мм.
Таким образом, весь сложный путь от вдыхаемого воздуха через альвеолярные пространства и кровь к тканям кислорода проходит под знаком постепенного падения парциального давления.
Транспорт углекислоты от тканей к альвеолярному воздуху также совершается при постепенном падении парциального давления углекислоты. Парциальное давление кислорода падает:
а) при поступлении кислорода из внешнего воздуха в систему альвеол, что объясняется наличием там большого количества углекислоты;
б) при диффузии кислорода через альвеолярную мембрану в артериальную систему.
Учитывая чрезвычайно малую толщину альвеолярной перегородки, можно было бы ожидать, что парциальное давление кислорода в артериальной крови должно быть таким же, как и в альвеолярном воздухе. Но, так как скорость диффузии кислорода через альвеолярную мембрану составляет только 1/20—1/30 скорости диффузии углекислоты, кислород проходит не с такой быстротой, чтобы успело выравняться давление по обе стороны. Это и обусловливает различие в парциальном давлении кислорода между артериальной кровью и альвеолярным воздухом.
Итак, парциальное давление кислорода падает при переходе из артериальной системы в венозную и из капиллярной крови в ткани. В крови парциальное давление кислорода создается количеством его, находящимся в состоянии физического растворения, а также кислородом, связанным с гемоглобином крови, «чудесным веществом» (Баркрофт), обладающим способностью воспринимать из воздуха большие количества кислорода и по мере прохождения через капилляры легко и быстро отдавать его тканям. Тем не менее и кислород, растворенный в плазме, является чрезвычайно важным элементом в кислородном бюджете организма. С одной стороны, он находится почти в полном равновесии с альвеолярным воздухом, с другой — определяет снабжение эритроцитов кислородом. Соотношение давлений кислорода в капиллярной крови и в тканях указывает на дальнейшее его падение при переходе в ткань. В тканях давление кислорода оказывается ниже, а давление СО2 — выше, чем в крови.
Способы, позволяющие непосредственно определять давление кислорода в тканях, отсутствуют, поэтому для суждения о нем приходится пользоваться косвенными методами. В настоящее время принято считать, что парциальное давление кислорода в разных тканях различно, будучи обусловлено функциональной способностью ткани. Количество кислорода, доставляемое тканям, значительно превосходит количество, воспринимаемое ими. Ткани обладают специальными механизмами, регулирующими парциальное давление кислорода в них соответственно их потребностям.
Таким образом, переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь есть результат простой диффузии. Давление кислорода в артериальной крови всегда ниже, чем в альвеолярном воздухе. Давление кислорода в тканевой жидкости зависит от количества его, находящегося в растворенном виде, что в свою очередь обусловлено жизнедеятельностью тканей, сопровождающейся постоянным понижением парциального давления кислорода в тканевой жидкости.
^
А. М. Чарный,
"Патофизиология гипоксических состояний".
Медгиз, М., 1961 г.
Публикуется с небольшими сокращениями.
Как известно, гемоглобин включен в эритроцит, высокоспециализированный элемент крови, что является весьма важным биологическим приспособлением. Растворение гемоглобина в плазме крови создавало бы повышение осмотического давления (более 100 мм ртутного столба), что исключало бы возможность фильтрации крови в почках. К тому же нормальные условия гемодинамики были бы извращены в силу излишней вязкости крови и наступало бы затруднение циркуляции крови на уровне капилляров.
Гемоглобин является сложным белком, хромопротеидом, состоящим из белка (глобина) и простетической группы — гема. Молекулярный вес гемоглобина измерялся неоднократно и оказался равным 66 000 — 68 000. На долю простетической группы гемоглобина приходится около 4% его веса. Одна молекула гемоглобина содержит 4 гема.
Гем представляет собой комплекс закисного железа с протопорфирином — сложным органическим соединением, принадлежащим очень важному классу веществ — порфиринам. Порфирины широко распространены в органическом мире. Они входят в состав активных групп многих важных ферментов (цитрохромы, каталаза), являются основой хлорофилла зеленых растений.
Родоначальником всех порфиринов следует считать порфин.. Как видно, порфин представляет собой циклическую структуру из 4 пиррольных колец, связанных СН-мостиками. При замещении водородов пиррольных колец в положении 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 различными группами получаются разные порфирины. Протопорфирин, входящий в состав гемоглобина, представляет собой 1, 3, 5, 8-тетраметил, 2, 4-дивинил, 6, 7-дипропионовокислый порфин. Протопорфирин, как и другие порфирины, может образовать комплексы с металлами — медью, цинком, магнием, железом и т. д.
В этих комплексах металл входит в центр порфиринового кольца, вытесняя 2 атома водорода.
Гем, т. е. комплекс протопорфирина с закисным железом, является весьма неустойчивым соединением, легко окисляющимся на воздухе.
.. Как показывают экспериментальные факты, железо гема лежит в плоскости порфириновой молекулы на равных расстояниях от азота всех четырех пиррольных колец, образуя с ними ковалентные связи донорно-акцепторного типа. Следует особо подчеркнуть, что все связи железа с азотом пиррольных колец совершенно равноценны.
В водных растворах под действием кислорода воздуха и других окислителей гем окисляется, железо переходит в окисную форму, теряя один электрон. При этом образуется гемин — комплекс окисного железа с протопорфирином.
...Как видно, гемин в растворе отличается от гема лишь наличием лишнего положительного заряда у центрального атома железа и является, таким образом, катионом. Это подтверждено экспериментально. При получении кристаллического гемина последний выпадает в осадок вместе с соответствующим анионом, образуя (в зависимости от состава среды) хлор-, бром-, йодгемин и т. п.
В щелочной среде гемин может присоединять ион гидроксила (ОН); при этом получается гидроксигемин или гематин. Глобин принадлежит к группе глобулярных белков. По некоторым своим свойствам он приближается к альбуминам. ... По своему аминокислотному составу гемоглобин отличается от других белков лишь высоким содержанием гистидина. Изоэлектрическая точка глобина лежит в области рН = 6,9—7,0. Гемоглобин и его производные (метгемоглобин, оксигемоглобин, СО-гемоглобин) были подвергнуты тщательному исследованию методами рентгеноструктурного анализа. Об их макроструктуре известно в настоящее время больше, чем о структуре других белков. Исследуя структуру метгемоглобина лошади, Перутц пришел к следующей приближенной модели глобина. По более поздним данным (Брегг, Перутц), истинная форма молекулы не описывается таким правильным цилиндром, а приближается к эллипсоиду вращения.
Молекула гемоглобина состоит в основном из полипептидных цепочек, уложенных в четыре слоя параллельно оси X. Расстояние между отдельными звеньями в каждом слое составляет 10,5 А. Звенья в каждом слое уложены по закону плотной упаковки для круглых стержней. Для полипептидной цепочки характерен период повторяемости 5 А. Из удельного веса кристаллического гемоглобина можно вычислить, что масса этой периодически повторяющейся группы приблизительно соответствует массе трех аминокислотных остатков. Их нормальная длина равняется 10 А. Следовательно, в молекуле они сложены или скручены, причем в этом положении их удерживают, вероятно, водородные связи. В то же время отдельные звенья в цепочке с расстоянием 10 А друг от друга не могут удерживаться водородными связями. Очевидно, здесь большую роль играют = S=S= мостики и связи через глутаминовую кислоту. Вся цилиндрическая молекула в целом имеет одну ось симметрии второго порядка, проходящую параллельно оси У через центр цилиндра.
Относительное расположение четырех гемов в молекуле гемоглобина до сих пор непосредственно не установлено. На основании ряда косвенных данных (Перутц; Брэгг и Перутц; Бенет; Уимен) можно прийти к следующим выводам:
1. Плоскости всех гемов приблизительно параллельны друг другу.
2. Темы примыкают к боковой поверхности глобина.
3. Темы располагаются попарно, т. е. расстояние между темами одной пары значительно меньше, чем расстояние между темами разных пар.
4. Молекула имеет ось симметрии второго порядка, проходящую через середину боковой поверхности цилиндра. При повороте молекулы вокруг этой оси на 180 градусов все молекулярные группы не меняют своего положения.
5. При присоединении кислорода размер молекулы гемоглобина уменьшается, но приблизительная параллельность гемов сохраняется. Можно предположить, что при этом плоскости гемов приближаются к поверхности глобина. На основании сказанного выше можно представить следующую гипотетическую картину структуры гемоглобина (Л. А. Блюменфельд).
Таким образом, присоединение небольших молекул кислорода (молекулярный вес 32) к атому железа гема в огромной молекуле гемоглобина (молекулярный вес 68 000) приводит к сравнительно резкому изменению макроструктуры молекулы. Одновременно с этим резко меняются спектральные и магнитные свойства молекулы. Это свидетельствует о том, что при присоединении кислорода происходят кардинальные изменения электронной структуры и природы связей атомов железа.
^
А. М. Чарный,
"Патофизиология гипоксических состояний".
Медгиз, М., 1961 г.
Публикуется с небольшими сокращениями
В нормальных условиях в крови имеется: гемоглобин, оксигемоглобин, метгемоглобин. Кроме этих производных, мы рассмотрим также карбоксигемоглобин, сульфгемоглобин, гемо- и гемихромогены и метгем-альбумин.
Гемоглобин. Гемоглобин присутствует в равновесии с оксигемоглобином при любых парциальных давлениях кислорода. Больше всего его в венозной крови, где парциальное давление кислорода мало. Гемоглобин можно получить восстановлением оксигемоглобина гидразином, гидросульфитом натрия и некоторыми другими восстановителями, а также эвакуацией крови или растворов оксигемоглобина.
Гемоглобин легко обнаруживается с помощью карманного спектроскопа по широкой полосе поглощения в зеленой области спектра. В видимой области спектра гемоглобин имеет две полосы с максимумами поглощения при 555 и 430. Последняя полоса носит название полосы Соре...
Оксигемоглобин. Оксигемоглобин образуется при присоединении молекулярного кислорода к железу гема. Состояние окисления железа при этом не изменяется и железо остается закисным. В видимой области спектра оксигемоглобин характеризуется тремя полосами поглощения — 576, 540 и 414 (полоса Соре). Миллимолярные коэффициенты поглощения из расчета на один гем равны соответственно 15,34; 14,5 и 125. С помощью карманного спектроскопа оксигемоглобин легко узнать по двум четким полосам в зеленой области спектра. При этом полоса, расположенная ближе к красной области спектра, уже и более интенсивна...
Метгемоглобин. Метгемоглобин образуется при окислении гемоглобина и представляет собой комплекс гемина с нативным глобином. Искусственно можно получить метгемоглобин, окисляя оксигемоглобин красной кровяной солью. Спектр метгемоглобина зависит от рН среды. Ранее уже было отмечено, что в щелочной среде гемин присоединяет ионы ОН-, образуя тематик. В слабокислой и нейтральной среде метгемоглобин характеризуется полосой поглощения в красной области спектра с максимумом при 630, (миллимолярный коэффициент поглощения 3,8). По этой полосе метгемоглобин легко обнаруживается с помощью карманного спектроскопа.
.. В щелочной среде метгемоглобин не обладает стабильной спектральной характеристикой, так как, помимо превращения гемина в гемитин, постепенно идет денатурация глобина и отщепление простетической группы. Можно отметить только появление двух размытых полос в зеленой области спектра.
Известно, что метгемоглобин в небольших количествах имеется в крови даже в нормальных условиях. Его появление связано с тем, что при присоединении кислорода к гемоглобину небольшая часть кислорода не присоединяется к железу, а окисляет его. Таким образом, в процессе переноса кислорода все время происходит окисление гемоглобина. Образующийся метгемоглобин восстанавливается в гемоглобин с помощью восстановительных ферментативных систем эритроцита. Основным субстратом в этом процессе является глюкоза. В этом и заключается собственное дыхание эритроцитов, причем гемоглобин в данном случае выполняет функцию, которую в тканях осуществляют ферменты цитохромной системы. В результате постоянного образования и восстановления метгемоглобина устанавливается равновесие и в крови в каждый данный момент всегда имеются небольшие (0,5—1%) количества метгемоглобина. По данным Н. Н. Савицкого, этот «физиологический» метгемоглобин играет в организме весьма важную роль. Метгемоглобин обладает способностью связывать токсические вещества типа сульфидов и цианидов. В процессе метаболизма постоянно вырабатываются небольшие количества таких токсических веществ, и «физиологический» метгемоглобин защищает такие важные участки организма, как, например, дыхательный центр, от проникновения туда токсических веществ, блокирующих цитохромоксидазу. В связи с этим свойством метгемоглобина при отравлении цианистыми соединениями в кровь в качестве терапевтического средства вводят метгемоглобинообразователи, например большие дозы метиленовой синьки.
Метгемоглобинообразование, т. е. частичное превращение гемоглобина в метгемоглобин, приводит не только к уменьшению количества гемоглобина, способного переносить кислород. В этом смысле метгемоглобинемия не равнозначна геморрагии. Превращение 50% гемоглобина в метгемоглобин приводит к значительно большей аноксии, чем простая потеря половины гемоглобина крови. Это связано с тем, что при частичном окислении гемоглобина в метгемоглобин не только «портится» подвергшийся окислению гемоглобин, но и изменяется кривая диссоциации оставшегося неокисленным гемоглобина. Можно считать, что при окислении железа каждый гем окисляется практически независимо от других гемов той же молекулы гемоглобина.
Поэтому когда говорят, например, что в метгемоглобин превратилось 50% всего количества гемоглобина, то это не значит, что 50% гемоглобина полностью окислилось, а 50% молекул остались совершенно незатронутьими. При этом, кроме указанного выше, должны образовываться и частично измененные молекулы гемоглобина с одним, двумя и тремя окисленными темами в молекуле гемоглобина. Поэтому гем — гем взаимодействие должно резко уменьшиться. Действительно, при метгемоглобинемиях кривая диссоциации приближается к гиперболической форме, характерной для отсутствия гем — гем взаимодействия, и способность оксигемоглобина отдавать кислород тканям резко падает.
..Карбоксигемоглобин. Хорошо известно, что даже при небольших концентрациях окись углерода (СО) вытесняет кислород из связи с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин, неспособный служить переносчиком кислорода. Спектр поглощения карбоксигемоглобина весьма напоминает спектр поглощения оксигемоглобина и различить их с помощью карманного спектроскопа очень трудно. Альфа- и бета-полосы поглощения карбоксигемоглобина лишь незначительно смещены в коротковолновую область спектра и расположены соответственно при 570 и 538. Их ширина и интенсивность приблизительно равны и миллимолярные коэффициенты поглощения составляют около 14,5.
.. Для определения карбоксигемоглобина с помощью карманного спектроскопа обычно пользуются следующим приемом: к пробе крови, в которой предполагают присутствие карбоксигемоглобина, добавляют восстановитель, например гидросульфит натрия. При этом окси-гемоглобин превращается в гемоглобин, а карбоксигемоглобин не изменяется. Таким образом, сохранение двух характерных полос поглощения в зеленой области спектра после добавления восстановителя свидетельствует о наличии карбоксигемоглобина. Следует отметить, что повышенное «сродство» гемоглобина к окиси углерода не означает повышенную скорость присоединения СО к гемоглобину. Как показывают эксперименты, скорость присоединения СО к гемоглобину не выше, а примерно в 10 раз ниже скорости присоединения кислорода к гемоглобину. Однако скорость отщепления СО от гемоглобина приблизительно в 3600 раз меньше соответствующей скорости для кислорода. Поэтому хотя СО и присоединяется медленнее, но, присоединившись, остается в связанном виде значительно дольше, чем кислород.
.. Так, при содержании во вдыхаемом воздухе 0,1% СО 50% гемоглобина превращается в карбоксигемоглобин. При наличии в воздухе 0,3% СО количество карбоксигемоглобина в крови достигает 60—75%.
Из вышеизложенного ясно, что для удаления окиси углерода необходимо повысить содержание кислорода и понизить содержание СО во вдыхаемом воздухе.
Присоединение СО — обратимый процесс и при повышенном содержании кислорода увеличивается вероятность того, что после отщепления молекулы СО ее место будет занято не новой молекулой СО, а кислородом. Следует отметить, что к отравлению окисью углерода приложимы те же рассуждения, что и в случае метгемоглобинемии. Частичная замена кислорода на СО не только уменьшает количество гемоглобина, способного переносить кислород, но и ухудшает (приближая к гиперболической форме) кривую диссоциации оставшегося неповрежденным гемоглобина.
.. Сульфгемоглобин. Точная химическая характеристика этого соединения не известна. Очевидно, в сульфгемоглобине к железу гемоглобина каким-то образом присоединена группа, содержащая серу. Образование сульфгемоглобина происходит при воздействии сероводорода на восстановленный гемоглобин. Известно, однако, что в организме сероводород не абсорбируется в количествах, достаточных для накопления сульфгемоглобина в крови. Это может иметь место только в резко выраженных случаях гнилостного брожения в кишечнике. В нормальных условиях H2S разрушается или выделяется легкими. Но в условиях избыточного накопления H2S или в присутствии веществ, ускоряющих его воздействие на гемоглобин, может наступить сульфгемоглобинемия. Так, известно сульфгемоглобинообразование при комбинированном введении сернокислого магния и сульфаниламидов, когда имеется сочетанное воздействие упомянутых факторов. В крови содержание сульфгемоглобина редко превышает 10%. Образование сульфгемоглобина, по-видимому, не приводит к разрушению эритроцитов, и в плазме его не удается обнаружить, кроме очень тяжелых случаев бактериемии. Некоторые исследователи предполагают, что сульфгемоглобин отличается от гемоглобина не только тем, что к атому железа присоединена какая-то серусодержащая группа, но и тем, что при образовании сульфгемоглобина разрывается один из СН-мостиков порфиринового кольца.
До настоящего времени еще нет достоверных данных, подтверждающих это предположение. Известно лишь, что в организме образование сульфгемоглобина необратимо. Средств для превращения сульфгемоглобина в нормальный гемоглобин до сих пор нет.
По своей спектральной характеристике сульфгемоглобин несколько напоминает метгемоглобин. Имеется характерная полоса поглощения в красной области спектра — 618, т. е. ближе к желтой области, чем у метгемоглобина. Визуально с помощью карманного спектроскопа сульфгемоглобин трудно отличить от метгемоглобина с его характерной полосой в данной области — 630. Дифференцировать сульфгемоглобин от метгемоглобина удается косвенным путем при добавлении в испытуемый раствор гемоглобина восстановителя (гидросульфит натрия). При наличии метгемоглобина происходит его восстановление в гемоглобин и полоса 630 исчезает, в то время как полоса сульфгемоглобина 618 сохраняется.
Гемохром. При воздействии на гемоглобин (или оксигемоглобин) тепла или щелочи белок денатурируется, но связь с простетической группой сохраняется. Поскольку при денатурации гемоглобин теряет все свои специфические свойства, в том числе и устойчивость к окислению на воздухе, железо гема практически мгновенно окисляется. Поэтому непосредственным продуктом денатурации является глобингемихром (ранее называвшийся катгемоглобином), т. е. комплекс гемина с денатурированным глобином.
Глобингемихром не обладает четкой спектральной характеристикой и, более того, его спектр сильно зависит от условий (например, рН) и изменяется при стоянии. Если до или после денатурации добавить восстановитель, например гидросульфита натрия, то образуется глобингемохром.
При этом в отличие от нативного глобина денатурированный глобин может присоединить очень много молекул гема с образованием гемохромов. Денатурация белка приводит к нарушению специфической структуры. Молекула глобина теряет цилиндрическую форму, полипептидные цепочки развертываются и превращаются в клубок с хаотическим расположением аминокислот.
В то время как нативные белки различаются по своим иммунохимическим и ферментативным свойствам, денатурированные белки лишены этих различий, ибо под влиянием денатурирующих агентов (кислоты, щелочи, спирт, ацетон, эфир, тепло, излучение и пр.) теряется пространственная конфигурация. В то время как в нативном глобине гемы располагались у его поверхности против атомов азота имидазольных колец гистидина, в денатурированном глобине железо становится доступным и для других группировок, к железу подходят азотистые группы с обеих сторон плоскости порфиринового кольца. Поэтому комплексы гема с различными денатурированными белками не различаются спектрально. В зависимости от того, с чем связан гем, можно характеризовать гемохромы как глобингемохром, пиридингемохром и пр.
Глобингемохром, как и другие гемохромы, имеет очень характерный спектр поглощения — две полосы в зеленой области.
.. Конечно, в условиях организма такие глубокие изменения, как денатурация, никогда не наблюдаются. Характерный спектр поглощения глобин- или пиридингемохрома часто используются для обнаружения малых количеств гемоглобина. Различные изменения белковой компоненты гемоглобина, наблюдаемые при некоторых патологических состояниях, обычно не приводят к заметным изменениям спектра гемоглобина. Для их обнаружения применяют другие методы (реакция трансгемирования, скорость тепловой или щелочной денатурации).
Устойчивость гемоглобина по отношению к действию денатурирующих агентов является весьма важной его характеристикой. Это свойство может резко отличать гемоглобины близких видов животных, не отличимых по своей спектральной характеристике.
Мерой устойчивости гемоглобина по отношению к денатурации может явиться скорость образования глобингемохрома, измеряемая по появлению его характерного спектра при воздействии слабых концентраций щелочи. Этот метод, как и рассматриваемая ниже реакция трансгемирования, может вскрыть весьма тонкие изменения белковой компоненты гемоглобина при различных патологических состояниях. На основе различной устойчивости по отношению к щелочной денатурации гемоглобинов различных видов животных был разработан (А. А. Блюменфельд и С. Э. Красовицкая) простой, объективный и доступный метод, позволяющий отличать кровь человека от крови ряда животных: собаки, кошки, крысы, кролика, козы, барана, петуха и быка, а также кровь этих животных друг от друга. Указанный метод применим также при изучении старых кровяных пятен, что делает его весьма ценным способом при изучении вещественных доказательств в судебно-медицинской практике.
|
