More actions
Зв'язування і транспорт кисню в крові
Гемоглобін (Нb) - це білок червоних кров'яних клітин з молекулярною масою 64 500 кДа, що здійснює транспорт O2. Нb бере участь також у транспорті СO2 і є важливим рН-буфером. Нb являє собою тетрамер, що складається з 4 субодиниць (у дорослих: 98%: 2а + 2b = НМ; 2%: 2а + 2d = HbA2), кожна зі своїм гемом. Гем складається з порфірину і Fe(ll). Кожен із чотирьох атомів Fe(ll) (пов'язаний з одним гістидиновим залишком гемоглобіну) оборотно зв'язується з молекулою O2. Цей процес називається оксигенацією (не окисленням!). Нb в оксигемоглобін (Оху-Hb). Кількість O2, зв'язаного з Нb, залежить від парціального тиску O2 (PO2): крива дисоціації кисню (А, червона лінія). Крива має сигмоїдальну форму, оскільки первісно зв'язані молекули O2 змінюють конформацію тетрамера Нb (позитивна кооперативність) і таким чином збільшують афінність гемоглобіну до O2-
При насиченні киснем 1 моль тетрамерного Нb з'єднується з 4 молекулами O2, тобто 64 500 г Нb з'єднується з 4 - 22,4 л O2. Таким чином, 1 г Нb теоретично може транспортувати in vivo 1,39 мл O2, або 1,35 мл (число Хюфнера). Загальна концентрація Нb у крові ([Hb]total) у середньому становить 150 г/л (с. 94), що відповідає максимальній концентрації O2 9,1 ммоль/л або 0,203 л O2А1 крові. Транспортна ємність крові за киснем є функцією [Hb]tote/(A).
Вміст O2 у крові практично еквівалентний кількості O2, зв'язаному з гемоглобіном, оскільки тільки 1,4% O2 перебуває в розчині у вигляді вільних молекул кисню за Pq2 13,3 кПа (А, помаранчева лінія). Коефіцієнт розчинності кисню (аO2) дорівнює 10 мкмоль*л-1-1 - кПа-1, що в 22 рази менше, ніж асог.
Насичення киснем (SO2) - це частка Оху-Hb від [Нb]total, або відношення реальної концентрації O2 до транспортної ємності по O2. У нормі для артеріальної крові (PaO2 = 12,6 кПа або 95 мм рт. ст.) SO2 досягне плато насичення приблизно за 0,97, тоді як для змішаної венозної крові [PvO2 = 5,33 кПа або 40 мм рт. ст.] SO2 все ще тільки 0,73. SO2 для вен у різних органах сильно варіює.
Дисоціація O2 не залежить від загального вмісту гемоглобіну, що видно з графіка (Б). Зміни спорідненості O2 до гемоглобіну можна легко оцінити за зміщенням кривої дисоціації O2. Зміщення кривої праворуч означає зменшення спорідненості, а зміщення ліворуч - її збільшення (плато подовжується, а крива спочатку має більшу крутизну). Зсув ліворуч спричиняється збільшенням pH (зі зниженням/без зниження PСO2) та/або зменшенням PСO2, температури та вмісту 2,3-біс-фосфогліцерату (БФГ; у нормі 1 моль БФГ/моль тетрамеру Нb). Зсув праворуч відбувається через зменшення pH та/або збільшення РСO2, температури та 2,3-БФГ (Б). Тиск напівнасичення 5 або P50) O2 (Б, переривчаста лінія) - це такий тиск PO2, за якого SO2 = 0,5, або 50%. P0.5, що в нормі становить 3,6 кПа або 27 мм рт. ст., є критерієм того, чи станеться зсув кривої праворуч (P0,5↑) або ліворуч (P0,5↓) - Зсув кривої дисоціації O2 через зміни pH і PCO2 називається ефектом Бора. Зсув кривої вправо означає, що з периферичної крові (pH↓, РСO2↑) можуть поглинатися більші кількості O2 без зниження PO2, що є рушійною силою дифузії O2 (Б, переривчаста лінія). Високу спорідненість до O2 в легеневих капілярах потім встановлюють наново (pH ↑, РСO2↓) - Зсув кривої вліво буває корисним, коли знижено PAO2 (наприклад, у разі висотної гіпоксії), тобто в ситуації, коли насичення артерій киснем спостерігається лівіше за плато SO2.
Міоглобін - це м'язовий білок, який містить Fe(II)-вміст, який служить для короткочасного запасання O2. Оскільки це мономер (немає позитивної кооперативної ™), його крива дисоціації O2 за низьких PO2 набагато крутіша, ніж аналогічна крива для Нb (В). Крива дисоціації O2 фетального гемоглобіну (2а + 2у = HbF) також досить крута, і в пупковій вені ембріона можуть бути досягнуті Яд2 від 45 до 70%, незважаючи на низький тиск PO2 (3-4 кПа або 22-30 мм рт. ст.) у материнській плацентарній крові. Це суттєво, оскільки в ембріона концентрація [Нb]total =180 г/л. Крива дисоціації монооксиду вуглецю (СО) має дуже крутий нахил. Таким чином, навіть незначні кількості СО у вдихуваному повітрі спричиняють дисоціацію O2 з Нb. Це може призвести до отруєння СО (В). Метгемоглобін Met-Hb (зазвичай 1% від НЬ утворюється з гемоглобіну під час окислення Fe(ll) у Fe(lll) або спонтанно, або під дією ендогенних оксидантів. Met-Hb не може приєднувати O2 (В). Редуктаза метгемоглобіну відновлює Fe(lll) з Met-Hb у Fe(ll); дефіцит цього ферменту може спричиняти метгемоглобінемію, призводячи до неонатальної аноксії.
Транспортна система крові
З точки зору енергетики, функція крові – перенесення кисню до тканин та вуглекислого газу до легень, доставка субстратів до м'язів, перенесення та утилізація метаболітів. Як відомо, під впливом тривалого тренування витривалості значно (на 1-1,5 л) збільшується об'єм циркулюючої крові. При цьому, як правило, не спостерігається збільшення концентрації еритроцитів та величини гематокриту – показників, що визначають кисневу ємність крові. Навпаки, у період інтенсивних навантажень може спостерігатись навіть падіння цих показників. Зниження концентрації еритроцитів та величини гематокриту пов'язують як з пригніченням кровотворної системи під дією граничних навантажень, так і з адаптаційним зниженням в'язкості крові, що відбувається для полегшення серця. Останнє припущення є сумнівним, оскільки не було знайдено експериментальних робіт, що підтверджують зниження ударного об'єму (УО) та/або СВ унаслідок фізіологічного збільшення гематокриту в ізоволюмічних умовах.
Навпаки, існують дані про те, що зниження концентрації гемоглобіну до нормального рівня (140 г/л, ізоволюмічні умови) у акліматизованих до високогір'я (9 тижнів; 5260 м над ур. моря) фізично активних людей не призводить до збільшення максимального СВ та максимального УО , Як у гіпоксичних, так і в нормоксическіх умовах. Це свідчить про незначну роль змін концентрації гемоглобіну та в'язкості крові як факторів, що визначають показники центральної гемодинаміки.
У дослідженні, виконаному за участю висококваліфікованих бігунів, також було показано, що аутогемотрансфузія, що призводить до збільшення гематокриту з 46 до 51%, призводить до збільшення СО за рахунок збільшення УО. При цьому аутогемотрансфузія не впливає на максимальний артеріальний тиск та електрокардіографічні показники. Це свідчить про те, що еритроцитомія не має негативного впливу на роботу серця при максимальному навантаженні.
Непрямо відсутність негативного впливу фізіологічного збільшення концентрації еритроцитів та величини гематокриту підтверджується широким поширенням кров'яного допінгу у спорті.