Кратко и по существу.
1) Биофизические принципы транспортной функции гемоглобина
- Структура и состояние: гемоглобин — тетрамер ${\alpha }_2{\beta }_2$. Каждый субъединица содержит гем с ионным центром Fe${}^{2+}$, связывающим одну молекулу O${}_2$.
- Аллостерия и кооперативность: переход между низкоаффинным T‑(tense) и высокоаффинным R‑(relaxed) состоянием обеспечивает кооперативное связывание O${}_2$. Это описывается уравнением Хилла:
$$Y=\frac{p{O}_2^n}{P_{50}^n+p{O}_2^n},$$ где $Y$ — доля занятых сайтов, $n$ — кооперативный коэффициент ($n\approx 2.8-3$), $P_{50}$ — давление O${}_2$, при котором $Y=0.5$ (нормально $P_{50}\approx 26-27\mathrm{mmHg}$).
- Влияние эфирных эффекторов: H${}^{+}$ (эффект Бора), CO${}_2$, температура и 2,3‑БФГ (2,3‑бифосфоглицерат) смещают кривую диссоциации O${}_2$. Правый сдвиг (увеличение $P_{50}$) — пониженная аффинность, облегченное высвобождение O${}_2$ в тканях; левый сдвиг — повышенная аффинность и затруднённое высвобождение.
- Объёмный вклад в доставку O${}_2$: содержание артериального O${}_2$ рассчитывается как
$$\mathrm{Ca}{\mathrm{O}}_2=[\mathrm{Hb}]\times 1.34\mathrm{mL}{\mathrm{O}}_2/g\times S_a{O}_2+0.003\times P_a{O}_2,$$ где $[\mathrm{Hb}]$ — концентрация Hb (например $\approx 15g/dL$), $S_a{O}_2$ — насыщение. Доставка O${}_2$:
$$\mathrm{D}{\mathrm{O}}_2=\mathrm{Ca}{\mathrm{O}}_2\times \mathrm{CO}\times 10(mL/min).$$
2) Как альтерации структуры влияют на кислородную ёмкость и аффинность
- Мутации и конформационные изменения:
- HbS (Glut → Val в $\beta$‑цепи, Glu6Val): при дезоксигенации формируют полимеры — гемолиз, деформации эритроцитов, сниженная текучесть; эффект: повышенная разрушимость и сосудистая окклюзия.
- Нестабильные Hb (мутации в локусах, влияющих на складку): денатурация, образование Heinz‑телец, гемолитическая анемия.
- Гликированный Hb (HbA1c): незначительно меняет функцию, служит маркером гликемии.
- Изменения в месте гем‑Fe:
- Окисление Fe${}^{2+}$ → Fe${}^{3+}$ (метгемоглобин): теряется способность связывать O${}_2$; увеличивается доля нефункционального Hb. Влияние на CaO${}_2$: функционально уменьшается эффективная концентрация Hb.
- Связь с CO (карбоксигемоглобин): CO связывается с гемом с ~$200-250$‑кратной аффинностью по сравнению с O${}_2$, занимает сайты и сдвигает кривую влево (блокирует высвобождение оставшихся O${}_2$), резко снижая CaO${}_2$.
- Изменение всехosteric binding (2,3‑БФГ): уменьшение 2,3‑БФГ (например при внутриутробном HbF) — левый сдвиг (более высокая аффинность); увеличение 2,3‑БФГ (хроническая гипоксия) — правый сдвиг (уменьшение аффинности, облегчённое высвобождение).
3) Клинические проявления (по механизму)
- Снижение общего содержания Hb (анемия): уменьшение $\mathrm{Ca}{\mathrm{O}}_2$ пропорционально падению $[\mathrm{Hb}]$ → утомляемость, тахикардия, одышка при нагрузке; компенсаторно повышается сердечный выброс.
- Гемолитические состояния (HbS, нестабильные Hb, некоторые гемоглобинопатии): анемия, желтуха, спленомегалия, повышение ретикулоцитов; при HbS — вазоокклюзивные боли, инфаркт селезёнки, хронические осложнения (легочная гипертензия, почечная недостаточность).
- Метгемоглобинемия: цианоз с «шоколадно‑коричневой» кровью; симптомы зависят от доли метHb: цианоз при $>10\%$, выраженные симптомы при $>20-30\%$, потеря сознания/смерть при очень высоких уровнях ($>60-70\%$). Лечение: метиленовый синий при приобретённых формах (если нет противопоказаний).
- CO‑отравление: головная боль, спутанность, потеря сознания; кожные признаки не всегда; SpO${}_2$ пульсоксиметра может быть ложноположительным — требуется ко‑оксиметрия; тяжёлые случаи при COHb $>50\%$ могут быть фатальными.
- Изменённая аффинность (смещение кривой):
- Правый сдвиг (↑$P_{50}$): лучшее высвобождение O${}_2$ в тканях, но при экстреме — риск гипоксии артерий; встречается при лихорадке, ацидозе, ↑2,3‑БФГ.
- Левый сдвиг (↓$P_{50}$): высокая насыщенность, но плохое высвобождение O${}_2$ в тканях — возможная тканевая гипоксия при нормальных показателях SaO${}_2$ (пример: CO‑отравление, HbF, некоторые мутации).
Ключевая мысль: нарушение функции Hb снижает доставку O${}_2$ либо через уменьшение содержимого (меньше функционального Hb), либо через изменение аффинности (нарушение отдачи O${}_2$ тканям); клинические проявления зависят от того, какой из механизмов доминирует: анемия/гемолиз, токсическое связывание (CO, metHb) или аллостерические сдвиги/полимеризация (серповидноклеточная болезнь).