Гемоглобин и метгемоглобин это

Механизмы развития метгемоглобинемии – патофизиология

Метгемоглобин представляет собой форму окисленного гемоглобина. Последний отличается от нормального гемоглобина наличием в геме железа в состоянии Fe3+, вместо двухвалентного Fe2+, тем самым утрачивая способность обратимо связывать кислород и свойство дыхательного пигмента.

Ежедневно примерно 1% всего гемоглобина преобразовывается в метгемоглобин; в то-же время у лиц в норме, наблюдаются и цифры меньше 2%.

Сохранение метгемоглобина в физиологических пределах и его сокращение в виде функционального гемоглобина (гемоглобин-Fe2+) обеспечиваются ферментативными и иными механизмами защиты эритроцита:

2 гемоглобина — Fe2+ + Н2О2 2 гемоглобина — Fe3+ — ОН (метгемоглобин).

Основной ферментативный механизм образует метгемоглобинредуктазу, зависящую от НАД восстановл. (диафораза I), но существует и второй фермент — метгемоглобинредуктаза, зависящая от восстановленного НАДФ (диафораза II), которая, однако, в физиологических условиях мало активна. Восстановленный глютатион и аскорбиновая кислота участвуют в восстановлении метгемоглобина неферментатувным путем.

В крови метгемоглобин появляется при следующих трех обстоятельствах:

1) его чрезмерном образовании;

2) понижении функции восстановления метгемоглобина в гемоглобин;

3) структурной аномалии глобина с необратимым преобразованием Fe2+ в Fe3+. Метгемоглобин придает крови шоколадно-бурый оттенок, при том синюха развивается когда концентрация достигает примерно 15%, т.е. 2 г/100 мл крови.

Восстановление метгемоглобина в гемоглобин в норме

Приобретенная метгемоглобинемия наблюдается при чрезмерном образовании метгемоглобина под воздействием отдельных, поступающих в организм веществ. Восстановительный механизм эритроцита действует нормально, однако большая продукция метгемоглобина заглушает его. Развитие и резкость синюхи связаны с количеством и моментом проникновения в организм токсического метгемоглобинизирующего вещества.

На первых месяцах жизни синюха резко выражена даже при отностительно небольшом количестве токсического вещества, по причине более легкой метгемоглобинизации гемоглобина Ф, чем гемоглобина А.

Синюха, развивающаяся при наследственной метгемоглобинемии отличается некоторыми особенностями, которые связаны с механизмом образования метгемоглобина.

Генетический недостаток диафоразы I — основной редуктазы метгемоглобина — заложен в основу энзиматической метгемоглобинемии. Образующееся в организме количество метгемоглобина нормальное, однако оно накопляется по причине недостатка восстановительного фермента. Синюха наблюдается лишь у гомозиготов (рецессивная болезнь), уровень фермента которых нуль или приближается к нулю. Наличие синюхи отмечается непосредственно после рождения.

Тем не менее наличие относительно небольшого количества метгемоглобина (15—30%) даже при полном отсутствии диафоразы I объясняется компенсаторным действием остальных восстановительных механизмов — диафораза II, аскорбиновая кислота, восстановленный глютатион. У гетерозиготов не наблюдается синюха, поскольку невысокий но достаточный уровень фермента обеспечивает восстановление метгемоглобина и нормальную окраску покровов и слизистых оболочек.

Виды гемоглобина М при метгемоглобинемии

У родителей ребенка с метгемоглобинемией ферментативной природы вид нормалный, синюха не обнаруживается.

Отсутствуют доказательства, подтверждающие наличие наследственной метгемоглобинемии за счет недостатка диафоразы II или глютатиона. При наследственной болезни, обусловленной наличием гемоглобина М, образование метгемоглобина объясняется структурной аномалией глобина. Место сдвига находится на уровне связывания гема с глобином, или в непосредственной близости от него, в результате чего налаживаются стойкие связи между аномальной полипептидной цепью и железом гема, с его дальнейшим необратимым фиксированием в виде Fe3+.

Все случаи метгемоглобинемии за счет гемоглобина М представляют собой гетерозиготное состояние в отношение этого аномального гемоглобина. При этой болезни уровень метгемоглобина укладывается в пределы от 15 до 30%, причем объяснение явления следует искать в гетерозиготном состоянии и кодоминантном характере генетической аномалии. Следовательно, в крови подобного больного находится смесь функционального гемоглобина А (70—85%) и гемоглобина М в виде метгемоглобина (15—30%). Гомозиготная форма этого заболевания нежизнеспособна, поскольку все количество гемоглобина в организме оказалось бы нефункциональным — в виде метгемоглобина.

В таких случаях развитие цианоза зависит от структурной аномалии. Так, в случае гемоглобина М Iwate и гемоглобина М Boston, у которых структурня аномалия находится на цепях а, синюха появляется при рождении (цепи альфа включаются и в структуру гемоглобина Ф), в то время как при остальных гемоглобинах М со структурной аномалией на цепях бета, наличие синюхи отмечается на 3—4 месяце жизни, когда зрелый гемоглобин почти полностью заменяет гемоглобин Ф.

Признаки недостатка кислорода отмечаются, в принципе, либо при значительной концентрации метгемоглобина (30—40%), либо при осложнении основного заболевания другим патологическим состоянием, ведущим к уменьшению гемоглобина или его заниженной оксигенации в альвеолах легкого. Следует подчеркнуть, что, у страдающего метгемоглобинемией и показателем гемоглобина 12 г/100 мл крови по существу имеются лишь 7—8 г функционального гемоблобина (60—65%). Хронический тканевой недостаток кислорода объясняет компенсаторную полицитемию, наблюдаемую в отдельных случаях.

– Также рекомендуем “Лечение метгемоглобинемии – терапия”

Оглавление темы “Анемии”:

1. Клиника недостатка глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФД) в эритроцитах
2. Течение недостатка глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФД) в эритроцитах – осложнения, лечение
3. Недостаток пируваткиназы в эритроцитах – история изучения, причины, патофизиология
4. Течение, осложнения и лечение недостатка пируваткиназы в эритроцитах
5. Редкие энзимопатии цикла Эмбден-Мейергоффа эритроцитов – клиника, диагностика
6. Метгемоглобинемии – история изучения, причины
7. Клиника метгемоглобинемии – течение, осложнения
8. Лабораторная диагностика метгемоглобинемии – анализы
9. Механизмы развития метгемоглобинемии – патофизиология
10. Лечение метгемоглобинемии – терапия

© Автор: А. Олеся Валерьевна, к.м.н., практикующий врач, преподаватель медицинского ВУЗа, специально для СосудИнфо.ру (об авторах)

Процесс тканевого дыхания невозможен без участия переносчика кислорода — гемоглобина, который представляет собой особый железосодержащий белок, находящийся внутри эритроцитов. Гемоглобин, транспортирующий кислород, содержит двухвалентное железо. Связанный кислород переносится эритроцитами к тканям, где газ освобождается и проникает в клетки.

В норме допускается содержание в крови следов иных форм гемоглобина (дисгемоглобин), которые лишены способности транспортировать кислородные молекулы: карбоксигемоглобин, сульфгемоглобин и, собственно, метгемоглобин (MetHb). Отличие метгемоглобина от «обычного» состоит лишь в валентности железа, которое в метгемоглобине окислено до трехвалентного.

Метгемоглобин в незначительных количествах образуется при нормальном клеточном обмене, а его безопасная концентрация составляет не более полутора процентов от общего гемоглобина и поддерживается благодаря эндогенным механизмам регуляции — ферментам и антиоксидантам. В случае значимого увеличения концентрации дисгемоглобина в крови (метгемоглобинемия) серьезным образом нарушается транспорт кислорода, из-за чего клетки испытывают гипоксию, подвергаются дистрофическим изменениям и гибнут.

Метгемоглобин очень стойкий, он не распадается в тканях и не может снабдить их нужным для метаболических реакций кислородом, поэтому при высокой метгемоглобинемии стремительно нарастает гипоксия, которая может оказаться смертельно опасной.

Причины развития метгемоглобинемии

Все причины, которые могут привести к нарастанию концентрации метгемоглобина в крови, можно разделить на несколько групп:

• Врожденные (генетически детерминированные) факторы;
• Экзогенные — интоксикации химикатами, лекарствами, промышленными ядами и др.;
• Эндогенные — нарушение регуляторных механизмов, микрофлоры кишечника, ацидоз.

Врожденная метгемоглобинемия развивается при циркуляции так называемого гемоглобина М либо из-за нехватки фермента метгемоглобинредуктазы. В случае, когда патология проявляется из-за мутации гена, кодирующего фермент, говорят о наследственной форме метгемоглобинемии. Это заболевание передается аутосомно-рецессивным путем и дает первые клинические проявления в виде синюшности кожи и слизистых уже в первые дни жизни новорожденного.

Гемоглобин М — особая форма белка, образующаяся в результате генетической мутации и способная соединяться лишь с окисленной, трехвалентной формой железа. Такая форма гемоглобина плохо связывает кислород и не обеспечивает потребности тканей в оксигенации. Патология передается аутосомно-доминантным путем.

Влияние экзогенных факторов способствует развитию приобретенной метгемоглобинемии. В первую очередь, речь идет о лекарственных препаратах — новокаин и некоторые другие анестетики, дапсон, нитроглицерин, натрия нитропруссид, парацетамол, церукал, окись азота, фенацетин (в большинстве стран мира запрещен к применению из-за побочных эффектов), амилнитрит. В случае приема этих лекарств важно не только контролировать уровень гемоглобина крови, но и своевременно осведомлять хирургов и анестезиологов во избежание нежелательных лекарственных взаимодействий или негативных последствий наркоза при проведении хирургических операций.

Помимо лекарств, к повышению концентрации метгемоглобина в крови могут привести некоторые химикаты: анилиновые красители, тринитротолуол, нитрофенол, хлорбензол и др., которые можно встретить на химических производствах и в лабораториях.

Известно про негативное влияние пищевых продуктов и воды, содержащей высокие концентрации нитратов и нитритов, на содержание метгемоглобина в эритроцитах. Эта проблема актуальна для сельской местности и регионов, где отсутствует централизованное водоснабжение.

Эндогенные факторы развития метгемоглобинемии особенно ярко демонстрируют свое влияние в период новорожденности и на протяжении первого года жизни малыша. К ним относят:

1. почти вдвое меньшую в сравнении со взрослыми активность фермента метгемоглобинредуктазы в первые 4 месяца жизни;
2. диарею — на фоне пищевой аллергии, недостаточности ферментов пищеварительной системы, инфекционного воспаления тонкой кишки и др.;
3. состояния, сопровождающиеся закислением внутренней среды организма (ацидоз);
4. заселение кишечника микроорганизмами, выделяющими нитраты либо способными превращать нитраты в нитриты.

Окислители, поступающие из вне либо образующиеся в ходе метаболических реакций в организме ребенка, могут как прямым путем окислять железо гемоглобина, переводя его в трехвалентное состояние, так и опосредованно через образование свободных радикалов. Следует также учитывать, что так называемый фетальный гемоглобин, циркулирующий в крови новорожденных, быстрее и легче окисляется, нежели гемоглобин «взрослого» типа.

У новорожденных детей довольно высокая склонность к поносам, которые могут быстро привести к ацидозу, подавляющему активность ферментов, восстанавливающих гемоглобин. Микроорганизмы, пищевая непереносимость отдельных белков только усугубляют ситуацию, приводя к накоплению нитратов в просвете кишечника.

Симптоматика метгемоглобинемии

Симптоматика метгемоглобинемии зависит от концентрации метгемоглобина в крови, которая определяется при помощи многоволнового ко-оксиметра. Чем выше содержание метгемоглобина, тем более выражены будут признаки кислородного голодания тканей. Клиническими признаками метгемоглобинемии считаются:

• бледность, синюшность кожных покровов и слизистых оболочек;
• нарушение дыхания, одышка;
• головокружение, слабость;
• потеря сознания;
• нарушение ритма сердца;
• судороги.

При концентрации метгемоглобина до 3% симптоматика отсутствует, от 3 до 15 % – кожа приобретает сероватый оттенок. Начиная с 15% и до 30 пациент становится синюшным, а его кровь приобретает шоколадный цвет. При содержании метгемоглобина в крови свыше 30% происходит нарушение дыхания, начинает болеть голова, нарастает слабость, возможны головокружения и эпизоды потери сознания, при этом уровень кислорода крови падает до 85%.

При превышении метгемоглобином значения в 50% становится выраженной одышка, возрастает частота дыхания, проявляются признаки закисления внутренней среды организма (ацидоз) — нарушения сердечного ритма, судорожный синдром, кома. Уровень метгемоглобина в крови 70% и выше считается смертельным, так как в этом случае происходит резкое угнетение деятельности коры головного мозга, гипоксия становится максимальной, в тканях развиваются необратимые изменения, и пациент гибнет.

У малышей первых месяцев жизни метгемоглобинемия может возникнуть из-за диареи, которая довольно часто происходит в первые полгода жизни ребенка. Даже при сильной диарее заметный цианоз возникает далеко не у каждого ребенка, поэтому метгемоглобинемия может остаться не диагностированной. Симптомами патологии у детей считают синюшность носогубного треугольника, пальчиков, ушей, сонливость, возможно отставание в развитии при хроническом течении патологии.

Нужно помнить о влиянии на детский организм и других окислителей, которыми сегодня пользуются многие молодые родители: зубные гели, местно анестезирующие средства для облегчения симптомов прорезывания зубов. Кроме того, метгемоглобин может повыситься при пищевой аллергии с непереносимостью белка питательной смеси.

Метгемоглобинемия может возникнуть при отравлении нитрофенолом на производстве. Описаны случаи, когда такое происходило не только при вдыхании паров химиката, но и при попадании его на кожные покровы с защитной одежды. Признаки патологии становятся заметны спустя 2-3 часа после контакта с фенолом и состоят в слабости, боли в голове, головокружении, синюшности кожи лица, нарушении дыхания, тахикардии, рвоте и тошноте.

При осмотре врач фиксирует не только цианоз, но и глухость тонов сердца, учащение пульса, снижение артериального давления, значительную лихорадку (до 40ºС и выше), увеличение печени и селезенки, возможно — хрипы в легких. Анализ крови покажет наличие в ней метгемоглобина, снижение уровня эритроцитов, возможно — повышение билирубина и небольшой лейкоцитоз.

Нитратная метгемоглобинемия

Отдельно следует сказать о так называемой нитратной метгемоглбинемии, возникающей из-за попадания в организм нитратов, содержащихся в питьевой воде. Верхним порогом концентрации нитратов в питьевой воде считается цифра в 50 мг на литр, свыше этого показателя вода может быть опасной.

Вопрос нитратной интоксикации очень актуален для грудных детей, которые растут на искусственном вскармливании и ежедневно пьют смеси, приготовленные на воде плохого качества. Кроме того, специалисты обеспокоены качеством воды, добываемой из скважин и колодцев в сельской местности, поскольку она не проходит должный санитарный контроль.

Масштаб проблемы нитратной интоксикации и связанной с ней метгемоглобинемии пока точно не ясен, однако Всемирная Организация Здравоохранения занимается сбором сведений для проведения такого исследования. Состояние воды в сельской местности развивающихся стран и даже в некоторых городах по-прежнему оставляет желать лучшего.

Наиболее часто нитраты попадают в питьевую воду из почвы при применении в сельском хозяйстве азотистых удобрений. В некоторых регионах отмечается естественный, природный высокий уровень азота в почве, из-за чего и вода, и выращенные овощи насыщены нитратами выше допустимого предела.

Нитраты, которые попадают в организм с водой, метаболизируются и становятся нитритами, которые и образуют метгемоглобин в эритроцитах крови. В группе повышенного риска груднички, склонные к поносу и кишечным инфекциям, пожилые люди вследствие снижающейся с возрастом секреции соляной кислоты в желудке, лица с генетической склонностью к метгемоглобинемии, больные язвой желудка или хроническим гастритом, а также пациенты на гемодиализе.

Для предупреждения развития метгемоглобинемии из-за нитратов и нитритов необходим регулярный санитарный контроль за качеством питьевой воды, в которой нитратов не должно быть более 50 мг в литре, а нитритов — всего 3 мг/л.

Легче контролировать эти показатели при наличии централизованного водоснабжения, поэтому проблема более актуальна для небольших населенных пунктов и деревень, в отличие от городов, в которых, как правило, все благополучно. Профилактической мерой для малышей первого года жизни можно считать грудной вскармливание. Важно помнить, что ни кипячение, ни другие манипуляции с водой не устраняют из нее нитросоединения.

Диагностика и лечение метгемоглобинемии

У здорового человека в крови может присутствовать некоторое количество метгемоглобина. Нормой показателя считается 0,04 — 1,52% от общего содержания всех фракций гемоглобина. Приобретенная метгемоглобинемии требует проведения лабораторных тестов, а врожденная форма — еще и консультации генетика.

При подозрении на метгемоглобинемию (наличие цианоза, одышки, предрасполагающих факторов в виде диареи у малыша) у пациента возьмут анализ крови для определения содержания в ней газов, общего гемоглобина и его фракций. Главный тест — ко-оксиметрия, а не пульсоксиметрия, поскольку последняя может показать неверные результаты. «Золотой стандарт» в диагностике метгемоглобинемии — газовая хроматография, проводимая в специализированной лаборатории.

Кровь на анализ берут в первую половину дня, с 8 до 12 часов, натощак или не ранее, чем через 4 часа после последнего приема пищи. Специфической подготовки анализ не требует, возможно питье обычной воды без газа и сахара.

Чтобы отличить метгемоглобинемию от патологии органов дыхания и сердечно-сосудистой системы, которые тоже протекают с одышкой и синюшностью кожи, необходимо определение содержания кислорода крови и соответствие этого показателя выраженности клиники. Так, при дыхательной или сердечной недостаточности парциальное давление кислорода в крови будет заметно снижено, тогда как при метгемоглобинемии этого не наблюдается.

Еще один дифференциально-диагностический тест — это вдыхание кислорода, которое уменьшит цианоз при сердечной и дыхательной недостаточности, но не повлияет на таковой при метгемоглобинемии, ведь для его связывания будет недостаточно нормального гемоглобина.

При повышении метгемоглобина кровь темнеет, и даже опытный специалист, пунктирующий артерию, может принять артериальную кровь за венозную. В таких случаях рекомендуют применять специальные самозаполняющиеся шприцы, которые не наполняются венозной кровью из-за недостаточного ее давления.

Цель лечения метгемоглобинемии состоит в восстановлении трехвалентного железа в двухвалентное, для чего применяют метиленовую синь, вводимую в вену из расчета до 2 мг на кг веса пациента, медленно, на протяжении 5 минут. При наличии признаков гипоксии лечение начинают с концентрации метгемоглобина 20%, а если симптомов нет, то при 30%. Уже в первый час должно наступить улучшение.

Если после введения первой дозы метиленового синего состояние пациента не улучшилось, вводят дополнительно препарат в дозировке 1 мг на килограмм веса. Нельзя превышать допустимое количество препарата из-за риска разрушения эритроцитов и развития анемии.

В некоторых случаях описанное лечение не дает эффекта, тогда наиболее вероятно, что у пациента есть дефицит фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Альтернативой для таких больных будет обменное переливание крови, введение N-ацетилцистеина и аскорбиновой кислоты в количестве 1-2 грамма (с антиоксидантной целью).

Предупредить образование излишка метгемоглобина можно, если исключить контакт с возможными провокаторами (красители, злоупотребление некоторыми лекарствами и т. д.), своевременно ликвидировать диарею у детей, правильно подбирать смеси для их кормления. В случае врожденных форм и наличия кровных родственников с данной патологией, целесообразна консультация генетика во время планирования или при уже наступившей беременности.

Рекомендации читателям СосудИнфо дают профессиональные медики с высшим образованием и опытом профильной работы.

На ваш вопрос в форму ниже ответит один из ведущих авторов сайта.

В данный момент на вопросы отвечает: А. Олеся Валерьевна, к.м.н., преподаватель медицинского вуза

Поблагодарить специалиста за помощь или поддержать проект СосудИнфо можно произвольным платежом по ссылке.