Карбогемоглобин это соединение гемоглобина
Дыхание — непременное условие жизнедеятельности клеток организма, которые поглощают кислород и выделяют двуокись углерода. Функцию транспортного средства, доставляющего О2 и выводящего СО2, выполняет кровь. Карбогемоглобин — это ее важная составляющая, участвующая в газообмене.
Что это такое
Гемоглобин (Hb) состоит из гема, соединения, содержащего железо, и белкового вещества глобина. Связываясь с О2, поступающим в кровь из легких, Hb снабжает им ткани, а соединяясь с СО2, очищает их от двуокиси углерода и доставляет ее к альвеолам, через которые этот газ удаляется в атмосферу.
Существуют 3 фракции (вида, модификации) гемоглобина, обусловленные физиологическими функциями. Соединяясь с О2, Hb превращается в оксигемоглобин НbО2. Это ярко-красное вещество преобладает в артериальной крови. Кроме того, оно содержится и в миокарде, во всех скелетных мышцах. Мышечный гемоглобин связывает около 10-14% всего О2 в организме. Миоглобин обеспечивает мышцы кислородом, когда они сокращаются, поскольку в это время кровоток приостанавливается.
НbО2, отдав тканям кислород, преобразуется в восстановленный (редуцированный) гемоглобин HНb. Эта субстанция содержится в венозной крови, обуславливая ее темно-вишневую окраску.
Соединение гемоглобина с углекислым газом называется карбогемоглобином. НbСO2 выводит двуокись углерода из клеток и транспортирует в легкие до 20% этого газа. Карбогемоглобин тоже содержится в венозной крови. Hb непрерывно преобразуется из оксигемоглобина в карбогемоглобин и обратно.
Кроме того, Hb образует стойкое соединение с глюкозой, содержащейся в крови. При диабете уровень гликированного гемоглобина HbA1c существенно возрастает. По динамике его концентрации можно судить об эффективности лечения этого заболевания.
Еще одна модификация Hb — фетальный гемоглобин, который содержится в крови новорожденных и исчезает к 1 году. Его наличие у взрослых свидетельствует о нарушениях в организме.
Однако Hb может видоизменяться, образуя и патологические модификации. Соединение гемоглобина с угарным газом называется карбоксигемоглобином. HbСО утрачивает способность транспортировать О2, поэтому клетки испытывают острое кислородное голодание. Анализ на наличие карбоксигемоглобина используется в криминалистике, поскольку позволяет выявить скрытые следы крови. Так, например, отсутствие HbСО в костной ткани трупного материала доказывает, что погибший был уже мертв до начала пожара.
От сильной гипоксии ткани также страдают, когда Hb окисляется и двухвалентное железо в геме замещается трехвалентным Fe. Образующийся при этом метгемоглобин HbMet настолько прочно связывается с О2, что практически не отдает его клеткам. Такое патологическое состояние наступает при отравлении нитратами, нитритами, анилинами, перекисью водорода, марганцовокислым калием, бертолетовой солью и другими веществами-окислителями.
Норма и отклонения
Количество гемоглобина в крови считается оптимальным в следующих пределах (г/л):
- у мужчин: 130-160, после 55-60 лет — 120-140;
- у женщин: 120-140, при беременности — 110-150;
- у детей: до 6 лет — 110-140, до 15 лет — 115-150;
- у жителей высокогорных районов: на 10-20 г/л выше.
Карбоксигемоглобин обнаруживается у некурящих в диапазоне от 0,5 до 1,5%, а у курильщиков — от 4 до 9% от всего объема Hb. О тяжелых отравлениях свидетельствуют показатели более 20%.
Норма в крови метгемоглобина — 0,04-1,52 %. При отравлениях концентрация HbMet достигает более 15%. Летальный исход наступает, если отклонения в показателях превышают 70%.
Проведение и расшифровка анализа
Результаты исследования Hb в медучреждениях нередко отличаются друг от друга, поскольку лаборатории оснащены приборами разных поколений. При проведении анализов крови нередко сказывается и субъективный фактор, зависящий от квалификации лаборанта. Кроме того, следует иметь в виду, что количество гемоглобина максимально вечером и минимально утром.
Сегодня наиболее распространен традиционный метод Сали. Содержание Hb определяют, добавляя к крови соляную кислоту. При этом гем, соединяясь с HCl, преобразуется в кристаллический гемин. Анализы биоматериалов на гемин применяются в судебной медицине для выявления следов крови.
Наиболее точные результаты дает автоматизированный метод с использованием гемометра. Такое исследование проводится гораздо быстрее. Но и при этом методе возможны незначительные расхождения показателей. Однако при расшифровке анализа следует обращать внимание на большие отклонения от нормы Hb, которые свидетельствуют о патологических процессах.
Так, избыток гемоглобина может быть следствием:
- легочной недостаточности;
- обезвоживания организма;
- химических отравлений;
- заболеваний крови, печени, кишечника;
- пороков сердца и др.
Дефицит Hb может быть признаком:
- анемий различной этиологии;
- нарушений менструального цикла;
- эрозий и изъязвлений ЖКТ;
- внутренних кровотечений;
- инфекций;
- воспалительных процессов с отечностью;
- сахарного диабета;
- заболеваний почек;
- злокачественных опухолей и других патологий.
При существенных отклонениях гемоглобина от нормы следует незамедлительно пройти углубленное обследование организма. Вовремя назначенное лечение позволит избежать развития многих опасных заболеваний.
Основной дыхательный пигмент и главный компонент эритроцитов, состоит из белковой части (глобина) и железосодержащей порфириновой части (гема). Функции гемоглобина: перенос кислорода (О2) из лёгких в ткани и транспорт углекислого газа (СО2) и протонов из тканей в лёгкие; поддержание кислотно-основного равновесия крови (буферная система, создаваемая гемоглобином, способствует сохранению рН крови в определённых пределах).
Физиологические формы гемоглобина:
оксигемоглобин (HbO2) – соединение гемоглобина с кислородом (О2), содержится в артериальной крови и придает ей алый цвет;
восстановленный гемоглобин (HbH) – гемоглобин, отдавший кислород тканям;
карбоксигемоглобин (HbCO2) – соединение гемоглобина с углекислым газом (СО2), содержится в венозной крови, которая вследствие этого приобретает темно-вишневый цвет.
Патологические формы гемоглобина:
карбогемоглобин (HbCO) – образуется при отравлении угарным газом (СО), при этом гемоглобин теряет способность присоединять кислород;
метгемоглобин (HbMet) – образуется под действием нитритов, нитратов и некоторых лекарственных препаратов.
Значения гемоглобина минимальны утором и максимальны вечером. Содержание гемоглобина в крови у мужчин несколько выше, чем у женщин.
Снижение содержания гемоглобина в крови ниже нормы для данного пола и возраста называют анемией. При анемиях содержание гемоглобина варьирует в широких пределах и зависит от её формы и степени выраженности. Для уточнения характера анемии необходимо определение количества эритроцитов, гематокрита, изучение морфологии эритроцитов и др. показателей.
Концентрация гемоглобина в норме:
Мужчины: 130-160 г/л
Женщины: 120-150 г/л.
Повышение содержания гемоглобина в крови (гипергемоглобинемия):
Заболевания, сопровождающиеся увеличением количества эритроцитов (эритроцитозы);
Истинная эритремия (неопластическое миелопролиферативное заболевание);
Гипергемоглобинемии, связанные с гипоксией: сердечно-сосудистая патология; проживание в высокогорных районах; гиповентиляция, связанная с ожирением; курение (образование функционально неактивного HbCO); метгемоглобинемия;
Обезвоживание;
Чрезмерная физическая нагрузка или возбуждение;
Неадекватная продукция эритропоэтина при доброкачественных/злокачественных опухолях почек, печени, центральной нервной системы, матки, яичников; при заболеваниях почек (гидронефрозе, патологии сосудов, кистах);
Повышение в организме уровня кортикостероидов или андрогенов (адреногиперкортицизм, вирилизирующие опухоли, приём андрогенных препаратов в терапевтических целях);
Хроническое химическое воздействие (нитриты, сульфонамиды, другие соединения, вызывающие образование метгемоглобина и сульфгемоглобина; кобальт, различные спирты).
Снижение содержания гемоглобина в крови (анемия)
:
- Потеря крови (острая постгеморрагическая анемия)
- Нарушение образования эритроцитов (нарушение костномозгового эритропоэза):
- Повышенное разрушение эритроцитов (гемолитическая анемия)
- Гипергидратация.
Железодефицитная анемия (вследствие недостатка железа);
Мегалобластная анемия (дефицит витамина В12 или фолиевой кислоты);
Анемия при дефиците витамина С;
Анемии, связанные с инфекциями, интоксикациями, почечной недостаточностью, болезнями печени, злокачественными опухолями;
Апластическая анемия;
Анемия, ассоциированная с микседемой или гипопитуитаризмом.
| Нормальные | Оксигемоглобин | HbO2 |
| Дезоксигемоглобин | Hb | |
| Карбогемоглобин | HbCO2 | |
| Нитрозогемоглобин | HbNO | |
| Патологические | Карбоксигемоглобин | HbCO |
| Метгемоглобин | MetHb | |
| Гликированный гемоглобин |
При патологии, в том числе в результате экологических воздействий и бытовых факторов, например, при курении, в крови появляются прочные соединения гемоглобина с угарным газом (карбоксигемоглобин), или гемоглобина с кислородом (метгемоглобин), у которого двухвалентное железо под влиянием сильных окислителей отдает электроны и становится трехвалентным.
Физиологическая роль гемоглобина – транспорт кислорода и СO2. Гемоглобин – идеальный переносчик кислорода, так как легко присоединяет кислород и легко его отдает. Реакция между гемоглобином и кислородом, диффундировавшим из альвеол в капилляры легких, сопровождается переходом дезоксигемоглобина (Hb) в оксигенированный гемоглобин (HbO2). В тканях, напротив, HbО2 отдает кислород, диссоциируя на Hb и O2.
Hb + O2 « HbO2
Направление реакции зависит от напряжения кислорода (рО2), в легочных капиллярах, где парциальное давление кислорода высоко – происходит образование оксигемоглобина, а в капиллярах тканей, где напряжение кислорода ниже – оксигемоглобин диссоциирует и отдает кислород. Этот процесс диссоциации оксигемоглобина при снижении парциального давления кислорода носит название кривой диссоциации оксигемоглобина.
Рис. 7 Кривая диссоциации оксигемоглобина
На сродство кислорода к гемоглобину влияют различные метаболические факторы, что выражается в виде смещения кривой диссоциации влево или вправо, за счёт этого осуществляется автоматическая подстройка деоксигенации гемоглобина к метаболическим потребностям организма.
Почти весь миоглобин переходит в оксигенированную форму при рО2 – 40 мм. рт. ст.; в то время как HbA полностью насыщается кислородом только при рО2 = 100 мм рт. ст. Это значит, что HbA присоединяет кислород менее интенсивно, чем миоглобин, но зато его диссоциация в тканях начинается при более высоком напряжении кислорода. В венозной крови при рО2 – 40 мм рт. ст. 33 % HbО2 оказывается диссоциированным на Hb и О2, в то время как миоглобин такое же количество кислорода отдает только при падении рО2 до 5 мм. рт. ст.
Фетальный гемоглобин обладает более высоким сродством к кислороду, чем HbA, о чем свидетельствует сдвиг кривой диссоциации HbF влево по сравнению с HbA. Фетальный гемоглобин имеет высокий процент насыщения в условиях с пониженным парциальным давлением кислорода, при том же рО2 связывает больше кислорода.
Цветовой показатель
Цветовой показатель (ЦП), или фарб – индекс (Fi) – относительная величина, которая дает представление о содержании гемоглобина (Hb) в отдельном эритроците (Эр) по сравнению со стандартом.
Стандарт вычисляется следующим образом. Содержание Hb в одном Эр равно частному от деления количества Hb на количество Э.
Если за нормальное количество гемоглобина принять 166,7 г/л, а эритроцитов – 5´1012/л, то содержание Hb в одном Э = = 33 пикограмма/л = 1.
Таким образом, 33 пг/л условно принимается за единицу.
Формула, выражающая отношение стандартной величины ( ) к содержанию этих же показателей в исследуемой крови (например, ) после ряда преобразований, имеет следующий вид:
Hb г/л ´ 3
ЦП = ______________________________________
2 первые цифры числа эритроцитов ´ 10
В нашем примере:
118 г/л ´ 3
ЦП = __________ = 0,9
39´10
В норме ЦП колеблется в пределах 0,75 – 1,0 и очень редко может достигать 1,1. В этом случае эритроциты называются нормохромными.
Цветовой показатель используется в клинической практике для дифференциального диагноза анемий. Большинство анемий сопровождается гипохромией(уменьшением количества Hb в Эр), ЦП при этом будет меньше 0,75. Гипохромия наступает либо в результате уменьшения размеров Эр, либо в результате уменьшения количества гемоглобина (при анемиях, вызванных кровопотерей, инфекцией и др.). Гиперхромия наблюдается при мегалобластных анемиях (дефицит витамина В12 и/или фолиевой кислоты); ЦП в этих случаях будет больше 1,1. Гиперхромия зависит исключительно от увеличения размеров эритроцитов. С этой же целью в современных анализаторах крови используются индексы, отражающие средний объём отдельного эритроцита (MCV – mean corpuscular volume), среднее содержание гемоглобина в эритроците (MCH – mean corpuscular hemoglobin), средняя концентрация гемоглобина в эритроците (MCHC – mean corpuscular hemoglobin concentration).
Нормальные значения:
MCV: 86-98 фл
MCH: 28-33 пг в клетке
MCHC: 32-36 г/дл.
Особенности эритроцитов новорождённых:
1) Продолжительность жизни эритроцитов составляет 60-70 дней (у недоношенных – 35-55 дней);
2) Большое число эритроцитов с аномальными формами;
3) Большое количество сфингомиелина в мембране при снижении уровня лецитина;
4) Слабая экспрессия антигенов групп крови АВО и Lewis.
5) Снижение способности к деформации мембраны.
6) Тенденция к образованию метгемоглобина вследствие сниженной активности метгемоглобин-редуктазы.
7) Увеличение среднего объёма отдельного эритроцита (MCV) – до 120-130 фл.
ЛЕЙКОЦИТЫ
Лейкоциты, или белые (бесцветные) кровяные тельца с ядрами, не содержащие гемоглобина. В отличие от эритроцитов, число которых в крови здорового человека относительно постоянно, численность лейкоцитов значительно колеблется в зависимости от времени суток и функционального состояния человека (рис.8), (рис.9).
Виды физиологического лейкоцитоза:
1) пищеварительный,
2) миогенный,
3) эмоциональный,
4) при болевых воздействиях.
Рис.8 Изменения содержания лейкоцитов в крови
Признаки перераспределительного лейкоцитоза:
¨ небольшое увеличение числа лейкоцитов;
¨ отсутствие изменений лейкоформулы;
¨ кратковременность изменений.
Рис.9 Факторы, стимулирующие лейкопоэз
Лейкоциты — ядерные клетки шаровидной формы. В цитоплазме лейкоцитов находятся гранулы. В зависимости от типа гранул, лейкоциты подразделяют на гранулоциты (зернистые) и агранулоциты (незернистые).Гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) содержат специфические (вторичные) и азурофильные (лизосомы) гранулы.Агранулоциты (моноциты, лимфоциты) содержат только азурофильные гранулы.Ядро. Гранулоциты имеют дольчатое ядро разнообразной формы, отсюда их коллективное название — полиморфноядерные лейкоциты. Лимфоциты и моноциты имеют недольчатое ядро, это — мононуклеарные лейкоциты. Лейкоциты используют кровоток как средство пассивного транспорта. Лейкоциты имеют сократительные белки (актин, миозин) и способны к активному перемещению, что позволяет им выходить из кровеносных сосудов, проникая между эндотелиальными клетками (диапедез) и разрушая секретируемыми ими ферментами базальную мембрану эндотелия. Направленную миграцию лейкоцитов (хемокинез, хемотаксис) контролируют различные вещества (в том числе хемоаттрактанты).
Число лейкоцитов в крови. В 1 л крови взрослого здорового человека содержится 4 – 9×109 лейкоцитов. Изменяющаяся потребность в отдельных типах лейкоцитов отражается в увеличении (лейкоцитоз) или уменьшении (лейкопения) количества лейкоцитов в единице объёма циркулирующей крови. Например, при острых бактериальных инфекциях в крови увеличивается число нейтрофилов (нейтрофильный лейкоцитоз). При вирусных и хронических инфекциях происходит увеличение числа лимфоцитов (лимфоцитоз), при паразитарных инфекциях наблюдается эозинофилия.
Гемоглобин – это особый железо-содержащий белок крови сложной структуры, выполняющий в организме крайне важную функцию – газообмен и поддержание за счет этого стабильного обмена веществ.
Гемоглобин – своего рода посредник между тканями и легкими в обмене кислородом и углекислым газом. Для полноценного функционирования организма количество гемоглобина должно стабильным, с размахом колебаний (с учетом возраста и пола).
Увеличение количества гемоглобина, равно как и его уменьшение, приводит к расстройствам обмена веществ, к возникновению заболеваний и патологий.
В составе гемоглобина находится два составных элемента:
- белок глобин, являющийся основой для гемоглобина,
- железо в форме гемма, прикрепленное к определенным зонам белка.
Только в таком виде гемоглобин способен переносить в ткани кислород в виде оксигемоглобина, и уносить от них углекислоту в виде карбоксигемоглобина. Это окрашенные пигменты, оксигемоглобин имеет ярко-алый цвет, а карбоксигемоглобин – вишневый. Этим и обусловлена разница в окраске артериальной венозной крови, артериальная богата кислородом, венозная – углекислотой.
Обмен газов осуществляется в организме непрерывно, даже малейшее нарушение в системе дыхания или обмена газов немедленно приводит к сбоям в работе всего организма и развитию гипоксии (недостатка кислорода).
Гемоглобин находится внутри эритроцитов (красных кровяных телец), находящихся в крови в строго определенных количествах. При снижении количества эритроцитов закономерно снижается и количество гемоглобина в них.
За поддержание стабильного количества эритроцитов в организме человека отвечает костный мозг, где они образуются, а также селезенка и печень, где отжившие эритроциты разрушаются, а гемоглобин из них утилизируется.
Исследование гемоглобина проводят при общем анализе крови, параллельно изучая количество эритроцитов и их качественные характеристики.
Уровень гемоглобина сам по себе не дает возможности поставить диагноз, но является важной характеристикой нездоровья в организме, и оценивается врачом в сочетании с другими изменениями крови и клиническими симптомами.
Количество гемоглобина неразрывно связано с количеством эритроцитов, поэтому, нормы эритроцитов составляют:
- для мужчин 4.5-5.5*1012 /литр,
- для женщин – 3.7-4.6*1012/литр.
Количество гемоглобина составляет:
- у мужчин 125-145 г/л,
- у женщин 115-135 г/л.
Также существуют особые показатели, отражающие содержание гемоглобина в организме, необходимое для нормальной жизнедеятельности – цветовой показатель, то есть степень насыщенности эритроцитов гемоглобином, он составляет в норме 0.8-1.1 единиц. Также определяется и степень насыщения каждого эритроцита гемоглобином – в среднем это составляет 28-32 пикограмма.
Гемоглобин у детей
У взрослых в крови циркулирует только взрослая форма гемоглобина. У плода и новорожденных детей из-за особенностей кровообращения существует и особая форма гемоглобина – фетальная. После рождения ребенка она быстро разрушается и замещается на нормальный, взрослый гемоглобин. В норме фетального гемоглобина допускается в крови не более 0.5-1%.
Средняя продолжительность жизни эритроцита – около 120 суток, если жизнеспособность эритроцита уменьшается, это приводит к развитию различных аномалий в виде гемолитических анемий.
Нарушения в структуре гемоглобина
Гемоглобин в результате врожденных или приобретенных аномалий может приобретать неправильные формы или структуру, что отражается на способности эритроцита переносить кислород. Возникают такие нарушения как:
- аномальные гемоглобины (известно около 300 форм, одна из самых известных гемоглобин при талассемии),
- при отравлении угарным газом образуется карбогемоглобин, стойкое соединение, не способное переносить кислород,
- при отравлении многими ядами образуется метгемоглобин, также не способный переносить кислород.
- при избытке глюкозы крови при сахарном диабете формируется гликированный гемоглобин, также не способный полностью выполнять свои функции.
Могут быть и количественные нарушения:
- увеличение количества гемоглобина и эритроцитов при эритроцитозах и обезвоживании (сгущение крови),
- снижение гемоглобина при различных видах анемии.
В норме уровень гемоглобина повышен у спортсменов и альпинистов, летчиков и людей, длительно пребывающих на свежем воздухе. У жителей гор тоже физиологически повышен гемоглобин.
При патологии гемоглобин повышается:
- при эритроцитозе, патологическом увеличении количества эритроцитов при онкологии,
- при патологическом сгущении крови при обезвоживании и увеличении вязкости,
- при пороках сердца,
- при ожогах,
- при развитии легочно-сердечной недостаточности,
- при кишечной непроходимости.
Физиологическое снижение гемоглобина может возникать во время беременности за счет увеличения объема циркулирующей крови и разведения крови плазмой.
Обычно патологическое понижение количества гемоглобина называют анемией. Она может возникать:
- вследствие острой кровопотери при кровотечениях,
- в результате хронических микрокровотечений и потерь крови при геморрое, кишечных, маточных, десневых кровотечениях.
- при переливании плазмы, вливании большого количества жидкостей,
- при повышенном разрушении эритроцитов вследствие гемолиза,
- при дефиците железа, фолиевой кислоты, витамина В12,
- при хронической патологии организма,
- при поражении костного мозга с угнетением его функций.
О том, как правильно питаться для того, чтобы поднять гемоглобин – в нашей отдельной статье.
Любое патологическое изменение количества гемоглобина, как его повышение, так и понижение, требует консультации врача и всестороннего обследования.
Необходимо проведение адекватной терапии, особенно при анемиях. В среднем, при правильном лечении уровень гемоглобина при анемии повышается на 1-2 единицы в неделю.