Кислород железо легкие гемоглобин

Молекула гемоглобина: 4 субъединицы окрашены в разные цвета

Структура гемоглобина человека. Железосодержащие гем-группы показаны зелёным. Красным и синим показаны альфа- и бета- субъединицы.

Гемоглоби́н (от др.-греч. αἷμα «кровь» + лат. globus «шар») (Hb или Hgb) — сложный железосодержащий белок животных, обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах, у большинства беспозвоночных растворён в плазме крови (эритрокруорин) и может присутствовать в других тканях[1]. Молекулярная масса гемоглобина человека — около 66,8 кДа. Молекула гемоглобина может нести до четырёх молекул кислорода. Один грамм гемоглобина может переносить до 1.34 мл. O2

Гемоглобин появился более чем 400 миллионов лет назад у последнего общего предка человека и акул в результате 2 мутаций, приведших к формированию четырёхкомпонентного комплекса гемоглобина, сродство которого к кислороду достаточно для связывания кислорода в насыщенной им среде, но недостаточно, чтобы удерживать его в других тканях организма.[2][3]

Большой вклад в исследование структуры и функционирования гемоглобина внёс Макс Фердинанд Перуц, получивший за это в 1962 году Нобелевскую премию[4].

Нормальным содержанием гемоглобина в крови человека считается: у мужчин — 130—160 г/л (нижний предел — 120, верхний предел — 180 г/л), у женщин — 120—160 г/л; у детей нормальный уровень гемоглобина зависит от возраста и подвержен значительным колебаниям. Так, у детей через 1—3 дня после рождения нормальный уровень гемоглобина максимален и составляет 145—225 г/л, а к 3—6 месяцам снижается до минимального уровня — 95—135 г/л, затем с 1 года до 18 лет отмечается постепенное увеличение нормального уровня гемоглобина в крови[5].

Во время беременности в организме женщины происходит задержка и накопление жидкости, что является причиной гемодилюции — физиологического разведения крови. В результате наблюдается относительное снижение концентрации гемоглобина (при беременности уровень гемоглобина в норме составляет 110—155 г/л). Кроме этого, в связи с внутриутробным ростом ребёнка происходит быстрое расходование запасов железа и фолиевой кислоты. Если до беременности у женщины был дефицит этих веществ, проблемы, связанные со снижением гемоглобина, могут возникнуть уже на ранних сроках беременности[6].

Главные функции гемоглобина: перенос кислорода и буферная функция. У человека в капиллярах лёгких в условиях избытка кислорода последний соединяется с гемоглобином. Потоком крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются к органам и тканям, где кислорода мало; здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается от связи с гемоглобином. Кроме того, гемоглобин способен связывать в тканях небольшое количество диоксида углерода (CO2) и освобождать его в лёгких.

Монооксид углерода (CO) связывается с гемоглобином крови намного сильнее (в 250 раз[7]), чем кислород, образуя карбоксигемоглобин (HbCO). Впрочем, монооксид углерода может быть частично вытеснен из гема при повышении парциального давления кислорода в лёгких. Некоторые процессы приводят к окислению иона железа в гемоглобине до степени окисления +3. В результате образуется форма гемоглобина, известная как метгемоглобин (HbOH) (metHb, от «мета-» и «гемоглобин», иначе гемиглобин или ферригемоглобин, см. Метгемоглобинемия). В обоих случаях блокируются процессы транспортировки кислорода.

Строение[править | править код]

Гемоглобин является сложным белком класса гемопротеинов, то есть в качестве простетической группы здесь выступает гем — порфириновое ядро, содержащее железо. Гемоглобин человека является тетрамером, то есть состоит из 4 протомеров. У взрослого человека они представлены полипептидными цепями α1, α2, β1 и β2. Субъединицы соединены друг с другом по принципу изологического тетраэдра. Основной вклад во взаимодействие субъединиц вносят гидрофобные взаимодействия. И α-, и β-цепи относятся к α-спиральному структурному классу, так как содержат исключительно α-спирали. Каждая цепь содержит восемь спиральных участков, обозначаемых буквами от A до H (от N-конца к C-концу).

Гем представляет собой комплекс протопорфирина IX, относящегося к классу порфириновых соединений, с атомом железа(II). Этот кофактор нековалентно связан с гидрофобной впадиной молекул гемоглобина и миоглобина.

Железо(II) характеризуется октаэдрической координацией, то есть связывается с шестью лигандами. Четыре из них представлены атомами азота порфиринового кольца, лежащими в одной плоскости. Две другие координационные позиции лежат на оси, перпендикулярной плоскости порфирина. Одна из них занята азотом остатка гистидина в 93-м положении полипептидной цепи (участок F). Связываемая гемоглобином молекула кислорода координируется к железу с обратной стороны и оказывается заключённой между атомом железа и азотом ещё одного остатка гистидина, располагающегося в 64-м положении цепи (участок E).

Всего в гемоглобине человека четыре участка связывания кислорода (по одному гему на каждую субъединицу), то есть одновременно может связываться четыре молекулы. Гемоглобин в лёгких при высоком парциальном давлении кислорода соединяется с ним, образуя оксигемоглобин. При этом кислород соединяется с гемом, присоединяясь к железу гема на 6-ю координационную связь. На эту же связь присоединяется и монооксид углерода, вступая с кислородом в «конкурентную борьбу» за связь с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин.

Связь гемоглобина с монооксидом углерода более прочная, чем с кислородом. Поэтому часть гемоглобина, образующая комплекс с монооксидом углерода, не участвует в транспорте кислорода. В норме у человека образуется 1,2 % карбоксигемоглобина. Повышение его уровня характерно для гемолитических процессов, в связи с этим уровень карбоксигемоглобина является показателем гемолиза.

Физиология[править | править код]

Изменение состояний окси- и дезоксигемоглобина

В отличие от миоглобина гемоглобин имеет четвертичную структуру, которая придаёт ему способность регулировать присоединение и отщепление кислорода и характерную кооперативность: после присоединения первой молекулы кислорода связывание последующих облегчается. Структура может находиться в двух устойчивых состояниях (конформациях): оксигемоглобин (содержит 4 молекулы кислорода; напряжённая конформация) и дезоксигемоглобин (кислорода не содержит; расслабленная конформация).

Устойчивое состояние структуры дезоксигемоглобина усложняет присоединение к нему кислорода. Поэтому для начала реакции необходимо достаточное парциальное давление кислорода, что возможно в альвеолах лёгких. Изменения в одной из 4-х субъединиц влияет на оставшиеся, и после присоединения первой молекулы кислорода связывание последующих облегчается.

Отдав кислород тканям, гемоглобин присоединяет к себе ионы водорода и углекислый газ, перенося их в лёгкие[8].

Гемоглобин является одним из основных белков, которыми питаются малярийные плазмодии — возбудители малярии, и в эндемичных по малярии районах земного шара весьма распространены наследственные аномалии строения гемоглобина, затрудняющие малярийным плазмодиям питание этим белком и проникновение в эритроцит. В частности, к таким имеющим эволюционно-приспособительное значение мутациям относится аномалия гемоглобина, приводящая к серповидноклеточной анемии. Однако, к несчастью, эти аномалии (как и аномалии строения гемоглобина, не имеющие явно приспособительного значения) сопровождаются нарушением кислород-транспортирующей функции гемоглобина, снижением устойчивости эритроцитов к разрушению, анемией и другими негативными последствиями. Аномалии строения гемоглобина называются гемоглобинопатиями.

Гемоглобин высокотоксичен при попадании значительного его количества из эритроцитов в плазму крови (что происходит при массивном внутрисосудистом гемолизе, геморрагическом шоке, гемолитических анемиях, переливании несовместимой крови и других патологических состояниях). Токсичность гемоглобина, находящегося вне эритроцитов, в свободном состоянии в плазме крови, проявляется тканевой гипоксией — ухудшением кислородного снабжения тканей, перегрузкой организма продуктами разрушения гемоглобина — железом, билирубином, порфиринами с развитием желтухи или острой порфирии, закупоркой почечных канальцев крупными молекулами гемоглобина с развитием некроза почечных канальцев и острой почечной недостаточности.

Ввиду высокой токсичности свободного гемоглобина в организме существуют специальные системы для его связывания и обезвреживания. В частности, одним из компонентов системы обезвреживания гемоглобина является особый плазменный белок гаптоглобин, специфически связывающий свободный глобин и глобин в составе гемоглобина. Комплекс гаптоглобина и глобина (или гемоглобина) затем захватывается селезёнкой и макрофагами тканевой ретикуло-эндотелиальной системы и обезвреживается.

Другой частью гемоглобинообезвреживающей системы является белок гемопексин[en], специфически связывающий свободный гем и гем в составе гемоглобина. Комплекс гема (или гемоглобина) и гемопексина затем захватывается печенью, гем отщепляется и используется для синтеза билирубина и других жёлчных пигментов, или выпускается в рециркуляцию в комплексе с трансферринами для повторного использования костным мозгом в процессе эритропоэза.

Экспрессия генов гемоглобина до и после рождения.
Также указаны типы клеток и органы, в которых происходит экспрессия гена (данные по Wood W. G., (1976). Br. Med. Bull. 32, 282.).[9]

Гемоглобин при заболеваниях крови[править | править код]

Дефицит гемоглобина может быть вызван, во-первых, уменьшением количества молекул самого гемоглобина (см. анемия), во-вторых, из-за уменьшенной способности каждой молекулы связать кислород при том же самом парциальном давлении кислорода.

Гипоксемия — это уменьшение парциального давления кислорода в крови, её следует отличать от дефицита гемоглобина. Хотя и гипоксемия, и дефицит гемоглобина являются причинами гипоксии.
Если дефицит кислорода в организме в общем называют гипоксией, то местные нарушения кислородоснабжения называют ишемией.

Прочие причины низкого гемоглобина разнообразны: кровопотеря, пищевой дефицит, болезни костного мозга, химиотерапия, отказ почек, атипичный гемоглобин.

Повышенное содержание гемоглобина в крови связано с увеличением количества или размеров эритроцитов, что наблюдается также при истинной полицитемии. Это повышение может быть вызвано: врождённой болезнью сердца, лёгочным фиброзом, слишком большим количеством эритропоэтина.

См. также[править | править код]

Гемоглобин А
Гемоглобин С (мутантная форма)
Эмбриональный Гемоглобин (эмбриональный)
Гемоглобин S (мутантная форма)
Гемоглобин F (фетальный)
Кобоглобин
Нейроглобин
Анемия
Порфирия
Талассемия
Эффект Вериго — Бора

Примечания[править | править код]

↑ Haemoglobins of invertebrate tissues. Nerve haemoglobins of Aphrodite, Aplysia and Halosydna
↑ Ученые выяснили происхождение гемоглобина. РИА Новостей, 20.05.2020, 18:59
↑ Michael Berenbrink. Evolution of a molecular machine/Nature, NEWS AND VIEWS, 20 MAY 2020
↑ Лауреаты нобелевской премии. Макс Перуц.
↑ Назаренко Г. И., Кишкун А. А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. — 2005.
↑ Общий анализ крови и беременность Архивная копия от 10 марта 2014 на Wayback Machine
↑ Hall, John E. Guyton and Hall textbook of medical physiology (англ.). — 12th ed.. — Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier, 2010. — P. 1120. — ISBN 978-1416045748.
↑ Степанов В. М. Структура и функции белков : Учебник. — М. : Высшая школа, 1996. — С. 167—175. — 335 с. — 5000 экз. — ISBN 5-06-002573-X.
↑ Айала Ф., . Современная генетика: В 3-х т = Modern Genetics / Пер. А. Г. Имашевой, А. Л. Остермана, . Под ред. Е. В. Ананьева. — М.: Мир, 1987. — Т. 2. — 368 с. — 15 000 экз. — ISBN 5-03-000495-5.

Литература[править | править код]

Mathews, CK; KE van Holde & KG Ahern (2000), Biochemistry (3rd ed.), Addison Wesley Longman, ISBN 0-8053-3066-6
Levitt, M & C Chothia (1976), “Structural patterns in globular proteins”, Nature

Ссылки[править | править код]

Eshaghian, S; Horwich, TB; Fonarow, GC (2006). “An unexpected inverse relationship between HbA1c levels and mortality in patients with diabetes and advanced systolic heart failure”. Am Heart J. 151 (1): 91.e1—91.e6. DOI:10.1016/j.ahj.2005.10.008. PMID 16368297.
Kneipp J, Balakrishnan G, Chen R, Shen TJ, Sahu SC, Ho NT, Giovannelli JL, Simplaceanu V, Ho C, Spiro T (2005). “Dynamics of allostery in hemoglobin: roles of the penultimate tyrosine H bonds”. J Mol Biol. 356 (2): 335—53. DOI:10.1016/j.jmb.2005.11.006. PMID 16368110.
Hardison, Ross C. (2012). “Evolution of Hemoglobin and Its Genes”. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 2 (12): a011627. DOI:10.1101/cshperspect.a011627. ISSN 2157-1422. PMC 3543078. PMID 23209182.

Источник

Недостаточное поступление железа с пищей может привести к опасному состоянию — железодефицитной анемии.

Роль железа в организме…

Железо — незаменимый для человеческого организма микроэлемент, участвующий в обеспечении кислородом тканей, органов и систем.

Чем опасен дефицит железа?

Суточная потребность взрослого человека в железе — примерно 12 мг. Употребление гематогена в дополнение к сбалансированному питанию может помочь поддержать нормальный уровень гемоглобина.

Как можно поднять уровень гемоглобина?

Как правило, значительные потери железа в организме сопровождаются угнетением иммунитета, вялостью, нервозностью, негативно сказываются на внешности и могут привести к анемии.

Профилактика анемии…

Людям, регулярно занимающимся спортом, может быть необходим прием биологически активных добавок в качестве дополнительного источника железа.

Почему организму требуется железо?

«Феррогематоген» — это не кондитерское изделие, а полноценная биологически активная добавка для уменьшения риска развития железодефицитной анемии.

Узнать стоимость…

Наше здоровье и самочувствие во многом зависят от минеральных веществ и микроэлементов, которые мы получаем из пищи и воды. Доля таких веществ составляет порядка 4% от нашего веса. Ведущую роль в обменных процессах, во влиянии на рост, развитие и репродуктивную функцию, на генетическую компоненту и состав крови играют… металлы. И одним из важнейших является железо. О нем и поговорим.

Роль железа в крови: вся правда о «железном здоровье»

Железо — составная часть многих ферментов и белков, без которых невозможны синтез коллагена и ДНК, метаболизм, иммунные и ферментативные реакции. Но в первую очередь этот микроэлемент необходим для снабжения тканей, органов и систем человека кислородом.

В костном мозге при участии железа синтезируется гемоглобин — белок, входящий в состав эритроцитов, которые и обеспечивают доставку кислорода от легких к тканям и выводят углекислый газ из тканей в легкие. В гемоглобине содержится около 70% всего железа, имеющегося в организме. От 5 до 10% железа присутствует в миоглобине, который обеспечивает дыхание мышечных тканей, от 20 до 25% откладывается в печени («про запас»). Оставшееся небольшое количество железа (порядка 0,1%, или 2,5 мг) связывается в плазме крови с трансферрином.

Нормы содержания железа в крови

Содержание железа в крови определяется несколькими способами. Самый простой и распространенный подход — клинический анализ крови, взятой из пальца. Он дает возможность оценить уровень гемоглобина, концентрация которого определяется в граммах на литр крови (г/л). Более сложные и точные исследования предполагают забор и анализ венозной крови:

на потенциальную способность сыворотки крови к связыванию железа (ЛЖСС или НЖСС), которая при норме соответствует показателю от 20 до 60 мкмоль/л;
на содержание железа в сыворотке крови (Fe serum или Iron serum), референсные значения которого у взрослых людей, т.е. старше 14 лет, находятся в диапазоне: для женщин — от 9 до 30 мкмоль/л, для мужчин — от 12 до 31 мкмоль/л.
Определение результата общей железосвязывающей способности сыворотки крови (ОЖСС) производится суммированием результатов вышеизложенных исследований, т.е. ЛЖСС + Fe serum. В норме ОЖСС должна находиться в пределах 45–76 мкмоль/л. Кстати, если измерение производится в мкг/дл, то можно использовать формулу пересчета единиц: 1 мкмоль/л = 1 мкг/дл x 0,179.

Может ли быть понижено железо в крови при нормальном гемоглобине? К сожалению, такая ситуация встречается нередко. Поэтому чтобы измерить именно уровень железа в крови, требуется провести анализ той части железа, которая связана с трансферрином. А для получения реальной картины необходимо сопоставлять две величины — концентрацию гемоглобина и уровень железа в сыворотке крови. При анализе обоих показателей в некоторых случаях диагностируется пониженное железо в крови при нормальном гемоглобине. Большинство специалистов считают количество сывороточного железа основным показателем.

Нормальное содержание железа в крови — такое, при котором организм может полноценно функционировать. Этот показатель зависит от различных факторов, поэтому в зависимости от пола, возраста, роста и веса норма железа в крови человека может отличаться. Наиболее уязвимые категории с точки зрения обеспечения железом — это дети и подростки в период активного роста, беременные и кормящие женщины, которые разделяют свои запасы с младенцем, и пожилые люди, обменные процессы в организме которых проходят с затруднениями. Отслеживать уровень железа в крови также необходимо людям, испытывающим интенсивные физические нагрузки или страдающим хроническими кровотечениями.

Норма железа в крови у детей зависит в первую очередь от возраста. Так, нормальными показателями количества железа в крови новорожденных считаются от 18 до 45 ммоль/л при уровне гемоглобина 220 г/л. У младенцев до одного года нормальные значения ниже — от 7 до 18 мкмоль/л. Наконец, у детей от 1 до 14 лет нормой считаются показатели от 9 до 22 мкмоль/л железа. При этом показатели гемоглобина у детей 1–14 лет считаются достаточными в рамках 110–150 г/л.

Норма железа в крови для женщин, как говорилось выше, — от 9 до 30 мкмоль/л, но при уровне гемоглобина в пределах 120–150 г/л. А вот норма железа у беременных в крови ниже — допустимыми показателями концентрации гемоглобина являются 110–140 г/л. В период беременности с участием железа происходит формирование плаценты, кровеносной системы будущего малыша, накопление железа в его организме. Существенные расходы этого микроэлемена происходят из-за кровопотери во время родов, а также в период кормления малыша грудью.

Норма железа в крови мужчины — от 12 до 31 мкмоль/л при концентрации гемоглобина 130–170 г/л. Нормативы для мужчин значительно выше, чем для женщин. Это связано, в первую очередь, с действием мужского гормона тестостерона, а также с более высокой физической нагрузкой сильного пола, что требует увеличения энергетических затрат.

Причины, симптомы и возможные последствия железодефицита

Любое отклонение от нормы способно привести к целому ряду патологических состояний организма, нарушению его жизнедеятельности. Уровень железа в крови определяется интенсивностью его усвоения, а регулятором этой деятельности выступает тонкая кишка, в слизистой оболочке которой скапливаются запасы железа.

Если кишечник по каким-либо причинам перестает регулировать этот процесс, тогда в кровь железо начинает поступать в избытке. В этом случае диагностируется железо в крови выше нормы. Такая патология называется гемохроматоз, заметить его признаки можно по красноте кожи, боли в правом подреберье, а лабораторные анализы покажут концентрацию гемоглобина выше нормативных показателей. Гемохроматоз поддается быстрому и эффективному лечению.

Гораздо чаще диагностируется именно низкий уровень железа в крови. В качестве типичных причин такого состояния можно назвать:

неправильный рацион питания;
обильные потери крови;
нарушение усвоения железа;
повышенную потребность в микроэлементе.

Пониженное содержание железа в крови у здорового человека обычно объясняется недостатком элемента в потребляемых продуктах питания. Например, при употреблении мяса организм может усвоить не более 20% железа, рыбы — порядка 10%. Из продуктов растительного происхождения человек получает не более 6% содержащегося в них железа. Также надо помнить, что для переработки и правильного усвоения железа организму требуются дополнительные витамины и микроэлементы.

Как понять, что у вас пониженный уровень железа в крови? Существует ряд симптомов, которые заставляют насторожиться:

сухие и ломкие волосы и ногти;
изменение цвета губ и ногтей в сторону синих и голубых оттенков;
неестественно бледная кожа;
появление одышки, учащенное сердцебиение;
слабость мышц, быстрая утомляемость;
головные боли, шум в ушах, головокружение.

Если вы предполагаете наличие железодефицита, это повод непременно обратиться к врачу и провести необходимое обследование. Низкое содержание железа в крови вызывает уменьшение гемоглобина и кислородное голодание органов и тканей. Железодефицитная анемия, в простонародье называемая малокровием, требует лечения. Его отсутствие может привести к нарушению деятельности иммунной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и мочевыделительной систем.

Как повысить содержание железа в крови?

Главное требование своевременного поступления в организм всех необходимых веществ — здоровое питание. Поэтому чтобы не допустить формирования железодефицитных состояний, необходимо обогатить свой рацион продуктами, содержащими железо и ферменты, необходимые для его полноценного усвоения.

Известно, что наиболее ценно для человека так называемое гемовое железо. Оно входит в состав продуктов животного происхождения: баранины, говядины, мяса кролика, рыбы и птицы. Стоит отметить, что для полноценного усвоения гемового железа следует выбирать нежирное мясо. Лучшим продуктом в этом ряду считается говяжья печень, которая не только богата железом, но и содержит медь и витамины А, С и группы В, что помогает наиболее эффективному усвоению микроэлемента.

Другая форма — это негемовое железо, входящее в состав растительных продуктов. Получить необходимую норму микроэлемента из этой группы очень сложно, так как негемовое железо гораздо хуже усваивается. Чемпион среди этой группы продуктов — гречка. Ее можно употреблять в виде каши или размолотого порошка из сырой крупы. Причем гречку лучше не варить, а просто заливать кипятком и оставлять на ночь. Эффективно восполняют потребности организма в железе гранаты, яблоки и свекла.

Положительно на усвоение железа любой формы влияют соки и морсы с высоким содержанием витамина С, а также продукты, в которые входит кобальт, цинк и медь. Нежелательно употреблять железосодержащие продукты одновременно с хлебом, макаронами и рисом, молочными и кисломолочными продуктами, чаем или кофе.

Однако избавиться от железодефицитной анемии только при помощи правильного питания не всегда возможно. Врач, скорее всего, назначит медикаментозную терапию, подбирая необходимые средства в зависимости от тяжести состояния.

В случае, когда налицо острое железодефицитное состояние и требуется немедленное повышение уровня гемоглобина, используются препараты быстрого действия в форме инъекций. С помощью таких лекарств также лечатся сложные случаи хронических анемий и железодефицитные нарушения при патологиях желудочно-кишечного тракта. Примерами препаратов железа для инъекций служат:

железа (III) гидроксид сахарозный комплекс;
железосорбитоловый комплекс с цитратом в растворе декстрина, с содержанием 0,1 г железа (III);
железа (III) гидроксид декстран и др.

Гораздо чаще при выявлении железодефицитной анемии врачи прописывают пациентам препараты пролонгированного действия, доза и длительность приема которых подбирается сугубо индивидуально. Среди рекомендуемых лекарственных препаратов этой группы можно назвать растворы для приема внутрь, содержащие:

железа протеин сукцинилат;
железа хлорид четырехводный.

Или таблетки, включая жевательные и пролонгированного действия:

железа фумарат;
железа сульфат;
железа (III) гидроксид декстран;
железа (III) гидроксид полимальтозат.

А также витаминно-минеральные и минеральные комплексы:

железа глюконат + марганца глюконат + меди глюконат;
железа сульфат + аскорбиновая кислота (витамин C);
железа сульфат + фолиевая кислота (витамин В9) + цианокобаламин (витамин В12).

Отдельную категорию препаратов для нормализации уровня железа в организме составляют добавки к пище, в том числе производимые в виде десертов, содержащие в своем составе комбинации из микроэлементов и витаминов, например, гематоген.

Все перечисленные выше средства, за исключением инъекционных, не являются лечебными, однако служат для эффективной профилактики железодефицитных состояний. Дополнительно отметим, что бесконтрольное применение препаратов этой группы также недопустимо, поэтому прежде чем включить в свой рацион какую-либо пищевую добавку или витаминный комплекс, необходимо получить одобрение лечащего врача.

Источник