Восстановление метгемоглобина в гемоглобин
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”:
- Клиника недостатка глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФД) в эритроцитах
- Течение недостатка глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФД) в эритроцитах – осложнения, лечение
- Недостаток пируваткиназы в эритроцитах – история изучения, причины, патофизиология
- Течение, осложнения и лечение недостатка пируваткиназы в эритроцитах
- Редкие энзимопатии цикла Эмбден-Мейергоффа эритроцитов – клиника, диагностика
- Метгемоглобинемии – история изучения, причины
- Клиника метгемоглобинемии – течение, осложнения
- Лабораторная диагностика метгемоглобинемии – анализы
- Механизмы развития метгемоглобинемии – патофизиология
- Лечение метгемоглобинемии – терапия
Источник
Как уже указывалось, железо, входящее в структуру гемоглобина – двухвалентно, не зависимо от того, связан пигмент крови с кислородом (HbO) или нет (Hb). Более того, только находясь в двухвалентном состоянии Fe+2 обладает необходимым для осуществления транспортных функций сродством к кислороду.
В нормальных условиях спонтанно и под влиянием различных патогенных факторов, в том числе химической природы, двухвалентное железо гемоглобина окисляется, переходя в трёхвалентную форму. Образуется так называемый метгемоглобин (MetHb). Метгемоглобин не участвует в переносе кислорода от легких к тканям, поэтому значительное повышение его содержания в крови представляет опасность. Эволюционно сформировались механизмы обратного превращения метгемоглобина в гемоглобин. Благодаря этим механизмам у здорового человека уровень метгемоглобина в крови не превышает 0,5 – 2%. Существуют два основных пути, защиты железа гемоглобина от окисления.
Первый связан с “обезвреживанием” проникающих в эритроциты ксенобиотиков-окислителей до момента их действия на гемоглобин. Так, в присутствии энзима глутатионпероксидазы (ГПО) восстановленный глутатион взаимодействует с молекулами-окислителями, попавшими в клетки крови, предотвращая их метгемоглобинобразующее действие. Несостоятельность этого механизма (снижение активности глутатионпероксидазы, содержания восстановленного глутатиона в эритроцитах), может привести к умеренной метгемоглобинемии и появлению в крови телец Гейнца (продукты денатурации гемоглобина).
Второй механизм обеспечивает восстановление уже образовавшегося в крови метгемоглобина при участии двух ферментативных систем: НАДН-зависимой и НАДФН-зависимой метгемоглобинредуктаз. В одной из них донорами электронов (восстанавливающие агенты) являются продукты анаэробного этапа метаболизма глюкозы (НАДН), в другой – гексозомонофосфатного превращения (НАДФН) (рис. 27):
Рисунок 27. Механизмы восстановления метгемоглобина
В количественном отношении более значимым является механизм, связанный с гликолизом. Однако в процессе гексозомонофосфатного превращения под влиянием гексозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6ф-ДГ) образуется восстановленный никатинамидадениндинуклеотд фосфат (НАДФН), который не только участвует в превращении метгемоглобина в гемоглобин в присутствии НАДФН-метгемоглобинредуктазы, но и в восстановлении окисленного глутатиона при участии НАДФН-зависимой глутатионредуктазы. Поэтому значение этого пути “защиты” гемоглобина также велико. По этой причине лица с врожденной недостаточностью Г-6Ф-ДГ весьма чувствительны даже к относительно невысоким дозам целого ряда токсикантов.
Основной причиной массивного образования метгемоглобина в крови до уровня, порой угрожающего жизни человека, является действие на организм химических веществ, так называемых метгемоглобинообразователей(оксидов азота, органических и неорганических нитро- и аминосоединений, фенолов, хлоратов, сульфонов и т.д.). Наряду с MetHb при интоксикациях подобными веществами в крови нередко появляется и другой продукт повреждения гемоглобина – сульфгемоглобин. В отличие от MetHb, который легко восстанавливается в организме за счет редуктазных ферментных систем обратно до гемоглобина, сульфгемоглобин представляет собой необратимый дериват Hb. Он никогда не встречается в нормальной крови и также не способен обратимо присоединять кислород, хотя и содержит двухвалентное железо.
Наиболее токсичные метгемоглобинообразователи относятся к одной из следующих групп:
1. Соли азотистой кислоты (нитрит натрия)
2. Алифатические нитриты (амилнитрит, изопропилнитрит, бутилнитрит)
3. Ароматические амины (анилин, аминофенол)
4. Ароматические нитраты (динитробензол, хлорнитробензол)
5. Производные гидроксиламина (фенилгидроксиламин)
6. Производные гидразина (фенилгидразин).
Некоторые из указанных веществ могут представлять интерес для военной медицины либо как возможные диверсионные агенты (нитрит натрия), либо как промышленные агенты весьма опасные в плане образования зон химического заражения при авариях и катастрофах (анилин, динитробензол).
Попав в организм, мегемоглобинообразователи либо непосредственно активируют процессы, приводящие к окислению железа гемоглобина, либо первоначально метаболизируют с образованием реактивных продуктов, которые обладают этим свойством. Тяжесть развивающейся при этом патологии определяется дозой и скоростью поступления токсиканта в организм, а затем в эритроциты, их окислительно-восстановительным потенциалом, скоростью элиминации. Если действующим агентом является не исходное вещество, а продукт его метаболизма, то глубина патологического процесса зависти также от интенсивности процесса биоактивации ксенобиотика в организме. Поэтому у различных экспериментальных животных при введении им веществ, подвергающихся биоактивации, скорость образования метгемоглобина, как правило, существенно различается (табл. 28).
Таблица 28.
Источник
Аномальная форма гемоглобина, при которой атомы двухвалентного железа окисляются до трёхвалентного под воздействием токсичных веществ, кислородсодержащих лекарственных препаратов либо по причине наследственных нарушений молекул гемоглобина называется метгемоглобином.
Перевоплощение природного гемоглобина в метагемоглобин происходит путем его окисления, в результате чего формула железа Fe2+ переходит в трехвалентное состояние – Fe3+.
Особенности
Главная отличительная особенность метгемоглобина в том, что он не способен соединяться с молекулами кислорода и переносить его к человеческим органам и тканям, вследствие чего наступает кислородное голодание организма.
В крови здорового человека метгемоглобин присутствует в незначительных количествах. Норма метгемоглобина в крови составляет примерно 1% (с погрешностью до 3%). Если его присутствие превышает указанную норму, наступает заболевание – метгемоглобинемия.
Метгемоглобин: норма в крови, понятие и разновидности
Метгемоглобинемией называют заболевание, при котором в эритроцитах значительная часть гемоглобина содержит окисленное трехвалентное железо. Гемоглобин, как важнейший элемент, отвечает за транспортировку кислорода по организму. Окисляясь до метгемоглобина, он теряет это свойства, что приводит к гипоксии органов и тканей.
Различают три формы метгемоглобинемии:
- Врождённая. Крайне редкая форма заболевания. Не влияет на продолжительность и качество жизни.
- Генетическая. При этой форме заболевания причиной увеличения доли метгемоглобина становится генетическая предрасположенность. В этом случае происходит врождённая метаболическая ошибка, которая приводит организм в состояние метгемоглобинемии. Последствиями этой формы болезни очень серьезные: умственная отсталость, микроцефалия. Продолжительность жизни короткая, как правило, люди умирают в молодом возрасте.
- Приобретенная. Данная форма более распространена. Возникает по причине воздействия на организм веществ, вызывающих метгемоглобинемию. Происходит в результате приема ряда лекарств или под воздействием токсичных веществ.
Диагностика и лечение метгемоглобинемии у взрослых и детей
Симптоматические признаки и последствия метгемоглобинемии зависят от формы и уровня метгемоглобина:
- Уровень 3-15% – появляется характерный бледный, серый либо синюшный оттенок кожи, утолщение ногтевых пластин.
- Уровень 15-20 % – появляется цианоз.
- Уровень 25-50% – отмечаются физиологические последствия: мигрень, общая слабость, одышка, боль в груди, спутанность сознания.
- Уровень 50-70% – обмороки, психические расстройства, судороги, коматозное состояние.
- Уровень более 70% – летальный исход.
Заболеванию метгемоглобинемии подвержены и взрослые, и дети, в том числе новорожденные.
Характерный признак для всех форм метгемоглобинемии – шоколадно-коричневый оттенок крови, при заборе анализов она не меняет свой цвет.
Для диагностики заболевания у взрослого пациента врач оценивает симптомы, назначает лабораторные исследования. При постановке диагноза очень важно выявить причину гипоксии. Если это состояние вызвано отравлением, необходимо исключить возможность попадания в кровь угарного газа. При попадании этого вещества в кровь образуется прочное соединение – карбоксигемоглобин. Как и метгемоглобин, он не способен транспортировать кислород к клеткам и тканям. Отличительным признаком отравления карбоксигемоглобином становится ярко-красный цвет крови.
Чрезмерное количество метгемоглобина в крови может наблюдаться и у женщин, и у мужчин. Однако мужчины подвержены этому заболеванию на 66.59% меньше, чем женщина. Случаи летального исхода при заболевании мужчин метгемоглобинемией не зафиксированы.
Для диагностирования метгемоглобинемии у новорожденных детей врачом проводятся специальные анализы и исследования, позволяющие измерить уровень содержания метгемоглобина в крови.
В частности, к таким исследованиям относится:
- Цвет крови. При заболевания она приобретает насыщенный коричневый цвет.
- Биохимия крови. Повышенный билирубин при биохимическом анализе может свидетельствовать о метгемоглобинемии.
- Анализ на концентрацию метгемоглобина в крови ребенка.
- Общий анализ крови. Если ребенок болен, уровень СОЭ понижается, а гемоглобин и эритроциты повышаются.
У детей с наследственным заболеванием нередко наблюдаются следующие внешние признаки болезни:
- Ярко выраженный цианоз на коже и слизистых оболочках.
- Деформация формы черепа.
- Отставание в психомоторном развитии.
Метгемоглобинемии подвержены дети и мужского, и женского пола. Однако новорожденные девочки рискуют приобрести заболевание наследственным или врождённым путем гораздо чаще, чем мальчики.
Токсические вещества, синтезирующие метгемоглобин
Главная причина концентрации в крови метгемоглобина – попадание в организм патогенных химических веществ в результате передозировки лекарственных препаратов на основе анилина и его производных. Вещество, которое способно преобразовать гемоглобин в метгемоглобин, называется метгемоглобинообразователем.
Основные метгемоглобинообразователи:
- местные анестетики,
- нитраты и нитриты,
- оксид азота,
- примахин,
- нафталин,
- производные гидразина,
- сульфаниламиды.
Стоит с особой осторожностью относиться к лекарственным препаратам, произведенным на основе метгемоглобинообразователей. Перед употреблением лекарственного препарата необходимо ознакомиться с инструкцией применения и дозировкой.
Способы предотвращения окисления железа гемоглобина
Для поддержания здоровья стоит знать, как предотвратить образование излишнего метгемоглобина в крови. Для этой цели есть два способа.
- Предотвратить патогенное воздействие, проникших в эритроциты крови окислителей железа до того, как они повредят молекулы гемоглобина. Для этого в кровь вводится энзим глутатионпероксидаза. При этом восстановленный глутатион воздействует на патогенные окислители в крови, обезвреживает их и предотвращает синтез метгемоглобина. Данный способ поможет предотвратить дальнейшее развитие метгемоглобинемии, однако может привести к образованию в крови веществ, полученных в результате денатурации гемоглобина – телец Гейнтца.
- Восстановить повреждённые окисленным железом молекулы гемоглобина. Данный способ применяется при помощи двух ферментативных систем: НАНД-зависимой и НАНДФ-зависимой метгемоглобинредуктазы. В первой системе восстанавливающими повреждённый гемоглобин веществами выступают продукты анаэробного этапа переработки глюкозы (НАНД), во второй – гексозомонофосфатного преобразования (НАНДФ). В результате гексозомонофосфатного превращения при воздействии гексозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6ф-ДГ) синтезируется восстанавливающий агент – никатинамид – адениндинуклеотд фосфат (НАНДФН). Он принимает участие в трансформации метгемоглобина в гемоглобин в присутствии НАДФН-метгемоглобинредуктазы, а также в результате восстановления окисленного трехвалентного железа при участии НАНДФ-зависимой глутатионредуктазы.
Метгемоглобин – опасное для здоровья вещество. Синтезирование гемоглобина в метгемоглобин приводит к серьезным нарушениям состава и качества крови. Во избежание концентрации его в организме необходимо систематически проводить профилактические процедуры и следить за дозировкой применяемых лекарств.
О влиянии нитратов на организм человека рассказывается в представленном видеосюжете:
Загрузка…
Источник