Где и как протекает метаболизм гемоглобина кратко

Обновлено: 04.07.2024

Гемоглобин — это белок красных кровяных телец или эритроцитов, который содержит железо. Функция гемоглобина состоит в том, чтобы осуществлять обмен кислорода между тканями и органами. Гемоглобин — это белковая молекула, которая состоит из последовательности аминокислот - глобин, и гемовой части, которая содержит железо. В клинической диагностике определяется количество гемоглобина, которое содержится непосредственно в белке эритроцитов. Транспорт кислорода осуществляется к тканям и органам, а углекислый газ, наоборот от тканей и органов к легким, где он выделяется. Насыщение гемоглобина железом происходит на раннем этапе формирования красных кровяных телец. В капиллярах легочной ткани с одной молекулой гемоглобина может прореагировать четыре молекулы кислорода. В ходе этого взаимодействия образуется оксигемоглобин. Далее с потоком крови эритроциты, несущие комплекс “гемоглобин+кислород” доставляют его к тканям и органам. В процессе окислительной реакции гемоглобин отдает кислород и присоединяет небольшое количество углекислого газа. Гемоглобин важен в поддержании и стабилизации кислотно – щелочного баланса в организме. В норме рН крови равно интервалу 7,35-7,40.

Какой бывает гемоглобин?

HbA - молекула гемоглобина, представлена двумя α- и двумя β- цепями. Этой формой представлен основной гемоглобин взрослого человека.
HbF – фетальная форма гемоглобина. Формируется в первые три месяца жизни новорожденного. Также представлен двумя α- и две β- цепями, но содержит большее сродство к кислороду, для лучшего снабжения плода кислородом. До трех лет HbF составляет 50-80%, а после снижается до 2%.

Оксигемоглобин – в состав молекулы входит двухвалентное железо. Может осуществлять перенос кислорода к тканям и органам.
Метгемоглобин – соединение содержит трехвалентное железо, не осуществляет обратимую реакцию с кислородом.
Карбоксигемоглобин – молекула обладает высокой степенью сродства с окисью углерода. Образует соединение с угарным газом. За счет этого взаимодействия происходит медленный распад комплекса.
Миоглобин – молекула близкая по структуре с гемоглобином, локализована в мышечной ткани и сердце. Образует депо кислорода в них, при снижении кислородной емкости крови.

Показания к назначению исследования

Определение уровня гемоглобина в крови назначают при общем обследовании, ежегодных профилактических осмотрах и диспансеризации.
Для оценки эффективности назначенной терапии, и отслеживания реакций организма на лекарственные препараты.
Гемоглобин — это один из базовых показателей при любом обследовании и диагностике патологических состояний организма.
Особо важное значение имеет определение гемоглобина в период беременности.

Хроническая усталость и апатия;
Повышенная утомляемость и сонливость;
Рассеянное внимание;
Бледный оттенок кожи;
Плохо заживающие раны, ссадины и синяки;
Ощущение сухости во рту;
Сильная жажда.

Подготовка к исследованию

Забор крови осуществляют в утренние часы натощак (не менее 4-5 часов после последнего приема пищи);
Разрешается пить воду без газа;
Исключить физическую активность и стресс за 30 минут до анализа;
Запрещается употреблять алкоголь и жирную пищу за сутки до исследования;
За 30 минут до взятия крови воздержаться от курения.

Интерпретация результата

Уровень гемоглобина у мужчин должен быть не ниже 130 г/л, поскольку андрогены стимулируют выработку эритроцитов. А для женщин не менее 120 г\л. С возрастом эти показатели могут стать ниже. Важно помнить, что нормальный уровень эритроцитов не означает что концентрация гемоглобина будет в норме.

Врожденный порок сердца, препятствующий нормальной циркуляции крови и доставки кислорода;
Дегидратация, недостаток жидкости приводит к увеличенному количеству эритроцитов;
Нарушения работы почек. В случае патологии почки начинают вырабатывать больше эритропоэтина - гормона, активирующего синтез эритроцитов;
Заболевания легких. При недостаточном объеме легких и затрудненном дыхании организм включает компенсаторный механизм и производит больше красных кровяных телец, чтобы восстановить недостаток кислорода;
Истинная полицитемия — это хроническое новообразование, продуцирующее избыточное количество эритроцитов в костном мозге;

Низкий уровень гемоглобина

Дефицитные состояния железа и витамина В12 или фолиевая анемия;
Патологии костного мозга. Лейкемия, лимфома, апластическая анемия;
Почечная недостаточность. В таком состоянии происходит дефицит гормона эритропоэтина, который стимулирует выработку эритроцитов;
Миома матки. Это доброкачественные опухолевые образования матки, но они могут вызывать обильные кровотечения, что отражается на количестве эритроцитов;
Патологии и состояния разрушающие эритроциты. К ним относятся серповидная анемия, талассемия, некоторые аутоиммунные заболевания.
Циррозы печени;
Хронические инфекции;
Острое или хроническое кровотечение, но сразу после или в течение кровотечения показатель гемоглобина может быть повышен.

Если в организме наблюдается пониженный уровень гемоглобина, то это приводит к развитию анемии. Анемия встречается при ряде заболеваний и отклонений. Чем ниже концентрация гемоглобина в крови, тем сложнее протекает анемия. Для лечения необходимо определить степень заболевания и причины возникновения. В качестве терапии врачи назначают железосодержащие препараты. Лечение анемии заключается в восполнении дефицита недостающих факторов для роста и развития красных кровяных телец с помощью препаратов железа, витамина В6, В12, фолиевой кислоты, синтетических аналогов эритропоэтина.

Для устранения дефицитных состояний при анемии также назначается диета с высоким содержанием железа, витаминов, белков и микроэлементов. Только 10% от необходимого количества железа для восполнения потерь организмом поступает в организм с продуктами питания. В продуктах железо представлено двумя типами - гемовое и негемовое. Для более легкого усвоения подходит гемовое железо, источником служат продукты животного происхождения. Негемовое железо содержится в растительных продуктах. Для улучшения его биодоступности для организма его лучше употреблять совместно с витамином С и В12.

Фрукты (яблоки, курага, гранат, персики, виноград);
Овощи (морская капуста, шпинат, томаты, петрушка и укроп, топинамбур);
Продукты животного происхождения (свиная и говяжья печень, почки, морепродукты, мидии, устрицы, мясо кролика);
Крупы (чечевица, перловая крупа, киноа, гречка, полба);

Продукты богатые железом и необходимыми витаминами не могут стать полноценной заменой медикаментозной терапии, но помогут в качестве дополнительного фактора поддержания нормального уровня гемоглобина. Для улучшения доступности железа организму нужны дополнительные факторы. Фолиевая кислота и витамины группы B – это естественные стимуляторы синтеза гемоглобина и эритропоэза. Процесс созревания эритроцитов происходит под действием фолиевой кислоты. Это может привести к анемии и низкому уровню гемоглобина. Восполнить дефицит фолиевой кислоты можно с помощью употребления в пищу печени, говядины, свинины, баранины, яиц, трески, морепродуктов, молочных продуктов.

Для составления правильного рациона необходимо учитывать нормы железа для определенного возраста и знать реальный уровень гемоглобина. Особенно это необходимо учитывать для детей и женщин в период беременности.

Для профилактики дефицитных состояний необходимо, чтобы железо, поступающее с продуктами питания хорошо усваивалось. С целью повышения биодоступности железа для организма необходимо обогатить свой рацион аскорбиновой кислотой, которая препятствует окислению железа и поддерживает его в двухвалентной форме. Рекомендуется использовать в качестве заправки для салатов лимонный сок, увеличить употребление листовой зелени, яблок и цитрусовых. Витамин А также влияет на степень усвоения железа. Витамин А содержится в основном в продуктах животного происхождения — рыбе и морепродуктах, печени. Кальций негативно влияет на биодоступность железа. Но не стоит отказываться от молочных продуктов. Необходимо разделить их употребление от добавок железа, назначенных врачом. Для профилактики и лечение железодефицитных состояний рекомендуется применять железосодержащие добавки и препараты. Выбор необходимо производить индивидуально по назначению врача, в зависимости от степени тяжести заболевания и с учетом индивидуальных особенностей организма.

Из различных хромопротеинов наибольшее значение имеет гемоглобин. Поступающий с пищей гемоглобин в желудочно-кишечном тракте распадается на составные части – глобин и гем. Глобин как белок, гидролизуется на аминокислоты. Гем окисляется в гематин и выводится с калом. Таким образом, гемоглобин пищи не участвует в интенсивном метаболизме эндогенного гемоглобина. Уровень метаболизма эндогенного гемоглобина определяется тем, что период жизни эритроцита равен 126 дней, т.е. ежечасно обновляется примерно 6*10 9 эритроцитов, а, следовательно, и гемоглобина.

Строение гемоглобина. Гемоглобин в качестве белкового компонента содержит глобин, а небелкового – гем. Видовые различия гемоглобина обусловлены глобином, в то время как гем одинаков у всех видов гемоглобина.

Основу структуры простетической группы большинства гемосодержащих белков составляет порфириновое кольцо, являющееся в свою очередь производным тетрапиррольного соединения – порфирина. Последний состоит из четырех замещенных пирролов, соединенных между собой метиновыми мостиками (—СН=).

Незамещенный порфирин называется порфином. В молекуле гема порфин представлен в виде протопорфирина IX, содержащего четыре метильные группы (—СН₃), две винильные группы (—СН=СН₂) и два остатка пропионовой кислоты. Протопорфирин, присоединяя железо, превращается в гем.

Из формулы видно, что железо связано с двумя атомами азота молекулы протопорфирина ковалентно и с двумя другими – координационными связями, обозначенными пунктирными линиями.

Гем в виде гемпорфирина является простетической группой не только гемоглобина и его производных, но и миоглобина, каталазы, пероксидазы и цитохромов b, с и c₁.

Структурная организация гемоглобина (и миоглобина) была расшифрована Дж. Кендрью и М. Перутц (Нобелевская премия 1962 г.). Дыхательная функция гемоглобина крови подробно рассматривается в курсе физиологии. Здесь следует указать на уникальную роль гемоглобина в траспорте кислорода от легких к тканям и диоксида углерода от тканей к легким. Это элементарное проявление жизни – дыхание, хотя и выглядит простым, основано на взаимодействии многих типов атомов в гигантской молекуле гемоглобина. Подсчитано, что в одном эритроците содержится около 340000000 молекул гемоглобина, каждая из которых состоит примерно из 10 3 атомов С, Н, О, N, S и 4 атомов железа.

Рисунок 31 Координационные связи атома железа в молекуле гема. Все 4 связи с атомами азота пиррольных колец расположены в одной плоскости, 5-я и 6-я координационные связи (с атомом азота имидазольного кольца гистидина и с кислородом соответственно) – по разные стороны перпендикулярно к этой плоскости

В дополнение к основному гемоглобину HbA₁в крови взрослого человека доказано существование мигрирующего с меньшей скоростью при электрофорезе гемоглобина НbА₂, также состоящего из 4 субъединиц: двух α-цепей и двух δ-цепей. На долю НbА₂ приходится около 2,5% от всего гемоглобина. Известен, кроме того, фетальный гемоглобин (гемоглобин новорожденных), обозначаемый HbF и состоящий из двух α-цепей и двух γ-цепей. Фетальный гемоглобин отличается от HbA₁не только составом аминокислот, но и физико-химическими свойствами: спектральным показателем, электрофоретической подвижностью, устойчивостью к щелочной денатурации и др. Кровь новорожденного содержит до 80% HbF, но к концу 1-го года жизни он почти целиком заменяется на НbА (все же в крови взрослого человека открывается до 1,5% HbF от общего количества гемоглобина). Последовательность аминокислот в γ- и δ-цепях гемоглобинов окончательно не расшифрована.

Обмен гемоглобина. Как синтез, так и распад гемоглобина происходит в селезенке, печени, косном мозге.

Распад гемоглобина начинается с окисления гема, когда железо Fе 2+ превращается в Fе 3+ . Образующееся соединение называется вердоглобином (вещество зеленого цвета), который спонтанно распадается на составные части – глобин, железо и оставшаяся часть гема – биливердин (пигмент зеленого цвета). Биливердин восстанавливается в желто-красный билирубин, который поступает в печень. Для организма билирубин является токсичным и водонерастворимым. Поэтому в местах его образования происходит его обезвреживание и превращение в водорастворимую форму. Этот процесс происходит двумя путями:

1 С помощью глюкуроновой кислоты с которой билирубин образует моно- или диглюкурониды, комплекс билирубина с одной или двумя молекулами глюкуроновой кислоты. Такой билирубин является связанным (в лабораторной практике – прямой билирубин).

2 Образование комплекса с альбумином. В этом случае билирубин называют свободным (непрямым).

В крови содержится около 75% свободного билирубина и 25% связанного.

В печени комплекс билирубина с белками распадается, и освободившийся билирубин превращается в глюкуронид. В печени весь билирубин присутствует в форме связанной с глюкуроновой кислотой, т.е. в нетоксичной и водорастворимой форме. Из печени билирубин поступает в желчный пузырь, откуда под влиянием желчного пигмента поступает в кишечник. Там билирубин освобождается от глюкуроновой кислоты и подвергается различным превращениям с образованием в конце уробилиногена и стеркобилиногена. Первый всасывается в кровь, затем в печень, откуда поступает в мочу. На воздухе уробилиноген окисляется в уробилин. Второй выводится с калом (специфическая окраска) и кислородом окисляется до стрекобилина.

Синтез гемоглобина состоит из двух процессов:

1 синтез гема из глицина, янтарной кислоты и железа.

2 конденсация с глобином

N N оксимиооглобин

Гемоглобин состоит из четырех полипептидных цепей, аналогичных по строению миоглобину.

Оксигемоглобин выполняет функцию транспорта кислорода. Благодаря ему, литр крови переносит 250 мл кислорода в различные органы. Здесь оксигемоглобин отдает кислород, который диффундируют через плазму и стенки капилляров в ткани.

ННbСО ННb ННb О₂

карбокигемоглобин Н₂О оксигемоглобин

Анион анион анион

карбаминогемоглобина гемоглобина оксигемоглобина

Из многообразия производных гемоглобина, следует, прежде всего, указать на оксигемоглобин НbО₂ – соединение молекулярного кислорода с гемоглобином. Кислород присоединяется к каждому гему молекулы гемоглобина при помощи координационных связей железа, причем присоединение одной молекулы кислорода к тетрамеру облегчает присоединение второй молекулы, затем третьей и т.д. Помимо кислорода, гемоглобин легко соединяется с другими газами, в частности с СО, NO и др. Так, при отравлении оксидом углерода гемоглобин прочно связывается с ним с образованием карбоксигемоглобина (НbСО). При этом вследствие высокого сродства к СО гемоглобин теряет способность связывать кислород и наступает смерть от удушья, недостаточного снабжения тканей кислородом При этом содержание его в крови в 210 раз больше, чем оксигемоглобина, поэтому наступает отравление угарным газом.. Однако при быстром повышении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе можно добиться частичного вытеснения СО из связи с гемоглобином и предотвратить летальный исход. Норма содержания карбоксигемоглобина – 0,3 – 05%, у курильщиков – 4,7%. При легкой тяжести отравления – 10-15% - головная боль, слабость, тошнота. При средней – 25-30% - нарушение координации, синюшность лица и помутнение сознания. При тяжелых – 60% и более – потеря сознания и смерть.

При отравлении оксидами азота, парами нитробензола и другими соединениями часть гемоглобина окисляется в метгемоглобин (НbОН), содержащий трехвалентное железо. Метгемоглобин также теряет способность к переносу кислорода от легких к тканям, поэтому при метгемоглобинемии (вследствие отравления окислителями) в зависимости от степени отравления может наступить смерть от недостатка кислорода. Если вовремя оказать помощь, т.е. повысить парциальное давление кислорода (вдыхание чистого кислорода), то и в этом случае можно вывести больного из опасного состояния.

Установление первичной структуры субъединиц молекулы гемоглобина стимулировало исследования по расшифровке структуры так называемых аномальных гемоглобинов. В крови человека в общей сложности открыто около 150 различных типов мутантных гемоглобинов. Появляются мутантные формы гемоглобинов в крови вследствие мутации генов. Обычно мутации делят на 3 класса в соответствии с топографией измененного участка молекулы. Если замена аминокислоты происходит на поверхности молекулы гемоглобина, то это мутация первого класса; подобные мутации обычно не сопровождаются развитием тяжелой патологии, и болезнь протекает бессимптомно; исключение составляет серповидно-клеточная анемия. При замене аминокислоты вблизи гема нарушается связывание кислорода – это мутация второго класса, сопровождающаяся развитием болезни. И наконец, если замена происходит во внутреннем участке молекулы гемоглобина, говорят о третьем классе мутации; подобные мутации приводят к нарушению пространственной структуры и соответственно функции гемоглобина.

Аномальные гемоглобины, различающиеся по форме, химическому составу и величине заряда, были выделены при помощи электрофореза и хроматографии. Передающиеся по наследству изменения чаще всего являются результатом мутации единственного триплета, приводящей к замене одной какой-либо аминокислоты в полипептидных цепях молекулы гемоглобина на другую. В большинстве случаев происходит замена кислой аминокислоты на основную или нейтральную. Поскольку это замещение осуществляется в обеих полипептидных цепях одной из пар (α или β), образовавшийся аномальный гемоглобин будет отличаться от нормального величиной заряда и соответственно электрофоретической подвижностью.

Следует указать, что некоторые мутации, вызывающие существенное изменение структуры и соответственно функции гемоглобина, оказываются летальными, и индивидуумы с подобным гемоглобином умирают в раннем возрасте. Однако при ряде мутаций замена аминокислот не вызывает заметного изменения функции гемоглобина, в этих случаях болезнь протекает бессимптомно.

Рисунок 32 -Нормальные и серповидные эритроциты

Классическим примером наследственной гемоглобинопатии является серповидно-клеточная анемия, широко распространенная в странах Южной Америки, Африки и Юго-Восточной Азии. При этой патологии эритроциты в условиях низкого парциального давления кислорода принимают форму серпа (рис. 32). Гемоглобин S, как показали Л. Полинг и др., отличается рядом свойств от нормального гемоглобина: в частности, после отдачи кислорода в тканях он превращается в плохо растворимую дезоксиформу и начинает выпадать в осадок в виде веретенообразных кристаллоидов, названных тактоидами. Болезнь протекает остро, и дети, гомозиготные по мутантному гену, часто умирают в раннем возрасте.

Химический дефект при серповидно-клеточной анемии был раскрыт и сводится к замене единственной аминокислоты, а именно глутаминовой, в 6-м положении с N-конца на валин в β-цепях молекулы гемоглобина HbS. Это результат мутации в молекуле ДНК, кодирующей синтез β-цепи гемоглобина. Все остальные аминокислоты располагаются в той же последовательности и в таком же количестве, как и в нормальном гемоглобине НЬА:

Одной этой замены оказалось достаточно не только для нарушения формы эритроцита, но и для развития тяжелой наследственной болезни – серповидно-клеточной анемии.

Обмен гемоглобина. Как синтез, так и распад гемоглобина происходит в селезенке, печени, косном мозге.

2 Образование комплекса с альбумином. В этом случае билирубин называют свободным (непрямым).

В крови содержится около 75% свободного билирубина и 25% связанного.

Гемоглобин — это гемопротеин, с молекулярной массой около 60 тыс., окрашивающий эритроцит в красный цвет после связывания молекулы O2 с ионом железа (Fe++). У мужчин в 1 л крови содержится 157 (140—175) г гемоглобина, у женщин — 138 (123—153) г. Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц гема, связанных с белковой частью молекулы — глобином, сформированной из полипептидных цепей.

Синтез гема протекает в митохондриях эритробластов. Синтез цепей глобина осуществляется на полирибосомах и контролируется генами 11-й и 16-й хромосом. Схема синтеза гемоглобина у человека представлена на рис. 7.2.

Гемоглобин, содержащий две а- и две В-цепи, называется А-тип (от adult — взрослый). 1 г гемоглобина А-типа связывает 1,34 мл O2. В первые три месяца жизни плода человека в крови содержатся эмбриональные гемоглобины типа Gower I (4 эпсилон цепи) и Gower II (2а и 25 цепи). Затем формируется гемоглобин F (от faetus — плод). Его глобин представлен двумя цепями а и двумя В. Гемоглобин F обладает на 20—30 % большим сродством к O2, чем гемоглобин А, что способствует лучшему снабжению плода кислородом. При рождении ребенка до 50—80 % гемоглобина у него представлены гемоглобином F и 15—40 % — типом А, а к 3 годам уровень гемоглобина F снижается до 2 %.

Соединение гемоглобина с молекулой 02 называется оксигемоглобином. Сродство гемоглобина к кислороду и диссоциация оксигемоглобина (отсоединения молекул кислорода от оксигемоглобина) зависят от напряжения кислорода (Р02), углекислого газа (РС02) в крови, рН крови, ее температуры и концентрации 2,3-ДФГ в эритроцитах. Так, сродство повышают увеличение Р02 или снижение РС02 в крови, нарушение образования 2,3-ДФГ в эритроцитах. Напротив, повышение концентрации 2,3-ДФГ, снижение Р02 крови, сдвиг рН в кислую сторону, повышение РС02 и температуры крови — уменьшают сродство гемоглобина к кислороду, тем самым облегчая ее отдачу тканям. 2,3-ДФГ связывается с р-цепями гемоглобина, облегчая отсоединение 02 от молекулы гемоглобина.

Увеличение концентрации 2,3-ДФГ наблюдается у людей, тренированных к длительной физической работе, адаптированных к длительному пребыванию в горах. Оксигемоглобин, отдавший кислород, называется восстановленным, или дезоксигемоглобином. В состоянии физиологического покоя у человека гемоглобин в артериальной крови на 97 % насыщен кислородом, в венозной — на 70 %. Чем выраженней потребление кислорода тканями, тем ниже насыщение венозной крови кислородом. Например, при интенсивной физической работе потребление кислорода мышечной тканью увеличивается в несколько десятков раз и насыщение кислородом оттекающей от мышц венозной крови снижается до 15 %. Содержание гемоглобина в отдельном эритроците составляет 27,5—33,2 пикограмма. Снижение этой величины свидетельствует о гипохромном (т. е. пониженном), увеличение — о гиперхромном (т. е. повышенном) содержании гемоглобина в эритроцитах. Этот показатель имеет диагностическое значение. Например, гиперхромия эритроцитов характерна для В|2-дефицитной анемии, гипохромия — для железодефицитной анемии.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Для оценки эффективности, безопасности и удобства применения различных препаратов железа, включая Мальтофер ® , для лечения железодефицитной анемии, необходимо рассмотреть метаболизм железа в организме и факторы, вызывающие железодефицитную анемию.

1.1. Эритропоэз

Необходимое количество эритроцитов, циркулирующих в кровяном русле, поддерживается путем контроля их образования, а не продолжительности жизни. Клетки крови развиваются из стволовых клеток, расположенных в костном мозге, и дифференцирующихся в лимфоциты, тромбоциты, гранулоциты и эритроциты. Их производство контролирует механизм обратной связи, и до тех пор, пока уже образованные клетки не созреют или не выйдут из костного мозга в кровоток, новые клетки не развиваются, чтобы их заменить (Danielson и Wirkstrom, 1991). Эритропоэтин (ЭПО), вырабатываемый почками гормон, играет важную роль на этапе развития будущих эритроцитов. ЭПО, возможно, взаимодействует со специфическими рецепторами на поверхности эритроидных стволовых клеток и стимулирует их превращение в пронормобласты, самую раннюю стадию развития эритроцитов, которые могут быть обнаружены при исследовании костного мозга. На следующем этапе, ЭПО стимулирует непрерывное развитие красных кровяных клеток путем усиления синтеза гемоглобина. Образовавшиеся ретикулоциты остаются в костном мозге около трех дней перед тем, как попасть в кровяное русло, где они приблизительно через 24 часа теряют свое ядро, митохондрии, рибосомы и приобретают хорошо знакомую двояковогнутую форму эритроцитов.

Таблица 1-1

Распределение железа в организме взрослого человека. (Danielson с соавторами, 1996).

Читайте также: