Связывание гемоглобина с оксидом углерода

Оксид углерода (угарный газ, СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород. Даже при крайне низких парциальных давлениях СО гемоглобин превращается в карбоксигемоглобин: Нb+СО Þ НbСО. Равновесие этой реакции значительно смещено вправо, поэтому кривая диссоциации карбоксигемоглобина имеет очень крутой наклон. Высокое сродство оксида углерода к гемоглобину обусловлено тем, что СО диссоциирует от НЬ гораздо медленнее, чем О₂. Максимально эффективная концентрация для СО составляет 30 частей на миллион, что соответствует 0,003 объемных %. В артериальной крови человека, пребывающего достаточно долго в среде с таким содержанием СО, на долю НЬСО приходится около 5% общего содержания гемоглобина. Парциальные давления СО и О₂, при которых содержание соответственно НbСО и НbО₂ составляет по 5%, соотносятся как 1:350. Иными словами, в данных пределах парциальных давлений сродство Нb к СО примерно в 35O раз выше, чем к О₂.

Токсичность оксида углерода обусловлена именно высоким сродством этого соединения к гемоглобину. СО представляет собой газ без цвета и запаха, образующийся при неполном сгорании органических веществ. Иногда он входит в состав бытового газа; кроме того, он выделяется при работе двигателей внутреннего сгорания. Даже при низких концентрациях СО вытесняет кислород из соединения с гемоглобином, при этом последний теряет способность к переносу О₂. В норме на долю НbСО приходится лишь 1% общего количества гемоглобина в крови; у курильщиков же к вечеру она достигает 20%. Об опасности, которую угарный газ представляет для автомобилистов, говорит тот факт, что на дорогах с особенно интенсивным движением содержание СО в воздухе достигает 3-10 ч. При такой концентрации СО шахтерам положено надевать дыхательные аппараты.

Токсичность угарного газа обусловлена не только блокированием гемоглобина, но и другим эффектом. Когда часть гемоглобина превращается в НbСО, кривая диссоциации оксигемоглобина (для гемоглобина, еще не блокированного СО) сдвигается влево и может в итоге приобретать форму гиперболы. В результате происходит еще большее снижение напряжения О₂ в тканевых капиллярах.

При тяжелом отравлении угарным газом, отличительным признаком которого служит вишнево-красная окраска крови, жизнь пострадавшего можно спасти путем немедленного применения искусственного дыхания, по возможности с чистым кислородом. При этом напряжение кислорода в крови увеличивается, и О₂ частично вытесняет СО из связи с гемоглобином. Рекомендуется также переливание большого количества крови, так как при этом в кровь пострадавшего поступает гемоглобин, способный переносить кислород.

Перенос СО₂ кровью. Формы транспорта СО_2.

Диоксид углерода (СО₂, углекислый газ) ― конечный продукт окислительного метаболизма в клетках ― переносится с кровью к легким и удаляется через них во внешнюю среду. Подобно кислороду, диоксид углерода может переноситься как в физически растворенном виде, так и в составе химических соединений. Химическое связывание СО₂ ―более сложный процесс по сравнению со связыванием кислорода. Это обусловлено тем, что механизм, отвечающий за транспорт СО₂, должен одновременно обеспечивать поддержание постоянства кислотно-щелочного равновесия крови и тем самым внутренней среды организма в целом.

Связывание СО₂. Напряжение СО₂ в артериальной крови, поступающей в тканевые капилляры, составляет 40 мм рт.ст. (5,3 кПа). В клетках же, расположенных около этих капилляров, напряжение СО₂ значительно выше, так как углекислый газ постоянно образуется в процессе метаболизма. В связи с этим физически растворенный СО₂ диффундирует по градиенту напряжения из тканей в капилляры. Здесь некоторое количество углекислого газа остается в растворенном состоянии, но большая часть СО₂ претерпевает ряд химических превращений. Прежде всего, происходит гидратация молекул СО₂ с образованием угольной кислоты, сразу же диссоциирующей на ион бикарбоната и протон:

В плазме крови эта реакция протекает очень медленно; в эритроците же она ускорена примерно в 10 тыс. раз. Это связано с действием фермента карбоангидразы. Поскольку этот фермент присутствует только в эритроцитах, практически все молекулы СО₂, участвующие в реакции гидратации, должны сначала проникнуть в эритроциты.

Роль разных форм СО₂ в газообмене. В крови, поступающей к тканям, напряжение СО₂ составляет 40 мм рт.ст. Проходя через них, кровь насыщается углекислым газом, и напряжение его в оттекающей из тканей крови достигает в среднем 46 мм рт.ст. При этом 1 л крови поглощает примерно 1,8 ммоль СО₂. Около 12% этого количества остается в физически растворенном виде или в форме недиссоциированной угольной кислоты, 11% образует карбаминовое соединение с гемоглобином, 27% транспортируется в виде бикарбоната в эритроцитах, а остальное количество ― около 50% ― растворено в виде НСО₃¯ в плазме. При прохождении крови через легкие СО₂ высвобождается из этих четырех форм в таком же соотношении.

Сатурационные кривые СО₂

Зависимость содержания СО₂ от его напряжения. Общее содержание диоксида углерода в крови складывается из концентраций физически растворенного и форм химически связанного СО₂ ― угольной кислоты, карбамата и бикарбоната. Большая часть СО₂ присутствует внутри и вне эритроцитов в форме бикарбоната. При повышении РСО₂ содержание всех этих форм СО₂ увеличивается.

Связь между концентрацией в крови и парциальным давлением СО₂ описывается сатурационной кривой, сходной с кривой диссоциации оксигемоглобина. Зависимость связывания СО₂ от степени оксигенации гемоглобина называют эффектом Христиансена-Дугласа-Холдена «или кратко эффектом Холдена.

Существует принципиальная разница между сатурационными кривыми связывания СО₂ и кривыми диссоциации оксигемоглобина. Кривые диссоциации НbО₂ асимптотически приближаются к максимуму, а связывание СО₂ не достигает насыщения. По мере увеличения парциального давления СО₂ количество связанного СО₂ постоянно возрастает, так как образование бикарбоната в крови практически не лимитировано.

Физиологическое значение эффекта Христиансена-Дугласа-Холдена. При рассмотрении процессов поступления СО₂ в кровь из тканей и его высвобождения в легких следует помнить о том, что эти процессы происходят одновременно с обменом О₂. Изменения в насыщении гемоглобина кислородом влияют на связывание СО₂ кровью и тем самым на его обмен.

К тканевым капиллярам обычно притекает полностью оксигенированная кровь. По мере того как кровь проходит через капилляры и кислород выходит из нее в ткани, способность крови поглощать СО₂ увеличивается. Таким образом, эффект Христиансена-Дугласа-Холдена способствует поглощению СО₂ кровью в тканях. В легких происходят обратные процессы. В результате того, что в кровь поступает кислород, ее сродство к углекислому газу снижается, и тем самым облегчается диффузия СО₂ в альвеолы. Итак, мы убедились в том, что как при поступлении СО₂ в кровь из тканей, так и при выделении его в легких эффект Христиансена-Дугласа-Холдена способствует диффузионному обмену этого газа.