Лекция «Доставка кислорода к мышцам при физических нагрузках».

3. Биохимическая характеристика Нb.

Основной составной частью эритроцита является Нb – он состоит из белка глобина (96%) и простетической группы - гема (4% мол.массы). Первым раскрыл строение гемма и доказал его сходство с хлорофиллом М.В Ненцкий. Позднее Э.Фишер синтезировал его, чем окончательно установил его структуру.

Гемм – производное протопорфирина, который в свою очередь представляет собой тетрапирроловое соединение в котором пиррольные кольца соединены между собой метиновыми группами (=СН-) Т.о. гемм представляет собой координационное соединение атома железа с протопорфирином.

В составе молекулы Нb 4 гема .М.Т. Нb = 64458 . Молекула Нb имеет форму сфероида размером 6,4х5,0 нм, на поверхности которого расположены 4 гидрофобных углубления, содержащие геммы, имеющие формы дисков диаметром 1,5 нм и высотой 0,37 нм (М.Ф.Перуц).

Гемм у всех Нb одинаков и видовые различия этого хромопротеида обусловлены структурой белковой части его молекулы – глобина. Глобины

могут иметь различный состав, различаться соотношением АК и их

последовательностью в полипептидной цепи, а также соотношением пептидных цепей. Все это обуславливает физиологической и патологической разновидности Нb.

Молекула Нb взрослого человека (НbА построен из 4-х полипептидных цепей (субъединиц) двух α и двух β Каждый гемм окружен либо α либо β – цепью, которая характеризуется строго определенной первичной структурой. α- цепь содержит 141 АК, β - цепь – 146. Т.о. молекула Нb имеет 574 АК. В соответствии со строением полипептидная формула НbА записывается так____. Существует также фетальный Нb (НbF) – основной Нb плода, количество которого в крови после рождения ребенка с возрастом постепенно уменьшается, заменяясь НbА . НbF состоит из двух α и двух γ – пептидных цепей (α_2, γ₂). Причем γ- цепи имеют другую первичную структуру, чем α- цепи (от 75 \25 до 1,5/94,9).

Биосинтез гемма и Нb происходит в костном мозге. Исходными веществами для синтеза гемма служит янтарная кислота (активная форма) и глицин.

Fе, необходимое для образования гемма, находится в ферритине печени, селезенки и костного мозга. Для образования ферритина необходим апоферритин (белок) и железо всасывающееся из кишок (в виде растворимых солей серной исоляной), а также частично железо разрушенных эритроцитов. В синтезе гемма также принимают участие витамин В₁₂, фолиевая кислота, липоевая кислота, ТПФ, синтеза левулиновой кислоты, геммсинтетаза и некоторые другие.

3. Механизм переноса кислорода Нb.

Поскольку присоединение молекулярного кислорода к Нb не связано с изменением валентности гемма, а следовательно не является настоящим окислением, этот процесс получил название оксигенации. Как уже упоминалось в Нb имеется несколько мест связывания О₂ и насыщение его происходит не одновременно. С увеличением числа мест, занятых кислородом, сродство к нему свободных мест возрастает, что ускоряет процесс оксигенации. Т.о. связывание молекулярного кислорода Нb носит кооперативный характер. Среди факторов, влияющих на сродство, Нb к кислороду имеет значение три:

1. концентрация протонов,

2. концентрация углекислого газа,

3. концентрация органических фосфатов (например 2,3-ДГФ, АДФ, АТФ, пиридоксальфосфат).

Повышение рО_2, температуры и концентрации водородных ионов снижают сродство Нb к кислороду, в связи с чем кислород легче отдается тканям. Такие изменения происходят в метаболизме мышц при физических нагрузках, и это означает, что возрастание потребности сокращающихся мышц в кислороде автоматически удовлетворяется увеличением высвобождения кислорода из крови и создает более благоприятные условия для поступления кислорода в митахондрии, где рО₂ очень низкое (менее 1мм.рт.ст.)

3. Потребление кислорода мышцами.

Потребление кислорода мышцами в состоянии покоя, или при мышечной деятельности, зависит от скорости кровотока и количества кислорода, приходящегося на 1л крови, которая может быть усвоена тканями. Эта зависимость может быть выражена уравнением ФИКА:

VO₂ = СВ (СaO₂ - CvO₂)

где VO₂ – скорость потребления О₂ мл\мин, сердечный выброс, мл.мин.

СаО₂ – содержание О₂ в артериальной крови мл О₂ \л

С_vО₂ – содержание кислорода в венозной крови мл О₂\л

Диффузия О₂ из крови к мышцам и скорость этого процесса зависит от величины градиента рО₂ между кровью капилляров и митохондрий мышц, а также расстояния через которое кислород должен диффундировать.

Низкое значение рО₂ в мышечной саркоплазме поддерживается другим кислородсвязывающим пигментом, называемым миоглобином. Этот пигмент обладает гораздо большим сродством к кислороду по сравнению с Нb и отдает кислород только при очень низких значениях рО₂, которые несколько выше тех, которые необходимы для метаболизма митохондрий. Митохондрии неравномерно распределены в мышечных волокнах и больше концентрируются на периферии поближе к капиллярам.

При максимальных физических нагрузках мышцы не проявляют способность к утилизации кислорода, который доставляется артериальной кровью. Об этом свидетельствует тот факт, что венозная кровь, оттекающая от интенсивно сокращавшейся мышцы, еще достаточно насыщена кислородом. Процентное насыщение Нb кислородом в венозной крови, оттекающей от мышцы, снижается

от 60% в покое до 10% при напряженных физических нагрузках. Соответственно венозное рО₂ составляет 25 – 40 и 10 – 15 мм рт.ст. так, что работающие мышцы значительно повышают экстракцию кислорода (но не всего), который доставляется к ним.