79. Химический состав эритроцитов. Особенности метаболизма. Участие эритроцитов в дыхательной функции крови. Транспорт кислорода и углекислого газа. Карбоксигемоглобин. Метгемоглобин.

Основным белком эритроцитов является гемоглобин. На него приходится 90% всех белков эритроцитов. У взрослого человека содержание гемоглобина находится в интервале 120-140 г/л, у новорожденного его уровень повышен до 190 г/л.

Гемоглобин по своей химической природе относится к гемопротеидам, состоит из простетической группы гема и белка глобина. Гем - тетрапиррольное железосодержащее органическое вещество. Гем соединяется с глобином гидрофобными связями и координационной связью с железом. Гемоглобин является олигомерным белком, включает в свой состав 4 гема и 4 полипептидные цепи. В зависимости от вида полипептидных цепей различают физиологические и аномальные формы гемоглобина:

Физиологические формы гемоглобина

1. Hb А₁ включает 2α-цепи и 2β-цепи, составляет у взрослого до 98% всего гемоглобина; HbА_1с – гликозилированный гемоглобин. У здоровых людей его содержание не превышает 6,5%, при сахарном диабете увеличивается.

2. HbА2 – включает 2α-цепи и 2-дельта цепи. Его содержание у взрослых людей составляет 2-3% (минорная форма гемоглобина), у новорожденного - до 30-40% .

3. HbF – включает 2α-цепи и 2γ -цепи. У взрослых людей эта форма гемоглобина в норме отсутствует, у новорожденных составляет 60-70%.

Аномальные формы гемоглобина появляются при гемоглобинозах, среди которых выделяют гемоглобинопатии и талассемии.

При гемоглобинопатиях нарушается первичная структура α- цепей или β- цепей. Например, в HbS, выявляемом при серповидноклеточная анемия в 6 положении β цепи глютамат заменяется на валин, вследствие чего нарушается структура и функция гемоглобина, эритроциты приобретают серповидую форму. В HbC в 6 положении β цепей происходит замена глютамата на лизин.

При талассемиях происходят нарушения в сочетании полипептидных цепей гемоглобина, увеличивается доля минорного гемоглобина А₂.

Гемоглобин типа Бартс содержит четыре гамма цепи.

Кроме гемоглобина в эритроцитах присутствуют другие белки, к которым относят:

• факторы групповой специфичности;

• резус фактор (гликопротеид);

• мембранные белки (гликофорин, спектрин);

• ферменты (ферменты гликолиза, пентозофосфатного пути, карбоангидраза, метгемоглобинредуктаза, К, Na-АТФаза);

• антиоксидантные ферменты: супероксиддисмутаза, каталаза, глютатион-пероксидаза;

Небелковые азотсодержащие вещества эритроцитов представлены АТФ, нуклеотидами, трипептидом глютатионом.

К безазотистым органическим веществам эритроцитов относятся углеводы (глюкоза, продукты её обмена), все классы липидов

Минеральные компоненты эритроцитов представлены калием - 120-130 моль/л; натрием - 30-35 ммоль/л; железом – 19 мкмоль/л.

Особенности метаболизма в эритроцитах

Основным энергетическим процессом в эритроцитах является гликолиз. В эритроцитах активен пентозофосфатный путь, который обеспечивает эритроциты НАДФН₂, необходимым для восстановления глютатиона и поддержания резистентности эритроцитов.

Перенос кислорода от лёгких к тканям кровью осуществляется в 2 формах:

• в растворённом состоянии,

• в виде оксигемоглобина.

Растворенный в плазме кислород составляет около 1,5% от всего переносимого кровью кислорода или 0,03 мл/100 мл крови. Невысокое содержание данной формы кислорода связано с его ограниченной растворимостью в воде. Величина растворённого в крови кислорода может быть увеличена при использовании гипербарической оксигенации.

В виде оксигемоглобина переносится основная часть кислорода крови. Связывание кислорода с гемоглобином зависит от целого ряда факторов и, прежде всего, от парциального давления кислорода. В артериальной крови оно равно 80 мм рт. ст., в венозной -30-40 мм рт. ст. Соответственно насыщение гемоглобина кислородом в артериальной крови составляет 100%, в венозной крови около 70%.

К ривая насыщения гемоглобина кислородом носит S-образный характер. Это обусловлено кооперативными изменениями конформации протомеров в олигомерном гемоглобине. Соединение кислорода с одним протомером резко повышает чувствительность к кислороду других протомеров. Такой характер кривой обеспечивает способность гемоглобина связывать и отдавать кислород в широком диапазоне его парциального давления. Отдача и поглощение кислорода составляют 30% или 5-6 мл/100 мл крови.

На характер кривой насыщения гемоглобина кислородом влияют:

• рН (эффект Бора) - закисление сопровождается присоединением протонов к НвО₂^- и последующей диссоциацией оксигемоглобина: Н^*+ НвО₂^- → ННвО₂→ННв+О₂→в ткань (закисление облегчает отдачу кислорода в ткани);

• повышение концентрации угольной кислоты – источника протонов вызывает аналогичные сдвиги;

• повышение температуры увеличивает диссоциацию оксигемоглобина;

• повышение концентрации 2,3-дифосфоглицерата - аллостерического регулятора увеличивает отдачу кислорода оксигемоглобином.

Особенности транспорта кислорода у детей связаны с высоким содержанием фетального гемоглобина (НвF), который более прочно удерживает кислород, что отражает особенности внутриутробного дыхания. Фетальный гемоглобин имеет более короткий срок жизни, он легче окисляется и труднее отдаёт кислород.

Нарушения транспорта кислорода сопровождаются развитием гипоксии (дефицит кислорода в тканях). Различают высотную, альвеолярную (заболевания лёгких), циркуляторную (нарушение кровообращения), тканевую (нарушение тканевого дыхания), гемическую гипоксии. Гемическая гипоксия может носить характер гемолитической (гемолиз эритроцитов), железодефицитной, может также вызываться появлением форм гемоглобина, не способного переносить кислород. К данным формам относится карбоксигемоглобин и метгемоглобин. Карбоксигемоглобин образуется при соединении гемоглобина с угарным газом (СО) в концентрации более 0,1%. Не участвует в транспорте кислорода метгемоглобин-ОН, образующийся при действии сильных окислителей, в частности, нитратов.

Транспорт СО₂

Перенос углекислого газа от тканей к лёгким осуществляется кровью в 3-х формах:

• в растворённом состоянии (5%);

• в виде карбгемоглобина Нв-NН-СООН (15%);

• в виде бикарбонатов (80%).

Основной транспортной формой углекислого газа являются бикарбонаты.

В тканях в процессах тканевого дыхания накапливается угольная кислота: СО₂+Н₂О→Н₂СО_3.. Затем она связывается с калиевой солью гемоглобина с образованием в эритроцитах бикарбоната калия: Н₂СО₃ + КНв→КНСО₃ + Нв. Образовавшийся бикарбонат КНСО₃ транспортируется в лёгкие.

В лёгких происходит образование оксигемоглобина: ННв+О₂→ННвО_2. Затем происходит взаимодействие оксигемоглобина с бикарбонатами с образованием угольной кислоты: ННвО₂ + КНСО₃ → Н₂СО_3. Образовавшаяся угольная кислота распадается с выделением углекислого газа, удаляемого при дыхании: Н₂СО₃ →Н₂О + СО₂

80. Физико-химические свойства крови. Буферные системы крови. Физиологические механизмы поддержания рН. Ацидозы и алкалозы, их биохимическая характеристика. Особенности физико- химических свойств крови, нарушений кислотно- основного баланса у детей.

Плотность крови равняется 1,050-1,060 г/см³, зависит от суммы растворённых в крови веществ. Плотность крови определяется прибором ареометром.

Вязкость крови равна 5-6 единиц относительно вязкости дистиллированной воды, определяется вискозиметрическим методом .

Осмотическое давление крови составляет 7,8-8,1 атмосферы.

рН крови находится в интервале 7,36-7,44. Отклонение рН от физиологических значений инактивирует ферменты, поэтому величина рН поддерживается на постоянном уровне физиологическими регуляторами рН (лёгкие, почки, желудочно–кишечный тракт, потовые железы) и физико-химическими регуляторами (буферные системы крови).

Буферные системы включают акцептор протонов (чаще соль) и донор протонов (чаще кислота). В крови человека присутствует четыре буферные системы:

Бикарбонатная – на её долю приходится 10-12% всей буферной ёмкости крови. Состоит из H₂CO₃ и NaHCO₃. Для данной буферной системы величину рН можно выразить через константу диссоциации H₂CO₃ (рК) и по градиенту концентрации недиссоциированных молекул H₂CO₃ и NaHCO₃:

pH = pK_Н2СО3 + lg

Однако, истинная концентрация недиссоциированных молекул Н₂СО₃ в крови очень незначительна и в сотни (500-800) меньше, чем концентрация СО₂, то удобнее пользоваться следующей формулой:

pH = pK^’+lg , где pK^’ – коэффициент пересчета.

При работе этого буфера, роль донора протонов выполняет Н₂СО₃ (Н₂СО₃ Н⁺+НСО₃^-), а акцептора NaHCO₃. Для этой системы в крови поддерживается состояние соль/кислота = 20/1.

Фосфатная – составляет 1-3% буферной ёмкости крови. Состоит из NаH₂PO₄ (кислый компонент) и Na₂HPO₄ (щелочной компонент). Для тканей, (кроме крови) это одна из основных буферных систем. Буферное действие этой системы основано на возможности присоединения протонов к Na₂HPO₄ с образованием NаH₂PO₄. А ионы ОН^- могут связаться с NаH₂PO₄ с образованием Na₂HPO₄ и воды. В крови фосфатный буфер находится в тесном взаимодействии с бикарбонатным. Также эта система функционирует в комплексе с почками. Для фосфатного буфера:

pH = pK_NaH2PO4 + lg

В крови поддерживается следующее соотношение: NaH₂PO₄/ Na₂HPO₄ = 1/4.

Белковая - составляет 10-15% всей буферной ёмкости крови. Белки способны отдавать или присоединять протоны. Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотных и основных групп в своей молекуле. При закислении среды белки способны присоединять протон:

В случае защелачивания среды белки способны отдавать протон:

Гемоглобиновая – самая мощная буферная система крови, на её долю приходится до 75% общей буферной ёмкости крови. Она состоит из восстановленного гемоглобина (Hb)акцептор и оксигемоглобина (HbO₂)донор.

Восстановленный Hb способен присоединять протоны (меняется заряд в определённых участках молекулы Hb и при этом гистидин и концевые группы –NH₂ способны присоединять протон). Особое значение гемоглобинового буфера проявляется в процессе газообмена. Из тканей в кровь поступают СО₂, который соединяясь с водой образует Н₂СО₃. При диссоциации Н₂СО₃ образует протоны: Н₂СО₃ Н⁺+НСО₃^-. Это могло бы привесть к закислению среды, но HbО₂ отдаёт тканям кислород и превращается в восстановленный Hb, который обладает повышенной способностью связывать Н⁺ и закисления среды не происходит. В лёгких происходит отдача СО₂, т.е. равновесие Н₂СО₃ Н⁺+НСО₃^- сдвинуто влево. Можно было бы ожидать защелачивания крови. Но восстановленный гемоглобин, богатый протонами, будет присоединять О₂ и превращаться в HbO₂, который не может удержать Н⁺, протоны будут поступать в раствор, защелачивания не будет.

Нарушение кислотно-основного баланса.

Изменения кислотно–основного баланса могут быть двух видов: ацидозы – закисление среды и алкалозы – защелачивание среды. По степени выраженности ацидозы и алкалозы делят на 3 группы:

1. компенсированные (сдвиг рН = 7,40 ± 0,05),

2. субкомпенсированные (сдвиг рН = 7,40 ± 0,15),

3. декомпенсированные (сдвиг рН = 7,40 ± 0,25).

По механизму развития выделяют следующие виды ацидозов и алкалозов:

1. дыхательные (респираторные),

2. метаболические

Газовый (дыхательный) ацидоз – возникает при затруднение удаления СО₂. Такое заболевание развивается при бронхиальной астме, отёке, эмфиземе, ателектазе лёгких, механической асфиксии и т.д. Все эти состояния ведут к гиповентиляции лёгких и гиперкапнии (т.е. повышению давления СО₂ крови). Как следствие повышается содержание Н₂СО₃, которая при диссоциации поставляет в кровь Н⁺, что приводит к возникновению газового ацидоза.

Метаболический ацидоз – обусловлен накоплением в тканях и крови органических кислот (например лактата), различных кислых продуктов (кетоновых тел и т.д.). Этот вид ацидоза связан с нарушением обмена веществ. Метаболический ацидоз возможен при сахарном диабете, голодании, лихорадке, заболеваниях ЖКТ, шоках, интенсивной физической нагрузке.

Дыхательный (газовый) алкалоз – возникает при резко усиленной вентиляции лёгких, сопровождающейся быстрым выделением из организма СО₂. При этом развивается гипокапния (низкое давление СО₂). Этот вид алкалоза возможен при вдыхании чистого О₂, компенсаторной одышке, сопровождающей ряд заболеваний, пребывании в разряженной атмосфере, при повышении температуры, при черепно-мозговых травмах и других состояниях. При дыхательном алкалозе снижается щелочной резерв крови, т.к. меньше NaHCO₃ в бикарбонатной буферной системе.

Метаболический алкалоз – развивается при потере большого количества кислых продуктов (например, неукротимая рвота, ожоги и т.д.), при изменение обмена в-в в сторону образования щелочных продуктов, при гиперпродукции альдостерона и т.д. При метаболическом алкалозе повышена концентрация NaHCO₃ в крови, т.е. увеличивается щелочной резерв крови.

Эти состояния определяют измеряя рН крови, рН мочи (в норме рН мочи = 5-6, при ацидозе уменьшается, при алкалозе увеличивается). Определяют содержание аммиака в моче (при ацидозах содержание NH₃ повышается, при алкалозах снижается). Определяют активность глютаминазы почек (этот фермент отщепляет аммиак от глютамина) – при ацидозе активность этого фермента повышается, при алкалозе понижается

80. Свёртывание крови. Внутренняя и внешняя системы свёртывания. Факторы свёртывающей системы крови, каскадный механизм их активации при образовании тромба. Роль витамина К в свёртывании крови. Наследственные гемофилии.

Свёртывающая система крови - это биологическая протеолитическая система, поддерживающая жидкое состояние крови и препятствующая кровопотере путём образования кровяного сгустка или тромба.

Плазменные факторы свёртывающей системы крови

Плазменнные факторы гемокоагуляции классифицированы в 1954 Колером (ХIII факторов). Плазменные факторы чаще всего обозначают римскими цифрами.

Общая характеристика плазменных факторов свёртывающей системы крови.

1. Все плазменные факторы свёртывающей системы, кроме IV, являются белками, чаще всего гликопротеидами глобулиновой фракции крови.

2. Плазменные факторы синтезируются в неактивном состоянии.

3. Активация этих факторов происходит различными механизмами:

• путём их частичного протеолиза;

• путём их взаимодействия с кофакторами;

• путём их взаимодействия с фосфолипидами мембран клеток и ионами кальция, что сопровождается конформационными перестройками.

4. Большинство белковых факторов являются в активной форме протеолитическими ферментами (протеазами), содержащими в активном центре аминокислоту серин (например, II, VII, IX, X факторы).

5. Все факторы свёртывания крови синтезируются в печени, для синтеза некоторых факторов (II, VII, IX, X) необходим витамин К.

Все плазменные факторы свёртывающей системы крови помимо римской цифры имеет тривиальное название чаще всего по фамилиям больных, у которых был обнаружен дефицит этих факторов.

6. Фибриноген – водорастворимый белок.

7. Протромбин – в активной форме является активным протеолитическим ферментом. Для его синтеза необходим витамин К.

8. Тканевой тромбопластин представляет собой фрагменты плазматических мембран, имеет большую молекулярную массу, богат липопротеидами, содержит нуклеиновые кислоты.

9. Ионы кальция (Са2+).

10. Проакцелерин – кофактор белковой природы.

11. Акцелерин (V активный).

12. Проконвертин – в активной форме является ферментом, синтезируется при участии витамина К.

13. Антигемофилийный глобулин А (АГГА, фактор Вилленбранда) – является кофактором.

14. Антигемофилийный глобулин В (фактор Кристмаса) – в активной является ферментом, синтезируется при участии витамина К.

15. Фактор Проуэра-Стюарта – в активной форме является сериновой протеазой, в синтезе которой участвует витамин К. Фактор Стюарта - в активной форме является протеолитическим ферментом.

16. Фактор Розенталя – в активной форме протеолитический фермент.

17. Фактор Хагемана – гликопротеид, в активной форме фермент.

18. Фибринстабилизирующий фактор - фермент трансамидиназа.

19. Прекалликреин (ф. Флеттчера).

20. Кининоген (ф. Фитцджеральда).

Выделяют три главных стадии гемокоагуляции:

1. образование тромбопластина крови и тромбопластина ткани;

2. образование тромбина;

3. образование фибринового сгустка.

Различают 2 механизма гемокоагуляции: внутренний механизм свёртывания (в нём участвуют факторы, находящиеся внутри сосудистого русла) и внешний механизм свёртывания крови (в нём помимо внутрисосудистых факторов участвуют ещё и внешние факторы).

Внутренний механизм свёртывания крови (контактный)

Внутренний механизм гемокоагуляции запускается при повреждении эндотелия сосудов (например, при атеросклерозе, при действии высоких доз катехоламинов) в котором присутствует коллаген, фосфолипиды. К изменённому участку эндотелия присоединяется ХII фактор (пусковой фактор). Взаимодействуя с измененным эндотелием, он претерпевает конформационные структурные изменения и становится очень мощным активным протеолитическим ферментом. ХIIа фактор одновременно участвует в свёртывающей системе, антисвёртывающей системе кининовой системе:

2. активирует свёртывающую систему крови;

3. активирует противосвёртывающую систему;

4. активирует агрегацию тромбоцитов;

5. активирует кининовую систему;

1 стадия внутреннего механизма свёртывания крови – образование полного тромбопластина крови.

ХII фактор, контактируя с поврежденным эндотелием, переходит в ХII активный. ХIIа активирует прекалликреин (ХIY), который активирует кининоген (ХY). Кинины, в свою очередь, повышают активность ХII фактора.

ХII фактор активирует фактор ХI, который затем активирует IХ фактор (ф. Кристмаса). Фактор IХа взаимодействует с фактором YIII и ионами кальция. В результате образуется комплекс, включающий фермент, кофермент, ионы кальция (ф.IХа, ф.YIII, Са2+). Данный комплекс активирует Х фактор при участии тромбоцитарного фактора Р3. В результате образуется активный тромбопластин крови, включающий ф.Ха, ф.Y, Са2+ и Р3.

Р3- представляет собой фрагмент мембран тромбоцитов, содержит липопротеиды, богат фосфолипидами.

2 стадия – образование тромбина.

Активный тромбопластин крови запускает 2 стадию свёртывания крови, активируя переход протромбина в тромбин (ф.II →ф.II а). Тромбин активирует внешний и внутренний механизмы гемокоагуляции, а также антисвёртывающую систему, агрегацию тромбоцитов и высвобождение тромбоцитарных факторов.

Активный тромбин запускает 3 стадию свёртывания крови.

3 стадия заключается в образовании нерастворимого фибрина (I фактор). Под воздействием тромбина растворимый фибриноген последовательно переходит в фибрин- мономер, а затем в нерастворимый фибрин-полимер.

Фибриноген – водорастворимый белок, состоит из 6 полипептидных цепей, включающих 3 домена. Под действием тромбина от фибриногена отщепляются пептиды А и В, и в нём формируются участки агрегации. Фибриновые нити соединяются вначале в линейные цепи, а затем формируются ковалентные межцепочечные сшивки. В их образовании участвует ХIIIа фактор (фибринстабилизирующий), который активируется тромбином. Под действием фактора ХIIIа, являющегося ферментом трансамидиназой, в фибрине в процессе его полимеризации возникают связи между глютамином и лизином.

Фибриновый сгусток подвергается сжатию (ретракции) за счёт энергии АТФ и тромбоцитарного фактора Р8 (ретрактоэнзим).

Механизм свёртывания носит каскадный характер, т.е. усиливается от предшествующего этапа к последующему благодаря наличию обратных связей. Так, фактор IIа активирует ХIII фактор, Y фактор, Р3 и YIII фактор.

Внешний механизм свёртывания крови (прокоагулянтный)

1 стадия – образование активного тромбопластина тканей включается при травме, разрыве сосуда и контакте плазмы крови с тканями. Тканевой тромбопластин (фактор III) в плазме крови активирует YII фактор. В результате образуется активный тромбопластин тканей, состоящий из фермента, кофермента и ионов кальция (ф.III ,ф.YII а, Са2+).

2 стадия – образование тромбина происходит в следующей последовательности: тромбопластин тканей активирует Х фактор с образованием комплекса, включающего ф.Ха, ф.Y, Са2+, который активирует тромбин (ф. II→ф.IIа).

3 стадия – образование фибрина осуществляется при воздействии тромбина на фибриноген.

Витамин К

Важную роль в свёртывании крови играет витамин К (нафтохинон, антигеморрагический витамин). Суточная потребность в нём составляет 10-20 мкг. Витамин К необходим для синтеза факторов II ,YII, IХ и Х, в которых образуется γ - карбоксиглютаминовая кислота с добавочной карбоксильной группой. В результате данной реакции повышается кальций связывающаяя способность указанных факторов свёртывания крови.

Нарушения гемостаза

Нарушения свёртывания крови наблюдается при тромбоцитопениях, тромфоцитофилиях, тромбоцитопениях. Могут развиваться тромботические состояния, при которых преобладает активность свёртывающей системы. При геморрагических состояниях преобладает активность противосвёртывающей системы крови. Возможны наследственные гемофилии: гемофилия А (дефект YIII фактора), гемофилия В (дефект IХ фактора), гемофилия С (дефект ХI фактора).