La curva di dissociazione dell’ossiaemoglobina

Una breve storia della curva di dissociazione ossigeno-emoglobina

L’articolo originale del 1904 che descrive la curva, tradotto per il piacere della lettura, è disponibile gratuitamente per gentile concessione dell’Università del Delaware., E”stato scritto da Christian Bohr se stesso (di Bohr effetto fama), con co-autori Karl Albert Hasselbalch (sì, che Hasselbalch) e August Krogh che è meglio conosciuto per il principio di Krogh per il metodo comparativo della biologia. È forse sotto la sua influenza che gli investigatori hanno scelto di usare sangue di cane e cavallo. O, forse, nei civilizzati giorni del cappello e del cappotto del 1904 l’idea di raccogliere grandi quantità di sangue umano per la ricerca era in qualche modo sgradevole per questi signori della scienza., Certamente, il sangue avrebbe dovuto essere fresco, poiché in questa fase non conosco alcuna tecnica a disposizione degli investigatori che lo avrebbe mantenuto liquido per molto tempo.

Ma non divaghiamo oltre. Gli investigatori, armati di un apparato di loro progettazione, hanno prodotto un grafico del contenuto di ossigeno del sangue a diverse pressioni parziali di ossigeno e anidride carbonica. Questo grafico è riprodotto qui sotto del tutto inalterato, per venerazione a questi padri fondatori, e senza il permesso di nessuno di sorta.,

Si può apprezzare dal più breve sguardo che queste curve assomigliano molto alla rappresentazione moderna di queste relazioni. Pensava che il concetto di” saturazione di ossigeno “fosse in questa fase non sviluppato, gli autori hanno prodotto una tabella delle loro osservazioni, che elenca l ‘”assorbimento di ossigeno in percentuale” a varie pressioni parziali di O2 e CO2.

La relazione tra la saturazione dell’emoglobina e la pressione parziale dell’ossigeno è stata espressa come equazione da JW Severinghaus nel 1979 (Sì, che Severinghaus)., In questo articolo, Severinghaus ha usato la sua equazione per calcolare una tabella di valori per una curva di dissociazione O2 del sangue umano standard a 37°C e pH 7.40.

Si sarebbe sorpresi di quanto sia difficile questa tabella è quello di rintracciare on-line! Tutto ciò che si ottiene dai risultati di ricerca di Google è un’immagine della curva di dissociazione bastardizzata con alcuni “valori di interesse” gettati su di essa, o qualcosa calcolato a 38°C, o peggio. Nell’interesse di preservare l’eredità intellettuale di J. W. Severinghaus e di renderla accessibile agli appassionati di fisiologia, riproduco i suoi dati nella tabella sottostante.,

Armati di Excel, si possono collegare questi valori in un generatore di grafici e arrivare alla curva di dissociazione ossigeno-emoglobina dall’aspetto familiare.

Il vantaggio del modello Severinghaus è che è stato confermato sperimentalmente: si adatta ai dati del sangue umano entro lo 0,55% di un punto percentuale di saturazione. Inoltre, è analiticamente invertibile: si può usare l’equazione per calcolare un pO2 da un sO2 e viceversa.,

Inoltre, Dash e Bassingthwaite hanno pubblicato un eccellente articolo nel 2010, presentando una serie di curve di dissociazione ossigeno-emoglobina tracciate utilizzando un modello matematico che hanno sviluppato. I loro diagrammi originali possono essere trovati qui. Hanno creato un’applet Java che esegue questo modello, disponibile da www.physiome.org.In questo modo, chiunque può generare qualsiasi tipo di curva di dissociazione, in qualsiasi tipo di condizione., Per esempio, dopo quindici minuti di armeggiare intorno, sono stato in grado di produrre una serie di curve a riflettere e quattro le principali influenze sulla forma della curva di dissociazione:

nonostante la comodità di essere in grado di generare una curva per ogni set di parametri, i diagrammi altrove in questo sito sono basati sul Severinghaus dati, e sul Siggaard-Andersen metodo di calcolo la forma della curva di dissociazione. La ragione principale per persistere con il metodo Siggaard-Andersen è il fatto che il radiometro lo usa nelle loro macchine ABG., L’altra ragione è in gran parte storica, radicata nell’impressione iniziale degli autori che il modello Dash-Bassingthwaite producesse curve imprecise. Le revisioni precedenti di questo capitolo hanno erroneamente sostenuto che a 0,0 mmol/L di 2,3-DPG il p50 dovrebbe essere di circa 10mmHg, in contrasto con il valore generato dal modello. Tuttavia, come risultato di una fortunata corrispondenza con uno dei coautori, questo problema è stato corretto., Inoltre, una versione rivista del modello (Dash et al, 2016) è ora disponibile e fornisce risultati validi anche in circostanze veramente squilibrate (ad esempio, dove il pH è superiore a 8.5).

Ad ogni modo, ora che abbiamo un’idea di come appare il grafico sigmoid, chiediamo: Perché si curva così?

Il concetto di cooperatività positiva

L’emoglobina è una proteina eterotetramera. È composto da due subunità α-emoglobina e due β-emoglobina. Ogni subunità lega l’ossigeno in modo indipendente., Quindi, una volta che una molecola di ossigeno è legata ad essa, la subunità ossigenata aumenta l’affinità dell’ossigeno delle tre subunità rimanenti. Questa è cooperatività positiva: le subunità “cooperano”per migliorare il legame reciproco dell’ossigeno.

Classicamente, si è detto che l’emoglobina esiste in due stati distinti: lo stato R e lo stato T. Lo stato R (“Rilassato”) è la forma ossigenata; lo stato T (“Teso”) è la forma deossigenata., La distinzione tra i due stati è un cambiamento nella struttura: una coppia di subunità αβ nello stato R ossigenato appare ruotata di 15° rispetto all’altra coppia di subunità.

Userò un diagramma di dominio pubblico di Tpirojsi per illustrare questo concetto. È discusso in modo molto più dettagliato, e con eccellenti effetti visivi, da David Auble in questo sito di conferenze biochem dell’Università della Virginia (a sua volta usa questo eccellente articolo come riferimento).,

Il diagramma illustra il “sequenziale” modello di cooperatività, il che suggerisce che una subunità dell’emoglobina inizia una sequenza di cambiamenti conformazionali in altre subunità dell’emoglobina che aumentano la loro affinità per l’ossigeno, e che questo accade in una sequenza. Il modello” concertato ” al contrario suggerisce che l’emoglobina non può esistere in uno stato “semi-rilassato” e che si ribalta rapidamente da uno stato all’altro non appena almeno uno degli haem in ciascuna subunità dimerica viene ossigenato.,

Apparentemente, il comportamento effettivo delle molecole di emoglobina è una combinazione dei due. Sia la commutazione rapida che la modulazione allosterica graduale avvengono simultaneamente. Infatti, il più profondo si scava, la complessità più finora invisibile scopriamo, con alcuni suggerimenti che oltre agli stati R e T, molte varianti più strutturali possono esiste, e al momento è ipotesi di nessuno su come essi svolgono un ruolo nella funzione di emoglobina.

Comunque., Sebbene in uno stato totalmente deossigenato mostri un certo disinteresse distaccato per l’ossigeno, l’emoglobina diventa sempre più interessata più ossigeno si lega. La forma eterotetramerica dell’emoglobina è quindi una molecola ideale per il trasporto dell’ossigeno, mostrando una bassa affinità di ossigeno nell’ambiente ipossico dei capillari e un’alta affinità di ossigeno nella circolazione polmonare ben ossigenata.

Influenza di fattori biochimici e fisiologici sulla cooperatività

Molte cose possono influenzare la normale cooperatività delle subunità dell’emoglobina., Ad esempio, la presenza di una subunità haem anormale nel tetramero può causare il caos. La presenza di una subunità ferrosa (Fe3+) o di una subunità carbossiemica può aumentare anormalmente l’affinità dell’intera molecola. L’eme anormale è bloccato nel suo stato R e non può tornare a uno stato T in presenza di ipossia, compromettendo il normale scarico dell’ossigeno e causando lo spostamento della curva a sinistra. Al contrario, una subunità sulfaemoglobina causerà l’effetto dello stato opposto e sposterà la curva a destra.,

Gran parte della cooperatività positiva e la forma sigmoide risultante della curva di dissociazione è dovuta all’influenza di effettori allosterici come pH, pCO2, 2,3-DPG e così via. La forma della curva in assenza di tutti gli effettori allosterici è in realtà una iperbolica piuttosto noiosa.

Caratteristiche importanti sulla curva di dissociazione ossigeno-emoglobina

• Il punto p50, che è discusso in dettaglio altrove, è il PaO2 in cui l’emoglobina è 50% sturated, e corrisponde a 24-28 mmHg in circostanze normali., Quando la maggior parte delle persone discute un cambiamento nel valore p50, di solito si riferiscono a un “spostamento a destra “o” spostamento a sinistra “
• Il” punto arterioso ” si dice che corrisponda a un PaO2 di 100 mmHg da alcuni autori (Taneja & Vaughan 2001), che gli darebbe una saturazione del 98%. Questo sembra coerente nella maggior parte dei libri di testo (ad es. Brandis, Nunn ” s) ma la sua origine e il significato non sono chiare.
• Il” punto venoso misto ” è nominato ad un PaO2 di 40 mmHg e rappresenta la pressione parziale dell’ossigeno e la saturazione del sangue venoso misto., È leggermente inferiore al 75% e – in senso stretto-non deve essere disegnato sulla curva normale, poiché la curva del sangue venoso misto è leggermente spostata a destra dall’effetto Bohr (il sangue venoso misto è leggermente più acido e ricco di CO2 rispetto al sangue arterioso).

Qual è il punto di questi? Difficile da dire. Come il p50, i punti venosi arteriosi e misti possono essere utilizzati per discutere gli spostamenti della curva., Lo spostamento di entrambi i punti è la conseguenza di uno spostamento, anche se nessuno sarebbe sensibile come p50 perché p50 è dove la curva è più ripida e quindi è il punto che si muoverà di più. Tuttavia, realisticamente si sarebbe potuto scegliere qualsiasi punto arbitrario nella curva per questo scopo. Pertanto, a tutti gli effetti, la ragione principale di questi punti è aiutare i candidati all’esame CICM a disegnare una curva sigmoidea ordinata.