De oxyhaemoglobine dissociatiecurve

a brief history of the oxygen-haemoglobine dissociation curve

Het oorspronkelijke artikel uit 1904 waarin de curve werd beschreven, werd voor uw leesplezier vertaald en is gratis beschikbaar met dank aan de University of Delaware., Het werd geschreven door Christian Bohr zelf (van Bohr Effect faam), met coauteurs Karl Albert Hasselbalch (ja, dat Hasselbalch) en August Krogh die het best bekend is voor Krogh ‘ s Principe voor de vergelijkende methode van de biologie. Het is misschien onder zijn invloed dat de onderzoekers ervoor kozen om honden-en paardenbloed te gebruiken. Of, misschien, in de beschaafde hoed-en-jas dagen van 1904 het idee van het oogsten van grote hoeveelheden menselijk bloed voor onderzoek was een of andere manier onaangenaam voor deze heren van de wetenschap., Zeker, het bloed moet vers zijn geweest, want in dit stadium ken ik geen enkele techniek die beschikbaar is voor de onderzoekers die het zeer lang vloeibaar zouden hebben gehouden.

maar laten we niet verder uitweiden. De onderzoekers, gewapend met een apparaat van hun ontwerp, produceerde een grafiek van zuurstofgehalte van bloed bij verschillende partiële druk van zuurstof en kooldioxide. Deze grafiek is hieronder volledig ongewijzigd weergegeven, uit verering aan deze founding fathers, en zonder toestemming van wie dan ook.,

aan de hand van een korte glimp kan men begrijpen dat deze curven zeer sterk lijken op de moderne representatie van deze relaties. Dacht dat het concept van “zuurstofverzadiging “in dit stadium onontwikkeld was, produceerden de auteurs een tabel met hun waarnemingen, die de” zuurstofopname in procent ” bij verschillende partiële druk van O2 en CO2 vermeldt.

het verband tussen hemoglobineverzadiging en de partiële druk van zuurstof werd in 1979 door J. W. Severinghaus uitgedrukt als een vergelijking (Ja, dat Severinghaus)., In dit artikel gebruikte Severinghaus zijn Vergelijking om een tabel van waarden te berekenen voor een standaard O2-dissociatiecurve in menselijk bloed bij 37°C en pH 7,40.

men zou verbaasd zijn hoe moeilijk deze tabel online te vinden is! Alles wat men krijgt van Google zoekresultaten is een verbasterd dissociatie curve beeld met een paar “waarden van belang” gegooid over het, of iets berekend bij 38°C, of erger. In het belang van het behoud van de intellectuele erfenis van J. W. Severinghaus, en om het toegankelijk te maken voor de fysiologie liefhebber, reproduceer ik zijn gegevens in de onderstaande tabel.,

gewapend met Excel, kan men deze waarden in een grafiekengenerator plug, en komen tot de vertrouwd ogende zuurstof-hemoglobine dissociatie curve.

het voordeel van het Severinghaus-model is dat het experimenteel is bevestigd: het past gegevens over menselijk bloed binnen 0,55% van een verzadigingspercentage. Verder is het analytisch inverteerbaar: men kan de vergelijking gebruiken om een pO2 uit een sO2 te berekenen, en vice versa.,

daarnaast hebben Dash en Bassingthwaite in 2010 een uitstekend artikel gepubliceerd, waarin een reeks zuurstof-hemoglobine-dissociatiecurven worden gepresenteerd die zijn uitgezet aan de hand van een wiskundig model dat zij hebben ontwikkeld. Hun originele diagrammen zijn hier te vinden. Ze hebben een Java applet die dit model loopt, beschikbaar vanaf www.physiome.org. op deze manier kan iedereen overal elke vorm van dissociatiecurve genereren, onder elke vorm van omstandigheden., Zo kon ik na vijftien minuten rommelen een reeks krommen produceren die vier van de belangrijkste invloeden op de vorm van de dissociatiekromme weergeeft:

ondanks het gemak om een kromme te kunnen genereren voor een reeks parameters, zijn de diagrammen elders op deze site gebaseerd op de severinghaus-gegevens en op de Siggaard-Andersen-methode voor het berekenen van de vorm van de dissociatiekromme. De belangrijkste reden voor het aanhouden van de Siggaard-Andersen methode is het feit dat Radiometer deze in hun ABG machines gebruiken., De andere reden is grotendeels historisch, geworteld in de oorspronkelijke indruk van de auteurs dat de Dash-Bassingthwaite model geproduceerd onnauwkeurige curves. Eerdere herzieningen van dit hoofdstuk hielden ten onrechte aan dat bij 0.0 mmol/L van 2,3-DPG de p50 ongeveer 10mmHg zou moeten zijn, in tegenstelling tot de waarde die door het model wordt gegenereerd. Echter, als gevolg van een gelukkige correspondentie met een van de coauteurs, dit probleem werd gecorrigeerd., Bovendien is er nu een herziene versie van het model (Dash et al, 2016) beschikbaar en geeft het geldige resultaten, zelfs in echt gestoorde omstandigheden (bijvoorbeeld wanneer pH hoger is dan 8,5).

hoe dan ook, nu we een idee hebben hoe de sigmoid grafiek eruit ziet, vragen we ons af: waarom kromt het zo?

het concept van positieve cooperativiteit

hemoglobine is een heterotetramer eiwit. Het bestaat uit twee α-hemoglobine-en twee β-hemoglobine-subeenheden. Elke subeenheid bindt zuurstof onafhankelijk., Dan, zodra een zuurstofmolecuul eraan is gebonden, verhoogt de zuurstofhoudende subeenheid de zuurstofaffiniteit van de drie resterende subeenheden. Dit is positieve cooperativiteit: de subeenheden “werken samen” om elkaars binding van zuurstof te verbeteren.

Klassiek wordt gezegd dat hemoglobine in twee verschillende staten voorkomt: de R-toestand en de T-toestand. De R-toestand (“ontspannen”) is de zuurstofrijke vorm; de T-toestand (“gespannen”) is de zuurstofarme vorm., Het onderscheid tussen de twee toestanden is een verandering in structuur: een paar αβ-subeenheden in de zuurstofrijke R-toestand lijkt 15° gedraaid te zijn ten opzichte van het andere paar subeenheden.

Ik zal een public domain diagram van Tpirojsi gebruiken om dit concept te illustreren. Het wordt veel gedetailleerder besproken, en met uitstekende visuele effecten, door David Auble op deze Universiteit van Virginia biochem lecture site (hij gebruikt op zijn beurt dit uitstekende artikel als referentie).,

het diagram illustreert het” sequentiële ” model van cooperativiteit, dat suggereert dat een subeenheid hemoglobine een sequentie van conformationele veranderingen in de andere subeenheden hemoglobine start die hun affiniteit voor zuurstof verhogen, en dat dit in een sequentie gebeurt. Het” gecoördineerde “model daarentegen suggereert dat hemoglobine niet in een” half-ontspannen ” toestand kan bestaan, en dat het snel van de ene toestand naar de andere gaat zodra ten minste één van de haems in elke dimere subeenheid zuurstof krijgt.,

blijkbaar is het werkelijke gedrag van hemoglobine moleculen een combinatie van beide. Zowel de snelle schakeling als de geleidelijke allosterische modulatie vinden gelijktijdig plaats. In feite, hoe dieper we graven, hoe meer tot nu toe ongeziene complexiteit we ontdekken, met enkele suggesties dat naast de R en T Staten, veel meer structurele varianten kunnen bestaan, en op dit moment is het iedereen ‘ s gokje over hoe ze een rol spelen in de functie van hemoglobine.

hoe dan ook., Hoewel het in een volledig gedeoxygeneerde staat een zekere afstandelijke desinteresse in zuurstof vertoont, wordt hemoglobine meer en meer geïnteresseerd hoe meer zuurstof het bindt. De heterotetramere vorm van hemoglobine is daarom een ideale molecule voor zuurstoftransport, met een lage zuurstof affiniteit in de hypoxische omgeving van de haarvaten en een hoge zuurstof affiniteit in de goed zuurstofhoudende pulmonale circulatie.

invloed van biochemische en fysiologische factoren op de cooperativiteit

veel dingen kunnen de normale cooperativiteit van hemoglobine-subeenheden beïnvloeden., Bijvoorbeeld, kan de aanwezigheid van een abnormale haem subeenheid in het tetrameer ravage veroorzaken. De aanwezigheid van een Ferro (Fe3+) subeenheid of van een carboxyhaem subeenheid kan abnormaal de affiniteit van het gehele molecuul verhogen. De abnormale haem is vergrendeld in zijn R-toestand en kan niet terugkeren naar een T-toestand in aanwezigheid van hypoxie, waardoor de normale ontlading van zuurstof wordt belemmerd en de kromme naar links verschuift. In tegenstelling, zal een sulfhaemoglobine subeenheid het tegenovergestelde toestandseffect veroorzaken, en de kromme naar rechts verschuiven.,

veel van de positieve cooperativiteit en de resulterende sigmoid vorm van de dissociatiecurve is te danken aan de invloed van allosterische effectoren zoals pH, pCO2, 2,3-DPG enzovoort. De vorm van de curve bij afwezigheid van alle allosterische effecten is eigenlijk een nogal saaie hyperbolische.

belangrijke kenmerken van de zuurstof-hemoglobine dissociatiecurve

• Het p50-punt, dat elders in detail wordt besproken, is de PaO2 waarbij de hemoglobinewaarde 50% stabiel is en onder normale omstandigheden overeenkomt met 24-28 mmHg., Wanneer de meeste mensen een verandering in de P50-waarde bespreken, verwijzen ze meestal naar een “right-shift” of “left-shift”
• het “arteriële punt” wordt gezegd dat het overeenkomt met een PaO2 van 100 mmHg door sommige auteurs (Taneja & Vaughan 2001), wat het een verzadiging van 98% zou geven. Dit lijkt consistent in de meeste studieboeken (bijv. Brandis, Nunn ‘ s) maar de oorsprong en betekenis ervan zijn onduidelijk.
• het “gemengde veneuze punt” wordt genomineerd bij een PaO2 van 40 mmHg en vertegenwoordigt de zuurstof partiële druk en verzadiging van gemengd veneus bloed., Het is iets lager dan 75%, en – strikt genomen-mag niet worden getekend op de normale curve, als de curve van gemengd veneus bloed is iets rechts verschoven door het Bohr-effect (gemengd veneus bloed is iets zuurder en CO2-rijk dan arterieel bloed).

Wat is het nut hiervan? Moeilijk te zeggen. Net als de p50, kunnen de arteriële en gemengde veneuze punten worden gebruikt om verschuivingen van de kromme te bespreken., Verplaatsing van een van beide punten is het gevolg van een verschuiving, hoewel geen enkele zo gevoelig zou zijn als p50 omdat p50 is waar de kromme het steilst is en daarom is het het punt dat het meest zal bewegen. Realistisch gezien had men echter elk willekeurig punt in de curve voor dit doel kunnen kiezen. Daarom, voor alle doeleinden, de belangrijkste reden voor deze punten is om te helpen CICM examenkandidaten trekken een nette sigmoid curve.