Krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny

• krzywa ta opisuje zmieniające się powinowactwo hemoglobiny do tlenu, które występuje wraz ze wzrostem PaO2
• płaski górny Płaskowyż zmniejsza zmienność zawartości tlenu we krwi nawet przy dużych zmianach PaO2
• stroma dolna część pozwala na zwiększone uwalnianie tlenu z hemoglobiny przy niewielkiej zmianie PaO2

krótka historia krzywej dysocjacji tlenu i hemoglobiny

oryginalny artykuł z 1904 roku opisujący krzywą, przetłumaczony dla przyjemności czytania, jest dostępny za darmo dzięki uprzejmości Uniwersytetu Delaware., Został napisany przez samego Christiana Bohra (o sławie efektu Bohra), ze współautorami Karlem Albertem Hasselbalchem (tak, że Hasselbalch) i Augustem Kroghem, który jest najbardziej znany z zasady Krogha dla porównawczej metody biologii. Być może pod jego wpływem śledczy zdecydowali się użyć krwi psa i konia. Albo, być może, w cywilizowanych czasach kapelusza i płaszcza w 1904 roku pomysł zbierania ogromnych ilości ludzkiej krwi do badań był w jakiś sposób niesmaczny dla tych panów nauki., Oczywiście, krew musiałaby być świeża, ponieważ na tym etapie nie znam żadnej dostępnej dla śledczych techniki, która utrzymywałaby ją w stanie ciekłym przez bardzo długi czas.

ale nie dygresujmy dalej. Badacze, uzbrojeni w aparat swojej konstrukcji, stworzyli Wykres zawartości tlenu we krwi przy różnych ciśnieniach cząstkowych tlenu i dwutlenku węgla. Ten wykres jest odtworzony poniżej całkowicie niezmieniony, z szacunku dla tych ojców założycieli i bez żadnego pozwolenia od kogokolwiek.,

można docenić na podstawie krótkiego spojrzenia, że te krzywe bardzo przypominają współczesną reprezentację tych relacji. Uważali, że pojęcie „nasycenia tlenem” było na tym etapie nierozwinięte, autorzy stworzyli tabelę swoich obserwacji, która wymienia „pobór tlenu w procentach” przy różnych ciśnieniach cząstkowych O2 i CO2.

zależność pomiędzy nasyceniem hemoglobiny a ciśnieniem cząstkowym tlenu została wyrażona jako równanie przez J. W. Severinghausa w 1979 roku (tak, to Severinghaus)., W artykule Severinghaus użył swojego równania do obliczenia tabeli wartości dla standardowej krzywej dysocjacji Tlenu we krwi ludzkiej w temperaturze 37°C i pH 7,40.

zdziwiłbyś się, jak trudno jest namierzyć Ten stół w Internecie! Wszystko, co można uzyskać z wyników wyszukiwania Google, to jakiś obraz krzywej dysocjacji z kilkoma” wartościami zainteresowania ” rzuconymi na niego, lub coś obliczonego w temperaturze 38°C, lub gorzej. W trosce o zachowanie spuścizny intelektualnej J. W. Severinghausa i udostępnienie jej entuzjastom fizjologii, przedstawiam jego dane w poniższej tabeli.,

w Excelu można podłączyć te wartości do generatora wykresów i dojść do dobrze wyglądającej krzywej dysocjacji tlenu i hemoglobiny.

zaletą modelu Severinghaus jest to, że został on potwierdzony doświadczalnie: dopasowuje dane z ludzkiej krwi do 0,55% punktu procentowego nasycenia. Co więcej, jest on analitycznie odwracalny: można użyć równania do obliczenia pO2 z sO2 i vice versa.,

dodatkowo, Dash i Bassingthwaite opublikowali doskonały artykuł w 2010 roku, prezentując zestaw krzywych dysocjacji tlenu i hemoglobiny wykreślonych za pomocą opracowanego przez nich modelu matematycznego. Ich oryginalne schematy można znaleźć tutaj. Stworzyli aplet Javy obsługujący ten model, dostępny od www.physiome.org w ten sposób każdy może wygenerować krzywą dysocjacji w dowolnych warunkach., Na przykład, po piętnastu minutach zabawy, udało mi się stworzyć serię krzywych, aby odzwierciedlić cztery główne czynniki wpływające na kształt krzywej dysocjacji:

pomimo wygody generowania krzywej dla dowolnego zestawu parametrów, diagramy w innych miejscach tej strony opierają się na danych Severinghausa i na metodzie obliczania kształtu krzywej dysocjacji Siggaarda-Andersena. Głównym powodem utrzymywania się z metodą Siggaarda-Andersena jest fakt, że radiometry używają jej w swoich maszynach ABG., Drugi powód jest w dużej mierze historyczny, zakorzeniony w wstępnym odczuciu autorów, że model Dash-Bassingthwaite wytwarzał niedokładne krzywe. Wcześniejsze poprawki tego rozdziału błędnie utrzymywały, że przy 0,0 mmol / L 2,3-DPG P50 ma wynosić około 10 mmHg, W przeciwieństwie do wartości generowanej przez model. Jednak w wyniku szczęśliwej korespondencji z jednym ze współautorów kwestia ta została poprawiona., Ponadto, poprawiona wersja modelu (Dash et al, 2016) jest już dostępna i daje ważne wyniki nawet w naprawdę obłąkanych okolicznościach (na przykład, gdy pH jest powyżej 8.5).

w każdym razie, teraz, gdy mamy pojęcie, jak wygląda wykres esicy, pytamy: dlaczego tak krzywa?

pojęcie kooperatywności dodatniej

hemoglobina jest białkiem heterotetramerowym. Składa się z dwóch podjednostek α-hemoglobiny i dwóch podjednostek β-hemoglobiny. Każda podjednostka wiąże tlen niezależnie., Następnie, gdy cząsteczka tlenu jest związana z nim, natleniona podjednostka zwiększa powinowactwo tlenu do trzech pozostałych podjednostek. Jest to dodatnia kooperatywność: podjednostki „współpracują” w celu wzmocnienia wzajemnego wiązania tlenu.

klasycznie mówi się, że hemoglobina istnieje w dwóch odrębnych Stanach: państwie R i państwie T. Stan R („zrelaksowany”) jest formą natlenioną; Stan T („napięty”) jest formą odoksygenowaną., Rozróżnienie między tymi dwoma stanami polega na zmianie struktury: jedna para podjednostek αβ w utlenionym stanie R jest obracana o 15° w stosunku do drugiej pary podjednostek.

użyję diagramu domeny publicznej autorstwa Tpirojsi do zilustrowania tego pojęcia. Jest on omawiany znacznie bardziej szczegółowo, iz doskonałymi efektami wizualnymi, przez Davida Auble na tym University of Virginia biochem lecture site (on z kolei używa tego doskonałego artykułu jako odniesienia).,

schemat ilustruje „sekwencyjny” model kooperacji, który sugeruje, że jedna podjednostka hemoglobiny rozpoczyna sekwencję zmian konformacyjnych w innych podjednostkach hemoglobiny, które zwiększają ich powinowactwo do tlenu, i że dzieje się to w sekwencji. Model ” uzgodniony „sugeruje natomiast, że hemoglobina nie może istnieć w stanie” pół-rozluźnionym ” i że szybko przeskakuje z jednego stanu do drugiego, gdy tylko co najmniej jeden Haem w każdej podjednostce dimerycznej zostanie utleniony.,

Zarówno szybkie przełączanie, jak i stopniowa modulacja allosteryczna występują jednocześnie. W rzeczywistości, im głębiej kopiemy, tym więcej dotąd niewidzialnej złożoności odkrywamy, z pewnymi sugestiami, że oprócz Stanów R I T, może istnieć wiele innych wariantów strukturalnych, a w tej chwili nikt nie przypuszcza, jak odgrywają one rolę w funkcji hemoglobiny.

w każdym razie., Chociaż w stanie całkowicie odoksygenowanym wykazuje pewne oddalenie od zainteresowania tlenem, hemoglobina staje się coraz bardziej zainteresowana, im więcej tlenu wiąże. Heterotetrameryczna forma hemoglobiny jest więc idealną cząsteczką do transportu tlenu, wykazującą niskie powinowactwo tlenu w środowisku niedotlenienia naczyń włosowatych i wysokie powinowactwo tlenu w dobrze utlenionym krążeniu płucnym.

wpływ czynników biochemicznych i fizjologicznych na kooperatywność

wiele rzeczy może wpływać na normalną kooperatywność podjednostek hemoglobiny., Na przykład obecność nieprawidłowej podjednostki haem w tetramerze może powodować spustoszenie. Obecność podjednostki żelaza (Fe3+) lub podjednostki karboksyhaemu może nienormalnie zwiększyć powinowactwo całej cząsteczki. Nieprawidłowy haem jest zablokowany w stanie R i nie może powrócić do stanu T w obecności niedotlenienia, upośledzając normalny rozładunek tlenu i powodując przesunięcie krzywej w lewo. Natomiast podjednostka sulfhemoglobiny spowoduje efekt przeciwnego stanu i przesunie krzywą w prawo.,

wiele pozytywnej kooperatywności i wynikającego z niej kształtu sigmoidalnego krzywej dysocjacji zawdzięczamy wpływom allosterycznych efektorów, takich jak pH, pCO2, 2,3-DPG i tak dalej. Kształt krzywej przy braku wszystkich allosterycznych efektorów jest w rzeczywistości dość nudnym hiperbolicznym.

ważne cechy na krzywej dysocjacji tlenu i hemoglobiny

• punktem p50, który jest szczegółowo omówiony gdzie indziej, jest PaO2, przy którym stężenie hemoglobiny wynosi 50% i odpowiada 24-28 mmHg W normalnych warunkach., Kiedy większość ludzi dyskutuje o zmianie wartości p50, zwykle odnoszą się do „przesunięcia w prawo” lub „przesunięcia w lewo”
• „punkt tętniczy” jest uważany przez niektórych autorów za odpowiadający PaO2 100 mmHg (Taneja& Vaughan 2001), co dałoby mu saturaton 98%. Wydaje się to spójne w większości podręczników (np. Brandis, Nunn ” s), ale jego pochodzenie i znaczenie są niejasne.
• „mieszany punkt żylny” jest wyznaczany przy PaO2 40 mmHg I reprezentuje ciśnienie cząstkowe tlenu i nasycenie mieszanej krwi żylnej., Jest ona nieco niższa niż 75% i-ściśle mówiąc-nie powinna być rysowana na normalnej krzywej, ponieważ krzywa mieszanej krwi żylnej jest lekko przesunięta w prawo przez efekt Bohra (mieszana krew żylna jest nieco bardziej kwaśna i bogata w CO2 niż krew tętnicza).

Jaki to ma sens? Trudno powiedzieć. Podobnie jak p50, tętnicze i mieszane punkty żylne mogą być używane do omawiania przesunięć krzywej., Przesunięcie jednego z punktów jest konsekwencją przesunięcia, chociaż żaden nie byłby tak wrażliwy jak p50, ponieważ p50 jest miejscem, w którym krzywa jest najbardziej stroma, a zatem jest to punkt, który będzie się poruszać najbardziej. Jednak realistycznie można było wybrać dowolny dowolny punkt krzywej w tym celu. Dlatego, dla wszystkich intencji i celów, głównym powodem tych punktów jest pomóc kandydatom egzaminu CICM narysować zgrabną krzywą esicy.