Карбоксигемоглобин - Carboxyhemoglobin

Гемовая единица карбоксигемоглобина человека, показывающая карбонильный лиганд в апикальном положении, транс к остатку гистидина.[1]

Карбоксигемоглобин или карбоксигемоглобин (символ COHb или HbCO) является стабильным сложный из монооксид углерода и гемоглобин (Hb), который образуется в красные кровяные клетки при контакте с оксидом углерода (CO). Карбоксигемоглобин часто принимают за соединение, образованное комбинацией диоксида углерода и гемоглобина, что на самом деле карбаминогемоглобин. Воздействие малых концентраций CO препятствует доставке гемоглобина. кислород в организм, потому что карбоксигемоглобин образуется легче, чем оксигемоглобин (HbO2). CO образуется при нормальном метаболизме и также является обычным химическим веществом. Курение табака (при вдыхании угарного газа) повышает уровень COHb в крови в несколько раз по сравнению с его нормальной концентрацией.

Сродство Hb к CO

Гемоглобин содержит четыре гем группы, каждая из которых способна обратимо связываться с одной молекулой кислорода.[2] Связывание кислорода с любым из этих сайтов вызывает конформационное изменение в белке, облегчая связывание с каждым из других сайтов. Окись углерода связывается с гемоглобином на тех же участках, что и кислород, но примерно в 210 раз сильнее.[3] Обычно кислород связывается с гемоглобином в легких и выделяется в областях с низким парциальным давлением кислорода (например, в активных мышцах).[4] Когда окись углерода связывается с гемоглобином, она не выделяется так же легко, как кислород. Медленная скорость высвобождения монооксида углерода вызывает накопление молекул гемоглобина, связанных с CO, поскольку воздействие монооксида углерода продолжается. Из-за этого меньше частиц гемоглобина доступно для связывания и доставки кислорода, что вызывает постепенное удушение, связанное с отравлением угарным газом.

Окись углерода как яд

Поскольку COHb выделяет окись углерода медленно, меньше гемоглобина будет доступно для переноса кислорода из легких в остальную часть тела. Превращение большей части Hb в COHb приводит к смерти - с медицинской точки зрения это называется карбоксигемоглобинемия.[5] или отравление угарным газом.[6] Меньшие количества COHb приводят к кислородной недостаточности организма, вызывая усталость, головокружение и потерю сознания.

COHb имеет период полураспада в крови от 4 до 6 часов. Это время может быть уменьшено до 70–35 минут при введении чистого кислорода (меньшее число применяется, когда кислород вводится с 4–5% CO2, чтобы вызвать гипервентиляцию). Дополнительно лечение в барокамера является более эффективным способом сокращения периода полужизни COHb, чем введение одного кислорода. Это лечение включает в себя создание давления в камере чистым кислородом при абсолютном давлении, близком к трем атмосферам, что позволяет жидкостям организма вместо поврежденного гемоглобина, связанного с CO, поглощать кислород и передавать свободный кислород гипоксическим тканям. Фактически, потребность в гемоглобине в крови (частично) устраняется. Дополнительный кислород использует преимущества Принцип Ле Шателье для ускорения разложения карбоксигемоглобина обратно в гемоглобин:

HbCO + O2 ⇌ Hb + CO + O2 ⇌ HbO2 + CO

COHb увеличивает риск сгусток крови. Считается, что благодаря этому механизму курение увеличивает риск тромбоэмболической болезни.

Беременные курильщицы могут родить детей с меньшей массой тела при рождении. Помимо вазоконстрикции плаценты, существует другая теория: поскольку гемоглобин плода поглощает угарный газ быстрее, чем у взрослого, плод курильщика будет страдать от легкой гипоксии, что может замедлить его развитие.

Окись углерода как нормальный биологический метаболит и потенциальный фармацевтический препарат

В биологии оксид углерода естественным образом образуется под действием гемоксигеназа 1 и 2 на гем от гемоглобин сломать. Этот процесс производит определенное количество карбоксигемоглобина у нормальных людей, даже если они не дышат угарным газом.

После первого сообщения о том, что окись углерода является нормальным нейромедиатором в 1993 году,[7][8] а также один из трех газов, которые естественным образом модулируют воспалительные реакции в организме (два других - оксид азота и сероводород ), монооксид углерода получил большое клиническое внимание как биологический регулятор. Известно, что во многих тканях все три газа действуют как противовоспалительные, вазодилататоры и вдохновители неоваскулярный рост.[9] Однако проблемы являются сложными, поскольку неоваскулярный рост не всегда полезен, поскольку он играет роль в росте опухоли, а также в ущербе от мокрый дегенерация желтого пятна, заболевание, при котором курение (основной источник окиси углерода в крови, в несколько раз превышающий естественный уровень производства) увеличивает риск от 4 до 6 раз.

Исследования с участием окиси углерода были проведены во многих лабораториях по всему миру на предмет его противовоспалительных и цитопротекторных свойств. Эти свойства потенциально могут быть использованы для предотвращения развития ряда патологических состояний, включая: ишемическое реперфузионное повреждение, отторжение трансплантата, атеросклероз, серьезный сепсис, серьезный малярия или аутоиммунитет. Были проведены клинические испытания с участием людей. По состоянию на 2009 годОднако результаты еще не были опубликованы.[10]

Основываясь на терапевтическом потенциале окиси углерода, фармацевтические усилия были сосредоточены на разработке молекулы, выделяющие монооксид углерода и выборочный гемоксигеназа индукторы.

использованная литература

  1. ^ Васкес Г.Б., Джи Х, Фронтичелли С., Гиллиланд Г.Л. (1998). «Карбоксигемоглобин человека с разрешением 2,2 Å: сравнение структуры и растворителей гемоглобинов в R-состоянии, R2-состоянии и T-состоянии» (PDF). Acta Crystallogr. D. 54 (3): 355–366. Дои:10.1107 / S0907444997012250. PMID  9761903.
  2. ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). Биохимия (5-е изд.). Нью-Йорк: У. Фриман. ISBN  978-0-7167-3051-4.
  3. ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2011). Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: У. Фриман. ISBN  978-1-4292-7635-1.
  4. ^ Шмидт-Нильсен К. (1997). Физиология животных: адаптация и окружающая среда (Пятое изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-57098-5.
  5. ^ Лопес-Херс Дж, Боррего Р., Бустинза А., Каррильо А. (сентябрь 2005 г.). «Повышенный карбоксигемоглобин, связанный с лечением нитропруссидом натрия». Интенсивная терапия. 31 (9): 1235–8. Дои:10.1007 / s00134-005-2718-х. PMID  16041521. S2CID  10197279.
  6. ^ Рот Д., Хубманн Н., Хавел С., Херкнер Х., Шрайбер В., Лаггнер А. (июнь 2011 г.). «Жертва отравления угарным газом, идентифицированная оксиметрией угарного газа». Журнал неотложной медицины. 40 (6): 640–2. Дои:10.1016 / j.jemermed.2009.05.017. PMID  19615844.
  7. ^ Колата Г. (26 января 1993 г.). «Угарный газ используется клетками мозга как нейротрансмиттер». Нью-Йорк Таймс.
  8. ^ Verma A, Hirsch DJ, Glatt CE, Ronnett GV, Snyder SH (январь 1993). «Окись углерода: предполагаемый нейронный мессенджер». Наука. 259 (5093): 381–4. Bibcode:1993Наука ... 259..381В. Дои:10.1126 / science.7678352. PMID  7678352.
  9. ^ Ли Л., Сюй А., Мур П.К. (сентябрь 2009 г.). «Действия и взаимодействия оксида азота, оксида углерода и сероводорода в сердечно-сосудистой системе и при воспалении - сказка о трех газах!». Фармакология и терапия. 123 (3): 386–400. Дои:10.1016 / j.pharmthera.2009.05.005. PMID  19486912.
  10. ^ Джонсон CY (16 октября 2009 г.). «Ядовитый газ может принести пользу». Бостонский глобус. Получено 16 октября, 2009.

внешние ссылки