в-к Лечител
в-к Лечител
 

Каква е същността на хемоглобина и защо е важен за нашето здраве?

Брой: 18, 2 май 2024 - ХЕМОГЛОБИНЪТ
Без храна човешкият организъм може да издържи около три седмици, без вода – няколко дни, а без въздух – не повече от три минути. За денонощие човек прави около 20 000 вдишвания, поглъщайки около 10 м³ въздух. Той попада в белите дробове, чиято повърхност съставлява цели 100 м². За това време сърцето се свива 100 000 пъти, изтласквайки 7 000 литра кръв! Въздухът се състои главно от азот (78%) и кислород (21%), а останалия около 1% си поделят благородните газове – аргон, хелий и неон, както и въглеродният диоксид и метанът.

Нормалното съдържание на хемоглобин в кръвта при мъжете е в границите от 130 до 170 г/л, а при жените – 120-160 г/л. Ниското съдържание на хемоглобин (анемията) се проявява с умора, недостиг на въздух, тахикардия (ускорен пулс), сънливост, световъртеж и пр. Съдържанието на хемоглобин е основен показател в кръвната картина, която се прави при всяка клинична лабораторна диагностика. По данни на Световната здравна организация около 30% от жителите на земята страдат от анемия, като половината от тях  – желязодефицитна.

Тази гигантска работа човешкият организъм извършва, за да си осигури кислород, който е главно действащо лице в процесите на усвояването („изгарянето“) на основните питателни вещества в храната – въглехидратите, протеините и липидите, чрез които той добива нужната за съществуването му енергия. За целта за денонощие организмът изразходва около 3 кг кислород. Чрез белите дробове кислородът попада в кръвния ток, който го пренася към неговите около 30 трилиона клетки. В тях, в резултат на протичане-то на огромен брой биохимични процеси, в които кислородът играе първостепенна роля, организмът се запасява с енергия под фор-мата на една уникална молекула – аденозинтрифосфорна киселина (АТФ). Около 80% от добиваната енергия човешкият организъм си осигурява в резултат на метаболизирането на въглехидратите и едва 20% – на липидите и протеините. В основната си част про-дуцираната от организма АТФ се получава при участието на кислорода и само незначителна част (при екстремни натоварвания, съпроводени с недостатъчен приток на кислород) – анаеробно, т.е. без неговото участие. Анаеробното добиване на енергия под формата на АТФ е реликва, далечен „спомен“ от онези времена преди появата на синьо-зелените цианобактерии, когато в атмосфе-рата е отсъствал кислородът. АТФ играе ролята на универсална енергийна „валута“, с която организмът се разплаща за протичане-то на множеството жизненоважни процеси, свързани с неговото съществуване – мисловната дейност, съкращението на сърцето, движението на мускулите, синтезът на нови вещества, имунната защита, храносмилателните процеси и пр.  
Кислородът съставлява около 65% от човешкото тяло
Счита се, че той се е появил на нашата планета преди около 3 милиарда години благодарение на появата на т.нар. фотосинтези-ращи синьо-зелени цианобактерии. Всъщност кислородът е „отпаден“ продукт от метаболизма на тези микроорганизми. Вследствие на тяхната жизнена дейност в състава на земната атмосфера, състояща се от въглероден диоксид, амоняк, сероводород и метан, настъпват съществени изменения. Тази грандиозна промяна, известна като Велика кислородна революция (Great Oxygenation Event), довежда до гибелта на съществуващите анаеробни (безкислородни) форми на живот и поява на аеробни такива. Постепен-ното насищане на атмосферата с кислород създава условия за развитието на нови и нови аеробни форми на живот, венец на които е появата на хомо сапиенс.
Още в дълбока древност става известно, че кръвта играе изключително важна роля за живота на човека и животните. В края на XVI век английският лекар, анатом и физиолог Уилям Харви в своя знаменит труд „Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus“ („Анатомично упражнение върху движението на сърцето и кръвта при животните“) описва кръвообращението в човешкото тяло и ролята на сърцето в него. В средата на XVII век германецът Ян Свамердам за първи път наблюдава и описва червените кръвни клетки (еритроцитите). Неговите наблюдения са потвърдени от холандския естествоизпитател Антони ван Льовенхук и ита-лианския лекар и биолог Марчело Малпиги. Всичко сочело, че именно червените кръвни клетки пренасят живителния кислород в човешкото тяло. Но как става това е въпрос, отговорът на който остава загадка за учените почти цяло столетие. През 1840 година немският биохимик Фридрих Лудвиг Хунефелд открива в кръвта на земния червей червеното кръвно багрило – хемоглобина. Чет-върт век по-късно неговият сънародник Феликс Имануел Хопе-Сейлер открива способността на хемоглобина обратимо да свързва кислород. Оказва се, че
хемоглобинът и други сходни с него молекули се намират в почти всички гръбначни животни и много безгръбначни
И така, преносителят е известен – това е хемоглобинът, влизащ в състава на червените кръвни клетки. Но какъв е съставът и строежът на хемоглобина, по какъв начин той свързва и освобождава кислорода? Много въпроси, отговор на които учените търсят повече от столетие.
Разкриването на строежа на хемоглобина е дело на английския биохимик и молекулярен биолог с австрийски произход Макс Фердинанд Перуц, който 22 години се труди над решаването на една от най-големите загадки в науката, имаща отношение към ос-новите на живота на огромен брой живи организми на нашата планета. В своите изследвания той използва т.нар. рентгеноструктурен анализ – нова аналитична техника с изключително широки възможности. През 1959 година Перуц публикува структурата на хемог-лобина, която се оказва далеч по-сложна от очакваната. За забележителното си откритие през 1962 година той е удостоен с най-високото научно отличие – Нобелова награда, съвместно с английския биохимик Джон Кендрю, който разкрил структурата на друго сходно на хемоглобина червено багрило с аналогични функции – миоглобина. Апропо, Перуц е научен ръководител на докторските дисертации на Франсис Крик и Джеймс Уотсън, в които те разкриват структурата (алфа-спиралата) на носителя на наследствената информация – молекулата на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК). За своето забележително откритие през 1962 година те са удостоени с Нобелова награда.
Оказва се, че молекулата на хемоглобина се състои от четири субединици, всяка от които е съставена от една полипептидна ве-рига (глобин), свързана с т.нар. хем, на който се дължи червеният цвят на хемоглобина. Хемът е сложно комплексно съединение на порфирина, представляващ макроциклично съединение, съставено от четири пиролни ядра. Пиролът е хетероциклично съединение, съдържащо азотен атом. В центъра на хема стои железен (II) катион, свързан с четирите пиролни ядра посредством две ковалентни и две координативни връзки. Порфиринът и свързаното с него желязо са разположени в една равнина. Желязо (II) йонът се характе-ризира с октаедрична координация, т.е. може да свърже шест лиганда. Четирите места са заети от пиролните ядра. Двата други лиганда следва да се разположат на оста, перпендикулярна на равнината на порфирина, под и над нея. Едната позиция се заема от азотния атом в хистидинов остатък, осъществяващ връзката с полипептидната верига. Как точно кислородът се свързва с железния атом в хема? На този въпрос няма единодушно мнение, но безспорно е, че той заема шестото координационно място на железния йон. Счита се, че при неговото свързването с кислородната молекула последната се редуцира до супероксиден йон – O2•−, докато Fe2+ се окислява до Fe3+. При освобождаването на кислорода протича обратният процес. Една молекула хемоглобин, съдържаща четири хема, свързва четири молекули кислород.
При свързването на хемоглобина с кислорода се образува оксихемоглобин, който има яркочервен цвят. Този цвят има кръвта в артериите, които пренасят наситената с кислород кръв от сърцето към целия организъм. Течащата във вените кръв има тъмночер-вен цвят. В нея съдържанието на оксихемоглобин е значително по-ниско, за сметка на наличието на карбаминохемоглобин – съеди-нение на хемоглобина с въглеродния диоксид (СО2).
Освен транспорта на кислород хемоглобинът изпълнява още една важна роля в човешкия организъм – на преносител на около 30% от въглеродния диоксид, който се освобождава от клетките като краен продукт на метаболизма. Връзката между хемоглобина и въглеродния диоксид в карбаминохемоглобина се осъществява с участието на белтъчния компонент. Взаимодействието протича с висока скорост. Около 10% от въглеродния диоксид се отстраняват в разтворено състояние чрез кръвния ток, а останалите 60% реагират с водата, при което се получава нетрайната въглеродна киселина. Последната се разпада на хидрогенкарбонатен анион и водороден катион. Реакциите се катализират от ензима карбоанхидраза. Вените придвижват кръвта с ниско съдържание на кисло-род и високо съдържание на въглероден диоксид от тъканите на организма към сърцето за повторното ? насищане с кислород. За денонощие човешкият организъм издишва 1 кг въглероден диоксид, който при нормални условия би заел обем 509 литра.
Любопитно е, че хемоглобинът свързва кислорода кооперативно, т.е. свързаната първа молекула повишава афинитета на хемог-лобина към свързване на допълнителни молекули кислород. Този уникален феномен носи наименованието алостерия. С алостерия-та се обяснява защо в белите дробове хемоглобинът бързо и спонтанно се насища с кислород. На тъканно ниво хемоглобинът също така спонтанно освобождава кислород, като алостерията ускорява разтоварването, тъй като освободената молекула кислород ге-нерира по-нисък афинитет на кислорода на останалите места в молекулата на хемоглобина.
В случай че съдържанието на въглероден оксид (СО) в кръвта се повиши (в резултат на вдишване на цигарен дим, автомобилни газове и др.) той измества кислорода от хемоглобина, образувайки карбоксихемоглобин. Афинитетът на хемоглобина към въгле-родния оксид е многократно по-висок от този към кислорода.  Свързването на хемоглобина с въглеродния оксид протича около 200 пъти по-бързо в сравнение с кислорода. Натрупването на карбоксихемоглобин в кръвта води до хипоксия в тъканите и сериозни смущения в чувствителните на кислороден дефицит органи като сърце, мозък и др. Дори минимално съдържание на въглероден оксид във въздуха (0,1-0,2%) е особено опасно, защото води до сериозно понижение на капацитета на кръвта да пренася кислород. Отравяне с въглероден оксид, понякога и с летален изход, може да се получи при пожари, при използване на печки на дърва или въглища, в които става непълно изгаряне, и пр.
Хемоглобинът е в състояние да пренася кислород само когато желязото в хема е в двувалентна форма. Метхемоглобинът, в кой-то желязото е в окислена форма (Fe3+), не може да пренася кислород. За наличието на достатъчно хемоглобин, в който желязото е в редуцирана форма (Fe2+) бди специален ензим – метхемоглобин редуктаза, който поддържа нивото на метхемоглобина в кръвта до 1-2%.
Известни са няколко разновидности на хемоглобина,
които се различават по вида на полипептидните вериги в неговата молекула. Хемоглобин А (HbA), който съставлява около 95% от молекулите на хемоглобина на възрастния човек, съдържа две α и две β полипептидни вериги. Хемоглобин А2 (HbA2) е съставен от две α и две δ полипептидни вериги, а хемоглобин F(HbF, фетален) съдържа две α и две γ полимерни вериги. При раждането в ново-роденото съставът на хемоглобина е 82% HbF и 18% HbA1. Алфа-веригите са изградени от 141 аминокиселинни остатъка. Веригите β, γ и δ са съставени от по 146 аминокиселинни остатъка. Тяхната структура е сходна.
На всеки килограм телесна маса в човешкото тяло съответстват
70-80 мл кръв

Кръвта изпълнява множество жизненоважни функции – преносител на кислород и питателни вещества към клетките, извеждане на отпадните продукти от метаболизма, транспортиране на хормони, сигнални молекули и множество други вещества, участващи в жизнената дейност на човешкия организъм. Освен това тя служи като регулатор на температурата на човешкото тяло, а чрез специ-ализирани клетки противодейства на възбудителите на различни заболявания, както и на загубата на кръв вследствие на травми. Приблизително 55% от кръвта представлява т.нар. плазма, съдържаща вода, протеини, липиди, захар, натриев хлорид и др. 42,8% съставляват червените кръвни клетки, еритроцитите, 2,14% – тромбоцитите и 0,07% – белите кръвни клетки (левкоцитите). Черве-ните кръвни клетки се образуват в костния мозък – на тазовите кости, черепа, ребрата и гръбначния стълб. Продължителността на техния живот е около 120 дни. Всяка секунда в организма се образуват 2,5 милиона еритроцити и същото количество се разрушава. През живота си човек произвежда около 650 кг еритроцити. Всяка червена кръвна клетка съдържа около 280 милиона молекули хемоглобин!
Образуването на червените кръвни клетки е сложен процес, в който участват редица биологично активни вещества – протеини, витамини (C, В2, В6, В9, В12) и минерали (желязо, мед, цинк, кобалт), които следва да присъстват в ежедневния хранителен рацион. От особена важност е присъствието на двата „кръвотворни“  витамина – фолиевата киселина (витамин В9) и цианокобаламинът (витамин В12), чиито ниски нива се отразяват изключително негативно на кръвотвония апарат. За съжаление, въпреки усилията, учените все още не са успели да създадат изкуствена кръв. Т.е. в наши дни медицината все още не може без кръвни донори.  
Миоглобинът е хемопротеин с подобен на хемоглобина строеж и сходни функции. Строежът му е по-прост, тъй като има само ед-на полипептидна верига, съставена от 153 аминокиселинни остатъка, свързана с хем. Структурата на миоглобина (на кашалота) е разкрита през 1958 година от Джон Кендрю с аналогична техника – рентгеноструктурен анализ. Миоглобинът отнема кислорода от хемеглобина и го пренася в мускулните клетки, които го използват за добиване на енергия, необходима за двигателната им дей-ност. Това е възможно, тъй като афинитетът на миоглобина към кислорода е по-висок в сравнение с хемоглобина.
Миоглобинът присъства в напречно набраздените мускули (скелетните и на сърцето), докато хемоглобинът се намира в кръвния ток. Т.е. хемоглобинът е отговорен за транспорта на кислорода, а меоглобинът – за неговото депониране в мускулите. Съдържание-то на миоглобина в кръвта е нищожно и дори не може да се определи. Той навлиза в кръвния ток само тогава, когато има разкъсване на скелетните и или сърдечните мускули. Миоглобинът пренася около 14% от общото количество кислород, пренасяно от двата хемопротеина. В отличие от хемоглобина миоглобинът не се характеризира с кооперативно свързване с кислорода. Когато в муску-лите настъпи кислороден „глад“ (при значително физическо натоварване), миоглобинът освобождава свързания кислород и го пре-дава на клетките, в митохондриите на които стартира т.нар. окислително фосфорилиране, в резултат на което продуцираната енер-гия се съхранява в молекулите на АТФ. Последните се използват от мускулите за тяхното движение.
При ниско съдържание на желязо в ежедневното хранене
сериозно се затруднява синтезата на двата хемопротеина – хемоглобин и миоглобин, което има за последствие сериозен спад на жизнените функции на организма. Човешкият организъм значително по-лесно усвоява хемовото желязо, присъстващо в месата, отколкото нехемовото – от плодовете и зеленчуците. Хемовото желязо се усвоява до около 30%, докато нехемовото едва от 5 до 7%. Хемовото желязо е в двувалентна форма, която лесно се възприема от организма, докато нехемовото – главно в тривалентна, която се утилизира значително по-трудно. Известно повишение на усвояемостта се наблюдава в присъствие на витамин С, който редуцира тривалентното желязо до двувалентно. Повишението на абсорбцията на хемовото и нехемовото желязо се постига при консумиране на по-голямо количество протеини. Продукти с високо съдържание на хемово желязо са: свинският черен дроб, агнеш-кият черен дроб, октоподът, мидите, говеждият черен дроб и т.н. Богати на нехемово желязо са водораслите спирулина, копривата, сушените гъби, сусамът, джинджифилът, какаото, прясната шипка, магданозът, лещата, пшеничните зародиши, спанакът и др.
Желязото се абсорбира в тънките черва. Регулирането на този процес, както и разпределението му в зависимост от потребностите на организма, се осъществява на интестинално ниво. Ключова роля играе протеинът хепсидин, който се синтезира в черния дроб. Транспортирането на желязото в кръвния ток се осъществява от специфичен протеин – трансферин. Любопитен факт е, че едва около 30% от свободните места в този протеин са заети от желязо. Останали-те 70% са в готовност, ако е необходимо, да свържат всеки свободен железен йон. Това е гениален предпазен меха-низъм в човешкия механизъм. Добре известно е, че патогенните микроорганизми, както и раковите клетки, също имат потребност от желязо. Но свободно желязо в кръвния ток липсва, тъй като наличното  е „блокирано“ в състава на трансферина и е недостъпно за тях.

Доц. д-р Димитър ПОПОВ




Брой: 18, 2 май 2024
 
 
Продукти
 
Диабет Формула
 
АстаКапс
 
Витатабс®D10 джуниър
 
Lechitel.BG :::
 
Книга Лечител
Lechitel.BG :::
 
Taloni-otstupki
 
e-shop
 
Dobipress abonament
 
www.lechitel.bg
 
Избери цвят 
© 2007 Лечител ООД