Трехмерная научная модель гемоглобина

Организация транспорта кислорода в многоклеточном организме является крайне важной эволюционной задачей, поскольку этот газ нужен каждой клетке для окисления биомолекул и получения энергии, а его растворимость в воде недостаточна для эффективного переноса нужных количеств. Транспортер на основе атомов железа, координированных сложной органической группой и окруженных белковой глобулой оказался наиболее эффективным эволюционным приспособлением для решения этой задачи. Гемоглобин стал одним из самым изучаемых белков XX века — первым, для которого была полностью описана пространственная структура и детальный механизм работы.

Строение и работа гемоглобина

Гемоглобин — это сложный белок эритроцитов человека и животных, необходимый для осуществления транспорта кислорода и оксида углерода IV кровью. Существует несколько форм этого белка. Гемоглобин А, встречающийся в организме взрослых людей, состоит из двух α и двух β субъединиц, каждая из которых содержит гем, в состав которого входит атом железа, что и придает эритроцитам и крови человека красный цвет [1].

Белок устроен таким образом, что в условиях высокой концентрации кислорода (в капиллярах легких) он легко присоединяет молекулы O2. При этом каждая присоединенная молекула делает связывание остальных O2 проще. Обратная ситуация имеет место в тканях, где, благодаря повышенному содержанию растворенного углекислого газа, создается более кислая среда. В таких условиях гемоглобин, легко отдавая связанный кислород. Гемоглобин является аллостерическим белком. Связывание первой молекулы кислорода с одной из субъединиц этого белка провоцирует конформационные изменения в других субъединицах, что влияет на связывание остальных молекул кислорода и увеличивает эффективность превращения дезоксигемоглобина в оксигемоглобин.

Красные кровяные клетки практически полностью состоят из гемоглобина. На каждый эритроцит приходится порядка 280 миллионов молекул этого белка (96% сухого веса). При объеме крови в 5 литров, общая масса гемоглобина в организме составляет приблизительно 800 грамм. Гемоглобин позволяет растворить в крови в 70 раз больше кислорода, чем можно было бы в его отсутствии (2).

С гемоглобином, помимо кислорода и углекислого газа могут также связываться оксид серы II (SO), оксид азота (NO) сероводород (h3S) и некоторые другие неорганические соединения [3, 4]. Наибольшую опасность для человека представляет способность гемоглобина связываться с угарным газом (СО, оксид углерода II). Эффективность этого процесса в 250 раз выше связывания с кислородом, поэтому вдыхание угарного газа может привести к удушью.

Гемоглобин является одним из наиболее хорошо изученных белков. Он был открыт немецким физиологом Отто Функе в 1851 году, а структуру этого белка описал австрийский молекулярный биолог Макс Перутц в 1959 году, за что тремя годами позднее получил Нобелевскую премию по химии [5].

Показать ссылки

Миоглобин

Миоглобин – белок, который связывает кислород и поставляет его скелетным мышцам. Его концентрация в крови возрастает при повреждении скелетных мышц или миокарда.

Синонимы английские

Myoglobin.

Метод исследования

Иммунотурбидиметрия.

Единицы измерения

Мкг/л (микрограмм на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Не принимать пищу в течение 2-3 часов перед исследованием (можно пить чистую негазированную воду).
• Исключить физическое и эмоциональное перенапряжение в течение 30 минут до исследования.
• Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Миоглобин – белок, который содержится в скелетной мускулатуре и сердечной мышце – миокарде. Использование запасенного О2 в мышечной ткани начинается при выраженном снижении парциального давления кислорода в мышцах. Он способен связывать кислород в мышечных клетках, что дает им энергию для сокращения. В норме миоглобина в крови настолько мало, что он не определяется лабораторными методами. При повреждении скелетных мышц или миокарда миоглобин в больших количествах попадает в кровоток. Он не является специфичным маркером повреждения миокарда, в отличие от креатинкиназы МВ и тропонина, однако реагирует на гибель мышечных клеток сердца одним из первых – через 1-2 часа его концентрация в крови увеличивается.

Миоглобин и гемоглобин относят к гемопротеинам, они содержат порфириновое производное — гем, который обеспечивает их красный цвет и способность взаимодействовать с О2. Гемоглобин ответственен за транспорт кислорода, а миоглобин – за его депонирование. Механизм действия обоих белков обуславливается строением гема, состоящего из двухвалентного железа и порфирина. Именно молекула гема отвечает за тропность белков к кислороду. Миоглобин связывает переносимый гемоглобином кислород, создавая депо О2. Когда в организме начинается кислородное голодание (после тяжелой физической нагрузки), он освобождает связанный кислород и «передает» его окислительным системам клеток, где запускается процесс окислительного фосфорилирования, в результате которого образуется необходимая для работы мышц энергия.

Миоглобин фильтруется почками и выводится из организма с мочой. Если происходит массивное повреждение мышц, например, в результате серьезной травмы, он начинает в больших количествах поступать в кровь и может повреждать почки, вызывая острую почечную недостаточность. При отсутствии воспалений или повреждений мышечной ткани он практически не фиксируется в крови. Это его свойство используется для уточнения диагноза «инфаркт миокарда». 

Для чего используется исследование?

Анализ на миоглобин, как правило, назначается вместе с другими маркерами повреждения сердечной мышцы, такими как креатинкиназа МВ, и используется для того, чтобы подтвердить или исключить инфаркт миокарда у пациентов с острой болью в сердце или другими симптомами.

Миоглобин начинает повышаться через 1-2 часа после повреждения миокарда, достигает своего пика через 8-12 часов и к концу дня обычно приходит в норму. Тропонин – «золотой стандарт» в определении инфаркта, так как он является более специфичным, однако преимущество миоглобина состоит в том, что он реагирует максимально рано, тем самым позволяя быстрее поставить диагноз. С другой стороны, необходимо понимать, что миоглобин может повышаться и без повреждения сердечной мышцы. Таким образом, отрицательный результат анализа на миоглобин исключает инфаркт, положительный – требует подтверждения тропонином.

Иногда тест на миоглобин необходим людям с серьезными травмами для того, чтобы определить вероятность поражения почек.

Когда назначается исследование?

Анализ на миоглобин назначается при подозрении на острый инфаркт миокарда. Кровь берут сразу при поступлении пациента в стационар и потом еще несколько раз через каждые 2-3 часа.

Такой тест обычно назначается вместе с другими маркерами повреждения сердечной мышцы, такими как креатинкиназа МВ и тропонин, что позволяет более уверенно судить о наличии или, напротив, отсутствии острого повреждения сердечной мышцы.

Кроме того, это исследование может понадобиться после массивных повреждений скелетной мускулатуры, чтобы оценить риск повреждения почек и острой почечной недостаточности.

Что означают результаты?

Референсные значения: 0 — 70 мкг/л.

Обычно содержание миоглобина в крови настолько несущественно, что даже не может быть измерено.

Повышение уровня миоглобина в крови говорит о недавнем повреждении скелетных или сердечной мышц. Назначение тропонина или креатинкиназы МВ позволяет уточнить причину повышения миоглобина. Если в течение 12 часов боли в грудной клетке повышения миоглобина не произошло, вероятность инфаркта миокарда крайне маловероятна.

Так как миоглобин, помимо сердца, содержится еще в скелетной мускулатуре, он может повышаться и в других ситуациях:

1. синдром длительного сдавливания (краш-синдром) возникает в результате раздавливания или размозжения мышечной ткани, а также длительного прекращения кровотока по конечности;
2. любые травмы;
3. после хирургических операций;
4. судороги любого происхождения;
5. любые заболевания, приводящие к повреждению мышц: дерматомиозит, полимиозит, мышечная дистрофия и др.

Что может влиять на результат?

• Злоупотребление амфетаминами и алкоголем повышает уровень миоглобина.
• Так как миоглобин выводится через почки, его уровень может быть повышен при почечной недостаточности.

 Скачать пример результата

Важные замечания

• Внутримышечные инъекции и физическая нагрузка не влияют на уровень миоглобина в крови.
• Повышенный уровень миоглобина – недостаточное основание для постановки диагноза «инфаркт миокарда». Необходима комплексная оценка состояния пациента, которую может провести только врач. При этом учитывается характер болевого синдрома, история развития заболевания, ЭКГ, результаты других лабораторных и инструментальных обследований.
• В норме миоглобин не определяется в моче, настолько его в ней мало. Если уровень миоглобина повышается так, что его становится возможным измерить, то это указывает на вероятность почечной недостаточности.

Также рекомендуется

Кто назначает исследование?

Врач общей практики, терапевт, кардиолог.

Гемоглобин развивался из одного гена независимо у разных видов

Изучив морского червя Platynereis dumerilii исследователи выяснили, что, хотя гемоглобин появился независимо у нескольких видов, фактически он происходит от одного гена, переданного всем их последним общим предком/

Изучив морского червя Platynereis dumerilii, гены которого эволюционировали очень медленно, исследователи из Франции, России и Бразилии выяснили, что, хотя гемоглобин появился независимо у нескольких видов, фактически он происходит от одного гена, переданного всем их последним общим предком, сообщает пресс-служба Национального центра научных исследований Франции. Выводы ученых были опубликованы в журнале BMC Evolutionary Biology.

Красный цвет крови у людей и всех млекопитающих придает гемоглобин – сложный белок, специализирующийся на транспортировке кислорода. Этот белок содержится в системе кровообращения позвоночных, а также у кольчатых червей (семейства червей, наиболее известными представителями которого являются дождевые черви), моллюсков (особенно прудовых улиток) и ракообразных (таких как дафнии, или «водяные блохи»). Считалось, что для того, чтобы гемоглобин появился у таких разнообразных видов, он должен был быть «изобретен» несколько раз в процессе эволюции. Но недавние исследования показали, что все эти гемоглобины, рожденные «независимо», на самом деле происходят от одного предкового гена.

Ученым удалось это выяснить на Platynereis dumerilii, небольшом морском черве с красной кровью. Он считается животным, которое эволюционировало медленно, потому что его генетические характеристики близки к таковым у урбилатерии – морского животного, гипотетического общего предка билатерий (всех животных с билатеральной симметрией). Команда сравнила кровь червя и кровь других видов, чтобы проследить происхождение белков гемоглобина.

Исследование было сосредоточено на большом семействе, к которому принадлежат гемоглобины – на семействе глобинов, белков, присутствующих почти у всех живых существ, которые «хранят» газы, такие как кислород и оксид азота. Но глобины обычно действуют внутри клеток, они не циркулируют в крови, как гемоглобин.

Эта работа показывает, что у всех видов с красной кровью один и тот же ген производит глобин, называемый «цитоглобин», который независимо эволюционировал и превратился в ген, кодирующий гемоглобин. Эта новая циркулирующая молекула сделала транспорт кислорода более эффективным у их предков, которые стали крупнее и активнее.

[Фото: Song et al. / BMC Evolutionary Biology]

Белки  — ФГБУ «НМИЦ ТПМ» Минздрава России

Белки представляют основу структурных элементов клеток и тканей. Функции их разнообразны, они принимают участие в обмене веществ, сократимости, росте, размножении, мышлении.

  
Еще одна функция белков — транспортировка необходимых соединений или химических элементов. Гемоглобин, например, переносит кислород, он же транспортирует углекислый газ.

При попадании в организм чужих белков или клеток вырабатываются особые белки — антитела, которые связывают и обеззараживают чужеродные вещества.

И наконец, белки могут служить источником энергии. Но это самое невыгодное «топливо». В сутки в организме человека расщепляется около 400 г белка. Две трети образовавшихся при этом аминокислот идут на восстановление белка, и одна треть расходуется на образование энергии.

В раннем детстве потребность в белке максимальная. С возрастом она уменьшается, так как ткани наращиваются медленнее. К моменту зрелости главной становится не строительная функция, а энергетическая.

  
Организм не может принять белка больше, чем ему необходимо, и если потребление белка с возрастом не уменьшается, то образуются конечные продукты белкового обмена: мочевая кислота, мочевина, аммиак, креатинин, креатин и др. При избытке этих соединений выведение их затруднено, и они задерживаются в организме, постепенно накапливаясь и нарушая обменные процессы.

  
Все огромное множество белков — это комбинации 20 аминокислот, из них 10 аминокислот не синтезируются организмом и могут быть получены только из продуктов питания. Эти незаменимые аминокислоты должны поступать в составе потребляемых нами белков. 
Белки пищи могут быть животного и растительного происхождения. Ценность пищевого рациона определяется наличием в белке незаменимых аминокислот.

  
К полезным животным белкам относятся постная говядина, курятина и индюшатина без кожи, яйца, молочные и кисломолочные продукты. 
Рыба является не только источником белка, но и обеспечивает нас полезными омега-3-жирными кислотами.

Белки растительного происхождения (фасоль, соя, горох, чечевица) сочетают в себе высококачественный белок и растворимое волокно, которое очищает организм от холестерина. 
Орехи и семена богаты не только белками, но и мононенасыщенными жирами.

Грецкие орехи содержат еще и омега-3-жирные кислоты. Это делает их особенно полезными, однако они содержат много калорий, поэтому потреблять их в большом количестве не следует.

Анализы в KDL. Гаптоглобин

Гаптоглобин — это вырабатываемый печенью белок плазмы крови. Его функция – связывание гемоглобина и участие в воспалительных реакциях. Гемоглобин – железосодержащий белок, который содержится в эритроцитах и обеспечивает транспорт кислорода к тканям и клеткам организма. Со временем эритроциты разрушаются – обычно их жизненный цикл составляет около 120 дней – и свободный гемоглобин попадает в кровь, где связывается с помощью гаптоглобина и перерабатывается в селезенке.

Если связывания не происходит, то свободный гемоглобин попадает в почки и может привести к их повреждению. Такие ситуации возникают, когда расход гаптоглобина организмом быстрее, чем его выработка печенью, например, при разрушении большого количества эритроцитов (гемолиз), либо при заболеваниях печени, при которой снижается выработка гемоглобина.

Причины гемолиза могут быть как наследственными, так и приобретенными – среди них несовместимость групп крови и резус-фактора при переливании, лекарственное и токсическое воздействие, механические повреждения, гемодиализ, инфекции – малярия, гемолитический стрептококк, газовая гангрена. В этих случаях развивается гемолитическая анемия, при которой наблюдаются слабость, бледность или желтушность кожи и слизистых, потемнение мочи и почечная недостаточность.

Другая важная функция гаптоглобина – участие в реакции острой фазы, которая развивается в ответ на инфекцию, повреждение, опухолевый процесс. Гаптоглобин выполняет роль антиоксиданта, снижает процессы повреждения клеток, замедляет рост бактерий, угнетает выработку простагландинов, участвует в регуляции работы иммунной системы. При наличии воспалительных процессов в организме уровень гаптоглобина в крови повышается.

В каких случаях обычно назначают исследование?

• Для выявления и оценки степени тяжести гемолитической анемии;
• Для различия гемолитической анемии и других видов анемий, вызванных иными причинами;
• При снижении количества эритроцитов, гемоглобина, появлении незрелых эритроцитов в анализе крови пациента;
• В качестве вспомогательного маркера воспаления.

Что именно определяется в процессе анализа?

Происходит измерение концентрации гаптоглобина в образце сыворотки крови пациента методом иммунотурбидиметрии.  

Что означают результаты теста?

Снижение уровня гаптоглобина указывает на его избыточное потребление и является признаком усиленного гемолиза. Обычно это наблюдается при наличии гемолитической анемии. При других видах анемий уровень гаптоглобина не изменяется. Также гаптоглобин может снижаться при заболеваниях печени, беременности, нефротическом синдроме, применении эстрогенов и эстрогенсодержащих препаратов. У младенцев в первые 3-6 месяцев жизни концентрация гаптоглобина в крови снижена.

Повышение гаптоглобина – один из признаков реакции острой фазы, причинами которой могут быть воспаление, инфекция или опухоль, повреждения тканей и органов, аутоиммунные заболевания.

Сроки выполнения теста.

Обычно результат анализа можно получить через 1-2 дня после взятия крови.

Как подготовиться к анализу?

Следует придерживаться общих правил подготовки к взятию крови из вены. С подробной информацией можно ознакомиться в соответствующем разделе статьи.

Анемия

2019.08.25

Кровь переносит кислород из легких ко всем клеткам организма. Кислород связан с красным белком, называемым гемоглобином, который содержится в эритроцитах (эритроцитах). Если уровень гемоглобина составляет менее 120 грамм на литр крови, клетки организма получают недостаточное количество кислорода, что является анемией. Анемия, греческий эквивалент анемии, часто используется.

Когда запасы железа истощаются, организм не вырабатывает достаточное количество гемоглобина. Кровь не может нести необходимый ей кислород. Это анемия.

Тело пытается использовать кровь для наиболее важных органов человеческого тела, оставляя кожу меньше: кожа, белки глаз, десны, слизистая оболочка рта или ногти могут быть беловатыми. Поскольку сердце работает тяжелее, люди с сердечными проблемами могут ухудшиться или даже испытывать боли в груди. Чувствуется пульс в голове, особенно лежа. Внезапно встав, глаза не имеют достаточного количества крови, из-за чего глаза темнеют, появляются косоглазие, искра или «мухи». Внезапно вставать может потерять сознание. Длительный недостаток кислорода в мозге приводит к тому, что человек становится раздражительным, пассивным, вялым, страдает нарушениями памяти и внимания, а также умственными расстройствами. Возможна бессонница. Тем не менее, наиболее распространенным симптомом головного мозга является головокружение, что приводит к нарушению координации тела. Человек может упасть и получить серьезные травмы. Поднимаясь по лестнице или идя быстрее, человек с сибирской язвой начинает быстро дышать или даже задыхаться. Это самый распространенный признак анемии.

Если в крови дефицит ферритина, то и в железе. Как ферритин, так и железо в крови могут быть измерены и диагностированы на дефицит железа.

1 из 4 случаев анемии вызван не дефицитом железа, а хроническим заболеванием: раком, инфекцией или неинфекционным воспалением. В этих случаях не следует спешить с использованием препаратов железа для лечения анемии и измерять уровень ферритина в крови. Для этих хронических состояний достаточно ферритина — первое, что нужно лечить, — это хроническое заболевание, а добавки железа следует использовать очень умеренно. Обычно первое, что нужно сделать, это обратиться к семейному врачу или врачу по внутренним болезням.

Эритроциты кажутся нормальными по размеру и имеют достаточный гемоглобин, но сами имеют мало эритроцитов. Это происходит при внезапном кровотечении, неисправности или разрушении эритроцитов.

Норма: мужской 10,6 — 28,3 ммоль / л; для женщин 6,6 — 26,0 ммоль / л.

Норма: 30-400 мг / л для мужчин; для женщин 15 — 150 мг / л; дети от 3 месяцев до 16 лет От 20 до 200 мг / л; от 2 месяцев до 3 месяцев От 80 до 500 мг / л; один месяц 150 — 450 мг / л

Из чего состоит кровь?

Кровь состоит на 60 % из плазмы. Это желтовато-белая жидкость, которая в свою очередь состоит в основном из воды, а также различных белков, солей, микроэлементов и витамин‎ов. Около 40 % кровь состоит из клеток [клетка‎], которые называют кровяными тельцами или кровяными клетками. Существует три вида клеток крови, которые находятся в ней в разном количестве и выполняют разные задачи:

• красные кровяные тельца (эритроциты)
• белые кровяные тельца (лейкоциты)
• кровяные пластинки (тромбоциты)

Эритроциты (красные кровяные тельца)

Больше всего в крови человека находится эритроцит‎ов, которые также называют красными кровяными тельцами или красными клетками крови. Они составляют 99 % из всех клеток крови. В одном микролитре крови (то есть в одной милионной части литра) находится от 4 до 6 миллионов эритроцитов.

Самая важная задача эритроцитов – переносить по кровеносным сосудам жизненно необходимый кислород (который поступает в лёгкие) к органам и тканям тела. Эту задачу они выполняют с помощью красного пигмента крови – гемоглобина.

Если количества эритроцитов в крови не достаточно, или если в эритроцитах мало гемоглобина и поэтому они не могут полностью выполнять свою работу, то речь идёт об анемии, или о малокровии. У „малокровных“ людей часто очень бледная кожа. Так как их организм не получает достаточное количество кислорода, то у них также появляются такие симптомы как утомляемость, слабость, одышка, снижение работоспособности, головная боль или боли в спине.

Главным в оценке работы эритроцитов является в первую очередь не их количество в крови, а их объём, так называемый гематокрит‎ (сокращение в анализах Ht), и уровень гемоглобина (сокращение в анализах Hb). Для детей страше грудного возраста нормальным считается уровень гемоглобина в пределах от 10 до 16 г/дл, норма гематокрита – в пределах между 30 и 49 % (детали см. в таблице) [KUL2002‎].

Если эти показатели значительно ниже нормы и одновременно у ребёнка появляются симптомы анемии [анемия‎], например, из-за лейкоза, или после химиотерапии [химиотерапия‎], то может потребоваться переливание (трансфузия) эритроцитарного концентрата (эритроцитарной массы, сокращённо „эрмасса“), чтобы стабилизировать состояние ребёнка.

Возраст ребёнка	Гемоглобин(Hb) уровень в г/дл	Гематокрит (Hk) показатель в %
1 год	10.1 — 13.0	30 — 38
2 – 6 лет	11.0 — 13.8	32 — 40
6 – 12 лет	11.1 — 14.7	32 — 43
12 – 18 лет женщины	12.1 — 15.1	35 — 44
12 – 18 лет мужчины	12.1 — 16.6	35 — 49

Лейкоциты (белые клетки крови)

Белые кровяные тельца или белые клетки крови, которые также называют лейкоцит‎ами, составляют вместе с тромбоцитами у здоровых людей лишь 1 % всех клеток крови. Нормальным считается уровень от 5.000 до 8.000 лейкоцитов в микролитре крови.

Лейкоциты отвечают за имунную защиту организма. Они распознают „чужаков“, например, бактерии‎, вирус‎ы или грибы, и обезвреживают их. Если есть инфекция‎, количество лейкоцитов может сильно вырасти за короткое время. Благодаря этому организм быстро начинает бороться с возбудителями болезни.

Лейкоциты делят на разные группы в зависимости от их внешнего вида, от места, в котором они выросли, и от того, как именно они работают. Самую большую группу (от 60 до 70 %) составляют так называемые гранулоцит‎ы; от 20 до 30 % — лимфоцит‎ы и от 2 до 6 % — моноцит‎ы („клетки-пожиратели“).

Эти три вида клеток по-разному борются с возбудителями болезней, одновременно дополняя работу друг друга. Только благодаря тому, что они работают согласованно, организм обеспечивается оптимальной защитой от инфекций. Если количество белых клеток крови снижается, или они не могут работать нормально, например, при лейкозе, то защита организма от „чужаков“ (бактерий, вирусов, грибов) больше не может быть эффективной. Тогда организм начинает подхватывать разные инфекции.

Общее количество лейкоцитов измеряется в анализе крови [анализ крови‎]. Характеристики различных типов белых кровяных клеток и их процентуальное соотношение могут исследоваться в так называемом дифференциальном анализе крови (лейкоцитарная формула‎).

Гранулоциты

Гранулоциты отвечают прежде всего за защиту организма от бактерий [бактерии‎]. Также они защищают от вирус‎ов, грибов и паразитов (например, глистов). А называются они так потому, что в их клеточой жидкости есть зёрнышки (гранулы). В том месте, где появляется инфекция‎, они моментально накапливаются в большом количестве и становятся „первым эшелоном“, который отражает атаку возбудителей болезни.

Гранулоциты являются так называемыми фагоцитами. Они захватывают проникшего в организм противника и перевариваюи его (фагоцитоз). Таким же образом они очищают организм от мёртвых клеток. Кроме того, гранулоциты отвечают за работу с аллергическими и воспалительными реакциями, и с образованием гноя.

Уровень гранулоцитов в крови имеет в лечении онкологических болезней очень важное значение. Если во время лечения их количество становится меньше, чем 500 — 1.000 в 1 микролитре крови, то, как правило, очень сильно возрастает опасность инфекционных заражений даже от таких возбудителей, которые обычно вообще не опасны для здорового человека.

Лимфоциты

Лимфоциты – это белые клетки крови, 70 % которых находится в тканях лимфатической системы. К таким тканям относятся, например, лимфатические узлы‎, селезёнка, глоточные миндалины (гланды) и вилочковая железа‎.

Группы лимфоузлов находятся под челюстями, в подмышечных впадинах, на затылке, в области паха и в нижней части живота. Селезёнка – это орган, который находится слева в верхней части живота под рёбрами; вилочковая железа – небольшой орган за грудиной. Кроме того, лимфоциты находятся в лимфе. Лимфа – это бесцветная водянистая жидкость в лимфатических сосудах. Она, как и кровь, охватывает своей разветвлённой весь организм

Лимфоциты играют главную защитную роль в иммунной системе, так как они способны целенаправленно распознавать и уничтожать возбудителей болезней. Например, они играют важную роль при вирус‎ной инфекции. Лимфоциты „организовывают“ работу гранулоцит‎ов, производя в организме так называемые антитела‎. Атитела – это маленькие белковые молекулы, которые прицепляются к возбудителям болезни и таким образом помечают их как „врагов“ для фагоцитов.

Лимфоциты распознают и уничтожают клетки организма, поражённые вирусом, а также раковые клетки, и запоминают тех возбудителей болезни, с которыми они уже контактировали. Специалисты различают Т-лимфоцит‎ы и В-лимфоцит‎ы, которые отличаются по своим иммунологическим характеристикам, а также выделяют некоторые другие, более редкие подгруппы лимфоцитов.

Моноциты

Моноциты – это клетки крови, которые уходят в ткани и там начинают работать как „крупные фагоциты“ (макрофаги), поглощая возбудителей болезней, инородные тела и умершие клетки, и зачищая от них организм. Кроме того часть поглощённых и переваренных организмов они презентируют на своей поверхности и таким образом активируют лимфоциты на иммунную защиту.

Тромбоциты (кровяные пластинки)

Кровяные пластинки, которые также называют тромбоцит‎ы, отвечают главным образом за остановку кровотечений. Если происходит повреждение стенок кровеносных сосудов, то они в самое кратчайшее время закупоривают повреждённое место и таким образом кровотечение останавливается.

Слишком низкий уровень тромбоцитов (встречается, например, у больных лейкоз‎ом) проявляется в носовых кровотечениях или кровоточивости дёсен, а также в мелких кровоизлияниях на коже. Даже после самого незначительного ушиба могут появляться синяки, а также кровоизлияния во внутренних органах.

Количество тромбоцитов в крови также может падать из-за химиотерапии. Благодаря переливанию (трансфузия‎) кровяных пластинок (тромбоконцентрата), как правило, удаётся поддерживать приемлемый уровень тромбоцитов.

Гемоглобин | Encyclopedia.com

гемоглобин И красный знак храбрости, и голубая кровь аристократа происходят из-за гемоглобина, пигмента, придающего цвет крови. Уберите его, удалив клетки крови, и полученная плазма будет очень бледно-желтой. Гемоглобин соединяется с кислородом, позволяя крови переносить в 70 раз больше, чем если бы кислород был просто растворен. Физически активные животные размером с горошину вряд ли смогли бы выжить без него. «Если бы не существовал гемоглобин, человек мог бы никогда не достичь какой-либо активности, которой не обладает омар, или, если бы он это сделал, это было бы с таким крошечным телом, как у мухи» (J.Баркофт).

Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови и являющийся основным местом поступления железа в организме, присутствует у всех позвоночных. У взрослого человека он синтезируется в развивающихся эритроцитах костного мозга. У многих червей есть гемоглобин, но у других, а также у большинства моллюсков есть другие и более примитивные пигменты, переносящие кислород, которые не дожили до высших форм эволюции.

Гемоглобин не только распределяет кислород в соответствии с требованиями тканей, но также является важным хранилищем газа.У здорового человека около 15 г гемоглобина на литр крови, и он может связываться с 200 мл кислорода на литр. Когда тело находится в состоянии покоя, ткани удаляют только около четверти доступного кислорода, достигающего их в артериальной крови, остальные три четверти остаются в венозной крови, возвращающейся в легкие. Это важный резерв подачи кислорода, который может потребоваться в условиях работы и физических упражнений. В типичном общем объеме крови 5 литров, даже если более половины находится в венах, мы, таким образом, имеем около 0.75 литров кислорода сочетается с гемоглобином в крови, и у нас примерно столько же, сколько газа в легких. Если мы перестанем дышать, например, задержав дыхание, эти запасы будут поддерживать функции мозга самое большее в течение нескольких минут, но без них функции мозга прекратятся почти сразу.

Количество свободного кислорода в растворе в крови не играет важной роли в переносе кислорода к тканям. Количество зависит от давления газа в легких (см. Рисунок).Если мы дышим чистым кислородом, его количество в растворе увеличивается почти в семь раз, и это может стать значительным вкладом в организм. Если бы мы дышали чистым кислородом в камере с давлением в три атмосферы, весь кислород, который нам нужен, можно было бы переносить в растворе, и нам не понадобился бы гемоглобин. Это лечение используется при некоторых состояниях, когда наблюдается серьезный дефицит гемоглобина, но существует значительная опасность вдыхания кислорода под высоким давлением.

Каждая молекула гемоглобина состоит из четырех железосодержащих частей ( гемов ) и четырех белковых цепей ( глобинов ).Тот факт, что кровь содержит железо, был обнаружен в 1747 году Менгини, который показал, что если кровь сжечь дотла, железоподобные частицы можно извлечь с помощью магнита. Химический анализ гемоглобина начался в середине девятнадцатого века и завершился одним из первых великих триумфов молекулярной биологии, когда в 1960-х годах была разработана полная химическая структура гемоглобина.

Каждая молекула гемоглобина может соединяться с четырьмя молекулами кислорода, но не более того. Полная комбинация называется насыщения кислородом .Степень совмещения зависит от давления газа; у здоровых людей давление в альвеолах легких выше, чем необходимо для насыщения. Если альвеолярное давление кислорода повышается, например, путем более глубокого дыхания или вдыхания чистого кислорода, гемоглобин в крови не будет поглощать дополнительный кислород (см. Рисунок). Однако у пациентов с артериальной кровью, не насыщенной кислородом, например, с заболеваниями легких или сердца, стимуляция дыхания или введение кислорода должны увеличивать перенос кислорода в крови и быть полезными или спасать жизнь.

Комбинация кислорода с гемоглобином не связана линейно с давлением кислорода, и это критически важно для его функции. Когда давление кислорода снижается ниже необходимого для полного насыщения, гемоглобин относительно мало обесцвечивается до тех пор, пока давление кислорода не достигнет уровня, с которым кровь обычно сталкивается в тканях, потребляющих кислород: затем он легко с ним расстается. Таким образом, при задержке дыхания, при болезни или на высоте альвеолярное давление кислорода может приближаться к половине своего нормального значения, прежде чем сатурация гемоглобина резко снизится в крови, покидающей легкие; и насыщение само по себе не уменьшается вдвое, пока давление кислорода не снизится почти на две трети.Таким образом, свойства гемоглобина защищают снабжение кислородом от перерывов в дыхании или недостатка кислорода в атмосфере, способствуя его разгрузке по всему телу.

Комбинация гемоглобина и кислорода слабая, и кислород может вытягиваться из крови, если окружающее давление кислорода низкое; действительно, вакуум извлечет весь кислород из пробы крови. Когда кровь течет через капилляры тканей, которые используют кислород для обмена веществ, низкое давление кислорода в тканевых клетках вытягивает кислород из его комбинации с гемоглобином, и газ течет в клетки.Образующаяся венозная кровь содержит меньше, чем ее полное насыщение кислородом, а гемоглобин частично «деоксигенирован». Такой гемоглобин имеет не ярко-красный цвет насыщенного гемоглобина, а более синий. Таким образом, артериальная кровь обычно бывает красной, а венозная — синей. При цианозе ткани имеют синеватый оттенок, потому что в их крови не хватает кислорода.

Гемоглобин может также соединяться с диоксидом углерода с образованием карбаминогемоглобина , и это один из способов, которым этот газ переносится по телу.Эти два газа имеют сложное химическое взаимодействие с гемоглобином. Когда в метаболизирующих тканях углекислый газ попадает в кровь, его комбинация с гемоглобином приводит к более слабому сродству к кислороду, который отщепляется и попадает в клетки. В легких происходит обратное. Аналогичный эффект имеет и температура: при повышении местной температуры оксигемоглобин легче расщепляется. Оба механизма помогают согласовать газообмен с изменяющейся деятельностью.

Красные клетки также содержат 2,3-дифосфоглицерат (DPG), вещество, повышающее готовность гемоглобина отдавать свой кислород.ДПГ увеличивается при упражнениях и на большой высоте, что облегчает снабжение тканей кислородом. К сожалению, этот процесс занимает несколько часов. Сохраненная кровь теряет свой DPG и поэтому менее эффективна при переливании, чем свежая кровь, хотя есть способы лечения, которые восстанавливают DPG.

Хотя гем является важной частью молекулы гемоглобина, позволяющей ему соединяться с кислородом, именно четыре молекулы глобина определяют степень связывания или сродство к гемоглобину и кислороду.Глобины обозначаются греческими буквами, и было обнаружено очень большое их количество, многие из которых связаны с заболеваниями крови. Здоровые взрослые люди имеют два α-глобина и два β-глобина. Плоды имеют два a- и два g-глобина. В результате гемоглобин плода имеет более сильное сродство к кислороду, чем гемоглобин взрослого человека. Когда материнская кровь проходит через плацентарный кровоток, кислород диффундирует через плацентарный барьер в плод, и из-за разницы между двумя гемоглобинами плод извлекает пропорционально большее количество кислорода.Этот успех в борьбе с паразитизмом явно идет на пользу плоду. После рождения гемоглобин плода постепенно заменяется взрослой версией.

У здоровых людей гемоглобин содержится только в эритроцитах , красных кровяных тельцах. Удержание гемоглобина в клетках дает тройное преимущество. Во-первых, если бы гемоглобин был свободен в растворе, он дал бы крови консистенцию патоки, и сердце не смогло бы протолкнуть ее достаточно быстро через капилляры. Во-вторых, химическая среда в красных клетках, включая, например, присутствие DPG, позволяет гемоглобину поглощать и выделять кислород с наибольшей эффективностью.И в-третьих, если бы гемоглобин был свободным в растворе, он бы выводился из организма и терялся в почках. Пациенты с распадом эритроцитов, например при малярии, выделяют гемоглобин с мочой, где он расщепляется до коричневого пигмента метгемоглобина ; отсюда одна форма малярии называется «черной лихорадкой».

У некоторых животных — некоторых из упомянутых ранее червей — действительно есть свободные кислородные пигменты в крови, но их молекулярные размеры в 40 раз больше, чем гемоглобин, поэтому они не выводятся из организма.Говорят, что у одного вида антарктических рыб отсутствуют как эритроциты, так и гемоглобин, но он живет в холодной среде, и его метаболизм и потребность в кислороде должны быть очень низкими.

Человеческие эритроциты живут в среднем около 120 дней в кровотоке, затем они становятся хрупкими и разрушаются, особенно клетками-мусорщиками в селезенке и печени. Гемоглобин не попадает в кровь, а сразу же расщепляется на гем и глобины. Гем, в свою очередь, расщепляется на железо, которое образует химические соединения в составе пула железа в крови, доступного для будущего синтеза гемоглобина, и янтарный пигмент , билирубин , который способствует бледному цвету плазмы.Билирубин соединяется с альбумином в крови, и большой размер этой комбинированной молекулы не позволяет ему выводиться почками. Вместо этого он попадает в печень, где выводится с желчью, что определяет ее цвет. Когда он достигает кишечника, на него воздействует бактериальная флора, и он образует коричневый пигмент стеркобилиноген . Большая часть стеркобилиногена появляется с фекалиями, придавая им характерный цвет (но не запах), а остальная часть реабсорбируется в кровоток.Здесь часть рециркулирует с желчью, но большая часть, теперь называемая уробилиногеном, выводится с мочой. Таким образом, не только гемоглобин определяет цвет крови, но и продукты его распада в значительной степени ответственны за цвет плазмы, желчи, фекалий и мочи. Желтуха возникает из-за избытка билирубина в крови и тканях.

Существует множество заболеваний, вызываемых аномальными гемоглобинами. Во всех них аномальная часть молекулы — глобин. Мало того, что гемоглобин не может нормально соединяться с кислородом, но поскольку гемоглобин является неотъемлемой частью структуры эритроцитов, эти клетки могут быть деформированы.Примером может служить серповидно-клеточная анемия , при которой эритроциты становятся жесткими, деформируются и легче разрушаются, что приводит к анемии. Другое распространенное заболевание — талассемия , при которой наблюдается дефект синтеза цепей b-глобина. Менее распространенными состояниями являются сохранение гемоглобина плода долгое время после рождения и аномалии ферментов, связанных с гемоглобином (например, DPG), которые влияют на его сродство к кислороду.

Джон Уиддикомб

См. Также анемию; кровь; переливание крови; углекислый газ; цианоз; желтуха; кислород; дыхание.

Гемоглобин — обзор | Темы ScienceDirect

21.2 Реакции, запрещенные спином

Реакции, запрещенные спином, имеют реагенты и продукты разного спина, поэтому для них требуется запрещенное по симметрии пересечение от одной энергетической поверхности к другой. Для молекул, содержащих только легкие атомы, реакции пересечения спинов практически невозможны. Напротив, соединения переходных металлов часто имеют несколько низколежащих возбужденных состояний с различными конфигурациями неспаренных электронов. Многочисленные возбужденные состояния создают больше возможностей для спин-пересечений, а высокая спин-орбитальная связь для переходных металлов [10] делает пересечение более вероятным при каждой возможности.

Скорость реакции пересечения спинов зависит как от спин-орбитального взаимодействия, так и от вероятности того, что система посетит «шов» между состояниями спина. Шов — это пересечение диабатических спиновых состояний. Как показано на рисунке 21.2.1, шов имеет ту же размерность, что и разделяющая поверхность (3N-1, где N — количество атомов). Для теории (адиабатического) переходного состояния седловая точка была особенно важной точкой на разделяющей поверхности. Точно так же для неадиабатической теории пересечения спинов точка пересечения с минимальной энергией (MECP) является особенно важной точкой на стыке.Общая скорость реакции пересечения спинов также зависит от положения MECP относительно других характеристик энергетического ландшафта (ов).

Рисунок 21.2.1. (Слева) Схематическое изображение диабатов, шва и MECP в системе с двумя степенями свободы. MECP слева отделяет реагенты на одной спиновой поверхности от продуктов на другой спиновой поверхности. (Справа) Одномерная схема спин-кроссинга на пути от триплетной версии вида A ( ³ A ) к пятимерной версии вида B ( ⁵ B ) .Поскольку MECP по существу является частью бассейнов ( ³ A ) и ( ⁵ A ), спин-кроссинг не сразу приводит к ⁵ B . Если переходное состояние на поверхности пятерки на несколько k _B T выше MECP, ограничивающим шагом все же может быть обычная скорость пересечения ⁵ ‡.

Швы часто изображают как максимумы вдоль пути реакции, но они также могут располагаться рядом с геометрией реагента на двух поверхностях, рядом с геометрией продукта или даже за пределами области между реагентами и продуктами.Как показано на рисунке 21.2.1, маршруты спуска от раннего (или позднего) MECP на двух спиновых поверхностях могут привести к схожим видам с разным вращением. В зависимости от места пересечения спинов преобразование реагента в продукт другого спина может потребовать как перекрестного спина, так и (адиабатического) прохождения через седло на одной из спиновых поверхностей.

Когда MECP является максимальным на пути от реагентов к намеченным продуктам, скорость пересечения шва определяет скорость для элементарного шага.На рисунке 21.2.2 показаны величины, которые будут важны при вычислении скорости пересечения спинов.

Рисунок 21.2.2. Диабатические поверхности для запрещенной по спину реакции получаются из типичных расчетов электронной структуры без спин-орбитального взаимодействия. V ₁₂ — сила спин-орбитальной связи. Обратите внимание, что MECP находится чуть выше седловой точки, которая возникла бы на адиабатической поверхности основного состояния, если бы было включено спин-орбитальное взаимодействие. [По материалам Harvey Phys.Chem. Chem. Phys . 9, 331-43 (2007).]

Расчет неадиабатической скорости требует частоты достижения шва, а также вероятности перехода от одной поверхности к другой при прохождении траектории через шов. Ландау [11] и Зинер [12] вывели вероятность скачка с одной адиабатической поверхности на другую. Вероятность, которую мы хотим, — это прыжок с одной поверхности diabatic на другую, когда траектория пересекает шов. Таким образом, вероятность неадиабатического перехода равна PNA = 1 − PLZ, где PLZ — результат Ландау-Зинера.Ключевыми параметрами теории Ландау-Зинера являются абсолютная скорость | q˙ | перпендикулярно шву величина спин-орбитальной связи | V12 | на шве, и разница в градиентах на двух диабатических поверхностях в направлении, перпендикулярном шву, то есть ∂E1 / ∂q − ∂E2 / ∂q. Вероятность неадиабатического перехода для одного пересечения шва составляет

(21.2.1) PNA = 1 − exp [−θ (| q˙ |)]

, где параметр Месси θ (| q˙ |) равен

(21.2.2) θ = 2π | V12 | 2ħ | q˙∂ (E2 − E1) / ∂q |

Уравнение (21.2.1) основан на нескольких упрощающих предположениях: постоянная скорость на пересечении, постоянный наклон двух поверхностей и постоянная связь. Тем не менее, он дает полуколичественную оценку вероятности неадиабатического перехода. Величины в параметре Месси показывают, что переход более вероятен для траекторий, которые медленно проходят через шов, для большой спин-орбитальной связи и для поверхностей, которые пересекаются с почти касательными наклонами. Медленная скорость пересечения и почти касательные поверхности сохраняют ситуацию, когда энергии двух спиновых состояний почти одинаковы в течение длительного интервала времени вдоль траектории пересечения шва.Продолжительное энергетическое вырождение создает большое окно возможностей для электронных степеней свободы для осуществления энергосберегающего перехода. Обратите внимание, что небольшие изменения параметра Месси экспоненциально увеличиваются, что дает потенциально огромные изменения в вероятности неадиабатического пересечения. Вот почему могут происходить запрещенные по спину реакции при участии переходных металлов или почти параллельных пересечений [13].

На этом этапе обычный вывод общей скорости пересечения пласта предполагает, что отклонение пересечения пласта от состояния реагента будет включать два коррелированных пересечения пласта.Вероятность перехода при первом проходе по шву — ПНА. Вероятность переключения на втором проходе равна (1-PNA) PNA, то есть вероятность отсутствия перехода на первом проходе, умноженная на вероятность последующего прохода на обратном пути к минимуму в состоянии 1 [8]. Тогда предполагается, что общая вероятность равна PNA + (1-PNA) PNA или, что эквивалентно, PNA (2-PNA). Ключевые предположения в этом расчете заключаются в том, что два пересечения происходят в местах с одинаковыми | ∂E2 / ∂q − ∂E1 / ∂q | и с теми же абсолютными скоростями по q .Можно избежать этих предположений, как показано в выводе ниже.

Частота перехода из состояния 1 в состояние 2 на пересечении составляет

(21.2.3) kNA = 〈δ [q − q ×] | q | ˙PNA (| q | ˙)〉 1 = ∫dq∫ dq˙e − β (F1 (q) + mq˙2 / 2) δ [q − q ×] | q˙ | PNA (| q˙ |) ∫dq∫dq˙e − β (F1 (q) + mq ˙2 / 2)

, где × обозначает точку пересечения, а нижний индекс 1 указывает, что среднее значение превышает диабатическое состояние 1. Уравнение (21.2.3) точно количественно определяет вероятность достижения любой точки на шве при q (x) = q ×, но локальная разность сил | ∂E2 / ∂q − ∂E1 / ∂q | может отличаться от одной точки шва к другой.Неясно, насколько важны результирующие вариации параметра Месси, но они обычно игнорируются. Помимо этого приближения, уравнение (21.2.3) учитывает (1) вероятность выхода на шов, (2) абсолютную скорость траектории, проходящей через шов, и (3) вероятность перехода от одной поверхности к другой. В этой формуле переходы могут происходить при пересечении траекторий в любом направлении.

При достаточно слабой связи | V12 | параметр Масси будет мал для всех типичных скоростей в пласте.Для первого порядка по θ вероятность пересечения кривой для одного прохода через шов составляет

(21.2.4) PNA (| q | ˙) ≈θ (| q˙ |)

Также предположим, что свободная энергия профиль локально параболический около состояния реагента, т.е. около минимума в диабате 1:

(21.2.5) F1 (q) ≈m1ω12 (q − q10) 2/2

Подставляя приближения (21.2.4) и (21.2 .5) в уравнение (21.2.3), а затем завершение интегралов дает

(21.2.6) kNA = | V12 | 22πmω12 / kBTħ | ∂E2 / ∂q − ∂E1 / ∂q | exp [−F1 (q ×) kBT]

Скорость теперь экспоненциально зависит от F1 (q ×), свободной энергии на пересечении q × относительно минимума свободной энергии в состоянии реагента.Обратите внимание, что гармоническое приближение использовалось только в минимуме реагента. Свободную энергию в шве можно вычислить отдельно, например со стандартными статистическими суммами, в которых направление взаимного градиента было удалено из анализа колебаний в MECP.

Формально для вычисления F1 (q ×) требуется координата реакции q , для которой q = q × совпадает со швом. Для пересекающихся поверхностей больших размеров сразу видно, что q должна быть энергетической щелью и что q × = 0.Шов представляет собой набор всех конфигураций, для которых q = E2 (x) −E1 (x) = 0. Энергетическая щель широко использовалась в теоретической работе Маркуса, а также в вычислительной работе Варшела — таким образом, координата энергетической щели равна частично ответственны за две Нобелевские премии !

Пример: гемоглобин и триплет O

₂

Связывание кислорода с гемоглобином включает переход триплета в синглет. Свободный кислород — это триплет, поэтому он должен быть химически инертным и недоступным для метаболизма.Чтобы хемосорбировать кислород в синглетном состоянии, должен произойти переход спинового состояния. Дженсен и Райд [14] показали, что гемоглобин имеет триплетные и синглетные поверхности с почти равной энергией в широкой пространственной области входного канала. По их оценкам, эта особенность диабатических энергетических ландшафтов увеличивает скорость связывания триплетного кислорода с гемом в 10 ¹¹ раз по сравнению с аналогичными неферментативными комплексами FeO [14]. Таким образом, наш метаболизм представляет собой своего рода контролируемый огонь — мы производим ровно столько гемоглобина, чтобы поддерживать его горение с оптимальной скоростью.

Спин-орбитальное взаимодействие в комплексах переходных металлов часто составляет от 10 до 100 см-1 [10]. Неадиабатические спин-запрещенные реакции наиболее важны для переходных металлов 3d и 4d [13]. Для металлов 4f, 5d и 5f спин-орбитальное взаимодействие настолько велико, что реакции, включающие изменение спина, могут по существу протекать адиабатически [13].

Было разработано несколько алгоритмов для поиска MECP [15–17]. Самый простой — минимизировать L = E1 − λ (E2 − E1) относительно положений атомов и множителя Лагранжа λ [15].Вычислительные исследования запрещенных по спину реакций в основном сосредоточены на газофазных реакциях, но также проводился анализ реакций с запрещенными по спину реакций в ферментах, гомогенном и гетерогенном катализе. См. Прекрасные обзоры теории, вычислительных методов и приложений вычислений пересечения спинов у Харви и его коллег [8,18].

Кровь и содержащиеся в ней клетки — группы крови и антигены эритроцитов

В среднем у взрослого человека в крови более 5 литров (6 кварт) тело.Кровь переносит кислород и питательные вещества к живым клеткам и уносит их отходы. продукты. Он также доставляет иммунные клетки для борьбы с инфекциями и содержит тромбоциты. которые могут образовывать пробку в поврежденном кровеносном сосуде, чтобы предотвратить потерю крови.

Через систему кровообращения кровь адаптируется к потребностям организма. Когда вы во время тренировок ваше сердце качает сильнее и быстрее, чтобы обеспечить больше крови и, следовательно, кислород для ваших мышц. Во время инфекции кровь доставляет больше иммунных клеток к место заражения, где они накапливаются, чтобы отразить вредных захватчиков.

Все эти функции делают кровь драгоценной жидкостью. Каждый год в США 30 миллионов Единицы компонентов крови переливаются пациентам, которые в них нуждаются. Кровь считается настолько драгоценное, что его еще называют «красным золотом», потому что клетки и белки в нем Содержимое может быть продано по цене, превышающей стоимость того же веса в золоте.

В этой главе представлены компоненты крови.

Кровь содержит клетки, белки и сахара

Если оставить пробирку с кровью постоять полчаса, кровь разделяется на три слоя по мере более плотной компоненты опускаются на дно трубки, а жидкость остается наверху.

Жидкость соломенного цвета, образующая верхний слой, называется плазмой и составляет около 60%. крови. Средний белый слой состоит из лейкоцитов (WBC) и тромбоциты, а нижний красный слой — красные кровяные тельца (эритроциты). Эти два нижних слои клеток составляют около 40% крови.

Плазма — это в основном вода, но она также содержит много важных веществ, таких как белки (альбумин, факторы свертывания крови, антитела, ферменты и гормоны), сахара (глюкоза) и частицы жира.

Все клетки, обнаруженные в крови, происходят из костного мозга. Они начинают свою жизнь как стволовые клетки, и они созревают в три основных типа клеток — эритроциты, лейкоциты, и тромбоциты. В свою очередь, есть три типа лейкоцитов — лимфоциты, моноциты и гранулоциты — и три основных типа гранулоцитов (нейтрофилы, эозинофилы и базофилы). Посмотрите их в действии в «Знакомство с клетками крови».

См. Диаграмму всех клеточных элементов крови в журнале Janeway & Traver’s Immunobiology.

Проба крови может быть разделена на отдельные компоненты путем центрифугирования. образец в центрифуге.Сила вращения заставляет более плотные элементы раковина, и дальнейшая обработка позволяет изолировать конкретный белок или выделение определенного типа клетки крови. Используя этот метод, антитела и факторы свертывания крови могут быть получены из плазмы для лечения иммунной дефициты и нарушения свертываемости крови соответственно. Таким же образом можно собирать эритроциты. для переливания крови.

Красные кровяные тельца переносят кислород

Каждую секунду 2-3 миллиона эритроцитов производится в костном мозге и попадает в кровоток.Также известен как эритроциты, эритроциты являются наиболее распространенным типом клеток, обнаруживаемых в крови, причем каждый кубический миллиметр крови, содержащий 4-6 миллионов клеток. Диаметр всего 6 мкм, эритроциты достаточно малы, чтобы протиснуться через мельчайшие кровеносные сосуды. Они циркулируют по телу до 120 дней, после чего старые или поврежденные Эритроциты удаляются из кровотока специализированными клетками (макрофагами) в селезенка и печень.

У человека, как и у всех млекопитающих, в зрелых эритроцитах отсутствует ядро.Это позволяет ячейке больше места для хранения гемоглобина, связывающего кислород белка, позволяющего эритроцитам транспортировать больше кислорода. Эритроциты также двояковогнутые; эта форма увеличивает их площадь поверхности для диффузии кислорода через их поверхности. У не млекопитающих У позвоночных, таких как птицы и рыбы, зрелые эритроциты действительно имеют ядро.

Если у пациента низкий уровень гемоглобина, состояние, называемое анемией, они могут кажутся бледными, потому что гемоглобин придает красный цвет эритроцитам и, следовательно, крови.Они может также легко устать и почувствовать одышку из-за важной роли гемоглобин переносит кислород из легких туда, где он необходим тело.

Лейкоциты являются частью иммунного ответа

Лейкоциты бывают разных форм и размеров. Некоторые клетки имеют ядра с множественными доли, тогда как другие содержат одно большое круглое ядро. Некоторые содержат пакеты гранулы в их цитоплазме и поэтому известны как гранулоциты.

Несмотря на различия во внешнем виде, все типы лейкоцитов играют определенную роль. в иммунном ответе.Они циркулируют в крови до тех пор, пока не получат сигнал, что повреждена часть тела. Сигналы включают интерлейкин 1 (IL-1), молекулу секретируются макрофагами, которые вызывают лихорадку инфекций, и гистамином, который высвобождается циркулирующими базофилами и тучными клетками тканей и способствует аллергические реакции. В ответ на эти сигналы лейкоциты покидают кровеносный сосуд путем выдавливание через отверстия в стенке кровеносного сосуда. Они мигрируют к источнику сигнал и поможет начать процесс заживления.

Лица с низким уровнем лейкоцитов могут иметь все более тяжелые инфекции. В зависимости от при отсутствии лейкоцитов, пациент подвержен риску различных типов инфекционное заболевание. Например, макрофаги особенно хорошо проглатывают бактерии и дефицит макрофагов приводит к рецидивирующим бактериальным инфекциям. Напротив, T клетки особенно хорошо умеют бороться с вирусными инфекциями, и потеря их функция приводит к повышенной восприимчивости к вирусным инфекциям.

Нейтрофилы переваривают бактерии

Нейтрофилы также известны как полиморфно-ядерные клетки, потому что они содержат ядро, форма (морфа) которого неправильной формы и содержит много (поли) долей.Они также принадлежат к группе лейкоцитов. известны как гранулоциты, потому что их цитоплазма усеяна гранулами, которые содержат ферменты, которые помогают им переваривать болезнетворные микроорганизмы.

Моноциты становятся макрофагами

Моноциты — молодые лейкоциты, которые циркулируют в крови. Они превращаются в макрофаги после того, как покидают кровь и перекочевала в ткани. Там они обеспечивают немедленную защиту, потому что они могут поглощать (фагоцитоз) и переваривать патогены раньше других типов лейкоцитов добраться до области.

В печени тканевые макрофаги называются клетками Купфера, и они специализируются на удаление вредных агентов из крови, вышедшей из кишечника.Альвеолярные макрофаги находятся в легких и удаляют вредные вещества, которые могли попасть в дыхательные пути. Макрофаги в селезенке удаляют старые или поврежденные эритроциты и тромбоциты. из обращения.

Макрофаги также являются «антигенпрезентирующими клетками», представляющими чужеродные белки. (антигены) к другим иммунным клеткам, вызывая иммунный ответ.

Лимфоциты состоят из В-клеток и Т-клеток

Лимфоциты представляют собой круглые клетки, которые содержат одно большое круглое ядро. Есть два основных класса ячеек: В-клетки, созревающие в костном мозге, и Т-клетки, созревающие в костном мозге. вилочковая железа.

После активации В-клетки и Т-клетки запускают различные типы иммунной системы. отклик. Активированные В-клетки, также известные как плазматические клетки, производят большое количество специфические антитела, которые связываются с агентом, вызвавшим иммунный ответ. Т клетки, называемые вспомогательными Т-клетками, выделяют химические вещества, которые привлекают другие иммунные клетки. и помочь скоординировать их атаку. Другая группа, называемая цитотоксическими Т-клетками, атакует инфицированные вирусом клетки.

Тромбоциты способствуют свертыванию крови

Тромбоциты неправильной формы фрагменты клеток, которые циркулируют в крови, пока они не активируются, чтобы образуют сгусток крови или удаляются селезенкой.Тромбоцитопения — это состояние низкий уровень тромбоцитов и повышенный риск кровотечения. И наоборот, a высокий уровень тромбоцитов (тромбоцитемия) несет повышенный риск образования несоответствующие сгустки крови. Они могут лишить такие важные органы, как сердце и мозг их кровоснабжения, вызывая сердечные приступы и инсульты соответственно.

Как и все клетки крови, тромбоциты происходят из стволовых клеток в кости. костный мозг. Стволовые клетки превращаются в предшественников тромбоцитов (так называемые мегакариоциты), которые «проливать» тромбоциты в кровоток.Там тромбоциты циркулируют около 9 дней. Если в это время они сталкиваются с поврежденными стенками кровеносных сосудов, они прилипают к поврежденный участок и активируются с образованием тромба. Это закрывает дыру. Иначе, в конце своей жизни они выводятся из кровообращения селезенкой. При различных заболеваниях, при которых селезенка чрезмерно активна, например ревматоидный артрита и лейкемии, селезенка удаляет слишком много тромбоцитов, что приводит к увеличению кровотечение.

Общий анализ крови

Общий анализ крови (CBC) — это простой анализ крови, который обычно заказывается как часть планового медицинского осмотра.Как следует из названия, это подсчет различные типы клеток, обнаруженные в крови. Тест может диагностировать и контролировать многие различные заболевания, такие как анемия, инфекции, воспалительные заболевания и злокачественность. дает пример Значения CBC, но обратите внимание, что контрольные диапазоны и используемые единицы могут отличаться, в зависимости от лаборатории, проводившей тест.

Подсчет эритроцитов выявляет анемию

Общий анализ крови измеряет следующие характеристики эритроцитов:

• общее количество гемоглобина (Hb) в крови

• количество эритроцитов (RBC)

• средний размер эритроцитов (MCV)

• объем пространства, занимаемого эритроцитами в крови (гематокрит)

CBC также включает информацию об эритроцитах, которая рассчитывается на основе других измерения, e.г., количество (MCH) и концентрация (MCHC) гемоглобина в РБК.

Количество эритроцитов и количество гемоглобина в крови ниже у женщин чем у мужчин. Это происходит из-за ежемесячной менструальной потери крови. Ниже определенный уровень гемоглобина, пациент считается анемичным, что предполагает клинически значимое падение кислородной способности. Анемия — это не диагноз, но симптом основного заболевания, который необходимо исследовать.

Ключом к разгадке причины анемии является средний размер эритроцитов (средний корпускулярный объем, MCV).Причины высокого MCV включают дефицит B ₁₂ или витамины фолиевой кислоты в рационе. B ₁₂ содержится в красном мясе, следовательно, a дефицит B ₁₂ особенно часто встречается у вегетарианцев и веганов. И наоборот, в свежих листовых зеленых овощах много фолиевой кислоты, поэтому дефицит фолиевой кислоты часто встречается у пожилых людей, которые могут плохо питаться.

Анемия с низким уровнем MCV является обычным явлением и может быть результатом наследственных заболеваний крови, таких как как талассемия, но чаще всего вызвана дефицитом железа.Например, женщины репродуктивного возраста могут терять слишком много железа из-за обильных менструаций. кровотечения и склонны к этой форме анемии, известной как железодефицитная анемия.

Гематокрит — это процент эритроцитов по отношению к общему объему крови

Гематокрит измеряет долю крови, состоящую из эритроцитов. Это отражает комбинацию общего количества эритроцитов и объема, который они занимать.

Одно из изменений, наблюдаемых при беременности, — снижение гематокрита.Это происходит потому, что хотя производство эритроцитов сильно не меняется, объем плазмы увеличивается, т.е. эритроциты «разбавляются». В качестве альтернативы низкий гематокрит может отражают снижение выработки эритроцитов костным мозгом. Это может быть связано с заболевание костного мозга (повреждение токсинами или рак) или из-за снижения эритропоэтин, гормон, секретируемый почками, который стимулирует выработку эритроцитов. Уменьшение количества эритроцитов также может быть результатом сокращения продолжительности жизни эритроцитов (например, хроническое кровотечение).

Высокое значение гематокрита может действительно отражать увеличение доли эритроцитов. (например, повышение эритропоэтина, связанное с опухолью эритроцитов, называемой белая полицитемия), или это может отражать снижение плазменного компонента кровь (например, потеря жидкости у пострадавших от ожогов).

Количество лейкоцитов увеличивается при инфицировании и опухолях

Количество лейкоцитов — это количество лейкоцитов, обнаруженных в одном кубическом миллиметре кровь.

Повышенное количество лейкоцитов чаще всего вызывается инфекциями, такими как инфекция мочевыводящих путей или пневмония.Это также может быть вызвано опухолями лейкоцитов, такими как как лейкоз.

Уменьшение количества лейкоцитов вызвано неспособностью костного мозга производить лейкоциты. или за счет увеличения удаления лейкоцитов из кровотока больной печенью или гиперактивная селезенка. Отказ костного мозга может быть вызван токсинами или нормальные клетки костного мозга заменяются опухолевыми.

Дифференциальная часть лейкоцитов CBC разделяет лейкоциты на пять различных типы: нейтрофилы, лимфоциты, моноциты, эозинофилы и базофилы.обнаружение подсчет каждого типа лейкоцитов дает больше информации об основных проблема. Например, на ранних стадиях инфекции большая часть увеличения в лейкоцитах связано с увеличением нейтрофилов. Как инфекция продолжается, лимфоциты увеличиваются. Глистные инфекции могут вызвать увеличение эозинофилов, тогда как аллергические состояния, такие как сенная лихорадка, вызывают повышение в базофилах.

Количество тромбоцитов указывает на вероятность кровотечения или свертывания

Обычно в одном кубическом миллиметре крови содержится от 150 000 до 400 000 тромбоциты.Если число падает ниже этого диапазона, неконтролируемое кровотечение становится риск, тогда как превышение верхнего предела этого диапазона указывает на риск неконтролируемое свертывание крови.

Гемоглобин связывает кислород

Гемоглобин — это белок, переносящий кислород, который содержится во всех эритроцитах. Он поднимает кислород там, где его много (легкие), и отдает кислород там, где он необходим по всему телу. Гемоглобин также является пигментом, придающим эритроцитам красный цвет.

Гемовые группы и глобины

Как следует из названия, гемоглобин состоит из «гемовых» групп (железосодержащих кольца) и «глобины» (белки).На самом деле гемоглобин состоит из четырех глобинов. белки — две альфа-цепи и две бета-цепи — каждая с группа гема. Гемовая группа содержит один атом железа, и он может связывать один молекула кислорода. Поскольку каждая молекула гемоглобина содержит четыре глобина, он может переносить до четырех молекул кислорода.

Гемоглобин переносит кислород

В легких молекула гемоглобина окружена высокой концентрацией кислород, следовательно, он связывает кислород. В активных тканях концентрация кислорода ниже, поэтому гемоглобин выделяет кислород.

Такое поведение намного эффективнее, потому что гемоглобин –– связывание кислорода «кооперативное». Это означает что связывание одной молекулы кислорода облегчает связывание последующие молекулы кислорода. Точно так же отсоединение кислорода облегчает для высвобождения других молекул кислорода. Это означает, что ответ Гемоглобин удовлетворяет потребности активных тканей в кислороде гораздо быстрее.

Помимо насыщения гемоглобина кислородом, существуют другие факторы, влияющие на то, как легко гемоглобин связывает кислород, включая pH плазмы, уровни бикарбоната плазмы, и давление кислорода в воздухе (особенно на больших высотах).

Молекула 2,3-дисфосфоглицерат (2,3-DPG) связывается с гемоглобином и снижает его сродство к кислороду, что способствует высвобождению кислорода. У лиц, у которых есть привыкли к жизни на больших высотах, уровень 2,3-ДПГ в кровь увеличивается, что позволяет доставить больше кислорода к тканям при низком кислородное напряжение.

Гемоглобин плода

Гемоглобин плода отличается от гемоглобина взрослого тем, что он содержит два гамма цепочки вместо двух бета-цепочек. Гемоглобин плода очень сильно связывает кислород. большее сродство, чем у взрослого гемоглобина; в утробе это преимущество, потому что позволяет крови плода извлекать кислород из материнской крови, несмотря на ее низкий концентрация кислорода.

Обычно весь гемоглобин плода замещается гемоглобином взрослого к моменту рождение.

Разрушение гемоглобина

Старые или поврежденные эритроциты удаляются из кровотока макрофагами в селезенке и печень, а содержащийся в них гемоглобин расщепляется на гем и глобин. Белок глобина может быть переработан или расщеплен на его составляющие. аминокислоты, которые могут быть переработаны или метаболизированы. Гем содержит драгоценные железо, которое сохраняется и повторно используется в синтезе новых молекул гемоглобина.

В процессе метаболизма гем превращается в билирубин, желтый пигмент, который может обесцвечивать кожу и склеры глаза, если он накапливается в крови, состояние, известное как желтуха. Вместо этого альбумин белка плазмы связывается с билирубин и переносит его в печень, где он секретируется с желчью, а также способствует окраске кала.

Желтуха — одно из осложнений переливания несовместимой крови. Этот происходит, когда иммунная система реципиента атакует эритроциты донора как иностранный.Скорость разрушения эритроцитов и последующего производства билирубина может превышают способность печени метаболизировать производимый билирубин.

Гемоглобинопатии

Гемоглобинопатии образуют группу наследственных заболеваний, вызываемых мутации в глобиновых цепях гемоглобина. Серповидно-клеточная анемия — самая является общим из них и может быть отнесен на счет мутации, которая изменяет одну из аминокислот кислоты в бета-цепи гемоглобина, производящие гемоглобин, который является «хрупким». Когда концентрация кислорода низкая, эритроциты имеют тенденцию искажаться и становиться серповидными. сформированный.Эти деформированные клетки могут блокировать мелкие кровеносные сосуды и повреждать органы. они поставляют. Это может быть очень болезненным и, если не лечить, может вызвать серповидно-клеточный кризис может быть фатальным.

Другая наследственная анемия, которая особенно поражает жителей Средиземноморья. происхождение — талассемия. Ошибка в производстве альфа- или бета-глобина цепочки вызывает ряд симптомов в зависимости от того, сколько копий альфа и бета-гены. Некоторые люди могут быть носителями болезни и не имеют никаких симптомов, тогда как если все копии генов потеряны, болезнь фатальный.

Порфирии представляют собой группу наследственных заболеваний, при которых синтез гема нарушается. В зависимости от стадии, на которой происходит нарушение, различают ряд неврологических и желудочно-кишечных побочных эффектов. Король Георг III Англия («безумие короля Георга») была одной из самых известных личностей. кто страдал порфирией.

Эритроциты | Анатомия и физиология II

Задачи обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите анатомию эритроцитов
• Обсудите различные этапы жизненного цикла эритроцита
• Объясните состав и функцию гемоглобина

Эритроцит , широко известный как эритроцит (или эритроцит), на сегодняшний день является наиболее распространенным формованным элементом: одна капля крови содержит миллионы эритроцитов и всего тысячи лейкоцитов.В частности, у мужчин около 5,4 миллиона эритроцитов на микролитр ( µ л) крови, а у женщин — примерно 4,8 миллиона на 90 349 µ L. Фактически, по оценкам, эритроциты составляют около 25 процентов от общего количества клеток в организме. . Как вы понимаете, это довольно маленькие клетки со средним диаметром всего около 7-8 микрометров ( µ м) (рис. 1). Основные функции эритроцитов заключаются в том, чтобы забирать вдыхаемый кислород из легких и транспортировать его к тканям организма, а также собирать часть (около 24 процентов) углекислого газа из тканей и транспортировать его в легкие для выдоха.Эритроциты остаются в сосудистой сети. Хотя лейкоциты обычно покидают кровеносные сосуды для выполнения своих защитных функций, движение эритроцитов из кровеносных сосудов является ненормальным.

Рис. 1. Сводка сформированных элементов в крови

Форма и структура эритроцитов

По мере созревания эритроцита в красном костном мозге он вытесняет свое ядро ​​и большинство других своих органелл. В течение первых дней или двух, пока он находится в кровотоке, незрелый эритроцит, известный как ретикулоцит , обычно все еще будет содержать остатки органелл.Ретикулоциты должны составлять приблизительно 1-2 процента от количества эритроцитов и обеспечивать приблизительную оценку скорости производства эритроцитов, с аномально низкой или высокой скоростью, указывающей на отклонения в продукции этих клеток. Однако эти остатки, в первую очередь сети (ретикулум) рибосом, быстро сбрасываются, а зрелые циркулирующие эритроциты имеют мало внутренних структурных компонентов клетки. Например, не имея митохондрий, они полагаются на анаэробное дыхание. Это означает, что они не используют кислород, который они транспортируют, поэтому они могут доставить его в ткани.У них также отсутствует эндоплазматическая сеть и они не синтезируют белки. Однако эритроциты содержат некоторые структурные белки, которые помогают клеткам крови поддерживать свою уникальную структуру и позволяют им изменять свою форму, чтобы протиснуться через капилляры. Сюда входит белковый спектрин, белковый элемент цитоскелета.

Рис. 2. Форма красных кровяных телец Эритроциты представляют собой двояковогнутые диски с очень мелкими центрами. Эта форма оптимизирует соотношение площади поверхности к объему, облегчая газообмен.Это также позволяет им складываться при движении по узким кровеносным сосудам.

Эритроциты — двояковогнутые диски; то есть они пухлые на периферии и очень тонкие в центре (рис. 2). Поскольку в них отсутствует большинство органелл, внутри больше места для присутствия молекул гемоглобина, которые, как вы вскоре увидите, переносят газы. Двояковогнутая форма также обеспечивает большую площадь поверхности, на которой может происходить газообмен, по сравнению с ее объемом; сфера аналогичного диаметра будет иметь меньшее отношение площади поверхности к объему.В капиллярах кислород, переносимый эритроцитами, может диффундировать в плазму, а затем через стенки капилляров, достигая клеток, в то время как часть углекислого газа, производимого клетками в качестве продукта жизнедеятельности, диффундирует в капилляры и поглощается ими. эритроциты. Капиллярные русла чрезвычайно узкие, что замедляет прохождение эритроцитов и предоставляет расширенные возможности для газообмена. Однако пространство внутри капилляров может быть настолько маленьким, что, несмотря на их небольшой размер, эритроцитам, возможно, придется складываться сами по себе, чтобы пробиться сквозь них.К счастью, их структурные белки, такие как спектрин, гибки, что позволяет им удивительно сгибаться, а затем снова отскакивать, когда они входят в более широкий сосуд. В более широких сосудах эритроциты могут скапливаться подобно свитку монет, образуя руло, от французского слова «свиток».

Гемоглобин

Гемоглобин — большая молекула, состоящая из белков и железа. Он состоит из четырех свернутых цепей белка, называемого глобин , обозначенного альфа 1 и 2 и бета 1 и 2 (рис. 3а).Каждая из этих молекул глобина связана с молекулой красного пигмента под названием гем , который содержит ион железа (Fe ²⁺ ) (рис. 3b).

Рис. 3. (a) Молекула гемоглобина содержит четыре глобиновых белка, каждый из которых связан с одной молекулой железосодержащего пигментного гема. (б) Один эритроцит может содержать 300 миллионов молекул гемоглобина и, следовательно, более 1 миллиарда молекул кислорода.

Каждый ион железа в геме может связываться с одной молекулой кислорода; следовательно, каждая молекула гемоглобина может переносить четыре молекулы кислорода.Отдельный эритроцит может содержать около 300 миллионов молекул гемоглобина и, следовательно, может связываться и переносить до 1,2 миллиарда молекул кислорода (см. Рисунок 3b).

В легких гемоглобин поглощает кислород, который связывается с ионами железа, образуя оксигемоглобин . Ярко-красный насыщенный кислородом гемоглобин перемещается в ткани организма, где он высвобождает некоторые молекулы кислорода, становясь более темно-красным дезоксигемоглобин , иногда называемый восстановленным гемоглобином.Выделение кислорода зависит от потребности в кислороде в окружающих тканях, поэтому гемоглобин редко, если вообще когда-либо, оставляет весь свой кислород позади. По капиллярам углекислый газ попадает в кровоток. Около 76 процентов растворяется в плазме, часть остается в виде растворенного CO ₂ , а остальная часть образует ион бикарбоната. Около 23–24 процентов его связывается с аминокислотами в гемоглобине, образуя молекулу, известную как карбаминогемоглобин . Из капилляров гемоглобин переносит углекислый газ обратно в легкие, где он высвобождает его для обмена кислорода.

Изменения в уровнях эритроцитов могут существенно повлиять на способность организма эффективно доставлять кислород к тканям. Неэффективный гемопоэз приводит к недостаточному количеству эритроцитов и приводит к одной из нескольких форм анемии. Избыточное производство эритроцитов вызывает состояние, называемое полицитемией. Основным недостатком полицитемии является не недостаточная доставка кислорода к тканям напрямую, а повышенная вязкость крови, которая затрудняет циркуляцию крови в сердце.

У пациентов с недостаточным гемоглобином ткани могут не получать достаточно кислорода, что приводит к другой форме анемии. При определении оксигенации тканей наибольший интерес в здравоохранении представляет процент насыщения; то есть процент участков гемоглобина, занятых кислородом в крови пациента. Клинически это значение обычно обозначается просто как «процент насыщения».

Процент насыщения обычно контролируется с помощью устройства, известного как пульсоксиметр, который прикладывают к тонкой части тела, обычно к кончику пальца пациента.Устройство работает, посылая через палец световые волны двух разных длин (одна красная, другая инфракрасная) и измеряя свет с помощью фотодетектора на выходе. Гемоглобин по-разному поглощает свет в зависимости от его насыщения кислородом. Устройство калибрует количество света, полученного фотодетектором, по количеству, поглощенному частично оксигенированным гемоглобином, и представляет данные как процент насыщения. Нормальные показания пульсоксиметра находятся в диапазоне 95–100 процентов. Более низкие проценты отражают гипоксемию или низкий уровень кислорода в крови.Термин «гипоксия» является более общим и просто относится к низкому уровню кислорода. Уровень кислорода также контролируется непосредственно по свободному кислороду в плазме, обычно после артериальной палочки. Когда применяется этот метод, количество присутствующего кислорода выражается в единицах парциального давления кислорода или просто pO ₂ и обычно регистрируется в миллиметрах ртутного столба, мм рт.

Почки фильтруют около 180 литров (~ 380 пинт) крови у среднего взрослого каждый день, или около 20 процентов от общего объема покоя, и, таким образом, служат идеальным местом для рецепторов, определяющих насыщение кислородом.В ответ на гипоксемию меньшее количество кислорода будет покидать сосуды, снабжающие почки, что приводит к гипоксии (низкой концентрации кислорода) в тканевой жидкости почек, где фактически контролируется концентрация кислорода. Интерстициальные фибробласты в почках секретируют ЭПО, тем самым увеличивая продукцию эритроцитов и восстанавливая уровни кислорода. В классической петле отрицательной обратной связи по мере увеличения насыщения кислородом секреция ЭПО падает, и наоборот, тем самым поддерживая гомеостаз. Население, живущее на большой высоте, с изначально более низким уровнем кислорода в атмосфере, естественно, поддерживает более высокий гематокрит, чем люди, живущие на уровне моря.Следовательно, люди, путешествующие на большие высоты, могут испытывать симптомы гипоксемии, такие как усталость, головная боль и одышка, в течение нескольких дней после прибытия. В ответ на гипоксемию почки секретируют ЭПО, чтобы увеличить производство эритроцитов до тех пор, пока гомеостаз снова не будет достигнут. Чтобы избежать симптомов гипоксемии или высотной болезни, альпинисты обычно отдыхают от нескольких дней до недели или более в нескольких лагерях, расположенных на увеличивающейся высоте, чтобы обеспечить повышение уровня ЭПО и, следовательно, количества эритроцитов.При восхождении на самые высокие вершины, такие как Mt. Эверест и К2 в Гималаях, многие альпинисты полагаются на баллонный кислород, приближаясь к вершине.

Жизненный цикл эритроцитов

Производство эритроцитов в костном мозге происходит с ошеломляющей скоростью — более 2 миллионов клеток в секунду. Для того, чтобы это производство произошло, необходимо наличие определенного количества сырья в достаточных количествах. К ним относятся те же питательные вещества, которые необходимы для производства и поддержания любой клетки, такие как глюкоза, липиды и аминокислоты.Однако для производства эритроцитов также необходимы несколько микроэлементов:

• Утюг. Мы сказали, что каждая гемовая группа в молекуле гемоглобина содержит ион микроэлемента железа. В среднем усваивается менее 20 процентов потребляемого нами железа. Гемовое железо из продуктов животного происхождения, таких как мясо, птица и рыба, усваивается более эффективно, чем негемовое железо из растительной пищи. После абсорбции железо становится частью общего запаса железа в организме. Костный мозг, печень и селезенка могут хранить железо в белковых соединениях ферритин и гемосидерин .Ферропортин транспортирует железо через плазматические мембраны клеток кишечника и из мест его хранения в тканевую жидкость, где оно попадает в кровь. Когда ЭПО стимулирует выработку эритроцитов, железо высвобождается из хранилища, связывается с трансферрином и переносится в красный костный мозг, где оно прикрепляется к предшественникам эритроцитов.
• Медь. Микроэлемент, медь является компонентом двух белков плазмы, гефестина и церулоплазмина. Без этого гемоглобин не мог бы вырабатываться должным образом.Гефестин, расположенный в ворсинках кишечника, обеспечивает всасывание железа клетками кишечника. Церулоплазмин переносит медь. Оба обеспечивают окисление железа из Fe ²⁺ в Fe ³⁺ , форму, в которой оно может быть связано со своим транспортным белком, , трансферрином , для транспортировки к клеткам организма. В состоянии дефицита меди транспорт железа для синтеза гема снижается, и железо может накапливаться в тканях, что в конечном итоге может привести к повреждению органов.
• Цинк.Микроэлемент цинка действует как кофермент, который способствует синтезу гемовой части гемоглобина.
• витаминов группы В. Витамины группы B фолиевая кислота и витамин B ₁₂ действуют как коферменты, способствующие синтезу ДНК. Таким образом, оба имеют решающее значение для синтеза новых клеток, в том числе эритроцитов.

Эритроциты живут в кровообращении до 120 дней, после чего изношенные клетки удаляются миелоидными фагоцитарными клетками, называемыми макрофагами , расположенными в основном в костном мозге, печени и селезенке.Компоненты гемоглобина разрушенных эритроцитов подвергаются дальнейшей переработке следующим образом:

• Глобин, белковая часть гемоглобина, расщепляется на аминокислоты, которые могут быть отправлены обратно в костный мозг для использования в производстве новых эритроцитов. Гемоглобин, который не подвергается фагоцитозу, расщепляется в кровотоке, высвобождая альфа- и бета-цепи, которые удаляются из кровотока почками.
• Железо, содержащееся в гемовой части гемоглобина, может храниться в печени или селезенке, прежде всего в форме ферритина или гемосидерина, или переноситься через кровоток с трансферрином в красный костный мозг для рециркуляции в новые эритроциты.
• Часть гема, не содержащая железа, разлагается на продукт жизнедеятельности биливердин , зеленый пигмент, а затем на другой продукт отходов, билирубин , желтый пигмент. Билирубин связывается с альбумином и перемещается с кровью в печень, которая использует его для производства желчи — соединения, выделяемого в кишечнике для эмульгирования пищевых жиров. В толстом кишечнике бактерии расщепляют билирубин отдельно от желчи и превращают его в уробилиноген, а затем в стеркобилин.Затем он выводится из организма с калом. Антибиотики широкого спектра действия обычно также уничтожают эти бактерии и могут изменить цвет фекалий. Почки также удаляют циркулирующий билирубин и другие побочные продукты метаболизма, такие как уробилин, и выделяют их с мочой.

Пигменты разложения, образовавшиеся в результате разрушения гемоглобина, можно увидеть в различных ситуациях. В месте травмы биливердин из поврежденных эритроцитов дает некоторые из драматических цветов, связанных с синяками.При нарушении функции печени билирубин не может быть эффективно удален из кровообращения, и тело приобретает желтоватый оттенок, связанный с желтухой. Стеркобилины в фекалиях дают типичный коричневый цвет, связанный с этими отходами. А желтый цвет мочи связан с уробилинами.

Жизненный цикл эритроцитов представлен на Рисунке 4:

Рис. 4. Эритроциты производятся в костном мозге и отправляются в кровоток. В конце своего жизненного цикла они уничтожаются макрофагами, а их компоненты перерабатываются.

Заболевания эритроцитов

Размер, форма и количество эритроцитов, а также количество молекул гемоглобина могут иметь большое влияние на здоровье человека. Когда количество эритроцитов или гемоглобина недостаточное, общее состояние называется анемией . Существует более 400 типов анемии, и более 3,5 миллионов американцев страдают этим заболеванием. Анемии можно разделить на три основные группы: анемии, вызванные кровопотерей, анемии, вызванные неправильным или сниженным образованием эритроцитов, и анемии, вызванные чрезмерным разрушением эритроцитов.Клиницисты часто используют две группы в диагностике: кинетический подход фокусируется на оценке образования, разрушения и удаления эритроцитов, тогда как морфологический подход исследует сами эритроциты, уделяя особое внимание их размеру. Распространенным тестом является средний объем тельца (MCV), который измеряет размер. Клетки нормального размера называются нормоцитами, клетки меньшего размера — микроцитами, а клетки большего размера — макроцитами. Подсчет ретикулоцитов также важен и может выявить недостаточное производство эритроцитов.Эффекты различных анемий широко распространены, потому что снижение количества эритроцитов или гемоглобина приведет к снижению уровня кислорода, доставляемого к тканям организма. Поскольку кислород необходим для функционирования тканей, анемия вызывает утомляемость, вялость и повышает риск инфицирования. Дефицит кислорода в головном мозге снижает способность ясно мыслить и может вызвать головные боли и раздражительность. Недостаток кислорода вызывает у пациента одышку, даже если сердце и легкие работают тяжелее в ответ на его дефицит.

Анемии кровопотери довольно просты. Помимо кровотечения из ран или других повреждений, эти формы анемии могут быть вызваны язвами, геморроем, воспалением желудка (гастритом) и некоторыми видами рака желудочно-кишечного тракта. Чрезмерное употребление аспирина или других нестероидных противовоспалительных препаратов, таких как ибупрофен, может вызвать язвы и гастрит. Также потенциальными причинами могут быть обильная менструация и потеря крови во время родов.

Анемии, вызванные нарушением или снижением выработки эритроцитов, включают серповидно-клеточную анемию, железодефицитную анемию, авитаминозную анемию, а также заболевания костного мозга и стволовых клеток.

Рисунок 5. Серповидные клетки Серповидноклеточная анемия вызывается мутацией в одном из генов гемоглобина. Эритроциты производят гемоглобин аномального типа, из-за которого клетка принимает серповидную или серповидную форму. (кредит: Дженис Хейни Карр)

• Характерное изменение формы эритроцитов наблюдается в серповидно-клеточной анемии (также называемой серповидно-клеточной анемией). Это генетическое заболевание, вызванное выработкой аномального типа гемоглобина, называемого гемоглобином S, который доставляет меньше кислорода к тканям и заставляет эритроциты принимать серповидную (или серповидную) форму, особенно при низких концентрациях кислорода (рис. 5).Эти клетки аномальной формы могут затем оседать в узких капиллярах, потому что они не могут складываться сами по себе, чтобы протиснуться через них, блокируя кровоток к тканям и вызывая множество серьезных проблем, от болезненных суставов до задержки роста и даже слепоты и нарушений мозгового кровообращения (инсульты). ). Серповидно-клеточная анемия — это генетическое заболевание, которое особенно встречается у лиц африканского происхождения.
• Железодефицитная анемия является наиболее распространенным типом и возникает, когда количество доступного железа недостаточно для производства достаточного количества гема.Это состояние может возникать у людей с дефицитом железа в рационе и особенно часто встречается у подростков и детей, а также у веганов и вегетарианцев. Кроме того, железодефицитная анемия может быть вызвана либо неспособностью усваивать и транспортировать железо, либо медленным хроническим кровотечением.
• Витаминно-дефицитные анемии обычно связаны с недостаточностью витамина B12 и фолиевой кислоты.
  • Мегалобластная анемия связана с дефицитом витамина B12 и / или фолиевой кислоты и часто связана с диетами с дефицитом этих основных питательных веществ.Отсутствие мяса или жизнеспособного альтернативного источника, а также переварка или употребление недостаточного количества овощей могут привести к недостатку фолиевой кислоты.
  • Пагубная анемия вызвана плохой абсорбцией витамина B12 и часто наблюдается у пациентов с болезнью Крона (тяжелое кишечное расстройство, часто лечатся хирургическим путем), хирургическим удалением кишечника или желудка (обычно при некоторых операциях по снижению веса), кишечными паразитами, и СПИД.
  • Беременность, прием некоторых лекарств, чрезмерное употребление алкоголя и некоторые заболевания, такие как целиакия, также связаны с дефицитом витаминов.Очень важно обеспечить достаточное количество фолиевой кислоты на ранних сроках беременности, чтобы снизить риск неврологических дефектов, в том числе расщелины позвоночника, когда нервная трубка не закрывается.
• Различные болезненные процессы также могут препятствовать производству и образованию эритроцитов и гемоглобина. Если миелоидные стволовые клетки являются дефектными или заменяются раковыми клетками, будет произведено недостаточное количество эритроцитов.
  • Апластическая анемия — это состояние, при котором наблюдается недостаточное количество стволовых клеток эритроцитов.Апластическая анемия часто передается по наследству или может быть вызвана радиацией, лекарствами, химиотерапией или инфекцией.
  • Талассемия — это унаследованное заболевание, обычно встречающееся у людей с Ближнего Востока, Средиземноморья, Африки и Юго-Восточной Азии, при котором созревание эритроцитов не происходит нормально. Самая тяжелая форма называется анемией Кули.
  • Воздействие свинца из промышленных источников или даже пыль от кусочков краски железосодержащих красок или керамики, которая не была должным образом глазурована, также может привести к разрушению красного костного мозга.
• Различные болезненные процессы также могут приводить к анемии. К ним относятся хронические заболевания почек, часто связанные со снижением выработки ЭПО, гипотиреоз, некоторые формы рака, волчанка и ревматоидный артрит.

В отличие от анемии повышенное количество эритроцитов называется полицитемией и обнаруживается при повышенном гематокрите пациента. Это может происходить временно у обезвоженного человека; при недостаточном водопотреблении или чрезмерных потерях воды объем плазмы падает.В результате повышается гематокрит. По причинам, упомянутым ранее, легкая форма полицитемии является хронической, но нормой для людей, живущих на большой высоте. Некоторые элитные спортсмены тренируются на большой высоте специально для того, чтобы вызвать это явление. Наконец, тип заболевания костного мозга, называемый истинной полицитемией (от греческого vera = «истинный»), вызывает чрезмерное производство незрелых эритроцитов. Истинная полицитемия может привести к опасному повышению вязкости крови, повышению артериального давления и затруднению перекачки крови сердцем по всему телу.Это относительно редкое заболевание, которое чаще встречается у мужчин, чем у женщин, и чаще встречается у пожилых пациентов старше 60 лет.

Обзор главы

Эритроциты, самые распространенные в крови форменные элементы, представляют собой красные двояковогнутые диски, заполненные соединением, переносящим кислород, называемым гемоглобином. Молекула гемоглобина содержит четыре белка глобина, связанных с молекулой пигмента, называемой гемом, который содержит ион железа. В кровотоке железо поглощает кислород в легких и отдает его тканям; Затем аминокислоты в гемоглобине переносят углекислый газ из тканей обратно в легкие.

Эритроциты живут в среднем всего 120 дней, и поэтому их необходимо постоянно восстанавливать. Изношенные эритроциты фагоцитируются макрофагами, и их гемоглобин расщепляется. Продукты распада перерабатываются или удаляются как отходы: глобин расщепляется на аминокислоты для синтеза новых белков; железо хранится в печени или селезенке или используется костным мозгом для производства новых эритроцитов; а остатки гема превращаются в билирубин или другие продукты жизнедеятельности, которые поглощаются печенью и выводятся с желчью или удаляются почками.Анемия — это дефицит эритроцитов или гемоглобина, тогда как полицитемия — это избыток эритроцитов.

Самопроверка

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе.

Вопросы о критическом мышлении

1. молодая женщина уже несколько лет страдает необычно обильным менструальным кровотечением. Она придерживается строгой веганской диеты (без продуктов животного происхождения). По какому заболеванию она подвержена риску и почему?
2. У пациента талассемия — генетическое заболевание, характеризующееся аномальным синтезом белков глобина и чрезмерным разрушением эритроцитов.Этот пациент страдает желтухой и имеет повышенный уровень билирубина в крови. Объясните связь.

Показать ответы

1. Она подвержена риску анемии, потому что ее необычно обильное менструальное кровотечение приводит к чрезмерной потере эритроцитов каждый месяц. В то же время ее веганская диета означает, что она не имеет диетических источников гемового железа. Негемовое железо, которое она потребляет с растительной пищей, усваивается не так хорошо, как гемовое железо.
2. Билирубин представляет собой продукт распада не содержащего железа компонента гема, который отщепляется от глобина при разложении эритроцитов.Чрезмерное разрушение эритроцитов приведет к депонированию чрезмерного билирубина в крови. Билирубин — это желтоватый пигмент, высокий уровень которого в крови может проявляться пожелтением кожи.

Глоссарий

анемия: дефицит эритроцитов или гемоглобина

билирубин: желтоватый пигмент желчи, образующийся при удалении железа из гема и последующем расщеплении на продукты жизнедеятельности

биливердин: зеленый желчный пигмент, образующийся при разложении не содержащей железа части гема в отходы; превращается в билирубин в печени

карбаминогемоглобин: соединение диоксида углерода и гемоглобина и один из путей, которым диоксид углерода переносится в кровь

дезоксигемоглобин: молекула гемоглобина без связанной с ней молекулы кислорода

эритроцит: (также эритроцит) зрелая миелоидная кровяная клетка, которая состоит в основном из гемоглобина и функционирует главным образом в транспортировке кислорода и углекислого газа

ферритин: белковая форма хранения железа, обнаруженная в костном мозге, печени и селезенке

глобин: гемсодержащий глобулярный белок, входящий в состав гемоглобина

гем: красный железосодержащий пигмент, с которым кислород связывается в гемоглобине

гемоглобин: кислородсодержащее соединение в эритроцитах

гемосидерин: белковая форма хранения железа, обнаруженная в костном мозге, печени и селезенке

гипоксемия: на уровень насыщения крови кислородом ниже нормы (обычно <95 процентов)

макрофаг: фагоцитарная клетка миелоидной линии; созревший моноцит

оксигемоглобин: молекула гемоглобина, с которой связан кислород

полицитемия: повышенный уровень гемоглобина, адаптивный или патологический

ретикулоцит: незрелый эритроцит, который все еще может содержать фрагменты органелл

серповидно-клеточная анемия: (также серповидно-клеточная анемия) наследственное заболевание крови, при котором молекулы гемоглобина деформированы, что приводит к разрушению эритроцитов, которые принимают характерную серповидную форму

талассемия: наследственное заболевание крови, при котором созревание эритроцитов не происходит нормально, что приводит к аномальному образованию гемоглобина и разрушению эритроцитов

трансферрин: белок плазмы , который обратимо связывается с железом и распределяет его по организму

Диффузия гемоглобина и динамика захвата кислорода эритроцитами

Броуновская диффузия в сравнении с аномальной диффузией

С помощью NSE мы измеряем промежуточную функцию рассеяния I ( q , t ).{-iq \ mathrm {. (} {r} _ {j} (t) — {r} _ {i} \ mathrm {(0))}} \ rangle $$

(1)

q — волновой вектор рассеяния, при этом q = (4 π / λ ) sin ( θ ), где 2 θ — угол рассеяния, а λ — длина волны нейтроны, r _j ( t ) — это положение j-го рассеивающего центра в момент времени t. б _и — длина когерентного рассеяния i-го центра рассеяния.

Для макромолекул почти сферической формы, таких как гемоглобин, при очень низкой концентрации , испытывающих броуновское движение в растворителе, промежуточная функция рассеяния, в режиме малоуглового рассеяния нейтронов (МУРН) (\ (q \ ll \ tfrac {2 \ pi} {d} \), d — расстояние между двумя центрами рассеяния) можно свести к функции автокорреляции ^{29, 30} :

$$ {I} _ {s} (q, t) \ simeq \ sum _ {я, j} \, \ langle {e} ^ {- iq \ mathrm {.{2} \).

При увеличении концентрации макромолекул необходимо учитывать взаимодействие между ними и нельзя пренебрегать членами i ≠ j в уравнении 1, структурный фактор белок-белок, отличный от 1, появляется в интенсивности рассеяния раствора. Однако в диапазоне волновых векторов \ (qR \ gg 1 \), где R — радиус белка, получается S ( q ) ~ 1, членами i ≠ j в уравнении 1 можно пренебречь. ; в этом диапазоне волновых векторов измеряется само промежуточная функция рассеяния I _с ( q , t ) концентрированного белкового раствора.{\ beta}} $$

(4)

, чтобы различать одно экспоненциальное затухание или растянутую экспоненту промежуточной функции рассеяния (мы используем β , а не α , как это обычно встречается в литературе ³² , но имеет то же значение). Мы четко проверили, что \ (\ beta \ simeq 1 \) для диапазона интересующего волнового вектора (см. SI), который подчеркивает одно экспоненциальное затухание I ( q , t ).{2} т}

$ (5)

D ( q ) называется кажущимся коэффициентом диффузии. Итак, во второй серии уточнений мы подогнали формулу 5 к экспериментальным данным и извлекли D ( q , c _п. ) для каждого раствора гемоглобина в разной концентрации. Промежуточная функция рассеяния, измеренная на растворах гемоглобина с помощью спинового эха нейтронов вместе с подгонками, изображена на рисунках 1 и 2 для двух концентраций белка c _п. = 105 г . л ^-1 и с _п. = 327 г . л ^-1 . Для наглядности по всем измерениям нанесено только ограниченное количество спектров. При увеличении концентрации из-за уменьшения диффузии (т.е. увеличения времени релаксации) нам пришлось увеличить диапазон измеряемых волновых векторов, чтобы получить более быстрое уменьшение I ( q , t ).Для обоих рисунков ясно, что есть небольшое отклонение от единственного экспоненциального затухания для наименьшего измеренного q (наибольшего времени релаксации). Результаты, полученные для D ( q , c _п. ) изображены на рис.3 для трех концентраций: c _п. = 105 г . л ^-1 , с _п. = 210 г . л ^-1 и с _п. = 327 г . л ^-1 .

Рис. 1

Промежуточная функция рассеяния, измеренная на спектрометре нейтронного спинового эха SNS, в диапазоне волнового вектора от q = 0,069 Å ⁻¹ до q = 0,125 Å ⁻¹ , по раствору гемоглобина c _п. = 105 г . л ^-1 . Показаны 22 спектра из 60, измеренных при 4 различных углах рассеяния.

Рис. 2

Промежуточная функция рассеяния, измеренная на спектрометре нейтронного спинового эха SNS, в диапазоне волнового вектора от q = 0,069 Å ⁻¹ до q = 0,25 Å ⁻¹ , по раствору гемоглобина c _п. = 327 г . л ^-1 .

Рисунок 3

Зависимость волнового вектора кажущегося коэффициента диффузии D (q), измеренного NSE, для трех растворов с концентрацией c _п. = 105 г . л ^-1 , с _п. = 210 г . л ^-1 и с _п. = 330 г . л ^-1 . Значение, полученное для q → 0, является коэффициентом взаимной или коллективной диффузии, тогда как значение плато соответствует долгосрочному коэффициенту самодиффузии при данной концентрации D _с ( c ) _п. ) (см. Текст).

Так как когерентное рассеяние нейтронов измеряется при очень малом волновом векторе, D ( q , c _п. ) представляет собой коллективный коэффициент диффузии в пределах q → 0, таким образом, аналогичный коэффициенту, измеренному с помощью фотонной корреляционной спектроскопии (PCS). Этот коэффициент коллективной диффузии был измерен в растворах гемоглобина и очень медленно изменяется с концентрацией ^{34, 35} .К сожалению, невозможно сравнить измерения диффузии Hb в эритроцитах с помощью PCS с результатами NSE, поскольку в спектрах светорассеяния преобладают флуктуации мембраны ³⁶ . Коэффициент коллективной диффузии значительно больше, чем коэффициент самодиффузии ³⁵ , особенно при высокой концентрации белка, а коэффициенты коллективной и самодиффузии совпадают при бесконечном разбавлении. {2} \) (см. Формулу 5).Значение, полученное при высоком q (значении плато), соответствует диапазону волнового вектора, в котором структурный фактор белок-белок равен \ (S (q) \ simeq 1 \). Как упоминалось ранее, этот диапазон q соответствует некогерентному приближению когерентного рассеяния, а кажущийся коэффициент диффузии соответствует самодиффузии \ ({D} _ {s} ({c} _ {p}) = {\ mathrm {lim}} _ {q \ mathrm {.} R \ gg 1} \, D (q, {c} _ {p}) \). Ранее было показано, что это соответствует коэффициенту долгой самодиффузии ^{28, 37} .Изменение коэффициента самодиффузии для растворов гемоглобина с различной концентрацией, измеренное с помощью спинового эха нейтронов при T = 20 ° C, показано на рис. 4. Для сравнения экспериментальные результаты, полученные разными методами, показаны вместе после масштабирования до T = 20 ° C согласно соотношению Стокса-Эйнштейна (см. Выше). Поразительно, что наблюдается сильный разброс точек, полученных разными авторами и разными экспериментальными методами.

Рис. 4

Результаты экспериментов по изменению коэффициента самодиффузии в растворе, полученные разными методами, большой полный красный кружок в данном исследовании, от Moll ¹⁷ зеленый и красный крестики ¹⁷ , Gross ²¹ синий ромб , Риверос и др. . ²⁰ черный крест, Эверхарт и Джонсон ²⁵ синий треугольник, Келлер и др. . т _c = 37 ° C до T _c = 20 ° C пустой черный алмаз, T _c = пустой красный алмаз 20 ° C, Спаан и др. . ²³ полный зеленый бриллиант, Адамс и Фатт ¹⁸ полный голубой круг и Bouwer и др. . ²² пустой синий кружок. И коэффициент самодиффузии, измеренный непосредственно в эритроцитах с помощью ЯМР, полный черный кружок ²⁶ , полный зеленый кружок ²⁷ и NSE в эритроцитах, полный черный квадрат ²⁸ .

В случае белка в эритроцитах и ​​в растворах, где концентрация гемоглобина почти постоянна, за исключением небольших колебаний, для оценки транспортных свойств необходимо использовать коэффициент самодиффузии в течение длительного времени.Сильная деформация эритроцитов, вероятно, приведет к более актуальной коллективной диффузии белка. Однако мы решили пренебречь этим эффектом и предположить, что коэффициент транспортной диффузии в эритроцитах соответствует коэффициенту самодиффузии, который доступен NSE при более высоких волновых векторах ^{38, 39} .

Аналитическое описание концентрационной зависимости коэффициента диффузии

Вязкость концентрированного белкового раствора обычно описывается с использованием уравнения, выведенного Муни ⁴⁰ , которое является расширением формулы Эйнштейна для бесконечного разбавления раствора жесткой сферической формы до конечной концентрации. частицы:

$$ \ eta = {\ eta} _ {0} \, exp \, (\ frac {\ nu {\ rm {\ Phi}}} {1-k {\ rm {\ Phi}}} ) $$

(6)

η ₀ — вязкость растворителя, Φ — объемная доля белка, а k — постоянный коэффициент самонасыщения.Коэффициент ν определяется как \ (\ nu \ eta = {\ mathrm {lim}} _ {{\ rm {\ Phi}} \ to 0} \, \ frac {\ eta — {\ eta} _ { 0}} {{\ eta} _ {0}} \), это обобщенное уравнение Эйнштейна \ (\ eta \ simeq {\ eta} _ {0} \ mathrm {(1} +2.5 \ varphi) \), он был установлен Муни равным ν = 2,5, чтобы соответствовать формуле Эйнштейна, но может превышать это значение для несферических частиц. Сложность применения этой формулы к растворам белка состоит в том, чтобы оценить Φ, поскольку она соответствует гидродинамической объемной доле, которая включает водную оболочку гидратации, которая движется вместе с ядром белка, что трудно определить.Росс и Минтон ⁴¹ преодолевают эту трудность, модифицируя уравнение Муни. Они ввели характеристическую вязкость раствора [ η ], величину, измеренную для разбавленного раствора макромолекулы, который содержит информацию о форме макромолекул, которая определяется как:

$$ [\ eta] = \ mathop {\ mathrm {lim}} \ limits_ {c \ to 0} \ frac {\ eta — {\ eta} _ {0}} {c {\ eta} _ {0}} $$

(7)

[ η ] знаком молекулярным биофизикам и может быть измерен для белковых растворов ⁴² .Наконец, Росс и Минтон вывели модифицированную формулу Муни, в которой объемная доля белка заменена его концентрацией:

$$ \ eta = {\ eta} _ {0} \, exp \, (\ frac {[\ eta] {c} _ {p}} {1- (k / \ nu) {c} _ {p} [\ eta]}) $$

(8)

На рис. 5 приведены аппроксимации по формуле, аналогичной 8, ( D ~ 1/ η ) результатов коэффициента диффузии, полученного с помощью спектроскопии NSE во время этого измерения, мы также нанесли результаты, полученные в RBC. тем же методом ²⁸ и ЯМР ²⁷ .Обратите внимание, что, принимая D _с ( c ) _п. ) · η ( с _п. ) = cste , мы предполагаем справедливость обобщенного уравнения Стокса-Эйнштейна, как это обычно предполагается при проверке в переполненных белковых растворах ⁴³ (критическое обсуждение справедливости обобщенного соотношения Стокса-Эйнштейна см.44). Все результаты скорректированы для вязкости D . ₂ 0 до H ₂ 0 и масштабируется до температуры T _c = 37 ° C, используя процедуру, описанную ранее. Значения, извлеченные из процедуры подбора, представляют собой коэффициент диффузии гемоглобина при бесконечном разбавлении при T = 37 ° C: D _с (0) = 10.1 ± 0,5 10 ⁻⁷ см ² . с ⁻¹ , характеристическая вязкость [ η ] = 2,94 ± 0,79 10 ⁻³ L . г ⁻¹ и отношение k / ν = 0,52 ± 0,29.

Рисунок 5

Коэффициент самодиффузии D _с ( c ) _п. ), измеренные с помощью спектроскопии NSE (красные кружки) и уточнения с использованием модифицированной формулы Муни, приведенной Россом и Минтоном ⁴¹ (красная линия), и эмпирической формулы, использованной Bouwer и др. .{- \ frac {{c} _ {p}} {{c} _ {2}}}) $$

(9)

Результаты уточнений также представлены на рис. 5, полученные нами для коэффициента диффузии при нулевой концентрации D _с (0) = 10,2 ± 0,6 10 ⁻⁷ см ² . с ⁻¹ , а для концентрации c ₁ и c ₂ соответственно c ₁ = 404 ± 43 г .{-1} \) и существенно отличаются только выше. Оба они относительно точно совпадают с экспериментальными результатами.

Гематологический глоссарий — Hematology.org

Кровь — это специализированная биологическая жидкость. Он состоит из четырех основных компонентов: плазмы, красных кровяных телец, лейкоцитов и тромбоцитов. Кровь выполняет множество различных функций, в том числе:

• транспортирует кислород и питательные вещества к легким и тканям
• образование тромбов для предотвращения чрезмерной кровопотери
• , несущие клетки и антитела, борющиеся с инфекцией
• выводит продукты жизнедеятельности в почки и печень, которые фильтруют и очищают кровь
• регулирующий температуру тела

Кровь, которая течет по венам, артериям и капиллярам, ​​известна как цельная кровь, смесь примерно 55 процентов плазмы и 45 процентов клеток крови.От 7 до 8 процентов вашего общего веса составляет кровь. У мужчины среднего роста около 12 пинт крови в теле, а у женщины среднего роста — около 9 пинт.

Компоненты крови и их значение

Многие люди сдавали анализ крови или сдавали кровь, но гематология — исследование крови — охватывает гораздо больше. Врачи, специализирующиеся в области гематологии (гематологи), возглавляют многие достижения в лечении и профилактике заболеваний крови.

Если у вас или вашего близкого человека диагностировано заболевание крови, ваш лечащий врач может направить вас к гематологу для дальнейшего обследования и лечения.

Плазма

Жидкий компонент крови называется плазмой, это смесь воды, сахара, жира, белка и солей. Основная задача плазмы — транспортировать клетки крови по всему телу вместе с питательными веществами, продуктами жизнедеятельности, антителами, белками свертывания крови, химическими посредниками, такими как гормоны, и белками, которые помогают поддерживать баланс жидкости в организме.

Красные кровяные тельца (также называемые эритроцитами или эритроцитами)

Эритроциты, известные своим ярко-красным цветом, являются наиболее многочисленными клетками крови, составляя от 40 до 45 процентов ее объема. Форма эритроцита представляет собой двояковогнутый диск со сплющенным центром — другими словами, на обеих сторонах диска есть неглубокие углубления, похожие на чашу (эритроцит выглядит как бублик).

Производство красных кровяных телец контролируется эритропоэтином, гормоном, вырабатываемым в основном почками.Эритроциты появляются в костном мозге как незрелые клетки и примерно через семь дней созревания попадают в кровоток. В отличие от многих других клеток, красные кровяные тельца не имеют ядра и могут легко менять форму, помогая им проходить через различные кровеносные сосуды в вашем теле. Однако, хотя отсутствие ядра делает эритроцит более гибким, оно также ограничивает жизнь клетки, поскольку она проходит через мельчайшие кровеносные сосуды, повреждая мембраны клетки и истощая ее запасы энергии.В среднем эритроцит выживает всего 120 дней.

Красные клетки содержат особый белок, называемый гемоглобином, который помогает переносить кислород из легких к остальным частям тела, а затем возвращает углекислый газ из организма в легкие, чтобы его можно было выдохнуть. Кровь кажется красной из-за большого количества эритроцитов, цвет которых определяется гемоглобином. Процент объема цельной крови, который состоит из эритроцитов, называется гематокритом и является общей мерой уровня эритроцитов.

Белые кровяные тельца (также называемые лейкоцитами)

Белые кровяные тельца защищают организм от инфекции. Их намного меньше, чем эритроцитов, и они составляют около 1 процента вашей крови.

Наиболее распространенным типом лейкоцитов является нейтрофил, который является клеткой «немедленного ответа» и составляет от 55 до 70 процентов от общего количества лейкоцитов. Каждый нейтрофил живет меньше суток, поэтому ваш костный мозг должен постоянно вырабатывать новые нейтрофилы, чтобы поддерживать защиту от инфекции.Переливание нейтрофилов, как правило, неэффективно, поскольку они не остаются в организме надолго.

Другой основной тип белых кровяных телец — лимфоциты. Есть две основные популяции этих клеток. Т-лимфоциты помогают регулировать функцию других иммунных клеток и напрямую атакуют различные инфицированные клетки и опухоли. В-лимфоциты вырабатывают антитела, которые представляют собой белки, которые нацелены на бактерии, вирусы и другие чужеродные материалы.

Тромбоциты (также называемые тромбоцитами)

В отличие от красных и белых кровяных телец, тромбоциты на самом деле не клетки, а скорее небольшие фрагменты клеток.Тромбоциты помогают процессу свертывания крови (или коагуляции), собираясь в месте травмы, прилипая к слизистой оболочке поврежденного кровеносного сосуда и образуя платформу, на которой может происходить свертывание крови. Это приводит к образованию фибринового сгустка, который покрывает рану и предотвращает вытекание крови. Фибрин также образует начальную основу, на которой формируется новая ткань, способствуя заживлению.

Более высокое, чем обычно, количество тромбоцитов может вызвать ненужное свертывание крови, что может привести к инсультам и сердечным приступам; однако, благодаря достижениям в области антитромбоцитарной терапии, существуют методы лечения, которые помогают предотвратить эти потенциально смертельные события.И наоборот, более низкое, чем обычно, количество может привести к обширному кровотечению.

Общий анализ крови

Полный анализ крови (CBC) дает вашему врачу важную информацию о типах и количестве клеток в вашей крови, особенно о красных кровяных тельцах и их процентном содержании (гематокрит) или содержании белка (гемоглобин), лейкоцитах и ​​тромбоцитах. Результаты общего анализа крови могут диагностировать такие состояния, как анемия, инфекция и другие расстройства. Количество тромбоцитов и тесты на свертываемость плазмы (протомбиновое время, частичное тромбопластиновое время и тромбиновое время) можно использовать для оценки нарушений свертываемости и свертываемости крови.

Ваш врач может также сделать мазок крови, который позволяет исследовать ваши кровяные тельца под микроскопом. В нормальном мазке крови эритроциты выглядят как обычные круглые клетки с бледным центром. Вариации размера или формы этих клеток могут указывать на заболевание крови.

Откуда берутся клетки крови?

Клетки крови развиваются из гемопоэтических стволовых клеток и образуются в костном мозге посредством строго регулируемого процесса кроветворения.Гемопоэтические стволовые клетки способны превращаться в эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Эти стволовые клетки циркулируют в крови и костном мозге у людей любого возраста, а также в пуповине новорожденных. Стволовые клетки из всех трех источников можно использовать для лечения различных заболеваний, включая лейкоз, лимфому, недостаточность костного мозга и различные иммунные нарушения.

Где я могу найти дополнительную информацию?

Если вам интересно узнать больше о болезнях и расстройствах крови, вот еще несколько ресурсов, которые могут вам помочь:

статей из гематологии , учебной программы ASH

Учебное пособие Американского общества гематологии (ASH), ежегодно обновляемое экспертами в данной области, представляет собой сборник статей о текущих вариантах лечения, доступных пациентам.Статьи сгруппированы здесь по типу заболевания. Если вы хотите узнать больше о конкретном заболевании крови, мы рекомендуем вам поделиться этими статьями и обсудить их со своим врачом.

Результаты клинических исследований, опубликованные в Кровь

Найдите Кровь , официальный журнал ASH, чтобы получить результаты последних исследований крови. В то время как недавние статьи обычно требуют входа в систему, пациенты, заинтересованные в просмотре статьи с контролируемым доступом в Blood , могут получить копию, отправив запрос по электронной почте в издательство Blood Publishing Office.

Группы пациентов

Этот раздел включает список веб-ссылок на группы пациентов и другие организации, которые предоставляют информацию.

Школа биомедицинских наук вики

Из Вики Школы биомедицинских наук

Гемоглобин (также гемоглобин или сокращенно Hb) — это белок, который используется в эритроцитах для хранения и транспортировки кислорода.Он обнаружен во многих многоклеточных организмах, таких как млекопитающие, где простая диффузия не может обеспечить достаточное количество кислорода для тканей и клеток.

Гемоглобин состоит из четырех полипептидных субъединиц, двух альфа (α) субъединиц и двух бета (β) субъединиц. Каждая из четырех субъединиц содержит молекулу гема (содержит железо), где сам кислород связывается посредством обратимой реакции, что означает, что молекула гемоглобина может переносить четыре молекулы кислорода одновременно.

Обратимый характер связывания кислорода позволяет как поглощать кислород в легких, так и высвобождать его в тканях организма.

Каждая молекула гема содержит один центральный атом железа и отвечает за придание красного цвета гемоглобину и, следовательно, крови в целом. ^[1]

Четыре субъединицы гемоглобина подобны миоглобину ^[2] . Миоглобин — это отдельный полипептид, существующий либо в форме дезоксимиоглобина (не связанный с кислородом), либо в форме оксимиоглобина (связанный с кислородом) ^[3] . Миоглобин содержит гем ^[4] . Гем содержит центральный атом железа, окруженный протопорфирином, который является органическим компонентом ^[5] .Когда O ₂ связывается с атомом железа (железо должно находиться в состоянии Fe ²⁺ для связывания O ₂ ), атом железа фактически перемещается извне плоскости порфирина внутрь плоскости порфирин ^[6] .

Связывание O ₂ в гемоглобине является кооперативным, что означает, что связывание O _{2 ^{в каждой из одной субъединицы не является независимым от связывания в других субъединицах [7] , поэтому поскольку один кислород связывается с группой гема, он вызывает конформационные изменения в других группах гема, делая их более доступными для кислорода, таким образом приводя к последовательному связыванию других атомов кислорода [8] .Несмотря на то, что миоглобин имеет более высокое сродство к O 2 , чем гемоглобин, гемоглобин более эффективен в доставке кислорода тканям. В легких 98% гемоглобина насыщено, тогда как в тканях только 32% гемоглобина насыщено [9] . Это означает, что в тканях 66% субъединиц гемоглобина высвобождают кислород. Напротив, в легких 98% миоглобина будет насыщенным, а 91% миоглобина будет насыщенным в тканях [10] . По сравнению с миоглобином, гемоглобин гораздо более полный.Гемоглобин имеет состояние T и R. В Т (напряженном) состоянии или в деоксигенированном состоянии сайты связывания гемоглобина ограничены. В состоянии R (релакс) или состоянии оксигенации сайты связывания менее ограничены, что облегчает связывание субъединиц гемоглобина с кислородом [11] . Есть две модели, которые пытаются объяснить кооперативность гемоглобина. Первая модель — это согласованная модель, или модель MWC. Эта модель предполагает, что всякий раз, когда молекула O 2 связывается с субъединицей гемоглобина, она сдвигает равновесие между состояниями T и R.Согласно этой модели, когда ни одна из субъединиц гемоглобина не связана с кислородом, T-состояние белка является предпочтительным. По мере того как все больше и больше сайтов связываются с кислородом, реакция смещается в пользу состояния R. Переход из состояния T в состояние R увеличит аффинность связывания других сайтов для O 2 . Последовательная модель, с другой стороны, предполагает, что вам не нужно иметь преобразование из состояния T в состояние R для увеличения сродства других сайтов связывания.Смесь обеих моделей объясняет то, что наблюдается в отношении кооперативности гемоглобина, лучше, чем любая из этих моделей может достичь сама по себе. Замечено, что когда 3 из 4 субъединиц гемоглобина связаны с O 2 , белок почти всегда находится в состоянии R. Другое наблюдение состоит в том, что когда 1 из 4 субъединиц гемоглобина связана с O 2 , белок почти всегда находится в состоянии T [12] .}}

Гемоглобин (также обозначаемый как гемоглобин и сокращенно Hb или Hgb) — это респираторный пигмент, который переносит кислород, необходимый для клеточного метаболизма.

По своей четвертичной структуре представляет собой глобулярный белок, его цепи тесно скручены вместе, образуя компактную, почти сферическую молекулу. Одна молекула состоит из 4 субъединиц: двух α-полипептидных цепей (каждая идентична и содержит 141 аминокислоту) и двух β-полипептидных цепей (каждая идентична и содержит 146 аминокислот). Расположение генов для обоих типов полипептидных цепей различается: ген α-цепи расположен на хромосоме 16, ген β-цепи расположен на хромосоме 11. ^[13]

Каждый полипептид связан с гемом, который является простетатическая группа, которая обеспечивает обратимое связывание кислорода гемоглобином.Он содержит ион двухвалентного железа (Fe ²⁺ ). Каждый ион Fe ²⁺ может объединяться с одной молекулой кислорода (O ₂ ), образуя в общей сложности четыре молекулы кислорода, которые могут переноситься в ткани и возвращать углекислый газ (CO ₂ ) из ткани в ткань. легкие. ^[14]

Клетка, вырабатывающая гемоглобин, называется эритроктом (также известна как эритроцит, эритроцит). Каждая красная клетка содержит около 280 миллионов молекул гемоглобина. ^[15]

Гемоглобин (также называемый гемоглобином) — это железосодержащий компонент, который связывается с газообразным кислородом.Он содержится в красных кровяных тельцах позвоночных. Он переносит кислород от органа дыхания, легких, к различным клеткам тела. Это белок, который содержит четвертичную структуру, состоящую из 4 субъединиц. Они состоят из 2-х альфа-субъединиц и 2-х бета-субъединиц. Каждая субъединица содержит группу гема, содержащую атом железа. Каждый атом железа связывается с 1 молекулой кислорода. Таким образом, 1 молекула гемогобина переносит 8 атомов кислорода. Когда происходит поглощение кислорода, гемоглобин становится оксигемоглобином, и красные кровяные тельца приобретают красноватый цвет.По прибытии в клетку он откладывает кислород, позволяя окислять глюкозу посредством дыхания. Это высвобождает энергию в форме АТФ. Продукт жизнедеятельности, углекислый газ, переносится гемоглобином в легкие с истечением срока годности ^[16] .

Гемоглобин также действует как буфер, помогающий поддерживать физиологический pH. Он имеет гистидиновую группу, которая может поглощать ионы H + при понижении pH и диссоциировать с высвобождением ионов H + при повышении pH. ^[17] . Когда он работает вместе с легкими, он способен контролировать поглощение углекислого газа, который контролирует бикарбонатную буферную систему, таким образом поддерживая физиологический pH.

Ссылки

1. ↑ Альбертс Б., Брей Д., Хопкин К., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2010) Essential Cell Biology, 3-е издание, Нью-Йорк: Garland Science
2. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания стр. 207
3. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания стр.204
4. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л.(2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p207
5. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p207
6. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p208
7. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p207
8. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2007) Биохимия, 5-е издание, Нью-Йорк: WH Freeman
9. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p208
10. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p208
11. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p210
12. ↑ Берг Дж., Тимочко Дж. И Страйер Л. (2011) Биохимия, 7-е издание, Англия: W.H. Фримен и компания p211
13. ↑ Клаг Уильям С., Основы генетики, 8-е издание, 2013 г., Бостон: Пирсон, стр.376-377
14. ↑ [Анон]. 2002. Синтез гемоглобина [Онлайн]. [Доступ 21.11.2014] Доступно по адресу: http://sickle.bwh.harvard.edu/hbsynthesis.