Файл: Научноисследовательская работа студентки 4 курса Направления подготовки 06. 03. 01 Биология Профиль Биохимия.docx

Стандартная кривая оксигенации это кривая оксигенации гемоглобина, измеренная в условиях, которые обычно существуют в крови здорового взрослого человека в состоянии покояВ стандартных условиях Т=37С, кислотность крови рН=7,4 ед,, напряжение углекислого газа рСОг-40 мм. рт. ст.

С этой целью результаты расчетов по данной формуле сопоставлялись с экспериментальными значениями стандартной кривой оксигенации гемоглобина человека, которая приведена в работе [81]. При моделировании не учитывалось влияние ОН группы. Подбор параметров облегчался тем, что они по-разному влияют на к вид кривой оксигенации. Изменение энергии кооперативного взаимодействия изменяет S образный характер кривой оксигенации гемоглобина. Изменение свободной парциальной энергии присоединения одной молекулы кислорода приводит к смещению расчетной кривой вдоль оси абсцисс. Со вмещая расчетную кривую с экспериментальной методом минимизации Глава З среднеквадратичного отклонения находим: Ag0 = -0.58э5. Изменение энергии кооперативного взаимодействия изменяет S — образный характер кривой. Наилучшее совпадение было получено при значении энергии кооперативного взаимодействия: =-0.005795. Энергия присоединения молекулы углекислого газа взята из работы [4]: Agco = -0.83эВ.

Стандартная кривая оксигенации. Точками представлены экспериментальные данные [8]. Сплошной линией представлена теоретическая кривая.

Величина кооперативного эффекта определяется константой Хилла п, которую берут из уравнения Хилла. Вычисляя п по формуле Хилла следует указывать, какому уровню он соответствует. Из уравнения Хилла следует, что чем больше степень насыщения, тем больше п. Поэтому обычно принято измерять данную величину в области, соответствующей 50% заполнению гемоглобина кислородом. При n = 1 кооперативи ость отсутствует, п 1 положительная кооперативное, п 1 отрицательная. Максимальное значение п равно числу центров связывания.

Один из способов нахождения коэффициента Хилла состоит в построении графика оксигенации гемоглобина в логарифмических координатах. Откладывая \g(y/\00 y) против lgp02 получают спрямленные графики диссоциации, располагающиеся под углом а к оси абцисс. Величина п = tga в области полунасыщения гемоглобина кислородом.

Зависимость степени насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления кислорода. О количество гемоглобина без кислорода, 1одна молекула кислорода, 2 две молекулы кислорода, 3 три молекулы кислорода, 4 полностью заполненный гемоглобин.

---

Так как макромолекула гемоглобина легче связывается с молекулой кислорода чем с молекулой углекислого газа, то кривая 2 повторяет S образность кривой 1. Кроме того, на полученной модельной кривой хорошо видно, что при малом парциальном давлении кислорода гемоглобин полностью не заполняется углекислым газом, что согласуется с данными других авторов [4].

Можно выделить две фазы процесса: до кооперативного взаимодействия и проявление взаимодействия. Первая фаза приходится на начало кривой при р02 менее 10 мм. рт. ст. (для гемоглобина человека), когда степень оксигенации мала, как и вероятность того, что кислород связывается в макромолекуле гемоглобина с двумя и более гемами [4]. На данной стадии процесса в большинстве тет-рамеров в оксигенацию включается по одному гему, которые связывают по одной молекуле кислорода. На второй фазе процесса с увеличением рОг число тетрамеров, связывающих более одной молекулы кислорода растет и появляются полностью насыщенные кислородом макромолекулы. В тетра-мерах начинает проявляться кооперативный эффект, выражающийся в том, что кривая диссоциации гемоглобина приобретает изгиб вверх, в область больших насыщений. Это происходит при насыщении на 20-25% [4]. Согласно [7], наибольшее взаимодействие между субъединицами проявляется тогда, когда оказываются связанными три молекулы лиганда.

В предложенной зависимости хорошо видно действие кооперативного эффекта. В области малых давлений кислорода почти весь гемоглобин освобожден от атомов кислорода. С увеличением давления кислорода число заполненных молекул гемоглобина резко увеличивается. При этом число молекул полностью заполненного гемоглобина намного больше, чем заполненного частично. Данный факт объясняется тем, что гемоглобин, содержащий хотя бы один атом кислорода, гораздо эффективнее присоединяет остальные. В этом и состоит сущность кооперативного эффекта.

Кооперативное взаимодействие приводит к тому, что гемоглобин наиболее эффективно отдает кислород при давлении 30-40 мм.рт.ст. (что соответствует парциальному давлению кислорода в органах человека) и эффективно связывается с ним при 80-100 мм.рт.ст (что соответствует парциальному давлению кислорода в легких человека).

6. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

---

Определение параметров взаимодействия гемоглобина с протонами водорода (эффект Бора)

Краткосрочные механизмы адаптации могут быть эффективны только на относительно небольших высотах и в течение непродолжительного времени [8]. К таким механизмам относятся увеличенная нагрузка на сердце и дыхательную мускулатуру.

Долговременные процессы адаптации заключаются в механизмах утилизации кислорода, в повышении экономичности использования ресурсов, имеющихся в распоряжении организма. К таким механизмам относятся активация железосодержащего белка [8], создающего комплексный ответ на долговременную гипоксию, которым является рост сосудистой сети в легких [8], увеличение емкости сосудистого русла. При длительном воздействии на организм высотной гипоксии также наблюдается перестройка деятельности основных регуляторных систем, что влечет за собой ускорение метаболических процессов [89]. В физиологии компенсации гипоксии также встречаются совсем необычные теории. Примером такой работы является обзор Люнгмюра [9], в которой автор высказывает мысль о возникновении особого вида тканей с повышенной проницаемостью для кислорода.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют, что в условиях высокогорной гипоксии напряжение кислорода в артериальной крови снижается на 25,5 и 30,0 мм рт.ст. на 5 и 30 сутки адаптации, соответственно. При этом насыщение гемоглобина кислородом снижается лишь на 3,2 и 3,9% (Р 0,001), т.е. в условиях выраженной артериальной гипоксемии оксигена-ция гемоглобина в легких достаточно эффективна, чтобы обеспечить высокий массоперенос 02 к тканям. В смешанной венозной крови эти соотношения изменяются. При падении насыщения гемоглобина кислородом при гипоксии на 2,2 и 11,2 %, напряжение кслорода в смешанной венозной крови снижается лишь на 3,4 и 6,0 мм рт.ст., что свидетельствует о незначительном снижении кислорода в тканях, одним из важных механизмов.

Модель кривых диссоциаций оксигемоглобина для крови собак, построенных с учетом реальных рН, рС02 и ТС. 1) нормоксия ; 2) 5-е сутки гипоксии; 3) 30-е сутки гипоксии. Точки экспериментальные данные: Хконтроль; D 5-е сутки; О 30-е сутки. Пунктирные линии Р50 при нормоксии (а), на 5 (Ь), на 30 (с) сутки действия гипоксии. поддержания которого является изменение сродства гемоглобина к кислороду.

---

Известно, что в физиологических условиях сродство гемоглобина к кислороду зависит от целого ряда факторов, включая изменения парциального давления углекислого газа, кислотности и температуры крови, реальные изменения которых представлены в табл.3.5, 3.6. При этом описанные выше показатели парциального давления кислорода и насыщение гемоглобина кислородом артериальной и смешанной венозной крови измерялись без учета факторов влияющих на оксигенацию и дезоксигенацию гемоглобина в реальных условиях кровеносного русла.

Для того, чтобы проанализировать реальные изменения сродства НЬ к кислороду в системе кровообращения была использована описанная выше термодинамическая модель построения кривой диссоциации оксиге Глава З моглобина с учетом экспериментально измеренных Р02, рН, рС02 и ТС.

При моделировании кривой диссоциации оксигем о глобина отдельно учитывались характеристики газового состава и рН крови при нормоксии и в разные периоды пребывания в условиях гипоксии. Используя описанные выше математические выражения, были построены три кривых диссоциации оксигемоглобина, которые позволяют проанализировать зависимость р02 и S02 , характеризующие средства гемоглобина к кислоро ду в крови легочных и тканевых капилляров. Анализ этих данных свиде тельствует, что при гипоксии кривые диссоциации оксигемоглобина сдвигаются влево [7], что указывает на тенденцию к увеличению сродства гемоглобина к кислороду, которая наиболее выражена в первые дни адаптации [2].

Учитывая изменения газового состава крови (табл.3.5, 3.6), можно было предположить изменение сродства гемоглобина к кислороду при гипоксии. В частности, снижение концентрации протонов водорода, давления углекислого газа и тенденция к повышению температуры крови «ядра» являются факторами, повышающими сродство гемоглобина к кислороду, однако насколько оно велико, количественно оценить невозможно. Математически построенные кривые представляют такую возможность и позволяют оценить зависимость насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления кислорода в любых пределах их изменений. В качестве примера можно привести показатель Р50, (напряжение кислорода при 50-ти процентном насыщении им гемоглобина), принятый в физиологических исследованиях для оценки сродства гемоглобина к кислороду [3]. Показатель Р50 (Рис.3.12),

---

рассчитанный для нормоксии, составил 32,0 мм рт.ст., что соответствует данным литературы для крови собак [9]. На 5 и 30 сутки воздействия гипоксии Р50 снизилось до 26,0 и 29,0 мм рт.ст., что свидетельствует о повышении сродства гемоглобина к кислороду в первые дни с тенденцией к его нормализации в поздние сроки адаптации, что так У же соответствует литературным данным [4].

7. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

---