Строение и функции гемоглобина

Тема этой статьи — строение и функции гемоглобина, белка, который обеспечивает передвижение кислорода и углекислого газа по кровеносному руслу.

Кровеносная система человека — это огромная, разветвленная, хорошо организованная система дорог внутри нашего организма. По этим дорогам ежеминутно, ежесекундно движется масса всевозможных веществ.

Одни из них передвигаются самостоятельно. Просто добираются до места своего назначения вплавь. Другие плавать не умеют: им нужен транспорт.

Причем каждое вещество имеет "свое" транспортное средство. Только со "своим" перевозчиком определенное вещество может связаться настолько прочно, чтобы не быть потерянным в потоке крови раньше времени.

С другой стороны, достигнув места своего назначения, это вещество должно иметь возможность разорвать эту связь и покинуть транспортное средство.

Об одном из таких транспортных средств мы и поговорим сегодня: о гемоглобине, о его строении и функции.

Строение гемоглобина

Гемоглобин — это сложный белок. Сложный потому что он состоит из двух частей:

• из собственно белка (эта его часть называется глобином)
• и из простетической группы или гема

Теперь понятным становится и его название: гем + глобин = гемоглобин.

Непонятно только то, что это за вещество "простетическая группа".

Простетическая группа — это соединение закисного железа с протопорфирином.

Не будем вдаваться в тонкости биологической химии. Просто запомните, что в органической природе есть целый класс сложных органических веществ, которые называются порфинами. Порфины входят в состав очень многих ферментов. Протопорфирин, входящий в состав гемоглобина, принадлежит к этому классу веществ.

Порфины представляют собой циклические структуры, которые легко образовывают комплексы с разными металлами: с железом, цинком, медью, магнием. При этом металл занимает центральное место внутри кольца порфина.

Молекула гемоглобина состоит из глобина (белка) и четырех колец гемов. В центре каждого гема находится железо.

Гем или, другими словами, соединение железа с протопорфирином, - это очень неустойчивое вещество, которое легко окисляется на воздухе.

Строение и функции гемоглобина тесно связаны друг с другом и сейчас вы убедитесь в этом.

Функции гемоглобина

Итак, гемоглобин, как вы уже поняли, транспортное средство, которое циркулирует по системе кровеносных сосудов и перевозит некое вещество.

Сам гемоглобин присутствует в крови в составе особых клеток крови, которые называются эритроцитами. Почему он заключен в клетку?

Потому что гемоглобин — это сложный белок, который, будучи просто растворенным в плазме крови, создавал бы очень высокое осмотическое давление (больше 100 мм рт.ст.).

А это придавало бы крови большую вязкость, нарушало бы ее передвижение по сосудам, особенно по капиллярам. При этом нарушались бы многие обменные процессы в организме.

Например, стала бы невозможной фильтрация крови в почках, образование мочи и вывод из организма отходов.

Поэтому было создано важное приспособление: специальная клетка, насыщенная гемоглобином.

Больше того, "работать" гемоглобин может только находясь внутри клетки. Если же клетка по какой-то причине разрушается, и гемоглобин выходит в кровь, он быстро выводится из организма.

Дыхательная функция

Дыхательная функция гемоглобина состоит из двух частей:

• перенос кислорода от легких к клеткам
• перенос углекислого газа от клеток к легким

Перенос кислорода

Первая и главная функция гемоглобина — перенос кислорода по сосудистому руслу.

При этом одна молекула гемоглобина может присоединить к себе и транспортировать четыре молекулы кислорода (по одной молекуле кислорода на каждый гем).

Человек делает вдох, и его легкие наполняются воздухом. Вместе с воздухом в легкие попадает и кислород. Из легких кислород транспортируется в кровь. В легкие притекает кровь бедная кислородом, поэтому гемоглобин крови очень быстро, буквально за несколько секунд насыщается кислородом, попавшим в кровь из вдыхаемого воздуха.

Далее начинается передвижение крови, а с ней и эритроцитов по кровеносному руслу. Движение идет от легких к сердцу, а дальше к другим органам, тканям и клеткам. В составе эритроцитов вместе с кровью движется и гемоглобин, насыщенный кислородом.

Такой гемоглобин называется оксигемоглобином.

Достигнув клеток, оксигемоглобин отдает им кислород. Это происходит тоже очень легко, так как в клетке содержание кислорода очень низкое. Кислород из эритроцитов, где его очень много, перемещается в клетки, где его концентрация низкая.

Перенос углекислого газа

Итак, клетки сделали вдох: насытились с помощью гемоглобина кислородом. Но им нужно сделать еще и выдох: освободиться от не ненужного им углекислого газа.

И здесь на помощь им приходит тот же гемоглобин. В тканях углекислого газа накапливается много, поэтому он легко переходит из клетки в кровь. Часть углекислого газа остается в плазме крови и добирается до легких самостоятельно ("вплавь").

Вторая его часть поступает в эритроцит и соединяется с гемоглобином.

Такой гемоглобин называется карбоксигемоглобином.

Следуя с током крови, карбоксигемоглобин попадает в легкие. Во вдыхаемом воздухе концентрация углекислого газа намного меньше, чем в крови. Поэтому углекислый газ легко отсоединяется от гемоглобина и перемещается в легкие.

Гемоглобин же, освободившись от углекислого газа, быстро загружается кислородом, концентрация которого во вдыхаемом воздухе более высокая, чем в крови. И процесс дыхания повторяется.

Буферная функция гемоглобина

Говоря о строении и функции гемоглобина, нельзя не упомянуть о его буферной функции.

Потому что кроме функции дыхания, гемоглобин принимает участие в обеспечении постоянства внутренней среды организма. Он препятствует как чрезмерному окислению, так и чрезмерному ощелачиванию крови.

Все статьи о крови и кровообращении

Здесь можно задать вопрос

Анализ крови на гликированный гемоглобин

Анализ крови на гликированный гемоглобин — это определение среднего содержания сахара крови за длительный период времени (до трех месяцев).

Что такое гликированный гемоглобин?

Гликированный гемоглобин — это вещество, которое получается от соединения глюкозы крови с гемоглобином, находящемся в клетках крови — эритроцитах.

Что важно, реакция объединения этих двух веществ осуществляется без участия ферментов. Количество гликированного гемоглобина зависит от концентрации глюкозы в крови и от длительности контакта глюкозы с гемоглобином (а это срок жизни эритроцита).

Зачем нужно делать анализ крови на гликированный гемоглобин?

Обычный анализ крови на сахар дает ответ на вопрос, какой уровень сахара в крови на данный момент. Этот показатель зависит от многих обстоятельств. Например:

• от приема (или не приема) пищи
• от состава пищи
• от интенсивности физической работы
• от эмоционального состояния исследуемого
• от времени суток

Поэтому только по этому показателю нельзя судить о том, насколько компенсирован сахарный диабет.

Анализ гликированного гемоглобина дает представление не о сиюминутной концентрации сахара, а о средней его концентрации в течение длительного периода времени. Это уже позволяет судить о том, насколько компенсирован сахарный диабет на протяжении 2-3 месяцев до проведения анализа.

На концентрацию гликированного гемоглобина не оказывают влияние такие моменты как прием пищи, ее состав, физические и эмоциональные перегрузки, прием лекарств. Результат этого анализа не зависит от состояния пациента на данный момент, так как он отображает концентрацию глюкозы за продолжительное время.

В этом и состоит особая ценность этого анализа.

Что влияет на точность анализа?

Но, несмотря на такую независимость этого анализа от многих факторов, на его точность все же влияют некоторые состояния, которые изменяют длительность жизни эритроцита в организме исследуемого.

Ведь длительность жизни эритроцита — это то время, на протяжении которого гемоглобин контактирует с глюкозой крови. Чем больше это время, тем большее количество гликированного гемоглобина образуется.

К таким состояниям относятся:

• все случаи кровотечения
• повышенный распад эритроцитов, так называемый гемолиз, который может происходить по разным причинам
• анемии
• переливания крови
• прием некоторых лекарственный средств

Когда показано проведения анализа на гликированный гемоглобин

• для распознания сахарного диабета первого и второго типов
• для наблюдения пациентов с сахарным диабетом обоих типов
• для контроля эффективности их лечения
• для обнаружения сахарного диабета у детей в возрасте после 6 месяцев
• для того чтобы заранее предвидеть возможные осложнения сахарного диабета
• для массового обследования на сахарный диабет
• для обследования беременных женщин на скрытый диабет
• для определения степени компенсации сахарного диабета

Уровень компенсации

Норма гликированного гемоглобина - 4-6% от общего содержания гемоглобина в крови.

Если гликированный гемоглобин составляет 5,5-8%, то это говорит о хорошей компенсации.

8-10% - достаточно компенсированный сахарный диабет.

10-12% - частично компенсированный сахарный диабет.

Если уровень гликированного гемоглобина превышает 12%, это говорит о некомпенсированном сахарном диабете.

Снижение уровня гликированного гемоглобина возможно:

• при пониженном содержании глюкозы в крови
• при гемолитической анемии
• при кровотечениях
• при переливании крови

Как подготовиться к анализу крови на гликированный гемоглобин

Что необходимо знать о подготовке к этому анализу:

• анализ сдается натощак, утром (с восьми до десяти часов утра): последний прием пищи за 10-12 часов до анализа
• за сутки до анализа исключается алкоголь и за 2 часа — курение
• максимально уменьшаются физические нагрузки накануне сдачи анализа
• следует обсудить с лечащим врачом временную отмену лекарственных препаратов
• непосредственно перед сдачей анализа (примерно за 30 минут) следует полностью исключить всякое волнение и физические нагрузки

Как проводится анализ

Для проведения анализа на гликированный гемоглобин берут кровь из вены.

При необходимости кровь замораживается и в таком виде хранится до шести месяцев.

Для исследования крови применяются автоматические анализаторы.

Все статьи о крови и кровообращении

Здесь можно задать вопрос

Тест на толерантность к глюкозе

Тест на толерантность к глюкозе или глюкозотолерантный тест - это исследование, которое позволяет обнаружить не только уже имеющийся сахарный диабет, но и состояние предшествующее этому заболеванию (преддиабет).

Кроме того, этот тест помогает выявить предрасположенность и к некоторым другим серьезным заболеваниям или обнаружить эти заболевания на ранних этапах.

Показания к глюкозотолерантному тесту

Тест на толерантность к глюкозе позволяет обнаружить нарушенную толерантность организма к глюкозе. При таком нарушении риск заболевания сахарным диабетом значительно возрастает. Это исследование должны регулярно проходить те, у кого есть предрасположенность к заболеванию сахарным диабетом, кто входит в группу риска по этому заболеванию.

Когда показано это исследование:

• если есть клинические признаки сахарного диабета, но уровень сахара крови натощак нормальный
• если определяется сахар в моче, а уровень сахара крови натощак в норме
• если определяется сахар в моче на фоне беременности
• тем, у кого есть близкие родственники, болеющие сахарным диабетом
• людям с избыточным весом
• людям с высоким артериальным давлением
• при выявлении высоких цифр холестерина
• при выявлении высоких цифр триглицеридов
• людям, страдающим выраженным атеросклерозом сосудов
• при подагре
• при наличии хронических заболеваний почек, печени, сердца и сосудов
• при метаболическом синдроме
• при хроническом парадонтозе и фурункулезе
• людям, пережившим стрессовую ситуацию
• женщинам, у которых в период беременности были обнаружены высокие цифры сахара крови
• женщинам, у которых были выкидыши, осложнения беременности, крупный плод или дети с врожденными пороками развития

Глюкозотолерантный тест, противопоказания

Следует знать, что проведение теста на толерантность к глюкозе показано не всем. Этот тест имеет противопоказания. Его нельзя проводить в следующих случаях:

• если человек недавно перенес операцию
• сразу после родов
• сразу после эмоционального или физического стресса
• в случае наличия воспалительного процесса в организме
• при инфекционных заболеваниях
• при гепатитах и циррозах печени
• при нарушениях функции жкт, в результате которого расстраивается всасывание глюкозы

Подготовка к тесту на толерантность

Следует знать и выполнять ряд условий, чтобы получить правильные результаты теста:

• накануне проведения исследования исключаются усиленные физические нагрузки
• исключается переедание
• после согласования с лечащим доктором отменяется прием лекарственных препаратов, которые могут повлиять на уровень глюкозы в крови (аспирин, анальгин, противозачаточные препараты, гормональные препараты, никотиновая кислота, аскорбиновая кислота) 
• за 10-12 часов до исследования прием любой пищи прекращается 

Проведение теста толерантности к глюкозе

Суть исследования состоит во введении в организм исследуемого глюкозы из расчета 1г на 1 кг веса пациента (но не более 100г) с последующим многократным анализом крови на сахар.

Первый забор крови проводится натощак. Затем в организм вводится глюкоза - внутривенно или перорально (пациент выпивает водный раствор глюкозы).

После введения нужного количества глюкозы проводится несколько заборов крови для определения уровня сахара. Кровь берут из пальца. Забор крови происходит с интервалами: 30, 60, 90 и 120 минут, то есть, через каждые 30 минут четыре раза.

Во время исследования пациент может сидеть или лежать.

Время исследования - 2 часа.

Между заборами крови исключается прием пищи, курение, физическая активность, пребывание на холоде.

Результаты теста толерантности к глюкозе

Толерантность к глюкозе может быть повышенной или пониженной. 

При повышенной толерантности в анализах определяется:

• низкий уровень глюкозы в крови натощак
• низкий уровень глюкозы крови после нагрузки
• выраженная гипогликемическая фаза

Для какой патологии характерна повышенная толерантность:

• при плохом всасывании глюкозы в кишечнике
• при пониженной функции щитовидной железы
• при снижении функции надпочечников
• при избыточном синтезе инсулина поджелудочной железой

При пониженной толерантности в анализах определяется:

• повышение уровня глюкозы крови натощак
• высокий максимум кривой
• замедленное снижение кривой уровня глюкозы в крови

Понижение толерантности к глюкозе наблюдается при:

• неспособности организма усваивать глюкозу (разные формы сахарного диабета)
• повышенной функции надпочечников
• тиреотоксикозе
• поражении гипоталамуса
• язвенной болезни двенадцатиперстной кишки
• беременности
• интоксикации
• заболеваниях почек

Все статьи о крови и кровообращении

Здесь можно задать вопрос

Исследование крови на сахар

Исследование крови на сахар имеет большое значение для диагностики и наблюдения пациентов с сахарным диабетом.

К слову, сахарный диабет занимает третье место в мире по частоте заболеваемости. Он уступает место только сердечно-сосудистым заболеваниям и заболеваниям онкологическим.

Большинство людей больных сахарным диабетом нуждаются в ежедневном определении уровня сахара в крови.

Что такое сахар крови

Под сахаром крови понимают содержание в крови углеводов (моносахаридов), основным и главным из которых есть глюкоза. Поэтому и анализ крови на сахар еще называют анализом крови на глюкозу.

Уровень глюкозы (или сахара) в крови постоянен, а его колебания очень наглядно отражают состояние обмена углеводов в организме.

Что такое углеводы?

Давайте вспомним химию! Самое простое.

Углеводы — это органические соединения. Эти соединения примечательны тем, что состоят из углерода, водорода и кислорода.

Есть четыре группы углеродов:

• моносахариды — это самые простые сахариды, такие как глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза, ксилоза
• дисахариды — более сложные сахариды, так как состоят из двух молекул моносахаридов (мальтоза, сахароза, лактоза)
• олигосахариды — еще более сложные соединения, состоящие из трех, четырех, пяти или шести молекул моносахаридов
• полисахариды — самые большие и самые сложные углеводы, состоящие более, чем из шести молекул моносахаридов (крахмал, гликоген)

Углеводы — важнейший источник энергии в организме человека. Именно для расщепления молекулы глюкозы клетке нужен кислород. А, расщепляя молекулу глюкозы до углекислого газа и воды, клетка получает энергию, которая нужна ей для жизнедеятельности.

Как сахар поступает в кровь?

Первый источник сахара крови

Обычно сахар поступает в кровь из пищеварительных органов. Человек питается и, употребляя растительные продукты, получает полисахариды. То есть, с пищей человек получает сложные углеводы.

Сложные углеводы расщепляются в желудочно-кишечном тракте человека на более мелкие углеводы: на моносахариды — самые простые и маленькие углеводы.

Моносахариды легко всасываются из пищеварительного тракта в кровь.

Второй источник сахара крови

Если человек голодает, он не погибает в первый же день голода. А все потому что "умный" и "запасливый" организм использует глюкозу, припрятанную им впрок.

Глюкоза может поступать в кровь из запасов. Запасы глюкозы это:

• гликоген (в печени и в мышечной ткани)
• жировая ткань

Что происходит с сахаром крови дальше

Каждая клетка в организме человека нуждается в сахаре. А такие клетки, как клетки мозга, миокарда, паренхимы почек и мышц и эритроциты, требуют непрерывной подачи глюкозы каждую секунду.

Все они черпают глюкозу из крови. Поэтому кровь должна иметь постоянный и достаточный запас сахара. Для нормальной работы этих клеток уровень сахара крови должен быть не ниже 3 ммоль/л.

Анализ крови на сахар

Для проведения этого анализа берут кровь из пальца или из вены. При этом, в крови, взятой из вены, содержание сахара меньше, так как часть ее уже использована клетками.

Венозная кровь для исследования предпочтительнее, потому что она отражает и такой важный момент, как уровень использования сахара клетками.

Определение сахара крови делают натощак, то есть спустя 10-12 часов после последнего приема пищи.

Нормальные показатели сахара крови:

• новорожденные: 2,8-4,4 ммоль/л
• дети: 3,9-5,8 ммоль/л
• взрослые до 60 лет: 3,3-5,5 ммоль/л
• взрослые старше 60 лет: 4,6-6,1 ммоль/л

Анализ крови на сахар можно провести в лаборатории или индивидуальным глюкометром, что тоже достаточно точно и очень удобно.

Оценка результатов анализа

Сахар крови может быть пониженным — это состояние называется гипогликемией.

Гипогликемия может быть в следующих случаях:

• при длительном голодании
• усиленном использовании глюкозы тканями (тяжелый труд и плохое питание)
• при гормональных нарушениях

Сахар крови может быть повышенным. Такое состояние называется гипергликемией.

Виды гипергликемии

Инсулярная гипергликемия - в этом случае высокая концентрация сахара в крови связана с нарушением синтеза инсулина поджелудочной железой (при сахарном диабете, остром панкреатите).

Экстраинсулярная гипергликемия — повышение концентрации сахара в крови не связано с нарушением синтеза инсулина. Это возможно при:

• избыточном употреблении углеводов с пищей
• нарушениях работы головного мозга (стресс)
• травмах головного мозга
• опухолях головного мозга
• воспалении головного мозга и его оболочек
• интоксикациях
• заболеваниях печени
• гормональных нарушениях

Все статьи о крови и кровообращении

Здесь можно задать вопрос

Показатели коагулограммы

Эта статья о лабораторных показателях коагулограммы, о тех показателях, которые отражают состояние свертывающей системы крови.

Как вы уже знаете из предыдущих статей о свертывающей системе крови, в процессе свертывание крови и образовании тромбов участвуют следующие факторы:

• сосудистый фактор
• тромбоцитарный фактор
• плазменный фактор

Показатели коагулограммы, отражающие сосудистый фактор

Сосуды активно участвуют в процессе свертывания крови. Поэтому состояние сосудов влияет на риск кровотечения и на возможность организма образовывать тромбы.

Для оценки состояния сосудов используются следующие тесты:

• проба щипка
• проба жгута

Проба щипка

Для проведения этой пробы собирают кожу под ключицей в небольшую складку и делают щипок. Если сосуды нормальные, никаких видимых изменений на коже не произойдет ни сразу, ни через 24 часа.

Если сосуды ломкие и хрупкие, на коже на месте щипка появятся мелкоточечные кровоизлияния или даже кровоподтек (синяк). Особенно хорошо видны эти изменения через 24 часа после проведения процедуры.

Проба жгута

Для проведения этой пробы на предплечье испытуемого человека рисуют круг. Для этого, отступив от локтевой ямки вниз на 1,5-2 см, очерчивают один круг. Второй круг рисуют, отступив от первого вниз на 2,5 см. На плечо накладывают манжету тонометра и создают давление в ней равное 80 мм рт. ст. Это давление поддерживается на одном уровне в течение 5 минут. После этого в очерченном круге подсчитываются все мелкоточечные кровоизлияния (петехии).

Если состояние сосудов нормальное, петехии либо не образуются вовсе, либо их не более 10 шт. При повышенной ломкости сосудов петехий гораздо больше.

Показатели коагулограммы, отражающие тромбоцитарный фактор

Количество тромбоцитов в крови

Для оценки тромбоцитарного фактора свертывающей системы крови подсчитывают количество тромбоцитов в крови. Снижение количества тромбоцитов (тромбоцитопения) расценивается как повышение риска кровотечения. 

Риск спонтанного кровотечения возникает тогда, когда количество тромбоцитов снижается ниже 50,0•10?/л.

Смертельное кровотечение почти неизбежно, если количество тромбоцитов снижается до 5,0•10?/л.

Повышенное количество тромбоцитов в крови (тромбоцитоз) приводит к повышению свертываемости крови и проявляется повышенным образованием тромбов в кровеносном русле.

Реальная опасность образования тромбов в сосудах возникает тогда, когда количество тромбоцитов достигает уровня 1000,0•10?/л и выше.

Время кровотечения (ВК)

Это время, которое проходит между временем прокола мякоти пальца и остановкой кровотечения. В норме остановка кровотечения наступает на второй - третьей минуте.

Снижение времени кровотечения характерно для:

• наследственного снижения количества тромбоцитов
• дефицита витамина С в организме
• длительного приема аспирина и других препаратов, снижающих свертываемость крови

Индекс адгезивности тромбоцитов

Адгезия - это свойство тромбоцитов прилипать к сетке поврежденного сосуда. Индекс адгезивности в норме равен 20-50%.

Снижение этого индекса свидетельствует об уменьшении способности тромбоцитов прилипать к стенке сосуда. Это наблюдается при:

• почечной недостаточности
• остром лейкозе
• некоторых специфических заболеваниях

Спонтанная агрегация

Агрегация - это способность тромбоцитов склеиваться друг с другом. Этот показатель в норме равен 0-20%.

Повышение этого показателя наблюдается при атеросклерозе, инфаркте миокарда, тромбозах, сахарном диабете.

Снижение этого показателя наблюдается при снижении количества тромбоцитов в крови и при некоторых специфических болезнях.

Индекс ретракции кровяного сгустка

В норме этот индекс равен 48-64%. Снижение его происходит при уменьшении количества тромбоцитов в крови.

Показатели коагулограммы, отражающие плазменный фактор

Время свертывания крови

Это интервал времени между взятием крови и появлением в ней сгустка. Норма для венозной крови - 3-5 минут. Для капиллярной крови норма от 30 секунд до 5 минут.

Увеличение времени свертывания происходит за счет недостаточного количества плазменных элементов свертывающей системы крови, при гемофилии, при заболеваниях печени или под действием лекарств, снижающих свертываемость крови.

Уменьшение времени свертывания наблюдается при механических повреждениях тканей, при ожогах, обширных операциях, при переливании несовместимой крови, сепсисе, при приеме пероральных контрацептивов и после кровотечения.

Укорочение времени свертывания крови указывает доктору на необходимость профилактики гиперкоагуляции, которая приводит к образованию множественных тромбов.

Протромбиновый индекс (ПТИ), протромбиновое время (ПТВ) и международное нормализованное отношение (МНО)

Используются:

• при оценке системы свертывания крови
• при оценке эффективности лечения варфарином
• при определении нарушения функции печени
• при определении степени насыщения витамином К

ПТВ позволяет оценить активность плазменных факторов свертывания.

Норма 

• ПТВ — 11—16 секунд
• МНО — 0,85—1,35
• ПТИ - 78-142%

Тромбиновое время

Это время, за которое происходит превращение фибриногена в фибрин. Норма - 15-18 секунд.

Увеличение этого времени говорит о тяжелом повреждении печени или о врожденной недостаточности фибриногена.

Укорочение этого времени говорит об избытке фибриногена или о наличии паратпротеинов.

Этот показатель обязательно контролируют при лечении гепарином и фибринолитиками.

Фибриноген

Это белок, который синтезируется в печени и под воздействием плазменных факторов свертывания крови превращающийся в фибрин. Из него получаются те самые плотные нити фибрина, которые опутывают первичный сгусток крови и делают его более стабильным и прочным.

Норма фибриногена в крови - 2-4 г/л.

Активированное частичное тромбопластиновое время (АЧПВ)

Это время, за которое образуется сгусток крови после присоединения к плазме хлорида кальция. Это наиболее чувствительный показатель свертывания крови.

Норма - 30-40 секунд.

Все статьи о крови и кровообращении

Здесь можно задать вопрос