Z D R A V S T V O
Kooperativno vezivanje kiseonika omogućava hemoglobinu da dostavi više kiseonika tkivu u uslovima male promjene parcijalnog pritiska kiseonika. U plućima je koncentracija kiseonika visoka i hemoglobin postaje zasićen kiseonikom. Suprotno ovome, u perifernom tkivu oksihemoglobin otpušta svoj kiseonik kako bi bio korišten u reakcijama aerobnog metabolizma tkiva. Pored hem-hem interakcije u hemoglobinu, za njegovu funkciju poseban značaj imaju alosterni modulatori. Sposobnost hemoglobina da reverzibilno vezuje kiseonik je pod uticajem: parcijalnog pritiska kiseonika - pO2 (kroz hem-hem interakciju), pH sredine (H+ jona), parcijalnog pritiska ugljen-dioksida - pCO2 i raspoloživosti 2,3 – difosfoglicerata (2,3-DFG). Nazivaju se alosterni modulatori jer njihovo vezivanje sa jednim dijelom hemoglobina djeluje na vezivanje kiseonika za hem grupe hemoglobina. Oni mogu imati pozitivan efekat (povećavaju afinitet prema kiseoniku) ili negativan efekat (snižavaju afinitet prema kiseoniku). H+ joni, ugljen-dioksid i 2,3-DFG su negativni alosterni modulatori hemoglobina. Svojim vezivanjem za hemoglobin prevode hemoglobin u deoksihemoglobin i na taj način olakšavaju oslobađanje kiseonika. Za ovo postoji fiziološka potreba jer je tkivima potreban kiseonik tamo gdje je koncentracija H+ i 2,3-DFG najveća. Afinitet hemoglobina prema kiseoniku je osjetljiv na pH. Ova pojava se naziva Borov efekat. On se označava kao pomak udesno na krivi disocijacije kiseonika sa snižavanjem pH. Povećana koncentracija H+ jona (snižen pH) favorizuje otpuštanje kiseonika iz molekula hemoglobina. U cirkulaciji između alveola pluća i kapilara perifernih tkiva, eritrociti su izloženi različitim vrijednostima pH i pO2. Visok pO2 u plućima dovodi do zasićenja kiseonikom. U perifernom tkivu, sredina je kisela, pH nizak, zbog stvaranja kiselih metabolita. Hemoglobin zasićen kiseonikom, kada dospije u ovu sredinu, oslobađa se kiseonika. Međusobna povezanost zasićenja kiseonikom i pH je u skladu sa zahtjevima aerobnog metabolizma. Borov efekat je usko povezan sa sposobnošću djelovanja ugljen-dioksida na afinitet hemoglobina prema kiseoniku. Slično negativnom alosternom efektu pH, povećana koncentracija ugljendioksida snižava afinitet hemoglobina prema kiseoniku. Efekat ugljen-dioksida ne treba posmatrati samo kao alosterni
efekat modulatora, već je to i funkcija hemoglobina da oslobođeni ugljen-dioksid transportuje i oslobađa u plućima. Postoji jaka fiziološka povezanost pCO2 i afiniteta za kiseonik. Ugljen-dioksid je produkt oksidacije u mitohondrijama i, kao i vodonikov jon, oslobađa se u metabolički aktivnim tkivima. Poslije difuzije u krv, mala količina ugljen-dioksida reaguje sa oksihemoglobinom, što uslovljava disocijaciju vezanog kiseonika. U plućima, krv i hemoglobin su izloženi niskom pCO2, pa se oslobađa ugljen-dioksid, a ponovo se veže kiseonik. U grupu negativnih alosternih modulatora takođe spada 2,3-difosfoglicerat. To je najvažniji organski fosfat u eritrocitima koji nastaje pri razgradnji glukoze. U eritrocitima se nalazi u visokoj koncentraciji koja odgovara koncentraciji hemoglobina. Pri nižem parcijalnom pritisku kiseonika veže se za hemoglobin, čime podstiče otpuštanje kiseonika. Kod ljudi koji žive na visokim nadmorskim visinama, koncentracija 2,3-difosfoglicerata u krvi je povišena, što uvećava sposobnost organizma da dostavi veću količinu kiseonika tkivima u uslovima njegove smanjene količine. Hemoglobin ima sposobnost da za sebe veže i ugljen-monoksid (dim iz duvana, izduvni gasovi automobila). Afinitet hemoglobina prema ugljen-monoksidu je i do 200 puta veći nego afinitet prema kiseoniku što znači da i male količine ugljen-monoksida znatno smanjuju njegovu sposobnost da prenosi kiseonik. Kada se ugljen-monoksid veže za hemoglobin, nastaje svijetlocrveno jedinjenje koje se zove karboksihemoglobin koji prouzrokuje da koža osobe koja je umrla od trovanja ugljen-monoksidom postane blijedoroza. Kada se u vazduhu koji se udiše nalazi već i 0,02% ugljen-monoksida, dolazi do glavobolje i povraćanja. Ukoliko se koncentracija ugljen-monoksida poveća na 0,1%, može da dođe do gubitka svijesti. Kod nekih pušača i do 20% mjesta za preuzimanje kiseonika može biti blokirano ugljen-monoksidom. Hemoglobin takođe ima veliku sposobnost vezivanja cijanida (CN-), sumpor-monoksida (SO), azot-dioksida (NO2) i sulfida (S2-), uključujući vodonik-sulfid (H2S). Sva ova jedinjenja vezana za gvožđe u hem grupi ne mijenjanju njegovo oksidaciono stanje, ali sprječavaju vezivanje kiseonika čime izazivaju veliku toksičnost.
Određivanje koncentracije hemoglobina u krvi ima klinički značaj u slučaju sniženih vrijednosti kod anemije i povišenih vrijednosti kod eritrocitoze. Snižene vrijednosti hemoglobina se javljaju kod anemije usljed krvarenja, hemolize ili snižene sinteze. Snižena sinteza se javlja usljed deficijencije gvožđa, snižene sinteze hema ili globina i kod deficijencije vitamina B12. Povišene vrijednosti hemoglobina su obično nađene kod eritrocitoze i ona se javlja zbog dehidratacije, cijanoze, hipoksije, zbog boravka na većoj nadmorskoj visini, oboljenja srca ili pluća. Postoje dva tipa poremećaja koji su vezani za stvaranje hemoglobina: Hemoglobinopatije (produkcija strukturalno abnormalnih hemoglobinskih molekula); Talasemije (sinteza nedovoljne količine normalnog hemoglobina). Strukturni poremećaj kod hemoglobinopatija može da se javi usljed: 1) supstitucije neke aminokiseline u globinskom dijelu hemoglobina; 2) izostavljanja jedne ili više aminokiselina; ili 3) uvođenja nove aminokiseline u globinski dio. Ovakve promjene prouzrokuju niz različitih funkcionalnih poremećaja. Mijenjaju se rastvorljivost i stabilnost (anemija srpastih ćelija i hemolitička anemija), kapacitet za prenošenje O2 u krvi (methemoglobinemija) i brzina stvaranja hemoglobina (hipohromna anemija). Promjena rastvorljivosti najčešće dovodi do hemoglobinopatije, koja je poznata kao oboljenje srpastih ćelija („sickle cell“ ). Oboljenje se javlja od drugog do šestog mjeseca života, nasljedni je oblik anemije. Kod ovog oboljenja se stvaraju patološki proteinski lanci u sastavu globinskog dijela. Normalno, crvene krvne ćelije su fleksibilne i okrugle te se kreću lako kroz krvne sudove. Kod anemije srpastih ćelija, crvene krvne ćelije postaju krute i ljepljive te su u obliku srpa ili polumjeseca. One mogu zapeti u male krvne sudove, što može usporiti ili blokirati protok krvi i kiseonika u dijelovima tijela. Srpaste ćelije se razlažu brzo, tako da kiseonik ne dospijeva do organa u tijelu. Promjenom stabilnosti hemoglobina, eritrociti su podložniji lizi nego normalni eritrociti, što dovodi do hemolitičke anemije. Poznate su i rijetke varijante hemoglobina kod kojih je afinitet za vezivanje kiseonika povećan ili smanjen. Povećani afinitet za vezivanje kiseonika dovodi do smanjenja prenosa (predaje) kiseonika 33