Связывание гемоглобина с оксидом углерода
Оксид углерода (угарный газ, СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород. Даже при крайне низких парциальных давлениях СО гемоглобин превращается в карбоксигемоглобин: Нb+СО НbСО. Равновесие этой реакции значительно смещено вправо, поэтому кривая диссоциации карбоксигемоглобина имеет очень крутой наклон. Высокое сродство оксида углерода к гемоглобину обусловлено тем, что СО диссоциирует от НЬ гораздо медленнее, чем О2. Максимально эффективная концентрация для СО составляет 30 частей на миллион, что соответствует 0,003 объемных %. В артериальной крови человека, пребывающего достаточно долго в среде с таким содержанием СО, на долю НЬСО приходится около 5% общего содержания гемоглобина. Парциальные давления СО и О2, при которых содержание соответственно НbСО и НbО2 составляет по 5%, соотносятся как 1:350. Иными словами, в данных пределах парциальных давлений сродство Нb к СО примерно в 35O раз выше, чем к О2.
Токсичность оксида углерода обусловлена именно высоким сродством этого соединения к гемоглобину. СО представляет собой газ без цвета и запаха, образующийся при неполном сгорании органических веществ. Иногда он входит в состав бытового газа; кроме того, он выделяется при работе двигателей внутреннего сгорания. Даже при низких концентрациях СО вытесняет кислород из соединения с гемоглобином, при этом последний теряет способность к переносу О2. В норме на долю НbСО приходится лишь 1% общего количества гемоглобина в крови; у курильщиков же к вечеру она достигает 20%. Об опасности, которую угарный газ представляет для автомобилистов, говорит тот факт, что на дорогах с особенно интенсивным движением содержание СО в воздухе достигает 3-10 ч. При такой концентрации СО шахтерам положено надевать дыхательные аппараты.
Токсичность угарного газа обусловлена не только блокированием гемоглобина, но и другим эффектом. Когда часть гемоглобина превращается в НbСО, кривая диссоциации оксигемоглобина (для гемоглобина, еще не блокированного СО) сдвигается влево и может в итоге приобретать форму гиперболы. В результате происходит еще большее снижение напряжения О2 в тканевых капиллярах.
При тяжелом отравлении угарным газом, отличительным признаком которого служит вишнево-красная окраска крови, жизнь пострадавшего можно спасти путем немедленного применения искусственного дыхания, по возможности с чистым кислородом. При этом напряжение кислорода в крови увеличивается, и О2 частично вытесняет СО из связи с гемоглобином. Рекомендуется также переливание большого количества крови, так как при этом в кровь пострадавшего поступает гемоглобин, способный переносить кислород.
Перенос со2 кровью. Формы транспорта со2.
Диоксид углерода (СО2, углекислый газ) ― конечный продукт окислительного метаболизма в клетках ― переносится с кровью к легким и удаляется через них во внешнюю среду. Подобно кислороду, диоксид углерода может переноситься как в физически растворенном виде, так и в составе химических соединений. Химическое связывание СО2 ―более сложный процесс по сравнению со связыванием кислорода. Это обусловлено тем, что механизм, отвечающий за транспорт СО2, должен одновременно обеспечивать поддержание постоянства кислотно-щелочного равновесия крови и тем самым внутренней среды организма в целом.
Связывание СО2. Напряжение СО2 в артериальной крови, поступающей в тканевые капилляры, составляет 40 мм рт.ст. (5,3 кПа). В клетках же, расположенных около этих капилляров, напряжение СО2 значительно выше, так как углекислый газ постоянно образуется в процессе метаболизма. В связи с этим физически растворенный СО2 диффундирует по градиенту напряжения из тканей в капилляры. Здесь некоторое количество углекислого газа остается в растворенном состоянии, но большая часть СО2 претерпевает ряд химических превращений. Прежде всего, происходит гидратация молекул СО2 с образованием угольной кислоты, сразу же диссоциирующей на ион бикарбоната и протон:
В плазме крови эта реакция протекает очень медленно; в эритроците же она ускорена примерно в 10 тыс. раз. Это связано с действием фермента карбоангидразы. Поскольку этот фермент присутствует только в эритроцитах, практически все молекулы СО2, участвующие в реакции гидратации, должны сначала проникнуть в эритроциты.
Роль разных форм СО2 в газообмене. В крови, поступающей к тканям, напряжение СО2 составляет 40 мм рт.ст. Проходя через них, кровь насыщается углекислым газом, и напряжение его в оттекающей из тканей крови достигает в среднем 46 мм рт.ст. При этом 1 л крови поглощает примерно 1,8 ммоль СО2. Около 12% этого количества остается в физически растворенном виде или в форме недиссоциированной угольной кислоты, 11% образует карбаминовое соединение с гемоглобином, 27% транспортируется в виде бикарбоната в эритроцитах, а остальное количество ―около 50% ―растворено в виде НСО3¯ в плазме. При прохождении крови через легкие СО2 высвобождается из этих четырех форм в таком же соотношении.
источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Гемоглобин — кровь
Для трех гемоглобинов крови человека A , S и С, структурные различия между которыми локализуются на расстоянии 30 А ( 3 нм) от центра ионизации, такая линейная зависимость действительно существует. При исследовании поведения некоторых других аномальных гемоглобинов крови человека с известной структурой, одни из которых, подобно S и Р, имеют специфические различия в месте, удаленном от тема, а другие — в месте поблизости от тема, был сделан вывод, что тесту на чистый эффект поля удовлетворяют те системы, в которых изменение заряда происходит на расстоянии более 10 А ( 1 нм) от атома железа. [16]
Миоглобин аналогично гемоглобину крови придает красный цвет мускулам. [17]
Как известно, гемоглобин крови образует с кислородом окси-гемоглобин; так как этот процесс обратим, то реакцию можно использовать для газохроматографичеокого отделения О2 от других тазов, не поглощаемых гемоглобином. [18]
В окрашенных молекулах гемоглобина крови и хлорофилла растений пятичленное гетероциклическое кольцо, содержащее азот, занимает центральное место. [19]
Может отмечаться понижение гемоглобина крови , уменьшение числа эритроцитов. [20]
Так, например, гемоглобин крови распадается на белковое вещество — глобин и небелковое красящее вещество — гематин; к этой группе белковых веществ относится содержащийся в молоке казеин: в его — состав входит фосфор в форме фосфорной кислоты, образующей эфиры со спиртовыми гидроксилами остатков оксиаминокислот, входящих в состав этого белка. [21]
Железо входит в состав гемоглобина крови , а точнее в красные пигменты крови, обратимо связывающие молекулярный кислород. У взрослого человека в крови содержится около 2 6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходит постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восстановления железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм около 25 мг. Недостаток железа в организме приводит к заболеванию — анемии. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких — заболевание, вызываемое отложением соединений железа в тканях этих органов. Недостаток в организме меди вызывает деструкцию кровеносных сосудов. Кроме того, считают, что его дефицит служит причиной раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение раком легких у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением меди в организме. Для человека вред причиняют лишь большие количества соединений меди. В малых дозах они используются в медицине как вяжущее и бактерио-стазное ( задерживающее рост и размножение бактерий) средство. [22]
Окись углерода соединяется с гемоглобином крови подобно кислороду, но гораздо легче последнего. Когда одна треть гемоглобина связывается окисью углерода, наступает гибель живого организма. Поэтому опыты в большом масштабе с окисью углерода никогда не следует проводить в закрытых помещениях. Газоанализаторы, определяющие содержание окиси углерода в воздухе, используют гопкалит ( смесь окислов марганца и меди), который в присутствии воздуха окисляет окись углерода в углекислоту. Количество тепла, выделяющееся при игом, измеряется термоэлементом. При достижении определенного температурного предела включается система тревожной сигнализации. По этому методу можно обнаружить 0 02 — 0 04 % объемн. [23]
Оксид углерода образует с гемоглобином крови стойкие соединения, в результате чего кровь теряет способное поглощать кислород воздуха, и наступает кислородное голодание. Легкое отравление оксидом углерода сопровождается головной болью, шумом в ушах, мельканием и туманом в глазах, слабостью, головокружением и рвотой. При остром отравлении наступают одышка, потеря сознания, судороги, удушье. Систематическое отравление в результате длительного воздействия небольших концентраций оксида углерода характеризуется быстрой утомляемостью, раздражительностью, головными болями. [24]
Окись углерода образует с гемоглобином крови стойкое соединение — карбоксигемоглобин, который не способен поддерживать кислородный обмен в тканях, вследствие чего наступает кислородное голодание и нарушается функция наиболее чувствительных тканей, главным О бразом центральной Нервной системы. Окись углерода постепенно удаляется из организма с выдыхаемым воздухом. [25]
Окись углерода соединяется с гемоглобином крови подобно кислороду, но гораздо легче последнего. Когда одна треть гемоглобина связывается окисью углерода, наступает гибель живого организма. Поэтому опыты в большом масштабе с окисью углерода никогда не следует проводить в накрытых помещениях. Газоанализаторы, определяющие содержание окиси углерода в воздухе, используют гопкалит ( смесь окислов марганца и меди), который в присутствии воздуха окисляет окись углерода в углекислоту. Количество тепла, выделяющееся при этом, измеряется термоэлементом. При достижении определенного температурного предела включается система тревожной сигнализации. По этому методу можно обнаружить 0 02 — 0 04 % объемн. [26]
Окись углерода соединяется с гемоглобином крови и мешает ему нести кислород в ткани организма. [27]
Наиболее опасен H2S воздействием на гемоглобин крови , может снижать поглощение кислорода на 80 — 85 %, снижает содержание эритроцитов и гемоглобина. При повышенных концентрациях H2S ( до 100 мг / м3) наблюдается легкое отравление, а при 150 мг / м3 и более — поражение слизистых оболочек органов дыхания. [28]
Обычно кислород для дыхания поставляется гемоглобином крови . Однако мышцы могут также запасать его, поскольку содержат белок ми-оглобин, близкий по структуре к гемоглобину ( разд. Миоглобин также обратимо связывается с кислородом ( оксигенируется) и высвобождает его в случае необходимости, когда кровь не успевает удовлетворять потребности мышечной ткани в кислороде, например при интенсивной физической нагрузке. [30]
источник
Отравления ядами, действующими на гемоглобин крови
Гемоглобин — сложный белок, молекула которого содержит четыре атома железа (Fe). Он находится в эритроцитах крови. Основная функция гемоглобина — перенос кислорода. Одна молекула способна присоединить четыре атома кислорода. В эритроцитах взрослого человека содержится около 750 г гемоглобина.
В организме происходит постоянный распад и воспроизводство эритроцитов, которые живут 100—120 дней. Гемоглобин распадается, а продукты его распада выводятся из организма, при этом теряется железо. Поэтому железо должно восполняться, поступая с продуктами питания в достаточном количестве. При недостаточном поступлении в организм человека железа развивается железодефицитная анемия —заболевание, приводящее к недостаточности гемоглобина в крови.
Те или иные воздействия на гемоглобин крови нарушают его главную функцию — перенос кислорода, тем самым возникает недостаточное насыщение органов и тканей кислородом — гипоксия. При неустранении причин гипоксии наступает смерть человека.
Воздействия на гемоглобин могут быть различными. По характеру действия на гемоглобин выделяют три основных группы ядов: яды, блокирующие гемоглобин путем присоединения к нему и тем самым затрудняющие перенос кислорода; яды, превращающие двухвалентное железо в трехвалентное и тем самым снижающие возможность транспортировки кислорода; яды, способствующие выходу гемоглобина из эритроцитов в плазму крови, в результате чего он теряет способность переносить кислород.
Отравление оксидом углерода. Среди всех отравлений, попадающих в поле деятельности судебных медиков, отравления оксидом углерода стоят на втором месте после отравлений этиловым алкоголем.
Оксид углерода (химическая формула — СО) — продукт неполного сгорания углерода, образуется там, где углеродсодержащие вещества сгорают в условиях недостаточного доступа воздуха. В чистом виде это газ без цвета и запаха, немного легче воздуха, поэтому в помещениях в первую очередь скапливается в верхних слоях воздуха под потолком. На практике СО встречается в смеси с другими газами: продуктами сгорания веществ и атмосферным воздухом.
Процесс отравления оксидом углерода с давних пор называют угаранием, отсюда произошло бытовое название этого газа — угарный газ. Отравления угарным газом — это чаще всего несчастные случаи в быту при неправильном пользовании газовым и печным отоплением, в гаражах при работе двигателя автомобиля, при пожарах и в других ситуациях. Встречаются самоубийства путем отравления угарным газом, очень редко, но встречаются убийства, замаскированные под самоубийство или несчастный случай.
Оксид углерода обладает большим сродством к гемоглобину. Поэтому, попадая в легкие с атмосферным воздухом, он затем растворяется в плазме крови, проникает в эритроциты и соединяется (вступает в реакцию) с гемоглобином. Образуется комплекс — карбоксигемоглобин (НЬСО), который не способен присоединять и переносить кислород. Если поступление оксида углерода в организм человека не прекращается, то карбоксигемоглобин постепенно накапливается в таком количестве, которое препятствует нормальному переносу кислорода, в результате чего развивается гипоксия. После связывания оксидом углерода более половины гемоглобина может наступить смерть, если не будет оказана квалифицированная медицинская помощь. Иногда отмечается повышенная устойчивость к угарному газу. Например, женщины, дети в возрасте до года переносят отравление угарным газом легче, чем мужчины.
Чем выше концентрация СО в воздухе, тем быстрее создается опасная для жизни концентрация карбоксигемогло- бина в крови. Например, если концентрация угарного газа в воздухе составляет 0,02—0,03%, то за 5—6 часов вдыхания такого воздуха создастся концентрация карбоксигемогло- бина 25—30%, если же концентрация СО в воздухе будет 0,3—0,5%, то смертельное содержание карбоксигемоглобина на уровне 65—75% будет достигнуто уже через 20—30 минут пребывания человека в такой среде.
Один из вариантов самоубийства путем отравления угарным газом описан во многих научных и популярных книгах. С помощью резинового шланга выхлопные газы, содержащие большое количество угарного газа, от выхлопной трубы автомобиля доставляются в салон, где и находится самоубийца. Практические наблюдения и эксперименты показывают, что уже через 2—3 минуты в салоне автомобиля создается концентрация угарного газа около 1%. Для того чтобы человек умер, достаточно всего 10 минут пребывания в такой атмосфере. То есть примерно через 15—20 минут после начала поступления газа в салон человек, находящийся в нем, погибнет. При исследовании трупов лиц, умерших в подобной ситуации, в их крови обнаруживают концентрацию карбоксигемоглобина около 70%.
Отравление угарным газом может происходить резко или же замедленно, в зависимости от концентрации. При очень больших концентрациях отравление наступает быстро, характеризуется быстрой потерей сознания, судорогами и остановкой дыхания. В крови, взятой из области левого желудочка сердца или из аорты, обнаруживается высокая концентрация карбоксигемоглобина — до 80%. При небольшой концентрации угарного газа симптомы развиваются постепенно: появляется мышечная слабость; головокружение; шум в ушах; тошнота; рвота; сонливость; иногда, наоборот, кратковременная повышенная подвижность; затем нарушение координации движений; бред; галлюцинации; потеря сознания; судороги; кома и смерть от паралича дыхательного центра. Сердце может сокращаться еще некоторое время после остановки дыхания. Отмечены случаи гибели людей от последствий отравления спустя даже две-три недели после события отравления.
Конечно же, на скорость смертельного отравления угарным газом влияют многие факторы, ускоряющие или замедляющие этот процесс.
Для установления факта смерти от отравления угарным газом значение имеют данные, полученные при исследовании места происшествия; характер обстановки и наличие источников угарного газа дают основания предположить причину смерти. Большое значение имеет информация, полученная в ходе исследования трупа на месте его обнаружения и в морге. В частности, при наружном осмотре трупа обращают на себя внимание трупные пятна — они яркие, красновато-розовые, за счет того, что кровь, насыщенная карбоксигемоглобином, ярко-алая. При биохимическом исследовании крови от трупа в ней устанавливают наличие карбоксигемоглобина в концентрациях от 55 до 80% и даже более.
При дифференциации случаев прижизненного или посмертного попадания людей в зону повышенной концентрации угарного газа следует помнить, что в крови лиц, оказавшихся в таком месте мертвыми, карбоксигемоглобин тоже образуется за счет посмертного связывания гемоглобина и угарного газа, однако в этом случае концентрация карбоксигемоглобина обычно не превышает 20—30%. В таких случаях судебные медики должны устанавливать действительную причину смерти человека. Помочь дифференцировать самоубийство от убийства в случаях отравления угарным газом судебные медики не в состоянии. Они могут лишь обнаружить следы борьбы или самообороны, которые только косвенно будут свидетельствовать о роде смерти.
Отравление метгемоглобинобразующими ядами. К ядам, образующим меггемоглобин, относятся: нитриты и нитраты, нафталин, метиленовый синий и многие другие вещества, которые используются в промышленности и в медицинской практике. Количество отравлений такими ядами сравнительно невелико. Они ошибочно принимаются внутрь вместо лекарственных веществ или с пищевыми продуктами.
Метгемоглобин — вещество, которое образуется путем окисления железа, находящегося в гемоглобине (MtHb). Образовавшееся стойкое соединение препятствует присоединению кислорода к гемоглобину, тем самым нарушается процесс доставки кислорода к клеткам органов и тканей.
В зависимости от дозы отравление может быть различным по тяжести. Судебные медики чаще всего сталкиваются со смертельными отравлениями этими ядами. Первые симптомы появляются при таких отравлениях уже через 1—2 часа; в частности, наблюдаются: головокружение, головная боль, нарушение пространственной ориентации. Слизистые оболочки, кожа на пальцах и на ушных раковинах приобретает синюшный оттенок. Позднее присоединяются рвота, одышка, помрачение сознания, кожа приобретает сероватую окраску. Выражены явления кислородной недостаточности. При тяжелом отравлении без оказания медицинской помощи смерть может наступить спустя несколько часов после приема яда.
Диагностика отравления основывается на данных, полученных в ходе опроса свидетелей умирания, на результатах химического исследования веществ, предположительно вызвавших интоксикацию. Такого рода информация должна быть собрана и предоставлена судебному медику сотрудниками органов внутренних дел. Естественно, большое значение имеет исследование трупа на месте его обнаружения и в морге. Но чаще в морг такие погибшие доставляются не с места происшествия, а из медицинских учреждений, поэтому важно исследовать информацию, содержащуюся в медицинских документах.
При судебно-медицинском исследовании в первую очередь отмечают внешние признаки, присущие отравлениям такими ядами. Наличие большого количества метгемоглобина в крови обусловливает ее коричневатый оттенок, вследствие этого трупные пятна темно-серые с буроватым оттенком.
Вскрытие полостей трупа позволяет обнаружить: характерную окраску внутренних органов, полнокровие внутренних органов, мелкие кровоизлияния во внутренние органы и некоторые другие изменения.
Химическим исследованием крови устанавливается наличие и количественное содержание метгемоглобина. При смертельном отравлении обычно находят, что количество метгемоглобина в крови не менее 60—70%.
Совокупность указанных данных позволяет достаточно четко диагностировать отравление каким-либо метгемогло- бинобразующим ядом.
Отравление гемолитическими ядами. Рассмотрим отравления гемолитическими ядами на примере отравления мышьяковистым водородом (AsH3).
Мышьяковистый водород — тяжелый газ. Проникает в организм человека преимущественно через легкие. Через 3—5 часов в крови уменьшается количество эритроцитов за счет их гемолиза (разрушения). Тормозится мочеисиускание, расстраиваются функции печени, наблюдается падение кровяного давления. В моче появляется гемоглобин (гемо- глобинурия). Развиваются явления печеночной и почечной недостаточности.
На вскрытии обнаруживаются изменения в печени, почках и других органах. В моче определяется гемоглобин в большом количестве. При проведении судебно-химических исследований обнаруживаются мышьяк и его производные.
источник