Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

THE DETERMINATION OF THE HEMOGLOBIN AFFINITY FOR OXYGEN IN ACUTE LUNG INJURY

Surin M.V. 1
1 Syktyvkar State University
At present there is a lack of information on the changes in hemoglobin affinity for oxygen in acute respiratory failure, whereas the data concerning the oxyhemoglobin dissociation curve (ODC) in hypoxic hypoxia due to the decrease of PO2 in the inspired air are much more redundant [8]. In acute lung injury (ALI) patients, the partial tension of CO2 (PCO2) and pH were measured with the RADIOMETER gas analyzer. The arterial РСО2 was 37,2 ± 18,0 mm Hg, and the venous PCO2 was 47,7 ± 24,1 mm Hg. The [Н+] content was determined to be 3,75 ± 0,73 and 4,21 ± 0,87·10–8 M in arterial and venous blood, respectively. In ALI patients the calculated P50 value was 27,0 ± 4,84 mm Hg and 29,4 ± 4,72 mm Hg for the arterial and venous blood, respectively. The hemoglobin affinity for oxygen correlations with the proton content (r = 0,58) and PCO2 (r = 0,13) were determined. It was found that the P50 value and ODC position were within the normal range in ALI patients.
Р50
ALI
arterial and venous blood
proton
1. Breslav I.S., Glebovskij V.D. Reguljacija dyhanija. L.: Nauka, 1981. 280 р.
2. Golubev A.M., Alisievich V.I., Pavlov Ju.V., Zhuk Ju.M., Dorohina G.V.. Morfologicheskie izmenenija dyhatel’noj sistemy pri mehanicheskoj travme na fone razlichnyh legochnyh zabolevanij. Perspektivy razvitija i sovershenstvovanija sudebno-medicinskoj nauki i praktiki. Materialy VI Vserossijskogo s#ezda sudebnyh medikov. 2005. рр. 274–275.
3. Zinchuk V.V. NO-zavisimye mehanizmy transporta kisloroda krov’ju // Voprosy jeksperimental’noj i klinicheskoj fiziologii dyhanija: Sb. nauch. tr. – Tver’: Tver. gos. un-t, 2007. рр. 99–105.
4. Irzhak L.I. Gemoglobiny i ih svojstva. M., 1975. рр. 240.
5. Kassil’ V.L., Zolotokrylina E.S. Ostryj respiratornyj distress-sindrom. M., Medicina, 2003. 224 рр.
6 Nachala fiziologii. Pod red. Nazdracheva A.D. Uchebnik dlja vuzov. 3-e izd., ster. SPb.: Lan’, 2004 1088 р.
7. Ostryj respiratornyj distress-sindrom: Prakticheskoe rukovodstvo / Pod red. B.R. Gel’fanda, V.L. Kassilja. M.: Litera. 2007. 232 р.
8. Rjabov G.A. Gipoksija kriticheskih sostojanij. M.: Medicina, 1988. 288 р.
9. Severinghaus J.W. Oxygen dissociation curve slide rule, with the new pH, base excess, and temperature correction. Circ. Res. Vol. 19: рр. 274–282, 1966

Внешней средой, с которой контактирует кровь человека, служит воздух легочных альвеол. «Альвеолярный газ служит для организма своеобразной «внутренней атмосферой» – подобно тому, как кровь служит его внутренней жидкой средой» [1]. Обмен кислородом и углекислотой между альвеолами и кровью зависит от диффузии газов на уровне аэрогематического барьера (АГБ) [6]. Структурно-функциональная основа АГБ нарушается при остром повреждении легких (ОПЛ) [2]. Это осложняет газообмен и способствует развитию в организме кислородного дефицита – гипоксии.

ОПЛ является одним из признаков развития системной воспалительной реакции. Повреждение АГБ связано с действием медиаторов воспаления, образованием тромбов в легочных капиллярах и, как следствие, нарушением микроциркуляции [7].

При ОПЛ наблюдаются клинические и лабораторно-инструментальные признаки повреждения АГБ. Развитие ОПЛ требует использования респираторной поддержки (РП) в виде увлажненного кислорода или искусственной вентиляции легких (ИВЛ) [5, 7]. Применение различных алгоритмов ИВЛ может привести к изменениям РСО2, что изменяет рН крови в сторону ацидоза или алкалоза.

В условиях затрудненной диффузии О2 через АГБ особо важную роль приобретают функциональные свойства гемоглобина – сродство к О2.

На физиологическое значение сдвига КДО в ту или иную сторону указывали многие авторы. По их данным, различия в степени оксигенации гемоглобина, являющиеся в конечном счете функцией различного РО2 плазмы, сопряжены с улучшением или ухудшением снабжения тканей кислородом.

Значение Р50 определенно можно рассматривать как одну из важнейших физиологических констант внутренней среды организма, изменение которой может вызвать только значительный дисбаланс систем гомеостазиса [8].

Между тем различные факторы среды (рН, рСО2, температура и ДФГ) оказывают на молекулу гемоглобина определенное воздействие [4], что может определять изменение сродства гемоглобина к О2. В последние годы к числу важнейших лигандов, способных определять функциональные свойства гемоглобина, относят такие сигнальные молекулы, как оксид азота – NO [3].

Известно, что активность Н+ наиболее существенно изменяет свойства гемоглобина – связи между субъединицами становятся слабее по мере подкисления среды. При этом КДО смещается вправо, сродство к гемоглобину уменьшается, Р50 растет [4, 6]. Исследователями убедительно доказана связь между содержанием протона и положением КДО. РСО2 также изменяет степень сродства гемоглобина к О2 в основном за счет изменения рН.

Интересно, что в литературе приводятся различные, но очень близкие значения показателя Р50 в норме – от 25 до 27,5 мм рт. ст. [8]. Очевидно, что единого значения нормы Р50 нет из-за применения различных методик определения (газовая тонометрия по Austrup, 1965 г.; газовый анализатор Duvelleroy, 1970 г.; метод смешения равных объемов полностью оксигенированной и дезоксигенированной крови по Edwards и Martin, 1966 г) [8]. В настоящее время, как и в нашей работе, при определении Р50 используют формулу [9]:

Eqn12.wmf

Eqn13.wmf

Цель работы: определить у пациентов с ОПЛ Р50, сравнить с нормальными значениями. Определить зависимость Р50 от содержания протона и от парциального напряжения углекислоты в крови при ОПЛ.

Материалы и методы исследования

В соответствии с целью работы материалом служили пробы крови пациентов, находившихся на лечении в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) Коми республиканской больницы, у которых на основании диагностических признаков определено развитие ОПЛ. Работу выполняли в течение 2010–2012 гг. Исследована кровь 33 пациентов (26 мужчин, 7 женщин) в возрасте от 18 лет до 71 года.

Кровь получали из бедренных сосудов a et v femoralis, как это рекомендуется при ведении пациентов с ОПЛ [7]. Всем исследуемым производилась РП вида увлажненного О2 или ИВЛ с различными FiO2.

РО2, рН артериальной и венозной крови определяли датчиком аппарата RADIOMETER (t = 37,0 °C).

Расчет Р50 производили по формуле [9].

[Н+] определяли по формуле 10–рн.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные результаты внесены в таблицу.

Значения СО2, Н+ и Р50 крови

Номер исследования

Артериальная кровь

Венозная кровь

РСО2, мм рт. ст.

[Н+]·10-8

Р50, мм рт. ст.

РСО2, мм рт. ст.

[Н+]·10-8

Р50, мм рт. ст.

1

2

3

4

5

6

7

1

53,5

3,31

24

69,5

3,8

25,9

2

38,7

4,72

28,2

51,9

5,43

32,4

3

19,9

5,2

28,2

111

5,94

32,4

4

119

5,62

30,9

137

5,89

33,1

5

72,2

3,98

26,3

92,8

4,52

29,5

6

21,2

4,14

26,9

24,4

4,59

30,9

7

32,7

3,9

27,5

34,5

4,12

30,9

8

29,1

2,51

21,1

33,6

2,81

27,5

9

23,9

3,84

32,4

36,7

4,61

37,2

10

35,4

3,31

24,9

45

3,7

28,2

11

33,4

3,3

25,2

41

3,8

30,1

12

25,6

3,26

26,3

28,7

3,47

28,8

13

33,5

3,6

22,8

50,7

4,64

29,5

14

24

2,3

22,9

31,5

2,61

29,9

15

44,6

3,8

28,8

65,3

5,28

39,8

16

35,6

4,13

43,6

38,1

4,25

38,6

17

38,1

4,9

34,6

40,3

5,6

33

18

35,5

2,7

22,9

43,9

3

13,2

19

36,3

2,8

25,7

44,6

3,1

26,3

20

42,2

3,2

28,4

48,4

3,2

26,1

21

32,4

3,98

22,1

41,1

4,36

23,4

22

27

3,04

23,3

31,4

3,55

27,9

23

22,5

3,84

25,7

32,7

4,07

26,9

24

24,4

3,6

31,3

31,2

5,1

33,9

25

33,9

3,47

25,2

35,3

3,59

26,3

26

39,4

4,74

38,9

46,9

5,27

32,4

27

36

3,74

26,9

39

4,05

28,8

28

34,1

3,87

26,3

40,5

4,39

28,8

29

31

3,7

24,1

37,7

4

30,2

30

31,1

3,3

24,4

28

3,6

26,9

31

26,4

3,98

22,5

33,6

4,26

28,2

32

49,1

3,6

22,4

55,3

3,6

25,7

33

45,5

4,4

26,1

54,5

4,9

28,2

М ± SD

37,2 ± 18,0

3,75 ± 0,73

27,0 ± 4,84

47,7 ± 24,1

4,21 ± 0,87

29,4 ± 4,72

m

3,13

0,13

0,84

4,2

0,15

0,82

Lim

Max

119,0

5,62

43,6

137

5,94

39,8

Min

21,2

2,3

21,1

24,4

2,61

13,2

Как видно из таблицы, РСО2 в артериальной и венозной крови находится в пределах нормы. РСО2 крови увеличено только в некоторых исследованиях (№ 1, 3, 4, 5), что обусловлено наличием сопутствующей хронической патологии респираторного аппарата. РСО2 венозной крови достоверно выше артериальной крови. Нормальные значения РСО2 свидетельствуют о нормальной диффузии углекислоты через АГБ при ОПЛ.

Известна зависимость между РСО2 крови и Р50 (рис. 1).

pic_56.wmf

Рис. 1. Зависимость Р50 от РСО2. По горизонтали – РСО2, мм рт.ст., по вертикали – Р50, мм рт.ст.♦ значения артериальной крови, ■ – венозной

Однако, как видно из рис. 1, у пациентов при ОПЛ практически нет достоверной зависимости между РСО2 и Р50 крови (r = 0,13).

Концентрация протона в артериальной крови – 3,75·10–8 – ниже, чем в венозной – 4,21·10-8 при p < 0,001. Среднее содержания протона в крови – в норме. В некоторых исследованиях (таблица) отмечаются как случаи увеличения количества протона (№ 3 и 4), так и снижения (№ 8, 14). Таким образом, при ОПЛ содержание протона в основном находится в пределах нормы.

Значение Р50 артериальной крови в среднем 27,0 ± 4,84 мм рт. ст., что является нормой. Р50 венозной крови при ОПЛ выше физиологической нормы – 29,4 ± 4,72 мм рт. ст. В целом Р50 венозной крови достоверно выше, чем Р50 артериальной крови при р < 0,05. В ряде исследований отмечены значительные отклонения Р50 от нормы, что, вероятно, связано с длительным применением РП.

На рис. 2 отмечена зависимость SO2 от РO2 при ОПЛ (r = 0,79) и в норме.

pic_57.wmf

Рис. 2. Зависимость между SO2 и РО2. По горизонтали – РО2, мм рт. ст., по вертикали – SO2, %. ♦ значения исследуемой крови, ■ – норма. Сплошной тонкой линией отмечена КДО исследуемой крови, пунктирной – норма. Сплошной толстой линией обозначено расчетное значение Р50, пунктирной – норма

Видно, что положение и форма КДО у пациентов с ОПЛ не отличается от КДО в норме. Значение Р50 незначительно выше нормы, т.е. смещен «вправо». Таким образом, у пациентов с ОПЛ, несмотря на затрудненную диффузию О2, нарушения КОС и применение РП отмечается нормальное значение Р50.

У пациентов с ОПЛ, как и в норме, определяется достоверная зависимость между содержанием протона и Р50 (рис. 3).

pic_58.wmf

Рис. 3. Зависимость Р50 от содержания в крови H+. По горизонтали – содержание [Н+]·10–8 в крови, по вертикали – Р50, мм рт.ст. ♦ значения артериальной крови, ■ – венозной

Как и предполагалось, активность протона приводит к увеличению значения Р50 и смещению КДО «вправо».

Из данных рис. 1 и 3 очевидно, что содержание протона оказывает большее влияние на сродство гемоглобина к О2, чем РСО2.

Заключение

Полученные в результате исследовательской работы данные свидетельствуют о том, что, несмотря на повреждение АГБ и развитие гипоксии, изменения содержания протона и применение РП, у пациентов с ОПЛ сохраняются нормальные значения Р50, которые в большей степени зависят от содержания Н+, нежели от РСО2.

Рецензенты:

Азаров Я.Э., д.б.н., доцент, зав. лабораторией физиологии сердца, ФГБУН «Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук», г. Сыктывкар;

Иржак Л.И., д.б.н., профессор, руководитель Научно-образовательного центра «Проблем гипоксии»; г. Сыктывкар.

Работа поступила в редакцию 19.02.2013.