ISSN 1812-9498. ÂÅÑÒÍÈÊ ÀÃÒÓ. 2007. № 6 (41) УДК 612.111.11/.13:547.968.4 Ю. А. Кривенцев, Р. А. Бисалиева, А. И. Носков Астраханская государственная медицинская академия ÃÅÌÎÃËÎÁÈÍÛ ×ÅËÎÂÅÊÀ Возникновение аэробного типа метаболизма, а затем и многоклеточных организмов привело к возникновению проблемы доставки атмосферного кислорода во все структуры и клетки биологических систем, а эволюционный прогресс – к очевидному решению этой проблемы – появлению гуморальных мессенджеров, транспортирующих дыхательные газы. Кислород является одним из самых плохо растворимых в воде газов: его растворимость (н. у.) – 4,9 мл в 100 мл воды. Следовательно, многоклеточным аэробным организмам необходим транспортный гуморальный механизм, способный селективно и обратимо связывать дыхательные газы. У большинства высших животных эту функцию выполняет система дыхательных пигментов, основным из которых является гемоглобин. Гемоглобин, содержащийся в 100 мл крови, связывает около 20 мл газообразного кислорода. Главная особенность дыхательных белков, и гемоглобинов в том числе, заключается в обратимом присоединении кислорода, связывании его при атмосферном давлении и освобождении в условиях недостатка. У многих беспозвоночных гемоглобин свободно растворён в крови. У позвоночных и некоторых беспозвоночных животных гемоглобин находится в эритроцитах. В одном эритроците среднего размера (7 мкм) содержится 15–20 мкмкг гемоглобина. Гемоглобин можно считать своего рода модельным белком, структура, свойства и функции которого наиболее полно изучены по сравнению с другими белками на протяжении последних 50 лет. Американский физик Дж. Хопфилд назвал его атомом водорода современной биохимии, имея в виду, что изучение гемоглобина сыграло в биохимии ту же роль, что и изучение атома водорода в физике. Гемоглобин называют также почетным ферментом, поскольку исследования его структуры в статике и динамике позволили значительно продвинуться в понимании механизмов функционирования ферментов [1, 2]. Гемоглобин (Hb) (от греч. haemo – кровь и лат. globus – шар), красный железосодержащий пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. Относится к сложным белкам – хромопротеидам. В организме Hb выполняет транспортно-дыхательную и буферную функции [3]. Молекулярная масса основных типов гемоглобина колеблется в пределах 64 500–68 000 Д. Молярная масса гемоглобина, растворённого в плазме, – до 3 000 000 Д. Молекулярная масса различных протомеров колеблется от 16 000 до 17 000 Д. Размер Hb – 6,8 нм; размер миоглобина – 3,6 нм [1, 4]. Белковая часть Hb характеризуется очень высоким содержанием остатков гистидина. Это придает ему значительную буферную емкость при рН около 7, что весьма важно для той роли, которую играют эритроциты в переносе кровью дыхательных газов. Изоэлектрическая точка – 6,8 [4–7]. Синтез белковой части Hb происходит на самой ранней стадии эритропоэза (базофильные эритробласты богаты РНК). Синтез гема и соединение его с глобином, т. е. образование гемоглобина, осуществляется на более поздних этапах эритропоэза, в период превращения базофильного нормобласта в полихроматофильный нормобласт. По мере созревания нормобластов количество гемоглобина в них увеличивается и достигает максимума в эритроцитах [8]. Строение гемоглобина Пространственная структура молекулы гемоглобина в деталях изучена методом рентгеноструктурного анализа еще в конце 40-х гг. XX в., главным образом благодаря работам английского биофизика М. Перутца [2]. За эти исследования он был удостоен Нобелевской премии. Гемоглобин является сложным белком, представленным двумя частями: небелковая планарная часть – гем (4 % молекулы гемоглобина) и белковая олигомерная глобула (96 %) [4]. 34 ХИМИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Гем (протогем) – тетрапиррольная ароматическая структура протопорфирина IX, в состав которого обязательно входит ион Fe2+. SP2-гибридные атомы C и N π-электронной системы порфиринового лиганда обеспечивают его плоскостную структуру [4, 9]. Гем является простетической группой гемсодержащих белков, обеспечивающей их главные функции: связывание и транспорт кислорода, участие в цепи переноса электронов, восстановление кислорода до воды, микросомальное окисление, разложение перекисей и др. Присутствие иона Fe2+ и ароматическая природа тетрапиррольного ядра обеспечивают интенсивную окраску гема, что и позволяет относить гемсодержащие белки к классу хромопротеидов [3, 10]. В состав порфиринового ядра гема входит ион Fe2+. Именно ион Fe2+, но не Fe3+, может связываться с кислородом. Свободные ионы Fe2+ спонтанно окисляются до Fe3+, поэтому неорганическое железо не может быть хорошим переносчиком кислорода. Fe2+ в составе гема (без глобина) может связывать кислород, но и оно быстро окисляется, образуя гематин. Поэтому (а также в силу плохой растворимости в воде) свободный гем тоже не способен к транспорту кислорода [11]. Глобин – белковый компонент гемоглобина – принадлежит к группе гистонов. Число аминокислотных остатков в полипептидной цепи разных типов колеблется в диапазоне от 140 до 150, причем чаще встречаются числа 141, 146, 153. В состав протомеров гемоглобина человека входит либо 141 (ά-цепь), либо 146 (β-, γ-, δ-цепи) аминокислотных остатков [3, 4, 9, 12]. Вторичная структура гемоглобинов представлена ά-спиралью. Полипептидные цепи в гемоглобиновой молекуле более чем на 70 % представлены скрученными в α-геликсовые спирали, фрагменты которых разделены участками, образующими изгибы вторичной цепи. В результате такой укладки образуются третичные глобулы овоидной формы [13]. Число спирализованных участков различно у разных цепей Hb. ά-Цепь имеет 7 таких доменов, β-цепь – 8. Спирализованные фрагменты гемоглобина обозначают латинскими буквами, начиная с N-конца полипептидной цепи (например, в ά-субъединице: A, B, C, D, E, F, H). Пространственная компоновка третичной структуры субъединиц гемоглобина соответствует принципам третичной укладки большинства глобулярных белков: максимальная компактность, гидрофобные аминокислотные радикалы расположены внутри глобулы, большинство гидрофильных аминокислотных остатков располагаются на поверхности протомера [3]. Физиологической формой четвертичной структуры гемоглобинов человека является тетрамерная. Все четыре протомера гемоглобина располагаются пространственно в определенном соотношении («кватернерная структура»), образуя по отношению друг к другу тетраэдрическую конфигурацию. Тетрамер гемоглобина – сфероид длиной 64Å, шириной 55Å и высотой 50Å [6]. Каждая сведбергова единица находится в контакте с тремя другими сведберговыми единицами, рыхло связанными между собой нековалентными связями (водородными, солевыми и, в основном, гидрофобными). Неполярные гидрофобные связи, будучи обращенными внутрь белка, играют главную роль в стабилизации четвертичной структуры гемоглобина [13, 14]. Транспортно-дыхательная функция Гемоглобин – главный и самый распространенный белок эритроцитов: на его долю приходится 90 % всего белка. Гемоглобин составляет 35 % от общей массы эритроцита. Подсчитано, что в одном эритроците содержится около 340 000 000 молекул гемоглобина, каждая из которых состоит примерно из 103 атомов [15]. Ежедневная средняя потребность человека в газообразном кислороде составляет около 600 л. Средние суточные потребности взрослого мужчины в кислороде в состоянии полного покоя составляют примерно 375 л чистого кислорода (такое количество О2 (н. у.) содержится в 1 900 л воздуха). У тренированного спортсмена во время соревнований скорость потребления кислорода превышает уровень покоя иногда в 10 раз (табл. 1). Объем циркулирующей крови составляет в среднем 70 мл/кг массы тела, а число циркулирующих эритроцитов – 350 ⋅ 109/кг [2, 16]. В артериальной крови практически весь гемоглобин (95–98 %) связан с кислородом, т. е. находится в оксигенированной форме. В венозной крови содержание оксигемоглобина составляет 67–75 %, остальная часть приходится на долю свободного гемоглобина. Каждая сведбергова единица гемоглобина (как и молекула миоглобина) содержит один гем и, следовательно, один активный связывающий лигандный центр [17]. 35 ISSN 1812-9498. ÂÅÑÒÍÈÊ ÀÃÒÓ. 2007. № 6 (41) Таблица 1 Потребление О2 в относительных величинах основными органами тела человека 0,30 Легкая физическая работа 2,05 Тяжелая физическая работа 6,96 0,25 0,24 0,24 0,20 0,11 0,07 0,02 0,05 1,0 0,20 0,23 0,06 0,06 0,06 2,9 0,20 0,40 0,07 0,08 0,06 8,0 Органы и ткани Покой Скелетные мышцы Органы желудочнокишечного тракта Мозг Сердце Почки Кожа Прочие Итого Присоединение O2 обеспечивается содержанием в геме атома Fe2+. Эта реакция обратима и зависит от парциального давления O2. В капиллярах лёгких, где напряжение O2 около 100 мм рт. ст., гемоглобин соединяется с O2, превращаясь в оксигенированный гемоглобин – оксигемоглобин. В капиллярах тканей, где напряжение O2 значительно ниже (около 40 мм рт. ст.), происходит диссоциация оксигемоглобина на гемоглобин и O2; последний поступает в клетки органов и тканей, где парциальное давление O2 ещё ниже (5–20 мм рт. cт.); в глубине клеток оно падает практически до нуля [1, 13]. Кроме транспорта О2 к тканям, Hb осуществляет обратный транспорт главного конечного газового метаболита тканей – углекислого газа. Гемоглобин переносит значительную долю (около 20 %) общего углекислого газа и катионов водорода. Примерно 15–20 % углекислого газа и ионов Н+, присутствующих в крови, переносится молекулами Hb. Гемоглобин связывает два протона на каждые четыре освободившиеся молекулы кислорода [4, 18]. Концентрация общего гемоглобина и ее динамика в онтогенезе Нормальная концентрация гемоглобина у взрослого колеблется от 130 до 185 г/л (80–115 %). За среднюю величину принимают 160 г/л (100 %). Количество гемоглобина в крови у женщин несколько меньше (на 10 %), чем у мужчин. Следовательно, нормальное содержание общего количества гемоглобина крови у мужчин составляет 13–170 г/л (8,56–10,7 ммоль/л), у женщин – 120–150 г/л (7,5–9,36 ммоль/л) [19]. Концентрация гемоглобина в эритроците – 32,7–35,5 г% (20,3–22,0 ммоль/л), абсолютное среднее содержание Hb в эритроцие – 26,7–33,7 пг [3, 19]. Гемоглобин в плазме крови. Нормальная плазма содержит следы гемоглобина, не превышающие 10 мг%. При интравитальном гемолизе концентрация гемоглобина в плазме повышается. Умеренные повышения (до 25 мг%) встречаются при иммунных гемолитических анемиях, анемии Кули, гемоглобинозе С, дрепаноцитозе и др. Сильные увеличения (свыше 100 мг%) встречаются при всех гемоглобинуриях [3]. При рождении ребенка пуповинная кровь содержит 140–190 г/л гемоглобина. Но в течение первых часов антенатальной жизни общая концентрация гемоглобина повышается до 165–225 г/л. Через несколько дней после рождения содержание гемоглобина уменьшается и к концу первого месяца достигает нормальных для взрослого величин 160 г/л (100 %). Содержание гемоглобина обычно ниже у недоношенных, чем у доношенных новорожденных [10]. У детей в раннем возрасте нет различия между мужским и женским полом. В первые месяцы жизни наблюдается трименонредукция (трименонанемия) – нормальное временное постепенное снижение уровня гемоглобина, концентрация которого к третьему месяцу доходит до 63–82 % (100–130 г/л). Затем содержание гемоглобина медленно повышается и к концу первого года жизни достигает средних величин – около 76 % (120 г/л). После первого года жизни повышение продолжается и достигает нормальных (для взрослого) величин в пубертате (табл. 2). Так как у ребенка в первые месяцы жизни наблюдается физиологическая анемия (трименон-редукция), следует учитывать, что уменьшение концентрации Hb в этом возрасте до 60–65 % не следует считать патологическим состоянием, нуждающимся в лечении [10]. Таблица 2 Средняя концентрация гемоглобина в крови в детском возрасте [10] Возраст * Концентрация Hb * 36 Первые 4 дня 195 г/л ½ месяца 115 г/л 1 год 2 года 4 года 8 лет 12 лет 120 г/л 121 г/л 125 г/л 130 г/л 134 г/л Максимальные колебания средних величин ±12 %. ХИМИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Градация гемоглобинов В градации гемоглобинов выделяют типы (формы), производные гемоглобина, функциональные (нормальные) формы. 1. Типы (формы) – разновидности Hb, различающиеся составом и строением протомеров своего глобина. Вариабельные полипептидные цепи разных типов Hb кодируются различными генами, что обусловливает различия их аминокислотных последовательностей. А так как первичная структура белка определяет единственно оптимальную конфигурацию высших структур, гемоглобины различных типов различаются вторичной, третичной и четвертичной структурами. Индивидуальные свойства гемоглобинов неразрывно связаны с их структурами, что обеспечивает их различия по физико-химическим свойствам и функциональной активности. 2. Производные гемоглобина: солянокислый гематин, карбоксигемоглобин (HbCO), циангемоглобин (CNHb), метгемоглобин (MetHb), азид-метгемоглобин (NaN3Hb), сульфгемоглобин (SHb), азидметгемоголобин (NaN3MetHb) и др., образующиеся in vivo или in vitro в результате взаимодействия Hb с различными веществами (чаще – газами). Такие соединения не физиологичны, а иногда даже токсичны, но образование многих из них используют для количественной оценки Hb [1, 18, 19]. 3. Функциональные (нормальные) формы Hb. В крови гемоглобин существует по крайней мере в четырех формах: редуцированный гемоглобин (его также называют феррогемоглобин или дезоксигемоглобин) и оксигемоглобин, обеспечивающие нормальную транспортнодыхательную функцию организма, карбгемоглобин и метгемоглобин. Правда, последний (метгемоглобин) вряд ли можно отнести к нормальным функциональным типам Hb, точнее, его можно назвать неизбежно образующимся непатологическим метаболитом [1, 19]. Гемоглобин венозной крови, где парциальное давление кислорода низкое, связан с одной молекулой воды – дезоксигемоглобин. В артериальной крови с высоким парциальным давлением кислорода Hb соединен с одной молекулой кислорода – оксигемоглобин. Обе эти формы (редуцированный и оксигенированный) являются двумя ипостасями нормального Hb и легко переходят друг в друга. К функциональным формам гемоглобина можно отнести также карбгемоглобин, который образуется в результате взаимодействия СО2 не с простетической группой гема, а с NH2-rpyппами глобиновой части гемоглобина [18, 19]. Типы гемоглобина Современная номенклатура типов гемоглобина была принята на Х Международном гематологическом конгрессе в Стокгольме в 1964 г. Типы гемоглобина обозначают буквами латинского алфавита от А до G и S. Для обозначения новых гемоглобинов пока не рекомендуется использовать остальные буквы алфавита – лучше их называть по месту открытия. Полипептидные цепи гемоглобинов должны обозначаться греческими буквами [20, 21]. Все многообразие типов гемоглобина можно разделить: – на постоянно присутствующие в крови человека (HbА1, HbА2 и др.); – появляющиеся только на определенных этапах развития организма (HbP, HbF и др.); – патологические формы (HbS, HbC, HbE и др.). К наиболее значимым и изученным типам гемоглобина человека относятся: гемоглобин взрослого – HbA (от латинского adultus – взрослый), включающий в себя более 300 подтипов, главные из которых – HbА1, HbА2, фетальный гемоглобин – HbF (от латинского fetus – плод) и примитивный гемоглобин – HbP (от греческого embryon – зародыш). У высших животных и человека гемоглобин состоит из 4 субъединиц-мономеров [2, 20–22]. Гемоглобин А1 является основным типом в крови взрослого человека, он составляет до 98 % от общего. Тетрамер, состоит из двух α- и двух β-протомеров. В тетрамере их обозначают как ά1, ά2, β1 и β2. Полипептидные цепи α-протомеров включают в себя 141 аминокислоту каждая, β-протомеры – 146 аминокислот. α-Полипептидная цепь заканчивается комбинацией аминокислот валина-лейцина, а β-полипептидная цепь – комбинацией валина-гистидина-лейцина. Изоэлектрическая точка – 6,95–7,18 [5, 7, 14]. Его синтез начинается уже на 6–8 неделях развития плода. До 30–36 недель гестации количество его остается постоянным – 5–10 % от общего гемоглобина [5]. Гемоглобин А2 (медленный) – находится в организме взрослого в меньшей концентрации: референтные пределы 1,5–3,5 % от общего гемоглобина. Характеризуется более высоким, нежели у HbA1, сродством к кислороду. Тетрамер, состоит из двух α- и двух δ-протомеров. Изоэлектрическая точка – 7,4–7,6 [5–7, 23]. 37 ISSN 1812-9498. ÂÅÑÒÍÈÊ ÀÃÒÓ. 2007. № 6 (41) Количество HbA2 резко повышается при β-талассемии (до 5 %), мегалобластной и гипохромной анемии (до 9 %), серповидноклеточной анемии (до 4 %). Снижение уровня HbA2 наблюдается при эритролейкозе, железодефиците, гемоглобинопатии Н (до 0,4 %), δ-талассемии, βδ-талассемии, наследственном персистировании фетального гемоглобина [7, 23]. Гемоглобин P – эмбриональный (синоним – HbE). Обладает более высоким, чем HbA1, сродством к кислороду. Синтезируется в раннем эмбриогенезе, в эмбриональном желточном мешке и находится в эритроцитах зародыша с 4 по 12 неделю эмбрионального развития. Представлен подтипами Говер I, Говер II, Hb-Portland и др. В результате детальных исследований установлено, что гемоглобины Говер I, Говер II и Portland имеют в составе ζ-, ε-, γ- и α-цепи. Оба главных подтипа HbP являются тетрамерами, различающимися структурой только одной из двух пар полипептидных цепей: Говер I – ε4; Говер II – α2ε2 [13, 18, 24, 25]. По физико-химическим свойствам эмбриональный гемоглобин сходен с фетальным. Гемоглобин P имеет спектр поглощения, коэффициент седиментации (4,5 S), высокую щелочную резистентность, сходные с таковыми у фетального гемоглобина. Но в отличие от HbF эмбриональный гемоглобин имеет меньшую электрофоретическую подвижность [14]. Гемоглобин F – тетрамер, состоящий из двух α- и двух γ-цепей. Изоэлектрическая точка – 6,9–7,15 [5, 6, 24]. Начинает синтезироваться через 2 недели после формирования печени плода (с 12 недели эмбрионального развития) и к 6 месяцам замещает примитивный гемоглобин, становясь основным гемоглобином плода. Количество HbF к моменту рождения составляет 50–80 % от общего. Такое замещение происходит вследствие постепенного снижения продукции γ-цепей глобина и постепенного увеличения синтеза β-цепей созревающими эритроцитами. В крови взрослого человека на долю HbF приходится не более 1,5 % от общего гемоглобина и [1, 10, 19]. Патологические формы. Помимо физиологических типов Hb, в настоящее время известно около 200 патологических его вариантов. Наличие в эритроцитах людей аномальных или патологических гемоглобинов определяет состояния, обозначаемые как гемоглобинозы или гемоглобинопатии. Это наследственные аномалии кроветворения, при которых молекулы патологических гемоглобинов имеют измененную структуру, поэтому подобные заболевания относятся к группе так называемых молекулярных болезней [26]. Причиной возникновения патологических Hb является повреждение генов, отвечающих за синтез той или иной цепи гемоглобина (α, β, γ, ε). Патологические типы гемоглобина, как и нормальные, различаются не по структуре протопорфиринового кольца, а по строению глобина [26, 27]. Наиболее значимыми из патологических типов Hb в настоящее время являются: HbS(B), HbC, HbD, HbE, HbG, HbH, HbI, HbJ, HbK, HbL, HbM, HbN, HbO, HbP, HbQ, Hb-Бартс, а также их возможные комбинации (табл. 3) [3, 27]. Таблица 3 Аномальные гемоглобины, в которых замещены аминокислотные остатки в области, сближенной с гемом [3] 38 Обозначения аномальных гемоглобинов M Iwate M Hyde Parc His F8(87)ά→Tyr His F8(92)β→Tyr M Boston M Sascatoon His E7(58)ά→Tyr His E7(63)β→Tyr Zurich His E7(63)β→Arg M Mivaukee Val E11(67)β→Glu Bristol Val E11(67)β→Asp Sydney Hammersmith Val E11(67)β→Ala Phe CD1(42) β→Ser Замещения Влияние замещений на оксигенирование и другие свойства ά-Цепи окислены, β-цепи имеют малое сродство к кислороду ά- Цепи имеют малое сродство к кислороду, β-цепи окислены ά-Цепи окислены, β-цепи имеют малое сродство к кислороду ά-Цепи имеют малое сродство к кислороду, β-цепи окислены Очень высокое сродство, уменьшенная кооперативность ά-Цепи окислены, СОО- может образовывать солевой мостик с Fe(III) Низкое сродство; СОО- может закрыть лигандный карман, образуя солевой мостик с His E7 Неустойчив, гемы легко отделяются от β-цепи Низкое сродство – результат экранирования гема в лигандированной конформации ХИМИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Эволюция гемоглобинов Гемоглобины различных животных обладают видовой специфичностью, обусловленной своеобразием строения белковой части молекулы. Обезьяны Старого и Нового Света обладают гемоглобинами, очень сходными с человеческими. Синтез четырех полипептидных цепей Hb человека контролируется 4 генами, обозначаемыми по названию цепей α-, β-, γ- и δ-. В большинстве популяций человека ген α-глобиновой цепи находится в дуплицированном состоянии [17]. Гены глобинов человека образуют мультигенные семейства и расположены на двух хромосомах в составе двух кластеров. α-Кластер глобиновых генов (семейство ζ- и α-генов) занимает 25 000 пар оснований (25 т. п. н.) и находится в коротком плече 16 хромосомы. Семейство ε-, γ-, β-, δ-генов (β-кластер) располагается на коротком плече 11 хромосомы на участке в 60 т. п. н. [28–30]. Сравнительный анализ аминокислотных последовательностей различных гемоглобиновых полипептидов дает следующую схему филогенеза, шедшего на основе дупликаций исходного гена и последующей дифференциации дуплицированных участков ДНК: миоглобин – ά-цепь – ε-цепь – γ-цепь – β-цепь – δ-цепь [28–30]. Динамика продукции гемоглобинов в антенатальном онтогенезе Период антенатального онтогенеза характеризуется последовательным изменением активности генов, кодирующих синтез различных цепей гемоглобина, что приводит к характерному изменению гемоглобинового профиля на разных стадиях эмбрио- и фетогенеза [19, 31]. Самыми ранними глобиновыми цепями эмбриона являются: ε-цепь, сходная с более поздней γ-цепью. Таким образом, в первые недели после зачатия синтезируются гемоглобины типа HbP. К концу 12 недели ε-цепь полностью исчезает, и с 12 по 24 недели почти весь гемоглобин плода состоит из α- и γ-цепей (HbF). Концентрация HbF в крови уменьшается после рождения примерно на 3 % в неделю и к 6 месяцу жизни составляет обычно менее 2–3 % общего количества Hb [19, 31–33]. Синтез HbА фиксируется у 9-недельных эмбрионов. У эмбрионов от 9 до 21 недели гестации количество HbА увеличивается с 4 до 13 % общего количества Hb. После 34–36 недель гестации количество HbА продолжает увеличиваться, тогда как количество HbF начинает уменьшаться. Количество HbF в крови новорожденного варьирует от 53 до 95 % общего количества Hb [33]. Незадолго до рождения в небольших количествах синтезируется δ-цепь, участвующая в образовании HbA2, и это образование продолжается на протяжении всей последующей жизни [10, 18]. Содержание HbA2 в крови здоровых детей значительно изменяется в первые годы жизни: от 0,2 % при рождении до 2–3 % у детей старше одного года [5]. Клиническое значение гемоглобинов Определение количества гемоглобина в крови имеет большое значение для характеристики дыхательной функции крови в нормальных условиях и при самых различных заболеваниях, особенно при болезнях крови [34]. Снижение концентрации гемоглобина отмечается при анемиях различной этиологии. Повышение общей концентрации гемоглобина крови может быть: а) физиологическим; б) патологическим [15, 19]. При интравитальном гемолизе концентрация гемоглобина в плазме повышается. Умеренные повышения (до 25 мг%) встречаются при иммунных гемолитических анемиях, анемии Кули, гемоглобинозе С, дрепаноцитозе и др. Сильные увеличения (свыше 100 мг%) встречаются при всех гемоглобинуриях [10]. Существует множество нозологических форм патологии красной крови (гематологические заболевания, талассемии, онкопатология, гипоксии и др.), при которых большое диагностически-прогностическое значение имеет не только изменение количества общего гемоглобина крови, но и его отдельных типов [20, 23]. Гемоглобинопатии – это группа патологических состояний, обусловленных нарушениями структуры цепей глобина – заменой одной или нескольких аминокислот в цепи глобина, отсутствием участка цепи или ее удлинением. Важная группа нарушений, связанных с аномалиями гемоглобина – талассемии. Изменение активности гена-регулятора ведет к количественному нарушению вплоть до полного прекращения синтеза той или иной полипептидной цепи в целом, что вызывает избыточное компенсаторное образование других полипептидных цепей. В результате появляются аномальные 39 ISSN 1812-9498. ÂÅÑÒÍÈÊ ÀÃÒÓ. 2007. № 6 (41) гемоглобины, характеризующие талассемии. Так, мутация ά-гена-регулятора отражается на синтезе всех гемоглобинов, содержащих ά-цепи. Снижается скорость синтеза ά-цепей гемоглобина – возникает ά-талассемия. При возникновении мутаций в β-регуляторном гене нарушается синтез β-полипептидной цепи, возникает β-талассемия. В результате этого и в постнатальном периоде продолжают синтезироваться γ-цепи, что при сохранении синтеза ά-цепей приводит к образованию повышенных количеств гемоглобина F. Талассемии сопровождаются анемиями, которые могут принимать очень тяжелые формы [9, 12]. Изменение соотношения типов гемоглобина крови в клинической практике используют для диагностики различных патологических состояний. Увеличение количества фетального гемоглобина наблюдается при гомозиготной форме β-талассемии, наследственном персистировании фетального гемоглобина, σ-, β-талассемии, серповидно-клеточной анемии. Отмечается повышение содержания фетального гемоглобина у взрослых людей при некоторых гемолитических анемиях и соматических заболеваниях [27]. Увеличение пропорции фетального гемоглобина при рождении наблюдается у недоношенных новорожденных, подвергавшихся хронической внутриматочной гипоксии, а также у новорожденных, родившихся у женщих с поздними гестозами (в частности – с нефропатией) и гипертонической болезнью, эндокринными нарушениями, интоксикациями, сердечнососудистой патологией, хроническими гипоксиями, гематологическими заболеваниями [34–37]. Уменьшенные уровни HbF при рождении обнаружены у новорожденных с трисомией 21 хромосомы [20, 38, 39]. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 40 Блюменфельд Л. А. Гемоглобин // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – № 4. – С. 33–38. Перутц М. Молекула гемоглобина // Молекулы и клетки. – М., 1966. – С. 7–29. Биохимия человека / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл. Т. 1. – М.: Мир, 1993. – С. 52–62, 71, 98–100, 123–124, 335–366. Ленинджер А. Основы биохимии / Под ред. В. А.Энгельгарда. – М.: Мир, 1985. – Т. 1–3. – С. 27–123, 187–225, 768–771. Иржак Л. И. Гемоглобины и их свойства. – М.: Наука, 1983. – 150 с. Стародуб В. Ф. Гетерогенная система гемоглобина. Синтез гемоглобина отдельных типов в онтогенезе и при патологии организма // Успехи современной биологии. – 1986. – № 3. Стародуб Н. Ф., Назаренко В. И. Гетерогенная система гемоглобина: структура, свойства, синтез, биологическая роль. – Киев: Наук. думка, 1987. – 198 с. Павлов А. Д., Морщакова Е. Ф. Регуляция эритропоэза: Физиологические и клинические аспекты. – М.: Медицина, 1987. – 272 с. Валкинсон Д. Принципы и методы диагностической энзимологии. – М.: Медицина, 1980. Тодоров Й. Клинические лабораторные исследования в педиатрии // София: Медицина и физкультура, 1968. – С. 278–310. Branden C., Tooze J. Introduction to a protein structure // Garland Publishing, 1991. Klotz I. M., Haney D. N., King L. C. Ritional approaches chemotherapy: Antisickling agents // Sience. – 1981. – Р. 219. Биохимия / Под ред. Е. С. Северина. – М.: Изд. дом «ГЭОТАР-МЕД», 2003. – С. 46–55. Иржак Л. И., Гладилов В. В., Моисеенко Н. А. Дыхательная функция крови в условиях гипероксии. – М.: Медицина, 1985. – 176 с. Руководство по гематологии / Под ред. А. И. Воробьева, Ю. И. Лорие. – М., 1979. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. – М.: Просвещение, 1987. – С. 120, 205–207. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. – М.: Изд-во НИИ биомедицинской химии РАМН, 2000. – С. 311–321. Wintrobes Clinical Hematology / G. R. Lee, T. C. Bithell, J. Foerster et al. – Philadelphia: Lea end Febiger, 1993. Даштаянц Г. А. Клиническая гематология. – Киев: Здоровье, 1973. – С. 45–72. Асланова Н. К. Некоторые эритроцитарные показатели у больных хронической гипоксией различного генеза. – Клиническая медицина. – 1991. – № 4. – С. 56–58. Гуторанов В. Г. Модификация метода определения концентрации гемоглобина в крови // Лабораторное дело. – М., Медицина. – 1983. – № 2. – С. 9–11. Агапова А.,. Кривенцев Ю. А., Дьякова О. Н. Разработка диагностической иммунодиффузионной тест-системы на фетальный гемоглобин // Белки – маркеры патологических состояний: Материалы конф. молодых ученых с междунар. участием. – Астрахань – Москва, 2001. – С. 101–103. ХИМИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. Определение свободного гемоглобина в сыворотке крови реактивом азопираму больных после протезирования аортального клапана / В. В. Гриценко, В. В. Давыденко, П. И. Орловский и др. // Лабораторное дело. – М.: Медицина. – 1988. – № 7. – С. 34–37. Postnatal changes in oxygen affinity of rat blood / D. S. Dhindsa, J. Netcalf, D. W. Blackmore, R. D. Koler // Comp. Biochem. and Physiol. A. – 1981. – 69 (2). – P. 279–293. Иммунохимический анализ продукции эмбрионального гемоглобина в раннем эмбриогенезе человека / Ю. А. Кривенцев, Р. А. Бисалиева, Д. М. Никулина и др. // Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины: Материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием. – Астрахань – Волгоград – Москва, 2006. – С. 58–62. Зайчик А. Ш., Чурилов Л. П. Основы патохимии. – СПб.: Элби-СПб., 2000. Лабораторные методы исследования в клинике / Под ред. проф. В. В. Меньшикова. – М.: Медицина, 1987. – С. 108–111. Общая и медицинская генетика. Лекции и задачи / Р. Г. Заяц, В. Э. Бутвиловский, И. В. Рачковская, В. В. Давыдов. – Ростов н/Д.: Феникс, 2002. Сингер М., Берг П. Гены и геномы: В 2 т. – М.: Мир, 1998. Шевченко В. А., Топорнина Н. А., Стволинская Н. С. Генетика человека: Учеб. для студ. высш. учеб. завед. – М.: Гуманит. изд. центр «ВЛАДОС», 2002. Umbilical venous erythropoiei;r and umbilical pH in relation to morphologic placental abnormalities / R. F. Maier, A. Gunther, M. Vogel et al. // Obstet. Gynecol. – 1994. – 84. – P. 81–87. Malek A., Sager R., Eck.ardtK. U. etal Lack of transport of erythropoietin across the human placenta as studied by an in vitro perfusion system // Pflugers Arch. – 1994. – 427. – P.157–161. Румянцев А. Г., Морщакова Е. Ф., Павлов А. Д. – Эритропоэтин: диагностика, профилактика и лечение анемий. – М., 2003. – 448 с. Фетальный гемоглобин как тест для диагностики гипоксических состояний / А. Б. Агапова, Д. М. Никулина, О. Н. Дьякова и др. // Материалы III съезда биохим. общества РАН. – СПб., 2002. – 131 с. Wolk M., Constantin R., Martin J. E. Structural variants of human hemoglobin // Journal of Clinical Pathology. – 2004. – 57. – Р. 740–745. Аршава В. П. Фетальный гемоглобин при сердечно-сосудистой патологии / Терапевтический архив. – 1973. – 45, № 11. – С. 53–56. Дьякова О. Н. Фетальный гемоглобин – маркер адаптации к гипоксии // Белки-маркёры патологических состояний: Материалы межвуз. науч. конф. молодых учёных и студентов. – Москва – Астрахань: Изд-во АГМА, 1999. – С. 11–13. Eckardt K. U. The ontogeny of biological role and production of ervtiB poietin // J. Perinatal Med. – 1995. – 23. – P. 19–29. Lack of assoc;i:_ between fetal and maternal erythropoietin at birth / K. H. Eichhorn, C. Bauer, K. U. Eckardt et al. // Eur. J. C: – Gynecol. Reprod-Biol. – 1993. – P. 50. – С. 47–52. Статья поступила в редакцию 31.10.2006 HUMAN HEMOGLOBIN Yu. A. Kriventsev, R. A. Bisalieva, A. I. Noskov The article presents the brief review which is based on the analysis of 39 scientific literature sources with the deep search over 38 years covering the world information about human hemoglobin. The review includes the objective and adequate information about the evolutional aspects of hemoglobin appearance, the description of the complex multimeric structure of hemoglobin, its transporting respiratory function. The general classification with the description of important types of hemoglobin is given, evolution of development of some types of hemoglobin and its clinical diagnostic importance is examined. 41
