РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 2, с. 177-184
РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЕ ^^^^^^^^^^ ЭФФЕКТЫ
УДК 613.165.6: 612.111.14
ПАРАМЕТРЫ КИСЛОРОДСВЯЗЫВАЮЩЕЙ ФУНКЦИИ ГЕМОГЛОБИНА ЧЕЛОВЕКА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ОКСИДОМ УГЛЕРОДА И УФ-СВЕТОМ
© 2008 г. В. Г. Артшхов1, Е. А. Калаева1*, О. В. Путинцева1, А. П. Преображенский2
воронежский государственный университет, Воронеж 2 Воронежский институт высоких технологий, Воронеж
Исследованы параметры кислородсвязывающей функции гемоглобина человека, модифицированного оксидом углерода и УФ-радиацией. Дополнительно к общепринятым характеристикам - давление полунасыщения белка кислородом и константе Хилла - проведен расчет артериально-веноз-ной разности содержания HbO2 в образце (разность между содержанием оксигемоглобина в образце при парциальных давлениях кислорода 40 и 100 мм рт. ст.). Наличие карбоксиформы гемоглобина (HbCO) в крови в пределах допустимых значений (<10%) не оказывало заметного влияния на параметры оксигенации. При содержании 30-80% HbCO в анализируемых смесях функциональные свойства исследуемого гемопротеида подвергались существенной модификации. Выявлено, что ведущим механизмом защиты от гемической гипоксии при отравлении оксидом углерода (СО) является снижение как степени кооперативного взаимодействия между молекулами гема, так и относительного сродства гемоглобина к лигандам, что способствует интенсификации газообмена и увеличению объема поставляемого в ткани кислорода. Стимулирующее воздействие УФ-света на функциональные свойства модифицированного гемоглобина человека наблюдалось при условии, что концентрация карбоксиформы гемсодержащего белка в растворе не превышала 10%. Нарушение кислородсвязывающей способности гемоглобина при воздействии больших концентраций HbCO носило необратимый характер и не корректировалось УФ-светом.
Гемоглобин, оксид углерода, давление полунасыщения, константа Хилла, артериально-венозная разность, УФ-излучение, доза облучения.
Анализ состояния атмосферного воздуха крупных промышленных центров свидетельствует об ухудшении санитарно-гигиенических показателей качества воздушной среды в последние годы. Этот факт объясняется, в первую очередь, ежегодным ростом автотранспортной нагрузки. Так, на долю автотранспорта в г. Воронеж приходится около 85% общего загрязнения воздушного бассейна [1]. Основные загрязняющие вещества, по которым отмечается превышение ПДК в атмосферном воздухе города, - это оксид углерода, оксиды азота и т. д. [2]. Такая же ситуация наблюдается в большинстве крупных городов РФ. Кроме того, нельзя не принимать во внимание участившиеся в последнее время случаи масштабных и затяжных лесных пожаров на Дальнем Востоке, в Забайкалье, Сибири, Московской области и других регионах Российской Федерации. Помимо непосредственного ущерба, причиняемого пожарами обширным территориям, следует учитывать
*Адресат для корреспонденции: 394006 Воронеж, Университетская пл., 1, Воронежский госуниверситет, биолого-почвенный факультет, каф. биофизики и биотехнологии; тел.: 8 (4732) 20-85-86; факс: 8 (4732) 20-83-08; e-mail: bf188@bio.vsu.ru.
отрицательное воздействие на живые организмы продуктов горения, в том числе СО.
Загрязнение воздуха относится к числу важнейших факторов ухудшения здоровья населения. Так, экзогенный СО помимо острых и хронических отравлений способствует развитию заболеваний дыхательной, сердечно-сосудистой, нервной и других систем, особенно у лиц, постоянно подвергающихся воздействию этого вещества (водители автотранспорта, работники автостоянок, инспектора ГИБДД), даже в случае незначительного превышения ПДК. Токсическое действие оксида углерода обусловлено тем, что он обладает высоким сродством к железу гема и, связываясь с гемсодержащими белками, блокирует их физиологическую активность.
Комплекс гемоглобина и СО - карбоксигемо-глобин - это функционально неактивная форма дыхательного белка, и он соответственно не выполняет свойственной гемоглобину функции присоединения О2 в легких и транспорта его к тканям и органам всего организма. При этом возникновение патологических эффектов не всегда сопровождается заметным увеличением содержания карбоксигемоглобина (НЬСО) в крови. Метод ре-
гистрации кривых диссоциации оксигемоглобина дает возможность определить структурное состояние гемсодержащего белка в норме и при воздействии различных физико-химических факторов, выявить нарушения его функциональной активности. Использование математических моделей для исследования биологических процессов позволяет избежать значительных численных погрешностей, свойственных графическим методам анализа, и более корректно определить состояние сложной системы. Принимая во внимание усиливающуюся роль коротко- и средневолнового УФ-излучения в формировании антропогенной нагрузки на окружающую среду, а также широкое использование в клинической практике метода аутотрансфузии УФ-облучен-ной крови (АУФОК) и других видов фототерапии, становится понятным интерес исследователей к выявлению фотохимических превращений гемопротеидов, входящих в состав крови и являющихся активными акцепторами квантов УФ-излучения.
В связи со сказанным выше изучение параметров кислородсвязывающей функции гемоглобина человека, модифицированного оксидом углерода и УФ-радиацией, и явилось целью настоящей работы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Выделение оксигемоглобина (НЬ02) из эритроцитов крови доноров, перевод НЬ02 в карбок-сиформу описаны нами ранее [3]. При выборе концентраций НЬСО в анализируемых смесях исходили из имеющихся в литературе сведений о том, что насыщение крови НЬСО в организме на 10% соответствует верхней границе нормы; на 20% - приводит к возникновению негативной общемозговой симптоматики, на 30% - к общему отравлению средней степени тяжести; на 50% - к тяжелому отравлению; на 80% - почти во всех случаях к летальному исходу [4-6]. Процедуры облучения образцов исследуемого гемопротеида УФ-светом и регистрации кривых диссоциации осуществляли, как описано в работе [7].
Ранее анализ кислородтранспортной функции смесей двух форм гемопротеида (окси- и карбок-сигемоглобина) проводили традиционным способом - по величине давления полунасыщения белка лигандом (Р50) и величине константы Хилла (п) [8, 9]. Однако позже, наблюдая значительные отклонения и искажения формы сатурационных кривых исследуемых нами препаратов по сравнению с таковыми растворов нативного оксигемоглобина человека, мы пришли к выводу, что оценка функциональной активности смесей различных лигандных форм гемсодержащего белка по положению одной точки на графике не вполне правомочна и недостаточно информативна, и пе-
решли к более детальному анализу исследуемой характеристики. Кроме того, при функционировании в физиологических условиях (в кровеносном русле) изменение степени насыщения гемоглобина кислородом происходит в диапазоне от 40 (парциальное давление кислорода в венозной крови) до 100 мм рт. ст. (парциальное давление кислорода в артериальной крови), когда величина Y (степень насыщения гемоглобина кислородом) превышает 50%, поэтому дополнительно к общепринятым характеристикам (P50 и n) с помощью разработанных нами математических моделей [10] и программ для персонального компьютера [11] был произведен расчет содержания оксигемоглобина в интактном образце и смесях при парциальных давлениях кислорода 40 (Y40) и 100 мм рт. ст. (Y100). Величина артериально-веноз-ной разности (АВР) содержания HbO2 в образце (разность между значениями Y100 и Y40) позволяет судить об объеме кислорода, отдаваемого тканям в процессе газообмена. Статистическую обработку результатов исследования проводили с помощью пакета прикладных программ "Stadia". Достоверность различий контрольных и опытных значений сравниваемых показателей, подчиняющихся нормальному распределению, определяли по i-критерию Стьюдента, отличающихся от нормального распределения - по непараметрическому критерию Вилкоксона (U).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В качестве контрольных нами были зарегистрированы кривые диссоциации нативного оксигемоглобина человека (10-5 моль/л).
Было обнаружено, что функция насыщения гемоглобина кислородом подчиняется 5-образ-ной зависимости, а на графике можно условно выделить три фазы процесса оксигенации (рис. 1, кривая 1). Первая фаза приходится на начало кривой (Р0 < 10 мм рт. ст.). На этой стадии у большинства тетрамеров в оксигенацию включается по одному активному центру, которые связывают по одной молекуле О2. Во второй фазе процесса (10 < Р0 < 40 мм рт. ст.) появляются полностью
насыщенные кислородом белковые макромолекулы. Кривая диссоциации при этом приобретает крутой изгиб вверх, в область больших насыщений гемоглобина кислородом. Дальнейшее повышение парциального давления О2 (Р0 > 40 мм рт. ст.)
не приводит к существенному увеличению концентрации НЬ02 вследствие того, что большинство центров связывания уже насыщено лиганда-ми. Сатурационная кривая в третьей фазе постепенно выходит на плато. Однако именно в диапазоне парциальных давлений 40-100 мм рт. ст. происходит отдача-присоединение кислорода
ПАРАМЕТРЫ КИСЛОРОДСВЯЗЫВАЮЩЕЙ ФУНКЦИИ ГЕМОГЛОБИНА ЧЕЛОВЕКА 179
в организме, поэтому более детальное исследование этого участка кривой диссоциации представляет определенный теоретический и практический интерес.
Нативные образцы НЬО2 характеризовались величиной давления полунасыщения Р50 = 20.4 ± ± 0.9 мм рт. ст. и константой Хилла п = 2.63 ± 0.06. Содержание оксигенированного гемоглобина при парциальном давлении кислорода 40 мм рт. ст. составило 85.0 ± 1.9%, 100 мм рт. ст. - 97.8 ± 0.4%, артериально-венозная разность содержания НЬО2 (АВР) была равна 12.8 ± 1.7%. Основные исследуемые параметры кривых сатурации смеси 90% окси- и 10% карбоксигемоглобина человека не отличались от контроля (таблица, рис. 1, кривая 2). Повышение содержания НЬСО до 30% приводило к существенному изменению функциональных свойств исследуемого гемопротеида. Кривые диссоциации на начальном участке оказались сдвинутыми влево и редуцированными за счет нижнего пологого края (рис. 1, кривая 3), демонстрируя повышенное сродство к кислороду.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.