Самой известной функцией гемоглобина (Hb), которую знают все еще со школьной скамьи — это перенос кислорода от легких к тканям. Но его значимость для организма человека не только в этом — помимо снабжения кислородом, гемоглобин осуществляет перенос углекислого газа от тканей к легким и выполняет буферную функцию.

Перенос кислорода

Вдыхаемый воздух содержит почти 21% кислорода, 0,3% углекислого газа и 79% азота. Непосредственно в альвеолы легких воздух поступает с более низким уровнем О2 и более высоким уровнем СО2 — приблизительно 19% и 2%, соответственно. Связано это с тем, что в альвеолы поступает приблизительно следующая воздушная смесь: 150 мл из мертвого пространства легких + 350 мл вдыхаемого атмосферного воздуха.  

В альвеолах происходит газообмен между альвеолярным воздухом и капиллярной кровью, в результате чего уровень О2 в альвеолах снижается до 14,5%, а СО2 возрастает до 5,5%. 

Газообмен в альвеолах

В выдыхаемом воздухе пропорции О2 и СО2 меняются — 16,4% и 4% соответственно, уровень азота остается неизменным — 79%. Почему, спросите Вы, в выдыхаемом воздухе уровень О2 выше, чем в альвеолах легких? Все очень просто. Ведь выдыхаемый воздух — это смесь альвеолярного и вдыхаемого воздуха из мертвого пространства дыхательный путей, поэтому на выходе из дыхательных путей мы имеем приблизительно следующую смесь: 500мл альвеолярного воздуха (14,5% О2) + 150мл воздуха «мертвого пространства» бронхиального дерева (21% О2).  

Обычно такие тонкости практически нигде не указывают, хотя это имеет немалое значение в понимании процесса газообмена и для развития логического мышления врача. Приведу маленький пример: одышка у курильщиков и пациентов с ХОБЛ. Помимо всех «прелестей» изменения структуры легочной ткани и бронхов, у них будет увеличено мертвое пространство (за счет развития бронхоэктазов), а значит количество «баластного» воздуха будет увеличено и при каждом вдохе в альвеолы будет поступать завышенное количество обедненного кислородом воздушной смеси. У таких пациентов постепенно развивается хроническое кислородное голодание, которое приводит не только к хронической усталости и снижению иммунитета, но и появлению таких специфических изменений, как пальцы в виде часовых стекол и барабанных палочек.

Кислородная емкость крови

Общая кислородная емкость артериальной крови включает в себя емкость:

  1. Гемоглобина
  2. Плазмы

При форсированном глубоком дыхании плазма может насыщаться и переносить до  1-2% от общей кислородной емкости крови, поэтому в расчет она обычно не берется. Основную функцию по переносу кислорода выполняет гемоглобин, поэтому под термином кислородной емкости на практике подразумевают именно емкость гемоглобина.

Кислородная емкость гемоглобина (КЕГ) — это количество кислорода, которое может перенести артериальная кровь при 100% насыщении гемоглобина О2. Величина КЕ напрямую зависит от количества гемоглобина в крови.

1 грамм гемоглобина способен присоединить 1,39 мл кислорода.

Единица измерения кислородной емкости — % об. Например, КЕК= 18 % об. означает, что гемоглобин содержащийся в 100 мл крови может присоединить и перенести 18 мл кислорода.

Уровень гемоглобина, г/л КЕ, % об.
120 16,7
130 18.1
140 19.4
150 20.8

Самостоятельно посчитать КЕ крови несложно. Зная что 1 грамм гемоглобина способен присоединять 1,39 мл кислорода, достаточно умножить 1,39 на его уровень из общего анализа крови (в г/дл). Например, показатель Hb в крови равен 153 g/l, что соответствует 15,3 g/dl. Следовательно, количество кислорода способное связаться с гемоглобином= 15,3*1,39=21,267 ml.

Перенос углекислого газа

После участия в тканевом дыхании, из кислорода образуется углекислый газ, вывод из организма которого также является функцией гемоглобина.

Учитывая характер реакций протекающих в клетках любых тканей организма О2+С=СО2, становится понятно, что углекислого газа в организме образуется практически такой же объем, как и потребляемого кислорода. Так как гем может переносить 4 молекулы углекислого газа, то емкость крови на молекулярном уровне будет равняться кислородной емкости, т.е. 4 молекулы О2 в одну сторону и 4 молекулы СО2 в другую.

Чем же чревата задержка углекислого газа в организме человека? Закислением крови. Если рН крови снизится менее своей нормы, т.е. < 7,4, то это отразится на протекании биохимических процессов во всех клетках, тканях и во всем организме в целом. Не буду перечислять все симптомы последствий закисления организма, но перечисленных ниже будет более чем достаточно, чтобы понять насколько важно организму своевременно избавляться от углекислого газа и выполнять буферную функцию.

Симптомы снижения pH крови:

  1. Повышенная утомляемость
  2. Частые простудные заболевания
  3. Низкая стрессоустойчивость
  4. Ломкость волос и повышенное их выпадение
  5. Бледный, нездоровый цвет лица
  6. Повышенные проблемы с зубами и деснами: кариес, частые гингивиты, стоматиты  
  7. Проблемы верхних дыхательных путей: хронический насморк, синуситы
  8. Склонность к аллергическим реакциям
  9. Повышенная кислотность желудочного сока
  10. Пищеварительные расстройства: частые боли в животе, нарушение пищеварения 
  11. Хрупкость костей, склонность к переломам, проблемы с суставами
  12. Частые судороги
  13. Нарушение кожных покровов: сухость, покраснения, межфаланговые трещины, грибок, дерматиты
  14. Проблемы с артериальным давлением

Поэтому перенос СО2 от тканей к легким — такая же важная функция, как и снабжение организма О2. 

Буферная функция

Человеческий организм устроен таким образом, что pH крови должен быть постоянным и равняться приблизительно 7,4 . Важность поддерживать определенный pH в организме и не доводить до закисления, как впрочем и защелачивания организма, было подробно описано выше. Поддерживать pH крови помогают буферные системы организма.

Гемоглобиновая буферная система составляет 75% от всей буферной емкости крови. Гемоглобин свою буферную функцию выполняет за счет своевременного удаления углекислого газа из кровотока, который в больших количествах снижает pH крови (процесс закисления).

Буферная емкость крови

Общая буферная емкость крови (БЕК) составляет 25,3 ммоль/л для артериальной крови и 24,3 ммоль/л для венозной.

Буферная емкость гемоглобина составляет 75% от БЕК, т.е. 18,2-19,0 ммоль/л. Доля гемоглобина в буферной емкости всего организма (крови и межклеточного вещества) значительно меньше.

Роль в организме человека

Недостаток Hb, даже если он выражен умеренно, может приводить к недостаточному поступлению кислорода к клеткам всего организма и вследствие этого страдать от гипоксии будут все органы, что непременно отразится на здоровье и общем самочувствии. Снижение уровня гемоглобина ниже нормы называется анемией и имеет различную степень выраженности. При анемии человек может предъявлять жалобы на быструю утомляемость, слабость, упадок сил, ослабленный аппетит, бледность кожных покровов, ломкость ногтей и волос, похудание, нарушение сна, сердцебиение, тахикардию, гипотонию, одышку, раздражительность, эмоциональную неустойчивость, снижение иммунитета. Если есть что-то из вышеперечисленных жалоб без видимой на то причины, то стоит сдать общий анализ крови, а также измерить сатурацию крови. Также имеется противоположное состояние — гипергемоглобинемия, которое встречается значительно реже, но причины и последствия его возникновения не менее опасны.

Буферная и кислородная емкость крови также напрямую зависят от количества гемоглобина в кровеносном русле.