Сравнение на ефект на Бор и ефект на Холдейн

Говорили сме малко за белите дробове и тъканите, както и за интересната им взаимовръзка, при която те опитват да си разменят малки молекули напред-назад. Белите дробове, разбира се, изпращат кислород към тъканите навън. А тъканите гледат как най-ефективно да върнат обратно въглероден диоксид. Това са главните процеси, които се случват между тях. Ако си спомняш, за пренасяне на кислорода има два основни начина. Първият и по-лесен е с кислород, разтворен в кръвта. Но това не е основният начин. Основният начин за транспорт на кислород е с помощта на хемоглобина. Наричаме това HbO2. Името на тази молекула е оксихемоглобин. Това е главният начин, по който кислородът се доставя до тъканите. В обратна посока, идващ от тъканите към белите дробове, имаме разтворен въглероден диоксид. Една малка част от въглеродния диоксид по този начин достига директно в плазмата. Това не е главният начин, по който въглеродния диоксид се връща. По-ефективен начин за връщането на въглероден диоксид, ако си спомняш, е, че имаме този протониран хемоглобин. Важно е да се запомни, че ако има протон в хемоглобина, се очаква да има и бикарбонат, плуващ наоколо в кръвната плазма. Причината това да работи е, че когато се върнат в белите дробове, протонът и бикарбонатът се срещат отново и образуват въглероден диоксид и вода. Това се случва заради ензим, наречен карбонанхидраза, който се намира в червените кръвни клетки. Главно по този начин се връща въглеродният диоксид. Има и трети начин. Припомням, че имаме и хемоглобин, който се свързва директно с въглеродния диоксид. При този процес също се получава протон. И този протон може да се захване за работата си по точка 2. Също може да се свърже с хемоглобин. Имаме различни взаимодействия. По-важните от тях, на които искам да се фокусирам, са основани на това, че хемоглобинът се свързва с кислород. А от другата страна, хемоглобинът може да се свързва и с протони. Интересното във всичко това е, че има известна конкуренция, една малка игра между тях. От една страна имаме хемоглобин, свързан с кислород. Нека го нарисувам два пъти. Нека първият взаимодейства с протон. Този протон ще иска да отмъкне хемоглобина. Има известна конкуренция за свързване с хемоглобина. И кислородът бива изоставен самичък. Въглеродният диоксид прави същото нещо. Имаме хемоглобин, свързан с въглероден диоксид. Създава се и протон в процеса. И отново се оставя кислородът самичък. В зависимост от това дали имаме много кислород наоколо, ако това е главният фактор, или имаме много протони и въглероден диоксид, в зависимост от това кой от тях е в по-голямо количество в клетките на тъканите, се определя посоката на реакцията. Запомни тази концепция. Аз ще се върна малко назад да напиша, че кислородът се влияе от въглеродния диоксид и протоните. Мога да кажа, че въглеродният диоксид и протоните влияят на афинитета или желанието на хемоглобина да се свързва с кислород. Това твърдение се базира на процеса на конкуренция, който наблюдаваме. Внезапно друг учен се появява и заявява: аз пък мисля, че кислородът е това, което влияе. Зависи от коя гледна точка го приемем. Може да се каже, че кислородът влияе на афинитета на хемоглобина към въглеродния диоксид и протоните. на хемоглобина към въглеродния диоксид и протоните. Има логика и в двете гледни точки. И трябва да отбележа, че в известен смисъл и двете са верни. Може да се каже, че твърдят едно и също нещо. Но това са два различни ефекта. Имат и различни имена. Първият процес, акцентиращ на въглеродния диоксид и протоните, се нарича ефект на Бор (ефект на Вериго-Бор). Ще срещнеш това име в уроците. Това е ефект на Бор. Обратният процес, погледнат от перспективата на кислорода, се нарича ефект на Холдейн. Това е неговото име. Ефект на Холдейн. Какво са ефект на Бор и ефект на Холдейн освен опростеното изказване, че има надпревара за хемоглобина? Ще преместя малко черната дъска. И ще пробвам да ги обясня с диаграми. Мисля, че с диаграми е по-лесно и ясно да се обясняват тези неща. Нека пробвам по този начин. Ще скицирам една диаграма и нека видим как се илюстрира ефектът на Бор чрез нея. Това е парциалното (частично) налягане на кислорода – колко от него е разтворен в плазмата. А това е съдържание на кислород, тоест колко общо кислород има в кръвта. Под това се има предвид главно количеството кислород, който е свързан с хемоглобин. Бавно увеличавам парциалното налягане на кислорода, вижда се, че първоначално малко от него ще се свърже с хемоглобина. С течение на времето с увеличаване на свързаните молекули се подобрява кооперативността. И кривата започва да се издига. И продължава да се увеличава. Това е поради кооперативния ефект. Кислородът обича да се свързва на места, където има вече свързан такъв. И в един момент кривата ще достигне плато. Това постоянно ниво се дължи на това, че хемоглобинът започва да се пренасища. Има твърде много свободни места. И има нужда от повече и повече кислород, разтворен в плазмата, да търси и намира тези допълнителни места на хемоглобина. Да изберем две точки от графиката. Едната точка е при голямо количество кислород, разтворен в кръвта. А тази отбелязва ниско ниво на кислород, разтворен в кръвта. Избирам ги произволно. Не се притеснявай за точните мерни единици. Ако се замислиш къде в тялото би било най-високо, ще е в белите дробове, където има много кислород, свързан с хемоглобина. А ниското количество ще е, примерно, в мускулите нa бедрото. В тях има много CO2, но малко кислород. Тези точки условно представляват двете части от тялото. Вижда се добре на графиката. Ако искаш да разбереш от тази крива колко кислород е доставен до бедрото, това ще е доста лесно. Знаем колко кислород има в белите дробове или в кръвоносните съдове, излизащи от тях. Имаме това ниво на кислород в кръвоносните съдове на белите дробове. А тук показваме колко кислород има в кръвоносните съдове, напускащи бедрото. Разликата в съдържанието на кислород между тези две точки е количеството кислород, което е доставено. Ако искаш да видиш колко кислород е доставен до различни тъкани на тялото, просто изваждаш тези две стойности. Това е доставеният кислород. Гледайки тази графика, може да видиш нещо интересно, в случай че искаш да увеличиш доставката на кислород. По някаква причина искаме да го увеличим, да бъде по-ефективен. Единственият начин да го направим е бедрото да стане по-хипоксично. Ако се придвижваме по графиката наляво, тъканта е все по-хипоксична. Тоест, има все по-малко кислород в нея. Ако имаш хипоксия или по-ниско ниво на кислород, тогава точката ще бъде по-ниско, примерно ето тук. Това ще стимулира по-голяма доставка на кислород. Но това не е идеален вариант. Не искаш в бедрото ти да има хипоксия. То ще започне да боли. Има ли друг начин да имаме голяма доставка на кислород, без да имаме хипоксична тъкан, тоест тъкан с много ниско количество кислород в нея? Тук е мястото на ефекта на Бор да заработи. Да припомня, че според ефекта на Бор СО2 и протони влияят на афинитета на хемоглобина към кислорода. Да си представим следната ситуация. Ще я нарисувам в зелено. В тази ситуация, където имаме много въглероден диоксид и протони, ефектът на Бор ни казва, че ще е по-трудно на кислорода да се свърже с хемоглобин. Ако трябва да опиша с крива, в началото възходът ще е още по-малко впечатляващ, с по-малко кислород, свързан с хемоглобин. Евентуално, след като концентрацията на кислород се увеличи достатъчно, ще тръгне пак нагоре и нагоре. И ще се свърже евентуално с хемоглобин. Не е като да не се свързва изобщо с хемоглобина в присъствието на въглероден диоксид и протони. Но отнема повече време. Цялата тази крива изглежда като отместена надясно. Тези условия на висока концентрация на СО2 и протони не важат особено за белите дробове. Белите дробове си казват: "Не ни касае. При нас ги няма тези условия." Но при мускула на бедрото е важно, защото там има много CO2. В бедрото има и много протони. Да припомня, че много протони означава ниско pH. Можеш да помислиш за това по един или друг начин. За бедрото ще имаме друга точка. Тя ще бъде на зелената крива, а не на синята. Можем да я отбележим на същото О2 ниво, но ще бъде там долу. Какво е съдържанието на кислород в кръвта, която напуска бедрото? За да е правилно, трябва да отбележа, че ще е ето тук. Това ще е точното количество. И доставката на кислород е много по-впечатляваща. Погледни това. Доставката на кислород е увеличена заради ефекта на Бор. Ако искаш да знаеш точно с колко е увеличена, мога лесно да ти покажа. Това количество от тук до долу. Буквално вертикалното разстояние между точките на зелената и синята крива. Това е количеството кислород, което е доставено допълнително поради ефекта на Бор. Това показва колко важен е този ефект на Бор за доставянето на кислород до тъканите ни. Да направим подобна диаграма, но за ефекта на Холдейн. При нея трябва да обърнем наопаки нещата. Нашите мерни единици и оси ще са различни. Тук долу ще е количеството на въглероден диоксид. А тук количеството на СО2 в кръвта. Да го обмислим внимателно. Да започнем с увеличаване на количеството въглероден диоксид бавно, но сигурно. И да видим как съдържанието се покачва. Тук, при увеличаване на количеството въглероден диоксид, и това количество нараства в права линия. Причината да няма тази S-образна крива, която имаме при кислорода, е, че тук няма ефект на кооперативност при свързването с хемоглобин. Покачва се в права линия нагоре. Това изглежда по-лесно. Да вземем пак две точки както преди. Да вземем една точка ето тук. Това ще бъде високо съдържание на СО2 в кръвта. А тази вляво ще е ниско количество на СО2 в кръвта. Ще имаме ниско количество, ето тук. В коя част на тъканите? Е, нисък СО2 звучи като да е в белите дробове, защото там има най-малко СО2. Високо съдържание на СО2 тогава ще е в мускулите на бедрото, защото те са като малки фабрики за СО2. В бедрото има високо съдържание на СО2, а в белите дробове ниско. Ако искаме да видим количеството на доставен СО2, действаме по същия начин. Казваме, че бедрото има високо съдържание. Тази вертикална ос показва нивото на СО2 в кръвта. А това долу е нивото на СО2 в кръвта, когато стигне до белите дробове. Следователно количеството СО2, което е доставено от бедрото до белите дробове, е разликата. Това е количеството на доставен СО2, което реално получаваме. Както имахме доставяне на О2, така имаме и доставяне на СО2. Да разгледаме ефекта на Холдейн. Да видим дали можем да начертаем друга крива. Какво ще се случи при наличие на голямо количество кислород? При голяма концентрация на кислород ще се промени афинитетът на хемоглобина към въглеродния диоксид и протоните. Ще затрудни директното свързването на протони и СО2 с хемоглобина. Това означава, че ще има по-малко съдържание на СО2 за количество разтворен в кръвта СО2. Все още е права линия, но както забелязваш, е малко по-полегата. С какво ни е полезно това? Къде имаме много кислород? Явно не е в бедрото, защото в него няма много кислород. Отнася се за белите дробове. За тях е по-важно. Нека видим какво се случва. Когато имаме по-високо съдържание на О2, колко доставка на СО2 получаваш? Можеш да видиш на графиката. Ще бъде повече, защото сега получаваш ето това количество. Стигаме чак до там на графиката. Това е ново количество доставен СО2. И е по-голямо. Може да се види точно с колко е увеличено, като се види тази разлика. Тази разлика между двете точки е ефектът на Холдейн. Това е графичният начин, по който се вижда ефектът на Холдейн. Ефектът на Бор и ефектът на Холдейн са две важни стратегии, които има нашето тяло за увеличаване на количествата доставен О2 и СО2 между белите дробове и тъканите и обратно.