Efekt Bohra

Z Efekt Bohra wskazuje na zdolność tlenu do wiązania hemoglobiny w zależności od wartości pH i ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla. W dużej mierze odpowiada za wymianę gazową w narządach i tkankach. Choroby układu oddechowego i nieprawidłowe oddychanie mają wpływ na wartość pH krwi poprzez efekt Bohra i zakłócają normalną wymianę gazową.

Jaki jest efekt Bohra?

Efekt Bohra został nazwany na cześć jego odkrywcy Christiana Bohra, ojca słynnego fizyka Nielsa Bohra. Christian Bohr (1855-1911) rozpoznał zależność powinowactwa tlenu (zdolności wiązania tlenu) hemoglobiny od wartości pH lub ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla lub tlenu. Im wyższa wartość pH, tym silniejsze powinowactwo hemoglobiny do tlenu i odwrotnie.

Wraz z efektem kooperacyjnego wiązania tlenu i wpływem cyklu Rapoport-Luebering, efekt Bohra sprawia, że ​​hemoglobina jest idealnym transporterem tlenu w organizmie. Te wpływy zmieniają steryczne właściwości hemoglobiny. W zależności od warunków otoczenia ustala się stosunek pomiędzy słabo wiążącą tlen hemoglobiną T a dobrze wiążącą tlen R-hemoglobiną. Tlen jest zwykle pobierany w płucach, podczas gdy tlen jest zwykle uwalniany w innych tkankach.

Funkcja i zadanie

Efekt Bohra zapewnia zaopatrzenie organizmu w tlen poprzez transport tlenu za pomocą hemoglobiny. Tlen jest związany jako ligand z centralnym atomem żelaza hemoglobiny. Kompleks białkowy zawierający żelazo zawiera po cztery jednostki hemu. Każda jednostka hemu może wiązać cząsteczkę tlenu. Zatem każdy kompleks białkowy może zawierać do czterech cząsteczek tlenu.

Zmiana właściwości sterycznych hemu w wyniku wpływu protonów (jonów wodoru) lub innych ligandów powoduje przesunięcie równowagi między kształtem T a kształtem R hemoglobiny. W tkankach wykorzystujących tlen wiązanie tlenu z hemoglobiną jest osłabiane przez obniżenie wartości pH. Jest lepiej dostarczony. Dlatego w tkankach aktywnych metabolicznie wzrost stężenia jonów wodorowych prowadzi do zwiększonego wydzielania tlenu. Równocześnie wzrasta ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla we krwi. Im niższa wartość pH i wyższe ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla, tym więcej tlenu jest wydzielane. Trwa to do momentu, gdy kompleks hemoglobiny jest całkowicie pozbawiony tlenu.

W płucach ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla spada w wyniku wydechu. Prowadzi to do wzrostu wartości pH, a tym samym do wzrostu powinowactwa hemoglobiny do tlenu. Dlatego oprócz uwolnienia dwutlenku węgla, w tym samym czasie hemoglobina pobiera również tlen.

Ponadto kooperatywne wiązanie tlenu zależy od ligandów. Centralny atom żelaza wiąże protony, dwutlenek węgla, jony chlorkowe i cząsteczki tlenu jako ligandy. Im więcej jest ligandów tlenowych, tym silniejsze powinowactwo tlenu do pozostałych miejsc wiązania. Jednak wszystkie inne ligandy osłabiają powinowactwo hemoglobiny do tlenu. Oznacza to, że im więcej protonów, cząsteczek dwutlenku węgla lub jonów chlorkowych jest związanych z hemoglobiną, tym łatwiej jest uwolnić pozostały tlen. Jednak wysokie ciśnienie parcjalne tlenu sprzyja wiązaniu tlenu.

Ponadto w erytrocytach zachodzi inny sposób glikolizy niż w pozostałych komórkach. To jest cykl Rapoport-Luebering. Pośredni 2,3-bisfosfoglicerynian (2,3-BPG) tworzy się podczas cyklu Rapoport-Luebering. Związek 2,3-BPG jest allosterycznym efektorem w regulacji powinowactwa tlenu do hemoglobiny. Stabilizuje hemoglobinę T. Sprzyja to szybkiemu uwalnianiu tlenu podczas glikolizy.

Wiązanie tlenu z hemoglobiną jest osłabiane przez spadek wartości pH, wzrost stężenia 2,3-BPG, wzrost ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla i wzrost temperatury. Zwiększa to uwalnianie tlenu. I odwrotnie, zwiększając wartość pH, obniżając stężenie 2,3-BPG, obniżając ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla i obniżając temperaturę krwi.

Choroby i dolegliwości

Przyspieszone oddychanie w kontekście chorób układu oddechowego, takich jak astma czy hiperwentylacja w wyniku paniki, stresu lub przyzwyczajenia, prowadzi do wzrostu wartości pH w wyniku zwiększonego wydychania dwutlenku węgla na skutek efektu Bohra. Zwiększa to powinowactwo hemoglobiny do tlenu. Uwalnianie tlenu w komórkach jest utrudnione. Dlatego nieefektywne wzorce oddychania prowadzą do niedostatecznego zaopatrzenia komórek w tlen (niedotlenienie komórek).

Konsekwencje to przewlekłe stany zapalne, osłabiony układ odpornościowy, przewlekłe choroby układu oddechowego i wiele innych chorób przewlekłych. Zgodnie z ogólną wiedzą medyczną, niedotlenienie komórek jest często przyczyną chorób, takich jak cukrzyca, rak, choroby serca czy chroniczne zmęczenie.

Zdaniem rosyjskiego lekarza i naukowca Butejki hiperwentylacja jest nie tylko skutkiem chorób układu oddechowego, ale często także stresem i reakcjami paniki. W dłuższej perspektywie wierzy, że nadmierne oddychanie staje się nawykiem i punktem wyjścia dla różnych chorób.

W terapii przeprowadza się konsekwentne oddychanie przez nos, oddychanie przeponowe, dłuższe przerwy w oddychaniu i ćwiczenia relaksacyjne w celu normalizacji oddychania w dłuższej perspektywie. Kilka badań wykazało, że metoda Butejki może zmniejszyć spożycie leków przeciwdrgawkowych o 90 procent, a kortyzonu o 49 procent.

Jeśli podczas hipowentylacji wydychanie dwutlenku węgla jest zbyt niskie, organizm staje się nadmiernie zakwaszony (kwasica). Kwasica występuje, gdy pH krwi jest poniżej 7,35. Kwasica występująca podczas hipowentylacji jest również nazywana kwasicą oddechową. Przyczyną może być paraliż ośrodka oddechowego, znieczulenie lub złamane żebra. Kwasica oddechowa charakteryzuje się dusznością, zasinieniem ust i zwiększonym wydalaniem płynów. Kwasica może prowadzić do zaburzeń sercowo-naczyniowych z niskim ciśnieniem krwi, zaburzeniami rytmu serca i śpiączką.