Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Оптические свойства гемоглобина. Исследование газотранспортных функций эритроцитов по спектрам поглощения (литературный обзор)
1.1. Гемоглобин. Структура, функции, оптические свойства 9
1.1.1. Строение гемоглобина 9
1.1.2. Электронные и магнитные свойства гемоглобина 10
1.1.3. Процесс оксигенации гемоглобина 14
1.1.4. Оптические свойства гемоглобина 17
1.2. Методология определения параметров кислородного транспорта крови: кислородного насыщения крови, содержания производных гемоглобина 20
1.2.1. Параметры, описывающие кислородный транспорт крови; факторы, влияющие на их изменение 20
1.2.2. Карбоксигемоглобин: патофизиологическое значение, методы определения концентрации 23
1.2.3. Метгемоглобин: патофизиологическое значение, методы определения концентрации 28
1.2.4. Цианметгемоглобин 34
1.2.5. Нитрозилгемоглобин 35
1.2.6. Сульфгемоглобин 36
1.2.7. Методы определения параметров кислородного транспорта крови 37
Глава 2. Количественный спектрофотометрический анализ сложных многокомпонентных смесей. Новые аналитические принципы определения содержания основных производных гемоглобина
2.1. Система уравнений Фирордта 47
2.2. Методы решения переопределенных систем уравнений и их применение к количественному спектрофотометрическому анализу 49
2.2.1. Метод наименьших квадратов (МНК) 49
2.2.2. Метод алгебраической коррекции фона (АКФ) 51
2.2.3. Метод линейного программирования (МЛП) 51
2.2.4. Объединенные методы, включающие МЛП и АКФ 53
2.2.5. Сравнение количественных спектрофотометрических методов 56
2.3. Методология одновременного определения содержания основных производных гемоглобина в крови человека 57
2.3.1. Особенности количественного спектрофотометрического анализа основных производных гемоглобина 57
2.3.2. Поверка шкалы оптической плотности спектрофотометра 58
2.3.3. Выбор аналитических длин волн 59
2.3.4. Выбор метода количественного анализа основных дериватов гемоглобина. Компьютерная программа "HemoSpectr" 60
2.3.5. Тестирование метода МЛП+АКФ на многокомпонентных смесях 60
2.3.6. Методика определения миллимолярных показателей поглощения основных производных гемоглобина 62
2.3.7. Оценка данных, получаемых при количественном анализе основных производных гемоглобина разработанным методом, с помощью независимых методов 65
Глава 3. Исследование "in vitro" влияния на газовый состав гемоглобина различных факторов: УФ-излучения, у-излучения, химических веществ
3.1. Методика эксперимента 68
3.2. Сравнение спектров поглощения цельной крови и ее растворов 69
3.3. Температурная зависимость спектров поглощения крови 70
3.4. Анализ основных производнъа гемоглобина в крови здоровых доноров 71
3.5. Исследование динамики содержания основных производных гемоглобина при воздействии на кровь различных факторов: оксигенации, моноокиси углерода, окислител
3.5.1. Оксигенация 72
3.5.2. Моноокись углерода 72
3.5.3. Окислитель 73
3.6. Анализ основных производных гемоглобина в присутствии примеси (сульфгемоглобжа) 11
3.7. Количественный спектрофотометрический анализ основных производных гемоглобина при воздействии УФ-излучения на цельную кровь 79
3.8. Количественный спектрофотометрический анализ основных производных гемоглобина при воздействии у-излучения на растворы крови 83
Глава 4. Применение разработанного метода к диагностике патологических состояний с последующим статистическим анализом
4.1. Диагностика сульфгемоглобинемии 86
4.2. Определение изменений в газовом составе гемоглобина при никотиновой интоксикации 87
4.3. Количественный анализ нитрозилгемоглобина 90
4.4. Особенности газового состава гемоглобина у больных дисплазией соединительной ткани 94
4.5. Особенности газового состава гемоглобина у больных железодефщитной анемией98 Выводы 100
Список цитируемой литературы 101
- Карбоксигемоглобин: патофизиологическое значение, методы определения концентрации
- Методы решения переопределенных систем уравнений и их применение к количественному спектрофотометрическому анализу
- Температурная зависимость спектров поглощения крови
- Определение изменений в газовом составе гемоглобина при никотиновой интоксикации
Введение к работе
Актуальность работы.
Кислородный транспорт крови, составляющий основу дыхания, - важнейший физиологический процесс, который определяет жизнедеятельность всего организма человека Мониторинг параметров, описывающих этот процесс, является необходимой клинической процедурой и обязательным условием для достоверной оценки текущего состояния пациента и последующего прогноза развития критических состояний в анестезиологии, реаниматологии и интенсивной терапии
Содержание производных гемоглобина в крови - один из главных параметров кислородного транспорта крови С изменением газового состава гемоглобина связан ряд патологических состояний организма человека В настоящее время подавляющее большинство российских клиник из-за отсутствия необходимой методологической и приборной базы вынуждено ограничиваться определением общей концентрации гемоглобина
На Западе и в России производятся пульсоксиметры - приборы, служащие для определения кислородного насыщения крови Несмотря на несомненные достоинства (компактность, неинвазивность), пульсоксиметры имеют существенный недостаток, ограничивающий диапазон их применения В расчет не принимаются так называемые дисфункциональные дериваты кар-боксигемоглобин, метгемоглобин и др , которые не участвуют в транспорте кислорода Обычно их суммарное содержание невелико (1-4 %), но при патологических состояниях концентрации дисфункциональных производных гемоглобина значительно увеличиваются, и показания пульсоксиметра становятся некорректными
Западные производители выпускают в лабораторном варианте и малыми партиями, что обуславливает их очень высокую стоимость, так называемые СО-оксиметры, - приборы, способные определять содержание оксиге-моглобина, дезоксигемоглобина, карбоксигемоглобина и метгемоглобина В СО-оксиметрах вычисление содержания производных гемоглобина осуществляется методом наименьших квадратов, имеющим применительно к данной задаче ряд недостатков неприменимость к анализу образцов с неполностью известным качественным составом, появление не имеющих физического смысла отрицательных значений концентрации, получение завышенного значения общей концентрации гемоглобина В частности, указывается на неприменимость СО-оксиметров к анализу образцов крови 1) с примесью метиленового синего, используемого при лечении метгемоглобинемии, 2) с содержанием карбоксигемоглобина <5 %, 3) при наличии цианметгемоглобина
Несовершенство известных методов анализа газового состава гемоглобина делает необходимой разработку новых методов, что актуализирует тему диссертационной работы
Цель: разработка метода одновременного определения содержания производных гемоглобина, основанного на многокомпонентном анализе оптических спектров поглощения крови и ее растворов
В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:
Разработать спектрофотометрический метод определения содержания оксигемоглобина (НЬОг), дезоксигемоглобина (Но), карбоксигемог-лобина (НЬСО) и метгемоглобина (MetHb) в крови, базирующийся на использовании комбинированного метода, который объединяет в едином алгоритме методы оптимизации и алгебраической коррекции фона,
Создать программное обеспечение метода,
Выполнить оценку достоверности разработанного метода с помощью методов Ишизавы, Эвелина-Маллоя и цианметгемоглобинового метода,
Применить представляемый метод к исследованию «in vitro» влияния различных факторов (УФ-излучения, у-излучения, химических веществ) на газовый состав гемоглобина,
Изучить возможность использования метода для диагностики различных патологических состояний сульфгемоглобинемии, никотиновой интоксикации, дисплазии соединительной ткани, железодефицитной анемии
Научная новизна: Разработан не имеющий аналогов метод одновременного определения содержания основных производных гемоглобина (ок-си-, дезокси-, карбокси- и метгемоглобина) по спектрам оптического поглощения Создано и запатентовано оригинальное программное обеспечение метода. Впервые получена динамика содержания производных гемоглобина при воздействии на кровь различных факторов (УФ-излучения, у-излучения, химических веществ) Впервые количественный анализ производных гемоглобина применен для диагностики сульфгемоглобинемии, никотиновой интоксикации, дисплазии соединительной ткани, железодефицитной анемии
Теоретическая и практическая значимость результатов исследований: Разработанный метод является мощным инструментом для экспресс-мониторинга гематологических параметров системы кровообращения Определяемый набор параметров делает возможной достоверную оценку текущего состояния пациента и последующий прогноз развития критических состояний организма человека Число анализируемых производных гемоглобина может быть увеличено Разработанный спектрофотометрический метод определения содержания основных производных гемоглобина в крови является основой для создания специализированного прибора на базе оптронных пар.
Основные положения, выносимые на защиту:
1 Метод одновременного определения содержания основных производных гемоглобина по оптическим спектрам поглощения цельной крови и ее растворов, основанный на объединении методов оптимизации и алгебраической коррекции фона,
Программное обеспечение метода - компьютерная программа «HemoSpectr»,
Выявленные с помощью представляемого метода особенности газового состава гемоглобина при различных патологических состояниях сульфгемоглобинемии, никотиновой интоксикации, дисплазии соединительной ткани, железодефицитной анемии, что необходимо для диагностики и коррекции патологических состояний,
Практические рекомендации к выбору оптронных пар, на основе которых может быть создан специализированный прибор для количественного анализа производных гемоглобина
Апробация работы: Материалы диссертации представлены на международных конгрессах «Кардиостим» (февраль 1998 г, февраль 2004 г, Санкт-Петербург), 2-й международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (май 2001 г, Барнаул), научных конференциях «Молодые ученые на рубеже третьего тысячелетия» (июнь 2001 г, Омск), «Под знаком "Сигма"» (июнь 2003 г, Омск) Метод одновременного определения содержания производных гемоглобина использовался для гематологических исследований в МУЗ МСЧ № 7 (г Омск), МУЗ «Омская городская клиническая больница № 1», ГП Санаторий-профилакторий «Коммунальник» (Омская область) Результаты, полученные в диссертации, нашли отражение в учебных программах дисциплин «Биофизика» и «Основы информатики в медицинской физике» (направление «Медицинская физика» физического факультета Омского государственного университета)
Публикации: По теме диссертации опубликовано 38 научных работ (из них 24 статьи, 2 патента, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ)
Структура и объем диссертации: Диссертация изложена на 118 страницах машинописного текста Работа включает введение, четыре главы, выводы, список цитируемой литературы (143 наименования) В диссертации содержится 41 рисунок, 8 таблиц
Карбоксигемоглобин: патофизиологическое значение, методы определения концентрации
Карбоксигемоглобин (НЬСО) образуется при связывании гемоглобином моноокиси углерода (СО). При этом необходимо отметить важное химическое свойство СО, являющееся патофизиологическим, - это его высокое сродство к гемоглобину, которое примерно в 210 раз больше чем у кислорода, т.е. для достижения равного насыщения гемоглобина кислородом и монооксидом углерода, парциальное давление рСО может быть ниже р02 при тех же условиях более чем в 200 раз. Следовательно, даже низкое рСО может вызывать образование значительной концентрации НЬСО в артериальной крови.
Несмотря на то, что объем СО, образующегося в результате техногенных процессов, достаточно велик, он меньше такового, образующегося из природных источников, таких, как окисление метана и распад хлорофилла. При этом существует быстрое рассеивание монооксида углерода в атмосфере при взаимодействии с радикалами кислорода и благодаря жизнедеятельности бактерий почвы, поэтому подобное образование СО не является глобальной проблемой. Но существует опасность локального отравления [19]. Даже умеренный уровень НЬСО в крови, который зачастую может быть не обнаружен, является определяющим фактором для возникновения некоторых болезней [20].
Отрицательное влияние курения табака на здоровье человека является несомненным. Содержание карбоксигемоглобина у курящих пациентов может достигать значения 15% [14,20].
Лишь малая часть монооксида углерода в крови человека возникает из эндогенных источников, главным образом при деструкции гемоглобина. Когда молекула гемоглобина разрушается, циклотетрапиррол превращается в билирубин, or-углерод метиловой группы окисляется до моноокиси [21]. Эндогенный СО обычно приводит к увеличению содержания НЬСО на 0,5%, но в некоторых исключительных случаях увеличение может быть значительно больше. Так, например, выявлено повышенное содержание карбоксигемоглобина у больных гепатитом, которое обусловлено гемолитическими факторами, проявляющимися при данном заболевании [22].
Токсичность монооксида углерода обусловлена его отрицательным влиянием на кислородный транспорт крови. Присутствие значительного количества НЬСО в крови вызывает уменьшение капиллярного р02 в тканях из-за снижения кислородной емкости и увеличения кислородного сродства. Уменьшение кислородной емкости является результатом замещения кислорода моноокисью углерода в молекуле гемоглобина. Снижение общей концентрации кислорода в артериальной крови, приводит к резкому повышению рОг при протекании крови по капиллярному слою, которое, в свою очередь, ниже капиллярного р02. Увеличение сродства кислорода к гемоглобину вызывается влиянием присутствия одной молекулы СО в тетрамерной молекуле гемоглобина на сродство кислорода к остальным гемам молекулы. Уменьшение капиллярного рОг происходит из-за уменьшения давления, при котором освобождается связанный с гемоглобином кислород [23].
Двойное влияние СО на кислородтранспортные функции крови может быть представлено с помощью графика зависимости концентрации кислорода от рОг (рис. 1.7). На данном рисунке представлены три зависимости: для нормальной крови, крови с содержанием НЬСО равным 50,8% и крови с пониженной общей концентрацией гемоглобина. На основании приведенных кривых можно сделать вывод, что повышенное содержание НЬСО препятствует кислородному транспорту значительно больше, чем соответствующая степень анемии: рОг падает до значительно более низкого уровня для освобождения одного и того же количества кислорода [23]. Следовательно, капиллярное рОг и, соответственно, градиент pOj, обеспечивающий диффузию кислорода в тканях, уменьшается.
На рис. 1.8 показан значительный сдвиг влево КДК с увеличением содержания карбоксигемоглобина [23]. При увеличении доли НЬСО в крови кривая диссоциации оксигемоглобина постепенно превращается в гиперболу (при [НЬСО] \% «=2,56, а при [НЬСО]=50$% л=1,63).
Существует прямая зависимость /?.м(станд.) от содержания НЬСО, выражающаяся следующим уравнением: р50(станд.) = -3,6-[НЬСО] + 3,4. (1.7)
Приведенная зависимость позволяет восстановить стандартную КДК по результатам исследования образцов крови с любым значением [НЬСО] [23].
Монооксид углерода может быть связан и другими гемопротеинами. Цитохромы имеют более низкое сродство к СО, чем к О2. Миоглобин, наоборот, легко связывает монооксид углерода, что может способствовать негативному влиянию СО на сердце [20].
Высокое сродство гемоглобина к монооксиду углерода объясняется отнюдь не высокой степенью его связывания. Степень связывания монооксида углерода гемоглобином даже ниже, чем кислорода, но это компенсируется очень низкой степенью диссоциации СО и гемоглобина. Это свойство широко применяется в анализе - образцы, содержащие НЬСО, могут быть исследованы без риска потери значительного количества СО. С другой стороны, медленная диссоциация СО и гемоглобина существенно осложняет терапию при отравлениях. При вдыхании пациентами чистого воздуха период полураспада карбоксигемоглобина составляет 4-5 часов. Данное значение снижается при вдыхании чистого кислорода или увеличении объёма воздуха, вдыхаемого за минуту.
Методы решения переопределенных систем уравнений и их применение к количественному спектрофотометрическому анализу
МНК является классическим методом решения переопределенных СЛАУ. Критерием, которому должно удовлетворять решение, является минимум суммы квадратов отклонений экспериментального спектра смеси от рассчитанного:
В итоге получена определенная система линейных алгебраических уравнений, которая может быть решена методом Гаусса с выбором ведущего элемента.
Основным недостатком МНК применительно к поставленной задаче является так называемая проблема отрицательных значений. Решение, полученное с помощью критерия (2.3), может содержать не имеющие физического смысла отрицательные концентрации отдельных компонентов. Появление отрицательных значений концентрации обычно связано с тем, что спектры поглощения отдельных компонентов подобны. Кроме того, отрицательные концентрации появляются в тех случаях, когда матрица молярных показателей поглощения содержит компоненты, которые присутствуют в смеси при низких концентрациях или вообще отсутствуют.
Существует два возможных пути исключения появления отрицательных значений при решении методом наименьших квадратов:
1) использование в качестве критерия оптимального решения суммы /=1 j=\ где с/ - отрицательные элементы вектора-столбца концентраций [67];
2) применение итерационного процесса, в соответствии с которым полученные в первом приближении отрицательные значения концентраций приравнивают нулю, соответствующие этим компонентам столбцы вычеркивают из матрицы молярных показателей поглощения и заново решают систему уравнений для уменьшенного числа компонентов [68].
Особенностью МНК, обусловленной его вычислительной схемой, является получение завышенных значений концентрации по сравнению с другими методами решения переопределенных систем уравнений. 2.2.2. Метод алгебраической коррекции фона (АКФ).
Метод алгебраической коррекции фона предложен в работе Танниклифа, Расмуссена и Морзе [69]. Оптическую плотность смеси, содержащей п известных компонентов и примесь, можно выразить следующим образом: где ak - коэффициенты полинома, аппроксимирующего поглощение примеси, / - степень полинома.
Уравнение (2.10) содержит п неизвестных значений Cj и /+1 коэффициентов аь Данную переопределенную СЛАУ решают методом наименьших квадратов, при этом первые п столбцов матрицы коэффициентов системы содержат значения s/, а последующие /+1 столбцы - величины Яі . Для уменьшения вычислительных погрешностей, связанных с округлением результатов, целесообразно заменять значения Я в уравнении (2.10) величинами Я - Я (где Я - средняя длина волны в интервале) или, для равноотстоящих длин волн - их порядковыми номерами.
Решающее значение для успешного применения метода имеет степень различия между спектрами поглощения примесей и основного вещества. Эффективность метода АКФ возрастает с увеличением вклада в спектр основного вещества полиномов порядка к 1+\, т.е. крутизна спектра основного вещества должна быть больше, чем крутизна спектра примеси. Поэтому воспроизводимость анализа возрастает при использовании узких спектральных интервалов, содержащих наиболее характерные полосы поглощения основного вещества.
Количественный анализ многокомпонентных смесей не полностью известного качественного состава вызывает значительные трудности из-за наличия фонового поглощения (поглощение веществ, не определяемых в матрице молярных показателей поглощения). Для устранения влияния фонового поглощения применим метод линейного программирования. С помощью этого метода можно получить аналитические полосы в области наибольшей прозрачности в спектре примесей.
Выражения для оптической плотности таких смесей можно записать: + 4}»=2 уЧ, (2.11) где A v - оптическая плотность примеси. На систему накладывается требование минимальности разностного спектра min т f п Л , что эквивалентно при постоянстве Y AX условию max ][] efcj. Таким образом, приходим к формулировке задачи нахождения максимума целевой функции т п Z = Y, sfcj при ограничениях: А1-}с, 0. (2.12) 7 = 1 К ограничениям (2.12) можно добавить вытекающее из неотрицательности концентраций условие су 0, что позволяет распространить МЛП на случай равенства числа аналитических полос числу определяемых компонентов.
Для решения задачи линейного программирования используется метод симплекс-оптимизации. При решении этим методом из исходных данных составляется симплекс-таблица, которая применительно к данной задаче имеет следующий вид: Таблица 2.1. Симплекс-таблица для метода линейного программирования (Етт -единичная матрица, введенная для учета неотрицательности независимых переменных, ут - вектор с нулевыми элементами).
А ь2 є"" Ах mm
Ак ь2 т т т max! "ІХ -Е - -z Ут
Ы\ ;=! /=1 Результат решения задачи количественного анализа с использованием МЛП соответствует результату, полученному методом аналитических полос, выбираемых в области наибольшей прозрачности в спектре примесей, но при этом не требуется предварительное знание спектра этих примесей. Разностный спектр будет совпадать со спектрами неидентифицированных соединений. Особенности различных вычислительных схем МЛП подробно рассмотрены в работе [70].
Температурная зависимость спектров поглощения крови
По результатам серийного определения посредством представляемого метода содержания оксигемоглобина, дезоксигемоглобина, карбоксигемоглобина и метгемоглобина в образцах крови здоровых доноров, представленных станцией переливания, создана база данных [88]. В таблице 3.1 приведена выборка из этой базы данных. Результаты соответствуют физиологическим нормам по содержанию производных гемоглобина и некоторым дополнительным данным о пациентах (например, никотиновая зависимость). 3.5. Исследование динамики содержания основных производных гемоглобина при воздействии на кровь различных факторов: оксигенации, моноокиси углерода, окислителя. Проведены исследования зависимости содержания окси-, дезокси-, карбокси- и метгемоглобина при воздействии на кровь факторов, способных вызвать химические превращения производных гемоглобина.
На рис. 3.3 показаны спектры поглощения образца крови при различной степени оксигенации [83]. Зависимость содержания основных дериватов гемоглобина от степени оксигенации образца крови, полученная посредством компьютерной программы "HemoSpectr", представлена на рис. 3.4. Видно, что содержание дисгемоглобинов практически неизменно, содержание дезоксигемоглобина уменьшается за счет его превращения в оксигемоглобин. Наблюдается квазилинейная зависимость содержания оксигемоглобина и дезоксигемоглобина от степени оксигенации.
Исследовано изменение спектров образцов крови при ее насыщении моноокисью углерода (рис. 3.5) [89]. При увеличении [НЬСО] в крови происходит сдвиг пиков поглощения влево и уменьшение их интенсивности. Это свидетельствует о постепенном переходе характерных максимумов поглощения оксигемоглобина в характерные максимумы поглощения карбоксигемоглобина. Типичная динамика содержания основных производных гемоглобина при насыщении крови моноокисью углерода приведена на рис. 3.6. Из представленной диаграммы видно, что в анализируемом образце происходит уменьшение содержания оксигемоглобина, сопровождающееся ростом содержания карбоксигемоглобина, который возникает при реакции оксигемоглобина и моноокиси углерода. Содержание остальных производных гемоглобина практически не изменяется.
В качестве окислителя гемоглобина использовался феррицианид калия. В образцы крови добавлялось фиксированное количество окислителя, каждый раз измерялся спектр поглощения (рис. 3.7).
Проведенный количественный анализ данных спектров показал наличие следующих процессов: значительное уменьшение содержания оксигемоглобина, рост содержания метгемоглобина и небольшое увеличение доли карбоксигемоглобина (по-видимому, объясняется деструкцией гемоглобина старых эритроцитов). В конце концов, все производные превращаются в метгемоглобин (рис. 3.8). Для демонстрации возможностей разработанного метода при количественном анализе производных гемоглобина в присутствии примеси [90] исследованы образцы крови, насыщенные сероводородом. Сероводород получен по стандартной методике при реакции сульфида натрия и концентрированной соляной кислоты. На рис. 3.9 приведена зависимость спектров поглощения крови от степени насыщения сероводородом.
. Спектры поглощения крови при различном насыщении сероводородом (жирной сплошной линией выделен исходный образец №1, жирной пунктирной - образец №8). По представленным спектрам поглощения выполнен количественный анализ основных производных гемоглобина, который показал появление в смеси производных еще одного вещества. При исследовании фонового спектра предполагалось, что неизвестное вещество - сульфгемоглобин. Для подтверждения гипотезы матрица миллимолярных показателей поглощения была дополнена м.п.п. сульфгемоглобина (рис. 3.10). Повторное проведение вычислений с учетом сульфгемоглобина показало обоснованность выдвинутого предположения, при этом была получена зависимость содержания оксигемоглобина, дезоксигемоглобина, карбоксигемоглобина, метгемоглобина и сульфгемоглобина от степени насыщения крови сероводородом
Определение изменений в газовом составе гемоглобина при никотиновой интоксикации
По определению Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) курение признано "наиболее распространенной причиной смертности и величайшей опасностью для здоровья" [107]. Например, в работе [108] приводятся следующие статистические данные: 20% всех случаев заболеваний сердечно-сосудистой системы и до 22% всех случаев смерти от подобных заболеваний у мужчин в возрасте от 45 до 74 лет обусловлено курением.
Установлено, что наиболее достоверные изменения со стороны кислородного баланса крови и утилизации кислорода тканями наблюдается при длительном курении. Количество оксигемоглобина существенно снижается, увеличивается концентрация карбоксигемоглобина [109]. Незначительное повышение количества карбоксигемоглобина способно вызвать острую циркуляторную недостаточность мышечной ткани, способствовать возникновению тканевой гипоксии, повреждению сосудистых клеток и увеличивать риск атеросклеротических изменений в сосудах всех диаметров. Повышение уровня НЬСО приводит к дегенеративным изменениям и частичному некрозу миофибрилл. В основе этих процессов лежит, по-видимому, нарушение транспорта кислорода к митохондриям вследствие блокирования миоглобина окисью углерода. Одновременно никотин увеличивает нагрузку на сердечную мышцу, что повышает потребность миокарда в кислороде, а повышение концентрации карбоксигемоглобина снижает возможность артериальной крови транспортировать кислород. Это может явиться причиной острой и хронической ишемии миокарда.
Наблюдается компенсаторная реакция организма, заключающаяся в повышении кислородной емкости артериальной крови [109], в большинстве случаев повышается содержание гемоглобина [108], однако развивается и неспособность тканей утилизовать кислород, это, по-видимому, результат воздействия на клеточные структуры токсичных компонентов табачного дыма, и, в первую очередь, монооксида углерода, который тормозит активность цитохромоксидазы, что ухудшает диффузию кислорода к митохондриям.
Выполнен расчет содержания карбоксигемоглобина ([НЬСО]) более чем в 120 образцах крови здоровых доноров. Среднее значение [НЬСО] для курящих людей составляет 4,7%±0,8%, а для некурящих - 1,9%±0,4% (физиологическая норма - 0,4%-2,1%). На основе серийного определения содержания карбоксигемоглобина создана база данных [ПО], которая может быть использована при калибровке прибора, разрабатываемого для измерения содержания дисгемоглобинов (карбоксигемоглобина и метгемоглобина).
С помощью разработанного метода определено содержание основных дериватов гемоглобина при никотиновой интоксикации. Полученные результаты приведены на рис. 4.2, который наглядно показывает негативные изменения в организме курящего человека по сравнению с некурящим: уменьшение содержания оксигемоглобина, обусловленное повышением концентрации карбоксигемоглобина, и как следствие этого, -падение кислородного насыщения крови. При этом следует отметить повышенное содержание метгемоглобина, вызванное токсичными веществами, содержащимися в табачном дыме.
Содержание производных гемоглобина у курящего донора (темный цвет) и у некурящего.
Наличие корреляции между концентрациями карбоксигемоглобина и метгемоглобина в крови доноров, подверженных никотиновой интоксикации, подтверждено при использовании методов факторного анализа [111-112].
Исследовано влияние УФ-излучения на растворы нитрози л гемоглобина [115]. Раствор крови с содержанием нитрозилгемоглобина 90% может быть получен по ранее описанной методике. Время воздействия УФ-излучения на анализируемый раствор крови от 5 до 50 минут.
На рис. 4.5 приведено изменение спектра поглощения раствора при увеличении времени облучения. По данным спектрам поглощения произведен расчет содержания производных гемоглобина. Вычисления показали, что в значительных количествах в исследуемом растворе присутствуют нитрозилгемоглобин, метгемоглобин, карбоксигемоглобин и дезоксигемоглобин. На основе количественного анализа спектров поглощения построена зависимость содержания вышеуказанных производных гемоглобина от дозы УФ-излучения (рис. 4.6). Заметно, что содержание HbNO с ростом дозы излучения уменьшается, следовательно, комплекс гемоглобина и оксида азота распадается, что может иметь важное терапевтическое значение.
