Исследование показателей газообмена в крови жителей города Пензы за 2007-2008 годы

33

Федеральное агентство по образованию

Пензенский государственный педагогический университет

им. В.Г. Белинского

Факультет Естественно-географический

Кафедра Биохимии

Дипломная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ показателей ГАЗООБМЕНА В крови жителей города Пензы за 2007-2008 годы

Студент Ащин Н.А.

Руководитель Соловьев В.Б.

К защите допустить. Протокол №

Зав. кафедрой Генгин М.Т.

Пенза, 2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Биохимические и биофизические процессы газообмена в лёгких человека

1.2 Чужеродные вещества, их участие в процессах газообмена

1.3 Биохимические показатели оксигенации крови

1.3.1 Парциальное давление кислорода - РО2

1.3.2 Парциальная насыщенность кислородом - O2Hb

1.3.3 Насыщенность кислородом - SO2 %

1.3.4 Парциальное давление углекислого газа - РСО2

1.3.5 Относительное содержание карбоксигемоглобина - COHb

1.3.6 Парциальный дезоксигенированный гемоглобин - HHb

1.3.7 Относительное содержание метгемоглобина - MetHb

1.3.8 Относительное содержание сульфагемоглобина - SulfHb

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Материал исследования

2.2 Методы исследования

2.3 Статистическая обработка результатов исследования

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ДФГ - 2,3- дифосфоглицератфосфат;

СOHb - содержание карбоксигемоглобина;

HHb - содержание дезоксигенированного гемоглобина;

MetHb - содержание метгемоглобина;

O2Hb - парциальная насыщенность крови кислородом;

SO2% - функциональная насыщенность крови кислородом;

SulfHb - содержание сульфагемоглобина;

рО2 - парциальное давление кислорода;

рСО2 - парциальное давление углекислого газа.

ВВЕДЕНИЕ

Одной из актуальных проблем экологии окружающей среды является загрязнение воздушного бассейна, одно из следствий которого - клиническое нарушение сердечно - сосудистой системы, органов дыхания и особенно онкологических и аллергических заболеваний [2, 18].

Исследования последних лет показывают, что длительные нарушения процессов газообмена, связанные с техногенными факторами вызывают заболевания многих систем и органов человека [2, 7, 8].

По данным Пензенского Роспотребнадзора в крупных городах региона - Пензе, Кузнецке, Никольске, где размещены экологически неблагополучные промышленные предприятия, наблюдается их отрицательное воздействие на состояние атмосферного воздуха. На протяжении последних лет количество вредных выбросов в атмосферу в среднем на 1 жителя г. Пензы превышает среднеобластные показатели. На протяжении 5-ти летнего периода отмечается увеличение выбросов на 1 жителя с 14,2 кг в 2003 г. до 19,1 кг в 2008 г., что составляет 35.3% [22].

Значительное место в загрязнении атмосферного воздуха занимает автотранспорт, на долю которого приходится 70% всех выбросов окиси углерода.[2, 22]

Основными загрязняющими веществами являются: окись углерода, диоксид серы, оксид азота, формальдегид, углеводороды, пыль[2,22].

Биохимические процессы газообмена, происходящие в условиях загрязненной атмосферы, практически не изучены. В настоящее время предполагается, что основным последствием воздействия чужеродных компонентов воздуха на газотранспортные механизмы человека является образование таких форм гемоглобина, как карбоксигемоглобина, карбогемоглобина, сульфгемоглобина, метгемоглобина - и других его нефункциональных форм [12, 14, 19]. Однако эти предположения практически не подтверждены экспериментальными данными. В связи с этим не разработаны и не введены маркеры воздействия загрязняющих веществ воздуха на организм.

Показатели оксигенации - достаточно новый и самый чувствительный и достоверный инструмент определения эффективности процессов газообмена. Они позволяют оценить парциальное давление кислорода (pО2) и углекислого газа (pCO2), концентрацию различных производных гемоглобина и функциональную насыщенность крови кислородом. Ранее эти показатели использовались на практике только оценки состояния больных сердечнососудистыми заболеваниями в реанимации. Однако эти показатели динамичны и объективно отражают происходящие изменения процессов газообмена во взаимодействии человека с окружающей средой [16, 31].

Таким образом, целью нашей работы являлось изучение показателей оксигенации людей в условиях загрязненной атмосферы города и более чистой атмосферы загородной черты для разработки маркеров и способов диагностики нарушений оксигенации крови чужеродными веществами.

Для этого были поставлены следующие задачи:

1) Изучить парциальное давление кислорода (рО2) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области;

2) Изучить парциальную насыщенность крови кислородом (O2Hb) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области;

3) Изучить функциональную насыщенность крови кислородом (SO2 % ) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области;

4) Изучить парциальное давление углекислого газа (рСО2) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области;

5) Изучить содержание карбоксигемоглобина (СOHb) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области;

6) Изучить содержание дезоксигенированного гемоглобина (HHb) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области;

7) Изучить содержание метгемоглобина (MetHb) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области;

8) Изучить содержание сульфагемоглобина (SulfHb) в крови жителей г. Пензы в сравнении с жителями области.

Научная новизна и практическая ценность работы: Впервые были описаны отличия в показателях газообмена в крови жителей города и загородной черты, определены возможные маркеры воздействия неблагоприятной атмосферы на процессы газообмена крови. Показано, что в условиях городской атмосферы в первую очередь нарушаются процессы функционального насыщения крови кислородом, в то время как содержание нефункциональных производных гемоглобина в крови не изменятся. Полученные результаты представляют интерес для понимания протекания процессов газообмена при различных состояниях атмосферы. Результаты могут быть использованы для разработки способов диагностики влияния различных агентов атмосфера на процессы оксигенации крови.

Дипломная работа написана на 36 листах, содержит 12 рисунков и 43 источника литературы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Биохимические и биофизические процессы газообмена в лёгких человека

Газообмен О2 и СО2 через альвеолярно-капиллярную мембрану происходит с помощью диффузии, которая осуществляется в два этапа. На первом этапе диффузионный перенос газов происходит через аэрогематический барьер, на втором - происходит связывание газов в крови легочных капилляров, объем которой оставляет 80-150 мл при толщине слоя крови в капиллярах всего 5-8 мкм. Плазма крови практически не препятствует диффузии газов, в отличие от мембраны эритроцитов [19, 23, 26, 27, 29, 33, 35].

Структура легких создает благоприятные условия для газообмена: дыхательная зона каждого легкого содержит около 300 млн. альвеол и примерно такое же число капилляров, имеет площадь 40-140 м2, при толщине аэрогематического барьера всего 0,3 - 1,2 мкм [4, 7, 8, 19]. Особенности диффузии газов количественно характеризуются через диффузионную способность легких. Для О2 диффузионная способность легких - это объем газа, переносимого из альвеол в кровь в 1 минуту при градиенте альвеолярно-капиллярного давления газа, равном 1 мм рт. ст. Движение газов происходит в результате разницы парциальных давлений. Парциальное давление - это та часть давления, которую составляет данный газ из общей смеси газов. Пониженное давление Од в ткани способствует движению кислорода к ней. Для СО2 градиент давления направлен в обратную сторону, и СО2 с выдыхаемым воздухом уходит в окружающую среду. Градиент парциального давления кислорода и углекислого газа это сила, с которой молекулы этих газов стремятся проникнуть через альвеолярную мембрану в кровь. Парциальное напряжение газа в крови или тканях - это сила, с которой молекулы растворимого газа стремятся выйти в газовую среду. На уровне моря атмосферное давление составляет в среднем 760 мм рт. ст., а процентное содержание кислорода - около 21%. В этом случае рО2 в атмосфере составляет: 760 х 21/100=159 мм рт.ст. [11, 29].

При вычислении парциального давления газов в альвеолярном воздухе следует учитывать, что в этом воздухе присутствуют пары воды (47 мм рт. ст.). Поэтому это число вычитают из значения атмосферного давления, и на долю парциального давления газов приходится (760-47) =713 мм рт. ст. При содержании кислорода в альвеолярном воздухе, равном 14 %, его парциальное давление будет 100 мм рт. ст. При содержании двуокиси углерода, равном 5,5%, парциальное давление СО2 составит примерно 40 мм рт.ст. В артериальной крови парциальное напряжение кислорода достигает почти 100 мм рт.ст., в венозной крови - около 40 мм рт.ст., а в тканевой жидкости, в клетках - 10-15 мм рт.ст. Напряжение углекислого газа в артериальной крови составляет около 40 мм рт.ст., в венозной - 46 мм рт.ст., а в тканях - до 60 мм рт.ст. Газы в крови находятся в двух состояниях: физически растворенном и химически связанном. Растворение происходит в соответствии с законом Генри, согласно которому количество газа, растворенного в жидкости, прямо пропорционально парциальному давлению этого газа над жидкостью. На каждую единицу парциального давления в 100 мл крови растворяется 0,003 мл О2 или 3 мл/л крови. Газообмен кислорода между альвеолярным воздухом и кровью происходит благодаря наличию концентрационного градиента О2 между этими средами [4, 11, 29, 12,].

Транспорт кислорода начинается в капиллярах легких, где основная масса поступающего в кровь О2 вступает в химическую связь с гемоглобином (Hb). Гемоглобин способен избирательно связывать О2 и образовывать оксигемоглобин (НbО2). Один грамм гемоглобина связывает 1,36 - 1,34 мл О2 а в 1 литре крови содержится 140-150 г гемоглобина. На 1 грамм гемоглобина приходится 1,39 мл кислорода [12, 19, 29]. Следовательно, в каждом литре крови максимально возможное содержание кислорода в химически связанной форме составит 190 - 200 мл О2 или 19 об% - это кислородная емкость крови. Кровь человека содержит примерно 700 - 800г гемоглобина и может связывать 1л кислорода. Под кислородной емкостью крови понимают количество О2, которое связывается кровью до полного насыщения гемоглобина. Изменение концентрации гемоглобина в крови, например, при анемиях, отравлениях ядами изменяет ее кислородную емкость. При рождении в крови у человека более высокие значения кислородной емкости и концентрации гемоглобина. Насыщение крови кислородом выражает отношение количества связанного кислорода к кислородной емкости крови, т.е. под насыщением крови подразумевается процент оксигемоглобина по отношению к имеющемуся в крови гемоглобину. В обычных условиях насыщение О2 составляет 95-97%. При дыхании чистым кислородом насыщение крови О2 достигает 100%, а при дыхании газовой смесью с низким содержанием кислорода процент насыщения падает. При 60-65% О2 наступает потеря сознания. Зависимость связывания кислорода кровью от его парциального давления можно представить в виде графика, где по оси абсцисс откладывается рО2 в крови, по ординате - насыщение гемоглобина кислородом. Этот график - кривая диссоциации оксигемоглобина, или сатурационная кривая, показывает, какая доля гемоглобина в данной крови связана с О2 при том или ином его парциальном давлении, а какая - диссоциирована, т.е. свободна от кислорода [12, 19,29].



Рис. 1. Кривая диссоциации оксигемоглобина

Кривая диссоциации имеет S-образную форму. Плато кривой характерно для насыщенной О2 (сатурированной) артериальной крови, а крутая нисходящая часть кривой - венозной, или денатурированной, крови в тканях. Сродство кислорода к гемоглобину и способность отдавать О2 в тканях зависит от метаболических потребностей клеток организма и регулируется важнейшими факторами метаболизма тканей, вызывающими смещение кривой диссоциации. К этим факторам относятся: концентрация водородных ионов, температура, парциальное напряжение углекислоты и соединение, которое накапливается в эритроцитах - это ДФГ. Уменьшение рН крови вызывает сдвиг кривой диссоциации вправо, а увеличение рН крови - сдвиг кривой влево [1, 3, 4, 6, 9, 10, 13, 15, 19, 23, 25, 29].



Рис 2. Кривая насыщения гемоглобина, при различных значениях pH

Вследствие повышенного содержания СО2 в тканях рН также меньше, чем в плазме крови. Величина рН и содержание СО2 в тканях организма изменяют сродство гемоглобина к О2. Их влияние на кривую диссоциации оксигемоглобина называется эффектом Бора [1, 17, 4, 13]. При повышении концентрации водородных ионов и парциального напряжения СО2 в среде сродство гемоглобина к кислороду снижается. Этот «эффект» имеет важное приспособительное значение: СО2 в тканях поступает в капилляры, поэтому кровь при том же Ро2 способна освободить больше кислорода. Образующийся при расщеплении глюкозы метаболит 2,3-ДФГ также снижает сродство гемоглобина к кислороду [13, 15]. Углекислый газ в крови находится в трех фракциях: физически растворенный, химически связанный в виде бикарбонатов и химически связанный с гемоглобином в виде карбогемоглобина. В венозной крови углекислого газа содержится всего 580 мл. При этом на долю физически растворенного газа приходится 25 мл, на долю карбогемоглобина - около 45 мл, на долю бикарбонатов - 510 мл (бикарбонатов плазмы - 340 мл, эритроцитов - 170 мл). В артериальной крови содержание угольной кислоты меньше. Эритроциты переносят в 3 раза больше СО2 чем плазма. Белки плазмы составляют 8 г на 100 см3 крови, гемоглобина же содержится в крови 15 г на 100 см3. Большая часть СО2 транспортируется в организме в связанном состоянии в виде гидрокарбонатов и карбаминовых соединений, что увеличивает время обмена СО2 [5, 6, 13, 15, 20].

1.2 Чужеродные вещества, их участие в процессах газообмена

Патологические процессы, развивающиеся при воздействии ксенобиотиков на организм, могут рассматриваться как проявление дезорганизации его функционального и структурного состояния, необходимого для нормальной жизнедеятельности. Характер и степень выраженности таких изменений при действии ксенобиотика обусловлены полученной дозой, зависящей от его концентрации в воздухе, времени воздействия и периода выведения из организма. Кроме того, степень токсического эффекта зависит от токсичности вещества (меры его несовместимости с жизнью, определяемой во многом строением и физико-химическими свойствами ксенобиотика), других факторов внешней среды (температуры, атмосферного давления и др.) и биологических особенностей человеческого организма: пола, возраста и индивидуальной чувствительности. Влияние пола в формировании токсического эффекта не является однозначным. К некоторым ксенобиотикам более чувствительны женщины, к другим - мужчины. Отмечается большая чувствительность женского организма к действию некоторых органических растворителей, особенно во время беременности, когда опасность отравления повышается и отмечается более тяжелое ее течение [2, 3, 7].

Влияние возраста на проявление токсического эффекта при воздействии на организм различных веществ также не является одинаковым. Одни оказываются более токсичными для молодых, другие - для старых; токсический эффект третьих не зависит от возраста. Индивидуальная чувствительность к ксенобиотикам выражена довольно значительно и зависит от особенностей течения биохимических процессов у разных лиц (так называемая биохимическая индивидуальность). Индивидуальная чувствительность определяется и состоянием здоровья. Например, лица с заболеваниями крови более чувствительны к действию кроветворных ядов, с нарушениями со стороны нервной системы - к действию нейротропных ядов, с заболеваниями легких - к действию раздражающих веществ и пылей. Снижению сопротивляемости способствуют различные хронические инфекции и заболевания. Последствия вдыхания ксенобиотиков зависят и от характера физической активности человека.

Физическая нагрузка, оказывающая мощное и разностороннее влияние на все органы и системы организма, не может не отразиться на поглощении, распределении, превращении и выделении ксенобиотиков, а в конечном итоге - на течении интоксикации. Динамические физические нагрузки активизируют основные вегетативные системы жизнеобеспечения - дыхание и кровообращение, усиливают активность нервно-эндокринной системы, а также многие ферментативные процессы. Увеличение легочной вентиляции приводит к возрастанию общей дозы газообразных веществ и паров, проникающих в организм через дыхательные пути. В связи с этим увеличивается опасность отравления наркотиками, раздражающими парами и газами, токсической пылью [2, 3, 8,12].

Более быстрому распространению ксенобиотиков в организме способствует увеличение скорости кровотока и минутного объема сердца. Повышение функциональной активности печени, желез внутренней секреции, нервной системы и увеличение кровоснабжения в интенсивно работающих органах могут сделать их более доступными действию токсических веществ. Зачастую содержание вредных веществ в воздухе колеблется. Следует различать два основных случая: первый, когда изменение концентрации относительно невелико, и второй, когда такие изменения происходят от нуля за предельно допустимые уровни. В таких случаях происходит особо сильное воздействие вредных веществ. Специфическое действие существенно колеблющихся во времени концентраций вредного вещества называется «интермиттирующим» (т.е. «перемежающимся» или «прерывистым»). Из физиологии известно, что максимальный эффект воздействия на организм наблюдается в начале и в конце воздействия раздражителя, а потому частые и резкие колебания раздражителя - ксенобиотика ведут к более сильному воздействию его на организм.

Заметим, что воздействие табачного дыма как при пассивном, так и при активном периодическом выкуривании «сигаретки» также является интермиттирующим. Следует отметить, что в большинстве случаев на наш организм воздействует целый букет ксенобиотиков различной природы. При вдыхании одновременно или последовательно нескольких ксенобиотиков характер воздействия одного ксенобиотика оказывается опосредованно (через реакцию организма) взаимосвязан с воздействием других. Такое действие называется комбинированным.

Различают четыре основных вида комбинированного действия:

1. Независимое действие - результирующий эффект не отличается от изолированного действия каждого ксенобиотика, а потому преобладает эффект воздействия наиболее токсичного вещества. Воздействие других ксенобиотиков как бы маскируется, и эффект смеси ксенобиотиков определяется эффектом самого токсичного из них.

2. Аддитивное действие - результирующий эффект определяется простым сложением эффектов от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов.

3. Потенцированное действие (синергизм) - результирующий эффект превышает (иногда значительно) суммарное воздействие от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси больше суммы эффектов действующих компонентов. Это наиболее опасный и, к сожалению, плохо предсказуемый случай, т.к. любое вещество и в любом количестве может вызвать усиление действия относительно безвредной смеси других веществ.

4. Антагонистическое действие - результирующий эффект оказывается меньше (слабее) простого сложения эффектов от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси меньше суммы эффектов действующих компонентов.

Заметим, что хотя данный случай хорош для вредных веществ, но совершенно недопустим для лекарств! Вот почему, чем меньше различных лекарств человек одновременно употребляет, тем лучше.

Наряду с комбинированным действием веществ возможно и их комплексное воздействие, когда вещества поступают в организм одновременно, но разными путями: через дыхательные пути с вдыхаемым воздухом, через желудок с пищей и водой, через кожные покровы.

В связи с нарастающим загрязнением не только воздуха, но и воды, и пищи значение такого комплексного воздействия возрастает. Сегодня мы одновременно дышим плохим воздухом, пьем плохую воду и едим плохую пищу.

В условиях современной жизни, особенно в процессе промышленного и сельскохозяйственного производства, человеческий организм все чаще и чаще подвергается воздействиям сложного набора различных неблагоприятных факторов, ибо воздействие ксенобиотиков не может быть изолированным от влияния других неблагоприятных факторов окружающей среды: жары, холода, сухости, влажности, шума, вибрации, различного рода излучений и многого другого [2, 3, 7, 8].

Учащение дыхания и усиление кровообращения ведут к увеличению поступления ксенобиотиков в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. Кроме того, высокая температура воздуха увеличивает летучесть различных вредных веществ и тем самым повышает их концентрации в воздухе.

При повышенном давлении возрастание токсического действия происходит по двум причинам: во-первых, вследствие усиленного поступления токсического вещества, обусловленного ростом парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и ускоренным переходом их в кровь; во-вторых, вследствие изменения многих физиологических функций, в первую очередь, дыхания, кровообращения, состояния центральной нервной системы и анализаторов [2, 3, 7, 8, 12, 38, 37, 43].

1.3 Биохимические показатели оксигенации крови

1.3.1 Парциальное давление кислорода - РО2

РО2 - парциальное давление или напряжение кислорода в газовой фазе при равновесном состоянии с кровью, которое измеряется электродом для измерения РО2 . Норма для взрослых 83-108мм рт.ст. (11,1-14,4 кПа), для новорожденных 60- 85мм рт.ст. (8,0- 11,0 кПа). Критичным является значение меньше 40мм рт.ст. (5,3 кПа). Измерение РО2 часто используется во всех областях реаниматологии для оценки оксигенации обычно наряду с такими параметрами, как РСО2, насыщенность кислородом и гемоглобин. Наиболее распространенными причинами гипоксемии (низкое значение РО2) являются: низкое количество вдыхаемого кислорода, альвеолярная гиповентиляция, венозно-артериальный шунт, сниженная диффузия, дебаланс соотношения вентиляция/перфузия. Причиной повышенного значения могут являться - избыточные терапевтические меры.

1.3.2 Парциальная насыщенность кислородом - O2Hb

O2Hb - парциальная насыщенность кислородом (FO2Hb) крови или отношение оксигемоглобина к общей концентрации гемоглобина. Эта величина вычисляется по измеренным фракциям гемоглобина, оксигемоглобину (O2Hb), дезоксигемоглобину (HHb), карбоксигемоглобину (COHb), метгемоглобину (MetHb) и сульфагемоглобину (SulfHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

Наиболее точно измерить насыщенность крови кислородом можно путем измерения величины FO2Hb, так как в этом случае измеряются все фракции гемоглобина. Норма для взрослых 90-95% (доля составляет 0,90-0,95), для новорождённых 40-90% (доля составляет 0,40-0,90), критическим значением является показатель меньше 80%. Измерение FO2Hb используется для оценки оксигенации обычно наряду с такими параметрами, как РО2 , РСО2 и гемоглобин.

Измерение FO2Hb важно для оценки насыщенности кислородом в двух случаях:

· Если присутствуют фракции аномальных гемоглобинов, таких как COHb.

· Если этот параметр используется для вычисления других значений, например, содержание кислорода или шунт [28, 29, 32, 40].

1.3.3 Насыщенность кислородом - SO2 %

Величина SO2 выраженная в % - это насыщенность крови кислородом или отношение оксигемоглобина к общей концентрации окси- и дезоксигемоглобина.

Эта величина вычисляется по измеренным значениям относительного содержания оксигемоглобина (O2Hb) и дезоксигемоглобина (HHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

Систематическое обозначение SO2 артериальной крови SаO2.

Для измерения SO2 необходим СО-оксигемометр или спектрофотометрическое устройство, способное измерять O2Hb и HHb. Если таких приборов не имеется, оценку насыщения крови кислородом можно выполнить с помощью уравнения, полученного на основании эмпирической кривой диссоциации кислорода, и измерений рН, РО2 и ВЕ. Нормой для взрослых являются значения 95-98% (доля составляет 0,95-0,98), для новорождённых 40-90% (доля составляет 0,40-0,90). Критическим является значение параметра меньше 80%. Измерение SО2 используется для оценки оксигенации обычно наряду с такими параметрами, как РО2 , РСО2 и гемоглобин. При контроле пациентов на возможную гипоксемию приемлемыми значениями SО2 являются значения >90%. Хотя измерение SО2 считается наиболее важным при оценке оксигенации, оно может дать ошибочные результаты при наличии аномальных гемоглобинов, таких как карбоксигемоглобин [28, 29, 32, 40].

1.3.4 Парциальное давление углекислого газа - РСО2

Величина РСО2 показывает парциальное давление или напряжение углекислого газа при газовой фазе, находящейся в равновесном состоянии с кровью; измеряется непосредственно электродом для измерения РСО2. Нормой для взрослых являются значения у мужчин - 35-48мм рт.ст. (4,7-6,4 кПа), у женщин - 32-45мм рт.ст. (4,3-6,0 кПа), у новорожденных - 30- 45мм рт.ст. (4,0-6,0 кПа), критичными являются значенья меньше 20мм рт.ст. (2,7 кПа) и больше 70мм рт.ст. (9,3 кПа). Величина РСО2 часто измеряется во всех областях реаниматологии наряду с величинами рН и НСО3- для определения кислотно-основного равновесия. Интерпретация результатов РСО2 зависит от величины рН. Наиболее распространенными причинами низких значений РСО2 являются: 1) первичный респираторный алкалоз, астма, сердечная недостаточность, пневмония, беременность, 2) компенсация метаболического ацидоза. Высоких: 1) первичный респираторный ацидоз, хроническое заболевание легких, бронхиальная обструкция, угнетение ЦНС, 2) компенсация метаболического алкалоз [28, 29, 32, 40].

1.3.5 Относительное содержание карбоксигемоглобина - COHb

COHb - доля карбоксигемоглобина (FCOHb) в крови или отношение карбоксигемоглобина к общей концентрации гемоглобина. Эта величина вычисляется по измеренным фракциям гемоглобина, карбоксигемоглобину (COHb), оксигемоглобину (O2Hb), дезоксигемоглобину (HHb), метгемоглобину (MetHb) и сульфагемоглобину (SulfHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

Нормой для некурящих взрослых является значение 0,5-1,5% (доля составляет 0,005-0,015), для некурящих 8,0-9,0% (доля составляет 0,080-0,090).

Величина FCOHb используется для оценки влияния отравления СО на оксигенацию обычно наряду с рассмотрением таких параметров, как FO2Hb, РО2 РСО2 и гемоглобин [28, 29, 32, 40].

Причинами повышенного уровня COHb могут быть:

· вдыхание выхлопных автомобильных газов;

· вдыхание дыма и других газов при пожаре или от нагревательных приборов;

· вдыхание сигаретного дыма

· повышенное содержание в атмосфере

1.3.6 Парциальный дезоксигенированный гемоглобин - HHb

HHb - доля дезоксигенированного гемоглобина (FHHb) в крови или отношение дезоксигенированного гемоглобина к общей концентрации гемоглобина. Эта величина вычисляется по измеренным фракциям гемоглобина, дезоксигемоглобину (HHb), оксигемоглобину (O2Hb), карбоксигемоглобину (COHb), метгемоглобину (MetHb) и сульфагемоглобину (SulfHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

Измерение FHHb используется для оценки оксигенации обычно наряду с такими параметрами, как FO2Hb, РО2 ,РСО2 и гемоглобин. Пониженный уровень FO2Hb может сопровождаться увеличением уровня FHHb, что может объясняться сниженной оксигенацией легких или аномальным кровообращением, например, при наличии шунта [28, 29, 32, 40].

1.3.7 Относительное содержание метгемоглобина - MetHb

MetHb - доля метгемоглобина (FMetHb) в крови или отношение метгемоглобина к общей концентрации гемоглобина. Эта величина вычисляется по измеренным фракциям гемоглобина, метгемоглобину (MetHb), оксигемоглобину (O2Hb), дезоксигемоглобину (HHb), карбоксигемоглобину (COHb) и сульфагемоглобину (SulfHb) с помощью приведенного ниже уравнения:



Критичным является значение более 30%. FMetHb измеряется с целью исследования и контроля лечения метгемоглобинемии, обычно наряду с рассмотрением таких параметров, как FO2Hb и РО2 .Причиной повышенного уровня MetHb может быть: наследственное отсутствие определенного вида энзима, приобретенные причины, прием некоторых препаратов, терапия окисью азота [28, 29, 32, 40].

1.3.8 Относительное содержание сульфагемоглобина - SulfHb

SulfHb - доля сульфагемоглобина (FSulfHb) в крови или отношение сульфагемоглобина к общей концентрации гемоглобина. Эта величина вычисляется по измеренным фракциям гемоглобина, сульфагемоглобину (SulfHb), оксигемоглобину (O2Hb), дезоксигемоглобину (HHb), карбоксигемоглобину (COHb) и метгемоглобину (MetHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

FSulfHb измеряется с целью исследования и контроля лечения сульфагемоглобинемии, обычно наряду с рассмотрением таких параметров, как FO2Hb и РО2.

Причины повышения: прием некоторых препаратов, вредное воздействие окружающей среды [28, 29, 32, 40].

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Материал исследования

Кровь является одним из наиболее важных объектов биохимических исследований, так как в ней отражаются все метаболические изменения в тканевых жидкостях и лимфе организма[2]. По изменению состава крови или плазмы крови можно судить о гомеостатическом состоянии внутренней среды организма[2].

Для проведения исследования производили отбор капиллярной крови у добровольцев постоянно находящихся в зоне города, а также проживающих или находящихся длительное время за его пределами. Для исследования требуется небольшое количество крови (200 мкл), поэтому брали ее из безымянного или среднего пальца руки с соблюдением всех санитарных норм (работа проводилась в резиновых перчатках, место прокола обрабатывалось дезинфицирующим раствором). Прокол делали с помощью автоматической ручки - прокалывателя с регулируемой глубиной прокалывания, и одноразовых ланцетов. Кровь отбирали в одноразовый тонкий стеклянный капилляр; для предотвращения преждевременного свертывания крови внутренние стенки капилляра покрыты слоем антикоагулянта (гепарина) (кровь в капилляре при наличии резиновых заглушек не свертывается в течение 7-12 минут).

Объектами исследования являлись жители города Пенза и загородной черты, разделенные на следующие группы:

1) находившие в условиях городской черты не менее трех суток (n=55);

2) находившиеся за городской чертой не менее трех суток (n=25);

3) прибывшие в город и находившиеся в его атмосфере 0,5 ч (n=15);

4) прибывшие в город и находившиеся в его атмосфере 1 ч (n=15);

5) прибывшие в город и находившиеся в его атмосфере 4 ч (n=15);

2.2 Методы исследования

Принцип измерения фракций гемоглобина основан на многоволновой спектрофотомерии.

1) рО2 определяли амперометрически, рСО2 потенциометрически.

2) O2Hb и COHb вычисляли по измеренным фракциям гемоглобина, оксигемоглобину (O2Hb), дезоксигемоглобину (HHb), карбоксигемоглобину (COHb), метгемоглобину (MetHb) и сульфагемоглобину (SulfHb) с помощью приведенных ниже уравнений:

3) SO2 вычисляли по измеренным значениям относительного содержания оксигемоглобина (O2Hb) и дезоксигемоглобина (HHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

4) HHb вычисляли по измеренным фракциям гемоглобина, дезоксигемоглобину (HHb), оксигемоглобину (O2Hb), карбоксигемоглобину (COHb), метгемоглобину (MetHb) и сульфагемоглобину (SulfHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

5) MetHb вычисляли по измеренным фракциям гемоглобина, метгемоглобину (MetHb), оксигемоглобину (O2Hb), дезоксигемоглобину (HHb), карбоксигемоглобину (COHb) и сульфагемоглобину (SulfHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

6) SulfHb вычисляли по измеренным фракциям гемоглобина, сульфагемоглобину (SulfHb), оксигемоглобину (O2Hb), дезоксигемоглобину (HHb), карбоксигемоглобину (COHb) и метгемоглобину (MetHb) с помощью приведенного ниже уравнения:

2.3 Статистическая обработка результатов исследования

Результаты обрабатывались статистически с использованием монофакторного дисперсионного анализа. Гетерогенными считались группы, в которых критерий Фишера F превышал групповое табличное значение. Пост дисперсионный анализ проводился с использованием критерия Шефффе.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В результате исследования было выяснено, что у людей, находящихся в условиях городской атмосферы показатели рО2, О2Hb и SO2 были на 20 % ниже, чем у находившихся за городской чертой (рис. 1).

Рис.3. Парциальное давление кислорода в крови. Условные обозначения:

33

- жители города,

33

- находившиеся за городом,

33

- клинич. норма. ** - р < 0,01 по сравнению с находившимися за городом, ++ - р < 0,01 по сравнению с клинической нормой.



Рис.4. Парциальное насыщение крови кислородом:

33

- жители города,

33

- находившиеся за городом,

33

- клинич. норма. ** - р < 0,01 по сравнению с находившимися за городом, ++ - р < 0,01 по сравнению с клинической нормой.

Рис.5. Функциональное насыщение крови кислородом. Условные обозначения:

33

- жители города,

33

- находившиеся за городом,

33

- клинич. норма. ** - р < 0,01 по сравнению с находившимися за городом, ++ - р < 0,01 по сравнению с клинической нормой.

Содержание рСО2, СОHb, MetHb и SulfHb не отличалось у всех исследованных групп и попадало в границы клинической нормы.

Рис.6. Содержание карбоксигемоглобина в крови. Условные обозначения:

33

- жители города,

33

- находившиеся за городом,

33

- клинич. норма.

Рис.7. Парциальное давление углекислого газа в крови. Условные обозначения:

33

- жители города,

33

- находившиеся за городом,

33

- клинич. норма.



Рис.8. Содержание сульфагемоглобина. Условные обозначения:

33

- жители города,

33

- находившиеся за городом,

33

- клинич. норма.

Рис.9. Содержание метгемоглобина. Условные обозначения:

33

- жители города,

33

- находившиеся за городом,

33

- клинич. норма.

Таким образом, единственными показателями, претерпевающими изменения в условиях загрязненной городской атмосферы, являются показатели, характеризующие насыщенность крови кислородом. Концентрация побочных форм гемоглобина не увеличивается при нахождении в атмосфере с повышенным содержанием компонентов, которые могут образовывать эти формы. Следовательно, незначительное снижение процентной доли кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к существенному снижению насыщенности крови кислородом. Механизм этого явления трудно представить в полной мере. Возможно, в основе этого лежит систематичность воздействия в процессе дыхания.

Для подтверждения этого предположения мы исследовали динамику изменения этих показателей при попадании из загородной зоны в условия городской атмосферы.

Рис.10. Динамика изменения pO2. Условные обозначения: 0 ч, 0,5 ч, 1 ч и 4 ч - находившиеся в пределах города 0,5 ч, 1 ч и 4 ч после возвращения из-за города. ** - р < 0,01 по сравнению с 0 ч и 0,5 ч.



Рис.11. Динамика изменения O2Hb. Условные обозначения: 0 ч, 0,5 ч, 1 ч и 4 ч - находившиеся в пределах города 0,5 ч, 1 ч и 4 ч после возвращения из-за города. ** - р < 0,01 по сравнению с 0 ч и 0,5 ч.

Рис. 12. Динамика изменения SO2. Условные обозначения: 0 ч, 0,5 ч, 1 ч и 4 ч - находившиеся в пределах города 0,5 ч, 1 ч и 4 ч после возвращения из-за города. ** - р < 0,01 по сравнению с 0 ч и 0,5 ч.

Было выявлено, что в течение получаса после воздействия атмосферы города показатели рО2, О2Hb и SO2 оставались в пределах клинической нормы, но уже через 1 час падали ниже примерно на 20 % и не изменялись далее.

Таким образом, основным механизмом отрицательного влияния загрязненной атмосферы является состояние хронической гипоксемии, к которой, в отличии от атмосферной гипоксии горной местности, не вырабатывается положительных адаптационных перестроек (таких как нормализация рО2 и SO2. Результаты нашего исследования показывают, что значения таких параметров крови как рО2, О2Hb и SO2 могут быть использованы как маркеры влияния городской атмосферы на состояние оксигенации.

ВЫВОДЫ

1. В условиях городской атмосферы не происходит образование нефункциональных производных гемоглобина, основным механизмом отрицательного влияния загрязненной атмосферы является состояние хронической гипоксемии.

2. Вероятным механизмом развития хронической гипоксемии может являться интермиттирующее воздействие пониженной концентрации кислорода в атмосферном воздухе и ксенобиотиков различной природы.

3. Показатели оксигенации крови достаточно быстро выходят за пределы клинической нормы при перемещении исследуемого объекта в условия городской атмосферы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алейникова Т.Л., Авдеева Л.В., и др. Биохимия: Учебник/ Под ред. Е.С. Северина. - 4-е изд. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - С. 508, 548-565.

2. Андруз Дж., Бримблейкум П., Джикелз Т., Лисс П. Введение в химию окружающей среды/ Под ред. А.Г. Заварзина - М.: «Мир» 1990 - С. 58 - 62.

3. Браунштейн А.Е. На стыке химии и биологии. - М.: Наука, 1987.

4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. // М.: Медицина, 2004.

5. Бородин Е.А. Биохимический диагноз (физиологическая роль и диагностическое значение биохимических компонентов крови и мочи): Учебное пособие в 2-х частях. // Благовещенск, 1991.

6. Бохинский Р. Современные воззрения в биохимию: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987.

7. Владимиров Ю. А., Рощупкин Д.И., Потапенко А.Я., Деев А.И. Биофизика. - М.: Медецина, 1983.

8. Држевецкая И.А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы. - М.: Высш. шк., 1994. - С. 256

9. Ермолаев М.В., Ильичева А.Г. Биологическая химия // М.: Медицина, 1990.

10. Збарский Б.И. и др. Биологическая химия. - Л.: «Медицина», 1972.

11. Зильва Дж. Ф., Пэннел П. Р. Клиническая химия в диагностике и лечении: Пер. с англ. - М.: Медицина, 1998.

12. Колчинская А. З. Кислород. Физическое состояние. Работоспособность // Киев: Наук. думка, 1991, - С. 206.

13. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. - М.: «Дрофа», 2006. С 49 - 51.

14. Куцарев И.П. Справочник для врачей и клинических лаборантов // Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.

15. Ленинджер А. Основы биохимии. Том ?? // Мир. - 1985. С. 442 - 443.

16. Мардашев С. Р. Биохимические проблемы медицины. - М.: «Медицина», 1975.

17. Марри Р., Греннер Д., Мейес П. Биохимия человека // М: Мир, 1993 - C. 54 - 59.

18. Общая токсикология. Под ред. Б.А. Курляндского, В.А. Филова. М.: «Медицина», 2002.

19. Общий курс физиологии человека и животных. Под ред. А.Д. Ноздрачёва. М.: «Высшая школа», 1991.

20. Овчиников Ю.А. Биоорганическая химия. - М.: «Просвещение», 1987.

21. Перспективы биохимических исследований: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Гуза, С. Прентиса. - М.: «Мир», 1987.

22. Пресс-релиз Управления Роспотребнадзора по Пензенской области от 20.03.08г.: «Охрана окружающей среды».

23. Сорвачев К.Ф. Биологическая химия. - М.: «Просвещение», 1971. - С. 195, 202-206.

24. Степаненко Б.Н. Успехи биологической химии. - М.: «Наука», 1977.

25. СтрайерЛ. Биохимия: В 3-х т. / Пер. с англ. // М.: Мир, 1985.

26. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э.. Леман И. Основы биохимии: В 3-х т. / Пер. с англ. // М.: Мир, 1981.

27. Строев Е.А. Биологическая химия. - М.: Высшая школа, 1986.

28. Фердман Д.Л. Биохимия.- М. Высш. шк., 1966. - С. 189-191, 194.

29. Физиология человека. Под. Ред. Чл.-кор. АМН СССР Г.И. Косицкого. М.: «Медецина», 1985.

30. Филиппович Ю.Б., Ковалевская Н.И., Севастьянова Г.А и др. Биологическая химия. - М.: «Академия», 2005. - С. 230-235.

31. Хмелевский Ю.В., Усатенко О.К. Основные биохимические константы в норме и при патологии // Киев: Здоров'я, 1984, - С. 120.

32. Christiansen J., C.G. Douglas and J.S. Haldane. The absorption and dissociation of carbon dioxide by human blood. J. Physiol. / London / 48: 244-271, 1914.

33. Cohnan, C., aad I. S. Longmuir. 1%3. A new method for registration of oxy-hemoglobin dissociation curves. .I. Appl. Physiol. 18: 420-423.

34. Dickens F.. Randle P. J., Whelan W. J. (eds) Carbohydrate Metabolism and Its Disorders, 2 vols. // Academic Press, 1968.

35. Duling B.R., Pittman R. Oxygen tension: dependent on independent variable in local control of blood flow. Fed. Proc., 1975, 34:2012-2019, 1975.

36. Filley G. F. Oxygenation and the Arterial pO2. In: Acid-Base and Blood Gas Regulation. Philadelphia: Lea & Febiger, 1971.

37. Gaw A., Cowan R.A., Stewart M.J., Sheperd J.. Clinical Biochemistry // Edinburg: Churchill Livingstone, 1999, - P. 166.

38. Law. R., Bukwirwa H. The Physiology of Oxygen Delivery // Physiology, 1999.

39. Laker M.A.. Clinical biochemistry for medical students. // London: W.B.Saunders Company Ltd., 1996, - P. 357.

40. Lehninger A. L. Bioenergetics: The Molecular Basis of Biological Energy Transformations, 2nd ed. // Benjamin, 1971.

41. Pedro Cabrales, Amy G. Tsai. Modulation of Perfusion and Oxygenation by Red Blood Cell Oxygen Affinity during Acute Anemia. // American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. Vol. 38, pp. 354-361, 2008

42. Vogel J.A., Gleser M.A. Effect of carbon monoxide on oxygen transport during exercise. J. Appl. Physiol., 32, 234-239, 1972.

43. Woodson R.D., Wills R.E., Lenfant C. Effect of acute and established anemia on O2 transport. J. Appl. Physiol., 44, 36-43, 1978.