Ефект Бора

З Ефект Бора вказує на здатність кисню зв'язуватися з гемоглобіном залежно від значення рН та парціального тиску вуглекислого газу. Він значною мірою відповідає за обмін газів в органах і тканинах. Респіраторні захворювання та неправильне дихання впливають на значення рН крові завдяки ефекту Бора та порушують нормальний газообмін.

Який ефект Бора?

Ефект Бор названий на честь його відкривача Крістіана Бор, батька відомого фізика Нільса Бор. Крістіан Бор (1855-1911) визнав залежність спорідненості кисню (здатності зв'язувати кисень) гемоглобіну від величини pH або парціального тиску вуглекислого газу або кисню. Чим вище значення рН, тим сильніше спорідненість гемоглобіну до кисню і навпаки.

Разом з ефектом кооперативного зв'язування кисню та впливу циклу Рапопорта-Люберінга ефект Бора дозволяє гемоглобіну бути ідеальним транспортером кисню в організмі. Ці впливи змінюють стеричні властивості гемоглобіну. Залежно від умов навколишнього середовища встановлюється співвідношення між погано зв'язуючим киснем Т-гемоглобіном та добре пов'язаним з киснем R-гемоглобіном. Кисень зазвичай надходить у легені, а кисень зазвичай виділяється в інших тканинах.

Функція та завдання

Ефект Бора забезпечує, що організм постачається киснем, транспортуючи кисень за допомогою гемоглобіну. Кисень пов'язаний як ліганд до центрального атома заліза гемоглобіну. Білковий комплекс, що містить залізо, має чотири гемових одиниці. Кожна гемовая одиниця може зв’язувати молекулу кисню. Таким чином, кожен білковий комплекс може містити до чотирьох молекул кисню.

Зміна стеричних властивостей гема внаслідок впливу протонів (іонів водню) або інших лігандів зміщує рівновагу між Т-формою та R-формою гемоглобіну. У тканинах, які використовують кисень, зв’язок кисню з гемоглобіном послаблюється за рахунок зниження значення рН. Краще доставляється. Тому в метаболічно активних тканинах збільшення концентрації іонів водню призводить до підвищеного вивільнення кисню. При цьому парціальний тиск крові діоксиду вуглецю збільшується. Чим нижче значення рН і чим вище парціальний тиск діоксиду вуглецю, тим більше виділяється кисню. Це триває до тих пір, поки комплекс гемоглобіну повністю не кисне.

У легенях парціальний тиск вуглекислого газу зменшується через видих. Це призводить до збільшення значення рН, а отже, і до збільшення кисневої спорідненості гемоглобіну. Тому, крім виділення вуглекислого газу, водночас гемоглобін поглинає кисень.

Крім того, спільне зв'язування кисню залежить від лігандів. Центральний атом заліза зв’язує протони, вуглекислий газ, хлоридні іони та молекули кисню як ліганди. Чим більше кисневих лігандів, тим сильніше спорідненість кисню в інших місцях зв'язування. Однак усі інші ліганди послаблюють спорідненість гемоглобіну до кисню. Це означає, що чим більше протонів, молекул діоксиду вуглецю чи іонів хлориду зв’язане з гемоглобіном, тим легше виділяється залишок кисню. Однак високий парціальний тиск кисню сприяє зв'язуванню кисню.

Крім того, в еритроцитах відбувається інший спосіб гліколізу, ніж в інших клітинах. Це цикл Рапопорт-Люберінг. Проміжний 2,3-бісфосфогліцерат (2,3-БПГ) утворюється під час циклу Рапопорта-Люберінга. З'єднання 2,3-БПГ є аллостеричним ефектором для регулювання спорідненості кисню до гемоглобіну. Він стабілізує Т-гемоглобін. Це сприяє швидкому вивільненню кисню під час гліколізу.

Зв'язок кисню з гемоглобіном послаблюється за рахунок зниження значення рН, збільшення концентрації 2,3-БПГ, збільшення парціального тиску вуглекислого газу та підвищення температури. Це збільшує виділення кисню. І навпаки, підвищення значення рН, зниження концентрації 2,3-БПГ, зниження парціального тиску вуглекислого газу та зниження температури крові сприятливі.

Хвороби та недуги

Прискорене дихання на тлі респіраторних захворювань, таких як астма або гіпервентиляція внаслідок паніки, стресу або звички, призводить до збільшення значення рН через збільшення видиху вуглекислого газу через ефекту Бора. Це збільшує спорідненість кисню до гемоглобіну. Викид кисню в клітини ускладнюється. Тому неефективні форми дихання призводять до недостатнього постачання клітин киснем (клітинна гіпоксія).

Наслідки - хронічне запалення, ослаблена імунна система, хронічні захворювання органів дихання та багато інших хронічних захворювань. Згідно загальних медичних знань, клітинна гіпоксія часто є пусковим механізмом таких захворювань, як діабет, рак, захворювання серця або хронічна втома.

За словами російського лікаря та вченого Бутейко, гіпервентиляція є не тільки наслідком респіраторних захворювань, але також часто викликається стресом і панічними реакціями. У перспективі він вважає, що перевтома стає звичкою і відправною точкою для різних захворювань.

Для терапії проводять послідовне носове дихання, діафрагмальне дихання, розширені дихальні паузи та вправи на розслаблення з метою нормалізації дихання в довгостроковій перспективі. Кілька досліджень показали, що метод Бутейко може зменшити споживання протисудомних препаратів на 90 відсотків, а кортизону - на 49 відсотків.

Якщо під час гіповентиляції видих вуглекислого газу є занадто низьким, організм стає надкислим (ацидоз). Ацидоз - це коли рН крові нижче 7,35. Ацидоз, що виникає під час гіповентиляції, також відомий як респіраторний ацидоз. Причинами можуть бути параліч дихального центру, наркоз або зламані ребра. Дихальний ацидоз характеризується задишкою, синіми губами та посиленою екскрецією рідини. Ацидоз може призвести до серцево-судинних розладів із зниженим артеріальним тиском, серцевих аритмій та коми.