Bohr efekt

Z Bohr efekt označuje schopnosť kyslíka viazať sa na hemoglobín v závislosti od hodnoty pH a parciálneho tlaku oxidu uhličitého. Je do značnej miery zodpovedná za výmenu plynov v orgánoch a tkanivách. Ochorenia dýchacích ciest a nesprávne dýchanie majú vplyv na hodnotu pH krvi pomocou Bohrovho efektu a narušujú normálnu výmenu plynov.

Čo je Bohrov efekt?

Bohr efekt je pomenovaný po jeho objaviteľovi Christianovi Bohrovi, otcovi slávneho fyzika Nielsa Bohra. Christian Bohr (1855-1911) uznal závislosť afinity kyslíka (schopnosti viazať kyslík) hemoglobínu na hodnote pH alebo na parciálnom tlaku oxidu uhličitého alebo kyslíka. Čím vyššia je hodnota pH, tým je afinita hemoglobínu k kyslíku silnejšia a naopak.

Spolu s účinkom kooperatívnej väzby kyslíka a vplyvu cyklu Rapoport-Luebering umožňuje Bohrov efekt hemoglobínu ideálnym transportérom kyslíka v organizme. Tieto vplyvy menia stérické vlastnosti hemoglobínu. V závislosti od okolitých podmienok je stanovený pomer medzi zle T-hemoglobínom viažucim kyslík a R-hemoglobínom dobre viažucim kyslík. Kyslík sa zvyčajne prijíma do pľúc, zatiaľ čo kyslík sa zvyčajne uvoľňuje v iných tkanivách.

Funkcia a úloha

Bohr efekt zaisťuje, že telo je zásobované kyslíkom transportom kyslíka pomocou hemoglobínu. Kyslík je viazaný ako ligand na centrálny atóm železa hemoglobínu. Proteínový komplex obsahujúci železo má každý štyri hemové jednotky. Každá hemová jednotka môže viazať molekulu kyslíka. Každý proteínový komplex môže teda obsahovať až štyri molekuly kyslíka.

Zmena stérických vlastností hemu v dôsledku pôsobenia protónov (iónov vodíka) alebo iných ligandov posúva rovnováhu medzi T-formou a R-formou hemoglobínu. V tkanivách náročných na kyslík je kyslíková väzba na hemoglobín oslabená znížením hodnoty pH. Lepšie sa dodáva. Preto v metabolicky aktívnych tkanivách vedie zvýšenie koncentrácie iónov vodíka k zvýšenému uvoľňovaniu kyslíka. Parciálny tlak oxidu uhličitého v krvi sa súčasne zvyšuje. Čím je hodnota pH nižšia a tým vyšší je parciálny tlak oxidu uhličitého, tým viac kyslíka sa uvoľňuje. Toto pokračuje, až kým hemoglobínový komplex nebude úplne obsahovať kyslík.

V pľúcach parciálny tlak oxidu uhličitého klesá výdychom. To vedie k zvýšeniu hodnoty pH, a teda aj k zvýšeniu afinity hemoglobínu k kyslíku. Preto sa okrem uvoľňovania oxidu uhličitého hemoglobínom súčasne absorbuje aj kyslík.

Ďalej kooperatívna väzba kyslíka závisí od ligandov. Centrálny atóm železa viaže protóny, oxid uhličitý, chloridové ióny a molekuly kyslíka ako ligandy. Čím viac kyslíkových ligandov je, tým silnejšia je afinita kyslíka na zostávajúcich väzbových miestach. Všetky ostatné ligandy však oslabujú afinitu hemoglobínu k kyslíku. To znamená, že čím viac protónov, molekúl oxidu uhličitého alebo chloridových iónov sa viaže na hemoglobín, tým ľahšie sa uvoľňuje zvyškový kyslík. Vysoký parciálny tlak kyslíka však podporuje väzbu kyslíka.

Okrem toho dochádza v erytrocytoch k inému spôsobu glykolýzy ako v iných bunkách. Toto je cyklus Rapoport-Luebering. Medziprodukt 2,3-bisfosfoglycerát (2,3-BPG) sa tvorí počas cyklu Rapoport-Luebering. Zlúčenina 2,3-BPG je alosterický efektor pri regulácii afinity kyslíka k hemoglobínu. Stabilizuje T-hemoglobín. To podporuje rýchle uvoľňovanie kyslíka počas glykolýzy.

Kyslíková väzba na hemoglobín je oslabená poklesom hodnoty pH, zvýšením koncentrácie 2,3-BPG, zvýšením parciálneho tlaku oxidu uhličitého a zvýšením teploty. To zvyšuje uvoľňovanie kyslíka. Naopak, zvýšenie hodnoty pH, zníženie koncentrácie 2,3-BPG, zníženie parciálneho tlaku oxidu uhličitého a zníženie teploty krvi.

Choroby a choroby

Zrýchlené dýchanie v súvislosti s respiračnými chorobami, ako je astma alebo hyperventilácia v dôsledku paniky, stresu alebo zvyku, vedie k zvýšeniu hodnoty pH v dôsledku zvýšeného výdychu oxidu uhličitého v dôsledku Bohrovho efektu. To zvyšuje afinitu hemoglobínu k kyslíku. Uvoľňovanie kyslíka v bunkách je sťažené. Preto neúčinné dýchacie vzorce vedú k nedostatočnému zásobovaniu buniek kyslíkom (hypoxia buniek).

Dôsledky sú chronický zápal, oslabený imunitný systém, chronické ochorenia dýchacích ciest a mnoho ďalších chronických chorôb. Podľa všeobecných lekárskych poznatkov je bunková hypoxia často príčinou chorôb, ako je cukrovka, rakovina, srdcové choroby alebo chronická únava.

Podľa ruského lekára a vedca Buteyka hyperventilácia nie je iba dôsledkom ochorení dýchacích ciest, ale je často spôsobená stresom a panickými reakciami. Z dlhodobého hľadiska je presvedčený, že nadmerné dýchanie sa stáva zvykom a východiskom pre rôzne choroby.

Pri terapii sa vykonáva konzistentné nazálne dýchanie, bráničné dýchanie, predĺžené dýchacie pauzy a relaxačné cvičenia, aby sa dlhodobo normalizovalo dýchanie. Niekoľko štúdií ukázalo, že metóda Buteyko môže znížiť spotrebu antikonvulzívnych liekov o 90 percent a kortizónu o 49 percent.

Ak je výdech oxidu uhličitého počas hypoventilácie príliš nízky, telo sa stáva nadmerne kyslým (acidóza). Acidóza je, keď je pH krvi pod 7,35. Kyselina, ktorá sa vyskytuje počas hypoventilácie, sa tiež nazýva respiračná acidóza. Príčinou môže byť paralýza dýchacieho centra, anestézia alebo zlomené rebrá. Respiračná acidóza sa vyznačuje dýchavičnosťou, modrými perami a zvýšeným vylučovaním tekutín. Kyselina môže viesť k kardiovaskulárnym poruchám s nízkym krvným tlakom, srdcovými arytmiami a kómou.