صبغة هيموجلوبين (خضاب الدم) Haemoglobin

صبغة هيموجلوبين (خضاب الدم) Haemoglobin

تحتوي خلايا الدم الحمراء على هيموجلوبين وهو صبغة حمراء تعطي الخلية لونها الأحمر الفاتح، وتحتوي الخلية الواحدة على حوالي 300 مليون جزيء من هيموجلوبين. يرتبط هيموجلوبين بأكسجين عند وجود الأخير بتركيز أو بضغط جزئي عال ثم يقوم بتحريره في الأنسجة ذات الضغط الجزئي المنخفض لأكسجين، كما يرتبط هيموجلوبين في الأنسجة بثاني أكسيد الكربون ويحرره في الرئتين. لهيموجلوبين كذلك قدرة على الارتباط بأيونات*H وبذلك يشكل مادة منظمة لدرجة الأس الهيدروجيني.

يتكون جزيء هيموجلوبين من بروتين يدعى جلوبين globin ومن أربع مجموعات هيم heme مرتبطة به. يتألف جلوبين من أربع سلاسل عديدة الببتيد، اثنتان منها من نوع ألفا (a) واثنتان من نوع بيتا (8) ويرتبط بكل سلسلة مجموعة هيم شبه حلقية (الشكل 15 - 4 د) يقع في مركزها ذرة حديد قادرة على الارتباط بجزيء أكسجين (0). وهكذا فإن جزيء هيموجلوبين الواحد قادر على الارتباط كحد أعلى بأربع جزيئات أكسجين. كم جزيئا من أكسجين يمكن لخلية دم حمراء واحدة أن تحمل حدا أعلى عند الإشباع؟

يرتبط الأكسجين بهيموجلوبين عند مرور خلايا الدم الحمراء في الرئتين ويكون الارتباط هشا إذ يشكلان معا مركب أوكسي هيموجلوبين oxyhemoglobin ذي اللون الأحمر الفاقع. عند وصول الدم إلى أنسجة ذات ضغط جزئي منخفض لأكسجين كالعضلات أثناء التمرين، يتحلل هذا المركب ويتحرر أكسجين تاركا هيموجلوبينة مختزة reduced hemoglobin ذا لون أحمر داكنا.

يبلغ تركيز هيموجلوبين في دم الرجل 16 +2 غرام/100 مللترا وفي دم الأنثى 14+2 غرام / 100 مللترا وحيث أن كل غرام هيموجلوبين قادر على الارتباط بحوالي 1 . 34 مللترا من الأكسجين لذا فإن قدرة الدم على حمل الأكسجين Oxygen - carrying capacity يمكن حسابها بضرب تركيز هيموجلوبين (بالغرام/ 100 مللتر من الدم) في قدرة الغرام الواحد على الارتباط بأكسجين وهذا يعطي حوالي 20 - 21 مللترا من الأكسجين في كل 100 مللتر من الدم (يعبر عنها عادة بالنسبة المئوية أي 21 %).

أنواع هيموجلوبين

يوجد عدة أنواع من هيموجلوبين، فالنوع الأول الذي ينتجه الجنين يدعى HbF بينما ينتج اليافع أشكالا مثل ,HbA، (نسبة 96 %)، ,HbA نسبة 2 % ) وينتج المصابون بفقر الدم المنجلي sickle cell anemia هيموجلوبين HbS ) S ). تتباين أنواع هيموجلوبين تركيبيا في الجزء البروتيني جلوبين بينما تتباين وظيفيا في قدرتها على الارتباط بأكسجين. فهيموجلوبين F له قدرة عالية على الارتباط بأكسجين لكي يمكن الجنين الذي يعيش في ظروف من نقص الأكسجين من اقتناص كمية كافية من أكسجين أثناء مرور الدم القصير في المشيمة. ويمثل شكل (15 - 5) منحنی ارتباط هيموجلوبين بأكسجين لهيموجلوبين A وهيموجلوبين F.

متطلبات بناء الخلايا الدموية الحمراء Requirements of RBC Synthesis

يحتاج بناء هيموجلوبين إلى الحديد (Fe) والأحماض الأمينية ويحتاج بناء DNA الذي يسبق انقسام الخلايا إلى حامض فوليك folic acid وإلى فيتامين B المحتوي على كوبالت (يدعى أيضا cobalamin) والضروري لعمل حامض فوليك، كما يحتاج بناء أغشية الخلايا إلى دهون وكربوهيدرات وأحماض أمينية.

 الشكل 15-4: أ) خلية دم حمراء كما تبدو في منظر سطحي، ب) خلية دم حمراء كما تبدو في منظر جانبي عند قطعها قطريا، ج) التركيب ثلاثي الأبعاد لصبغة هيموجلوبين، د) مجموعة هيم الفعالة في هيموجلوبين.

الشكل 15-5:منحنی ارتباط هيموجلوبين بأكسجين لكل من هيموجلوبين اليافع وهيموجلوبين الجنين.

أيض الحديد Iron metabolism

يأخذ الجسم حاجته من الحديد عن طريق امتصاص الحديد القادم من الطعام بواسطة خلايا طلائية الأمعاء. يمتص الجسم كمية من الحديد تتراوح بين 1- 2 ملغم يوميا بواسطة النقل النشط، وتتذبذب هذه الكمية تبعا الكمية الحديد الموجودة في الجسم والتي تنعكس على هيئة زيادة أو نقص في كمية الحديد في خلايا طلائية الأمعاء، فإذا كان الجسم يحتوي كمية كبيرة من الحديد، احتوت خلايا الطلائية على كمية كبيرة منه وانخفضت كمية الحديد الممتص بفعل آلية تغذية راجعة سلبية. من الأطعمة المحتوية للحديد اللحوم الحمراء والكبد وغلال البحر ومح البيض والبقوليات والمكسرات والحبوب.

يخزن الحديد الممتص بشكل كبير في الكبد حيث يتواجد هناك مرتبطا ببروتين يدعى فيريتين ferritin، ويقدر مخزون الكبد من الحديد بحوالي 25% من كميته في الجسم (شكل 15 - 6) بينما يحتوي هيموجلوبين خلايا الدم على 50 % وتحتوي خلايا الجسم الأخرى في بروتيناتها المحتوية على الحديد (مثل سیتوکرومات) على ال 25 % المتبقية من مخزون الجسم. يفقد الجسم كمية من الحديد يوميا تتراوح بين 1 - 2 ملغم وذلك عن طريق البول والبراز والعرق والخلايا المتقشرة من الجلد وبطانة الأمعاء وعن طريق الدم النازف خاصة دم الدورة الشهرية عند النساء. تؤدي زيادة فقد الجسم للحديد عن مقدار دخوله إلى الجسم عن طريق الامتصاص إلى توازن سالب للحديد مما يسبب نقص الحديد الذي يصاحبه نقص بناء هيموجلوبين ثم فقر الدم anaemia بينما تؤدي زيادة الداخل إلى الجسم عن ما يفقده الجسم إلى تراكم الحديد وترسبه في أعضاء معينة كالقلب والطحال والكبد مما يعطي آثارا سامة خطيرة كما يحدث عند تكرار نقل الدم في الأشخاص المصابين بثلاسيميا thalassemia.

تظهر آثار نقص الحديد في غضون ستة أشهر من اختلال التوازن إذ أن الجسم يستمد بعض حاجته من الحديد باستخدام مخزونه في الكبد حيث يتحرر الحديد من فيريتين نحو الدم ويرتبط ببروتين هو ناقل الحديد transferrin الذي يوصله إلى نخاع العظام حيث يستخدم في صنع هيموجلوبين يعبأ في خلايا دم حمراء تعمر 100 - 120 يوما ثم تتحطم في الطحال والكبد ويتحرر منها الحديد الذي يخزن ثانية في الكبد.

الشكل 15-6: حركة مخزون الجسم من الحديد بين الأنسجة المختلفة.

ينتج من تحطم هيموجلوبين، بالإضافة إلى الحديد، صبغة الصفراء المسماة بليروبين bilirubin التي تعطي البلازما لونها المميز والتي تستخرجها الكبد وترسلها مع عصارة الصفراء حيث تصل الأمعاء وتحطم هناك بفعل بعض بكتيريا الأمعاء لتتحول إلى مكونات ذات لون بني يعطي البراز لونه المميز. أما الأحماض الأمينية الناتجة من تحطم هيموجلوبين فيعاد استعمالها. ويبين شكل 15 - 7) خطوات تحطم خلايا الدم الحمراء ومنتجات أيضها.

دور حامض فوليك وفيتامين Role of Folic acid and Vitamin B12

يوجد حامض فوليك بكميات كبيرة في الخضراوات الورقية والخميرة والكبد. يعمل حامض فوليك كعامل مساعد في بناء القاعدة النتروجينية ثايمين thymine وبذا فهو ضروري لبناء DNA الذي يصاحب انقسام الخلايا في نخاع العظم المؤدي إلى تكوين خلايا دم حمراء. عند حدوث نقص في حامض فوليك فإن الخلايا سريعة الانقسام مثل أسلاف الخلايا الدموية الحمراء لا تتكون بالمعدل الطبيعي نفسه. يجدر بالذكر أن الخلايا الحمراء تتكون بمعدل 2 - 3 مليون في الثانية الواحدة وهو معدل يوازي معدل تحطمها.

الشكل 15-7: خطوات تحطم خلايا الدم الحمراء في الطحال والكبد و منتجات أيضها الأعضاء الأخرى.

أما فيتامين B فيتواجد في الأغذية ذات المصدر الحيواني ولذا فإن ذوي التغذية النباتية البحتة معرضون لخطر نقصه دائما. يعد فيتامين B2 ضرورية لعمل حامض فوليك وحيث أن جزئياته كبيرة الحجم فهو لا يمتص بسهولة في الأمعاء ولذا فهو يرتبط إلى بروتين تفرزه المعدة يدعى العامل الداخلي intrinsic factor IF الذي يقوم بنقله نحو الدم في اللفائفي. ويعاني بعض الأشخاص الذين تزال لديهم المعدة جراحيا أو الذين تتوقف معدتهم عن إفراز العامل الداخلي أو حتى الذين يزال لديهم جزء اللفائفي الخاص بامتصاص العامل الداخلي إلى نقص فيتامين B وإلى فقر دم يدعى فقر الدم الخبيث pernicious anaemia. وحيث أن فيتامين B2 ضروري أيضا لتكوين ميلين myelin فإن هؤلاء الأشخاص يبدون بعض الأعراض العصبية التي تصاحب فقر الدم

تنظيم إنتاج الخلايا الدموية الحمراء Regulation of RBC Production

ينظم هرمون إريثروبويتين إنتاج الخلايا الحمراء (شكل 15-8)، إذ يعمل على نخاع العظم لينبه انقسام أسلاف الخلايا الحمراء كما ينبه تمايزها إلى خلايا حمراء وينبه بناء هيموجلوبين. تفرز الخلايا الطلائية الداخلية للشعيرات الدموية في الكلية هرمون إريثروبويتين في العادة بكميات صغيرة غير أن معدل الإفراز يزداد بشكل كبير عندما ينقص أكسجين المحمول بالدم إلى الكلية.

الشكل 15-8: يؤثر نقص أكسجين في الدم بآلية تغذية راجعة سلبية على الكلية فتفرز هرمون إريثروبويتين الذي ينظم إنتاج خلايا الدم الحمراء.

ويعتبر نقص أكسجين هذا المحفز الأساسي لإفراز الهرمون الذي يسبب زيادة كبيرة في إنتاج خلايا الدم الحمراء وفي قدرتها على نقل أكسجين.

معدل ترسب الخلايا الدموية الحمراء Erythrocyte Sedimentation Rate(ESR)

إذا خلطت كمية من الدم بمانع للتخثر وتركت في أسطوانة مدرجة أو أنبوب اختبار فإن الخلايا الحمراء تترسب بعد فترة من الزمن لتحتل قعر الإناء بينما تترسب الخلايا البيضاء الأخف مشكلة طبقة ضيقة فوقها تدعى buffy coat وتبقى البلازما في الطبقة العليا.

يبدأ ترسب الخلايا الحمراء وذلك بتجمعها على هيئة تشبه عمود من قطع النقود المعدنية تدعي اللفات rouleaux ويتبع ذلك ترسب سريع للخلايا الحمراء ثم تضاغط لها بحيث تخرج البلازما من بينها. يكون معدل الترسب في الحالة الطبيعية لدى الذكور 2 - 8 ملم / ساعة بينما يكون للإناث 2 - 10ملم/ساعة.

يتغير معدل الترسب بفعل مجموعة من العوامل، فهو يزداد بزيادة تركيز بروتينات البلازما التي تصاحب بعض عمليات الالتهاب، ولذا فإن معدل الترسب يعتبر مؤشرا مهما على حدوث الالتهابات، كما يزداد أثناء حدوث العدوى الحادة والمزمنة كالتهابات المفاصل، والتدرن الرئوي وحمى الروماتزم وتسمم الدم. يقل معدل الترسب في حالات زيادة عدد خلايا الدم والحساسية وزيادة سكر الدم وفي حالة فقر الدم المنجلي حيث أن الأشكال غير الطبيعية للخلايا تعيق حدوث الترسب.

يفسر الترسب بأنه نتيجة لمعادلة شحنات zeta charges (3) التي تكون موجودة على الخلايا الحمراء وتسبب تنافرها مع بعضها البعض في الحالة الطبيعية. وتحدث المعادلة عند وجود مواد أخرى في الدم تحمل شحنات مغايرة لتلك الموجودة على الخلايا الحمراء.

فقر الدم Anemias

يعرف فقر الدم بأنه نقص عدد خلايا الدم الحمراء مع احتواء كل منها على الكمية الطبيعية من هيموجلوبين أو بأنه نقص تركيز هيموجلوبين في الخلية الواحدة أو الأمرين معا. ويعد مقراط دم أقل من 37 % أو قيمة هيموجلوبين أقل من 12 غرام/100مل دم مؤشرا على وجود فقر الدم. وبسبب تدني قدرة الدم على حمل أكسجين عند حدوث فقر الدم فإن الشخص ذا فقر الدم يعاني ضعفا جسديا وقصر نفس وتعب سريع وعدم قدرة على إنجاز أي عمل يتطلب نشاطا ذهنيا، ومن العلامات الدالة على فقر الدم الشحوب وعدم القدرة على التركيز وفقد الشهية والاكتئاب.

يوجد عدة أنواع من فقر الدم تشترك جميعها في الخصائص السابقة الذكر. ففي فقر الدم الناتج عن نقص الحديد iron - deficiency anemia يؤدي نقص الحديد وما يتبعه من نقص في بناء هيموجلوبين إلى تكوين خلايا دم حمراء صغيرة الحجم microcytes باهتة اللون hypochromic. وفي فقر الدم الخبيث الناتج عن نقص فيتامين B يتكون في نخاع العظم خلايا مولدة كبيرة تعطي خلايا دم حمراء كبيره الحجم macrocytes زائدة اللون hyperchromic. وفي فقر الدم غير المولد aplastic anemia تؤدي عوامل معينة كالإشعاعات وبعض الأدوية السامة إلى نقص في إنتاج جميع أنواع خلايا الدم في نخاع العظم بما في ذلك خلايا الدم الحمراء. وفي فقر الدم التحللي hemolytic anemia يكون معدل تحطم خلايا الدم الحمراء أعلى من معدل إنتاجها ويصاحب ذلك يرقان وارتفاع مستوى بيليروبين في الدم. يشمل هذا النوع الأخير أمراضا وراثية مثل فقر الدم الناتج عن تكور الخلايا الحمراء spherocytosis وفقر الدم المنجلي -sickle cell anemia الذي ينتج من استبدال خاطئ لأحد الأحماض الأمينية في جلوبين حيث يغير هذا الاستبدال من خصائص هيموجلوبين فيصبح غير ذائب تماما عندما ينحل منه أكسجين فيتبلور هيموجلوبين داخل الخلايا مما يعطيها الشكل المنجلي وأشكالا أخرى غريبة وهذه الأشكال تسبب انسداد بعض الأوعية الدموية وحدوث انتفاخ موضعي وألم كما يؤدي في النهاية إلى تحطم خلايا الدم وإلى فقر دم. ويعالج المصابون بفقر الدم المنجلي حديثا باستخدام مادة هيدروكسي يوريا hydroxyurea التي تسبب تنشيط الجين المنتج لهيموجلوبين F الذي يكون طبيعية.

من أنواع فقر الدم أيضا تلك المصاحبة لمرض ثلاسيميا thalassemia الواسع الانتشار في منطقة حوض البحر المتوسط. ينتج ثلاسيميا من غياب كامل أو جزئي لسلسلة ألفا (a) أو سلسلة (6) الخاصة بهيموجلوبين مما يعطي خلايا حمراء صغيرة الحجم باهتة اللون. يعالج مرضى ثلاسيميا غالبا بنقل الدم المتكرر غير أن هذا يؤدي إلى تراكم الحديد في بعض الأنسجة الهامة. وهناك نوع آخر من فقر الدم يدعى فقر الدم النزيفي hemorrhagic anemia ينتج من حدوث النزيف المستمر المصاحب للقرحات أو البواسير أو الدورة الشهرية وتكون فيه الخلايا الدموية طبيعية الحجم واللون.

الفصل الخامس عشر:

·        الدم: تركيبه ووظائفه

·        حجم الدم

·        خواص الدم الفيزيائية

·        تركيب الدم

·        البلازما

·        بروتينات البلازما: أنواعها ووظائفها

·        العناصر المتشكلة

·        تكوين خلايا الدم

·        خلايا الدم الحمراء

·        مراحل تكوين خلايا الدم الحمراء

·        متطلبات بناء الخلايا الدموية الحمراء

·        أيض الحديد

·        تنظيم إنتاج الخلايا الدموية الحمراء

·        معدل ترسب الخلايا الدموية الحمراء

·        فقر الدم

·        خلايا الدم البيضاء

·        وظائف الخلايا الدموية البيضاء

·        أنواع خلايا الدم البيضاء وأعدادها

·        الصفائح الدموية

·        ثبات الدم

·        أنواع خلايا الدم ووظائفها

·        تضيق الوعاء الدموي المجروح

·        تكوين سدادة الصفائح الدموية

·        تخثر الدم

·        تراجع الجلطة وتحللها

·        موانع التخثر الطبيعية

·        موانع التخثر العلاجية

·        بعض أمراض نزف الدم

·        مجموعات الدم

·        وظائف الدم

المصادر

• التشريح الوظيفي وعلم وظائف الأعضاء ، الدكتور شتيوي العبدالله (2012) ، دار المسيرة عمان – الأردن.

• Prosser, C. Ladd (1991). Comparative Animal Physiology, Environmental and Metabolic Animal Physiology (4th ed.). Hoboken, NJ: Wiley-Liss. pp. 1–12. ISBN 978-0-471-85767-9.
•  Hall, John (2011). Guyton and Hall textbook of medical physiology (12th ed.). Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier. p. 3. ISBN 978-1-4160-4574-8.
•  Widmaier, Eric P.; Raff, Hershel; Strang, Kevin T. (2016). Vander's Human Physiology Mechanisms of Body Function. New York, NY: McGraw-Hill Education. pp. 14–15. ISBN 978-1-259-29409-9.
• R. M. Brain. The Pulse of Modernism: Physiological Aesthetics in Fin-de-Siècle Europe. Seattle: University of Washington Press, 2015. 384 pp., [1].
• Rampling, M. W. (2016). "The history of the theory of the circulation of the blood". Clinical Hemorheology and Microcirculation. 64 (4): 541–549. doi:10.3233/CH-168031. ISSN 1875-8622. PMID 27791994. S2CID 3304540.
• Bernard, Claude (1865). An Introduction to the Study of Ex- perimental Medicine. New York: Dover Publications (published 1957).
•  Bernard, Claude (1878). Lectures on the Phenomena of Life Common to Animals and Plants. Springfield: Thomas (published 1974).
•  Brown Theodore M.; Fee Elizabeth (October 2002). "Walter Bradford Cannon: Pioneer Physiologist of Human Emotions". American Journal of Public Health. 92 (10): 1594–1595. doi:10.2105/ajph.92.10.1594. PMC 1447286.
•  Heilbron, J. L. (2003). The Oxford Companion to the History of Modern Science, Oxford University Press, p. 649, link.
•  Feder, ME; Bennett, AF; WW, Burggren; Huey, RB (1987). New directions in ecological physiology. New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34938-3.
•  Garland, Jr, Theodore; Carter, P. A. (1994). "Evolutionary physiology" (PDF). Annual Review of Physiology. 56 (1): 579–621. doi:10.1146/annurev.ph.56.030194.003051. PMID 8010752.