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Sauerstoff-Transport im Muskel und Blut

Krankheiten durch verändertes Hämoglobin

Seit 1966 sind etwa 200 verschiedene Hämoglobin-Varianten beschrieben, die teilweise eine erhöhte Affinität für Sauerstoff zeigen. Der erste Bericht über Erythrocytose stammt von Charache (1966). Er zeigte, dass ein verändertes Hämoglobin mit nach links (d.h. zu geringerem Sauerstoff-Partialdruck) verschobener Sauerstoff-Dissoziationskurve für diese Krankheit verantwortlich ist. Um die verminderte Sauerstoff-Abgabe im Gewebe zu kompensieren, produziert der Organismus entsprechend mehr Erythrocyten, ein Effekt, der vor allem durch Erythropoietin reguliert wird. Tendenziell steigt auch der Hb-Gehalt an. Durch die erhöhte Erythrocytenzahl steigt die Viskosität des Blutes an, der Patient leidet unter Kopfschmerz, Schwindel und Tinnitus. Ist der Patient aber heterozygot und hat das Hb nur eine moderat erhöhte Sauerstoff-Affinität, treten kaum Symptome auf, solange nicht ein weiterer Defekt in den Erythrocyten hinzu kommt.

Sauerstoff-Beladung und -Abgabe im Gewebe gehen mit einer Änderung der dreidimensionalen Konformation des Hämoglobins einher. Das Tetramer aus zwei α- und zwei β-Ketten existiert als Gleichgewicht zwischen zwei Konformationen, der R- oder relaxierten (engl. relaxed) und der gespannten T-Form (engl.tense). Normales, nichtoxygeniertes Hb ist zu 99,9 % in der T-Konformation, während oxygeniertes Hb zu 99,9 % in der R-Konformation vorliegt. Jeder Aminosäureaustausch, der dieses allosterische Gleichgewicht zwischen T- und R-Form verändert, beeinflusst damit die Funktion des Hämoglobin. Wenn ein bestimmter Aminosäureaustausch die Stabilität der T-Form verringert, wird dieses Hämoglobin früher in die R-Form übergehen und eine erhöhte Sauerstoff-Affinität haben. Während normale Erythrocyten im Plasma unter physiologischen Bedingungen (37 °C, pH 7,4) einen p501) von 27 mm Hg haben, kann der p502) bei Menschen mit verändertem Hb in einem weiten Bereich variieren. Hier kommt es auch darauf an, wie viel der Hb-Variante tatsächlich im Blut vorhanden ist. In Gegenwart von ca. 5-10 % abnormalen Hbs mit erhöhter Sauerstoff-Affinität sinkt der p503) um ca. 2-3 mm Hg.

Protonen und 2,3-DPG binden bevorzugt an Desoxy-Hb und verlagern das Gleichgewicht in Richtung T-Form. Die erhöhte Sauerstoff-Affinität einiger Hb-Varianten ist darauf zurückzuführen, dass sie aufgrund struktureller Modifikationen eine verringerte Interaktion mit 2,3-DPG haben. Eine ähnliche Auswirkung hat übrigens auch ein Defekt der 2,3-DPG-Mutase, der zu einer verringerten 2,3-DPG-Konzentration in den Erythrocyten führt.

Literatur

Wajcman, H.; Galacteros, F. (1996): Abnormal hemoglobins with high oxygen affinity and erythrocytosis. In: Hematol. Cell Ther.. 38 , 305-312

Zugang zur PubMed-Datenbank

1)p50: Halbsättigungsdruck
2)p50:
3)p50:
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