HEMOLIZA FIZIOLOGICA = ERITROLIZA

                

• Procesul de distrugere a hematiilor îmbatranite.

• Eritrocitele îmbătrânite şi/sau alterate sunt captate de sistemul monocit – macrofag

Eritrocitul senescent sufera:

Modificari biochimice – care duc la degradarea sistemelor enzimatice. Cele mai afectate sunt:

- enzimele glicolitice, consecinta fiind scaderea sintezei de ATP;- deficitul de NADH şi de grupări sulfhidrice va avea efecte

negative asupra sistemelor peroxidazice de detoxifere, fiind favorizată astfel oxidarea Hb în methemoglobină.

Alterări morfologice - E îmbătrânit devine mai puţin flexibil, îşi pierde forma de disc biconcav si devine sferă cu spiculi. Cauza acestor transformări pare să fie scăderea cantităţii de ATP, care duce la alterarea reţelei de spectrină şi actină.

Hemolysis. Red blood cells without (left and middle) and with (right) hemolysis. Note that the hemolyzed sample is transparent, because there are no cells to scatter light.

HEMOLIZA FIZIOLOGICA

Sediile hemolizei.E îmbătrânite sunt captate şi fagocitate de:

•macrofagele tisulare •monocitele circulante•granulocitele neutrofile şi eozinofile

•Hemoliza are loc în orice ţesut, cu intensităţi diferite. Exista însă teritorii de elecţie: zonele de stază sau circulaţie încetinită, unde macrofagele se găsesc în număr foarte mare. Ex.: sinusoidele medulare, splenice, hepatice.

• la om, se produce predominant în M.O.H. şi accesoriu în ficat şi splină. Splina nu mai este "cimitirul hematiilor îmbătrânite“.

• In condiţii normale, rolul splinei este secundar !

Argument - durata normală de viaţă a E după splenectomie !

• În condiţii patologice, splina devine sediul principal al eritrolizei.

Sediile hemolizeiIndiferent de tesutul in care are loc,

hemoliza se produce in afara vaselor

tesutului = hemoliza extravasculara sau intratisulara,

in proportie de 90%, sau in interiorul vaselor = hemoliza

Intravasculara, in proportie de 10%.

Mecanismul eritrolizei extravasculare sau intratisulare -

3 etape.•etapa de aderenţă sau acolare, în care celula fagocitantă, aderă la E;

•etapa de înglobare sau endocitară: fagocitul emite pseudopode care înconjoară E ca o pâlnie sau gură deschisă - captare în citoplasmă;

•etapa de digestie, în care enzimele din lizozomi vor distruge membrana eritrocitară cu eliberare de Hb.

fluoresceinated Z-DNP particles are artificially colored in green Microscopie confocala

Macrofag care fagociteaza E. Colli in epiteliul pleural. Intre filipode este prins si un eritrocit

• Din membrană şi stromă: aminoacizi, lipide şi fosfolipide care intră în circuitele metabolice ale organismului.

• Din Hb rezulta:

• GLOBINA, hidrolizată până la aa, care intră în fondul comun metabolic

• HEMDin HEM rezultă: CO2, Fe şi biliverdină (coleglobină).

▪ CO2 se combină cu Hb formând carbaminhemoglobina şi se elimină prin plămâni.

▪ Fierul, în macrofag este depus sub formă de feritină, apoi în sânge se leagă de transferină şi este transportat (90%) la M.O.H., unde este folosit la sinteza precursorilor eritrocitari. Restul este depus în depozite sub formă de feritină.

▪ Biliverdina este redusă la Br. liberă sub acţiunea biliverdinreductazei. Br. liberă + albumină = Br. prehepatică

PRODUSII REZULTANŢI ÎN URMA DISTRUGERII ERITROCITULUI

În hepatocit: B prehepatică + acid glucuronic = Br conjugată sau hepatică. Aceasta se elimina in colecist prin intermediul bilei, iar de aici ajunge în intestin, unde în prezenţa bacteriilor intestinale se transformă în urobilinogeni: urobilinogen, mezobilinogen, stercobilinogen.

Hb disociată + haptoglobulină (Hp) – formeaza un complex care rămâne în sânge de unde este captat de celulele sistemului monocit - macrofag şi, din acest moment, catabolizarea Hb se produce pe căi normale

Dacă:

• hemoliza intravasculară este intensă şi cantitatea de Hb eliberată depăşeşte capacitatea Hp de a o lega, sau daca există o scădere patologică de Hp, atunci:

• 1. Dimerii se filtrează glomerular ! • O parte sunt captaţi (reabsorbiţi) de celulele tubulare renale în care Fe este

dispus ca hemosiderină. Celulele tubulare se descuameaza si hemosiderina se elimina prin urină.

• Prezenţa hemosiderinei în urină semnifică o cantitate mare de Hb liberă circulantă !

• Când capacitatea de reabsorbţie tubulară este depăşită, dimerii se elimină direct, ca atare prin urină – apare hemoglobinuria, care semnifică hemoliză intravasculară severă.

• 2. O parte din Hb liberă plasmatică este oxidată în metHb - hemul va fi fixat de hemopexină sau albumine - complexele vor fi captate şi catabolizate pe căi normale de sistemul manocit-macrofag, mai ales la nivelul ficatului.

Mecanismul eritrolizei intravasculare (în circulaţia rapidă).

Hemoliza patologică.

•Distrugerea precoce a eritrocitului cu defecte membranare sau de conţinut, sau chiar a E normale morfo-funcţional, dar supuse unor

agresiuni extrinseci, este caracteristică anemiilor hemolitice.•Cauze ale anemiilor hemolitice:

•intracorpusculare – cauza este un defect (de obicei congenital) al eritrocitului care ţine de:

• Membrană

• sistemele enzimatice

• defecte cantitative sau calitative ale Hb

•extracorpusculare - alterarea mediului în care trăiesc E - agresiune realizată de factori fizici, chimici, biologici (bacterii, virusuri) din plasmă sau anticorpi antieritrocitari.

Clasificarea etiopatogenică a anemiilor hemolitice:

A. Anemii hemolitice corpusculare (intraeritrocitare) 1. Prin defect de membrană - genetic: - sferocitoza ereditară - eliptocitoza ereditară - dobândit: - hemoglobinuria paroxistică nocturnă - acantocitoza (deficit de lipoproteină) 2. Prin deficit enzimatic care determină instabilitate de membrană: - prin reducerea potenţialului redox - deficitul de G-6-PD - prin reducerea producţiei de energie - deficitul de piruvatkinază 3. Anomalii ale hemoglobinei: - hemoglobinopatii cantitative - talasemiile - hemoglobinopatii calitative - cu hemoglobine care polimerizează sau agregă - siclemia - cu hemoglobine instabile (Hb Zurich, Hb Koln) - cu anomalie structurală şi funcţie anormală a hemului (hemo globinele M cu fierul heminic trivalent, hemoglonina Kansas cu afinitate scăzută pentru oxigen; - defecte combinate (talasemie-siclemie)

B. Anemii hemolitice extracorpusculare: 1. Imune : - boala hemolitică a nou-născutului - post-medicamentoasă - transfuzie incompatibilă - anemia hemolitică autoimună - primitivă (cu anticorpi la cald, cu anticorpi la rece, cu anticorpi bifazici) - secundară (colagenoze, anemie megaloblastică, hepatită autoimună,LMNH)

2. Neimune : - infecţii, substanţe chimice, medicamente - distrucţie mecanică - valve cardiace artificiale - stenoze valvulare strânse - anemia hemolitică microangiopatică (CID, PTT, vasculite, HTA malignă) - hemoglobinuria de marş

1. Semnele distrucţiei accelerate: • scăderea duratei de viaţă a hematiilor; • hiperbilirubinemie indirectă; • urobilinogenurie crescută, • bilirubinurie normală; • hemoglobinurie, • hemosiderinurie (în hemolize intravasculare)• creşterea methemoglobinemiei; scăderea haptoglobinei; creşterea LDH

2. Semnele producţiei crescute de eritrocite: • reticulocitoză• creşterea moderată a VEM • policromatofilie, eritroblaşti pe frotiul periferic• leucocitoză, trombocitoză; hiperplazie eritroblastică pe medulogramă

3. Elementele care sugerează etiologia hemolizei: • agregate de hematii• aglutinare pe lamă ( AHAI cu anticorpi la rece)• sferocite, drepanocite, schizocite; corpii Heinz (episod de hemoliză din deficitul de G-6-PD)

• Agenţii oxidanţi - produc hemolize, uneori foarte grave deoarece prin interacţiunea O2 cu Hb rezultă O2- (ionul superoxid) şi H2O2 (peroxidul de O2) în cantitate mare, care depăşeşte capacitatea protectoare a glutationului redus.

• Acestia oxidează grupările SH ale globinei şi produc precipitarea ei, cu formarea corpilor Heinz.

• Oxidarea se exercită asupra:

- hemului, rezultând metHb;- globinei, care precipită;- sau asupra lipidelor membranare, a căror alterare duce la

pierderi de membrană.

• Prin acest mecanism acţionează: - cloraţii, mai ales de K şi Na, care oxidează direct Fe din Hb; nitriţii – de Na, de amil, nitroglicerina folosiţi în industria farmaceutică; pigmenţii anilinici - folosiţi drept coloranţi, în industria alimentară sau farmaceutică; nitroclorbenzenul, precum şi naftalenul şi paradiclorbenzenul, care intră în constituţia unor insecticide.

• Hemolysins are exotoxins produced by bacteria which cause lysis of red blood cells in vitro. Visualization of hemolysis of red blood cells in agar plates facilitates the categorization of some pathogenic bacteria such as Streptococcus. Although the lytic activity of some hemolysins on red blood cells may be important for nutrient acquisition or for causing certain conditions such as anemia, many hemolysin-producing pathogens do not cause significant lysis of red blood cells during infection. Although hemolysins are able to lyse red blood cells in vitro, the ability of hemolysins to target other cells, including white blood cells, often accounts for the effects of hemolysins in the host.

• Most hemolysins are proteins but others such as rhamnolipid are lipid biosurfactants

Hemolyses of streptococci. (from left) Alpha, beta and gamma.

Hemolytic patterns of the various Gram positive cocci; Streptococci are differentiated by hemolysis of red blood cells on blood agar (BA) plates.

Alpha hemolysis is shown by a greenish halo around the colony and is the result of hemoglobin oxidation to methemoglobin in red blood cells.

Beta hemolysis is shown by a clear halo around the colony and is produced by complete hemolysis of the red blood cells.

Gamma hemolysis is shown as no hemolysis or discoloration of the blood.

HEMOGLOBINA Hemoproteină cu formă globulară;

Este formată din:

Globina – componenta proteică;

Hem - metaloporfirină, care conţine Fe2+ (feros) de

culoare roşie.

Avantaje ale localizarării în eritrocite: - transport eficient al O2 fără creşterea presiunii osmotice

a plasmei, aşa cum s-ar întâmpla dacă Hb ar fi liberă în plasmă;

- în E există un mecanism de reducere a Fe3+ din methemoglobină la Fe2+ (NADH-methemoglobin reductază).

Pentru sinteza Hb sunt necesare: - globina;- protoporfirina IX;- fier;- 2,3 difosfoglicerat (2,3-DPG).

HEMUL este componenta fiziologic activă din molecula de Hb.

PROTOPORFIRINĂ IX + Fe2+ = HEM Sinteza începe în stadiul de eritroblast bazofil, maximă în E-blaştii policromatofili şi oxifili, foarte redusă în reticulocite

absentă în E matur - nu mai are mitocondrii şi echipament enzimatic

Chimic: atom de Fe2+ fixat în centrul unui nucleu tetrapirolic, acelaşi ca pentru clorofilă şi vit. B12. √ Structura este

constantă în toate hemoglobinele !!

√ ROL: leaga reversibil O2 √ Defecte de sinteză = porfirii.

Toate globinele sunt tetrameri - au 4 lanţuri polipeptidice, identice două câte două !

- 2 lanţuri alfa, fiecare lanţ cu 141 de aminoacizi;- 2 lanţuri non- alfa, care pot fi β, γ, δ, ε, şi ζ , cu 146

de aminoacizi, în succesiune diferită.

Cea mai frecvent întâlnită este Hb A, care are 2 lanţuri alfa şi 2 beta

GLOBINA componenta care imprimă specificitatea diverselor Hb

Componenta proteică a Hb

Sinteză - la nivel ribozomal;

Diferă ca structură de la un tip de Hb la alta

- diferenţa este dată de numărul şi succesiunea aa (structura primară a

moleculei de globină)

Tipul de HBStructura

moleculară

(lnturile de globina caracteristice)

Vârsta la care apare

Proporţia (%)

Nou născuţi Adulţi

Portland

Numai în viaţa embrionar

ă

0 0

Grower I 0 0

Grower II 0 0

Fetală (F)

Şi la nou născut şi la adult

80 < 1

A1 20 97

A2 < 0,5 ~ 2,5

TIPURI DE HEMOGLOBINA, DUPA LANTURILE DE GLOBINA

α – alfa; β – beta; γ – gamma; δ – delta; ε – epsilon; ζ - zeta

STRUCTURA CUATERNARĂ A MOLECULEI DE Hb

Ancorarea hemului pe lanturile alfa si beta se face prin legături chimice coordinative cu histidina din structura acestor lanturi.

În cavitatea centrala a moleculei de Hb se fixează 2,3 DPG.

2,3 -DPG

Rezultă din aranjarea celor 4 monomeri aflaţi în molecula de Hb, astfel încât formează o structură globulară compactă.

Spre suprafaţa externă prezintă 4 cavităţi numite pliurile sau pungile hemului, care adăpostesc câte un hem

2. Deoxihemoglobina - forma redusă, disociată (fără O2) sau tensionată, în a cărei cavitate centrală se găseşte 2,3-DPG.

Fe rămâne bivalent

Legarea fierului de nucleul imidazolic al histidinei se face prin intermediul unei molecule de apă.

În OxiHb, molecula de apă este îndepărtată şi O2 se fixează direct de fier.

Hb are 2 configuraţii spaţiale (derivaţi ai Hb)

1. Oxihemoglobina - forma oxigenată sau forma relaxată. Afinitate mare pentru legarea O2.

Fixarea O2 se face prin fierul bivalent din hem.

În timpul oxigenării, poziţia spaţială a dimerilor alfa şi beta se schimbă: lanţurile alfa se depărtează, iar lanţurile beta se apropie - scade spaţiul central al tetramerului, consecinţa fiind expulzarea 2,3-DPG

Expulzarea 2,3 – DPG din cavitatea centrala a Hb determină creşterea afinităţii acesteia pentru O2, deci legarea O2

Acumularea 2,3 – DPG în cavitatea centrală scade afinitatea Hb pentru O2 şi favorizează cedarea (disocierea) oxigenului la ţesuturi.

I. Transportor de O2 de la plămâni la ţesuturi;

II. Transportor (în mai mică măsură) de CO2 de la ţesuturi la plămâni;

III. Tamponare a sângelui pentru a preveni modificările de pH.

1. Transportul oxigenului – cel mai important rol al Hb

Hb fixează reversibil oxigenul la nivelul capilarelor pulmonare, îl vehiculeaza prin sânge sub protecţia membranei eritrocitare şi îl cedează cu uşurinţă ţesuturilor, unde pO2 în capilarele tisulare este mică.

Prezenţa Hb măreşte de aprox. 70 de ori capacitatea sângelui de a transporta O2.

ROLURILE HEMOGLOBINEI.

La o oxigenare normală:

- fiecare moleculă de Hb transportă 4 molecule de O2 - Hb(O2)4;

- 1g de Hb transportă 1,34-1,35 ml O2;

- la o concentraţie de Hb de 15g/dl, 100 ml de sânge vor transporta 20,9 ml de O2, din care, în stare de repaus, numai 4,5 ml vor fi cedaţi ţesuturilor.

Concentraţia normală a Hb/dl de sânge:

- Femei: 12 – 15 g/dl

- Bărbaţi: 14 – 17-18 g/dl

(vezi cursul cu eritrocitul)

I. Transportul oxigenului – cel mai important rol al Hb

• Interacţiune hem-hem: fixarea O2 pe o grupare hem induce modificări în conformaţia moleculei de Hb care facilitează oxigenarea celui de-al doilea hem, iar acesta la rândul său creşte afinitatea celui de-al treilea hem. Ultimul hem se fixează mai greu (platoul curbei).

• Y reprezină procentul de Hb saturată cu O2

• X reprezintă presiunea parţială a oxigenului.

LEGAREA O2 PE Hb, DAR ŞI CEDAREA LUI SE REPREZINTĂ GRAFIC SUB FORMA UNEI CURBE = Curba de disociere a

oxiHb Fixarea şi disocierea O2 urmează o curbă de aspect sigmoid, care poate fi parcursă în ambele sensuri.

Forma de S a curbei se datorează capacităţii diferite (în fapt, vitezei diferite) a celor 4 grupări hem de a fixa O2 pe măsură ce creşte presiunea acestuia.

• La pO2 sub 20 mmHg, Hb are o foarte slabă afinitate pentru oxigen – legarea este greoaie, iar partea iniţială a curbei (presiuni mici) este uşor înclinată.

• La pO2 peste 20 mmHg, afinitatea Hb pentru oxigen creşte substanţial.

• Între 20-30 mmHg, curba devine aproape verticală - la variaţii mici ale pO2 există variaţii mari ale saturaţiei cu O2.

LEGAREA O2 PE MOLECULA DE Hb – formarea OxiHb este dependentă de pO2

• La pO2 peste 70 mmHg, acceptarea se va face mai greu, curba devine mai lină, în platou.

• La pO2 de 100 mmHg (capilarele alveolare) saturarea cu O2 a Hb este de 97,5%.

√ La nivel pulmonar, unde pO2 este de 100 mmHg, Hb este aproape complet saturată şi transformată în oxiHb (curba se parcurge de sus în jos).

√ La nivel tisular, unde pO2 este de 40 mmHg o bună parte din oxiHb se disociază, eliberând O2 (procentul de saturare este de 70%)

CEDAREA O2 DE PE MOLECULA DE Hb – DISOCIEREA OXIHb –este dependentă de

pO2

scăderea pO2 la nivelul ţesuturilor favorizează disocierea OxiHb !!

1. Presiunea parţială a O2

2. Valoarea pH-ului sanguin: acumularea de CO2 şi alţi metaboliţi acizi la nivel tisular scade pH-ul, favorizând disocierea oxiHb (curbă la drepta).

3. 2,3 – DPG prin expulzarea din cavitatea centrală a deoxiHb favorizează legarea O2

FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ LEGAREA (FIXAREA) ŞI CEDAREA (DISOCIEREA) O2

4. Temperatura sângelui : creşterea T favorizează disocierea (deplasarea la dreapta a curbei).

creşterea cantităţii de 2,3-DPG deplasează curba la dreapta.

30% din CO2 este vehiculat de eritrocit: - 25% sub formă de bicarbonat;- 2% sub formă neionizată (ambele forme dizolvate în

apa eritrocitară)- doar 3% din CO2 este legat de Hb = CarbaminHb.

70% din CO2 produs la nivel tisular este transportat prin plasmă, în cea mai mare parte sub formă de bicarbonat.

Carbaminhemoglobina sau carbohemoglobina = compus fiziologic în care Hb leagă CO2.

- legarea CO2 nu se face la nivelul Fe ca în cazul O2, ci la grupările aminice libere ale globinei = compus carboaminic

- cu cât Hb este mai desaturată (a eliberat O2), cu atât legarea CO2 este mai facilă şi invers, eliberarea CO2 este favorizată de reoxigenarea Hb – efectul Bohr - Haldane.

- În carbaminhemoglobină, fierul hemului nu-şi modifică valenţa, rămâne bivalent.

2. ROLURILE HEMOGLOBINEI – TRANSPORTUL DE CO2

Intervenţia eritrocitului în transportul CO2 are drept consecinţă nu numai eliminarea gazului, ci, şi participarea acestuia la menţinerea balanţei acido-bazice, prin rolul de sistem tampon jucat atât de oxiHb, cît şi de deoxiHb.

CO2 influenţează fixarea şi eliberarea O2 de pe oxiHb:- în ţesuturi, creşterea concentraţiei de CO2 şi

scăderea pH-ului determină cedarea O2 şi creşterea legării CO2 de Hb neoxigenată.

- la plamâni: scăderea concentraţiei de CO2 determină un efect invers, este eliberat CO2 şi acceptat O2.

2. ROLURILE HEMOGLOBINEI – TRANSPORTUL DE CO2 - continuare

Eritrocitul are trei sisteme tampon, dintre care două sunt realizate prin intermediul hemoglobinei:

- HHb/KHb (Hb redusă/hemoglobinat de K) - HbO2/ KHbO2 (oxi Hb/oxihemoglobinat de

K).

Hb, ca orice proteină este o substanţă amfoteră, care poate acţiona ca acid (donează protoni) prin grupările carboxil, sau ca bază (acceptă protoni) prin grupările amino.

Hemoglobina neoxigenată (Hb-) este o bază mai puternică decât oxiHb, ea putând să accepte şi să neutralizeze mai uşor protonii rezultaţi ca urmare a creşterii nivelului sanguin al CO2.

3. Rolul Hb în menţinerea balanţei acido-bazice.

Carboxihemoglobina (COHb).

- compus reversibil, în care CO se leagă direct de Fe2+, în locul O2. (valenţa fierului nu se modifică).

- fiziologic sub 2% , până la 4% la fumători şi persoanele care trăiesc în zone intens poluate.

- Hb are o afinitate de 200 X mai mare pentru CO decât pentru O2,

- viteza de disociere a COHb este lentă, 4 ore.

- sursele de intoxicaţie sunt reprezentate de arderile incomplete ale hidrocarburilor: gaze de eşapament, sobe cu reglaj sau tiraj deficitar, furnale etc.

- Intoxicaţia este posibilă deoarece CO este un gaz fără miros sau culoare şi mai greu decât aerul.

DERIVAŢII PATOLOGICI DE HB

Carboxihemoglobina (COHb).

- Primele semne de intoxicaţie apar la concentraţii de 10-20%

- caracteristic!! culoare roşie aprinsă a tegumentelor şi mucoaselor

- cefalee, ameţeli, greaţă- iritabilitate, dispnee,

- La 50%, intoxicaţia este gravă: vomă, convulsii, comă şi se poate instala moartea.

- Tratamentul: scoaterea pacientului din mediul toxic şi administrarea de O2 hiperbar (2-3 atm.), care creşte viteza de disociere a COHb, timpul de înjumătăţire scăzând de la 4 h, la 1h.

- Oxigenoterapia hiperbară creşte pO2 şi implicit cantitatea de O2 solvit în plasmă, care va suplini parţial absenţa Hb,

DERIVAŢII PATOLOGICI DE HB

Methemoglobina - Rezultă în urma oxidării Fe2+ (feros) al Hb şi trecerea lui în Fe3+ (feric).

- Poate lega O2, dar printr-o legătură stabilă - nu-l mai poate ceda !

- Sub 5% (0,5 - 3 %) apare si în condiţii fiziologice, dar este rapid redusă

DERIVAŢII PATOLOGICI DE HB

- Creşterea concentraţiei la 10-25% determină apariţia cianozei, dar nu necesită tratament.

- La o concentraţie de 35% apare: cefalee, dispnee, oboseală marcată

-La 70% se poate produce moartea !!!

Blue-skinned people. The Martin Fugate family. He and his wife were carriers of the recessive methemoglobinemia (met-H) gene, which limited and/or stopped the body's production of the enzyme diaphorase (which breaks down methemologbin into hemoglobin in red blood cells). The absence of this enzyme produced a disproportionate amount of methemoglobin in the blood, tinting it blue.

Methemoglobina Sângele care conţine cantităţi mari de metHb:

- are o culoare brună, - spectroscopic - bandă de absorbţie caracteristică: în

roşu, la 620- 630 nm, câte o bandă îngustă în galben şi în verde şi o bandă lată în albastru.

- MetHb poate apărea în următoarele circumstanţe:

- expunerea eritrocitelor la agenţi oxidanţi-nitrati, coloranţi anilinici (folosiţi şi în industria alimentară), naftalen etc.

- intoxicaţia cu nitratii proveniţi din apă poate fi mortală la sugari !

Remediu: substanţe reducătoare: albastru de metilen (este un foarte bun donor de electroni), oral sau intravenos în intoxicaţiile grave, la care se adaugă vitamina C, de regulă i.v.

In toate intoxicaţiile cu MetHb, indiferent de cauza acestora, antidotul este albastrul de metilen !!!