Ez a fejezet leginkább a 2017-es CICM alapfokú tanterv F8(ii) szakaszához kapcsolódik, amely elvárja, hogy a vizsgázók képesek legyenek “leírni a szén-dioxid szállítását a vérben, beleértve a Haldane-hatást és a klorideltolódást”. Bár még soha senki nem tett fel CICM SAQ-t a “mi az a Haldane-effektus?” kifejezéssel, ez egyértelműen jogos kérdés, és az embereknek el kell várniuk, hogy ezt tudják erre a vizsgára. Mint a legtöbb épeszű ember, Haldane sem úgy hivatkozott erre a dologra, mint “az én effektusomra”, bár nyilván minimális hamis szerénységgel megtehette volna, mert valójában Haldane saját defibrinált vérét használták a kísérlethez.

Összefoglalva:

Tebboul & Scheeren (2017) egy sallangmentes, zsírtalanított magyarázatot ad, cikkük ingyenesen elérhető. Ha valaki zsírosra és sallangokra vágyik, megnézheti Itiro Tyuma (1984) e kitűnő áttekintését. Bár nem elengedhetetlen, de érdemes elolvasni J. S. Haldane eredeti cikkét is, amelyben ő volt a harmadik szerző (Christiansen et al, 1914).

A Haldane-effektus definíciója

Nincs itt hivatalos definíció, de szerencsére gyakorlatilag minden szerző, aki valaha is írt a témáról, szükségét érezte, hogy cikkét néhány bevezető szóval vezesse be, ahol elkerülhetetlenül kísérletet tesz a jelenség meghatározására, vagy legalábbis olyan lényegre törően összefoglalja azt, hogy egyetlen mondatba kerüljön. Egy reprezentatív definíció tehát a következő lehetne:

“A Haldane-effektus egy fiziko-kémiai jelenség, amely a vér megnövekedett CO2-szállító képességét írja le csökkent hemoglobin-szaturáció mellett”

vagy valami ilyesmi. A valóságban a Haldane-effektus és a Bohr-effektus ugyanannak a molekuláris mechanizmusnak a különböző kifejeződései, amely némileg független a CO2-től (ami történetesen éppen a légzésfiziológiában érdekelt ligandum). Valójában számos más molekuláris szereplő létezik (protonok, szervetlen ionok, mint a klorid, szerves foszfátok, mint a 2,3-DPG), amelyek nagyobb affinitással kötődnek a deoxigénezett hemoglobinhoz. Ugyanakkor ezeknek a különböző molekuláknak a kötődése stabilizálja a hemoglobin molekula oxigénmentes T-állapotát, csökkentve az oxigén iránti affinitását (ez lényegében a Bohr-hatás). Így, ha hűek lennénk a tényekhez, kénytelenek lennénk elismerni, hogy mindkét hatásnak valójában ugyanazt a definíciót kellene kapnia:

“A Bohr-Haldane-effektus egy fizikai-kémiai jelenség, amely a nem oxigén ligandumok hemoglobin általi megkötéséhez való affinitásában bekövetkező változásokat írja le, amelyek a hemoglobin tetramerben az oxigén hemhez való kötődése által kiváltott konformális változásokból erednek.”

Ez azonban nem igazán gördül le a nyelvünkön. A CICM vizsgáztatói közül senkit sem háborítana fel különösebben, ha valaki a korábban említett karboxi-centrikus definíciót részesítené előnyben. A Haldane- és a Bohr-effektust a főiskolai szakirodalomban általában szétválasztják. A történelmileg vizsgaorientált tanulmányi útmutatók, mint például Brandis The Physiology Viva című könyve is hajlamosak külön jelenségként tárgyalni őket, valószínűleg azért, mert klinikai jelentőségük némileg eltérő. Mindenesetre valószínűleg jól tennénk, ha csak Nunnt idéznénk:

“a különbség az oxigéndús és oxigénmentes vérben szállított szén-dioxid mennyiségében, állandó PCO2 mellett”

Haldane-effektus a CO2 oxigénmentes hemoglobin általi szállítása miatt

Azt, hogy a CO2 képes aminosavakhoz kötődni karbaminosavak és karbamátkonjugált bázisok képzése céljából, már máshol tárgyaltuk. A kérdés az, hogy mitől olyan különleges a vörösvérsejtek hemoglobinja, és hogyan változik ez, amikor a hemoglobin oxigénnel telítődik?

Röviden:

• CO2 kötődik a töltés nélküli N-terminális α-hez.aminocsoportokhoz a hemoglobin α és β alegységein

A hemoglobinmolekula hem vasatomjának oxigénezése heterotróp allosztérikus modulátora ezeknek a CO2-kötőhelyeknek, mert konformációs változást vezet be a hemoglobin-tetramerben (pozitív kooperativitás) Az allosztérikus moduláció eredményeként, a CO2 nagyobb affinitással rendelkezik a dezoxigénezett T-állapothoz, mint az R-állapothoz

• Ez a mechanizmus a Haldane-effektus (Roughton, 1964) miatt a teljes CO2-szállítás 70%-át teszi ki, és így körülbelül 10-15%-kal járul hozzá a teljes CO2-transzporthoz a vérben.

Ez valószínűleg elég jó a kormányzati munkához, de ha valaki igazán el akar merülni a fiziológiai apróságok mocsarában, Austen Riggs 1988-as cikke kiváló kiindulópontként szolgál. Mint fentebb említettük, a “hatás” nem korlátozódik a CO2-re, hanem inkább egy olyan jelenség, amely magában foglalja a hemoglobin különböző más ionfajokkal való promiszkuzív kötődését is. A dezoxigénezett hemoglobin például hatalmas kurva a protonok számára. Egy vérmennyiség teljes oxigénmentesítésének aktusa (egészen 0%-os SaO2 értékig) annyi protont szív el, hogy Nunn szerint (a 8. kiadás 155. oldala) 0,03-mal növeli a térfogat pH-ját. Ez egy szép átvezetés a következő szakaszhoz:

Haldane-effektus a hemoglobin fokozott pufferelése miatt

Még egyszer összefoglalva:

Minden hemoglobin-tetramer molekulának 38 töltött hisztidin-maradványa van, amelyek közül négy kapcsolódik a hemcsoporthoz.
• Az egyes hisztidin-maradékok disszociációs állandóját befolyásolja a hem oxigénellátottsága

Az eredmény, hogy amikor a hem oxigént veszít, a hemoglobin-tetramer egésze bázikusabbá válik.

• Ezáltal hidrogénionokat távolít el az oldatból (pl. puffereli az oldatot)

Ez a bikarbonát és a szénsav egyensúlyára gyakorolt hatás a szénsav bikarbonáttá történő átalakulásának kedvez Ezáltal a hemoglobin-tetramer oxigénvesztése a pufferelés révén növeli a bikarbonát formájában szállított CO2 mennyiségét

Ez valószínűleg csak kb. 30%-ban járul hozzá a Haldane-hatáshoz. Ez is hozzájárul a vénás vér pH-változásához. A vénás vér normál esetben meglehetősen savas lenne az extra CO2 jelenléte miatt (6 mm Hg-mal több, mint az artériás vérben), de az oxigénmentesített hemoglobin pufferhatása a pH-t a normálishoz közelebb hozza, olyannyira, hogy egyesek szerint a vénás minták biztonsággal helyettesíthetik az artériásakat a pH mérésekor az ED betegeknél.

A Haldane-effektus következményei a teljes CO2-szállításra

Még egyszer kénytelenek vagyunk megnézni a szén-dioxid disszociációs görbének ezt a diagramját.

Megfigyelhető, hogy különbség van az artériás és a vénás karbamáttartalom között. A különbség azonban meglehetősen stabil marad a 10 mmHg és 80 mmHg CO2 közötti kontinuum mentén. Mintha a tényleges PaCO2 nem számítana. Valójában ez a helyzet: az artériás és a vénás karbamát CO2-szállítás közötti különbség pusztán a hemoglobin oxigénellátottsági szintjének különbségéből adódik. Alkalmanként várhatóan azonosítani fogjuk az “artériás pontot” és a “vénás pontot” ezeken a görbéken, amelyek szemléltetik, hogy a Haldane-effektus hogyan járul hozzá az artériás és a kevert vénás vér közötti teljes CO2-tartalom (csekély) különbségéhez. Röviden, bár a teljes különbség csekély, a Haldane-hatás ennek több mint egyharmadáért felelős.

Hogy ezeket egy kicsit közelebbről is megnézzük:

A tankönyvekben elterjedt ábra azt szemlélteti, hogy ha a vér oxigéntelítettségét növeljük, akkor a CO2 parciális nyomása is nő, mert több CO2 szabadul fel a kötött helyekről. Konkrétan, ha a kevert vénás vér (SpO2 = 75%) teljesen oxigénnel telített lenne, a PaCO2 40-ről 46 mmHg-ra emelkedne. Ugyanakkor a teljes CO2-tartalom változatlan maradna. Ha a vonalat jobbra meghosszabbítjuk, megállapíthatjuk, hogy ha a kevert vénás vért valahogyan teljesen oxigéndúsítanánk anélkül, hogy CO2-tartalma megváltozna, a PaCO2 46 mmHg-ról körülbelül 55 mmHg-ra emelkedne.

Ha valaki figyelmes lenne, észrevehetné, hogy ennek a jelenségnek, ha hasznosan hozzájárulna a légzéshez, apró időkeretekben kellene lejátszódnia, nagyjából a vörösvértestek által a kapillárisban töltött idővel összhangban. Ha ennél hosszabb ideig tartana, akkor az egészből csak egy szén-dioxiddal dúsított artériás keringést kapnánk. Szerencsére, mint a Klocke (1973) enyhén színezett grafikonja mutatja, az egész folyamat tizedmásodpercek alatt zajlik:

.