Ten rozdział jest najbardziej odpowiedni dla Sekcji F8(ii) z 2017 CICM Primary Syllabus, który oczekuje od kandydatów na egzamin, aby byli w stanie „opisać przewóz dwutlenku węgla we krwi, w tym efekt Haldane’a i przesunięcie chlorkowe”. Chociaż nikt nigdy nie zadał CICM SAQ używając frazy „co to jest efekt Haldane’a?”, jest to wyraźnie uczciwe pytanie i ludzie powinni oczekiwać, że będą to wiedzieć na tym egzaminie. Podobnie jak większość zdrowych ludzi, Haldane nie odniósł się do tej rzeczy jako „mój Efekt”, choć mógł wyraźnie zrobić to z minimalną fałszywą skromnością, ponieważ był to w rzeczywistości Haldane’a własnej zdefibrynowanej krwi, która została użyta do eksperymentu.

W podsumowaniu:

Tebboul & Scheeren (2017) oferują odtłuszczone wyjaśnienie bez zbędnych ozdobników, a ich artykuł jest dostępny za darmo. Jeśli ktoś chce tłuszczu i falbanki, można przejść do tego doskonałego przeglądu przez Itiro Tyuma (1984). Choć nie jest to niezbędne, można również chcieć przeczytać oryginalny artykuł J.S Haldane’a, gdzie był trzecim autorem (Christiansen i inni, 1914).

Definicja efektu Haldane’a

Nie ma tu formalnej definicji, ale na szczęście praktycznie każdy autor, który kiedykolwiek pisał na ten temat, odczuwał potrzebę poprzedzenia swojego artykułu jakimiś słowami wstępu, gdzie nieuchronnie podejmował próbę zdefiniowania tego zjawiska, lub przynajmniej tak trafnego podsumowania, że mieści się ono w jednym zdaniu. Reprezentatywna definicja mogłaby więc brzmieć:

„Efekt Haldane’a jest zjawiskiem fizykochemicznym, które opisuje zwiększoną zdolność krwi do przenoszenia CO2 w warunkach zmniejszonego nasycenia hemoglobiny”

lub coś w tym stylu. W rzeczywistości, efekt Haldane’a i efekt Bohra są różnymi przejawami tego samego mechanizmu molekularnego, który jest nieco niezwiązany z CO2 (tak się składa, że jest to ligand będący przedmiotem zainteresowania w fizjologii oddychania). Realnie rzecz biorąc, istnieje wiele innych aktorów molekularnych (protony, jony nieorganiczne, takie jak chlorki, fosforany organiczne, takie jak 2,3-DPG), które wiążą się z deoksygenowaną hemoglobiną z większym powinowactwem. Jednocześnie, działanie wiązania tych różnych cząsteczek ma tendencję do stabilizowania odtlenionego stanu T cząsteczki hemoglobiny, zmniejszając jej powinowactwo do tlenu (co jest w zasadzie efektem Bohra). Tak więc, jeśli ktoś byłby wierny faktom, byłby zmuszony przyznać, że oba efekty powinny naprawdę mieć tę samą definicję:

„Efekt Bohra-Haldane’a jest zjawiskiem fizykochemicznym, które opisuje zmiany w powinowactwie do wiązania ligandów nietlenowych przez hemoglobinę, które wynikają ze zmian konformalnych indukowanych w tetramerze hemoglobiny przez wiązanie tlenu z hemem”

Jednakże, to nie do końca idzie z języka. Nikt z egzaminatorów CICM nie byłby też szczególnie zdenerwowany, gdyby preferował wcześniej wspomnianą definicję karboksycentryczną. W literaturze fachowej efekty Haldane’a i Bohra są na ogół rozdzielane. Również historycznie zorientowane na egzaminy przewodniki, takie jak „The Physiology Viva” Brandisa, omawiają je jako odrębne zjawiska, prawdopodobnie dlatego, że ich znaczenie kliniczne jest nieco inne. W każdym razie, ktoś prawdopodobnie zrobiłby dobrze, gdyby po prostu zacytował Nunn’a:

” różnica w ilości dwutlenku węgla przenoszonego, przy stałym PCO2, w krwi natlenionej i odtlenionej”

Efekt Haldane’a spowodowany przenoszeniem CO2 przez odtlenioną hemoglobinę

Fakt, że CO2 może wiązać się z aminokwasami tworząc kwasy karbaminowe i zasady sprzężone z karbaminianami został już omówiony w innym miejscu. Pytanie brzmi, co sprawia, że hemoglobina krwinek czerwonych jest tak wyjątkowa i jak to się zmienia, gdy hemoglobina jest natleniona?

W skrócie:

• CO2 wiąże się z nienaładowanymi N-końcowymi α-grup aminowych na obu podjednostkach α i β hemoglobiny
• Oksygenacja atomu żelaza hemowego w cząsteczce hemoglobiny jest heterotropowym allosterycznym modulatorem tych miejsc wiązania CO2, ponieważ wprowadza zmianę konformacyjną do tetrameru hemoglobiny (pozytywna kooperatywność)
• W wyniku tej allosterycznej modulacji, CO2 ma wyższe powinowactwo do odtlenowanego stanu T niż do stanu R
• Mechanizm ten przyczynia się do 70% całkowitego transportu CO2 dzięki efektowi Haldane’a (Roughton, 1964), a zatem około 10-15% do całkowitego transportu CO2 we krwi.

To jest prawdopodobnie wystarczająco dobre dla pracy rządu, ale jeśli ktoś naprawdę chce zanurzyć się w bagnie purgling fizjologicznych minutiae, artykuł Austen Riggs z 1988 będzie służyć jako doskonały punkt wyjścia. Jak wspomniano powyżej, „efekt” nie jest ograniczony do CO2, ale raczej jest to zjawisko, które obejmuje również hemoglobiny wiązania promiscuously z różnych innych gatunków jonów. Na przykład, odtleniona hemoglobina jest ogromną dziwką dla protonów. Akt całkowitego odtlenienia objętości krwi (do SaO2 równego 0%) zasysa wystarczającą ilość protonów, aby zwiększyć pH tej objętości o 0,03, według Nunn’a (str. 155 wydania 8). To jest dobry sposób na przejście do następnej sekcji:

Efekt Haldane’a spowodowany zwiększonym buforowaniem przez hemoglobinę

Ponownie, w podsumowaniu:

• Każda cząsteczka tetrameru hemoglobiny ma 38 naładowanych reszt histydyny, z których cztery są dołączone do grupy hemowej.
• Na stałą dysocjacji dla każdej z tych reszt histydynowych wpływa natlenienie hemu
• W rezultacie, gdy hem traci tlen, tetramer hemoglobiny jako całość staje się bardziej zasadowy.
• To usuwa jony wodorowe z roztworu (tj. buforuje roztwór)
• Wpływ tego na równowagę wodorowęglanu i kwasu węglowego sprzyja przemianie kwasu węglowego w wodorowęglan
• Tak więc, utrata tlenu z tetrameru hemoglobiny, poprzez buforowanie, zwiększa ilość CO2 przenoszonego w postaci wodorowęglanu

To prawdopodobnie przyczynia się tylko do około 30% efektu Haldane’a. Przyczynia się również do zmiany pH w krwi żylnej. Krew żylna jest zwykle dość kwaśna z powodu obecności dodatkowego CO2 (6mm Hg więcej niż krew tętnicza), ale buforujący efekt odtlenowanej hemoglobiny przywraca jej pH bliższe normalności, do tego stopnia, że niektórzy twierdzą, że próbki żylne mogą bezpiecznie zastąpić tętnicze do pomiaru pH wśród pacjentów z ED.

Konsekwencje efektu Haldane’a dla całkowitego przewozu CO2

Ponownie, jesteśmy zmuszeni spojrzeć na ten diagram krzywej dysocjacji dwutlenku węgla.

Zauważ, że istnieje różnica między tętniczą i żylną zawartością karbaminianu. Jednakże, różnica ta pozostaje dość stabilna wzdłuż kontinuum od 10 mmHg do 80 mmHg CO2. To tak, jakby rzeczywiste PaCO2 nie miało znaczenia. Tak jest w istocie: różnica między tętniczym i żylnym transportem karbaminianu CO2 wynika wyłącznie z różnicy w poziomie utlenowania hemoglobiny. Czasami można się spodziewać, że na tych krzywych zidentyfikujemy „punkt tętniczy” i „punkt żylny”, które ilustrują, w jaki sposób efekt Haldane’a przyczynia się do (niewielkiej) różnicy w całkowitej zawartości CO2 między krwią tętniczą a mieszaną krwią żylną. Krótko mówiąc, chociaż całkowita różnica jest niewielka, efekt Haldane’a jest odpowiedzialny za więcej niż jedną trzecią tej różnicy.

Aby przyjrzeć się tym nieco bliżej:

Ten diagram, powszechny w podręcznikach, ilustruje, że jeśli nasycenie krwi tlenem wzrośnie, ciśnienie parcjalne CO2 również wzrośnie, ponieważ więcej CO2 zostanie uwolnione z miejsc związanych. Konkretnie, jeśli mieszana krew żylna (SpO2 = 75%) zostałaby w pełni natleniona, PaCO2 wzrosłoby z 40 do 46 mmHg. W tym samym czasie całkowita zawartość CO2 pozostałaby taka sama. Rozszerzając linię dalej w prawo, zauważamy, że jeśli mieszana krew żylna zostałaby w jakiś sposób w pełni natleniona bez żadnej zmiany w jej zawartości CO2, PaCO2 wzrosłoby z 46 mmHg do około 55 mmHg.

Jeśli ktoś zwracałby uwagę, zauważyłby, że to zjawisko, jeśli miałoby się przyczynić do oddychania, powinno rozgrywać się w niewielkich ramach czasowych, z grubsza odpowiadających czasowi spędzonemu przez czerwone krwinki w kapilarze. Gdyby trwało to dłużej, otrzymalibyśmy z tego wszystkiego jedynie wzbogacone o dwutlenek węgla krążenie tętnicze. Na szczęście, jak pokazuje lekko podkolorowany wykres z Klocke (1973), cały proces zachodzi w ciągu dziesiątych części sekundy:

.