Acest capitol este cel mai relevant pentru secțiunea F8(ii) din Syllabus-ul primar CICM 2017, care se așteaptă ca candidații la examen să fie capabili să „descrie transportul dioxidului de carbon în sânge, inclusiv efectul Haldane și deplasarea clorurii”. Deși nimeni nu a pus vreodată un CICM SAQ folosind fraza „ce este efectul Haldane?”, este în mod clar o întrebare corectă și oamenii ar trebui să se aștepte să știe acest lucru pentru acest examen. Ca majoritatea oamenilor sănătoși la cap, Haldane nu s-a referit la acest lucru ca fiind „Efectul meu”, deși ar fi putut în mod clar să facă acest lucru cu o falsă modestie minimă, deoarece, de fapt, pentru experiment a fost folosit propriul sânge defibrinat al lui Haldane.

În rezumat:

Tebboul & Scheeren (2017) oferă o explicație degresată, fără complicații, iar articolul lor este disponibil gratuit. Dacă cineva vrea grăsime și bibelouri, poate merge la această excelentă recenzie a lui Itiro Tyuma (1984). Deși nu este esențial, cineva ar putea dori, de asemenea, să citească articolul original al lui J.S Haldane, în care a fost al treilea autor (Christiansen et al, 1914).

Definirea efectului Haldane

Nu există o definiție formală aici, dar, din fericire, practic fiecare autor care a scris vreodată despre acest subiect a simțit nevoia de a-și prefața articolul cu câteva cuvinte introductive, în care, în mod inevitabil, face o încercare de a defini acest fenomen sau, cel puțin, de a-l rezuma atât de concis încât să fie acoperit de o singură propoziție. O definiție reprezentativă, prin urmare, ar putea fi:

„Efectul Haldane este un fenomen fizico-chimic care descrie capacitatea crescută a sângelui de a transporta CO2 în condiții de scădere a saturației hemoglobinei”

Sau ceva de genul acesta. În realitate, efectul Haldane și efectul Bohr sunt expresii diferite ale aceluiași mecanism molecular care nu are oarecum legătură cu CO2 (care se întâmplă să fie ligandul de interes în fiziologia respiratorie). În mod realist, există numeroși alți actori moleculari (protoni, ioni anorganici, cum ar fi clorura, fosfați organici, cum ar fi 2,3-DPG) care se leagă de hemoglobina deoxigenată cu o afinitate mai mare. În același timp, acțiunea de legare a acestor diverse molecule tinde să stabilizeze starea T deoxigenată a moleculei de hemoglobină, scăzând afinitatea acesteia pentru oxigen (ceea ce reprezintă practic efectul Bohr). Astfel, dacă am fi fideli faptelor, am fi forțați să admitem că ambele efecte ar trebui să aibă, de fapt, aceeași definiție:

„Efectul Bohr-Haldane este un fenomen fizico-chimic care descrie modificările de afinitate pentru legarea ligandului neoxigenat de către hemoglobină, care rezultă din modificările de conformație induse în tetramerul hemoglobinei prin legarea oxigenului de hema”

Cu toate acestea, însă, această definiție nu prea curge pe limbă. De asemenea, nimeni din populația examinatorilor CICM nu ar fi deosebit de supărat dacă se preferă definiția carboxicentrică menționată anterior. Efectele Haldane și Bohr sunt în general separate în literatura universitară. De asemenea, ghidurile de studiu orientate istoric spre examene, cum ar fi The Physiology Viva de Brandis, tind să le discute ca fenomene separate, probabil pentru că relevanța lor clinică este oarecum diferită. În orice caz, probabil că cineva s-ar descurca bine dacă s-ar limita la citarea lui Nunn:

” diferența dintre cantitatea de dioxid de carbon transportată, la PCO2 constantă, în sângele oxigenat și în cel dezoxigenat”

Efectul Haldane datorat transportului de CO2 de către hemoglobina dezoxigenată

Faptul că CO2 se poate lega de aminoacizi pentru a forma carbaminoacizi și baze conjugate carbamate a fost deja discutat în altă parte. Întrebarea este: ce face ca hemoglobina eritrocitară să fie atât de specială și cum se schimbă acest lucru atunci când hemoglobina este oxigenată?

În concluzie:

• CO2 se leagă de α-terminalul N-terminal neîncărcat.amino nearsă pe ambele subunități α și β ale hemoglobinei
• Oxigenarea atomului de fier hem dintr-o moleculă de hemoglobină este un modulator alosteric heterotropic al acestor situsuri de legare a CO2, deoarece introduce o modificare conformațională în tetramerul hemoglobinei (cooperativitate pozitivă)
• Ca urmare a acestei modulații alosterice, CO2 are o afinitate mai mare pentru starea T deoxigenată decât pentru starea R
• Acest mecanism contribuie cu 70% din transportul total de CO2 datorită efectului Haldane (Roughton, 1964) și, prin urmare, cu aproximativ 10-15% la transportul total de CO2 în sânge.

Aceasta este probabil suficient de bun pentru munca guvernamentală, dar dacă cineva dorește cu adevărat să se scufunde în mlaștina purulentă a amănuntelor fiziologice, articolul lui Austen Riggs din 1988 va servi ca un excelent punct de plecare. După cum s-a menționat mai sus, „efectul” nu se limitează la CO2, ci mai degrabă este un fenomen care implică, de asemenea, legarea promiscui a hemoglobinei cu diverse alte specii de ioni. Hemoglobina deoxigenată este o curvă masivă pentru protoni, de exemplu. Acțiunea de dezoxigenare completă a unui volum de sânge (până la o SaO2 de 0%) absoarbe suficienți protoni pentru a crește pH-ul volumului cu 0,03, potrivit lui Nunn (p. 155 din ediția a 8-a). Aceasta este o modalitate bună de a trece la următoarea secțiune:

Efectul Haldane datorat tamponării crescute de către hemoglobină

Din nou, pe scurt:

• Care moleculă de hemoglobină tetramerică are 38 de resturi de histidină încărcate, dintre care patru sunt atașate la grupa hema.
• Constanta de disociere pentru fiecare dintre aceste resturi de histidină este influențată de oxigenarea hemei
• Ca urmare, atunci când hema pierde oxigen, tetramerul de hemoglobină ca întreg devine mai bazic.
• Aceasta îndepărtează ionii de hidrogen din soluție (de ex. tamponează soluția)
• Efectul acestui fapt asupra echilibrului dintre bicarbonat și acidul carbonic favorizează conversia acidului carbonic în bicarbonat
• Atunci, pierderea de oxigen din tetramerul hemoglobinei, prin tamponare, crește cantitatea de CO2 transportată sub formă de bicarbonat

Aceasta contribuie probabil doar cu aproximativ 30% din efectul Haldane. Contribuie, de asemenea, la modificarea pH-ului din sângele venos. În mod normal, sângele venos ar fi destul de acid din cauza prezenței CO2 suplimentar (cu 6 mm Hg mai mult decât sângele arterial), dar efectul tampon al hemoglobinei deoxigenate îi restabilește pH-ul mai aproape de normalitate, atât de mult încât unii susțin că probele venoase pot înlocui în siguranță probele arteriale pentru măsurarea pH-ului în rândul pacienților cu urgențe.

Consecințele efectului Haldane pentru transportul total de CO2

Încă o dată, suntem obligați să ne uităm la această diagramă a curbei de disociere a dioxidului de carbon.

Observați că există o diferență între conținutul arterial și cel venos de carbamat. Cu toate acestea, diferența rămâne destul de stabilă de-a lungul continuumului de la 10 mmHg la 80 mmHg de CO2. Este ca și cum PaCO2 real nu contează. De fapt, acesta este cazul: diferența dintre transportul arterial și cel venos al carbamatului de CO2 se datorează pur și simplu diferenței nivelului de oxigenare a hemoglobinei. Ocazional, este de așteptat să se identifice „punctul arterial” și „punctul venos” pe aceste curbe, care ilustrează modul în care efectul Haldane contribuie la diferența (minoră) a conținutului total de CO2 între sângele arterial și cel venos mixt. Pe scurt, deși diferența totală este minoră, efectul Haldane este responsabil pentru mai mult de o treime din ea.

Să ne uităm puțin mai atent la acestea:

Această diagramă, obișnuită în manualele școlare, ilustrează faptul că, dacă saturația în oxigen a sângelui este crescută, presiunea parțială a CO2 va crește și ea, deoarece mai mult CO2 va fi eliberat din locurile sale legate. Mai exact, dacă sângele venos mixt (SpO2 = 75%) ar deveni complet oxigenat, PaCO2 ar crește de la 40 la 46 mmHg. În același timp, conținutul total de CO2 ar rămâne același. Extinzând linia și mai la dreapta, se observă că, dacă sângele venos mixt ar deveni cumva complet oxigenat fără nicio modificare a conținutului său de CO2, PaCO2 ar crește de la 46 mmHg la aproximativ 55 mmHg.

Dacă cineva ar fi atent, ar observa că acest fenomen, dacă ar contribui în mod util la respirație, ar trebui să se desfășoare în intervale de timp minuscule, aproximativ în concordanță cu timpul petrecut de globulele roșii în capilar. Dacă ar dura mai mult de atât, s-ar obține din toate acestea doar o circulație arterială îmbogățită cu dioxid de carbon. Din fericire, așa cum demonstrează graficul ușor colorat de Klocke (1973), întregul proces are loc în zecimi de secundă:

.