ساختمان هموگلوبین و گروه هِم
هموگلوبین پروتئینی چهارزنجیرهای است که در فرد بالغ سالم، فرم اصلی آن از دو زنجیرهٔ آلفا و دو زنجیرهٔ بتا تشکیل میشود. هر زنجیره یک حفره برای جایگیری گروه هِم دارد؛ بنابراین هر مولکول هموگلوبین چهار گروه هِم و چهار اتم آهن دارد.
حلقهٔ پورفیرین
چهار حلقهٔ پیرول که بهوسیلهٔ پلهای متنیل به هم متصلاند.
آهن مرکزی
در حالت عملکردی هموگلوبین به فرم احیاشدهٔ Fe²⁺ باقی میماند.
هیستیدین نزدیک
Proximal یا F8؛ اتصال محکمتر به آهن و نگهداشتن گروه هِم در حفره.
هیستیدین دور
Distal یا E7؛ اکسیژن میان این هیستیدین و آهن جای میگیرد.
اعداد مهم
وزن مولکولی هموگلوبین در جزوه حدود ۶۴۵۰۰ دالتون ذکر شده است. زنجیرهٔ آلفا ۱۴۱ اسیدآمینه دارد و زنجیرههای غیرآلفا معمولاً حدود ۱۴۶ اسیدآمینه دارند.
اتصال اکسیژن و همکاری زیرواحدها
با اتصال اکسیژن به آهن، اتم آهن به سمت صفحهٔ حلقهٔ هِم حرکت میکند و این جابهجایی به هیستیدین نزدیک و سپس به زنجیرههای مجاور منتقل میشود. در نتیجه اتصال اکسیژن به زیرواحدهای بعدی آسانتر میشود؛ این پدیده پایهٔ همکاری بین زنجیرههای هموگلوبین است.
حالت T
فرم Tense؛ هموگلوبین بدون اکسیژن، پیوندهای نمکی بیشتر و تمایل کمتر به اکسیژن.
حالت R
فرم Relax؛ با اتصال اکسیژن بعضی پیوندهای نمکی شکسته و ساختار برای اتصال اکسیژن بعدی آمادهتر میشود.
هموگلوبین در برابر میوگلوبین
میوگلوبین تنها یک زنجیره دارد و اتصال اکسیژن در آن سادهتر است؛ اما هموگلوبین چهارزنجیرهای رفتار تعاونی نشان میدهد و منحنی اشباع آن سیگموئیدی است.
انواع هموگلوبین در طول زندگی
| هموگلوبین | ساختمان | مقدار یا دورهٔ غالب | نکتهٔ مهم |
|---|---|---|---|
| HbA | α₂β₂ | حدود ۹۶٪ در بالغ سالم | فرم اصلی هموگلوبین بالغ |
| HbA₂ | α₂δ₂ | حدود ۲٫۵ تا ۳٪ | در بعضی تالاسمیها ارزش تشخیصی دارد |
| HbF | α₂γ₂ | حدود ۱٪ در بالغ؛ غالب در جنین | تمایل بیشتر به اکسیژن نسبت به HbA |
| Hb Gower 1 | ζ₂ε₂ | اوایل حیات جنینی | فرم جنینی اولیه |
| Hb Gower 2 | α₂ε₂ | اوایل حیات جنینی | فرم جنینی اولیه |
| Hb Portland | ترکیبهای ζ با γ یا β | سهماههٔ نخست | با توقف زنجیرهٔ زتا کاهش مییابد |
تغییر بعد از تولد
بعد از تولد، سنتز زنجیرهٔ گاما کاهش و سنتز زنجیرهٔ بتا افزایش مییابد؛ در حدود ششماهگی الگوی هموگلوبین نوزاد به الگوی فرد بالغ نزدیک میشود.
HbA1c و هموگلوبینهای تغییرشکلیافته
گلوکز میتواند به گروه آمین انتهایی زنجیرهٔ بتا متصل شود و پس از تغییر آرایش، اتصال پایدار و برگشتناپذیری ایجاد کند. محصول این فرایند HbA1c است. در جزوه، عمر گلبول قرمز حدود ۱۲۰ روز در نظر گرفته شده و HbA1c بهعنوان شاخصی از وضعیت قند خون طی ماههای گذشته معرفی شده است.
| فرم تغییرشکلیافته | مکانیسم | پیامد |
|---|---|---|
| HbA1c | اتصال برگشتناپذیر گلوکز به هموگلوبین | پایش طولانیتر قند خون |
| کربوکسیهموگلوبین | اتصال CO به هموگلوبین | کاهش انتقال اکسیژن؛ در غلظتهای بالا تهدیدکنندهٔ حیات |
| متهموگلوبین | اکسیدشدن آهن Fe²⁺ به Fe³⁺ | کاهش توان حمل اکسیژن و امکان سیانوز |
| سولفهموگلوبین | واکنش با ترکیبات گوگرددار | در مقدار بالا و اکسیژن کم، سیانوز |
متهموگلوبین
در حالت طبیعی آنزیم NADH-Cytochrome Reductase آهن فریک را دوباره به فرم Fe²⁺ برمیگرداند. در کمبود ارثی این آنزیم یا تماس با برخی اکسیدانها، متهموگلوبین میتواند افزایش یابد.
اثر pH و 2,3-BPG بر تمایل به اکسیژن
افزایش CO₂
تولید اسیدکربنیک و افزایش H⁺.
کاهش pH
هیستیدینها H⁺ میگیرند و جداشدن اکسیژن تسهیل میشود.
اثر بور
اسیدیشدن محیط باعث شیفت منحنی به راست و آزادسازی اکسیژن میشود.
2,3-BPG
به حفرهٔ میان زنجیرهها و به دو زنجیرهٔ بتا متصل میشود و آزادسازی اکسیژن را آسان میکند.
جمعبندی
هر عاملی که حالت T را پایدارتر کند، تمایل هموگلوبین به اکسیژن را کاهش میدهد و تحویل اکسیژن به بافت را افزایش میدهد.
رویکرد آزمایشگاهی به اختلالات هموگلوبین
CBC
Hb، MCV، MCH و تعداد گلبول قرمز.
اسمیر خون
بررسی کمرنگی، Target cell و Poikilocyte.
الکتروفورز
تفکیک بسیاری از انواع هموگلوبین در pH مناسب.
HbA₂ و HbF
بررسی افزایش یا کاهش فرمهای خاص.
HPLC
جداسازی و اندازهگیری دقیقتر انواع هموگلوبین.
تستهای ژنتیکی
PCR یا Southern blot در موارد لازم.
نکات منبع
در جزوه MCV پایین برای شک به تالاسمی اهمیت دارد و HPLC بهعنوان یکی از بهترین روشهای شناسایی و تفکیک هموگلوبینها معرفی شده است. برای HbS نیز تست حلالیت بهعنوان تست ساده مطرح شده است.
تالاسمی در برابر هموگلوبینوپاتی
تالاسمی
- اختلال در مقدار تولید زنجیرههای گلوبین
- کاهش یا فقدان سنتز زنجیرهٔ آلفا یا بتا
- اغلب با میکروسیتوز همراه است
هموگلوبینوپاتی
- تغییر کیفی ساختمان هموگلوبین
- اغلب ناشی از جهش نقطهای
- بسیاری از جهشها از نظر بالینی بیاهمیتاند
آلفا تالاسمی
| نوع | تعداد ژن حذفشده | ژنوتیپ نمونه | پیامد |
|---|---|---|---|
| ناقل خاموش | ۱ | -α/αα | خفیف یا بیعلامت |
| آلفا تالاسمی خفیف | ۲ | --/αα یا -α/-α | حذف به شکل Cis یا Trans |
| Hb H disease | ۳ | --/-α | کمخونی مزمن؛ تشکیل تترامر β₄ |
| Hb Bart's / Hydrops Fetalis | ۴ | --/-- | عدم ساخت HbA، HbA₂ و HbF؛ بیماری بسیار شدید جنینی |
Cis در برابر Trans
در حذف Cis هر دو ژن حذفشده روی یک کروموزوم قرار دارند؛ در حذف Trans یک ژن از هر کروموزوم حذف میشود.
بتا تالاسمی
بتا تالاسمی حاصل کاهش یا فقدان سنتز زنجیرهٔ بتا است و در نواحی مدیترانه، خاورمیانه، آفریقا و بخشهایی از جنوب و شرق آسیا شیوع بیشتری دارد. در جزوه بیش از ۲۵۰ جهش برای آن ذکر شده است.
| نوع | ویژگی اصلی | الگوی هموگلوبین | نکات مهم |
|---|---|---|---|
| β⁰ / تالاسمی شدید | فقدان مؤثر سنتز زنجیرهٔ بتا | HbF بسیار بالا، HbA غایب، HbA₂ متغیر | کمخونی شدید، گسترش مغز استخوان و نیاز به انتقال خون |
| β⁺ / تالاسمی متوسط | کاهش قابلتوجه سنتز بتا | بسته به شدت متغیر | شدت بالینی کمتر از فرم Major |
| تالاسمی خفیف | کاهش خفیف سنتز بتا | HbA₂ اغلب بالاتر از ۳٫۵٪؛ HbF در بخشی از موارد بالا | MCV و MCH پایین؛ گاهی فقط در شرایط حاد نیاز به انتقال خون |
| δβ تالاسمی / Hb Lepore | جهشهای حذفی در ناحیهٔ بتا | HbF حدود ۱۵ تا ۲۰٪، HbA₂ نرمال | کاهش MCV و MCH |
عوارض انتقال خون
در تالاسمی شدید، انتقال خون مکرر میتواند باعث تجمع آهن و رسوب آن در بافتها شود. در جزوه تجمع آهن قلبی، نارسایی قلبی، اختلالات غددی، دیابت، بیماری کبدی و پوکی استخوان از عوارض مهم ذکر شدهاند.
فاکتور تمایز، RDW و تشخیص افتراقی
فاکتور تمایز DF
فرمول ذکرشده در جزوه: DF = (MCV × MCV) × RDW / Hb × 100
| DF | تفسیر در جزوه |
|---|---|
| < 65 | بیشتر به نفع تالاسمی خفیف |
| 65 تا 75 | ناحیهٔ مبهم؛ امکان ترکیب تالاسمی و کمبود آهن |
| > 75 | بیشتر به نفع کمخونی فقر آهن |
RDW
نشاندهندهٔ میزان تفاوت اندازهٔ گلبولهای قرمز است. محدودهٔ نرمال در جزوه ۱۱٫۵ تا ۱۴٫۵٪ ذکر شده است.
الگوی بیماریها
کمبود آهن از علل شایع افزایش RDW است؛ تالاسمی بیشتر گلبولهای کوچک ایجاد میکند و کمبود B12 یا فولات با گلبولهای بزرگتر همراه است.
هموگلوبینوپاتیهای مهم
| هموگلوبین | جهش یا ترکیب | نکتهٔ بالینی |
|---|---|---|
| HbS | جایگزینی گلوتامات شمارهٔ ۶ زنجیرهٔ بتا با والین | در حالت Deoxy تمایل به پلیمریزاسیون و داسیشدن دارد |
| HbC | گلوتامات ۶ بتا → لیزین | هتروزیگوت بیعلامت؛ هوموزیگوت کمخونی خفیف تا متوسط و Target cell |
| HbD Punjab | گلوتامات ۱۲۱ بتا → گلوتامین | فرم Trait بیعلامت؛ هوموزیگوت با کمخونی خفیف |
| HbD Iran | گلوتامات ۲۲ بتا → گلوتامین | در جزوه بدون علائم و عوارض ذکر شده است |
| HbE | گلوتامات ۲۶ بتا → لیزین | اغلب بیعلامت؛ گاهی کمخونی خفیف و همراهی با بتا تالاسمی |
| HbO Arab | گلوتامات ۱۲۱ بتا → لیزین | فرمهای هوموزیگوت و هتروزیگوت |
| Hb Lepore | زنجیرهٔ ترکیبی بتا ـ دلتا | یافتههای بالینی شبیه تالاسمی متوسط یا شدید |
پایداری HbF پس از تولد
در HPFH غلظت HbF پس از تولد بالا باقی میماند؛ Hb، MCV، MCH و HbA₂ در جزوه در محدودهٔ نرمال ذکر شدهاند و بیماری بدون علائم کلینیکی یا هماتولوژیک معرفی شده است.
نقشهای آهن و واکنش فنتون
آهن در ساخت گروه هِم، انتقال اکسیژن، زنجیرهٔ تنفسی و فعالیت بسیاری از آنزیمها نقش دارد. توانایی جابهجایی بین Fe²⁺ و Fe³⁺ امکان شرکت در واکنشهای اکسید و احیا را فراهم میکند، اما همین ویژگی در صورت افزایش آهن میتواند باعث تولید رادیکالهای آزاد شود.
هموگلوبین و میوگلوبین
انتقال و ذخیرهٔ اکسیژن.
کاتالاز و پراکسیداز
نقش در متابولیسم اکسیژن و سیستم آنتیاکسیدانی.
سیتوکرومها
انتقال الکترون در زنجیرهٔ تنفسی.
پروتئینهای غیرهِم
سنتز DNA، تکثیر، تمایز، تنظیم بیان ژن و متابولیسم داروها.
فنتون
آهن اضافی میتواند تولید رادیکال هیدروکسیل را افزایش دهد.
چرا آهن آزاد خطرناک است؟
رادیکالهای آزاد میتوانند به پروتئینها، DNA و اسیدهای چرب غشایی آسیب بزنند؛ به همین دلیل بدن بیشتر آهن را به پروتئینهای ناقل یا ذخیرهای متصل نگه میدارد.
ذخیره و انتقال آهن
| پروتئین | نقش | نکتهٔ ساختاری یا بالینی |
|---|---|---|
| فریتین | ذخیرهٔ داخلسلولی آهن | ۲۴ زیرواحد H و L؛ ظرفیت ذخیرهٔ چند هزار اتم آهن |
| هموسیدرین | فرم ذخیرهای حاصل از تخریب بخشی از فریتین | در ذخیرهٔ آهن در بافتها نقش دارد |
| ترانسفرین | ناقل آهن در خون | اتصال آهن و جلوگیری از حضور آهن آزاد و اکسیدان |
| TfR1 | گیرندهٔ ترانسفرین در سلول | دریافت آهن سلولی با تنظیم بیان گیرنده کنترل میشود |
توزیع عمدهٔ آهن
در جزوه حدود ۲٫۵ گرم آهن در هموگلوبین، حدود ۱۳۰ میلیگرم در میوگلوبین، حدود یک گرم در ذخایر فریتین و هموسیدرین و حدود ۳ میلیگرم در گردش خونِ متصل به ترانسفرین ذکر شده است.
جذب رودهای و محور هپسیدین ـ فروپورتین
مرحلهٔ لومینال
DcytB آهن Fe³⁺ را به Fe²⁺ احیا میکند.
ورود به انتروسیت
DMT1 آهن دوظرفیتی را وارد سلول مخاطی میکند.
ذخیره
بخشی از آهن در فریتین باقی میماند.
خروج
فروپورتین آهن را به سمت خون پورتال منتقل میکند.
اکسیداسیون
هفستین Fe²⁺ را به Fe³⁺ تبدیل میکند.
اتصال به ترانسفرین
آهن سهظرفیتی در خون به ترانسفرین متصل میشود.
آهن بالا
هپسیدین افزایش مییابد.
مهار فروپورتین
خروج آهن از انتروسیت و ماکروفاژ کم میشود.
کاهش جذب
ورود آهن به گردش خون محدود میشود.
آهن پایین
هپسیدین کاهش و فعالیت فروپورتین افزایش مییابد.
التهاب
در سپسیس و بیماری مزمن کلیه، هپسیدین میتواند بالا رود.
ورود آهن به سلولهای اریتروئیدی
هولوترانسفرین
ترانسفرین حامل آهن به TfR1 متصل میشود.
اندوسیتوز
کمپلکس وارد سلول پیشساز اریتروئید میشود.
محیط اسیدی
در وزیکول/لیزوزوم آهن از ترانسفرین جدا میشود.
احیا
آهن به فرم Fe²⁺ تبدیل میشود.
DMT1
آهن دوظرفیتی وارد سیتوپلاسم میشود.
سنتز هِم
آهن برای ساخت هموگلوبین مصرف میشود و آپوترانسفرین بازیافت میگردد.
کمخونی فقر آهن و IRIDA
کمخونی فقر آهن
- کاهش واقعی ذخایر آهن
- شایع در کودکان، بانوان پیش از یائسگی و بارداری
- خستگی، کاهش تحمل ورزش و سندروم پای بیقرار
- درمان با اصلاح علت و مکمل آهن
IRIDA
- بیماری ژنتیکی اتوزوم مغلوب
- جهش TMPRSS6 و اختلال در تنظیم هپسیدین
- میکروسیتوز شدید و TSAT بسیار پایین
- پاسخ ضعیف به آهن خوراکی و امکان درمان وریدی
مقاومت به آهن خوراکی
در جزوه علاوه بر IRIDA، عفونت هلیکوباکتر پیلوری، برداشتن بخشی از معده و جراحی بایپس معده از مواردی ذکر شدهاند که میتوانند با پاسخ ضعیف به مکمل خوراکی آهن همراه باشند.
بار اضافی آهن و هموکروماتوز
تجمع مزمن آهن میتواند بهصورت تدریجی و برگشتناپذیر به بافتها آسیب بزند. در هموکروماتوز ارثی، اختلال در محور هپسیدین ـ فروپورتین باعث ادامهٔ جذب آهن با وجود کافی یا زیاد بودن ذخایر بدن میشود.
فریتین و TSAT
در هموکروماتوز کلاسیک بالا میروند.
NTBI
با اشباع ترانسفرین، آهن اضافی به مولکولهایی مانند سیترات متصل میشود.
کبد و قلب
NTBI بهراحتی توسط این بافتها گرفته میشود.
آسیب اکسیداتیو
آهن آزاد بهعنوان اکسیدان عمل میکند و به بافت آسیب میزند.
تالاسمی
انتقال خون مکرر یا اریتروپوئز ناکارآمد میتواند بار آهن را بیشتر کند.
کمخونی بیماری مزمن و اختلال توزیع آهن
کمخونی فقر آهن
مشکل اصلی، کاهش مطلق ذخایر آهن بدن است؛ مقدار آهن قابلدسترس تابع میزان واقعی ذخایر است.
کمخونی بیماری مزمن
ذخایر ممکن است کافی باشند، اما افزایش هپسیدین باعث محدودشدن رهاسازی و توزیع آهن میشود.
هپسیدین ↑
فروپورتین مهار میشود.
آهن سرم ↓
Hypoferemia با وجود ذخایر نسبی کافی.
حبس آهن
آهن بیشتر در سیستم رتیکولواندوتلیال باقی میماند.
اریتروپوئز ↓
دسترسی مغز استخوان به آهن کمتر میشود.
بیماریهای زمینهای
بیماری مزمن کلیه، التهاب روده، نارسایی قلبی، سرطان و بیماری کبدی.
مرور نهایی و جدولهای مقایسهای
| موضوع | نکتهٔ کلیدی |
|---|---|
| HbA | α₂β₂ و فرم اصلی بالغ |
| HbF | α₂γ₂ و تمایل بیشتر به اکسیژن |
| HbA1c | محصول گلیکاسیون هموگلوبین و شاخص پایش قند در ماههای گذشته |
| اثر بور | کاهش pH موجب کاهش تمایل هموگلوبین به اکسیژن و شیفت راست میشود |
| آلفا تالاسمی | شدت بیماری تابع تعداد ژنهای آلفای حذفشده است |
| بتا تالاسمی | کاهش یا فقدان سنتز بتا؛ HbF و HbA₂ در تشخیص مهماند |
| HbS | Glu6Val و پلیمریزاسیون در حالت Deoxy |
| فریتین | پروتئین اصلی ذخیرهٔ آهن |
| ترانسفرین | ناقل آهن در خون |
| هپسیدین | مهارکنندهٔ فروپورتین و کاهشدهندهٔ ورود آهن به خون |
| اختلال آهن | آهن سرم | ذخایر / فریتین | هپسیدین یا ویژگی غالب |
|---|---|---|---|
| فقر آهن | پایین | کاهش ذخایر | کاهش واقعی آهن بدن |
| IRIDA | پایین | پایین یا نرمال در جزوه | هپسیدین نامتناسباً بالا نسبت به TSAT |
| کمخونی بیماری مزمن | پایین | ذخایر کافی یا نسبی | هپسیدین بالا و حبس آهن |
| هموکروماتوز | افزایش دسترسی آهن | فریتین بالا | TSAT بالا و تجمع بافتی |