Гемоглобин входит в состав группы белков гемопротеины, которые входят в класс хромопротеинов, и подразделяются на неферментативные белки (гемоглобин, миоглобин) и ферменты (цитохромы, каталаза, пероксидаза). Небелковой частью их является гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe²⁺. Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями.

Строение гемоглобина

Гемоглобин представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие белковые субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водородными связями, при этом они взаимодействуют не произвольно, а определенным участком – контактной поверхностью. Этот процесс высокоспецифичен, контакт происходит одновременно в десятках точек по принципу комплементарности. Взаимодействие осуществляют разноименно заряженные группы, гидрофобные участки, неровности на поверхности белка.

Белковые субъединицы в нормальном гемоглобине могут быть представлены различными типами полипептидных цепей: α, β, γ, δ, ε, ξ (соответственно, греч. - альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон, кси). В состав молекулы гемоглобина входят по две цепи двух разных типов.

Гем соединяется с белковой субъединицей, во-первых, через остаток гистидина координационной связью железа, во-вторых, через гидрофобные связи пиррольных колец и гидрофобных аминокислот. Гем располагается как бы "в кармане" своей цепи и формируется гемсодержащий протомер.

Нормальные формы гемоглобина

Существует несколько нормальных вариантов гемоглобина:

• HbР (primitive) – примитивный гемоглобин, содержит 2ξ- и 2ε-цепи, встречается у эмбриона между 7-12 неделями жизни,
• HbF (foetal) – фетальный гемоглобин, содержит 2α- и 2γ-цепи, появляется через 12 недель внутриутробного развития и является основным после 3 месяцев,
• HbA (adult) – гемоглобин взрослых, доля составляет 98%, содержит 2α- и 2β-цепи, у плода появляется через 3 месяца жизни и к рождению составляет 80% всего гемоглобина,
• HbA₂ – гемоглобин взрослых, доля составляет 2%, содержит 2α- и 2δ-цепи,
• HbO₂ – оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в легочных венах его 94-98% от всего количества гемоглобина,
• HbCO₂ – карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови составляет 15-20% от всего количества гемоглобина.

Патологические формы гемоглобина

HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии.

MetHb – метгемоглобин, форма гемоглобина, включающая трехвалентный ион железа вместо двухвалентного. При использовании сульфаниламидов, употреблении нитрита натрия и нитратов пищевых продуктов, при недостаточности аскорбиновой кислоты ускоряется переход Fe²⁺ в Fe³⁺. Образующийся metHb не способен связывать кислород и возникает гипоксия тканей. 

Hb-CO – карбоксигемоглобин, образуется при наличии СО (угарный газ) во вдыхаемом воздухе. 

Определение концентрации гемоглобина — один из ключевых клинико-лабораторных анализов. Все методы основаны на переводе гемоглобина в устойчивые окрашенные соединения и последующем измерении интенсивности окраски (колориметрия).

1. Гемиглобинцианидный (метгемоглобинцианидный) метод (метод Драбкина) — «золотой стандарт»

Этот метод принят ВОЗ и является референсным (эталонным) методом в лабораторной диагностике.

Принцип:

• Гемоглобин окисляют в метгемоглобин (гемин) с помощью феррицианида калия (K₃[Fe(CN)₆]).

• Затем метгемоглобин превращают в стабильный цианметгемоглобин (гемиглобинцианид), добавляя цианид калия (KCN) или натрия (NaCN).

• Цианметгемоглобин имеет интенсивную коричнево-красную окраску и устойчив к окислению. Его концентрацию определяют фотометрически при длине волны λ = 540 нм.

• Преимущества:

  • Определяет все формы гемоглобина, кроме сульфгемоглобина (оксиHb, дезоксиHb, карбоксиHb, метHb).

  • Стабильный окрашенный комплекс.

  • Высокая точность и воспроизводимость.

• Недостаток: Токсичность цианида (требует осторожности и специальной утилизации).

2. Гематиновые (кислотно-щелочные) методы (устаревшие)

Принцип: Гемоглобин переводят в коричневый солянокислый гематин (гемин) в кислой среде и сравнивают окраску с калибровочной шкалой.

• Метод Сали: Пробирка с соляной кислотой, куда добавляют кровь. Через 5-10 мин окрашивание сравнивают со стеклянными цветными стандартами. Неточный, субъективный, в современных лабораториях не используется.

• Метод Сали-Гемоглаубин: Модификация с использованием фотометра для измерения гемиглобина в уксуснокислой среде. Более точен, чем визуальный Сали.

3. Оксигемоглобиновый метод

Принцип: Кровь разводят аммиачным раствором (0.04%), который переводит весь гемоглобин в форму оксигемоглобина (HbO₂). Измеряют оптическую плотность при двух длинах волн: λ = 540 нм (основная) и 505 нм (для коррекции мутности). Наиболее простой и безопасный метод.

Недостаток: Не определяет патологические формы (карбоксигемоглобин, метгемоглобин), что может давать заниженные результаты у курильщиков или при отравлениях.

4. Прямые электрохимические (кондуктометрические) методы

Используются в некоторых типах анализаторов.
Принцип: Измеряют электропроводность крови, которая коррелирует с концентрацией гемоглобина, так как эритроциты (содержащие Hb) являются изоляторами. Менее точны, зависят от количества и размера эритроцитов.

5. Современные автоматизированные методы (в гематологических анализаторах)

Автоматические анализаторы измеряют гемоглобин потоковой цитометрией и спектрофотометрией.

• SLS-метод (натрий лаурил сульфат): Наиболее распространен в современных анализаторах. Гемоглобин окисляется в метгемоглобин и связывается с SLS, образуя стабильный комплекс SLS-метгемоглобин с максимумом поглощения при 535 нм.

  • Преимущества: Безопасен (нет цианида), точен, автоматизирован.

• Проточная камера (апертурно-импедансный метод): В некоторых анализаторах концентрацию Hb рассчитывают косвенно, по объему и количеству эритроцитов и их усредненному содержанию гемоглобина (MCH).

Показатели, рассчитываемые на основе концентрации Hb:

1. MCH (Mean Corpuscular Hemoglobin) – среднее содержание гемоглобина в одном эритроците (пг).
   Расчет: MCH = (Hb, г/л) / (количество эритроцитов, 10¹²/л).

2. MCHC (Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration) – средняя концентрация гемоглобина в эритроците (г/л или г/дл).
   Расчет: MCHC = (Hb, г/л) / (Ht, %). Важный показатель для диагностики гипохромных анемий.

3. Цветовой показатель (ЦП) – устаревший, но еще используемый в клинике.
   Расчет: ЦП = (Hb, г/л * 3) / (первые три цифры количества эритроцитов). Норма: 0.85-1.05.