ボーア効果

の ボーア効果 pH値と二酸化炭素の分圧の関数として、酸素がヘモグロビンに結合する能力を示します。それは主に臓器や組織のガス交換に関与しています。呼吸器疾患と誤呼吸は、ボーア効果を介して血液のpH値に影響を与え、通常のガス交換を妨害します。

ボーア効果とは何ですか？

ボーア効果は、その発見者である有名な物理学者ニールスボーアの父であるクリスチャンボーアにちなんで名付けられました。 Christian Bohr（1855-1911）は、ヘモグロビンの酸素親和性（酸素を結合する能力）のpH値または二酸化炭素または酸素分圧への依存を認識しました。 pH値が高いほど、ヘモグロビンの酸素親和性が強くなり、その逆も同様です。

酸素の協同的結合の効果と、Rapoport-Lueberingサイクルの影響と共に、ボーア効果は、ヘモグロビンが生物の理想的な酸素輸送体であることを可能にします。これらの影響は、ヘモグロビンの立体特性を変化させます。周囲の条件に応じて、酸素結合が不十分なTヘモグロビンと酸素結合が良好なRヘモグロビンの比率が確立されます。酸素は通常肺に吸収されますが、酸素は通常他の組織で放出されます。

機能とタスク

ボーア効果は、ヘモグロビンの助けを借りて酸素を輸送することにより、体に酸素が供給されることを保証します。酸素は、ヘモグロビンの中心の鉄原子にリガンドとして結合します。鉄含有タンパク質複合体には、それぞれ4つのヘム単位があります。各ヘム単位は酸素分子を結合できます。したがって、各タンパク質複合体は最大4つの酸素分子を含むことができます。

プロトン（水素イオン）または他のリガンドの影響の結果としてヘムの立体特性を変更すると、ヘモグロビンのT型とR型の間の平衡がシフトします。酸素を使用する組織では、ヘモグロビンへの酸素の結合はpH値を下げることによって弱められます。それはよりよく配信されます。したがって、代謝的に活性な組織では、水素イオン濃度の増加が酸素の放出の増加につながります。同時に血液の二酸化炭素分圧が上昇します。 pH値が低く、二酸化炭素分圧が高いほど、より多くの酸素が放出されます。これは、ヘモグロビン複合体が完全に無酸素になるまで続きます。

肺では、呼気により二酸化炭素の分圧が低下します。これにより、pH値が上昇し、ヘモグロビンの酸素親和性も上昇します。したがって、二酸化炭素の放出に加えて、酸素もヘモグロビンに同時に取り込まれます。

さらに、酸素の協調的結合はリガンドに依存します。中央の鉄原子は、プロトン、二酸化炭素、塩化物イオン、酸素分子をリガンドとして結合します。酸素リガンドが多いほど、残りの結合部位での酸素親和性が強くなります。ただし、他のすべてのリガンドは、ヘモグロビンの酸素に対する親和性を弱めます。これは、プロトン、二酸化炭素分子、または塩化物イオンがヘモグロビンに結合しているほど、残りの酸素が放出されやすくなることを意味します。ただし、酸素の分圧が高いと、酸素の結合が促進されます。

さらに、赤血球では他の細胞とは異なる解糖の方法が行われます。これはRapoport-Lueberingサイクルです。中間体の2,3-ビスホスホグリセリン酸（2,3-BPG）は、Rapoport-Lueberingサイクル中に形成されます。化合物2,3-BPGは、ヘモグロビンの酸素親和性の調節におけるアロステリックエフェクターです。 T-ヘモグロビンを安定させます。これは解糖の間に酸素の急速な解放を促進します。

ヘモグロビンへの酸素結合は、pH値の低下、2,3-BPGの濃度の上昇、二酸化炭素分圧の上昇、および温度の上昇によって弱められます。これにより、酸素の放出が増加します。逆に、pH値の増加、2,3-BPG濃度の減少、二酸化炭素の分圧の減少、および血液の温度の低下は有益です。

病気と病気

パニック、ストレスまたは習慣の結果としての喘息または過換気などの呼吸器疾患の状況での呼吸の加速は、ボーア効果による二酸化炭素の呼気の増加によるpH値の増加をもたらします。これはヘモグロビンの酸素親和性を高めます。細胞内の酸素の放出はより困難になります。したがって、効果のない呼吸パターンは、酸素の細胞への不十分な供給につながります（細胞低酸素症）。

結果は、慢性炎症、弱体化した免疫系、慢性呼吸器疾患および他の多くの慢性疾患です。一般的な医学的知識によれば、細胞低酸素症は、糖尿病、癌、心臓病、慢性疲労などの疾患の引き金となることがよくあります。

ロシアの医師で科学者のブティコ氏によれば、過呼吸は呼吸器疾患の結果であるだけでなく、ストレスやパニック反応によって引き起こされることも多いという。長期的には、過剰呼吸が習慣となり、さまざまな病気の出発点になると彼は信じています。

治療では、長期的に呼吸を正常化するために、一貫した鼻呼吸、横隔膜呼吸、長時間の呼吸休止およびリラクゼーション運動が行われます。いくつかの研究では、ブテイコ法が抗けいれん薬の消費を90％、コルチゾンの消費を49％削減できることが示されています。

低換気中に二酸化炭素の呼気が低すぎる場合、体は過剰に酸性になります（アシドーシス）。アシドーシスは、血液のpHが7.35未満の場合です。低換気中に発生するアシドーシスは、呼吸性アシドーシスとしても知られています。原因は呼吸中枢の麻痺、麻酔または肋骨の骨折です。呼吸性アシドーシスは、息切れ、青い唇、体液排泄の増加を特徴とします。アシドーシスは、低血圧、不整脈、昏睡を伴う心血管障害を引き起こす可能性があります。