Hemoglobin adalah protein pembawa oksigen yang terkandung dalam sel darah merah (eritrosit).
Meskipun biasanya hadir dalam jumlah sedikit, ada tiga spesies hemoglobin yang tidak dapat membawa oksigen.
Tiga spesies, secara kolektif disebut dishemoglobin karena redundansi fungsionalnya, adalah methemoglobin, sulfhemoglobin, dan carboxyhemoglobin.
Karboksihemoglobin, yang biasanya terdiri kurang dari 1 sampai 2% dari total hemoglobin, adalah produk dari reaksi antara karbon monoksida dan hemoglobin.
Karbon monoksida diproduksi secara endogen tetapi juga merupakan polutan lingkungan yang umum, kedua sumber berkontribusi terhadap jumlah karboksihemoglobin dalam darah.
Karbon monoksida hadir dalam masyarakat industri saat ini dan tidak berbau, tidak berasa, dan sangat beracun.
Karbon monoksida pada konsentrasi 500 ppm yang diilhami akan menghasilkan kadar karboksihemoglobin yang mematikan jika paparan berlangsung cukup lama.
Karbon monoksida mengikat hemoglobin 250 kali lebih kuat daripada oksigen dan bersaing dengannya untuk mendapatkan tempat di hemoglobin untuk membentuk karboksihemoglobin.
Ini berarti bahwa karena ada 21% O2 di udara, hanya 0,1% CO yang dibutuhkan untuk ‘bersaing’ dengan syarat yang sama untuk tempat pengangkutan O2 dalam hemoglobin dan menghasilkan darah arteri menjadi 50% HbO2 dan 50% HbCO, yang tidak berguna untuk tisu.
Ini setara dengan 50% anemia, untuk konsentrasi CO yang rendah ini untuk mencapai keseimbangan dengan darah membutuhkan lebih dari satu jam, tetapi sekali di sana, dibutuhkan waktu yang sama lama untuk menghilangkan CO dari darah.
fisiologi normal
Fungsi normal sel terutama bergantung pada suplai oksigen yang terus menerus, dan fungsi utama darah adalah suplai oksigen dalam udara inspirasi dari paru-paru ke setiap sel jaringan.
Fungsi transportasi gas esensial ini tergantung pada protein hemoglobin yang terkandung dalam sel darah merah ( eritrosit ).
Setiap eritrosit yang terkandung dalam setiap ml darah mengandung 280 juta molekul hemoglobin.
Molekul hemoglobin memiliki empat subunit polipeptida, masing-masing melekat pada kelompok heme.
Di tengah empat kelompok heme adalah atom besi dalam keadaan besi. Oksigen secara reversibel mengikat keempat atom besi ini, yang produknya adalah oksihemoglobin.
Fungsi pengangkutan oksigen hemoglobin, yaitu kemampuannya untuk mengambil oksigen di paru-paru, mengangkutnya ke seluruh tubuh sebagai oksihemoglobin dan kemudian melepaskannya ke sel-sel jaringan, dimungkinkan oleh perubahan struktur kuartener hemoglobin. molekul, yang mengubah afinitas hemoglobin untuk oksigen.
Oksigen harus bersaing dengan ligan pengikat hemoglobin lain yang mungkin ada dalam darah untuk menduduki tempat pengikatan hemoglobin.
Di antara ligan ini adalah karbon monoksida, gas tidak berwarna dan tidak berbau yang dihasilkan selama metabolisme normal.
Lebih dari 50 tahun yang lalu ditunjukkan untuk pertama kalinya bahwa karbon monoksida diproduksi selama metabolisme normal individu.
Sekitar 0,4 ml CO diproduksi hampir secara eksklusif setiap jam dari katabolisme protein yang mengandung heme.
Hemoglobin adalah protein yang mengandung heme paling melimpah dan karena itu merupakan sumber CO yang paling endogen.
Pada akhir hidup 120 hari, eritrosit diasingkan dari peredaran oleh sistem retikuloendotelial.
Hemoglobin yang dilepaskan dari eritrosit tua didegradasi menjadi bagian-bagian penyusunnya: heme dan polipeptida protein. Protein didaur ulang tetapi heme dimetabolisme lebih lanjut.
Dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim pembatas kecepatan heme oksigenase, heme diubah menjadi biliverdin, besi, dan CO dalam jumlah yang sama.
Biliverdin selanjutnya diubah menjadi pigmen kuning bilirubin, yang diekskresikan oleh hati dalam empedu, dan besi didaur ulang.
Katabolisme heme yang berasal dari protein lain yang mengandung heme, misalnya mioglobin dan sitokrom, berkontribusi pada produksi CO endogen melalui jalur yang dimediasi heme-oksigenase yang sama.
Terdapat bukti bahwa CO juga berasal dari sumber non-heme, misalnya peroksidasi lipid, tetapi dibandingkan dengan yang berasal dari katabolisme heme, hal ini tidak terlalu penting, bahkan hal ini hanya dapat terjadi dalam situasi patologis.
Efek biologis CO endogen sebagian besar disebabkan oleh afinitas tinggi yang dimiliki heme terhadap CO dan hasil pengikatan CO dengan protein yang mengandung heme.
Dengan kekhasan alam yang aneh, heme adalah sumber CO dan mediator efek biologisnya.
Modulasi fungsi dari beberapa protein yang mengandung heme yang dihasilkan dari pengikatan CO memiliki efek fisiologis yang penting.
Oleh karena itu, karbon monoksida yang diproduksi secara endogen tidak, seperti yang diduga, hanya merupakan produk sisa metabolisme yang berpotensi toksik, tetapi terlibat dalam banyak fungsi fisiologis.
Ini termasuk pengaturan pernapasan, pensinyalan saraf, pengaturan tekanan darah, dan kontraksi rahim selama kehamilan.
Dari semua protein yang mengandung heme, hemoglobin bukan hanya yang paling melimpah, tetapi juga memiliki afinitas tertinggi terhadap karbon monoksida, itulah sebabnya sebagian besar CO dalam darah terikat pada hemoglobin.
Pengikatan reversibel terjadi pada atom besi yang sama di situs heme tempat oksigen mengikat; Produk dari penyatuan ini adalah karboksihemoglobin.
Ini menyediakan sarana yang karbon monoksida endogen dapat diangkut, sebelum eliminasi dari tubuh melalui paru-paru di udara ekspirasi.
Minimal 0,5 hingga 1,0% karboksihemoglobin pasti ada dalam darah sebagai akibat dari CO yang diproduksi secara endogen.
Sumber karbon monoksida lingkungan
Selain CO yang diproduksi secara endogen, udara yang kita hirup mengandung CO, sebagian merupakan hasil proses alami, tetapi sebagian besar merupakan pembakaran hidrokarbon yang tidak sempurna.
Sumber paling penting dari CO ambien adalah asap kendaraan bermotor.
Meskipun biasanya terdapat dalam konsentrasi kurang dari 10 bagian per juta, karbon monoksida di udara inspirasi memiliki efek aditif yang signifikan pada jumlah karboksihemoglobin dalam darah karena afinitas tinggi hemoglobin untuk CO.
Efek gabungan dari CO endogen dan lingkungan menghasilkan karboksihemoglobin kurang dari 3% untuk sebagian besar penduduk perkotaan yang tidak merokok, dan mungkin serendah 1 hingga 2% untuk mereka yang tinggal di daerah pedesaan di mana udaranya tidak terlalu tercemar. BERSAMA.
Asap rokok mengandung konsentrasi CO yang tinggi dan perokok terpapar sekitar 400 hingga 500 ppm CO saat merokok dan akibatnya memiliki karboksihemoglobin yang jauh lebih tinggi.
Penyebab peningkatan karboksihemoglobin
Jumlah karboksihemoglobin dalam darah terutama ditentukan oleh jumlah CO dalam darah.
Sumber CO dalam darah baik endogen (katabolisme heme) dan lingkungan (kandungan CO di udara inspirasi), sehingga penyebab peningkatan COHb dapat diatasi dengan meningkatkan kedua faktor tersebut.
Peningkatan produksi CO endogen
Peningkatan produksi CO endogen adalah fitur dari setiap kondisi yang terkait dengan peningkatan katabolisme heme.
Anemia hemolitik adalah sekelompok kondisi etiologi variabel yang karakteristik patologis umum adalah peningkatan laju penghancuran sel darah merah (hemolisis).
Peningkatan penghancuran sel darah merah menyebabkan peningkatan katabolisme heme dan dengan demikian meningkatkan produksi CO2.
Tingkat keparahan hemolisis berkorelasi erat dengan produksi CO2 dan pengukuran karboksihemoglobin.
Sedikit peningkatan karboksihemoglobin, sering merupakan karakteristik penyakit inflamasi berat, seperti sepsis, pneumonia, oleh karena itu, merupakan temuan yang relatif umum pada pasien sakit kritis.
Mekanisme peningkatan ini diyakini sebagai peningkatan ekspresi heme oksigenase (enzim yang bertanggung jawab untuk produksi CO) yang diinduksi oleh sitokin inflamasi.
Peningkatan produksi CO eksogen
Subjek yang menghirup uap metilen klorida dalam jumlah yang beracun, biasanya akibat bekerja dalam kondisi ventilasi yang buruk, mengalami peningkatan karboksihemoglobin yang disebabkan oleh peningkatan produksi CO.
Kadar karboksihemoglobin bisa cukup parah hingga mengancam nyawa, dengan udara pernapasan yang terkontaminasi CO tinggi, keracunan karbon monoksida
Sebagian besar permintaan klinis untuk pengukuran karboksihemoglobin dibuat dalam pengaturan keracunan karbon monoksida akut atau kronis yang diketahui atau dicurigai.
Konsekuensi dari peningkatan karboksihemoglobin
Toksisitas CO sebagian disebabkan oleh efek pengikatan hemoglobin ke CO pada kapasitas pembawa oksigen darah.
Efek gabungan dari berkurangnya kapasitas pembawa oksigen dan berkurangnya pengiriman oksigen ke jaringan membuat jaringan kekurangan oksigen (hipoksia).
Organ seperti otak dan jantung, yang konsumsi oksigen normalnya relatif tinggi dibandingkan dengan organ lain, sangat sensitif terhadap anoksia relatif yang disebabkan oleh peningkatan karboksihemoglobin.
Hemoglobin janin menunjukkan afinitas yang lebih besar terhadap CO2 daripada hemoglobin dewasa, sehingga karena CO2 mudah berdifusi melintasi membran plasenta, janin yang sedang berkembang sangat rentan terhadap anoksia jaringan jika ibu terpapar CO2.
Sebuah indeks kecurigaan yang tinggi diperlukan untuk membuat diagnosis keracunan karbon monoksida, kecuali paparan CO benar, karena semua gejala keracunan ringan sampai sedang tidak spesifik.
Warna kulit klasik “merah ceri” dari keracunan karbon monoksida jarang terlihat.
Gejala yang paling umum adalah sakit kepala, pusing, mual, muntah, dan kebingungan mencerminkan sensitivitas otak yang nyata terhadap anoksia relatif.
Pasien yang terkena mungkin sesak napas, terutama selama aktivitas, dan memiliki tanda-tanda klinis (takikardia, takipnea) yang menunjukkan kompensasi untuk defisit oksigen.
Dalam kasus yang paling parah, ada tanda dan gejala nyata dari keterlibatan jantung, termasuk palpitasi, hipotensi, nyeri dada iskemik (angina), dan bahkan infark miokard, dan kejang dan koma terjadi pada kasus toksisitas berat.
Tingkat karboksihemoglobin adalah tes diagnostik yang paling berguna yang dapat diperoleh dalam kasus dugaan keracunan karbon monoksida.
Pengukuran gas darah arteri sistemik untuk mengidentifikasi keracunan karbon monoksida tidak membantu kecuali untuk mengidentifikasi adanya asidosis metabolik.
Oksimetri nadi juga tidak memadai untuk mendeteksi keracunan karbon monoksida karena karboksihemoglobin dapat disalahartikan sebagai oksihemoglobin.
Oleh karena itu, keputusan untuk memberikan terapi oksigen hiperbarik harus dibuat hanya berdasarkan kadar karboksihemoglobin.