Carboxihemoglobina - Carboxyhemoglobin

Não deve ser confundido com carbaminohemoglobina , o composto formado quando o CO
2 liga-se à hemoglobina.
Carboxihemoglobina
Uma unidade heme da carboxihemoglobina humana, mostrando o ligante carbonil na posição apical, trans para o resíduo de histidina. [1]
Nomes
Nome IUPAC preferido
Carbonilhemoglobina
Outros nomes
Carboxihemoglobina
carboxihemoglobina
Kohlenoxyhaemoglobin
Kohlenoxyhämoglobin
Kohlenoxydhämoglobin
Kohlenmonoxyhämoglobin
Carbonmonoxyhemoglobin
monóxido de carbono-hemoglobina
hæmoglobin óxido carbónica
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Referências da Infobox

A carboxihemoglobina , ou carboxihemoglobina, (símbolo COHb ou HbCO ) é um complexo estável de monóxido de carbono e hemoglobina (Hb) que se forma nos glóbulos vermelhos ao entrar em contato com o monóxido de carbono. A carboxihemoglobina é freqüentemente confundida com o composto formado pela combinação de dióxido de carbono ( carboxila ) e hemoglobina, que na verdade é carbaminohemoglobina . A terminologia da carboxihemoglobina surgiu quando o monóxido de carbono era conhecido por seu antigo nome óxido carbônico e evoluiu por meio de influências etimológicas germânicas e inglesas britânicas; a nomenclatura IUPAC preferida é carbonilhemoglobina .

O não fumante médio mantém um nível de carboxihemoglobina sistêmica abaixo de 3% de COHb, enquanto os fumantes se aproximam de 10% de COHb. O limite biológico para tolerância à carboxihemoglobina é 15% COHb, o que significa que a toxicidade é observada de forma consistente em níveis acima dessa concentração. O FDA definiu anteriormente um limite de 14% de COHb em certos ensaios clínicos que avaliam o potencial terapêutico do monóxido de carbono.

Produção de monóxido de carbono endógeno

Em biologia, o monóxido de carbono é produzido naturalmente por meio de muitas vias enzimáticas e não enzimáticas. A via mais extensamente estudada é o metabolismo do heme pela heme oxigenase, que ocorre por todo o corpo com atividade significativa no baço para facilitar a degradação da hemoglobina durante a reciclagem dos eritrócitos . Portanto, o heme pode carregar monóxido de carbono no caso da carboxihemoglobina ou sofrer catabolismo enzimático para gerar monóxido de carbono.

O monóxido de carbono foi caracterizado como neurotransmissor em 1993 e, desde então, foi subcategorizado como gasotransmissor .

A maior parte do monóxido de carbono produzido endogenamente é armazenado como carboxihemoglobina. O gás sofre excreção pulmonar principalmente ; no entanto, vestígios podem ser oxidados a dióxido de carbono por certos citocromos , metabolizados pela microbiota residente ou excretados por difusão transdérmica.

Afinidade da hemoglobina pelo monóxido de carbono

O glóbulo vermelho médio contém 250 milhões de moléculas de hemoglobina . A hemoglobina contém uma unidade de proteína globina com quatro grupos protéticos heme (daí o nome heme -o- globina ); cada heme é capaz de se ligar reversivelmente a uma molécula gasosa (oxigênio, monóxido de carbono, cianeto, etc.), portanto, um glóbulo vermelho típico pode carregar até um bilhão de moléculas de gás. Como a ligação do monóxido de carbono com a hemoglobina é reversível, estima-se que 20% do monóxido de carbono transportado como carboxihemoglobina pode se dissociar em tecidos remotos.

Em comparação com o oxigênio, o monóxido de carbono se liga com afinidade aproximadamente 240 vezes maior; no entanto, a afinidade do monóxido de carbono pela hemoglobina varia entre as espécies e dentro de uma espécie. Na década de 1950, Esther Killick foi uma das primeiras a reconhecer uma diferença na afinidade do monóxido de carbono entre o sangue adulto e fetal e uma diferença entre humanos e ovelhas. As espécies de Murinae têm meia-vida de COHb de 20 minutos em comparação com 300 minutos para um ser humano típico ( ver toxicocinética abaixo ). Como resultado, a cinética metabólica, o ponto de saturação do sangue e a tolerância à exposição ao monóxido de carbono variam entre as espécies, podendo levar a inconsistências de dados relativos à toxicologia do envenenamento por monóxido de carbono e farmacologia de protocolos terapêuticos de baixa dosagem.

Em humanos, a mutação Hb-Kirklareli tem uma afinidade 80.000 vezes maior para o monóxido de carbono do que o oxigênio, resultando na carboxihemoglobina sistêmica atingindo um nível sustentado de 16% de COHb. Sabe-se que algumas espécies de mamíferos marinhos de mergulho profundo contêm concentrações de monóxido de carbono no sangue que se assemelham aos níveis observados em fumantes crônicos de cigarros. Acredita-se que esses níveis de monóxido de carbono possam ajudar os animais na prevenção de lesões associadas a eventos de isquemia / reperfusão associados à resposta fisiológica do mergulho e, da mesma forma, os níveis elevados em fumantes têm sido sugeridos como uma base para o paradoxo do fumante . A exposição prolongada ao monóxido de carbono e à carboxihemoglobina elevada, como no fumo, resulta em eritremia . Além disso, os humanos podem se aclimatar a níveis tóxicos de monóxido de carbono com base nas descobertas relatadas por Esther Killick .

Variações estruturais e mutações em outras hemoproteínas afetam da mesma forma a interação do monóxido de carbono com o grupo protético heme, como exemplificado pelo Citocromo P450, onde a família CYP3A é relativamente menos afetada pelos efeitos inibitórios do monóxido de carbono.

História

A pele com pele de um vermelho vivo está comumente associada a níveis elevados de carboxihemoglobina. As evidências de uma presença endógena de monóxido de carbono datam de Marcellus Donato por volta de 1570, que notou uma tez estranhamente vermelha ao conduzir uma autópsia de vítimas que morreram de fumaça de carvão em Mântua . Descobertas semelhantes relativas à tez vermelha surgiram posteriormente, conforme documentado por Johann Jakob Wepfer no século XVII e M. Antoine Portal no final do século XVIII.

A teoria do flogisto é um traço de origem para as primeiras explicações químicas da carboxihemoglobina endógena exemplificada pelo trabalho de Joseph Priestley no século XVIII, que suspeitou que o flogisto fosse um produto residual celular transportado pelo sangue de animais que foi posteriormente exalado.

Thomas Beddoes , James Watt , Humphry Davy , James Lind e muitos outros investigaram o potencial terapêutico da inalação de ar artificial no final do século XVIII (ver também: Instituição Pneumática ). Entre os gases experimentados, o hidrocarbonato recebeu atenção significativa. O hidrocarbonato é o gás da água gerado pela passagem do vapor sobre o coque , cujo processo gera monóxido de carbono e hidrogênio, e alguns consideram que contém flogisto . Beddoes e Watt reconheceram o sangue venoso abrilhantado com hidrocarbonato em 1793. Watt sugeriu que a fumaça do carvão poderia atuar como um antídoto para o oxigênio no sangue, e Beddoes e Watt também especularam que o hidrocarbonato tem uma afinidade maior pela fibra animal do que o oxigênio em 1796.

Após a descoberta do monóxido de carbono por William Cruickshank em 1800, Johann Dömling (1803) e John Bostock (1804) desenvolveram hipóteses sugerindo que o sangue retornou ao coração carregado com monóxido de carbono para posteriormente ser oxidado a dióxido de carbono no pulmão antes da expiração. Mais tarde, em 1854, Adrien Chenot sugeriu de forma semelhante que o monóxido de carbono poderia remover o oxigênio do sangue e ser oxidado dentro do corpo em dióxido de carbono. O mecanismo de envenenamento por monóxido de carbono no contexto da formação de carboxihemoglobina é amplamente creditado a Claude Bernard, cujas memórias, começando em 1846 e publicadas em 1857, expressaram de maneira notável: "evita que o sangue arterial se torne venoso". Felix Hoppe-Seyler publicou independentemente conclusões semelhantes no ano seguinte.

O primeiro método analítico para detectar carboxihemoglobina surgiu em 1858 com um método colorimétrico desenvolvido por Felix Hoppe-Seyler , e o primeiro método de análise quantitativa surgiu em 1880 com Josef von Fodor .

Etimologia

Carbono é derivado do termo latino carbo , que significa carvão. Ao descobrir o CO isolado de coque (carvão vegetal), Cruickshank inicialmente chamou a molécula de "óxido de carbono gasoso", que evoluiu para "óxido carbônico" e foi traduzido para o alemão como "cohlenoxide". Kohlen é a palavra alemã para carvão.

Felix Hoppe-Seyler cunhou o nome "hemoglobina" em 1864. Em alemão, um trema como ä é sinônimo de grafia como "ae", portanto, hemoglobina é comumente escrita como hemoglobina em toda a literatura alemã; portanto, hemoglobina é o termo adotado pela literatura inglesa . Haem é derivado do grego que significa sangue, e globina é derivada de globus normalmente aceito como significando glob / esférico / objeto redondo. Em relação ao heme, o uso de "ae / æ" permanece predominante no inglês britânico nos dias modernos, enquanto a grafia do inglês americano evoluiu para heme.

Hoppe-Seyler também cunhou o nome Kohlenoxydhämoglobin, que pode ter sido traduzido diretamente de volta para o inglês como "hemoglobina de óxido carbônico". O termo "monóxido de carbono" foi formalmente introduzido em 1879. Variações da terminologia COHb, como carbonmonoxihemoglobina, seguiram-se e eventualmente evoluíram e foram simplificadas em "carboxihemoglobina".

Como o carboxi está agora firmemente associado ao grupo CO 2 carboxil e o monóxido de carbono é geralmente considerado um carbonil , a IUPAC recomendou "carbonilhemoglobina" como a nomenclatura COHb preferida. Apesar da orientação da IUPAC, carboxihemoglobina continua sendo o termo mais amplamente usado (semelhante à nomenclatura de sobrevivência do bicarbonato ).

Métodos analíticos de detecção

Historicamente, a detecção de carboxihemoglobina tem sido alcançada por análise colorimétrica , reatividade química, espectrofotometria , métodos de detecção gasométrica e termoelétrica . A análise por cromatografia gasosa surgiu em 1961 e continua sendo um método comumente usado.

Os métodos modernos incluem oximetria de pulso com um CO-oxímetro e uma variedade de outras técnicas analíticas. A maioria dos métodos requer equipamento de laboratório, técnicos qualificados ou eletrônicos caros, portanto, tecnologias de detecção rápidas e econômicas continuam em desenvolvimento.

O monóxido de carbono respirado é outro método de detecção que pode se correlacionar com os níveis de carboxihemoglobina.

Envenenamento por monóxido de carbono

Artigo principal: Envenenamento por monóxido de carbono

O envenenamento por monóxido de carbono, também conhecido como carboxihemoglobinemia, tem atormentado a humanidade desde que os ancestrais primitivos usaram o fogo pela primeira vez. Nos tempos modernos, os dados de carboxihemoglobina auxiliam os médicos a fazer um diagnóstico de envenenamento. No entanto, os níveis de carboxihemoglobina não se correlacionam necessariamente com os sintomas de envenenamento por monóxido de carbono. Em geral, 30% de COHb é considerado intoxicação grave por monóxido de carbono. O nível mais alto de carboxihemoglobina não fatal relatado foi 73% COHb.

Respiração

A troca gasosa é um processo essencial para muitos organismos manterem a homeostase. O oxigênio é responsável por cerca de 20% do ar atmosférico da Terra . Embora a inalação de ar seja crítica para fornecer oxigênio às células para a respiração aeróbica por meio do efeito Bohr e do efeito Haldane (e talvez pressão parcial de oxigênio local baixa, por exemplo, músculos ativos), exalar o produto residual celular de dióxido de carbono é indiscutivelmente o aspecto mais crítico da respiração. Considerando que o corpo pode tolerar breves períodos de hipóxia (como comumente ocorre em exercícios anaeróbicos , embora o cérebro, coração, fígado e rins sejam significativamente menos tolerantes do que o músculo esquelético), a falha em expelir dióxido de carbono pode causar acidose respiratória (ou seja, fluidos corporais e sangue tornar-se muito ácido, afetando assim a homeostase). Na ausência de oxigênio, as células mudam para respiração anaeróbica que, se prolongada, pode aumentar significativamente o ácido láctico, levando à acidose metabólica .

Para fornecer uma sinopse simplificada do mecanismo molecular das trocas gasosas sistêmicas, após a inalação de ar foi amplamente considerado que a ligação do oxigênio a qualquer um dos locais do heme desencadeia uma mudança conformacional na unidade de proteína da hemoglobina que, então, permite a ligação de oxigênio adicional a cada dos outros sites heme. Após a chegada à região celular, o oxigênio é liberado no tecido devido a uma mudança conformacional na hemoglobina causada pela ionização da superfície da hemoglobina devido à "acidificação" do pH local do tecido (significando uma concentração relativamente maior de prótons 'ácidos' / íons de hidrogênio anotados como H + ); a acidez local é causada por um aumento na biotransformação de resíduos de dióxido de carbono em ácido carbônico via anidrase carbônica . Em outras palavras, o sangue arterial oxigenado chega às células no "estado de hemoglobina R" que possui resíduos de aminoácidos desprotonados / não ionizados (em relação à transição das aminas da hemoglobina entre o Hb- R -NH2 desprotonado / sindicalizado para o Hb-R- protonado / ionizado NH3 + estado) com base no pH menos ácido (média do sangue arterial pH 7,407, enquanto o sangue venoso é ligeiramente mais ácido a pH 7,371). O "estado T" da hemoglobina é desoxigenado no sangue venoso parcialmente devido à protonação / ionização causada pelo ambiente ácido, causando uma conformação inadequada para a ligação do oxigênio (ou seja, o oxigênio é 'ejetado' na chegada à célula devido ao H + íons bombardeando os resíduos da superfície da hemoglobina). Além disso, o mecanismo de formação de carbaminohemoglobina gera íons H + adicionais que podem estabilizar ainda mais a hemoglobina desoxigenada protonada / ionizada. Após o retorno do sangue venoso ao pulmão e subsequente exalação de dióxido de carbono, o sangue é "desacidificado" (ver também: hiperventilação ) para a desprotonação / sindicalização da hemoglobina para reativar a ligação ao oxigênio como parte da transição para o sangue arterial (observe que este processo é complexo devido ao envolvimento de quimiorreceptores , tampões de pH e outras funcionalidades fisiológicas). O envenenamento por monóxido de carbono perturba esse processo fisiológico, portanto, o sangue venoso de pacientes envenenados é vermelho brilhante semelhante ao sangue arterial, uma vez que o monóxido de carbonila / carbono é retido.

Em concentrações tóxicas, o monóxido de carbono como carboxihemoglobina interfere significativamente na respiração e nas trocas gasosas, inibindo simultaneamente a aquisição e entrega de oxigênio às células e evitando a formação de carbaminohemoglobina, que é responsável por aproximadamente 30% da exportação de dióxido de carbono. Portanto, um paciente que sofre de envenenamento por monóxido de carbono pode experimentar hipóxia e acidose graves, além das toxicidades do excesso de monóxido de carbono ligado a numerosas hemoproteínas, alvos metálicos e não metálicos que afetam a maquinaria celular (como a inibição do citocromo c oxidase ).

Toxicocinética

No ar comum em condições atmosféricas normais, a carboxihemoglobina de um paciente típico tem meia-vida de cerca de 300 minutos. Esse tempo pode ser reduzido para 90 minutos com a administração de oxigênio puro de alto fluxo, e o tempo é ainda mais reduzido quando o oxigênio é administrado com 5% de dióxido de carbono, conforme identificado pela primeira vez por Esther Killick . Além disso, o tratamento em uma câmara hiperbárica é uma maneira mais eficaz de reduzir a meia-vida da carboxihemoglobina para 30 minutos e permite que o oxigênio se dissolva em fluidos biológicos para distribuição aos tecidos.

O oxigênio suplementar aproveita o princípio de Le Chatelier para acelerar a decomposição da carboxihemoglobina de volta à hemoglobina:

HbCO + O 2 ⇌ Hb + CO + O 2 ⇌ HbO 2 + CO

Produtos farmacêuticos de carboxihemoglobina

Como o monóxido de carbono é agora entendido como tendo um potencial terapêutico, os esforços farmacêuticos têm se concentrado no desenvolvimento de moléculas de liberação de monóxido de carbono e indutores seletivos de heme oxigenase .

Um método alternativo para administração de drogas consiste em monóxido de carbono imobilizado em carboxihemoglobina bovina aliada a polietilenoglicol (PEG), que está atualmente em desenvolvimento clínico tardio. Da mesma forma, a carboxihemoglobina humana conjugada com maleimida PEG foi anteriormente objeto de desenvolvimento farmacêutico.

Veja também

Referências

links externos