Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий - Азимов Айзек - Страница 19

Хотя в плаценту не могут попасть красные клетки, вполне возможно, что некоторые факторы, определяющие принадлежность крови к той или иной группе, отрываются от красных клеток и просачиваются внутрь. Если группы крови несовместимы, может начаться выработка агглютинина. До какой степени это происходит, зависит от конкретного фактора, попавшего внутрь, и его количества. По неизвестной причине резус-положительный фактор, попадая в кровь резус-отрицательной матери, иногда (предположим, в одном случае из двадцати) приводит к выработке необычайно высокого титра антирезус-положительных агглютининов.

Пока все еще не так плохо, однако антирезус-положительные агглютинины, вырабатываемые в организме матери, могут попасть в кровь плода и соединиться с его резус-положительными красными клетками. В результате происходит выкидыш или рождение мертвого ребенка. Даже если ребенок родится живым, он будет страдать от эритробластоза и потребуется полное переливание крови, чтобы избавить младенца от смертельно опасного агглютинина.

Сегодня будущие матери проверяют свои группу крови и резус-фактор, поэтому потенциальная возможность эритробластоза не застает врачей врасплох.

После того как я познакомил читателя с передающимися по наследству вариациями в химическом составе красной клетки, мы можем идти дальше. К примеру, гемоглобин может существовать в нескольких разновидностях, которые также передаются по наследству, и обладание некоторыми из них иногда чревато серьезными последствиями.

У подавляющего большинства людей в крови находится обычный гемоглобин. По всей вероятности, между моим гемоглобином и вашим химики не найдут никакой разницы. Этот нормальный и обычный гемоглобин называется гемоглобином А.

Красные клетки в крови плода содержат гемоглобин, слегка отличающийся от обычного. У этих двух гемоглобинов разные электрические свойства, что требует дальнейшего обсуждения.

Все белки имеют электрические заряды, локализованные в разных точках на поверхности их больших молекул. Существует два типа электрического заряда — положительный и отрицательный, и все белки обладают обоими типами. Эти заряды, объединяясь, составляют суммарный заряд молекулы. Он считается положительным, если на белке больше положительных зарядов, чем отрицательных, и отрицательным — в обратном случае. Он также может быть нулевым, это значит, что молекула несет равное количество положительных и отрицательных зарядов.

Если через раствор белка пропустить электрический ток, молекулы с суммарным положительным зарядом потянутся к отрицательному электроду, а молекулы с отрицательным зарядом — к положительному. Молекулы с нулевым зарядом останутся неподвижны. Скорость передвижения белковых молекул зависит от их размера и формы, от величины суммарного заряда и распределения положительных и отрицательных зарядов на их поверхности. Существует множество комбинаций этих параметров, и поэтому можно быть уверенным, что две различные молекулы будут передвигаться с различной скоростью под влиянием электрического поля.

Близкородственные молекулы белка, которые, кажется, обладают одинаковыми характеристиками, могут обладать совершенно разными зарядами и передвигаться на различных скоростях. Если раствор с молекулами различных белков подвергнуть воздействию электрического поля, то одни молекулы станут передвигаться быстрее, чем другие, и оба вида начнут разделяться, подобно двум группам бегунов на беговой дорожке, когда одна группа вырывается вперед другой.

Процесс, позволяющий похожим белкам разделяться в соответствии со скоростями движения в электрическом поле, называется электрофорезом. Был изобретен сложный аппарат, при помощи которого химики могут следить за процессом разделения по небольшим изменениям в преломлении световых лучей, проходящих через белковый раствор в различных точках. Позднее удалось создать более простую версию этого прибора, в котором белки двигались по листу пористой бумаги, смоченной в растворе. Это электрофорез на бумаге.

Гемоглобин в красных клетках плода, отличающийся по электрофоретической подвижности от нормального гемоглобина, называется фетальным гемоглобином или гемоглобином F.

Еще одно различие между гемоглобином А и F заключается в том, что последний более прочно захватывает кислород. Если смешать растворы гемоглобина А и F и подвергнуть их воздействию кислорода, то гемоглобину F достанется львиная доля.

Ясно, что это происходит ради нормального развития плода, который, находясь в утробе, зависит от того, сколько молекул кислорода просочится через плацентарную оболочку из крови матери. Эритроциты матери с гемоглобином А находятся по одну сторону оболочки, а красные клетки плода с гемоглобином F по другую сторону. Поскольку гемоглобин F более крепко присоединяет молекулы кислорода, на плодной стороне плаценты бывает меньше свободного кислорода, чем на материнской. Так как кислород будет переходить из области высоких концентраций в область более низких, мать будет отдавать свой кислород плоду.

Тем не менее почти с самого начала развития плод учится пользоваться гемоглобином А, готовясь к самостоятельной жизни. Когда ему исполняется двадцать недель, одну шестнадцатую часть его гемоглобина составляет гемоглобин А. Когда проходит девять месяцев и ребенок появляется на свет, одну пятую часть его молекул гемоглобина составляет гемоглобин А. Через четыре месяца после рождения гемоглобин F почти полностью исчезает.

Как бы ни был полезен плоду гемоглобин F, очевидно, он не столь полезен взрослому. Иногда человек может наследовать от одного из родителей дефектный ген (или ген может стать таковым по стечению обстоятельств во время образования сперматозоида или яйцеклетки), который не в состоянии эффективно выполнять свою задачу по контролю за выработкой гемоглобина А. Тогда у человека остается только один нормальный ген: помните, что у каждого из нас по два гена, отвечающих за определенный признак, один от матери, другой от отца. Фактически один ген может выполнять работу обоих, но не всегда. Организм способен существовать, вырабатывая слишком мало гемоглобина А и удовлетворяя свои потребности гемоглобином F. (Любой человек может вырабатывать гемоглобин F в чрезвычайных ситуациях, подобных этой, иначе он никогда бы не выжил во время внутриутробного развития.) Это состояние, которое называется малой талассемией, не представляет угрозы для жизни.

Однако человек может унаследовать дефектный ген и от матери, и от отца. У этого несчастного ни один ген не в состоянии вырабатывать гемоглобин А. Количество гемоглобина F в красных клетках может достигать 100 %. В этом случае развивается большая талассемия, и обычно она заканчивается летальным исходом еще в раннем возрасте.

Известны и другие виды аномальных молекул гемоглобина. В 1910 году Джеймс Б. Херрик, осматривая двадцатилетнего негра из Вест-Индии, обнаружил в его крови красные клетки необычной формы. Они изгибались, подобно острию серпа, и ученый назвал их серповидными эритроцитами. После этого и у других людей, также чернокожих, были обнаружены подобные клетки. К 1928 году выяснили, что это наследственное заболевание и красные клетки приобретают серповидную форму, когда концентрация кислорода в крови ниже нормальной.

В 1949 году американский химик Лайнус Полинг и его коллеги выяснили, что красные клетки приобретают такую форму из-за содержания в них необычного гемоглобина, названного ими гемоглобином S (от слова «серповидный»). Эту разновидность гемоглобина легко выявить при помощи электрофореза. Гемоглобин F передвигается медленнее в электрическом поле, чем гемоглобин А, а гемоглобин S — еще медленнее.

Очевидно, главная проблема с гемоглобином S заключается в том, что он менее растворим, чем гемоглобин А или F; в условиях организма растворяется только одна двадцать пятая его часть. Он упакован в красных клетках довольно плотно, и в них едва хватает места для жидкости, чтобы он мог свободно плавать, при условии, что это растворимый гемоглобин А или F. Если часть гемоглобина представлена гемоглобином S, то последний образует маленькие твердые кристаллы. Они выпячиваются сквозь мембраны красных клеток и искажают их, придавая клетке серповидную форму. Оксигемоглобин S так же растворим, как оксигемоглобин А, поэтому искажение происходит лишь в том случае, когда содержание кислорода в крови уменьшается и оксигемоглобин S превращается в гемоглобин S.