Для процесса окисления, представляющего собой неотъемлемую часть жизни, требуется постоянное снабжение тканей кислородом. Благодаря образованию несущих кислород протеинов и гемоглобинов значительно повысилась способность крови выступать в качестве средства транспорта газа. Более того, процессы соединения и диссоциации кислорода и гемоглобина протекают без затрат метаболической энергии.

Гемоглобин, сложный протеин, состоит из железосодержащих групп гема и белкового остатка. Динамическое взаимодействие гема с глобином придает гемоглобину уникальные свойства, необходимые для обратимого процесса транспорта кислорода. Молекула гемоглобина представляет собой тетрамер, состоящий из двух пар полипептидных цепей, каждая из которых имеет гемовую группу. Полипептидные цепи разных видов гемоглобина химически различны. Например, у здорового взрослого человека гемоглобин состоит из двух а- и двух р-по- липептидных цепей. Таким образом, гемоглобин А может быть представлен как и взрослые типы НЬА и НЬА2. Электрофоретическая подвижность гемоглобина варьирует в зависимости от его химической структуры. Состав полипептидных цепей гемоглобинов человека представлен в 18-2. Время появления в организме и количественные соотношения их типов предопределены сложными процессами развития. Двойной набор генов для а-полипептидных цепей у человека локализуется на 16-й паре хромосом.

У эмбриона в возрасте 4-8 нед доминируют гемоглобины Gower, однако к возрасту 3 мес они постепенно исчезают.

Фетальные типы гемоглобинов. Бета-цепям НЬА соответствуют у-полипептидные цепи. Последний может быть представлен в виде а2у2. Для его количественной оценки обычно используется его резистентность к денатурирующему действию сильных щелочей. Через 8 нед внутриутробного развития HbF становится доминирующим типом гемоглобина, а у плода в возрасте 6 мес составляет 90% от общего его количества. Затем отмечается постепенное снижение уровня HbF, и к моменту рождения он составляет около 70% от общего количества. В постнатальном периоде уровень его быстро снижается, и у ребенка в возрасте 6-12 мес обнаруживаются лишь его следы. У детей старшего возраста и взрослых при денатурации щелочью его можно обнаружить в количествах менее 2%. Гемоглобин F гетерогенен, так как содержит два типа у-цепей, синтез которых контролируется двумя наборами генов. Эти цепи различаются присутствием в позиции 136 остатков глицина либо аланина. У новорожденного относительное соотношение Gy- и Ay-цепей составляет 3:1.

Взрослые типы гемоглобинов. Некоторое количество НЬА может быть обнаружено уже на самых ранних стадиях развития эмбриона. Таким образом, даже в возрасте 16- 20 нед внутриутробного развития становится возможной пренатальная диагностика основных гемоглобинопатий, при которых в процесс вовлекаются p-цепи, например, серповидно-клеточной анемии и большой талассемии. У плода в возрасте 6 мес определяется около 5-10% НЬА. В дальнейшем происходит неуклонное увеличение его количества и к моменту рождения ребенка оно составляет почти 30%. У ребенка в возрасте 6- 12 мес формируется взрослый тип гемоглобина, соответствующий таковому у здорового взрослого человека. Минорный подтип взрослого типа гемоглобина НЬА2 содержит 6-цепи и имеет структуру а2р2 Он определяется лишь в тех случаях, если НЬА присутствует в значительных количествах. К моменту рождения ребенка НЬА2 составляет менее 1% от общего количества гемоглобина, однако к возрасту 12 мес оно достигает нормы, т. е. 2-3,4%- На протяжении всей жизни соотношение в норме составляет 30: 1.

Взаимосвязь разных типов гемоглобина в условиях нормы. У плода и у ребенка раннего возраста скорость синтеза у- и 13- цепей и количество НЬА и HbF находятся в обратной зависимости. Характер этих взаимосвязей и механизмы их регуляции до сих пор остаются невыясненными. По аналогии с концепциями о микробиологической генетике было выдвинуто предположение о существовании так называемого пускового механизма, основывающегося на регуляторных генах. Этот механизм во внутриутробном периоде способствует синтезу у-цепей, угнетая выработку |3- и 6-цепей. В постнатальный период он переключается таким образом, что угнетается синтез фетального гемоглобина и накапливается гемоглобин взрослого типа. Тем не менее подобные регуляторные механизмы до сих пор не получили четкого определения. Кроме того, не разработаны до сих пор терапевтические методы воздействия, способствующие переключению на синтез HbF в постнатальный период. Возможность этого может повлечь за собой коренной перелом в клинике большой талассемии и серповидно-клеточной анемии.

Изменения гемоглобинов при патологии. Поскольку гемоглобины, содержащие е-цепи, в норме, встречаются лишь на самых ранних стадиях внутриутробного развития, они представляют в основном теоретический интерес. Небольшие количества гемоглобина типа Gower были обнаружены у нескольких новорожденных с трисомией 13-15. Повышенный уровень гемоглобина Portland был выявлен в пуповинной крови у мертворожденных младенцев, гомозиготных по а-талассемии.

На уровень фетальных типов гемоглобинов влияет целый ряд факторов. У лиц, гетерозиготных по, уровень HbF в постнатальном периоде снижается медленно; у 50% из них в последующие периоды жизни уровень его превышает 2%. При гомозиготной талассемии и наследуемой форме персистирующего фетального гемоглобина характерны большие количества HbF. У больных с основными видами гемоглобинопатии с поражением p-цепей уровень его обычно повышен, особенно в период детства. И, наконец, он может умеренно повышаться при многих заболеваниях, сопровождающихся гематологическим стрессом, например, при гемолитических и аплас- тической анемиях и лейкозе. Связано это с присутствием малочисленной популяции эритроцитов, содержащих увеличенное количество HbF, что может быть продемонстрировано с помощью окраски по методу, предложенному Kleihauer и Betke. При синдромах а-талассемии могут встречаться тетрамеры у- или.

Очень редко изменяется уровень НЬА2. Превышение верхней границы нормы встречается у большинства носителей гена 2 или фолиевой кислоты. Снижается уровень НЬА2 при железодефицитной анемии и а-талассемии.