Human physiology - A vörösvértestek evolúciós szerepe

Volt pár érdekes kérdés biology.stackexchange-en, amit megválaszoltam. Gondoltam írok ide egy-egy összefoglalót mindegyikről, mert szerintem érdekesek. Az egyik ilyen volt, hogy mi a szerepük a vörösvértesteknek (RBC: red blood cell), nem e lenne elég pusztán a hemoglobint (HGB) utaztatni a vérben? Az angol nyelvű válasz itt található a referenciákkal együtt.

Aki nem lenne tisztában a témával az RBC-k termelik a HGB-t (ami egy fehérje) az életük egy korai szakaszában. Jó sok van bennük, egész lerakat, ettől olyan vörösek, mert a HGB vasat tartalmaz, tehát szép magyar szóval metalloprotein. A HGB képes megkötni az oxigént (O2) és a széndioxidot (CO2), így van lehetőség ezeknek a gázoknak a vérbe történő beoldására és szállítására.
Azt fontos tudni ezzel kapcsolatban, hogy a gázok vízben való oldása nyomás és hőmérséklet függő. Légköri nyomáson, és 37°C-on nem igazán tud sok gázt beoldani a víz vagy a vér (nagy része víz annak is). Nagyobb nyomáson már más a helyzet, ezért van például a keszon betegség, amikor hirtelen jönnek fel a búvárok és nitrogén (N2) buborékok keletkeznek a vérükben. Ugyanez a helyzet, ha kinyitjuk a bubis vizet. Hirtelen lecsökken a nyomás, és kiválnak a gázok. Ha meleg a víz, akkor meg egyenesen beterít minket a bubis víz, mert magasabb hőmérsékleten kevesebb gázt tud beoldani a víz.
A vérrel az a helyzet, hogy HGB nélkül nem maradnánk életben a légköri nyomáson, mert annyira kevés O2-t és CO2-t tud beoldani. Az O2 nyilván a mitokondriumokba kell a terminális oxidációhoz, ha nincs belőle elég, akkor maximum tejsavas erjesztésből van energia (ha képes rá az adott sejttípus), és a legtöbb sejt egy bizonyos idő után elhal. Az agysejtek hamarabb kezdenek elhalni (5-10 percet meg lehet úszni agykárosodás nélkül), a szívizomsejtek jóval többet bírnak (kb 2 óráig kórházba kell kerülni az illetőnek szívroham esetén). Szóval a HGB normál légköri nyomáson nélkülözhetetlen.
A vér keringetése ugyanígy nélkülözhetetlen. A rovaroknak nincs hasonló keringésük, és ezért nem tudnak a jelenlegi méretüknél nagyobbra nőni. A diffúzió nem tud elég oxigént szállítani. Nagyobb nyomáson vagy magasabb O2 szintnél a rovarok is sokkal nagyobbak lennének.



Az RBC-knek elképzelhető, hogy van egy szabályoznó szerepük azzal kapcsolatban, hogy a HGB hol adja le az oxigént. Akkor indulhat be ez a mechanizmus, amikor bekerülnek a hajszálerekbe, és át kell préselniük magukat a kis méretű ereken. Gyakorlati szempontból ennek túlzott jelentősége valószínűleg nincsen, mivel a hajszálereknek amúgy is nagy a felületük, és így a HGB is ugyanúgy le tudná adni a szállított O2-t. Nyilván a dörzsölődés, tehát a szoros érintkezés jobb O2 átadást eredményez, de ez kompenzálható több HGB termelésével. Mindenesetre a HGB-nél valószínűleg egy kicsivel finomabban szabályozott ez a folyamat az RBC-k esetében.
Ez azonban nem feltétlen indok egy új sejttípus bevezetésére. Léteznek ugyanis HGB vezikulák (HbV: hemoglobin-vesicles). Az életük során a RBC-k körülbelül 20% HGB-t veszítenek ilyen HbV-k képzésével. Szóval a számuk elég jelentős. Az RBC-kre ilyen szempontból maximum annyi szükség lehet, hogy ezeket a vezikulákat letermelik, magát a gáz szállítási funkciót innentől a vezikulák meg tudnák oldani. (A vezikulákat a májsejtek veszik fel, és bontják le. Ezzel kapcsolatban összeszedtem jó néhány dolgot ebben a válaszomban.)

Egy másik dolog, amiért fontosak lehetnek a RBC-k, az a bennük lévő HGB életidejének a mérése. A RBC-k életük korai szakaszában termelik a legtöbb HGB-t. Amikor teljesen megérnek, akkor kilökődik a sejtmagjuk, és onnantól pár nap után gyakorlatilag leáll a HGB termelés. Körülbeül 100-120 napot töltenek a keringésben, utána rugalmatlanná válnak, beszorolnak a lépbe, és eltakarítják őket a makrofágok.
Jó oka van, hogy miért van ez így. A bennük lévő HGB glikáción esik át a vérben lévő egyszerű cukroktól, pl glükóztól. Ezek a fajta reakciók egy ponttól nem visszafordíthatóak (legalábbis nincs meg rá az eszközkészlete az emberi sejteknek), így kialakulnak a glikációs végtermékek (AGE: advanced glycation end-products). Ezeket összefüggésbe hozzák az öregedéssel, de egyébként is elég izgalmas kutatási terület, mert pl. vannak AGE receptorok (RAGE) bizonyos sejteken, amikről fogalma sincs senkinek, hogy mire valók.
A glikált HGB-t szintjét fel szokták használni néhány hónapos átlag vércukor szint mérésére cukorbetegeknél, így tudnak valamit mondani arról, hogy mennyire tartja be az illető az előírt inzulin adagolást, vagy hogy szükség van e a diéta módosítására és az inzulin szint növelésére.
Mint már említettem a glikált fehérjéket, jelen esetben a glikált HGB-t, érzékelni tudja a szervezet RAGE-k használatával, és ki tudja vonni őket a forgalomból. Szóval az RBC-re hatalmas szükség ebből a szempontból nincsen. Két elmélet megcáfolva, lépjünk tovább.



A szabad HGB-vel kapcsolatban egy kisebb probléma, hogy mérgező. A vérben ti. kis mennyiségben vannak gazotranszmitterek. Ezek közül a nitrogén-monoxidot (NO) biztosan megköti, de valószínűleg a másik kettőt is (kéndioxid H2S és szénmonoxid CO), és ha ezeknek a szintje esik, annak súlyos következményei vannak. A gazotranszmitterek szabályozzák többek között a vazodilattációt.
Tehát ha szabad HGB kerül a vérbe nagy mennyiségben, akkor zuhan a NO (és egyéb gazotranszmitter) szint, az erek összehúzódnak, és megnő a vérnyomás. Szaknyelven ezt az állapotot endothelial dysfunction-ként emlegetik. Ez akár az életet veszélyeztető állapotot is okozhat. Ilyesmi előfordulhat számos betegségnél, ami a RBC-k szétesésével jár, pl maláriánál.
Ennek a reakciónak valószínűleg van egy vészjelző szerepe is a szervezetben, ugyanos a gazotranszmitterek az immunrendszert működését is szabályozzák bizonyos szintig. Úgy tudom, hogy a túl alacsony és a túl magas gazotranszmitter szint gyulladáshoz vezet. Így a gazotranszmitter szint csökkenése valószínűleg felkelti az immunrendszer figyelmét, és a fehérvérsejtek (WBC) végeznek a betolakodóval.
Ez lehet az egyik ok, bár elképzelhető, hogy bizonyos módosításokkal O2-re és CO2-re specifikussá lehetne tenni a HGB-t, ami megoldaná a problémát. A másik lehetőség, hogy maradunk a vezikulás csomagolásnál, ami szintén kiküszöböli, hogy mérgező a vegyület.

Ha sikerülne is megoldani szabad HGB-vel az O2 szállítást, akkor is van még egy nagyon nyomós érv ez ellen. A tényleges ok, hogy a kórokozók általában imádják a vasat. Oda vannak érte, mint mi a csokiért, ők ti. ezt szeretik tenni a metalloenzimjeikbe szemben velünk, akik inkább a cinket preferáljuk (bár vasat is használunk bőven).
Gyulladás esetében a makrofágok elmondják a májsejteknek (hepatocyte), hogy baj van, azok meg megemelik a hepcidin szintet az egekbe. A hepcidin szint emelkedésére a makrofágok begyűjtik a transzferrint a vérből (ami a vasat szállítja), így a vérben minimális lesz a könnyen hozzáférhető vas szintje.
A makrofágok WBC-k, elég combos immunsejtek, nem szívesen támadják meg őket a kórokozók, bár néha van példa erre is. A vas másik forrása a HGB lehet, amit ezért az RBCk próbálnak megvédeni. Őket már egy fokkal könnyebb kijátszani, de így is jó szolgálatot tesznek a vas védelmében, és így a fertőzések visszaszorításában, olyannyira, hogy az evolúció ezt az utat választotta győztesnek szemben a szabad HGB-vel.

Külön érdekessége a dolognak, hogy az ezzel a témával kapcsolatos könyvek mindegyike az O2 szállítást jelöli meg, mint a RBC-k fő funkcióját, pedig ez nem így van. A HGB szállítja az O2-t, a RBC csak védi a HGB-t a kórokozóktól. Ez a fantasztikus a fiziológiában, hogy nap, mint nap rá lehet jönni újabb összefüggésekre. A másik, amiért imádom ezt a tudományágat, hogy mindennek beszélő neve van, pl a hepcidinnél a "hep-" kezdet elég nyilvánvalóvá teszi, hogy köze van a májhoz. A transzferrin elolvasása után meg egy laikus is ki tudja találni, hogy a vas szállítással van kapcsolata. :-)

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése