تسمم بأحادي أكسيد الكربون
الفيزيولوجيا المرضية > الهيموغلوبين

يحتوي أحادي أكسيد الكربون على معامل انتشار أعلى مقارنة بالأكسجين، والإنزيم الرئيسي في جسم الإنسان الذي ينتج أحادي أكسيد الكربون هو أكسجيناز الهيم، الموجود في جميع الخلايا والصفائح الدموية تقريبًا. يُخزّن معظم أحادي أكسيد الكربون المنتج داخليًا مرتبطًا بالهيموغلوبين على شكل كربوكسي هيموغلوبين. يعتمد الفهم المبسط لآلية سُمِّية أحادي أكسيد الكربون على زيادة الكربوكسي هيموغلوبين مما يقلل من قدرة الدم على توصيل الأكسجين إلى الأنسجة في جميع أنحاء الجسم. في البشر، يكون التقارب بين الهيموغلوبين وأحادي أكسيد الكربون أقوى بحوالي 240 مرة من التقارب بين الهيموغلوبين والأكسجين. ومع ذلك، فإن بعض الطفرات مثل طفرة Hb-Kirklareli لها تقارب نسبي أكبر بـ 80000 مرة من أحادي أكسيد الكربون مقارنة بالأكسجين مما يؤدي إلى وصول الكربوكسي هيموغلوبين النظامي إلى مستوى مستدام يبلغ 16٪ COHb.
الهيموغلوبين عبارة عن بروتين رباعي بأربع مجموعات هيم لتكون بمثابة مواقع ربط للأكسجين. يحتوي متوسط خلايا الدم الحمراء على 250 مليون جزيء هيموجلوبين، وبالتالي فإن مليار موقع هيم قادر على ربط الغاز. يؤدي ارتباط أحادي أكسيد الكربون في أي من هذه المواقع إلى زيادة تقارب الأكسجين في المواقع الثلاثة المتبقية، مما يتسبب في احتفاظ جزيء الهيموجلوبين بالأكسجين الذي يمكن أن يُوصل إلى الأنسجة؛ لذلك قد يكون الارتباط بأحادي أكسيد الكربون في أي موقع بنفس خطورة الارتباط بأحادي أكسيد الكربون في جميع المواقع. يُوصَّل الأكسجين إلى حد كبير بتأثير بوهر وتأثير هالدين. لتوفير ملخص مبسط للآلية الجزيئية للتبادل الغازي الجهازي عند الشخص الطبيعي، عند استنشاق الهواء، كان يُعتقد على نطاق واسع أن ارتباط الأكسجين بأي من مواقع الهيم يؤدي إلى تغيير في التوافق في وحدة الغلوبين / البروتين في الهيموغلوبين والتي تمكن بعد ذلك من الربط بالأكسجين الإضافي لكل موقع من مواقع الهيم الشاغرة الأخرى. عند الوصول إلى الخلية / الأنسجة، يكون إطلاق الأكسجين في الأنسجة مدفوعًا بـ "تحمض" الرقم الهيدروجيني المحلي (بمعنى تركيز أعلى نسبيًا من البروتونات / أيونات الهيدروجين الحمضية) الناتجة عن زيادة التحول الأحيائي لنفايات ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الكربونيك عبر الأنهيدراز الكربوني. بعبارة أخرى، يصل الدم الشرياني المؤكسد إلى الخلايا في "حالة الهيموجلوبين R" التي تحتوي على بقايا الأحماض الأمينية المنفردة / الموحدة (فيما يتعلق بالنيتروجين / الأمينات) بسبب بيئة الأس الهيدروجيني الشرياني الأقل حمضية (متوسط درجة الحموضة في الدم الشرياني 7.407 بينما الدم الوريدي يكون أكثر حمضية قليلاً عند الرقم الهيدروجيني 7.371). يُزال الأكسجين من "الحالة T" للهيموجلوبين في الدم الوريدي جزئيًا بسبب البروتونات / التأين الناجم عن البيئة الحمضية وبالتالي يتسبب في تشكيل غير مناسب للربط بالأكسجين (بمعنى آخر، "يُخرج" الأكسجين عند وصوله إلى الخلية لأن الحمض "يهاجم" أمينات الهيموجلوبين مما يتسبب في تأين / برتنة (إضافة بروتون) بقايا الأمين مما يؤدي إلى تغيير في الشكل غير مناسب للاحتفاظ بالأكسجين). علاوة على ذلك، فإن آلية تكوين الكاربامينوهيموغلوبين تولد أيونات هيدروجين "حمضية'' إضافية قد تزيد من استقرار الهيموغلوبين غير المؤكسد / المؤين. عند عودة الدم الوريدي إلى الرئة وزفير ثاني أكسيد الكربون اللاحق، "تُزال حامضية" الدم (انظر أيضًا: فرط التنفس) مما يسمح بنزع / توحيد الهيموجلوبين لإعادة تمكين الارتباط بالأكسجين كجزء من الانتقال إلى الدم الشرياني (لاحظ أن هذه العملية معقدة بسبب مشاركة المستقبلات الكيميائية والوظائف الفسيولوجية الأخرى). لا "يُطرد" أحادي أكسيد الكربون بسبب الحمض، وبالتالي فإن التسمم بأحادي أكسيد الكربون يزعج هذه العملية الفسيولوجية، وبالتالي فإن الدم الوريدي لمرضى التسمم يكون أحمر فاتحًا يشبه الدم الشرياني حيث يُحتقظ بأحادي أكسيد الكربون. يكون الهيموجلوبين داكنًا في الدم الوريدي غير المؤكسد، ولكن له لون أحمر ساطع عند حمل الدم في الدم الشرياني المؤكسد وعند تحويله إلى كربوكسي هيموغلوبين في كل من الدم الشرياني والدم الوريدي، لذا فإن الجثث المسمومة وحتى اللحوم التجارية المعالجة بأحادي أكسيد الكربون تكتسب حمرة غير طبيعية مسحة.
في التركيزات السامة، يتداخل أحادي أكسيد الكربون مثل الكربوكسي هيموغلوبين بشكل كبير مع التنفس وتبادل الغازات عن طريق تثبيط اكتساب الأكسجين وإيصاله إلى الخلايا في نفس الوقت، ومنع تكوين الكاربامينوهيموغلوبين الذي يمثل حوالي 30 ٪ من تصدير ثاني أكسيد الكربون. لذلك قد يعاني المريض الذي يعاني من التسمم بأحادي أكسيد الكربون من نقص الأكسجة، والحماض (من المحتمل أن يكون كل من الحماض التنفسي والحماض الأيضي) بالإضافة إلى سمية أحادي أكسيد الكربون الزائد التي تثبط العديد من البروتينات الدموية والأهداف المعدنية وغير المعدنية التي تؤثر على الآليات الخلوية.