Etimoloji ve Tarihsel Bağlam
Hemoglobin** terimi Yunanca haima (kan) ve Latince globus (top veya küre) sözcüklerinden türemiştir. Alman fizyolog Carl von Vierordt bu terimi ilk kez 1840 yılında kullanmıştır. Moleküler yapısını ve biyolojik rolünü bir “kan küresi” olarak yansıtır.
Yapı ve Biyokimya
Bileşimi:
- Hemoglobin, aşağıdakilerden oluşan bir heterotetramerdir:
- İki α (alfa) alt biriminden**
- Yetişkinlerde iki β (beta) alt birimi veya fetüslerde iki γ (gama) alt birimi.
- Her alt birim şunları içerir:
- Hem prostetik grubu** olarak bilinen demir içeren bir tetrapirol halkası.
- Bir protein bileşeni, globin olarak adlandırılır.
İşlev:
- Oksijen molekülleri hem grubundaki demir atomuna bağlanır. Her hemoglobin molekülü dört oksijen molekülü bağlayabilir (alt birim başına bir tane).
- Bu, akciğerlerden dokulara etkili oksijen taşınmasını ve karbondioksitin akciğerlere geri taşınmasını kolaylaştırır.
Türleri
Hemoglobin Türleri:
- HbA (α2β2): Yetişkinlerde baskındır (toplam hemoglobinin %97,5’i).
- HbA2 (α2δ2): Küçük bir yetişkin formu (toplam hemoglobinin %2,5’i).
- HbF (α2γ2): Fetüslerdeki birincil hemoglobin, doğumdan sonra kademeli olarak değiştirilir.
Formlar:
- Oksihemoglobin: Oksijen bakımından zengin form.
- Deoksihemoglobin: Oksijeni tükenmiş form.
Hemoglobin konsantrasyonunun ölçümü, anemi teşhisi, oksijen taşıma kapasitesinin değerlendirilmesi ve poliglobulineminin saptanması için çok önemlidir.
Sentez
- Kemik iliği: hemoglobin üretiminin birincil bölgesidir.
- Sentezi şunları içerir:
- Ribozomal protein sentezinden globin zincirlerinin üretimi.
- Tetrapirol halka yapısından türetilen heme’in globin zincirlerine dahil edilmesi.
Laboratuvar Referans Aralıkları
Hemoglobin seviyeleri yaşa ve cinsiyete göre değişir:
| Yaş Aralığı | Kadın (g/dL) | Erkek (g/dL) |
|---|---|---|
| 0-30 gün | 13,4-19,9 | 13,4-19,9 |
| 31-60 gün | 10.7-17.1 | 10.7-17.1 |
| 2-3 ay | 9.0-14.1 | 9.0-14.1 |
| 3-6 ay | 9,5-14,1 | 9,5-14,1 |
| 6-12 ay | 11.3-14.1 | 11.3-14.1 |
| 1-5 yıl | 10.9-15.0 | 10.9-15.0 |
| 5-11 yaş | 11.9-15.0 | 11.9-15.0 |
| 11-18 yaş | 11,9-15,0 | 12,7-17,7 |
Yetişkin Hemoglobin Aralıkları:
- Kadınlar: 12,5-15,5 g/dL.
- Erkekler: 13.5-17.5 g/dL.
Klinik Uygunluk
Anemi Teşhisi:
- Azalmış hemoglobin seviyeleri, aşağıdakilerden kaynaklanabilecek anemiyi gösterir:
- Demir eksikliği.
- B12 vitamini veya folat eksikliği.
- Kronik hastalık.
- Kan kaybı.
- Oksijen taşıma kapasitesinin bozulduğu durumlarda yaygındır.
Polisitemi:
- Yüksek hemoglobin seviyeleri aşağıdakileri gösterebilir:
- Polisitemi vera.
- Kronik hipoksi (örn. akciğer hastalığı veya yüksek rakımlarda yaşamak).
Diğer Bozukluklar:
- Orak hücreli anemi veya talasemiye neden olanlar gibi genetik mutasyonlar hemoglobin yapısını ve işlevini doğrudan etkiler.
Genetik
Hemoglobin sentezi, α2β2 heterotetramerini oluşturan alfa ve beta alt birimlerinin üretimini yönlendiren 16 ve 11 numaralı kromozomlar üzerinde bulunan spesifik genler tarafından kodlanır.
| Alt birim | Gen | Kromozom | Gen Lokusu |
|---|---|---|---|
| α-Subunit 1 | HBA1 | 16 | 16p13.3 |
| α-Subunit 2 | HBA2 | 16 | 16p13.3 |
| β-Subunit | HBB | 11 | 11p15.4 |
Klinik Kimya
Hemoglobin seviyelerinin belirlenmesi, aşağıdakiler için kullanılan rutin bir tanı testidir:
- Kanın oksijen taşıma kapasitesini değerlendirmek.
- Anemi (düşük hemoglobin seviyeleri) ve poliglobulinemi (yüksek hemoglobin seviyeleri) teşhisi.
Hiperlipidemi ve lökositoz gibi bazı durumlar hemoglobin değerlerinin yanlışlıkla yükselmesine neden olabilir.
Varyantlar ve Türevler
HbA1c:
- Hemoglobin β zincirlerinin yüksek kan glikozu ile enzimatik olmayan glikasyonu, stabil bir ketoamin olan HbA1c’yi oluşturur.
- HbA1c, diabetes mellitus hastalarında uzun süreli kan şekeri seviyelerini izlemek için kullanılır.
Dishemoglobinler:
- Oksijeni etkili bir şekilde bağlayamayan değişmiş hemoglobin molekülleri.
- Methemoglobin (MetHb): Demirin üç değerlikli haline oksidasyonu ile oluşur. NADH bağımlı methemoglobin redüktaz tarafından hemoglobine geri döndürülebilir.
- Karboksihemoglobin (COHb)**: Karbon monoksite bağlı hemoglobin, oksijen taşınmasını azaltır.
- Sülfhemoglobin (SulfHb)**: Sülfür bileşikleri tarafından modifiye edilen hemoglobin, işlevi geri döndürülemez şekilde bozar.
Hemoglobin Bozuklukları
Hemoglobinopatiler kantitatif ve kalitatif/yapısal bozukluklar olarak sınıflandırılır:
Kantitatif Bozukluklar (Talasemiler):
- Bir veya daha fazla hemoglobin alt biriminin üretiminin azalması veya hiç olmaması ile karakterize edilir.
- Genellikle yapısal genlerdeki mutasyonlardan veya ifade düzeylerini etkileyen transkripsiyon faktörlerinden kaynaklanır.
Niteliksel Bozukluklar (Yapısal Kusurlar):
- Hemoglobinin yapısını veya bağlanma afinitesini değiştiren mutasyonlardan kaynaklanır.
- Örnekler şunları içerir:
- Orak Hücre Hastalığı**: β-globinde hemoglobin polimerizasyonuna neden olan yapısal mutasyon.
- Methemoglobinemi**: Demir oksidasyonu nedeniyle bozulmuş oksijen bağlama kapasitesi.
Kan Transfüzyonu Uygulamaları
Endikasyonlar:
- Transfüzyon genellikle stabil yetişkinlerde hemoglobin seviyeleri 7-8 g/dL’nin altına düştüğünde önerilir.
- Semptomatik hastalar veya kardiyovasküler hastalığı olanlar için daha yüksek eşikler (8-10 g/dL) geçerlidir.
Acil Durumlar:
- Hemodinamik dengesizliğe yol açan akut kan kaybı durumlarında hemoglobin seviyelerine bakılmaksızın transfüzyon gerekebilir.
Komplikasyonlar:
- Kan transfüzyonunun riskleri şunları içerir:
- Demir Aşırı Yüklenmesi: Tipik olarak 6-8 transfüzyondan sonra gözlenir ve dikkatli izleme gerektirir.
- Kitlesel Transfüzyon Riskleri: Toplam kan hacminin 24 saat içinde değiştirilmesi veya >4 ünite/saat olarak tanımlanır. Komplikasyonlar şunları içerir:
- Koagülopati: Kan pıhtılaşmasının bozulması.
- Hipotermi: Hızlı infüzyon nedeniyle vücut ısısının düşmesi.
- Elektrolit Dengesizliği: Bozulmuş serum elektrolit seviyeleri.
- Dolaşım Aşırı Yüklenmesi: Transfüzyonla ilişkili dolaşım yükü (TACO), özellikle altta yatan kardiyak rahatsızlıkları olan hastalarda.
Keşif
Omurgalılarda oksijen taşınması için kritik öneme sahip bir protein olan hemoglobin, yüzyıllardır bilimsel merak ve araştırma konusu olmuştur. Hemoglobin araştırmalarının yolculuğu, yapısı, işlevi ve klinik önemi hakkındaki anlayışımızı giderek derinleştiren çok sayıda keşfi içermiştir.
Erken Gözlemler
- 1828: William Prout tarafından keşif
İngiliz kimyager William Prout kanın kırmızı renginin “hemoglobin” adını verdiği bir maddeden kaynaklandığını tespit etti. Hemoglobinin bir protein olduğunu göstererek biyokimyasal doğasına ilişkin ilk büyük kavrayışı ortaya koydu. Prout’un çalışması daha sonra kan ve oksijen taşıma kapasitesi üzerine yapılacak çalışmaların temelini atmıştır.
19. Yüzyıl Gelişmeleri
- 1860’lar: Felix Hoppe-Seyler’in Katkıları
Alman fizyolog Felix Hoppe-Seyler hemoglobini izole ederek ve daha rafine bir şekilde karakterize ederek araştırmaları önemli ölçüde ilerletmiştir. Çığır açan çalışmaları şunları içeriyordu: - Hemoglobinin dört alt birimden oluştuğunu göstermek.
- Demir ve protoporfirin IX içeren heme grubunun oksijen bağlama kabiliyeti için gerekli olduğunun belirlenmesi.
- Biyokimya alanını kurmuş ve hemoglobinin bir protein kompleksi olarak rolünü vurgulamıştır.
Hoppe-Seyler’in öncü çalışmaları hemoglobinin fizyoloji ve biyokimyadaki önemini pekiştirdi.
Erken 20. Yüzyıl: Yapısal İncelemeler
- 1904: Hemoglobin Kristalleri Üzerine İlk Çalışmalar
Araştırmacılar fiziksel ve kimyasal özelliklerini incelemek için hemoglobini kristalleştirmeye başladılar. Bu çabalar daha derin bir yapısal anlayış için zemin hazırladı. - 1930’lar-1940’lar: Hemoglobin ve Genetik**
Hemoglobin varyantlarının kalıtsal olabileceğinin keşfi, orak hücre hastalığı gibi hemoglobinopatilerin anlaşılmasının başlangıcı oldu.
20. Yüzyılın Ortaları: X-ışını Kristalografisi ve Moleküler Kavrayışlar
- 1950’lar: Max Perutz ve Hemoglobinin Atomik Yapısı
Cambridge Üniversitesi’nde çalışan İngiliz biyokimyacı Max Perutz, hemoglobinin üç boyutlu atomik yapısını aydınlatmak için X-ışını kristalografisi kullanarak bu alanda devrim yarattı. Başarıları şunları içermektedir: - Hemoglobinin kuaterner yapısının iki alfa (α) ve iki beta (β) zincirinden oluşan bir heterotetramer olarak gösterilmesi.
- Oksijen bağlanması (allosterik düzenleme) sırasında hemoglobindeki konformasyonel değişikliklerin ortaya çıkarılması. Perutz’un araştırmaları ona 1962 yılında John Kendrew ile paylaştığı Nobel Kimya Ödülü’nü hemoglobin ve miyoglobin yapıları üzerindeki çalışmalarından dolayı kazandırmıştır.
20. Yüzyılın Sonları: Genetik ve Klinik Gelişmeler
Hemoglobinopatileri Anlamak:
- Orak hücreli anemi** ve talasemi gibi hastalıkların moleküler temeli aydınlatıldı. HBB genindeki (beta-globin zincirini kodlayan) mutasyonlar hemoglobindeki yapısal anormalliklerle ilişkilendirildi.
Rekombinant Hemoglobin:
- Genetik mühendisliğindeki gelişmeler rekombinant hemoglobin üretimine olanak sağlayarak sentetik kan ikamelerinin önünü açtı.
Modern Hemoglobin Araştırması
- Yapısal ve İşlevsel Çalışmalar: Kriyo-elektron mikroskobu gibi yüksek çözünürlüklü görüntüleme tekniklerinin sürekli kullanımı, moleküler düzeyde hemoglobin dinamiklerine ilişkin anlayışımızı geliştirmiştir.
- Hastalık Tedavisi: Bilim insanları, HBB genindeki mutasyonları düzeltmek için CRISPR-Cas9 gibi gen düzenleme teknikleri de dahil olmak üzere orak hücre hastalığı için yeni tedaviler geliştirmektedir. Farmakolojideki gelişmeler, hemoglobinin oksijen bağlama özelliklerini modüle etmeyi ve hipoksiyle ilgili durumlar için tedavi seçeneklerini artırmayı amaçlamaktadır.
- Sentetik ve Yapay Hemoglobin: Yapay hemoglobin üzerine yapılan araştırmalar, kan nakli ve acil durumlarda kullanılmak üzere kararlı ve etkili oksijen taşıyıcıları oluşturmayı amaçlıyor.
İleri Okuma
- Markogiannakis, H., et al. (2007). Acute mechanical bowel obstruction: Clinical presentation, etiology, management and outcome. World Journal of Gastroenterology: WJG, 13(3), 432.
- SAGES Guidelines for Laparoscopic Surgery During Pregnancy. (2008). Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons.
- British Journal of Anaesthesia. (2012). The ‘pros and cons’ of transfusion.
- AABB. (2016). Clinical Practice Guidelines From the AABB: Red Blood Cell Transfusion Thresholds and Storage. JAMA, 316(19), 2025–2035.
- Sasako, M. (2017). Gastric Cancer: Principles and Practice. Springer.
- The Lancet. (2018). Patient blood management guidelines: how should they be implemented?
- American Society of Hematology. (2019). Blood Transfusion.
