Új szereplő a légzési ciklusban

Az USA Tudományos Akadémiájának lapja, a Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) jelentette meg Jonathan Stamler vezető szerző és munkatársainak tanulmányát, miszerint a nitrogén-monoxid alapvetően fontos az oxigén szövetekhez és sejtekhez szállításához. A Hemoglobin βCys93 is essential for cardiovascular function and integrated response to hypoxia című tanulmány szerzői szerint felfedezésük alapvetően átformálhatja mindazt, amit a légzőrendszerről eddig tudtunk. A jelenlegi tudományos dogma szerint ugyanis a légzés folyamatában két molekula vesz részt, az oxigén és a széndioxid; az oxigén a belégzés után a tüdőből a szövetekbe kerül, míg a széndioxid útja ellentétes: a szövetekből a tüdőbe jut, onnan pedig a kilégzéssel távozik. Stamlerék felfedezése szerint azonban az oxigént szállító fehérjéhez, a hemoglobinhoz nitrogén-monoxidnak is kell kapcsolódnia ahhoz, hogy az erekből az oxigén eljusson a szövetekbe.

Mint a kutatók kifejtik, az orvosok régóta tisztában vannak azzal, hogy jelentős eltérés van a vérben szállított és a szövetekben felszabaduló oxigén mennyisége között, azonban eddig nem tudták megmagyarázni az eltérés okát. Az új felfedezés azonban megmutatja, hogy a vörösvértesteken belüli nitrogén-monoxid tölti be a légzési cikluson belül a kapuőr szerepét. Stamler nyilatkozata szerint munkájukkal a légzési ciklus véráramlás-szabályozásának molekuláris alapját tárták fel: a szabályozó maga a hemoglobin fehérje, ami azzal a képességgel rendelkezik, hogy az oxigént és a nitrogén-monoxidot egyaránt és egyszerre képes megkötni. Az egyszerűsített tankönyvi kép, ami szerint a légcserében csak két gáz – az oxigén és a széndioxid – szerepel, kihagyja a nitrogén-monoxidot, holott annak jelenléte a legtöbb esetben fontosabb, mint az, hogy konkrétan mennyi oxigént szállít a hemoglobin. A légcsere tehát egy három gázból álló rendszer, szögezi le a kardiológus.

A szöveti véráramlás autoregulációjának működése, a szöveti kiserek nyílását–záródását befolyásoló mechanizmus régi rejtélynek számít az orvostudományban. Azt már eddig is tudtuk, hogy a hemoglobinban van három olyan aminosav, amely az emlősökben és a madarakban egyaránt megtalálható, de csak kettő szükséges közülük az oxigén szállításához. Mint most kiderült, a harmadik konzervált aminosav, a β-lánc egy ciszteinje (βCys93) a vazodilatációt szabályozó nitrogén-monoxidot köti meg.

Vizsgálatuk során a kutatók olyan egereket hoztak létre, amelyek hemoglobinjában ezen a helyen cisztein helyett alanin van, így a vörösvértestek nem voltak képesek megkötni a nitrogén-monoxidot, aminek következtében a szöveti véráramlás autoregulációja teljesen felborult, és a szövetek nem tudtak oxigénhez jutni. Habár az állatok vörösvértestjei megfelelő mennyiségű oxigént szállítottak, a szövetekben alaphelyzetben is alacsony volt a véráramlás és az oxigén szintje, hipoxia esetén pedig az értékek meredeken romlottak. Az oxigénhiány következtében fokozódnia kellett volna a véráramlásnak, hogy több oxigén juthasson a szövetekhez, ezzel ellentétben a βCys93Ala mutációval rendelkező egerekben hamarosan miokardiális iszkémia és kardiális dekompenzáció alakult ki, mortalitásuk megnőtt.

A kutatók megállapítása szerint tehát a (βCys93NO)-Hb szükséges a megfelelő szöveti oxigenizációhoz és a normális kardiovaszkuláris funkció fenntartásához, a nitrogén-monoxid szabályozza az oxigén felszabadulását. Ha van nitrogén-monoxid, a vérerek kitágulnak, így az oxigén eljut a szövetekbe.

A βCys93Ala mutációval rendelkező egerek vörösvértestjei minden tradicionális mérce szerint normálisak, képesek az oxigén felvételére és leadására, majd a széndioxid felvételére, azonban nitrogén-monoxid hiányában nem jön létre a vazodilatáció. Korábban azt gondoltuk, hogy a vazodilatáció szabályozása az erek endoteliumának a feladata - most kiderült, hogy ezt a szerepet a vörösvértestek hemoglobinja által szállított nitrogén-monoxid látja el -, és a véráramlás elégtelensége következtében kialakult szívinfarktust és stroke-ot sem kötöttük össze a vörösvértestek működésével. A vörösvértestek diszfunkciója azonban, amikor a hipoxia nem hoz létre kompenzáló vazodilatációt, közreműködhet a szív, a tüdő, a vese és a vér betegségeinek kialakulásában, mondja Stamler, és különösen súlyossá teheti pl. a sarlósejtes anémia kimenetelét. Ráadásul, mint a közelmúltban kiderült, a transzfúzió során alkalmazott vérben alacsony a nitrogén-monoxid szintje, ami megnöveli a morbiditást – pl. a szívinfarktusok előfordulási arányát - és a mortalitást, mint ahogy az a βCys93Ala mutációval rendelkező egereknél is látható. A nemzeti vérkészleteket, szögezi le a kardiológus, fel kell tölteni nitrogén-monoxiddal.