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[023] 赤血球とヘモグロビン erythrocyte and hemoglobin (GB#104D02)

[023] 赤血球とヘモグロビン erythrocyte and hemoglobin (GB#104D02)

glycogen synthesis

●赤血球は酸素が無くても生きられる

赤血球は血液中の細胞群の 99 %を占め,酸素(O2)を運ぶ大事な仕事をしている。 体中の細胞が酸素を必要としているからだ。 赤血球は小豆が程よく詰まってクタクタしているお手玉のような感じで,中身は小豆に相当するヘモグロビンというタンパク以外はほとんどカタチのあるものは何もない。 細胞なのに細胞核がないのは有名だけど,小胞体もミトコンドリアも持っていない。 驚いたことに赤血球はヘモグロビンに酸素をめいっぱいに吸い込ませて大量の酸素を抱えているのに,自分自身はいっさい酸素呼吸をしないのだ。

●核がなくても大丈夫

赤血球は直径およそ 1000 分の 8 ミリ( 8 μm),厚さがおよそ 2 μmで,真ん中をへこませた丸いお餅のような形をしている。 ヒトの身体を作っている細胞の中では特に小さい方に入る。 毛細血管の中はこの直径よりも細いけれど,赤血球はてきとうに変形しながら楽に通り抜ける。

細胞核を持たない細胞だからタンパクは作れないのに,ヘモグロビンはどこから来るのだろう。  実はヘモグロビンは,この細胞が骨髄の中で作られるのと同時にその細胞の中で合成される。 骨髄の中にいるときは核もリボソームもミトコンドリアも持っているらしい。 だから,タンパク合成が可能だ。 それが赤血球として血管に入っていく直前と直後にこれらの細胞内の装置類は捨て去られ,ほとんどヘモグロビンしか持たない袋に生まれ変わるのだ。 末梢で必要としている酸素の運搬を最優先するための究極の選択と言える。
ミトコンドリアがないから酸素呼吸はしない。 だけど,細胞膜のイオンポンプは回していないと細胞が死んでしまうから最低限の ATP は絶対必要だ。 そのくらいはミトコンドリアがなくても大丈夫。 細胞質基質の中で回っている解糖系でまかなえるらしい。 それで 120 日間,一年の 3 分の 1 も生きて働き続ける。
※解糖系しかないので,エネルギー源としてブドウ糖以外を利用することができない。

●ひとつのヘモグロビンは4個の酸素分子を運ぶ

ヘモグロビンはおよそ 16000 の分子量をもつ部品(サブユニット)が4つ結合して合計約 64000 の分子量をもつ大きなひとつのタンパクになっている。 こんなに大きいのにヘモグロビンが運ぶ酸素は実はたった 4 分子だ。 ひとつのサブユニット分子に 1 個の酸素分子(O2)が収まる「ヘム(heme)」という入れ物を持っている。 この入れ物の一部が鉄製であることがミソらしい。 鉄は酸素とくっつきやすいのは知っているだろう。 鉄のさびは酸素のせいだ。 ヘモグロビンのサブユニットにはそれぞれ鉄原子(Fe)1 個を含んだヘムが埋まっていて,その鉄原子に酸素分子 1 個が捕まる。 この反応は鉄さびの反応(酸化)とはまた別ものらしいけど,酸素を引き付ける鉄の力がうまく利用されている。 酸素が結合するとヘムの構造が変化して(赤い光だけを反射するので)鮮やかな赤に見える。 酸素を失ったヘムはまた元にもどって赤黒く見える。 それにしても巨大なヘモグロビン 1 個にたった 4 つの酸素分子とは,それで大丈夫?とちょっと不思議に思ったのではないだろうか。

●ヘモグロビンは 80 倍の酸素を運ぶ

血漿の 90 %を占める水にも酸素は溶けこむ。 酸素分圧と温度に左右されるけれど,肺胞の中の酸素分圧である 100 mmHg のときだと 37 ℃ の水1リットルにはおよそ 3 ミリリットルの酸素が溶け込む。 これは 0.00012 モル,およそ 7.2 × 1019 分子になる。 一方,ひとつの赤血球の中にはヘモグロビンがおよそ 2 億 8 千万(2.8 × 108 ) 個含まれる。 だから赤血球ひとつに最大 2.8 × 108 × 4 個の酸素分子が吸収される。 1 リットル血液には赤血球がおよそ 5 兆個( 5 × 1012 )含まれるから,血液 1 リットルの中のヘモグロビンには最大で 2.8 × 108 × 4 × 5 × 1012 = 56 × 1020 = 560 × 1019 分子の酸素が吸収されることになる。 血漿ばかり 1 リットルのときと比べると,560 ÷ 7.2 = 77.8 倍だから,およそ 80 倍近くの差になる(普通,70 倍以上の酸素を運ぶといわれているから,だいたい計算はあっているようだ)。 だからヘモグロビン 1 分子にたった 4 個の酸素でも全然効力が違うのだ。

*赤血球の数は標準で血液 1 マイクロリットルあたり 450 万から 550 万個。

※上記の計算で,これまで,赤血球当たりのヘモグロビン分子数と 1 リットル当たりの赤血球数をどちらも一桁間違っていました。<(_ _)>。現在,記載している数字が妥当な数です。申し訳ありませんでした。<(_ _)>。ただし,ヘモグロビン分子数が一桁少なく,赤血球数が一桁多かったので,掛け算の結果は同じで,ヘモグロビンの効果の 80 倍という結論は変わりません。2017-5-22.


・赤血球当たりのヘモグロビン量はおよそ 30 pg (30 × 10-12 g )で,ヘモグロビンの分子量は 64000 なので,赤血球ひとつ当たりのヘモグロビンの分子数は,30 × 10-12 × 6.02 × 1023 / 64000 = 180 / 6.4 × 107 = 2.8 × 108.

●赤血球は肺胞と末梢の間のシャトル便

ヘモグロビンは肺胞(はいほう)で酸素をもらう。 肺胞の酸素濃度(生理学的な指標としては酸素分圧)はじゅうぶんに高い(100 mmHg )ので,ほとんどの赤血球のほとんどのヘモグロビンは酸素でいっぱいになる。 心臓に戻って体中に新鮮な血液を送る動脈の中を流れていく間,酸素などのガスは厚い血管の壁をほとんど抜けてはいかないので,そのままどんどん枝分かれをする血管で分配されて末梢まで運ばれる。 血管が毛細血管に変わったとたん,血管の壁は薄くなってガスの出入りが自由になると,周囲の酸素分圧はいっきに下がって 40 mmHg 以下に下がるから,酸素は自動的にヘモグロビンから離れて,酸素を待ち構えている組織に散らばっていく。 意外なのは末梢に酸素を運ぶのがヘモグロビンの仕事というけれど,40 mmHg くらいだったら, 5 割以上のヘモグロビンはそのまま酸素を持ち帰ってきてしまうことだ。 末梢組織の酸素分圧が低いとそれに応じて多くの酸素が離れることになるけれど,ヘモグロビンは必要な分だけしか酸素を置いていってくれない結構しぶちんのようだ。
酸素解離曲線参照

●血液は結合組織だ

ヘモグロビンは酸素を運ぶことは常識だけど,末梢から戻りのときでも二酸化炭素(CO2を肺胞まで運ぶという大事な役目を持っていることは勉強しない限りあまり知られていないだろう。 そのほかにもホルモンやらイオンやら熱やら血液はいろんなものを末梢同士の間でも運んでいる。 常に移動している血液が解剖学の教科書では靭帯(じんたい)や腱(けん)とおなじ「結合組織」に分類されているのは素人にはちょっと納得がいかなかったけれど,体の中を端から端まで物流で機能的に結んでいる点でりっぱな「結合組織」であることには間違いない。

○参考にしたサイト

ヘモグロビン分子の立体構造が見たい⇒今月の分子(Molecule of the Month)

○関連する記事

[029] ヘモグロビンの酸素解離曲線 oxyhemoglobin dissociation curve
[050] 細胞呼吸 cellular respiration
[047] 解糖系 glycolysis
[016] 血液循環 blood circulation
[010] 肺胞換気量と死腔 alveolar ventilation and dead space
[001] 心臓のポンプ機能 heartbeat pumping
[004] 陽イオンと陰イオン(1)引力と反発力,cation and anion, attraction and repulsion 
[011] 体内の酸性・アルカリ性と炭酸ガス body acid-base reaction and carbon dioxide gas

○参考文献

Essential細胞生物学〈DVD付〉原書第3版,南江堂
細胞の分子生物学, ニュートンプレス; 第5版 (2010/01)
臓単―ギリシャ語・ラテン語 (語源から覚える解剖学英単語集 (内臓編))
カラー図解 人体の正常構造と機能 全10巻縮刷版,坂井 建雄,日本医事新報社
人体機能生理学,杉 晴夫,南江堂
細胞の分子生物学, ニュートンプレス; 第5版 (2010/01)
トートラ人体解剖生理学 原書8版,丸善
イラスト解剖学,松村 讓兒,中外医学社
・柔道整復学校協会編「生理学」,南江堂
・東洋療法学校協会編「生理学」,医歯薬出版株式会社

rev.20160709, rev.20170211,rev.20170505, rev.20170522, rev.20180503, 20180719.

◆こころ医療福祉専門学校
http://kokoro.ac.jp/

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コメント

    (ceoKIKKENより) [2014/09/23][6:06 PM]

    紫さん、お便りありがとうございます。
    物語を生み出す作業はいくつになっても素晴らしいと思います。このブログで触発されて、さらに内容が充実するなら、こちらとしては光栄の至りです。ただ、「ここのようなきちんとした場で学べたことは有難いです。」とありますが、残念ながら、ここを「きちんとした」場というのは言い過ぎですね(笑)。あくまで見た人がきちんとした勉強を始めたくなるように、簡単なアニメーションできっかけを作りたいというのが願いです。間違って書いている内容も多いと思います。 これを見て興味を持った方はあらためてご自分で確かめてもらえたらと思います。そして間違いを指摘してくれたら、なお助かります。
    これからの成功をお祈りします。
    > やはりこんな質問されるとどきっとしますよね。すみません、高校生にもなって物語を書いて遊んでいるのが恥ずかしくて言えませんでした。あはは。
    >
    > そうなんですよ、知識がないとストーリーが現実味を持たないというか浅いものになってしまうというか……。それでいろいろ調べてみたんです。このサイトさんに出会えて良かったです。ネットには情報が多すぎて嘘っぱちも混ざっているので、ここのようなきちんとした場で学べたことは有難いです。
    >
    > 本の紹介もありがとうございました。探してみます。
    > 実は、身体の変化については軽く調べるだけでいいかな、なんて考えたりもしたんですが、やっぱり詳しくなっておいた方が設定も広がりますし活用しやすいですよね。
    > きちんと本で知識を身につけようと思います。
    >
    > では、失礼しました。
    >
    >
    > >紫さん、こちらこそご返事ありがとうございます。
    > >物語の話だったのですね。心臓が弱ると手足が腐るのはいつ?とか、ちょっと奇妙な疑問で、どきっとしましたが、なるほどそういうことでしたか。しかし、物語がたとえファンタジーとしても、身体の変化については、もう少し深く勉強してからでないと、話に説得力がなくなるおそれがあるので注意してください。
    >
    > >なっとく解剖生理学〈2〉ぐるぐる回す循環器 2013/11/1
    > 五十嵐 雅 (著) 文光堂 単行本 ¥ 3,240
    >
    > >この本は、現場の若手の医師の先生が、初心者の学生向けに、マンガのような絵でやさしく解説しています。心臓が動いたり、動かなかったりするのは、こんな感じ、という、”感覚”が伝わってくる本だと思います。
    > >高校生では、ちょっと高いし、途中でついていけなくなるかもしれませんが、図書館などで見つけたら読んでみてください。

    (紫より) [2014/09/19][6:12 PM]

    やはりこんな質問されるとどきっとしますよね。すみません、高校生にもなって物語を書いて遊んでいるのが恥ずかしくて言えませんでした。あはは。
    そうなんですよ、知識がないとストーリーが現実味を持たないというか浅いものになってしまうというか……。それでいろいろ調べてみたんです。このサイトさんに出会えて良かったです。ネットには情報が多すぎて嘘っぱちも混ざっているので、ここのようなきちんとした場で学べたことは有難いです。
    本の紹介もありがとうございました。探してみます。
    実は、身体の変化については軽く調べるだけでいいかな、なんて考えたりもしたんですが、やっぱり詳しくなっておいた方が設定も広がりますし活用しやすいですよね。
    きちんと本で知識を身につけようと思います。
    では、失礼しました。
    >紫さん、こちらこそご返事ありがとうございます。
    >物語の話だったのですね。心臓が弱ると手足が腐るのはいつ?とか、ちょっと奇妙な疑問で、どきっとしましたが、なるほどそういうことでしたか。しかし、物語がたとえファンタジーとしても、身体の変化については、もう少し深く勉強してからでないと、話に説得力がなくなるおそれがあるので注意してください。
    >なっとく解剖生理学〈2〉ぐるぐる回す循環器 2013/11/1
    五十嵐 雅 (著) 文光堂 単行本 ¥ 3,240
    >この本は、現場の若手の医師の先生が、初心者の学生向けに、マンガのような絵でやさしく解説しています。心臓が動いたり、動かなかったりするのは、こんな感じ、という、”感覚”が伝わってくる本だと思います。
    >高校生では、ちょっと高いし、途中でついていけなくなるかもしれませんが、図書館などで見つけたら読んでみてください。

    (ceoKIKKENより) [2014/09/18][9:19 AM]

    紫さん、こちらこそご返事ありがとうございます。
    物語の話だったのですね。心臓が弱ると手足が腐るのはいつ?とか、ちょっと奇妙な疑問で、どきっとしましたが、なるほどそういうことでしたか。しかし、物語がたとえファンタジーとしても、身体の変化については、もう少し深く勉強してからでないと、話に説得力がなくなるおそれがあるので注意してください。
    なっとく解剖生理学〈2〉ぐるぐる回す循環器 2013/11/1
    五十嵐 雅 (著) 文光堂 単行本 ¥ 3,240
    この本は、現場の若手の医師の先生が、初心者の学生向けに、マンガのような絵でやさしく解説しています。心臓が動いたり、動かなかったりするのは、こんな感じ、という、”感覚”が伝わってくる本だと思います。
    高校生では、ちょっと高いし、途中でついていけなくなるかもしれませんが、図書館などで見つけたら読んでみてください。
    > まず、お返事有り難うございました。駄目元で投稿したのでお返事があったことがとても嬉しかったです。
    >
    > なるほど、確かに心臓の活動が急に活発になったからといって呼吸が荒くなったりはしないんでしょうね。大変勉強になりました。不活発になった場合まず意識を失う、というのも知れてよかったです。
    > また、目の充血など、私の予想が1つでも当たっていたことが少し嬉しいです。やっぱり答え合せって素敵ですね、回答を用意してくださって本当に有り難うございました。
    >
    > ちなみに、心臓の活動が急に活発になったり不活発になったり、というのは現実で起こった話ではありません。白状すると、私は物語をつくっていて、その設定上でこういった知識が必要になったのです。
    > ご案じいただき有り難うございます。
    > では、失礼しました。
    >
    >
    > >紫さんでしたね。失礼しました。
    > >質問、有難うございます。
    >
    > >このブログは基礎医学、それも基本的なレベルにこだわっていますので、その範囲でお答えします。
    > 心臓が(なんらかの原因で)急に活発になったら、血流が増えますから血圧が上がります。目は充血するかもしれません。心臓の活動が勝手に活発になっただけでは、呼吸が荒くなったりはしないかもしれません。
    >
    > >一方、心臓が(なんらかの原因で)急に不活発になったら、血流が低下しますから血圧が下がります。急な血圧低下は脳血流の低下を及ぼして、まず意識を失うかもしれません。手足の血流も減れば、痺れるし、それも長く続けば組織もやられるでしょうが、それがどの程度のものかは知りません。
    >
    > >心臓の活動が、特に心当たりがないのに、急に活発になったり不活発になったりするようなら、その原因を突き止めることが大事です。もし、自分の体のことで気になる場合は、お医者さんの診療をうけることをお勧めします。

    (紫より) [2014/09/17][6:21 PM]

    まず、お返事有り難うございました。駄目元で投稿したのでお返事があったことがとても嬉しかったです。
    なるほど、確かに心臓の活動が急に活発になったからといって呼吸が荒くなったりはしないんでしょうね。大変勉強になりました。不活発になった場合まず意識を失う、というのも知れてよかったです。
    また、目の充血など、私の予想が1つでも当たっていたことが少し嬉しいです。やっぱり答え合せって素敵ですね、回答を用意してくださって本当に有り難うございました。
    ちなみに、心臓の活動が急に活発になったり不活発になったり、というのは現実で起こった話ではありません。白状すると、私は物語をつくっていて、その設定上でこういった知識が必要になったのです。
    ご案じいただき有り難うございます。
    では、失礼しました。
    >紫さんでしたね。失礼しました。
    >質問、有難うございます。
    >このブログは基礎医学、それも基本的なレベルにこだわっていますので、その範囲でお答えします。
    心臓が(なんらかの原因で)急に活発になったら、血流が増えますから血圧が上がります。目は充血するかもしれません。心臓の活動が勝手に活発になっただけでは、呼吸が荒くなったりはしないかもしれません。
    >一方、心臓が(なんらかの原因で)急に不活発になったら、血流が低下しますから血圧が下がります。急な血圧低下は脳血流の低下を及ぼして、まず意識を失うかもしれません。手足の血流も減れば、痺れるし、それも長く続けば組織もやられるでしょうが、それがどの程度のものかは知りません。
    >心臓の活動が、特に心当たりがないのに、急に活発になったり不活発になったりするようなら、その原因を突き止めることが大事です。もし、自分の体のことで気になる場合は、お医者さんの診療をうけることをお勧めします。

    (ceoKIKKENより) [2014/09/16][10:17 PM]

    紫さんでしたね。失礼しました。
    質問、有難うございます。
    このブログは基礎医学、それも基本的なレベルにこだわっていますので、その範囲でお答えします。
    心臓が(なんらかの原因で)急に活発になったら、血流が増えますから血圧が上がります。目は充血するかもしれません。心臓の活動が勝手に活発になっただけでは、呼吸が荒くなったりはしないかもしれません。
    一方、心臓が(なんらかの原因で)急に不活発になったら、血流が低下しますから血圧が下がります。急な血圧低下は脳血流の低下を及ぼして、まず意識を失うかもしれません。手足の血流も減れば、痺れるし、それも長く続けば組織もやられるでしょうが、それがどの程度のものかは知りません。
    心臓の活動が、特に心当たりがないのに、急に活発になったり不活発になったりするようなら、その原因を突き止めることが大事です。もし、自分の体のことで気になる場合は、お医者さんの診療をうけることをお勧めします。
    > 初めまして。コメント失礼します。
    > 質問なんですが、もし「急に心臓の活動が活発になった」場合と「急に心臓の活動が抑制された」場合、どうなりますか?
    >
    > 活発になった場合↓
    > 体温上昇。目が充血する。息が荒くなる。酸素を取り込みすぎて手足が痺れる。等
    > 抑制された場合↓
    > 体温低下。唇が紫になり、肌が青白くなる。呼吸が浅くなる。手足が痺れ、放っておくと腐れてくる。意識が朦朧としてくる。等
    >
    > 他にはどんなことが起きますか?ちなみに、心臓の活動が抑制されて手足が痺れたとして、いつ頃から腐れ始めますか?
    > また、私が言ったことに間違いはありますか?
    > 質問攻めしてごめんなさい。知識を悪用したりしないので是非回答お願いします。
    > 無理ならば無視して頂いて大丈夫です。
    > 宜しくお願いします。

    (紫より) [2014/09/15][10:38 PM]

    初めまして。コメント失礼します。
    質問なんですが、もし「急に心臓の活動が活発になった」場合と「急に心臓の活動が抑制された」場合、どうなりますか?
    活発になった場合↓
    体温上昇。目が充血する。息が荒くなる。酸素を取り込みすぎて手足が痺れる。等
    抑制された場合↓
    体温低下。唇が紫になり、肌が青白くなる。呼吸が浅くなる。手足が痺れ、放っておくと腐れてくる。意識が朦朧としてくる。等
    他にはどんなことが起きますか?ちなみに、心臓の活動が抑制されて手足が痺れたとして、いつ頃から腐れ始めますか?
    また、私が言ったことに間違いはありますか?
    質問攻めしてごめんなさい。知識を悪用したりしないので是非回答お願いします。
    無理ならば無視して頂いて大丈夫です。
    宜しくお願いします。

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