ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ Η αιμοσφαιρίνη είναι πρωτεϊνη ειδικά προσαρμοσμένη για την μεταφορά αερίων από και προς τους πνεύμονες. Το μόριο της φυσιολογικής αιμοσφαιρίνης απαρτίζεται από τέσσερις αλυσίδες σφαιρίνης, δύο τύπου άλφα (α) και δύο άλλου τύπου (β, γ ή δ), η καθεμία από τις οποίες περιέχει μια πορφυρινική χρωστική που περιέχει σίδηρο και ονομάζεται αίμη. Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες της σφαιρίνης είναι πτυχωμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να συγκρατούν μόρια αίμης μέσα στην πτυχή και να συνδέονται αναστρέψιμα με το οξυγόνο. Κατά την πρώιμη εμβρυϊκή ζωή κυριαρχούν οι αιμοσφαιρίνες Gower 1 (ζ2ε2), Gower 2 (α2ε2) και Portland (ζ2γ2). Αργότερα, παράγεται εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη F (HbF), η οποία έχει 2 α και 2 γ αλυσίδες (α2γ2). Υπάρχει αυξανόμενη σύνθεση αλυσίδων β από την 13η εβδομάδα της κύησης (μετά το πρώτο τρίμηνο), ενώ κατά τον τοκετό υπάρχει 80% HbF και 20% HbA (α2β2). Η αλλαγή από HbF σε HbA γίνεται μετά την γέννηση, οπότε καταστέλλονται περαιτέρω τα γονίδια για την παραγωγή αλυσίδων γ και υπάρχει ταχεία αύξηση της σύνθεσης των αλυσίδων β. Ο ακριβής μηχανισμός της αλλαγής παραμένει άγνωστος. Υπάρχει μικρή παραγωγή HbF (φυσιολογικά κάτω του 1%) επί΄6 μήνες μετά την γέννηση. Η αλυσίδα δ συντίθεται αμέσως πριν τον τοκετό και η HbA2 (α2δ2) παραμένει σε επίπεδο 2% περίπου δια βίου. Οι αλυσίδες της σφαιρίνης συντίθενται με τον ίδιο τρόπο όπως κάθε πρωτεϊνη. Χρειάζονται 4 γονίδια αλυσίδας σφαιρίνης για τον έλεγχο της παραγωγής αλυσίδας α. Σε κάθε απλοειδές γονιδίωμα υπάρχουν 2 γονίδια (προερχόμενα από τον ένα γονέα). Τα γονίδια αυτά βρίσκονται σε κοντινές θέσεις στο χρωμόσωμα 16. Τα γονίδια που ελέγχουν την παραγωγή των αλυσίδων ε, γ, δ και β βρίσκονται σε κοντινές θέσεις στο χρωμόσωμα 11.

ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΗ Α α2β2 Α2 α2δ2 F α2γ2 Gower 1 ζ2ε2 Gower 2 α2ε2 Portland ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ ΔΟΜΗ ΣΧΟΛΙΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΗ Α α2β2 Αποτελεί το 97% της αιμοσφαιρίνης του ενηλίκου Α2 α2δ2 Αποτελεί το 2% της αιμοσφαιρίνης του ενηλίκου. Αυξημένη στη β-θαλασσαιμία F α2γ2 Φυσιολογική αιμοσφαιρίνη στο έμβρυο από τον 3ο έως τον 9ο μήνα Αποτελεί <1% της αιμοσφαιρίνης του ενηλίκου Gower 1 ζ2ε2 Εμβρυονική αιμοσφαιρίνη. Κατά την πρώτη εμβρυϊκή ζωή Gower 2 α2ε2 Portland ζ2γ2

ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ Η αιμοσφαιρίνη επιτελεί τις κύριες λειτουργίες των ερυθρών αιμοσφαιρίων: Μεταφέρει το οξυγόνο στους ιστούς και το διοξείδιο του άνθρακα από τους ιστούς στους πνεύμονες. Αποτελεί το 98% της πρωτεϊνης του κυτταροπλάσματος του ερυθροκυττάρου. Σε κάθε φυσιολογικό ενήλικα, το μόριο της αιμοσφαιρίνης (HbA) έχει ΜΒ 68.000 και είναι σύμπλεγμα σφαιρίνης και αίμης. Η σφαιρίνη στον ενήλικα αποτελείται κατά κύριο λόγο από δύο α και 2 β πολυπεπτιδικές αλυσίδες (α2β2) που έχουν αντίστοιχα 141 και 146 αμινοξέα. Η αίμη αποτελείται από έναν τετραπυρρολικό δακτύλιο (πορφυρίνη) και σίδηρο. Η HbA αποτελεί το 97% περίπου της αιμοσφαιρίνης στους ενήλικες. Δύο άλλοι τύποι, η HbA2 (α2δ2) και η HbF (α2γ2) απαντώνται στους ενήλικες σε μικρές ποσότητες (2% και <1% αντίστοιχα).

ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ Η σύνθεση της αιμοσφαιρίνης γίνεται κατά βάση στα μιτοχόνδρια (και ακολούθως στο κυτταρόπλασμα και στα ριβοσώματα) των αναπτυσσόμενων ερυθρών αιμοσφαιρίων. Οι αλυσίδες της σφαιρίνης συναρμολογούνται στα πολυριβοσωμάτια και η σύνθεσή τους κατευθύνεται από ένα αντίστοιχο γονίδιο που κληρονομείται από κάθε γονέα. Τα α γονίδια βρίσκονται στο χρωμόσωμα 16, ενώ τα β, γ και δ γονίδια στο χρωμόσωμα 11. Η αίμη συντίθεται κυρίως στα μιτοχόνδρια με μια σειρά ενζυμικών αντιδράσεων που η έναρξή τους γίνεται με τη συνένωση του σουκινυλοσυνενζύμου Α με γλυκίνη για τον σχηματισμό δ-αμινολεβουλενικού οξέος (ALA) που καταλύεται από το ένζυμο συνθετάση του δ-αμινολεβουλενικού οξέος. Για τη συνένωση απαιτείται ενεργοποίηση της γλυκίνης με τη δράση της φωσφορικής πυριδοξάλης. Η βιταμίνη Β6 (πυριδοξίνη), λοιπόν, είναι συνένζυμο για την αντίδραση αυτή, που αναστέλλεται από την αίμη και διεγείρεται από την ερυθροποιητίνη. Έτσι δικαιολογείται η απάντηση στην χορήγηση βιταμίνης Β6 που παρατηρείται σε ασθενείς με ανθεκτική αναιμία στην οποία η διαταραχή αφορά στην σύνθεση της αίμης. Ακολουθούν διάφορα στάδια: Δύο μόρια δ-αμινολεβουλενικού οξέος συνενώνονται για να σχηματίσουν έναν δακτύλιο πυρόλης (πορφοχολινογόνο). Οι δακτύλιοι αυτοί ομαδοποιούνται σε τετράδες και σχηματίζεται ως τελικό προϊόν η πρωτοπορφυρίνη ΙΧ. Η σύνθεση της αίμης ολοκληρώνεται με την είσοδο του σιδήρου στην πρωτοπορφυρίνη με την δράση της σιδηροχηλατάσης. Στην σιδηροπενία μπορεί να ανιχνεύονται στα ερυθροκύτταρα αυξημένα επίπεδα πρωτοπορφυρίνης. Η τρανσφερρίνη προσκολλάται σε επιφανειακό υποδοχέα των ερυθρών αιμοσφαιρίων και ακολούθως απελευθερώνεται ο σίδηρος εντός του ερυθροκυττάρου και μεταφέρεται στα μιτοχόνδρια όπου ενώνεται με πρωτοπορφυρίνη για να σχηματιστεί η αίμη. Η αίμη τελικά ενώνεται με τις α και β αλυσίδες της σφαιρίνης που σχηματίζονται στα ριβοσώματα για να σχηματισθεί η αιμοσφαιρίνη.

ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ Διαδικασίες απαραίτητες για την φυσιολογική σύνθεση της αιμοσφαιρίνης 1) Επαρκής παροχή και μεταφορά σιδήρου 2) Επαρκής σύνθεση πρωτοπορφυρινών 3) Επαρκής σύνθεση σφαιρινών Η κυριότερη βαθμίδα περιορισμού του ρυθμού σύνθεσης της αίμης είναι η μετατροπή της γλυκίνης και του σουκινυλοσυνενζύμου Α σε δ-αμινολεβουλενικό οξύ (ALA) από την συνθετάση του ALA. Το ένζυμο συνθετάση του ALA ρυθμίζεται αυστηρά από τα ενδοκυττάρια επίπεδα του σιδήρου και από την συγκέντρωση της αίμης. Χαμηλά επίπεδα σιδήρου οδηγούν σε μειωμένη σύνθεση πρωτοπορφυρίνης. Η αίμη δρα με μηχανισμό αρνητικής παλίνδρομης ανατροφοδότησης στη σύνθεση του ενζύμου συνθετάση του ALA, δηλαδή τα υψηλά επίπεδα αίμης αναστέλλουν το ένζυμο και συνεπώς την σύνθεση πρωτοπορφυρίνης.

ΠΟΡΦΥΡΙΕΣ Πρωτοπαθείς διαταραχές της βιοσυνθέσεως της αίμης που συνοδεύονται και από διαταραχές της παραγωγής πορφυρινών χαρακτηρίζονται ως πρωτοπαθείς πορφυρίες. Οφείλονται σε γονιδιακές μεταλλάξεις και εκδηλώνονται κατά κανόνα συγγενώς (κληρονομούνται). Υπάρχουν επίσης και ανάλογες δευτεροπαθείς (επίκτητες) διαταραχές που οφείλονται συνήθως σε τοξικές επενέργειες στα ένζυμα της βιοσύνθεσης της αίμης. Τυπικό τέτοιο παράδειγμα είναι η δηλητηρίαση με μόλυβδο κατά την οποία εμφανίζεται αύξηση του δ-αμινολεβουλενικού οξέος και της κοπροπορφυρίνης στα ούρα, καθώς και της πρωτοπορφυρίνης στο αίμα. Οι πορφυρίες, ανεξάρτητα από τον τύπο της κληρονομικής διαταραχής ή της τοξικής επιδράσεως που τις προκάλεσε, εμφανίζουν πολλά κοινά κλινικά συμπτώματα, όπως κωλικούς εντέρου, περιφερικές νευρίτιδες, φωτοευαισθησία του δέρματος που μπορεί να οδηγήσει και στην εμφάνιση δερματικών καρκινωμάτων. Όλα αυτά τα συμπτώματα οφείλονται στην κυκλοφορία μέσα στον οργανισμό πορφυρινών σε παθολογικά αυξημένες ποσότητες. Υπενθυμίζεται ότι η ένωση που φέρει 4 πυρρολικούς δακτυλίους ενωμένους με μεθινικές ομάδες ονομάζεται πορφίνη και τα παράγωγά της πορφυρίνες. Ανάλογα με τις πλευρικές ομάδες που φέρουν στις θέσεις β του πυρρολίου, οι πορφυρίνες διακρίνονται σε α) πρωτοπρορφυρίνες (εδώ ανήκει η πρωοπορφυρίνη ΙΧ που είναι η πορφυρίνη της αιμοσφαιρίνης), β) κοπροπορφυρίνες (οι τύποι Ι και ΙΙ ανευρίσκονται φυσιολογικά σε ελάχιστα ποσά στα ούρα και τα κόπρανα) και γ) ουροπορφυρίνες (ανευρίσκονται στα ούρα και τα κόπρανα σε παθολογικές καταστάσεις).

ΠΑΘΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΕΣ Όταν η αιμοσφαιρίνη εμφανίζει κάποια ανωμαλία στη σύνθεση της σφαιρίνης της χαρακτηρίζεται ως παθολογική και αυτή συνήθως κληρονομείται. Η ανωμαλία μπορεί να οφείλεται 1) είτε στον άτυπο συνδυασμό των φυσιολογικών πολυπεπτιδικών αλύσων (π.χ. Hb Barts με τέσσερις γ αλύσους) 2) είτε σε μετάλλαξη της φυσιολογικής διαδοχής των αμινοξέων μέσα στις αλύσους, οι οποίες όμως έχουν τυπικό συνδυασμό (π.χ. Hb S). 1) Στην Ελλάδα απαντά με αρκετή συχνότητα μια ομάδα γενετικών διαταραχών του πρώτου τύπου, η θαλασσαιμία. Αυτή διακρίνεται σε α-θαλασσαιμία και β-θαλασσαιμία, ανάλογα με τον τύπο της αλύσου της οποίας η παραγωγή είναι περιορισμένη ή και ανύπαρκτη. Η α-θαλασσαιμία απαντά συχνότερα στους πληθυσμούς της Νοτιοανατολικής Ασίας και Κίνας, ενώ εμφανίζεται σπάνια στην Ινδία, τη Μέση Ανατολή και τις Μεσογειακές χώρες. Στην ομοζυγωτική της μορφή, οπότε δεν παράγεται καθόλου άλυσος α, αλλά υπάρχει χαρακτηριστική εμφάνιση της Hb Barts (γ4) σε μεγάλη ποσότητα, καθώς και της HbH (β4), η διαταραχή είναι θανατηφόρα για το κύημα, το οποίο σπάνια επιζεί 1-2 ώρες μετά τον τοκετό. Το βάρος της κλινικής εικόνας τις ετεροζυγωτικές μορφές εμφανίζει ευρεία κλίμακα, δεδομένου ότι το ποσό των συντιθέμενων α αλύσων κυμαίνεται στα 30-90% συγκριτικά με τις αλύσους β. Έτσι, στην περίπτωση που η αναλογία συνθέσεως αλύσων α: β φθάνει τα 90 : 100, δεν εμφανίζεται κλινικά αντιληπτή αιματολογική ανωμαλία. Η β-θαλασσαιμία ή μεσογειακή αναιμία συναντάται στην Ελλάδα, Κύπρο, Μάλτα, Ιταλία και λιγότερο συχνά σε άλλες χώρες της Μεσογείου. Διακρίνονται διάφορες μορφές. Και εδώ η ομοζυγωτική μορφή είναι συνήθως βαρύ κλινικό σύνδρομο, ενώ η ετεροζυγωτική εμφανίζει αρκετή ποικιλία στις κλινικές εκδηλώσεις της, που κυμαίνονται από μέτρια βαρύτητα μέχρι τη μη ύπαρξη κλινικών συμπτωμάτων. Στη β-θαλασσιαμία χαρακτηριστική είναι η παρουσία αυξημένης αναλογίας εμβρυϊκής HbF (α2γ2) και σπανιότερα HbA2 (α2δ2). Η αντιμετώπιση της θαλασσαιμίας β αποτελεί σημαντικό ιατρικό και κοινωνικό πρόβλημα στη χώρα μας.

ΠΑΘΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΕΣ 2) Κλασικό παράδειγμα μονήρους μετάλλαξης σε μια κανονική άλυσο αμινοξέων αποτελεί η καλούμενη αιμοσφαιρίνη S, η οποία όπως και η αιμοσφαιρίνη Α είναι του τύπου α2β2 με τη διαφορά ότι στη θέση 6 της β αλύσου το γλουταμινικό οξύ έχει αντικατασταθεί από βαλίνη. Δηλαδή, οι παρεκτροπές στη διαδοχή των αμινοξέων ενδέχεται να μεταβάλλουν ακόμα και τα φυσικά χαρακτηριστικά του μορίου της αιμοσφαιρίνης, αφού η απλή αντικατάσταση στην έκτη θέση της αλύσου β του γλουταμινικού οξέος από βαλίνη δίνει έναν νέο τύπο αιμοσφαιρίνης, την Hb S. Όταν η HbS βρεθεί σε χαμηλή μερική πίεση οξυγόνου, η HbS κατακρημνίζεται σε αδιάλυτα ραβδοειδή σωμάτια και σχηματίζει μέσα στα ερυθρά αιχμηρούς κρυστάλλους, τα τακτοειδή, που τραυματίζουν και σχίζουν την κυτταρική μεμβράνη και οδηγούν σε αιμολυτική κρίση. Η παρουσία της Hb S στο αίμα προκαλεί τη δρεπανοκυτταρική αναιμία. Η αιμοσφαιρίνη ονομάζεται Hb S από την αγγλική λέξη Sickle (δρεπάνι), διότι τα ερυθρά αποκτούν το χαρακτηριστικό σχήμα του δρεπάνου. Πρόκειται για πάθηση πολύ σοβαρή στους ομοζυγώτες, ενώ στους ετεροζυγώτες η βαρύτητα των συμπτωμάτων ποικίλλει σημαντικά. Είναι ενδιαφέρον ότι η παραπάνω γονιδιακή μετάλλαξη φαίνεται ότι προσφέρει ορισμένα πλεονεκτήματα στον πάσχοντα ετεροζυγώτη και ειδικότερα μια αυξημένη αντίσταση των ερυθρών του αιμοσφαιρίων (ιδίως κατά την παιδική ηλικία) σε προσβολές μιας επικίνδυνης μορφής ελονοσίας, δηλαδή του κακοήθους τριταίου που οφείλεται στο Plasmodium Falciparum. Έτσι εξηγείται η ‘’διατήρηση’’ της κληρονομικής ιδιότητας της δρεπανοκυττάρωσης σε ένα μεγάλο ποσοστό (20-40%) του πληθυσμού ορισμένων περιοχών της ισημερινής Αφρικής, όπου ακριβώς ενδημεί αυτός ο τύπος της ελονοσίας, δεδομένου ότι αυτή η δρεπανοκυττάρωση προφανώς συμβάλλει στην επιβίωση των φορέων-ατόμων. Παρόμοια παραλλαγή υπάρχει και στην αιμοσφαιρίνη C, όπου στην ίδια θέση 6 της β αλύσου το γλουταμινικό οξύ αντικαθίσταται από λυσίνη Ενδιαφέρον, τέλος, παρουσιάζει και η εμφάνιση της καλούμενης αιμοσφαιρίνης HbM, στις διάφορες ποικιλίες της οποίας η ιστιδίνη σε ορισμένες θέσεις των αλύσων α και β αντικαθίσταται από τυροσίνη ή η βαλίνη από γλουταμινικό οξύ. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της HbM είναι ότι συνήθως σε δύο από τις ομάδες αίμης του μορίου της ο σίδηρος φέρεται μόνιμα σε τρισθενή μορφή έτσι ώστε να εμποδίζεται η δέσμευση οξυγόνου στις θέσεις αυτές. Η προκύπτουσα μεθαιμοσφαιριναιμία οδηγεί σε χαρακτηριστική κυάνωση ήδη από τη βρεφική ηλικία. Σπανιότερα, στα άτομα αυτά παρατηρείται και ελαφριά αιμόλυση, χωρίς άλλα κλινικά συμπτώματα.

ΠΑΘΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΕΣ Εκτός από τις παραπάνω περιπτώσεις, όπου η διαταραχή οφείλεται σε γενετικής αιτιολογίας ατυπία του πρωτεϊνικού τμήματός της, η φυσιολογική αιμοσφαιρίνη HbA μπορεί να εμφανίσει παθολογικές μορφές που οφείλονται πλέον σε χημικές μεταβολές του μορίου της. Οποιαδήποτε χημική μεταβολή στο μόριο της αιμοσφαιρίνης Α, in vivo ή in vitro, δίνει γένεση σε άλλες μορφές αιμοσφαιρίνης. Στις περιπτώσεις αυτές, οι δύο από τους έξι δεσμούς του 𝐹𝑒 2+ ή του 𝐹𝑒 3+ της αίμης, που φυσιολογικά καταλαμβάνονται από δύο μόρια H2O, συνδέονται με άλλα μόρια ή ενώσεις (οι άλλοι 4 δεσμοί συνδέουν τον σίδηρο με τα άτομα αζώτου στο μόριο της πρωτοπορφυρίνης ΙΧ). Έτσι, στην αιμίνη υπάρχει σύνδεση με χλώριο, ενώ στην αιματίνη με υδροξύλιο. Μεθαιμοσφαιρίνη (MetHb) ονομάζεται η ένωση της σφαιρίνης με τρισθενή αίμη, δηλαδή με αίμη της οποίας ο 𝐹𝑒 2+ έχει οξειδωθεί σε 𝐹𝑒 3+ . Η μεθαιμοσφαιρίνη δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην αναπνευστική λειτουργία του αίματος, διότι δεν μπορεί να συνδεθεί με οξυγόνο (δεν οξυγονώνεται). Υπάρχουν δύο μορφές μεθαιμοσφαιρίνης: η όξινη στην οποία ο έκτος δεσμός του σιδήρου συνδέεται με ένα μόριο ύδατος και η αλκαλική, όπου η αντίστοιχη σύνδεση γίνεται με υδροξύλιο. Φυσιολογικά, η μεθαιμοσφαιρίνη βρίσκεται σε ελάχιστα ποσά (2%) μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια, διότι τα ερυθρά διαθέτουν μηχανισμό αναγωγής μέσω της παραγωγής NADH που δεν επιτρέπει την οξειδωμένη αιμοσφαιρίνη να αυξηθεί, αφού την ανάγει συνεχώς και ο τρισθενής σίδηρος γίνεται και πάλι δισθενής. Η παραγωγή της μεθαιμοσφαιρίνης αυξάνεται με την επενέργεια οξειδωτικών παραγόντων οποιουδήποτε τύπου. Η μεθαιμοσφαιρίνη δεν είναι σε θέση να συνδέσει οξυγόνο και, όταν η συγκέντρωσή της στο αίμα υπερβεί το 1.5 g/100 ml, το άτομο γίνεται κυανωτικό, ενώ δείγμα του αίματός του έχει σαφή καφέ απόχρωση. Παθολογική αύξηση της μεθαιμοσφαιρίνης (μεθαιμοσφαιριναιμία) παρατηρείται σε: Α) Αυξημένη παραγωγή της από τη δράση οξειδωτικών παραγόντων, οπότε ο φυσιολογικός μηχανισμός αναγωγής των ερυθρών δεν επαρκεί, όπως π.χ. μετά από λήψη φαρμακευτικών ουσιών (φαινακετίνη, νιτρώδη, νιτρικά κ.ά.) ή σε δηλητηριάσεις με ανιλίνη ή νιτροβενζόλιο. Ως πρώτη κλινική εκδήλωση περιγράφεται η κυάνωση με σοκολατοειδή απόχρωση. Θεραπευτικά χορηγούνται μεγάλες δόσεις ασκορβικού οξέος. Β) Συγγενή βλάβη των μηχανισμών αναγωγής της φυσιολογικά σχηματιζόμενης MetHb Γ) Συγγενή αιμοσφαιρινοπάθεια Μ, στην οποία ο μηχανισμός αναγωγής, αν και είναι φυσιολογικός, δεν επαρκεί διότι η αιμοσφαιρίνη HbM οξειδώνεται με ευχέρεια.

ΠΑΘΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΕΣ Η ανθρακυλαιμοσφαιρίνη COHb είναι αιμοσφαιρίνη σε σύνδεση με μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Το αέριο αυτό καταλαμβάνει στο μόριο της αιμοσφαιρίνης την ίδια ακριβώς θέση όπως και το οξυγόνο και επομένως ένα μόριο αιμοσφαιρίνης μπορεί να συνδέσει 4 μόρια CO. Η καμπύλη σύνδεσης του CO με την αιμοσφαιρίνη μοιάζει πολύ με την καμπύλη δέσμευσης του Ο2, υπάρχει μόνο η διαφορά ότι η μερική πίεση του CO που χρειάζεται για τη δέσμευση είναι κατά πολύ μικρότερη από την αντίστοιχη πίεση του οξυγόνου. Αυτό συμβαίνει επειδή η χημική συγγένεια του CO προς την αιμοσφαιρίνη είναι περίπου 210 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του οξυγόνου, ενώ αντίθετα η αποσύνδεση του CO από την αιμοσφαιρίνη γίνεται πολύ βραδύτερα από εκείνη του Ο2 κατά 10.000 φορές περίπου. Σύμφωνα με τα παραπάνω, εάν στον αναπνεόμενο αέρα υπάρχει CO σε πυκνότητα 1/200 της πυκνότητας του Ο2, δηλαδή σε ποσοστό 0.1%, η αιμοσφαιρίνη του αίματος πολύ γρήγορα δεσμεύεται κατά 50% ως ανθρακυλαιμοσφαιρίνη και γίνεται έτσι ακατάλληλη για την κύρια λειτουργία της, δηλαδή τη μεταφορά Ο2. Σε συγκέντρωση 0.5% του CO δεσμεύονται αντίστοιχα 80-90% της αιμοσφαιρίνης και ο θάνατος του ατόμου επέρχεται ταχύτατα. Τα πρώτα τοξικά συμπτώματα δηλητηριάσεως με CO αρχίζουν όταν 15% της αιμοσφαιρίνης του αίματος μετατραπούν σε ανθρακυλαιμοσφαιρίνη. Σε περιπτώσεις δηλητηριάσεως με CO επιβαρυντικά δρα και το γεγονός ότι η παρουσία της ανθρακυλαιμοσφαιρίνης στο αίμα προκαλεί μια μετατόπιση προς τα αριστερά της καμπύλης αποδέσμευσης του Ο2, πράγμα που οδηγεί σε ελάττωση της απελευθέρωσης Ο2 και επομένως σε πτώση της μερικής πίεσης οξυγόνου στους ιστούς. Ακόμα και κάτω από φυσιολογικές συνθήκες υπάρχει συνήθως ένα μικρό ποσοστό ανθρακυλαιμοσφαιρίνης μέσα στο αίμα. Αυτό κυμαίνεται κανονικά κοντά στο 1%, αλλά αυξάνεται στο 3-4% στους καπνιστές και στο 8-10% σε ανθρώπους που κινούνται σε περιβάλλον με σχετικά υψηλό CO (καυσαέρια), όπως π.χ. στους οδηγούς αυτοκινήτων ή σε πεζούς σε πολυσύχναστες από αυτοκίνητα περιοχές. Στη δηλητηρίαση με CO το άτομο παίρνει μια χαρακτηριστική κερασένια χροιά, πράγμα που φαίνεται ιδιαίτερα στο χρώμα των ορατών βλεννογόνων και των νυχιών. Σε δηλητηρίαση με CO από ατελή καύσιμα οργανικών υλών (κάρβουνα, φωταέριο κ.α.) οι κλινικές εκδηλώσεις που κυριαρχούν είναι κεφαλαλγία, ναυτία, διαταραχές οράσεως, σύγχυση, λιποθυμία και κώμα. Η χρόνια δηλητηρίαση με COHb είναι δυνατό να προκαλέσει σημαντικές βλάβες στο ΚΝΣ και κυρίως σε ορισμένες ειδικές περιοχές του εγκεφάλου με αποτέλεσμα την ανάπτυξη συνδρόμου ανάλογου με τον παρκινσονισμό. Σε δηλητηρίαση με CO χορηγείται θεραπευτικά ως αντίδοτο καθαρό οξυγόνο, συχνά και με πίεση μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική (υπερβαρική), ενώ συγχρόνως προστίθεται και μικρό ποσό CO2 στο αναπνεόμενο αέριο μίγμα για να επιτευχθεί ταχύτερη διέγερση των αναπνευστικών κέντρων.