Эритроциты и их функция. Гемоглобин и его соединения

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Читинская государственная медицинская академия

Кафедра нормальной физиологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема

Эритроциты и их функция. Гемоглобин и его соединения

Чита, 2009 г.

Внутренняя среда организма

Внутренняя среда организма представлена тканевой (интерстициальной) жидкостью, лимфой и кровью, состав и свойства которых теснейшим образом связаны между собой. Однако истинной внутренней средой организма является интерстициальная жидкость, ибо, в основном, она контактирует с клетками животного и человеческого организма. Кровь же, соприкасаясь непосредственно с эндокардом и эндотелием сосудов, обеспечивает их жизнедеятельности и преимущественно косвенно через тканевую жидкость вмешивается в работу всех без исключения органов и тканей. Вместе с тем, сосудистая стенка оказывает непосредственное влияние на состав и свойства крови и, следовательно, тканевой жидкости, так как выделяет в кровоток гормоны и различные биологически активные соединения - ферменты, пептиды, простагландины, лейкотриены и др. С этих позиций сосудистая стенка рассматривается как важный эндокринный орган, или эндокринная сеть, регулирующая течение обменных процессов и различных физиологических функций.

Основной составной частью тканевой жидкости, лимфы и крови является вода. В организме человека ее доля составляет до 75 % от массы тела. Для человека весом в 70 кг на интерстициальную жидкость и лимфу приходится до 30 % (20-21 л), внутриклеточную жидкость- 40 % (27-29 л) и плазму - около 5 % (2,8 - 3,0 л) от массы тела.

Между кровью и тканевой жидкостью происходит постоянный обмен веществ и транспорт воды, несущей растворенные в ней продукты обмена, гормоны, газы, биологически активные соединения. Следовательно, внутренняя среда организма представляет собой единую систему гуморального транспорта, включающую общее кровообращение и движение в последовательной цепи: кровь - интерстициальная жидкость - ткань (клетка) - интерстициальная жидкость - лимфа - кровь.

Из сказанного должно быть ясно, насколько тесно связан состав крови не только с тканевой жидкостью, но и с лимфой. В организме важная роль отводится лимфатической системе, начало которой составляют лимфатические капилляры, дренирующие все тканевые пространства и сливающиеся в более крупные сосуды. По ходу лимфатических сосудов располагаются лимфатические узлы, при прохождении которых изменяется состав лимфы и она обогащается лимфоцитами.

Следует заметить, что внутриклеточная жидкость, плазма крови, интерстициальная жидкость и лимфа имеют различный состав, что в значительной степени определяет интенсивностью водного, ионного и электролитного обмена, а также продуктов метаболизма между кровью, тканевой жидкостью и клетками.

Еще в 1878 г. К.Бернар писал, что «…поддержание постоянства условий жизни в нашей внутренней среде - необходимый элемент свободной и независимой жизни». Это положение легло в основу учения о гомеостазе, создателем которого является американский физиолог У. Кеннон. Между тем в основе представлений о гомеостазе лежат динамические процессы, ибо «постоянство внутренней среды организма» редко бывает постоянным. Под влиянием внешних воздействий и сдвигов, происходящих в самом организме (стрессы, физическая нагрузка, прием пищи и др.),состав и свойства интерстициальной жидкости, лимфы и крови на короткое время могут изменяться в широких пределах, однако благодаря регуляторным воздействиям, осуществляемым нервной системой и гуморальными факторами, сравнительно быстро возвращаются к исходному состоянию. Более же длительные сдвиги в гомеостазе не только сопровождают развитие патологического процесса, но и зачастую несовместимы с жизнью.

Система крови

Кровь, как ткань, обладает следующими особенностями: 1) все ее составные части образуются за пределами самой крови; 2) межуточное вещество ткани является жидким; 3) основная часть ткани находится в постоянном движении.

Кровь человека и высших животных преимущественно (за исключением костного мозга) заключена в систему замкнутых трубок - кровеносных сосудов. Состоит кровь из жидкой части - плазмы - и форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и кровяных пластинок, или тромбоцитов. У взрослого человека форменные элементы крови занимают около 36-48 %, а плазма- 64-52 %. Это соотношение получило название гематокритного числа (от греч. Haima - кровь, kritos - показатель). Для характеристики гематокритного числа указывается лишь объем плотной части крови. У мужчин оно больше (40-48 %), чем у женщин (36-44 %). Необходимо учитывать, что гематокритное число капиллярной крови равно в среднем 32, так как значительная часть эритроцитов сбрасывается через артериовенозные шунты.

Иные соотношения форменных элементов крови и плазмы у плода и ребенка. Гематокритное число у плода в возрасте 2,5 месяца равно в среднем 33 %, а в 8 месяцев - 40-45 %, что связано с наличием крупных эритроцитов. В первый день после рождения гематокритное число может достигать 55-60 %, что обусловлено высоким содержанием эритроцитов у новорожденного. В дальнейшем оно снижается (к 5-8-му дню оно соответствует 50-55 %, а к концу первого месяца жизни - 40-45 %). В возрасте года общий объем форменных элементов в среднем меньше, чем у взрослых (приблизительно 35 %), но затем гематокритное число постепенно нарастает и к моменту полового созревания достигает величин, характерных для взрослого человека. К этому времени проявляются и половые различия гематокрита - у девочек он несколько меньше, чем у мальчиков.

Форменные элементы крови

Все форменные элементы крови - эритроциты, лейкоциты и тромбоциты - образуются в костном мозге из единой стволовой клетки. Если смертельно облученным мышам ввести донорский костный мозг, полученный от здоровых животных, в их селезенке развиваются очаги кроветворных клеток. С помощью особых хромосомных маркеров (меток хромосом, стабильно измененных после облучения) показано, что каждая колония представляет собой клон или семью, развившуюся из одной клетки, получившей название колониеобразующей единицы в селезенке, или КОЕс. При образовании колонии КОЕс продуцирует несколько миллионов клеток.

Несмотря на то, что все клетки крови являются потомками единой кроветворной клетки, они несут совершенно различные специфические функции. В то же время общность происхождения наделила их и общими неспецифическими свойствами. Так, все клетки крови, независимо от их специфики, участвуют в транспорте различных веществ, выполняют защитные и регуляторные функции. Остановимся более подробно на отдельных видах форменных элементов крови.

Эритроциты и их функция

Эритроциты, или красные кровяные диски, в крови здорового человека преимущественно (до 70 %) имеют форму двояковогнутого диска. Поверхность диска в 1,7 раза больше, чем поверхность тела такого же объема, но сферической формы; при этом диск умеренно изменяется без растяжения мембраны клетки. Несомненно, форма двояковогнутого диска, увеличивая поверхность эритроцита, обеспечивает транспорт большего количества различных веществ. Но главное заключается в том, что форма двояковогнутого диска обеспечивает прохождение эритроцита через капилляры. При этом в узкой части эритроцита возникает выпячивание в виде тонкого соска, который и входит в капилляр и, постепенно суживаясь в широкой части, преодолевает его. Кроме того, эритроцит может перекручиваться в средней узкой части в виде восьмерки, его содержимое из более широкого конца перекатывается к центру, благодаря чему он свободно входит в капилляр.

В то же время, как показывает электронная микроскопия, форма эритроцитов у здоровых людей и особенно при различных заболеваниях крови весьма вариабельна. В норме преобладают дискоциты, которые могут иметь один или несколько выростов. Гораздо реже встречаются эритроциты в виде тутовой ягоды, куполообразные и сферические, эритроциты, напоминающие камеру «спущенного мяча» и дегенеративные формы эритроцитов (рис. 1). При патологии (главным образом, анемиях) встречаются планоциты, стомациты, эхиноциты, овалоциты, шизоциты и уродливой формы (рис.2).

Чрезвычайно изменчивы и размеры эритроцита. Их диаметр в норме равен 7,0-7,7 мкм, толщина - 2 мкм, объем 76-100 мкм, площадь поверхности 140-150 мкм².

Эритроциты, имеющие диаметр менее 6,0 мкм, носят название микроциты. Если диаметр эритроцита соответствует норме, то он называется нормоцитом. Наконец, если диаметр превышает норму, то такие эритроциты называются макроцитами. Наличие микроцитоза (увеличение числа малых эритроцитов), макроцитоза (увеличение числа больших эритроцитов), анизоцитоза (значительная вариабельность размеров) и пойкилоцитоза (значительная вариабельность формы) свидетельствует о нарушении эритропоэза. Эритроцит окружен плазматической мембраной,структура которой наиболее хорошо изучена. Мембрана эритроцита, как и других клеток, состоит из двух слоев фосфолипидов. Около поверхности мембраны занимают белки, которые «плавают» или пронизывают липидные слои. Общая площадь мембраны одного эритроцита достигает 140 мкм². Один из белков мембраны - спектрин - располагается на ее внутренней стороне, образуя упругую выстилку, благодаря которой эритроцит не разрушается, но изменяет свою форму при прохождении через узкие капилляры. Другой белок - гликопротеид гликофорин - пронизывает оба липидных слоя мембраны и выступает наружу. К его полипептидным цепям присоединены группы моносахаридов, связанные с молекулами сиаловой кислоты.

В мембране имеются белковые каналы, через которые происходит обмен ионами между цитоплазмой эритроцита и внеклеточной средой. Мембрана эритроцита проницаема для катионов Na⁺ и К⁺, но особенно хорошо она пропускает кислород, углекислый газ, анионы Cl--и HCO₃^--. В составе эритроцитов содержится около 140 ферментов, в том числе антиоксидантная ферментная система, а также Na⁺-, К⁺- и Са²⁺- зависимые АТФ-азы, обеспечивающие, в частности, транспорт ионов через мембрану эритроцита и поддержание его мембранного потенциала. Последний, как показывают исследования нашей кафедры, для эритроцита лягушки равен всего -3-5 мV (Русяев В.Ф., Савушкин А.В.). Для эритроцитов человека и млекопитающих мембранный потенциал колеблется от -10 до -30 mV. Цитоскелет в виде проходящих через клетку трубочек и микрофиламентов в эритроците отсутствует, что придает ему эластичность и деформируемость - столь необходимые свойства при прохождении через узкие капилляры.

В норме число эритроцитов равно 4-5х 10¹²/литр, или 4-5 миллионов в 1 мкл. У женщин эритроцитов меньше, чем у мужчин, и, как правило, не превышает 4,5х10¹²/литр. Более того, при беременности число эритроцитов может снизиться до 3,5 и даже 3,2х10¹²/литр, и это многие исследователи считают нормой.

В некоторых учебниках и учебных руководствах указывается, что количество эритроцитов в норме может достигать 5,5-6,0х10¹²/литр и даже выше. Однако такая «норма» свидетельствует о сгущении крови, что создает предпосылки к повышению кровяного давления и развитию тромбозов.

У человека весом 60 кг количество крови составляет около 5 литров, а общее число эритроцитов равняется 25 триллионам. Чтобы представить себе эту огромную цифру, приведем следующие примеры. Если положить все эритроциты одного человека один на другой, то получится «столбик» высотой более 60км. Общая поверхность всех эритроцитов одного человека чрезвычайно велика и равна 4000 м². Для того, чтобы сосчитать все эритроциты у одного человека, потребовалось бы 475000 лет, если считать их со скоростью 100 эритроцитов в минуту.

Представленные цифры лишний раз свидетельствуют о том, насколько важна функция снабжения клеток и тканей кислородом. При этом следует отметить, что сам эритроцит чрезвычайно неприхотлив к недостатку кислорода, ибо энергия его черпается за счет гликолиза и пентозного шунта.

В норме число эритроцитов подвержено незначительным колебаниям.При различных заболеваниях количество эритроцитов может уменьшаться. Подобное состояние носит название эритропения (анемия). Увеличение числа эритроцитов за пределы нормы обозначается как эритроцитоз. Последний возникает при гипоксии и нередко развивается как компенсаторная реакция у жителей высокогорных районов. Кроме того, выраженный эритроцитоз наблюдается при заболевании системы крови - полицитемии.

Нормальные и патологические эритроциты

При изучении костного мозга, главным образом периферической крови в хорошо приготовленных тонких мазках, немаловажное значение имеет изучение морфологии эритроцитов. Ряд характерных изменений, касающихся величины, формы, степени насыщения гемоглобином, дает ценное представление о состоянии эритропоэза и играет важную роль в диагностике и патогенетической оценке различных анемий.

При изучении размеров эритроцитов исходят из следующих установленных положений. Диаметр нормальных эритроцитов равен 7-8 мкм. Максимальное большинство имеет диаметр 7,2-7,5 мкм. Однако встречаются отклонения в ту и другую сторону в пределах 4,75-9,5 мкм. Эритроциты, диаметр которых меньше 6,7 мкм, относятся к микроцитам. Эритроциты с диаметром больше 7,7 мкм обозначаются макроцитами, а больше 9,5 мкм - мегалоцитами.

Макроцитоз и микроцитоз являются выражением анизоцитоза, и их возникновение должно быть связано с процессами развития эритроцитов. Следует полагать, что макроциты являются производными макрогенераций клеточных элементов эритроидного ряда, а нормоциты и микроциты происходят из тех же элементов мезо- и микрогенераций.

По размеру эритроцита и степени его насыщения гемоглобином можно визуально по мазкам периферической крови определить характер анемии и степень гипохромии. Для нормохромного нормальных размеров эритроцита характерно равномерное насыщение цитоплазмы с легким просветлением в средней части.

Если эритроциты имеют слабую гемоглобинизацию, определяемую визуально по бледной окраске и расширенной зоне просветлений в них, то независимо от величины эритроцита можно говорить о гипохромии, которая обусловлена либо дефицитом железа, либо о нарушении образования гемоглобина в связи с другими патологическими причинами (сидероахрестическая анемия, талассемия).

Для ряда гемолитических анемий являются отличительнымиопределенные морфологические изменения в эритроцитах. Как уже указывалось на микросфероцитоз, патогномоничный для микросфероцитарной наследственной анемии. Другая форма наследственной гемолитической анемии характеризуется тем, что эритроциты приобретают овальную или эллипсоиднуюформу. Выявление этих эритроцитов позволяет установить наследственную дрепаноцитарную (серповидноклеточную) анемию.

Своеобразное изменение эритроцитов отмечается при наследственной гемолитической анемии - стоматоцитозе. Отличительной особенностью этих эритроцитов является неравномерное распределение в них гемоглобина. В центре эритроцита неокрашенная часть напоминает своей изогнутостью форму рта. Это послужило основанием для названия клеток (stomatocytosis). Помимо описанных дегенеративных изменений в эритроцитах, следует указать также на некоторые морфологические изменения, связанные с регенеративными признаками: ретикулоцитоз и полихроматофилия.

Ретикулоцитоз является важным показателем функционального состояния костного мозга. При хронических кровопотерях, гемолитических анемиях наступает реактивная гиперплазия эритроидного ростка. В результате усиленного эритропоэза в периферическую кровь поступает повышенное количество молодых эритроцитов - ретикулоцитов. Ретикулоцитарная реакция, являясь показателем функционального состояния эритропоэза, играет также диагностическую роль. Высокий ретикулоцитоз может дать основание для подозрения на скрытое кровотечение, длительное повышение ретикулоцитов свойственно анемиям; после лечения витамином В₁₂ при пернициозной анемии ретикулоцитоз является свидетельством выхода из анемического состояния.

Наряду с ретикулоцитозом другим выражением регенеративных процессов эритропоэза является полихроматофилия, когда в периферическую кровь поступают незрелые эритроциты, отличающиеся от обычных наличием базофильной субстанции. Окраска этих молодых эритроцитов обусловлена тем, что они воспринимают одновременно и кислую, и щелочную краску; т.е. окрашиваются полихроматофильно. Полихроматофильные эритроциты не требуют специальной окраски и определяются в обычно окрашенных мазках крови по Романовскому-Гимзе.

Гемоглобин и его соединения

Основные функции эритроцитов связаны с наличием в их составе особого белка хромопротеида, получившего наименование гемоглобин. Молекулярная масса гемоглобина человека равна 68800 Да. Состоит гемоглобин из белковой (глобин) и железосодержащей (гемм) частей. На одну молекулу глобина приходится 4 молекулы гемма.

В крови здорового человека содержание гемоглобина колеблется несколько ниже (до 150 г/литр), чем у мужчин (до 160 г/литр). У беременных женщин содержание гемоглобина может падать до 110 г/литр, и это не является патологией.

У жителей, проживающих на высоте 2000 метров, количество гемоглобина в среднем на 10 г/литр, а на уровне 3000 м - на 20 г/литр больше, чем на равнине. При этом одновременно наблюдается повышение числа эритроцитов.

Основное назначение гемоглобина - транспорт кислорода и углекислого газа. Кроме того, гемоглобин обладает буферными свойствами, а также способностью связывать некоторые токсические вещества, благодаря чему поддерживается постоянство внутренней среды - гомеостаз.

Гемоглобин человека и разных животных имеет различное строение. Это касается белковой части - глобина, ибо гемм у всех представителей животного мира имеет одну и ту же структуру. Он состоит из молекулы порфирина, в центре которой расположен атом железа со степенью окисления +2, способный присоединять кислород. Белковая часть гемоглобина человека неоднородна по своей структуре, благодаря чему разделяется на ряд фракций. Большая часть гемоглобина взрослого человека (до 95-98 %) состоит из фракции А (от слова adultus - взрослый). От 2 до 3 % всего гемоглобина приходится на фракцию А₂. Наконец, в эритроцитах взрослого человека находится так называемый фетальный гемоглобин (от лат. foetus - плод), или гемоглобин F,содержание его в норме подвержено значительным колебаниям, хотя редко превышает 1-2 %. Гемоглобины А и А₂ обнаруживаются практически во всех эритроцитах, тогда как гемоглобин F присутствует в них не всегда.

Гемоглобин F содержится преимущественно у плода. К моменту рождения ребенка на его долю приходится до 70-90 %. Гемоглобин F имеет большее сродство к кислороду, чем гемоглобин А, что позволяет тканям плода не испытывать гипоксии, несмотря на относительно низкое напряжение кислорода в его крови. Эта приспособительная реакция объясняется тем, что гемоглобин более трудно вступает в связь с 2,3-дифосфоглицериновой кислотой (2,3-ДФГК), которая уменьшает способность гемоглобина образовывать оксигемоглобин, но приводит к более легкой его отдаче тканям. 2,3-ДФГК образуется в процессе метаболизма по побочному пути гликолиза.

Кроме так называемых «нормальных» гемоглобинов, существуют еще аномальные, встречающиеся при различных заболеваниях системы крови. В настоящее время насчитывается более 300 аномальных гемоглобинов. Все они отличаются друг от друга строением глобина.

Первичными структурными элементами молекулы гемоглобина являются полипептидные цепи, носящие наименование протомеров и состоящие из аминокислот. Свойства гемоглобина, наличие нормальных и патологических гемоглобинов зависит от того порядка, в котором расположены аминокислоты, а также от того, находятся цепи в виде спиралей или в простом виде, т.е. от вторичной, третичной и четвертичной его структуры (рис.6).

Все эти фракции (А, А₂, F) гемоглобина состоят из одинакового количества аминокислот (574),располагающихся в виде четырех полипептидных цепей. В зависимости от последовательности аминокислот эти цепи обозначаются греческими буквами б, в, г и д. Гемоглобин А состоит из двух б-цепей и двух в-цепей, гемоглобин А₂ - из двух б-цепей и двух д-цепей, гемоглобин F - из двух б-цепей и двух г-цепей. В б-цепь гемоглобина входит 141 аминокислота, остальные содержат по 146 аминокислот каждая.

Порядок расположения аминокислот в цепях гемоглобина обозначается как первичная структура. 75 % полипептидных цепей гемоглобина закручены вокруг своей продольной оси и составляют б-спираль, а 25 % - неспиральные участки. Это так называемая вторичная структура гемоглобина. Третичная структура гемоглобина связана с пространственным расположением спирализованной полипептидной цепи в белковой молекуле. Наконец, четвертичная структура обусловлена связью между полипептидными цепями. Так, в гемоглобина А б-цепь связана с в-цепью,составляя субъединицу. Две такие субъединицы и образуют молекулу гемоглобина (рис.6).

Внутри гемоглобина молекулы находятся в тесном взаимодействии. Гемоглобин обладает способностью образовывать соединения с О₂, СО₂ и СОю Гемоглобин, присоединивший О₂, носит наименование оксигемоглобина (ННbО₂); гемоглобин, отдавший О₂, называется восстановленным, или редуцированным гемоглобином (ННb). В артериальной крови преобладает содержание оксигемоглобина, от чего ее цвет приобретает алую окраску. Венозной крови до 35 % всего гемоглобина приходится на ННb. Кроме того, часть гемоглобина через аминную группу связывается с СО₂, образуя карбогемоглобин (ННbСО₂), благодаря чему переносится от 10до 20 % всего транспортируемого кровью СО₂.

Гемоглобин способен образовывать довольно прочную связь с СО. Это соединение называется карбоксигемоглобин (ННbСО). Сродство гемоглобина к СО значительно выше, чем к О₂, поэтому гемоглобин, присоединивший СО, не способен связаться с О₂. Однако при вдыхании чистого О₂ резко возрастает скорость распада карбоксигемоглобина, чем на практике пользуются при отравлении СО.

Сильные окислители (ферроцианид, бертолетова соль, перекись водорода и др.)изменяют заряд от Fe²⁺ до Fe³⁺, в результате чего возникает окисленный гемоглобин - прочное соединение гемоглобина с О₂, носящее наименование метмоглобин. При этом нарушается транспорт О₂, что может привести к тяжелейшим последствиям и даже смерти.

Гемолиз

Гемолизом называется разрыв или резкое увеличение проницаемости оболочки эритроцитов и выход гемоглобина в окружающее пространство. Гемолиз может наблюдаться непосредственно в крови, при этом она приобретает лаковый цвет. Кроме того, существует внутриклеточный гемолиз, возникающий в результате разрушения эритроцитов макрофагами.

В искусственных условиях гемолиз может быть вызван помещением эритроцитов в гипотонический раствор. Для здоровых людей верхняя (минимальная) граница осмотической стойкости соответствует 0,42 - 0,48 % NaCl. При этом разрушаются наименее устойчивые к осмотическому давлению эритроциты. Полный же гемолиз (максимальная граница стойкости) происходит при 0,30-0,34 % NaCl. Пр анемиях границы минимальной и максимальной стойкости смещаются в сторону повышения концентрации гипотонического раствора.

У новорожденного ребенка и даже грудных детей верхняя граница осмотической стойкости повышена (осмотическая стойкость снижена) и колеблется в пределах от 0,48 до 0,52 % NaCl, а нижняя - снижена (осмотическая стойкость повышена) и равняется 0,24-0,32 % NaCl. Следовательно, у новорожденных имеются эритроциты как с пониженной, так и с повышенной осмотической стойкостью. Это явление, по всей видимости, обусловлено наличием в крови новорожденных эритроцитов плода, в том числе мегалобластов, которые обладают повышенной резистентностью к гипотоническим растворам.

Гемолиз может быть вызван химическими агентами (хлороформом, эфиром, сапонином и др.), разрушающими мембрану эритроцита. В клинике нередко встречается гемолиз при отравлении уксусной кислотой. Гемолизирующими свойствами обладают яды некоторых змей (биологический гемолиз).

При сильном встряхивании ампулы с кровью также наблюдается разрушение мембраны эритроцитов (механический гемолиз). Механический гемолиз может наблюдаться у больных с протезированием клапанного аппарата сердца и сосудов. В этих случаях наименее стойкие к механическим воздействиям эритроциты, ударяясь о клапаны, разрушаются.

Кроме того, механический гемолиз иногда возникает при длительной ходьбе из-за травмирования эритроцитов в капиллярах стоп. При этом гемоглобин и его производные появляются в моче (маршевая гемоглобинурия).

Если эритроциты заморозить, а потом отогреть, то возникает гемолиз, получивший наименование термического. Наконец, при переливании несовместимой крови и при наличии аутоантител к эритроцитам развивается иммунный гемолиз. Последний является причиной возникновения анемий и нередко сопровождается выделением гемоглобина с мочой.

Цветовой показатель и абсолютное содержание гемоглобина в одном эритроците

О содержании в эритроцитах гемоглобина судят по так называемому цветовому показателю, или фарб-индексу (Fi, от farb - цвет, index - показатель) - относительной величине, характеризующей насыщение в среднем одного эритроцита гемоглобином. Fi -это процентное соотношение гемоглобина и эритроцитов, при этом за 100 % (или единиц) гемоглобина условно принимается величина, равная 166,7 г/литр, а за 100 % эритроцитов 5г 10¹²/литр.

Если у человека содержание гемоглобина и эритроцитов равно 100 %,то цветовой показатель будет равен 1.В норме Fi колеблется в пределах от 0,75 до 1,0 и очень редко может достигать 1,1. В этом случае эритроциты носят название нормохромные. Если Fi менее 0,7, то такие эритроциты недонасыщены гемоглобином и называются гипохромными. При Fi, превышающем 1,1, эритроциты именуются гиперхромными. В этом случае объем эритроцита значительно увеличивается. В результате создается ложное впечатление, будто эритроциты перенасыщены гемоглобином. Гипо- и гиперхромия встречаются лишь при анемиях. Так, в случае недостатка железа в организме образование гемоглобина нарушается и возникает гипохромная анемия. При пернициозной (злокачественной) анемии нарушается эритропоэз в костном мозге, и в крови появляются гигантские деформированные эритроциты с высоким содержанием гемоглобина. В этом случае развивается гиперхромная анемия. При кровопотере одновременно снижается содержание эритроцитов и гемоглобина, и потому анемия будет нормохромная. Однако в дальнейшем, благодаря выбросу в кровоток эритроцитов, недонасыщенных гемоглобином, анемия в течение некоторого времени носит гипохромный характер. Определение цветового показателя чрезвычайно важно для клинической практики, так как позволяет провести дифференциальный диагноз при анемиях различной этиологии.

Следует отметить, что у жителей горных районов, несмотря на повышение числа эритроцитов и уровня гемоглобина, цветовой показатель сохраняется в пределах нормы.

В последние годы во многих клиниках мира определяется не цветовой показатель, а среднее содержание гемоглобина в 1 эритроците (СГЭ или МНС - от слов mean corpuscular hemoglobin). Величину МНС находят путем деления содержания гемоглобина в определенном объеме крови на число эритроцитов в том же объеме. Приведем пример такого расчета. Представим себе, что у здорового мужчины в 1 литре крови содержится 160 г гемоглобина и 5гг10¹² эритроцитов. СГЭ равно отношению этих величин.

В среднем абсолютное содержание гемоглобина водном эритроците (МНС) у мужчин и женщин практически одинаково и колеблется в пределах 28-33 пг.

Физиология эритропоэза

Эритропоэз, или «творение эритроцитов», осуществляется, как уже отмечалось, в костном мозге. В норме клеточные элементы эритропоэза размножаются чрезвычайно интенсивно; за сутки в костном мозге образуется 2*10¹¹ эритроидных клеток. При этом коммитированные эритроидные предшественники от момента образования из СКК претерпевают от 5до 10 делений, превращаясь вначале в бурстобразующую единицу эритроцитов (БОЕэ, от слова burst-взрыв), а затем в колоние-образующую единицу эритроцитов (КОЕэ).Из КОЕэ, являющейся клеткой предшественницей эритроидного ряда, вначале появляется эритробласт, который через ряд промежуточных стадий (базофильный эритробласт I порядка, безофильный эритробласт IIпорядка, полихроматофильный эритробласт I порядка, полихроматофильный эритробласт II порядка, полихроматофильный нормобласт, оксифильный нормобласт) дает поколение юных эритроцитов, получивших наименование ретикулоциты (молодые эритроциты, содержащие остатки эндоплазматической сети, РНК и митохондрий, или так называемую сетчато-нитчатую субстанцию). Из одного эритробласта в результате митозов появляется от 16 до 32 ретикулоцитов. Эритроцит, достигший стадии ретикулоцита, еще в течение суток находится в костном мозге, а затем поступает в кровоток, где за 50-70 часов превращается в молодой эритроцит или нормоцит. В крови здорового человека находится не более 1 % ретикулоцитов.

По содержанию ретикулоцитов можно судить об интенсивности эритропоэза. Если их число превышает норму, то это свидетельствует о стимуляции эритропоэза, если оказывается сниженным - то о его нарушении.

Необходимости указать, что созревание проэритробластов до стадии ретикулоцита происходит при непосредственном контакте кроветворных клеток с макрофагами костного мозга. Последние не только участвуют в доставке железа в эритробласты, а также в выделении ростовых факторов, но и способствуют фагоцитозу выталкиваемых из оксифильных нормобластеров ядер.

Следует заметить, что в костном мозге наряду с образованием эритроидных предшественников (общий эритропоэз) происходит и разрушение части клеток (неэффективный эритропоэз). Величина эффективного эритропоэза определяется числом эритроидных предшественников, достигших стадии зрелых эритроцитов. Под неэффективным эритропоэзом понимается не только разрушение части ядерных эритроидных предшественников в костном мозге, но и гибель функционально неполноценных эритроцитов. Неэффективный эритропоэз является одним из физиологически обусловленных механизмов регуляции эритрона в меняющихся условиях существования человеческого и животного организма и, следовательно, обеспечивает потребности в продукции эритроцитов.

Факторы, обеспечивающие эритропоэз

Для нормального эритропоэза, кроме действия микроокружения, необходимо наличие микроэлементов, гормонов, витаминов, ростовых факторов,интерлейкинов и специфических факторов эритропоэза - эритропоэтинов.

Железо. Для нормального эритропоэза в сутки требуется до 25 мг железа. Последнее поступает в костный мозг в основном при разрушении эритроцитов. Взрослому человеку для осуществления эритропоэза необходимо,чтобы с пищец и водой поступало не менее 12-15 мг железа в сутки. Однако из этого количества в кишечнике всасывается не более 1,0 мг, что компенсирует потери железа с калом, мочой и слущивающейся кожей. Железо откладывается в различных органах и тканях, главным образом в печени и селезенке. Это так называемое депо железа. Между депо и местами использования происходит постоянный обмен железа. Если железа в организм поступает недостаточно, то развивается железодефицитная анемия.

Всасыванию железа в кишечнике способствует аскорбиновая кислота, переводящая Fe³⁺ в Fe²⁺, который сохраняет растворимость при нейтральных и щелочных рН. На участке слизистой тонкого кишечника имеется рецептор, облегчающий переход железа в клетки тонкого кишечника, а оттуда в плазму. В слизистой тонкого кишечника находится переносчик железа - белок трансферрин - гликопротеин, относящийся к в-глобулинам (образуется в печени) с молекулярной массой около 80000 Д, который может вступать в связь с Fe²⁺. Процесс же перехода железа из Fe²⁺ в Fe³⁺ происходит непосредственно в клетке. Молекула трансферрина связывает две молекулы Fe²⁺ и образует с ним комплекс. Трансферрин доставляет железо в клетки, имеющие трансферриновые рецепторы. На зрелых эритроцитах рецепторы к трансферрину практически отсутствуют, тогда как на эритробластах и ретикулоцитах их очень много. Так, ретикулоцит, способный синтезировать гемоглобин, может закреплять на своей поверхности до 50000 молекул трансферрина. Отщепление железа от молекулы трансферрина и его отдача в клетку - довольно сложный процесс, обеспечивающийся расходом энергии за счет распада АТФ. В эритробластах и ретикулоцитах железо используется на синтез гемоглобина.

В организме существует депо железа, к которому относится селезенка, костный мозг и печень. В клетках Fe³⁺ соединяется с другим белком - ферритином. Последний содержится практически во всех тканях и является хранителем железа в клетке. Одна молекула ферритина способна связать до 4500 атомов железа. Кроме того, в макрофагах железо депонируется в виде гемосидерина, представляющего агрегаты частично денатурированного ферритина. Железо в соединении с ферритином может перенесено непосредственно от клеток хранения к клеткам предшественникам эритроцитов.

Важным компонентом эритропоэза является медь, которая непосредственно усваивается в костном мозге и принимает участие в синтезе гемоглобина. Если медь отсутствует, то эритроциты созревают лишь до стадии ретикулоцита. Медь катализирует образование гемоглобина, так как способствует включению железа в структуру гемма. При недостатке меди плацдарм кроветворения в костном мозге сокращается, что приводит к развитию анемии. Для эритропоэза необходимы и другие микроэлементы - кобальт, магний, марганец, селен, цинк и другие.

Для нормального эритропоэза требуются витамины, и в первую очередь витамин В₁₂ и фолиевая кислота, или витамин В₉. Эти витамины оказывают сходное взаимодополняющее действие. Витамин В₁₂ (внешний фактор кроветворения) синтезируется микроорганизмами, лучистыми грибками и некоторыми водорослями. Для его образования необходим кобальт. В организм человека витамин В₁₂ поступает с пищей - особенно его много в печени, мясе, яичном желтке.

Для всасывания витамина В₁₂ требуется внутренний фактор кроветворения, который носит наименование гастромукопротеин. Это вещество является сложным комплексным соединением, состоящим из пептидов, образующихся при переходе пепсиногена в пепсин, и мукоидных веществ, секретируемых добавочными клетками желудка:

кровь эритроцит гемоглобин гемолиз эритропоэз

НСI

v

пепсиноген > пепсин + пептиды

пептиды + мукоиды = гастромукопротеин

Активность гастромукопротеина определяется двумя реактивными группами, одна из которых входит в состав белковой части молекулы, осуществляя связывание с витамином В₁₂, а другая - в состав углеводной части, обеспечивая процесс всасывания витамина. Реактивная группа белковой части гастромукопротеина обеспечивает защиту витамина В₁₂ от действия протеолитических ферментов и бактериальной флоры. Благодаря ей не происходит связывания витамина В₁₂ другими белками.

При поступлении в желудок витамин В₁₂, содержащийся в пище, под действием соляной кислоты соединяется с так называемым R-белком, образуемым слюнными железами. Связывание же гастромукопротеина с витаминов В₁₂ происходит лишь в 12-перстной кишке, где имеется щелочная среда. В дальнейшем образовавшийся комплекс адсорбируется в подвздошной кишке с помощью специфического рецептора в присутствии ионов Са²⁺. Предполагается, что перенос в энтероцит осуществляется с помощью контрактильного белка, напоминающего актомиозин. Этот белок переносит комплекс в клетки тонкого кишечника. При переносе через эпителий, комплекс распадается на гастромукопротеин и витамин В₁₂, а последний, поступая в кровь, соединяется с белками переносчиками - транскобаламинами, синтезируемыми в печени. Основная масса витамина В₁₂ откладывается в печени. Запасы его там настолько велики, что способны обеспечить процессы нормального кроветворения на протяжении от 1 года до нескольких лет. Однако постепенно они истощаются, что может привести к развитию анемии. По мере потребности витамин В₁₂ из печени доставляется в костный мозг, где принимает участие в эритропоэзе.

Фолиевая кислота, или витамин В₉ является водорастворимым витамином, содержащимся во многих растительных продуктах, а также в печени, почках, яйцах. Она откладывается в печени и под влиянием витамина В₁₂ и аскорбиновой кислоты переходит в активное соединение - фолиновую кислоту.

При дефиците витамина В₁₂ и фолиевой кислоты нарушается синтез ДНК и РНК, а также гемоглобина. Известно, что витамин В₁₂ содержится в виде 2 форм: метилкобаламин и дезоксиаденозил-В₁₂. Последний участвует в метаболизме жирных кислот и принимает участие в образовании гемма, а метилкобаламин - в метаболизме фолиевой кислоты, которая необходима для синтеза ДНК.

Немаловажную роль в регуляции эритропоэза играют другие витамины группы В, а также железы внутренней секреции. Так, витамин В₆ необходим для образования гемма в эритробластахю Витамин В₂ необходим для нормального течения окислительно-восстановительных процессов. При его дефиците развивается анемия.

Все гормоны, регулирующие обмен белков (соматотропный и тиреотропный гормоны гипофиза, гормон щитовидной железы - тироксин и др.) и кальция (парат-гормон, тиреокальцитонин) необходимы для нормального эритропоэза. Мужские половые гормоны (андрогены) слегка стимулируют эритропоэз, тогда как женские (эстрогены) - тормозят его, что обуславливает меньшее число эритроцитов у женщин по сравнению с мужчинами.

Цитокины. Особо важную роль в регуляции эритропоэза играют цитокины, и в первую очередь - специфический регулятор эритропоэза, получивший наименование эритропоэтина. Еще в 1906 году два французских ученых Карно и Дефлендер показали, что сыворотка из крови кроликов, перенесших кровопотерю, стимулирует эритропоэз. В дальнейшем было установлено, что эритропоэтины присутствуют в крови животных и людей, испытывающих гипоксию - недостаточное поступление к тканям кислорода. Это наблюдается при анемиях, подъеме на высоту, мышечной работе, при снижении парциального давления кислорода в барокамере, при тяжелых поражениях сердца и заболеваниях легких. В небольших концентрациях эритропоэтины обнаружены в крови здоровых людей, что позволяет считать их физиологическими регуляторами эритропоэза. Вместе с тем, при анемиях, сопровождающих заболевания почек, эритропоэтины отсутствуют, или их концентрация значительно снижается. В настоящее время известно, что эти вещества синтезируются и секретируются, в основном, перитубулярными клетками почки. Эритропоэтины образуются также макрофагами печени, селезенки, костного мозга.

Эритропоэтин является гликопротеидом с молекулярной массой 36000 Да. В то же время в Читинской медицинской академии установлено, что эритропоэтической активностью обладают полипептиды, молекулярная масса которых не превышает 10000 Да. В частности, подобные соединения обнаружены в костном мозге и эритроцитах.

Эритропоэтин оказывает действие непосредственно на клетки предшественники эритроидного ряда (БОЕэи КОЕэ). Его функции сводятся к следующему: 1) ускоряет и усиливает переход БОЭэ в КОЕэ, а последние в эритробласты; 2) увеличивает число митозов клеток эритроидного ряда; 3) исключает один или несколько циклов митотических делений; 4) ускоряет созревание не делящихся клеток - нормобластов, ретикулоцитов; 5) увеличивает выход ретикулоцитов из костного мозга в общий кровоток; 6) усиливает синтез гемоглобина.

Значение эритропоэтина в процессе эритропоэза можно видеть на следующем примере. Эритроидные предшественники были добавлены к культуре костномозговых фибробластов. Однако в этих условиях их развитие не происходило. Как только к культуре был добавлен эритропоэтин, наступала быстрая пролиферация клеток предшественников эритроцитов, которые буквально втискивались в промежутки между фибробластами.

Наряду с эритропоэтинами в крови находятся также и ингибиторы эритропоэза. Они образуются в почках и печени. Под воздействием ингибиторов эритропоэза тормозится синтез гемоглобина и удлиняются сроки перехода одних форм молодых эритроцитов в другие.

Интенсивность эритропоэза у человека в значительной степени определяется соотношением эритропоэтинов и ингибиторов эритропоэза.

Следует заметить, что после образования БОЕэ на нее кроме эритропоэтина оказывают влияние IL-3 и GM-CSF, благодаря чему она превращается в КОЕэ, переходящую под воздействием эритропоэтина в эритробласт.

Важная роль в эритропоэзе принадлежит ядерным факторам - GATA-1 и NFE-2. Отсутствие ГАТА-1 полностью предотвращает образование эритроцитов, недостаток НФЭ-2 нарушает всасывание железа в кишечнике и синтез глобина.

Здесь перечислены лишь основные соединения, влияющие на эритропоэз, ибо этот процесс до сих пор изучен недостаточно и роль многих ростковых факторов нуждается в уточнении.

Нервная регуляция эритропоэза

Влияние нервной системы на эритропоэз не столь значительно, как гуморальных факторов. Возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы, как и физическая нагрузка, приводит к увеличению числа эритроцитов в периферической крови. Эта реакция отчасти носит перераспределительный характер и зависит от опорожнения депо крови, в первую очередь, селезенки.

В то же время показано, что адреналин, народреналин, взаимодействующие с в₂-адренорецепторами почек, активируют аденилатциклазную систему, благодаря чему усиливается синтез и секреция эритропоэтина. Одновременно катехоламины действуют на КОЕэ, что также приводит к стимуляции эритропоэза.

В гипоталамусе обнаружены центры, регулирующие интенсивность эритропоэза. Так, раздражение заднего гипоталамуса, как и разрушение переднего, приводит к усилению эритропоэза и увеличению в крови количества эритроцитов, в том числе ретикулоцитов. К противоположным сдвигам ведет раздражение передних или разрушение задних отделов гипоталамуса.

В последнее время показано, что стимуляция эритропоэза при раздражении гипоталамуса связана с повышением выработки эритропоэтинов, а также цитокинов, усиливающих гемопоэз. Не исключено, что эти реакции также осуществляются за счет стимуляции передней доли гипофиза и усиления выработки гормонов, влияющих на белковый и липидный обмен.

Особенности эритропоэза у плода и ребенка

Началом кроветворения у плода считают 19-21 день, когда появляются внеэмбриональные очаги эритропоэза в желточном мешке. После 10-й недели беременности очаги кроветворения в желточном мешке. После 10-й недели беременности очаги кроветворения в желточном мешке полностью исчезают, и на смену приходит кроветворение в печени, которое начинает развиваться с 6-й недели, но достигает максимума к 10-12-й неделям, затем постепенно угасает, полностью прекращаясь перед рождением ребенка. Это так называемый мегалобластический тип кроветворения, при котором в печени образуются крупные ядерные эритроциты - мегалобласты, пересыщенные гемоглобином. Цветовой показатель в это время у плода всегда больше 1.

На третьем месяце беременности кроветворение у плода протекает также в селезенке, но оно прекращается к 5-му месяцу гестации.

С 4-5-го месяца беременности кроветворения начинает развиваться в костном мозге и тогда мегалобластический тип постепенно сменяется на нормобластический. К этому сроку в желудке плода появляется гастромукопротеин. В последние 3 месяца гестации нормобластический тип кроветворения у плода является основным, и оно в дальнейшем осуществляется на протяжении всей жизни. В связи со сказанным становится понятно, почему у плода до 6 месяцев встречается много незрелых форменных элементов (мегалобластов, эритробластов), а после появления гастромукопротеина и развития нормобластического кроветворения в крови плода содержатся преимущественно зрелые эритроциты.

На 9-10-й неделе беременности в мегалобластах плода можно обнаружить примитивные гемоглобины - НbЕ или НbР, отличающиеся по своему строению от гемоглобина взрослых людей лишь структурой глобина. К 3-му месяцу беременности эмбриональный гемоглобин плода полностью заменяется фетальным гемоглобином (HbF), являющимся основным переносчиком кислорода в пренатальном периоде. В 3-х месячном возрасте количество гемоглобина у плода в среднем равно 90 г/литр. В дальнейшем концентрация гемоглобина у плода резко возрастает и в 6 месяцев составляет 140-150 г/литр, а перед рождением - более 200 г/литр. Следует отметить, что с 4-го месяца в крови плода появляется HbА, но содержание его нарастает крайне медленно и у 8-месячного плода не превышает 10 %, а у новорожденного - 30 %.

У новорожденного ребенка число эритроцитов достигает 7гг10¹²/литр, уровень гемоглобина - до 220-240 г/литр. Такое большое количество эритроцитов объясняется тем, что плод в утробе матери и во время родов испытывает состояние гипоксии, вызывающей в его крови увеличение содержания эритропоэтинов. Однако после рождения у ребенка возникает гипероксия (так как устанавливается внешнее дыхание), что приводит к снижению интенсивности эритропоэза, хотя в первые дни он остается на достаточно высоком уровне. Через несколько часов после рождения число эритроцитов и уровень гемоглобина даже несколько возрастает, главным образом за счет сгущения крови, но уже к концу первых суток количество эритроцитов начинает падать. Особенно резко содержание эритроцитов падает на 5-7-й, а гемоглобина на 10-й деньжизни ребенка после массового гемолиза эритроцитов и развития так называемой физиологической желтухи новорожденных. Столь быстрое снижение числа эритроцитов у новорожденного ребенка объясняется очень коротким периодом жизни красных кровяных телец плода (с ними ребенок появляется на свет) - всего 10-14 дней, и очень высокой степенью их разрушения, в 5-7 раз превышающей интенсивность гибели эритроцитов у взрослого. Однако в эти сроки происходит и быстрое образование новых эритроцитов. Эти процессы протекают одновременно и связаны с необходимостью замены HbF на НbА.

Значительно отличается красная кровь новорожденного по размеру и форме: с первых часов жизни и до 5-7-го дня у детей отмечается макроцитоз и пойкоцитоз. В крови выявляется много молодых незрелых форм эритроцитов. В течение первых часов жизни у ребенка наблюдается резкое повышение количества ретикулоцитов (ретикулоцитоз) до 4-6 %, что в 4-6 раз превышает число этих форм у взрослого. Кроме того, у новорожденного можно обнаружить эритробласты и нормобласты. Все это указывает на интенсивность эритропоэза в первые дни жизни ребенка.

Врачу-педиатру следует помнить, что если в первые две недели жизни ребенка содержание гемоглобина в капиллярной крови будет менее 145 г/литр, то это свидетельствует об анемии.

К концу первого месяца жизни число эритроцитов и уровень гемоглобина у ребенка остается высоким и значительно превышает эти показатели у взрослых (эритроцитов 5-5,6х10¹²/лист, а Нb - 150-190 г/литр). К 2-6-му месяцам уровень гемоглобина у ребенка становится даже меньше, чем у взрослых, и достигает 100-130 г/литр. Аналогичная динамика характерна и для количества эритроцитов, число которых к полугодовому возрасту составляет от 3 до 4,5х10¹²/литр. Столь резкое уменьшение содержания эритроцитов связано с гемолизом фетальных эритроцитов, срок жизни которых приблизительно в 2 раза меньше, чем у взрослого человека. Кроме того, у грудного ребенка по сравнению с взрослыми интенсивность эритропоэза значительно снижена, что связано с пониженным образованием основного фактора эритропоэза - эритропоэтина. В дальнейшем содержание эритроцитов и гемоглобина может слегка возрастать или падать вплоть до полового созревания. К этому моменту отмечаются половые различия в нормативах красной крови. Особенно резкие индивидуальные вариации в числе эритроцитов и уровне гемоглобина наблюдаются в возрастные периоды от 1 года до 2-х лет, от 5 до 7-ми и от 12 до 15-ти лет, что, по-видимому, связано со значительными вариациями в темпах роста детей.

Используемая литература

1. Кузник Б.И. «Физиология и патология системы крови». 2008.

2. Ред. Козинец Г.И., В.А. Макаров «Исследования системы крови в клинической практике» 2008.

3. Кононенков В.И. «Медицинская и экологическая иммуногенетика» 2007.

4. М.Г. Абрамов «Гематологический атлас» 2006.

Размещено на Allbest