Пациентам с патологиями системы кроветворения важно знать, какова продолжительность жизни эритроцитов, как происходит старение и разрушение красных клеток и какие факторы уменьшают их срок жизни.
В статье рассматриваются эти и другие аспекты функционирования красных кровяных тел.
Единая кровеносная система в теле человека образована кровью и органами, участвующими в производстве и уничтожении кровяных тел.
Основным назначением крови считаются транспортировка, поддержание водного баланса тканей (регулировка соотношения соли и белков, обеспечение проницаемости стенок сосудов), защита (поддержка иммунитета человека).
Способность сворачиваться – важнейшее свойство крови, необходимое для предотвращения обильной кровопотери в случае повреждения тканей организма.
Общий объем крови у взрослого человека зависит от массы тела и составляет примерно 1/13 (8 %), то есть до 6 л.
В детском организме объем крови относительно больше: у детей до года – до 15 %, после года – до 11 % от массы тела.
Общий объем крови поддерживается на неизменном уровне, при этом не вся имеющаяся кровь движется по кровеносным сосудам, некоторая часть хранится в кровяных депо – печени, селезенке, легких, кожных сосудах.
В составе крови выделяют две основные части – жидкую (плазму) и форменные элементы (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты). Плазма занимает 52 – 58 % от общего количества, на кровяные клетки приходится до 48 %.
К форменным элементам крови относят эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Фракции выполняют свою роль, и в здоровом организме число клеток каждой фракции не превышает определенные допустимые пределы.
Тромбоциты вместе с плазменными белками помогают сворачивать кровь, останавливают кровотечение, предотвращая обильную кровопотерю.
Лейкоциты – белые кровяные клетки – представляют собой часть иммунной системы человека. Лейкоциты предохраняют организм человека от воздействия чужеродных тел, распознают и уничтожают вирусы и токсины.
Из-за своей формы и размера белые тельца выходят из потока крови и проникают в ткани, где и выполняют свою главную функцию.
Эритроциты – красные кровяные тельца, обеспечивающие транспортировку газов (по большей части кислорода) благодаря содержанию в них белка гемоглобина.
Кровь относится к быстро регенерирующему типу ткани. Обновление кровяных телец происходит вследствие распада старых элементов и синтеза новых клеток, который выполняется в одном из органов кроветворения.
В человеческом теле за производство кровяных телец отвечает костный мозг, фильтром крови является селезенка.
Роль и свойства эритроцитов
Эритроциты – красные тела крови, выполняющие транспортировочную функцию. Благодаря содержащемуся в них гемоглобину (до 95 % от массы клетки) кровяные тела доставляют кислород от легких в ткани и углекислый газ в обратном направлении.
Хотя диаметр клетки от 7 до 8 мкм, они с легкостью проходят по капиллярам, диаметр которых менее 3 мкм, за счет способности деформировать свой цитоскелет.
Эритроциты выполняют несколько функций: питательную, ферментативную, дыхательную и защитную.
Красные клетки переносят аминокислоты от пищеварительных органов к клеткам, транспортируют ферменты, осуществляют газообмен между легкими и тканями, связывают токсины и способствуют выводу их из организма.
Суммарный объем красных телец в крови огромен, эритроциты – самый многочисленный вид кровяных элементов.
При проведении общего анализа крови в лаборатории подсчитывают концентрацию тел в небольшом объеме материала – в 1 мм 3 .
Допустимые значения эритроцитов в крови варьируются для разных пациентов и зависят от их возраста, половой принадлежности и даже места проживания.
Повышенное число эритроцитов у грудничков в первые дни после рождения объясняется высоким содержанием кислорода в крови детей во время внутриутробного развития.
Увеличение концентрации красных кровяных тел позволяет защитить организм ребенка от гипоксии при недостаточном поступлении кислорода из крови матери.
Для жителей высокогорья характерно изменение нормальных показателей красных клеток в большую сторону.
При этом при смене места жительства на равнинную местность происходит возврат значений объема эритроцитов к общим нормам.
Как повышение, так и понижение числа красных тел в крови считается одним из симптомов развития патологий внутренних органов.
Увеличение концентрации эритроцитов наблюдается при заболеваниях почек, ХОБЛ, пороках сердца, опухолях злокачественного характера.
Снижение числа красных кровяных телец характерно для больных анемией различного генеза и онкобольных.
Образование красных клеток
Общим материалом системы кроветворения для форменных элементов крови считаются полипотентные недифференцированные клетки, из которых на различных стадиях синтеза производятся эритроциты, лейкоциты, лимфоциты и тромбоциты.
При делении этих клеток только малая часть остается в виде стволовых клеток, сохраняющихся в костном мозге, причем с возрастом число оригинальных материнских клеток снижается естественным образом.
Большинство же полученных тел дифференцируется, формируются новые виды клеток. Эритроциты продуцируются внутри сосудов красного костного мозга.
Процесс создания клеток крови регулируется витаминами и микроэлементами (железом, медью, марганцем и др.). Эти вещества ускоряют производство и дифференциацию компонентов крови, участвуют в синтезе их компонентов.
Гемопоэз регулируется и внутренними причинами. Продукты расщепления элементов крови становятся стимулятором синтеза новых кровяных клеток.
Эритропоэтин играет роль главного регулятора эритропоэза. Гормон стимулирует образование эритроцитов из предшествующих клеток, повышает скорость выхода ретикулоцитов из костного мозга.
Эритропоэтин производится в теле взрослого человека почками, малое число вырабатывается печенью. Увеличение объема эритроцитов объясняется дефицитом кислорода в организме. Почки и печень активнее продуцируют гормон в случае кислородного голодания.
Средняя продолжительность жизни эритроцитов – 100 – 120 суток. В теле человека постоянно обновляется депо эритроцитов, которое пополняется со скоростью до 2,3 млн в секунду.
Процесс дифференцирования красных кровяных телец строго отслеживается для сохранения постоянства числа циркулирующих красных тел.
Ключевой фактор, влияющий на время и скорость выработки эритроцитов, – концентрация кислорода в крови.
Система дифференциации красных кровяных клеток высокочувствительна к изменению уровня кислорода в организме.
Старение и гибель эритроцитов
Продолжительность жизни эритроцитов составляет 3-4 месяца. После этого красные кровяные клетки удаляются из системы кровообращения, чтобы исключить их избыточное накопление в сосудах.
Случается, что красные тельца погибают сразу же после образования в костном мозге. Привести к уничтожению эритроцитов на раннем этапе образования может механическое повреждение (травма влечет за собой повреждение сосудов и образование гематомы, где и разрушаются эритроциты).
Отсутствие механического сопротивления кровотоку сказывается на продолжительности жизни эритроцитов и увеличивает срок их работы.
Теоретически при исключении деформации красные кровяные клетки могут циркулировать по крови бесконечно, однако такие условия невозможны для сосудов человека.
За время своего существования эритроциты получают множественные повреждения, в результате чего ухудшается диффузия газов сквозь мембрану клетки.
Эффективность газообмена резко снижается, поэтому такие красные кровяные тельца должны быть выведены из организма и заменены новыми.
Если вовремя не уничтожить поврежденные эритроциты, то их мембрана начинает разрушаться в крови, высвобождая гемоглобин.
Процесс, который в норме должен протекать в селезенке, происходит прямо в кровяном потоке, что чревато попаданием белка в почки и развитием почечной недостаточности.
Устаревшие эритроциты выводятся из кровотока селезенкой, костным мозгом и печенью. Макрофаги распознают клетки, которые уже долго циркулировали по крови.
Такие клетки содержат низкое число рецепторов или значительно повреждены. Эритроцит поглощается макрофагом, и в процессе выделяется ион железа.
В современной медицине при лечении сахарного диабета данные об эритроцитах (какова их продолжительность жизни, что влияет на выработку кровяных тел) играют важную роль, поскольку помогают определить содержание гликированного гемоглобина.
На основании такой информации врачи могут понять, насколько увеличилась концентрация сахара в крови за последние 90 дней.
Рассмотрим более подробно состав плазмы и клеточных элементов крови.
Плазма. После отделения взвешенных в крови клеточных элементов остается водный раствор сложного состава, называемый плазмой. Как правило, плазма представляет собой прозрачную или слегка опалесцирующую жидкость, желтоватый цвет которой определяется присутствием в ней небольшого количества желчного пигмента и других окрашенных органических веществ.
Однако после потребления жирной пищи в кровь попадает множество капелек жира (хиломикронов), в результате чего плазма становится мутной и маслянистой.
Плазма участвует во многих процессах жизнедеятельности организма. Она переносит клетки крови, питательные вещества и продукты метаболизма и служит связующим звеном между всеми экстраваскулярными (т.е. находящимися вне кровеносных сосудов) жидкостями; последние включают, в частности, межклеточную жидкость, и через нее осуществляется связь с клетками и их содержимым. Таким образом плазма контактирует с почками, печенью и другими органами и тем самым поддерживает постоянство внутренней среды организма, т.е. гомеостаз.
Основные компоненты плазмы и их концентрации приведены в табл. 1. Среди растворенных в плазме веществ – низкомолекулярные органические соединения (мочевина, мочевая кислота, аминокислоты и т.д.); большие и очень сложные по структуре молекулы белков; частично ионизированные неорганические соли. К числу наиболее важных катионов (положительно заряженных ионов) относятся катионы натрия (Na +), калия (K +), кальция (Ca 2+) и магния (Mg 2+); к числу важнейших анионов (отрицательно заряженных ионов) – хлорид-анионы (Cl –), бикарбонат (HCO 3 –) и фосфат (HPO 4 2– или H 2 PO 4 –). Основные белковые компоненты плазмы – альбумин, глобулины и фибриноген.
Белки плазмы
Из всех белков в наибольшей концентрации в плазме присутствует альбумин, синтезируемый в печени. Он необходим для поддержания осмотического равновесия, обеспечивающего нормальное распределение жидкости между кровеносными сосудами и экстраваскулярным пространством.При голодании или недостаточном поступлении белков с пищей содержание альбумина в плазме падает, что может привести к повышенному накоплению воды в тканях (отек). Это состояние, связанное с белковой недостаточностью, называется голодным отеком.
В плазме присутствуют глобулины нескольких типов, или классов, важнейшие из которых обозначаются греческими буквами a (альфа), b (бета) и g (гамма), а соответствующие белки – a 1 , a 2 , b, g 1 и g 2 . После разделения глобулинов (методом электрофореза) антитела обнаруживаются лишь во фракциях g 1 , g 2 и b. Хотя антитела часто называют гамма-глобулинами, тот факт, что некоторые из них присутствуют и в b-фракции, обусловил введение термина «иммуноглобулин». В a- и b-фракциях содержится множество различных белков, обеспечивающих транспорт в крови железа, витамина В 12 , стероидов и других гормонов. В эту же группу белков входят и факторы коагуляции, которые наряду с фибриногеном участвуют в процессе свертывания крови.
Основная функция фибриногена состоит в образовании кровяных сгустков (тромбов). В процессе свертывания крови, будь то in vivo (в живом организме) или in vitro (вне организма), фибриноген превращается в фибрин, который и составляет основу кровяного сгустка; не содержащая фибриногена плазма, обычно имеющая вид прозрачной жидкости бледно-желтого цвета, называется сывороткой крови.
Эритроциты.
Красные кровяные клетки, или эритроциты, представляют собой круглые диски диаметром 7,2–7,9 мкм и средней толщиной 2 мкм (мкм = микрон = 1/10 6 м). В 1 мм 3 крови содержится 5–6 млн. эритроцитов. Они составляют 44–48% общего объема крови.
Эритроциты имеют форму двояковогнутого диска, т.е. плоские стороны диска как бы сжаты, что делает его похожим на пончик без дырки. В зрелых эритроцитах нет ядер. Они содержат главным образом гемоглобин, концентрация которого во внутриклеточной водной среде ок. 34%. [В пересчете на сухой вес содержание гемоглобина в эритроцитах – 95%; в расчете на 100 мл крови содержание гемоглобина составляет в норме 12–16 г (12–16 г%), причем у мужчин оно несколько выше, чем у женщин.] Кроме гемоглобина эритроциты содержат растворенные неорганические ионы (преимущественно К +) и различные ферменты. Две вогнутые стороны обеспечивают эритроциту оптимальную площадь поверхности, через которую может происходить обмен газами: диоксидом углерода и кислородом. Таким образом, форма клеток во многом определяет эффективность протекания физиологических процессов. У человека площадь поверхностей, через которые совершается газообмен, составляет в среднем 3820 м 2 , что в 2000 раз превышает поверхность тела.
В организме плода примитивные красные кровяные клетки вначале образуются в печени, селезенке и тимусе. С пятого месяца внутриутробного развития в костном мозге постепенно начинается эритропоэз – образование полноценных эритроцитов. В исключительных обстоятельствах (например, при замещении нормального костного мозга раковой тканью) взрослый организм может вновь переключиться на образование эритроцитов в печени и селезенке. Однако в нормальных условиях эритропоэз у взрослого человека идет лишь в плоских костях (ребрах, грудине, костях таза, черепа и позвоночника).
Эритроциты развиваются из клеток-предшественников, источником которых служат т.н. стволовые клетки. На ранних стадиях формирования эритроцитов (в клетках, еще находящихся в костном мозге) четко выявляется клеточное ядро. По мере созревания в клетке накапливается гемоглобин, образующийся в ходе ферментативных реакций. Перед тем как попасть в кровоток, клетка утрачивает ядро – за счет экструзии (выдавливания) или разрушения клеточными ферментами. При значительных кровопотерях эритроциты образуются быстрее, чем в норме, и в этом случае в кровоток могут попадать незрелые формы, содержащие ядро; очевидно, это происходит из-за того, что клетки слишком быстро покидают костный мозг. Срок созревания эритроцитов в костном мозге – от момента появления самой юной клетки, узнаваемой как предшественник эритроцита, и до ее полного созревания – составляет 4–5 дней. Срок жизни зрелого эритроцита в периферической крови – в среднем 120 дней. Однако при некоторых аномалиях самих этих клеток, целом ряде болезней или под воздействием определенных лекарственных препаратов время жизни эритроцитов может сократиться.
Бoльшая часть эритроцитов разрушается в печени и селезенке; при этом гемоглобин высвобождается и распадается на составляющие его гем и глобин. Дальнейшая судьба глобина не прослеживалась; что же касается гема, то из него высвобождаются (и возвращаются в костный мозг) ионы железа. Утрачивая железо, гем превращается в билирубин – красно-коричневый желчный пигмент. После незначительных модификаций, происходящих в печени, билирубин в составе желчи выводится через желчный пузырь в пищеварительный тракт. По содержанию в кале конечного продукта его превращений можно рассчитать скорость разрушения эритроцитов. В среднем во взрослом организме ежедневно разрушается и вновь образуется 200 млрд. эритроцитов, что составляет примерно 0,8% общего их числа (25 трлн.).
Гемоглобин.
Основная функция эритроцита – транспорт кислорода из легких к тканям организма. Ключевую роль в этом процессе играет гемоглобин – органический пигмент красного цвета, состоящий из гема (соединения порфирина с железом) и белка глобина. Гемоглобин отличается высоким сродством к кислороду, за счет чего кровь способна переносить гораздо больше кислорода, чем обычный водный раствор.
Степень связывания кислорода с гемоглобином зависит прежде всего от концентрации кислорода, растворенного в плазме. В легких, где кислорода много, он диффундирует из легочных альвеол через стенки кровеносных сосудов и водную среду плазмы и попадает в эритроциты; там он связывается с гемоглобином – образуется оксигемоглобин. В тканях, где концентрация кислорода невелика, молекулы кислорода отделяются от гемоглобина и проникают в ткани за счет диффузии. Недостаточность эритроцитов или гемоглобина приводит к снижению транспорта кислорода и тем самым к нарушению биологических процессов в тканях.
У человека различают гемоглобин плода (тип F, от fetus – плод) и гемоглобин взрослых (тип A, от adult – взрослый). Известно много генетических вариантов гемоглобина, образование которых приводит к аномалиям эритроцитов или их функции. Среди них наиболее известен гемоглобин S, обусловливающий серповидноклеточную анемию.
Лейкоциты.
Белые клетки периферической крови, или лейкоциты, делят на два класса в зависимости от наличия или отсутствия в их цитоплазме особых гранул. Клетки, не содержащие гранул (агранулоциты), – это лимфоциты и моноциты; их ядра имеют преимущественно правильную круглую форму. Клетки со специфическими гранулами (гранулоциты) характеризуются, как правило, наличием ядер неправильной формы со множеством долей и потому называются полиморфноядерными лейкоцитами. Их разделяют на три разновидности: нейтрофилы, базофилы и эозинофилы. Они отличаются друг от друга по картине окрашивания гранул различными красителями.
У здорового человека в 1 мм 3 крови содержится от 4000 до 10 000 лейкоцитов (в среднем около 6000), что составляет 0,5–1% объема крови. Соотношение отдельных видов клеток в составе лейкоцитов может значительно варьировать у разных людей и даже у одного и того же человека в разное время. Типичные значения приведены в табл. 2.
Полиморфноядерные лейкоциты (нейтрофилы, эозинофилы и базофилы) образуются в костном мозге из клеток-предшественников, начало которым дают стволовые клетки, вероятно те же самые, что дают и предшественников эритроцитов. По мере созревания ядра в клетках появляются гранулы, типичные для каждого вида клеток. В кровотоке эти клетки перемещаются вдоль стенок капилляров в первую очередь за счет амебоидных движений. Нейтрофилы способны покидать внутреннее пространство сосуда и скапливаться в месте инфекции. Время жизни гранулоцитов, по-видимому, ок. 10 дней, после чего они разрушаются в селезенке.
Диаметр нейтрофилов – 12–14 мкм. Большинство красителей окрашивает их ядро в фиолетовый цвет; ядро нейтрофилов периферической крови может иметь от одной до пяти долей. Цитоплазма окрашивается в розоватый цвет; под микроскопом в ней можно различить множество интенсивно-розовых гранул. У женщин примерно 1% нейтрофилов несет половой хроматин (образованный одной из двух X-хромосом) – тельце в форме барабанной палочки, прикрепленное к одной из ядерных долей. Эти т.н. тельца Барра позволяют определять пол при исследовании образцов крови.
Эозинофилы по своим размерам сходны с нейтрофилами. Их ядро редко имеет больше трех долей, а цитоплазма содержит множество крупных гранул, которые четко окрашиваются в ярко-красный цвет красителем эозином.
В отличие от эозинофилов у базофилов цитоплазматические гранулы окрашиваются основными красителями в синий цвет.
Моноциты. Диаметр этих незернистых лейкоцитов составляет 15–20 мкм. Ядро овальное или бобовидное, и лишь у небольшой части клеток оно поделено на крупные доли, которые перекрывают друг друга. Цитоплазма при окраске голубовато-серая, содержит незначительное число включений, окрашивающихся красителем азуром в сине-фиолетовый цвет. Моноциты образуются как в костном мозге, так и в селезенке и в лимфатических узлах. Их основная функция – фагоцитоз.
Лимфоциты. Это небольшие одноядерные клетки. Большинство лимфоцитов периферической крови имеет диаметр меньше 10 мкм, но иногда встречаются лимфоциты и большего диаметра (16 мкм). Ядра клеток плотные и круглые, цитоплазма голубоватого цвета, с очень редкими гранулами.
Несмотря на то что лимфоциты выглядят морфологически однородно, они отчетливо различаются по своим функциям и свойствам клеточной мембраны. Их делят на три большие категории: B-клетки, Т-клетки и 0-клетки (нуль-клетки, или ни В, ни Т).
B-лимфоциты созревают у человека в костном мозге, после чего мигрируют в лимфоидные органы. Они служат предшественниками клеток, образующих антитела, т.н. плазматических. Для того чтобы B-клетки трансформировались в плазматические, необходимо присутствие Т-клеток.
Созревание Т-клеток начинается в костном мозге, где образуются протимоциты, которые затем мигрируют в тимус (вилочковую железу) – орган, расположенный в грудной клетке за грудиной. Там они дифференцируются в Т-лимфоциты – весьма неоднородную популяцию клеток иммунной системы, выполняющих различные функции. Так, они синтезируют факторы активации макрофагов, факторы роста B-клеток и интерфероны. Есть среди Т-клеток индукторные (хелперные) клетки, которые стимулируют образование B-клетками антител. Есть и клетки-супрессоры, которые подавляют функции B-клеток и синтезируют фактор роста Т-клеток – интерлейкин-2 (один из лимфокинов).
0-клетки отличаются от B- и Т-клеток тем, что у них нет поверхностных антигенов. Некоторые из них служат «естественными киллерами», т.е. убивают раковые клетки и клетки, зараженные вирусом. Однако в целом роль 0-клеток неясна.
Третье физиологическое соединение гемоглобина - карбогемоглобин - соединение гемоглобина с углекислым газом. Таким образом, гемоглобин участвует в переносе углекислого газа из тканей в легкие. Карбогемоглобин содержится в венозной крови.
При действии на гемоглобин сильных окислителей (бертолетовая соль, перманганат калия, нитробензол, анилин, фенацетин и т. д.) железо окисляется и переходит в трехвалентное. При этом гемоглобин пре вращается в метгемоглобин и приобретает коричневую окраску. Являясь продуктом истинного окисления гемоглобина, последний прочно удерживает кислород и поэтому не может служить в качестве его переносчика. Образование значительного количества метгемоглобина резко ухудшает дыхательные функции крови. Это может случиться после введения в организм лекарств, обладающих окислительными свойствами. Метгемоглобин - патологическое соединение гемоглобина.
Гемоглобин очень легко соединяется с угарным газом, при этом образуется карбоксигемоглобин (НЬСО) Химическое сродство окиси углерода к гемоглобину примерно в 200 раз больше, чем кислорода. Поэтому достаточно примеси небольшого количества СО к воздуху, чтобы образовалось значительное число молекул этого соединения. Оно весьма прочное, и гемоглобин, блокированный СО, не может быть переносчиком кислорода. Поэтому угарный газ очень ядовит. При вдыхании воздуха, содержащего 0,1 % СО, через 30-60 мин развиваются тяжелые последствия кислородного голодания (рвота, потеря сознания). При содержании в воздухе 1 % СО через несколько минут наступает смерть. Пострадавших людей и животных необходимо вывести на чистый воздух или дать вдохнуть кислород. Под влиянием высокого давления кисло рода происходит медленное расщепление карбоксигемоглобина.
При действии соляной кислоты на гемоглобин образуется гемин. В этом соединении железо находится в окисленной трехвалентной форме. Для его получения каплю высушен ной крови нагревают на предметном стекле с кристалликами поваренной соли и 1-2 каплями ледяной уксусной кислоты. Коричневые ромбические кристаллы гемина рассматривают в микроскоп. Кристаллы гемина разных видов животных отличаются по своей форме. Это обусловлено видовыми различиями в структуре глобина. Данную реакцию, получившую название геминовой пробы, можно использовать для обнаружения следов крови.
При рассматривании в спектроскоп разведенного раствора оксигемоглобина видны две характерные темные полосы поглощения в желто-зеленой части спектра, между фраунгоферовыми линиями Д и Е. Для восстановленного гемоглобина характерна одна широкая полоса поглощения в желто-зеленой части спектра. Спектр карбоксигемоглобина очень похож на спектр оксигемоглобина. Их можно различить добавлением восстанавливающего вещества. Карбоксигемоглобин и после этого имеет две полосы поглощения. Метгемоглобин имеет характерный спектр: одна узкая полоса поглощения находится слева, на границе красной и желтой частей спектра, другая узкая полоса на границе желтой и зеленой зон и широкая темная полоса в зеленой части.
Количество гемоглобина определяют колориметрическим методом и выражают в грамм-процентах (г%), а затем с помощью коэффициента пересчета по Международной системе единиц (СИ), который равен 10, находят количество гемоглобина в граммах на литр (г/л). Оно зависит от вида животных. На содержание эритроцитов и гемоглобина влияют возраст, пол, порода, высота над уровнем моря, работа, кормление. Так, новорожденные животные имеют более высокое содержание эритроцитов и гемоглобина, чем взрослые; у самцов количество эритроцитов на 5-10 % выше, чем у самок.
Количество эритроцитов у скаковых лошадей больше, чем у тяжеловозов, и доходит до 10-10,5 млн/мкл крови, или по системе СИ 10- 10,5.1012 л, а у тяжеловозов составляет 7,4-7,б млн/мкл
Уменьшение давления кислорода на большой высоте над уровнем моря стимулирует образование эритроцитов. Поэтому у овец, коров на горных пастбищах количество эритроцитов и гемоглобина повышено. Интенсивная физическая на грузка вызывает такое же действие. Количество гемоглобина в крови рысаков, равное до бега в среднем 12,6 г% (126 г/л), после бега увеличивается до 16-18 г% (160- 180 г/л). Ухудшение кормления ведет к уменьшению содержания эритроцитов и гемоглобина. Особенно большое влияние оказывает недостаток микроэлементов и витаминов (цианкобаламина, фолиевой кислоты и др.).
Для определения насыщенности каждого эритроцита гемоглобином служит цветной показатель или индекс I
В норме цветной показатель равен 1. Если он меньше 1, содержание гемоглобина в эритроцитах понижено (гипохромия), если больше 1 - повышено (гиперхромия).
Миоглобин. В скелетных и сердечных мышцах находится мышечный гемоглобин (миоглобин). Он имеет сходство и различие с гемоглобином крови. Сходство этих двух веществ выражается наличии одной и той же простетической группы, одинакового количества железа и в способности давать обратимые соединения с О и СО. Однако масса миоглобина гораздо меньше, и он обладает значительно большим сродством к кислороду, чем гемоглобин крови, а поэтому приспособлен к функции депонирования (связывания) кислорода, что имеет большое значение для снабжения кислородом сокращающихся мышц. Когда мышцы сокращаются, их кровоснабжение временно ухудшается из- за сжатия капилляров. И в этот момент миоглобин служит важным источником кислорода. Он «запасает» кислород во время расслабления и отдает его во время сокращения. Содержание миоглобина увеличивается под влиянием мышечных грузок.
Скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Для определения СОЭ кровь смешивают раствором лимоннокислого натрия, собирают в стеклянную трубочку пробирку с миллиметровыми делениями. Через некоторое время отсчитывают высоту верхнего прозрачного слоя. СОЭ различна у животных разного вида. Очень быстро оседают эритроциты лошади, весьма медленнно - жвачных. На величину СОЭ влияет физиологическое состояние организма. Усиленная тренировка замедляет эту реакцию. У спортивных лошадей, отобранных для олимпийских соревнований, при средней нагрузке СОЭ за первые 15 мин равнялась 9,6 мм. Через 2 мес напряженных тренировок за те же первые 15 мин она равнялась 2,6 мм.
СОЭ сильно увеличивается во время беременности, а также при хронических воспалительных процессах, инфекционных заболеваниях, злокачественных опухолях. Это свзывают с увеличением в плазме количества крупномолекулярных белков - глобулинов и особенно фибриногена. Вероятно, крупномолекулярные белки уменьшают электрический заряд и электроотталкивание эритроцитов, что способствует большей скорости их оседания.
Продолжительность жизни эритроцитов. У разных животных она неодинакова. Эритроциты у лошади находятся в сосудистом русле в среднем 100 дн., у крупного рогатого скота - 120-16, у овцы – 130, у северного оленя - у кролика - 45-60 дн.
В 1951 г. А. Л. Чижевский в результате экспериментальных исследований и математических расчётов пришел к выводу, что в артериальных сосудах у здоровых людей и животных эритроциты движутся в системе, состоящих из монетных столбиков.
Причем монетные столбики из эритроцитов крупного диаметра примыкают к медленному пристеночному слою крови, а монетные столбики из эритроцитов малого диаметра несутся в быстром осевом потоке крови. Кроме поступательного движения, эритроциты совершают и вращательные движения вокруг собственной оси. При заболеваниях происходит нарушение пространственного расположения эритроцитов в сосудах.
Лейкоциты. Белые кровяные летки имеют цитоплазму и ядро. Их подразделяют на две большие группы: зернистые (гранулоциты) и незернистые (агранулоциты). В цитоплазме зернистых лейкоцитов содержатся зернышки (гранулы), в цитоплазме незернистых гранулы отсутствуют.
Зернистые лейкоциты зависимости от окраски гранул различают эозинофильные (гранулы окрашиваются в розовый цвет кислыми красками, например эозином), базофильные (в синий цвет основными красками) и нейтрофильные теми и другими красками в розово-фиолетовый цвет), У юных гранулоцитов ядро округлое, у молодых оно в виде подковы или палочки (палочкоядерные); по мере развития ядро перешнуровывается и разделяется на несколько сегментов. Сегментоядерные, нейтрофилы составляют основную массу гранулоцитов.
У птиц вместо сегментоядерных нейтрофилов присутствуют псевдоэозинофилы, в цитоплазме которых содержатся палочкообразные и веретеновидные гранулы.
Незернистые лейкоциты делятся на лимфоциты и моноциты. Лимфоциты имеют крупное ядро, окруженное узким поясом цитоплазмы. В зависимости от размера различают большие, средние и малые лимфоциты. Лимфоциты составляют большую часть белых кровяных клеток: у крупного рогатого скота
50--60 % всех лейкоцитов, У свиней - 45--б0, у овец - 55--65, у коз - 40--50, у кроликов – 50--65, у кур - 45-65 %. Этим видам животных присущ так называемый лимфоцитарный профиль крови. У лошадей и плотоядных преобладают сегментоядерные нейтрофилы - нейтрофильный профиль крови. Однако и у этих животных количество лимфоцитов значительное -- 20-40 % всех лейкоцитов, Моноциты - самые большие клетки крови, в основном округлой формы, с хорошо выраженной цитоплазмой.
В крови птиц, кроме того, имеются клетки Тюрка - крупные, с эксцентрично расположенным ядром и значительным количеством цитоплазмы.
Общее количество лейкоцитов в крови значительно меньше, чем эритроцитов. У млекопитающих оно составляет около 0,1--0,2 % от числа эритроцитов, у птиц - несколько больше (около 0,5--1 %).
Увеличение количества лейкоцитов называют лейкоцитозом, а уменьшение - лейкопенией.
Различают два вида лейкоцитозов: физиологический и реактивный. Физиологический, в свою очередь, делят на:
пищеварительный (значительное увеличение количества лейкоцитов происходит после приема корма; особенно выражен у лошадей, свиней, собак и кроликов);
миогенный (развивается после тяжелой мышечной работы);
эмоциональный;
при болевых воздействиях;
при беременности.
Физиологвческие лейкоцитозы по своей природе являются перераспределительными, то есть лейкоциты в этих случаях выходят из депо (селезенка, костный мозг, лимфатические узлы). Они характеризуются быстрым развитием, кратковременностью, отсутствием изменений лейкоцитарной формулы.
Реактивные, или истинные, лейкоцитозы бывают при воспалительных процессах, инфекционных заболеваниях. При этом резко усиливается образование белых кровяных телец в органах кроветворения и количество лейкоцитов в крови увеличивается значительнее, чем при перераспределительном лейкоцитозе. Но главное отличие заключается в том, что при реактивных лейкоцитозах меняется лейкоцитарная формула: в крови увеличивается количество молодых форм нейтрофилов - миелоцитов, юных, палочкоядерных. По ядерному сдвигу влево оценивают тяжесть заболевания и реактивность организма.
В последнее время лейкопении встречаются чаще, чем раньше. Это объясняется повышением фоновой радиоактивности и другими причинами, связанными с техническим прогрессом. Особенно тяжелые лейкопении, вызванные поражением костного мозга, наблюдают при лучевой болезни. Лейкопению выявляют и при некоторых инфекционных заболеваниях (паратиф телят, чума свиней).
Функции лейкоцитов. Лейкоциты играют важную роль в защитных и восстановительных процессах организма. Моноциты и нейтрофилы способны к амебеоидному движению. Скорость движения последних может доходить до 40 мкм/м что равно расстоянию, в З-4 раза превышающему диаметр этих клеток. Данные виды лейкоцитов проходят через эндотелий капилляров и движутся в тканях к месту скопления микробов, инородных частиц или разрушающихся клеток самого организма. Один нейтрофил может захватить до 20-30 бактерий, а моноцит фагоцитирует до 100 микробов. Кроме протеолитических ферментов, эти формы лейкоцитов выделяют, а так же адсорбируют на своей поверхности и переносят вещества, обезвреживаюшие микробы и чужеродные белки - антитела.
Базофилы имеют слабовыраженную способность к фагоцитозу или совсем ее не обнаруживают. Как и тучные клетки соединительной ткани, они синтезируют гепарин - вещество, препятствующее свертыванию крови. Кроме того, базофилы способны образовывать гистамин. Гепарин предотвращает свертывание крови, а гистамин расширяет капилляры в очаге воспаления, что ускоряет процесс рассасывания и заживления.
Лимфоциты принимают участие в выработке антител, поэтому имеют большое значение в создании невосприимчивости к инфекционным заболеваниям (инфекционный иммунитет), а также ответственны за реакции на введение чужеродных белков и отторжение чужеродных тканей при пересадке органов (трансплантационный иммунитет).
Ведущую роль в иммунитете, особенно трансплантационном, играют так называемые Т-лимфоциты. Они образуются из клеток-предшественников в костном мозге, проходят дифференцировку в тимусе (зобной железе), а затем переходят в лимфатические узлы, селезенку или циркулирующую кровь, где на их долю приходится 40-70 % всех лимфоцитов. Т-лимфоциты неоднородны. Среди них выделяют несколько групп:
1) хелперы (помощники) взаимодействуют с В-лимфоцитами и превращают их в плазматические клетки, синтезирующие антитела;
2) супрессоры - подавляют чрезмерные реакции В-лимфоцитов и поддерживают постоянное соотношение различных форм лимфоцитов;
З) киллеры (убийцы) - взаимодействуют с чужеродными клетками и разрушают их;
4) амплифайеры - активируют киллеры;
5) клетки иммунной памяти
В-лимфоциты образуются в костном мозге, дифференцируются у млекопитающих в лимфоидной ткани кишечника, червеобразного отростка, глоточных и небных миндалин. У птиц дифференцировка проходит в фабрициевой сумке. Сумка по латыни звучит как бурса, отсюда и В-лимфоциты. На их долю приходится 20-З0 % циркулирующих лимфоцитов. Основная функция В-лимфоцитов - выработка антител и создание гуморального иммунитета. После встречи с антигеном В-лимфоциты переселяются в костный мозг, селезенку, лимфатические узлы, где они размножаются и превращаются в плазматические клетки, образующие антитела, иммунные глобулины. В-лимфоциты специфичны: каждая группа их реагирует лишь с одним антигеном и отвечает за выработку антител только против него.
Выделяют еще и так называемые нулевые лимфоциты, которые не проходят дифференцировку в органах иммунной системы, но при необходимости могут превращаться в Т- и В лимфоциты. Они составляют 10- 20 % лимфоцитов.
Продолжительность жизни лейкоцитов. Большинство из них живет относительно недолго. При помощи методики меченых атомов установлено, что гранулоциты живут максимум 8-10 дн., чаще значительно меньше - часы и даже минуты. Средняя продолжительность жизни нейтрофилов у теленка составляет 5 ч. Среди лимфоцитов различают короткоживушие и долгоживущие формы. Первые (В-лимфоциты) живут от нескольких часов до недели, вторые (Т-лимфоциты) могут жить месяцы и даже годы.
Кровяные пластинки (тромбоциты). У млекопитающих эти форменные элементы крови не имеют ядер, у птиц и всех низших позвоночных ядра есть. Кровяные пластинки обладают удивительным свойством менять форму и размеры в зависимости от местоположения. Так, в потоке крови они имеют форму шарика диаметром полмикрона (на границе разрешения оптического микроскопа). Но попав на стенку кровеносного сосуда или на предметное стекло, они распластываются, из круглых становятся звездчатыми, увеличивая площадь в 5-10 раз, диаметр их становится от 2 до 5 мкм. Количество кровяных пластинок зависит от вида животных. Оно возрастает при тяжелой мышечной работе, пищеварении, в период беременности. Отмечены также суточные колебания: днем их больше, чем ночью. Количество кровяных пластинок уменьшается при острых инфекционных заболеваниях, при анафилактическом шоке.
В 1882 г. русский ученый В. П. Образцов впервые доказал, что тромбоциты - это самостоятельные элементы крови, происходящие из клеток красного костного мозга - мегакариоцитов (диаметр до 140 мкм). Мегакариоцит - клетка с огромным ядром. Долгое время была принята «теория взрыва», согласно которой «зрелый» мегакариоцит как бы взрывается, распадаясь на мелкие частицы - тромбоциты. Причем ядро мегакариоцита тоже распадается, передавая определенный запас вещества наследственности - ДНК - тромбоцитам. Однако тщательные исследования под электронным микроскопом не подтвердили эту гипотезу. Оказалось, что в цитоплазме мегакариоцита под управлением его гигантского ядра происходит зачатие и развитие 3-4 тыс. тромбоцитов. Затем мегакариоцит выпускает свои цитоплазматические отростки через стенки кровеносных сосудов. В отростках лежат созревшие кровяные пластинки, они отрываются, поступают в кровоток и начинают выполнять свои функции. Но мегакариоцит не прекращает своего существования. Его ядро наращивает новую цитоплазму, в которой проходит новый цикл за рождения, созревания и «рождения» пластинок. Таким образом, «теорию взрыва» сменила «теория рождения». Каждый мегакариоцит за время своего существования в костном мозге дает 8-10 поколений тромбоцитов. Пластинки выбрасываются в кровь из костного мозга в зрелом состоянии с полным набором органелл, но без ядра и ядерного наследственного материала (ДНК). Они существуют, ню не развиваются, тратят себя, но не восстанавливаются. В отсутствие ядра в токе крови возможен только синтез за счет запасов веществ и энергии, полученных от мегакариоцита. Вот почему в кровяном русле каждый тромбоцит живет недолго (3-5 сут).
В световом микроскопе к пластинки выглядят как кусочки цитоплазмы с небольшим количеством зернышек внутри. С помощью электронного микроскоп было показано, что за мнимой простотой скрыта своеобразная и сложная организация. Очень сложным оказался и химический состав кровяных пластинок. Они содержат ферменты адреналин, норадреналин, лизоцим, АТФ, гранулы серотонина и целый ряд других веществ.
Функции тромбоцитов. Тромбоциты выполняют различные функции. Прежде всего они участвуют в процессе свёртывания крови.
Имея очень клейкую поверхность, они способны быстро прилипать к поверхности инородного предмета при соприкосновении с инородными телами или шероховатой поверхностью тромбоциты слипаются, а за тем распадаются на мелкие обломки, и при этом выделяются лежащие в митохондриях вещества - так называемые пластинчатые, или тромбоцитарные, факторы, которые принято обозначать арабскими цифрами. Они принимают участие во всех фазах свертывания крови.
Тромбоциты служат строительным материалом для первичного тромба. При свертывании крови кровяные пластинки выпускают мельчайшие отростки - усики звездообразной формы, затем сцепляются ими, образуя каркас, на котором формируется сгусток крови - тромб.
Тромбоциты выделяют также вещества, необходимые для уплотнения кровяного сгустка, - ретрактозимы. Важнейший из них - тромбостенин, который по своим свойствам напоминает актомиозин скелетных мышц.
Из кровяных пластинок в раненую ткань выделяется тромбоцитарный фактор роста (ТФР), который стимулирует деление клеток, поэтому рана затягивается быстро.
Тромбоциты укрепляют стенки кровеносных сосудов. Внутренняя стенка сосуда образована эпителиальными клетками, но прочность ее определяется сцеплением пристеночных тромбоцитов. А они всегда располагаются вдоль стенок кровеносных сосудов, служа своеобразным барьером. Когда прочность стенки сосуда повышена, то подавляющее большинство пристеночных тромбоцитов имеет дендрическую, самую «цепкую» форму, а многие из них находятся на разной стадии внедрения в эпителиальные клетки. Без взаимодействия с тромбоцитами эндотелий сосудов начинает пропускать через себя эритроциты.
Тромбоциты переносят различные вещества. Например, серотонин, который адсорбируется пластинками из крови. Это вещество суживает кровеносные сосуды и уменьшает кровотечение. Тромбоциты переносят и так называемые креаторные вещества, необходимые для сохранения структуры сосудистой стенки. На эти цели используется около 15 % циркулирующих в крови тромбоцитов.
Тромбоциты обладают способностью к фагоцитозу. Они поглощают и переваривают чужеродные частицы, в том числе и вирусы.
СВЕРТЫВАНИЕ КРОВИ
При ранении кровеносного сосуда кровь свертывается, образуется тромб, который закупоривает дефект и препятствует дальнейшему кровотечению. Свертывание крови, или гемокоагуляция, предохраняет организм от кровопотери и является важнейшей защитной реакцией организма. При пониженной свертываемости крови даже ничтожное ранение может привести к смерти.
Скорость свертывания крови у животных различных видов различна. Свертывание крови может происходить внутри кровеносных сосудов при повреждении их внутренней оболочки (интимы) или вследствие повышенной свертываемости крови. В этих случаях образуются внутри сосудистые тромбы, представляющие опасность для организма.
Коагуляция крови обусловлена изменением физико-химического со стояния белка плазмы фибриногена, который при этом переход из растворимой формы в нерастворимую, превращаясь в фибрин. Тонкие и длинные нити фибрина образуют сеть, в петлях которой оказываются форменные элементы. Если вы пускаемую из сосуда кровь непрерывно помешивать метелочкой, то на ней осядут волокна фибрина. Кровь, из которой удален фибрин, называют дефибринированной. Она состоит из форменных элементов и сыворотки. Сыворотка крови - это плазма, в которой нет фибриногена и некоторых других веществ, участвующих в свертывании.
Свертываться способна не только цельная кровь, но и плазма.
Современная теория свертывания крови. В ее основу положена ферментативная теория А. Шмидта (1872 г.). Согласно последним данным, свертывание крови происходит в три фазы: 1 - образование протромбиназы, 2 - образование тромбина, 3 - образование фибрина.
Кроме этого, выделяют предфазу и послефазу свертывания крови. В предфазу осуществляется так называемый сосудисто-тромбоцитарный, или микроциркуляторный, гемостаз. В послефазу входят два параллельных процесса: ретракция (уплотнение) и фибринолиз (растворение) кровяного сгустка.
Гемостаз - это совокупность физиологических процессов, которые завершаются остановкой кровотечения при повреждении кровеносных сосудов. Сосудисто-тромбоцитарный, или микроциркуляторный, гемостаз - остановка кровотечения из мелких сосудов с низким кровяным давлением. Она слагается из двух последовательных процессов: спазм сосудов и формирование тромбоцитарной пробки.
При травме рефлекторно происходит уменьшение просвета (спазм) мелких кровеносных сосудов. Рефлекторный спазм кратковременный. Более длительный спазм сосудов поддерживается сосудосуживающими веществами (серотонин, норадреналин, адреналин), которые выделяются тромбоцитами и поврежденными клетками тканей. Спазм сосудов приводит лишь к временной остановке кровотечения.
Образование тромбоцитарной пробки имеет основное значение для остановки кровотечения в мелких сосудах. Тромбоцитарная пробка образуется благодаря способности тромбоцитов прилипать к чужеродной поверхности (адгезия тромбоцитов) и склеиваться друг с другом (агрегация тромбоцитов). Затем образовавшийся тромбоцитарный тромб уплотняется в результате сокращения специального белка тромбостенина, содержащегося в тромбоцитах.
Остановка кровотечения при ранении мелких сосудов происходит у животных в течение 4 мин. Этот гемостаз в сосудах с низким давлением называется первичным. Он обусловлен длительным спазмом сосудов и механической закупоркой их агрегатами тромбоцитов.
Вторичный гемостаз обеспечивает плотное закрытие поврежденных сосудов тромбом. Он предохраняет от возобновления кровотечения из мелких сосудов и служит основным механизмом защиты от кровотечения при повреждении сосудов мышечного типа. При этом происходит необратимая агрегация тромбоцитов и образование сгустка.
В крупных сосудах гемостаз так же начинается с образования тромбоцитарной пробки, но она не выдерживает высокого давления и вымывается. В этих сосудах имеет место коагуляционный (ферментативный) гемостаз, осуществляемый в три фазы.
Первая фаза. Образование протромбиназы - наиболее сложная и продолжительная. Различают тканевую и кровяную и тканевую протромбиназы.
Образование тканевой протромбиназы совершается за 5-10 с, а кровяной 5-10 мин.
Процесс образования тканевой протромбиназы начинается с повреждения стенок сосудов и окружающих их тканей и выделения из них в кровь тканевого тромбина, который представляет собой осколки клеточных мембран (фосфолипиды). В этом процессе принимают также участие вещества, содержащиеся в плазме, так называемые плазменные факторы: VII - конвертин, V - глобулин - акцелератор, Х – тромботропин и IV - катионы кальция. Образование тканевой протромбиназы служит пусковым механизмом для последующих реакций.
Процесс образования кровяной протромбиназы начинается с активирования особого вещества плазмы – фактора ХII, или фактора Хагемана. В циркулирующей крови он находится в неактивном состоянии, что обусловлено наличием в плазме антифактора, препятствующего его активизации. При соприкосновении с шероховатой поверхностью антифактор разрушается, и тогда фактор Хагемана активируется. Шероховатой поверхностью служат обнажающиеся при повреждении кровеносного сосуда волокна коллагена. С активации фактора Хагемана начинается цепная реакция. Фактор ХII делает активным фактор ХI - предшественник плазменного тромбопластина и образует с ним комплекс, называемый контактным фактором. Под влиянием контактного фактора активируется фактор IХ - антигемофильньй глобулин В, который вступает в реакцию с фактором VIII антигемофильный глобулин А - и ионами кальция, образуя кальциевый комплекс.
Последний оказывает сильное действие на кровяные пластинки. Они склеиваются, набухают и выделяют гранулы, содержащие тромбоцитарный фактор З. Контактный фактор, кальциевый комплекс и тромбоцитарный фактор образуют промежуточный продукт, который активирует фактор Х. Последний фактор на осколках клеточных мембран, тромбоцитов и эритроцитов (кровяной тромбопластин) образует комплекс, соединяясь с фактором V и ионами кальция. Этим завершается образование кровяной протромбиназы. Основным звеном здесь служит активный фактор Х.
Кровь относится к жидкостям внутренней среды организма, точнее - к внеклеточной жидкости, ещё точнее - к циркулирующей в сосудистой системе плазме крови и взвешенным (суспендированным) в плазме клеткам. Свернувшаяся (коагулировавшая) кровь состоит из сгустка (тромб), включающего клеточные элементы и некоторые белки плазмы, и прозрачной жидкости, сходной с плазмой, но лишённой фибриногена (сыворотка). Система крови включает органы кроветворения (гемопоэз) и периферическую кровь, как её циркулирующую, так и депонированную (зарезервированную) в органах и тканях фракцию. Кровь - одна из интегрирующих систем организма. Различные отклонения в состоянии организма и отдельных органов приводят к изменениям в системе крови, и наоборот. Именно поэтому, оценивая состояние здоровья или нездоровья человека, тщательно исследуют параметры, характеризующие кровь (гематологические показатели).
Функции крови
Многочисленные функции крови определяются не только присущими самой крови (плазме и клеточным элементам) свойствами, но и теми обстоятельствами, что кровь циркулирует в сосудистой системе, пронизывающей все ткани и органы, и находится в постоянном обмене с интерстициальной жидкостью, омывающей все клетки организма. В самом общем виде к функциям крови относятся транспортная, гомеостатическая, защитная и гемокоагуляционная. Как часть внутренней среды организма, кровь явля- ется интегральной частью практически любой функциональной активности (например, участие крови в дыхании, питании и метаболизме, экскреции, регуляция гормональная и температурная, регуляция кислотно-щёлочного равновесия и объёма жидкостей, осуществление иммунных реакций).
Объёмы крови
Общий объём крови принято рассчитывать исходя из массы тела (без учёта жира), что составляет примерно 7% (6-8%, для ново- рождённых - 8,5%). Так, у взрослого мужчины массой 70 кг объём крови составляет около 5600 мл. При этом 3,5-4 л обычно циркулирует в сосудистом русле и полостях сердца (циркулирующая фракция крови, или ОЦК - объём циркулирующей крови), а 1,5-2 л депонировано в сосудах органов брюшной полости, лёгких, подкожной клетчатки и других тканей (депонированная фракция). Объ- ём плазмы составляет примерно 55% общего объёма крови, клеточные элементы - 45% (36-48%) общего объёма крови.
Гематокрит (Ht, или гематокритное число) - отношение объё- ма клеточных элементов крови (99% приходится на эритроциты) к объёму плазмы - в норме равен у мужчин 0,41-0,50, у женщин 0,36-0,44. Определение объёма крови осуществляют прямо (за счёт мечения эритроцитов 51 Cr) или косвенно (за счёт мечения альбумина плазмы 131 I или определения гематокрита).
Реологические свойства
Реологические (в том числе вязкие) свойства крови важны, когда необходимо оценить движение крови в сосудах и суспензион- ную стабильность эритроцитов.
Вязкость - свойство жидкости, влияющее на скорость её дви- жения. Вязкость крови на 99% определяют эритроциты. Сопротивление потоку крови (по закону Пуазейля) прямо пропорционально вязкости, а вязкость прямо пропорциональна гематокриту. Таким образом, увеличение гематокрита означает увеличение нагрузки на сердце (т.е. происходит увеличение объёмов наполнения и выброса сердцем).
Суспензионная стабильность эритроцитов. Эритроциты в крови отталкиваются друг от друга, так как имеют на поверхности отрицательный заряд. Уменьшение поверхностного отрицательного заряда эритроцитов обусловливает их агрегацию; такие агрегаты менее устойчивы в гравитационном поле, так как увеличена их эффективная плотность. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) является мерой оценки суспензионной устойчивости эритроцитов. Величину СОЭ измеряют градуированными капиллярными пипетками, а чтобы предотвратить свёртывание крови, к ней добавляют трёхзамещённый цитрат натрия (так называемая цитратная кровь).
В течение часа в верхней части капиллярной трубки появляется светлый столбик плазмы, высота которого в миллиметрах и явля- ется величиной СОЭ (у здоровых лиц 2-15 мм/ч). Наиболее типичная причина повышения СОЭ - воспаление различного генеза (бактериальное, аутоиммунное), беременность, опухолевые заболевания, что приводит к изменениям белкового состава плазмы крови (особенно «ускоряет» СОЭ увеличение содержания фибри- ногена и отчасти γ-глобулинов).
ПЛАЗМА
Надосадочная жидкость, образующаяся после центрифугирования свернувшейся крови, - кровяная сыворотка. Надосадочная жидкость после центрифугирования цельной крови с добавленными к ней антикоагулянтами (цитратная кровь, гепаринизированная кровь) - плазма крови. В отличие от плазмы в сыворотке нет ряда плазменных факторов свёртывания крови (I - фибриноген, II - протромбин, V - проакцелерин и VIII - антигемофиличе- ский фактор). Плазма - жидкость бледно-янтарного цвета, содержащая белки, углеводы, липиды, липопротеины, электролиты, гормоны и другие химические соединения. Объём плазмы - около 5% массы тела (при массе 70 кг - 3500 мл) и 7,5% всей воды организма. Плазма крови состоит из воды (90%) и растворённых в ней веществ (10%, органические - 9%, неорганические - 1%; в твёрдом остатке на долю белков приходится примерно 2 / 3 , а 1 / 3 - низкомолекулярные вещества и электролиты). Химический состав плазмы сходен с интерстициальной жидкостью (преобладающий катион - Na+, преобладающие анионы - Cl - , HCO 3 -), но концентрация белка в плазме выше (70 г/л).
Белки
В плазме содержится несколько сотен различных белков, поступающих в основном из печени, но, кроме того, и из цирку- лирующих в крови клеточных элементов и из множества внесосудистых источников. Функции плазменных белков крайне разнообразны.
Классификации. Плазменные белки классифицируют по физико-химическим признакам (точнее, по их подвижности в электрическом поле), а также в зависимости от выполняемых функций.
Электрофоретическая подвижность. Выделены пять электрофоретических фракций плазменных белков: альбумины и глобулины (α 1 - и α 2 -, β- и γ-).
Φ Альбумины (40 г/л, M r ~ 60-65 кД) в значительной степени определяют онкотическое (коллоидно-осмотическое) давление (25 мм рт.ст., или 3,3 кПа) крови (в 5 раз более онкотического давления межклеточной жидкости. Именно поэтому при массивной потере альбуминов (гипоальбуминемия) через почки развиваются «почечные» отёки, а при голодании - «голодные» отёки.
Φ Глобулины (30 г/л), в том числе (примеры):
♦ а^глобулины: а 1 -антитрипсин, а 1 -липопротеины (высокой плотности), протромбин;
♦ а 2 -глобулины: а 2 -макроглобулин, а 2 -антитромбин III, а 2 -гаптоглобулин, плазминоген;
♦ β-глобулины: β-липопротеины (низкой плотности), апоферритин, гемопексин, фибриноген, C-реактивный белок;
♦ γ-глобулины: иммуноглобулины (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM). Функциональная классификация. Выделяют три главные группы: 1) белки системы свёртывания крови; 2) белки, участвую- щие в иммунных реакциях; 3) транспортные белки.
Φ 1. Белки системы свёртывания крови (см. подробнее ниже). Различают коагулянты и антикоагулянты. Обе группы белков обеспечивают равновесие между процессами формирования и разрушения тромба.
♦ Коагулянты (в первую очередь это плазменные факторы свёртывания) участвуют в формировании тромба, например фибриноген (синтезируется в печени и при гемокоагуляции превращается в фибрин).
♦ Антикоагулянты - компоненты фибринолитической системы (препятствуют свёртыванию).
Φ 2. Белки, участвующие в иммунных реакциях. К этой группе относят Ig (подробнее см. гл. 29) и белки системы комплемента.
Φ 3. Транспортные белки - альбумины (жирные кислоты), аполипопротеины (холестерин), трансферрин (железо), гаптоглобин (Hb), церулоплазмин (медь), транскортин (кортизол), транскобаламины (витамин B 12) и множество других
Липопротеины
В плазме крови холестерин и триглицериды формируют комплексы с белками. Такие различные по величине и другим при- знакам комплексы называются липопротеинами (ЛП). Транспорт холестерина осуществляют липопротеины низкой плотности (ЛПНП), ЛП очень низкой плотности (ЛПОНП), ЛП промежуточной плотности (ЛППП), ЛП высокой плотности (ЛПВП), а также хиломикроны. С клинической точки зрения (вероятность развития артериосклеротического поражения - атеросклероза) существенное значение имеет содержание в крови холестерина и способность ЛП фиксироваться в стенке артерий (атерогенность).
ЛПВП - наименьшие по размеру (5-12 нм) ЛП - легко проникают в стенку артерий и также легко её покидают, т.е. ЛПВП не атерогенны.
ЛПНП (18-25 нм), ЛППП промежуточной плотности (25- 35 нм) и немногочисленные ЛПОНП (размер около 50 нм) слишком малы для того, чтобы проникнуть в стенку артерий. После окисления эти ЛП легко задерживаются в стенке артерий. Именно эти категории ЛП атерогенны.
Крупные по размеру ЛП - хиломикроны (75-1200 нм) и ЛПОНП значительных размеров (80 нм) - слишком велики для того, чтобы проникнуть в артерии, и не расцениваются как атерогенные.
Осмотическое и онкотическое давление
Содержащиеся в плазме осмолиты (осмотически активные вещества), т.е. электролиты низкомолекулярных (неорганические соли, ионы) и высокомолекулярных веществ (коллоидные соединения, преимущественно белки) определяют важнейшие свойства крови - осмотическое и онкотическое давление. В медицинской практике эти параметры важны не только по отношению к крови per se (например, представление об изотоничности растворов), но и для реальной ситуации in vivo (например, для понимания механизмов перехода воды через капиллярную стенку между кровью и межклеточной жидкостью, в частности механизмов развития отё- ков, разделёнными эквивалентом полупроницаемой мембраны - стенкой капилляра). В этом контексте для клинической практики существенны и такие параметры, как эффективное гидростатическое и центральное венозное давление.
Φ Осмотическое давление (π, см. подробнее в гл. 3, в том числе на рис. 2-9) - избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от растворителя (воды) полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (в условиях in vivo ею является сосудистая стенка). Осмотическое давление крови можно определить по точке замерзания (т.е. криоскопически); в норме оно составляет 7,5 атм (5800 мм рт.ст., 770 кПа, 290 мосмоль/кг воды).
Φ Онкотическое давление (коллоидно-осмотическое давление - КОД) - давление, которое возникает за счёт удержания воды в сосудистом русле белками плазмы крови. При нормальном содержании белка в плазме (70 г/л) КОД плазмы - 25 мм рт.ст. (3,3 кПа), тогда как КОД межклеточной жидкости значительно ниже (5 мм рт.ст., или 0,7 кПа).
Φ Эффективное гидростатическое давление - разница между гидростатическим давлением межклеточной жидкости (7 мм рт.ст.) и гидростатическим давлением крови в микрососудах. В норме эффективное гидростатическое давление составляет в артериальной части микрососудов 36-38 мм рт.ст., а в венозной - 14-16 мм рт.ст.
Φ Центральное венозное давление - давление крови внутри венозной системы (в верхней и нижней полых венах), в норме составляющее 4-10 см вод.ст. Центральное венозное давление снижается при уменьшении ОЦК и повышается при сердечной недостаточности и застое в системе кровообращения. Инфузионные растворы
Солевые инфузионные растворы для внутривенного введения должны иметь то же осмотическое давление, что и плазма, т.е. быть изоосмотическими (изотоническими, например так называемый физиологический раствор - 0,85% раствор хлорида натрия).
Кислотно-щелочное равновесие, включая буферные системы крови, рассмотрено в главе 28.
КЛЕТОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КРОВИ
К клеткам крови (устаревшее название - форменные элементы) относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, или кровя- ные пластинки (рис. 24-1). Клетки крови изучают микроскопически
Рис. 24-1. Клетки крови . Кровь содержит три разновидности клеток: эритроциты (безъядерные клетки, имеющие форму двояковогнутого диска), лейкоциты (ядерные клетки шаровидной формы, содержащие различного типа гранулы) и тромбоциты (фрагменты цитоплазмы расположенных в костном мозге гигантских клеток - мегакариоцитов). А - эритроцит; Б - нейтрофил; В - эозинофил; Г - базофил; Д - лимфоциты (малый и большой); Е - моноцит; Ж - тромбоциты.
на мазках, окрашенных по Романовскому-Гимзе, Райту и др. Содержание в периферической крови взрослого человека эритроцитов у мужчин - 4,5-5,7х10 12 /л (у женщин - 3,9-5х10 12 /л), лейкоцитов - 3,8-9,8х10 9 /л (лимфоциты - 1,2-3,3х10 9 /л, моноциты - 0,2-0,7х10 9 /л, зернистые лейкоциты - 1,8-6,6х10 9 /л), тромбоцитов - 190-405х10 9 /л. В периферической крови циркулируют дефинитивные формы клеток, образование которых (кроветворение, или гемопоэз) происходит в красном костном мозге и органах лимфоидной системы (тимус, селезёнка, лимфатические узлы и лимфоидные фолликулы). Из стволовой кроветворной клетки в красном костном мозге формируются эритроидные клетки (в кровь поступают эритроциты и ретикулоциты), миелоидные клетки (зернистые лейкоциты, в кровь поступают палочко- и сегментоядерные нейтрофильные лейкоциты, зрелые базофильные и эозинофильные лейкоциты), моноциты, кровяные пластинки и часть лимфоцитов, в органах лимфоидной системы - T- и В-лимфоциты.
Гемопоэз
Кроветворение - образование из стволовой кроветворной клетки клеток-предшественниц конкретных гемопоэзов, их про-
лиферация и дифференцировка, а также созревание клеточных элементов крови в условиях специфического микроокружения и под влиянием факторов гемопоэза. В пренатальном периоде гемопоэз происходит в нескольких развивающихся органах (см. гл. 20). Кроветворение после рождения, у детей, подростков и взрослого человека осуществляется в костном мозге плоских костей (череп, рёбра, грудина, позвонки, кости таза) и эпифизов трубчатых ко- стей, а кроветворными органами для лимфоцитов являются се- лезёнка, тимус, лимфатические узлы, лимфоидные фолликулы в составе разных органов.
Зрелые клетки периферической крови развиваются из предшественников, созревающих в красном костном мозге. Унитарная теория кроветворения (рис. 24-2) предусматривает, что родона- чальница всех клеточных элементов крови - стволовая кроветворная клетка. Её потомки - полипотентные клетки-предшественницы лимфоцитопоэза (CFU-Ly) и миелопоэза (CFU-GEMM). В результате деления CFU-Ly и CFU-GEMM их потомки остаются
Рис. 24-2. Схема гемопоэза. CFU-GEMM - полипотентная клеткапредшественница миелопоэза; CFU-Ly - полипотентная клетка-предшественница лимфоцитопоэза; CFU-GM - полипотентная клеткапредшественница гранулоцитов и моноцитов; CFU-G - полипотентная клетка-предшественница нейтрофилов и базофилов. BFU-E и CFU-E - унипотентные предшественники эритроцитов; CFU-Eo - эозинофилов; CFU-M - моноцитов; CFU-Meg - мегакариоцитов. CFU (Colony Forming Unit) - колониеобразующая единица (КОЕ), BFU - Burst Forming Unit - взрывообразующая единица.
полипотентными или превращаются в коммитированные (пред- определённые судьбой) унипотентные клетки-предшественницы, также способные делиться, но дифференцирующиеся (развивающиеся) только в одном направлении. Пролиферацию унипотентных клеток-предшественниц стимулируют колониестимулирующие факторы и интерлейкины (особенно интерлейкин-3).
Эритропоэз. Начало эритроидного ряда - стволовая клетка эритропоэза, или взрывообразующая единица (BFU-E), из которой формируется унипотентный предшественник эритроцитов (CFU-E). Последний даёт начало проэритробласту. В результате дальнейшей дифференцировки увеличивается содержание Hb и потеря ядра. Из проэритробласта путём пролиферации и дифференцировки последовательно развиваются эритробласты: базофильный - полихроматофильный - оксифильный (нормобласт) и далее неделящиеся формы - ретикулоцит и эритроцит. От BFU-E до нормобласта - 12 клеточных поколений, а от CFU-E до позднего нормобласта - 6 или меньше клеточных делений. Длительность эритропоэза (от его стволовой клетки BFU-E до эритроцита) - 2 нед. Интенсивность эритропоэза контролируется эритропоэтином. Основной стимул для выработки эритропоэтина - уменьшение содержания кислорода в крови (рО 2) - гипоксия (рис. 24-3).
Гранулоцитопоэз (рис. 24-4). Гранулоциты образуются в костном мозге. Нейтрофилы и базофилы происходят из полипотентной клетки-предшественницы нейтрофилов и базофилов (CFU-G), а эозинофилы - из унипотентного предшественника эозинофилов (CFU-Eo). CFU-G и CFU-Eo - потомки полипотентной клетки-предшественницы гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM). При развитии гранулоцитов можно выделить такие стадии: миелобласты - промиелоциты - миелоциты - метамиелоциты - палочкоядерные и сегментоядерные гранулоциты. Специфические гранулы появляются на стадии миелоцитов; с этого момента клетки называются в соответствии с типом образующихся из них зрелых гранулоцитов. Клеточное деление прекращается на стадии метамиелоцита. Пролиферацию и дифференцировку клеток-предшественниц контролируют колониестимулирующие факторы (гранулоцитов и макрофагов - GM-CSF, гранулоцитов - G-CSF), ИЛ-3 и ИЛ-5 (предшественники эозинофилов).
Рис. 24-3. Регуляция эритропоэза . Пролиферацию взрывообразующей единицы эритропоэза (BFU-E) стимулирует интерлейкин-3. Унипотентный предшественник эритроцитов CFU-E чувствителен к эритропоэтину. Важнейший стимул для образования эритроцитов - гипоксия, запускающая синтез эритропоэтина в почке, а у плода - и в печени. Эритропоэтин выходит в кровь и поступает в костный мозг, где он стимулирует размножение и дифференцировку унипотентного предшественника эритроцитов (CFU-E) и дифференцировку последующих клеток эритроидного ряда. В результате количество эритроцитов в крови увеличивается. Соответственно возрастает количество кислорода, поступающего в почку, что тормозит образование эритропоэтина.
Моноцитопоэз. Моноциты и гранулоциты имеют общую клетку-предшественницу - колониеобразующую единицу гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM), образующуюся из полипотентной клетки-предшественницы миелопоэза (CFUGEMM). В развитии моноцитов выделяют две стадии - монобласт и промоноцит.
Тромбоцитопоэз. Из мегакариобластов развиваются самые крупные (30-100 мкм) клетки костного мозга - мегакариоциты. При дифференцировке мегакариоцит увеличивается в размерах, его ядро становится дольчатым. Образуется развитая система демаркационных мембран, по которым происходит отделение («отшнуровка») тромбоцитов (рис. 24-5). Пролиферацию предшественников мегакариоцитов - мегакариобластов - стимулирует синтезируемый в печени тромбопоэтин.
Лимфопоэз. Из стволовой кроветворной клетки (CFU-blast) происходит полипотентная клетка-предшественница лимфо-
Рис. 24-4. Гранулоцитопоэз . В ходе дифференцировки предшественников гранулоцитов выделяют миелобласт, промиелоцит, миелоцит, метамиелоцит, палочкоядерный и сегментоядерный гранулоциты.
Рис. 24-5. Образование тромбоцитов . Находящийся в костном мозге мегакариоцит образует протромбоцитарную псевдоподию. Последняя проникает сквозь стенку капилляра в его просвет. От псевдоподии отделяются тромбоциты и поступают в кровоток.
поэза (CFU-Ly), которая впоследствии даёт начало клеткампредшественницам B-лимфопоэза, T-лимфопоэза и (частично) предшественницам NK-клеток. Ранние предшественники В-лимфоцитов образуются в костном мозге, а Т-лимфоцитов - в тимусе. Дальнейшая дифференцировка включает в себя уровни про-B(T)-клеток, пре-B(T)-клеток, незрелых B(T)-клеток, зрелых («наивных») B(T)-клеток и (после контакта с Аг) - зрелых B(T)-клеток окончательных стадий дифференцировки. Продуцируемый клетками стромы костного мозга ИЛ-7 способствует образованию Т- и В-лимфоцитов, воздействуя на их клетки-предшественницы. В отличие от других клеток крови, лимфоциты могут пролиферировать и за пределами костного мозга. Это происходит в тканях иммунной системы в ответ на стимуляцию.
Эритроциты
Из красного костного мозга в кровь поступают преимущественно незрелые эритроциты - ретикулоциты. Они (в отличие от зрелых эритроцитов) содержат рибосомы, митохондрии и комплекс Гольджи. Окончательная дифференцировка в эритроциты происходит в течение 24-48 ч после выхода ретикулоцитов в кровоток. Количество поступающих в кровоток ретикулоцитов в норме равно количеству удаляемых эритроцитов. Ретикулоциты составляют около 1% всех циркулирующих красных клеток крови. Эритроциты (см. рис. 24-1, А) - безъядерные клетки диаметром 7-8 мкм (нормоциты). Количество эритроцитов у женщин составляет 3,9- 4,9х10 12 /л, у мужчин - 4,0-5,2х10 12 /л. Более высокое содержание эритроцитов у мужчин обусловлено стимулирующим эритропоэз влиянием андрогенов. Продолжительность жизни (время циркуляции в крови) 100-120 дней.
Форма и размеры. Эритроцит в крови имеет форму двояковогнутого диска диаметром 7-8 мкм. Считают, что именно такая конфигурация создаёт наибольшую площадь поверхности по отношению к объёму, что обеспечивает максимальный газообмен между плазмой крови и эритроцитом. При любой другой форме эритроцитов говорят о пойкилоцитозе. Разброс размеров эритроцитов - анизоцитоз, клетки диаметром более 9 мкм - макроциты, менее 6 мкм - микроциты. При ряде заболеваний крови изменяются размеры и форма эритроцитов, а также снижается их осмотическая резистентность, что приводит к разрушению (гемолизу) эритроцитов.
Возрастные изменения эритроцитов. При рождении и в первые часы жизни количество эритроцитов в крови повышено и составляет 6,0-7,0х10 12 /л. У новорождённых наблюдают анизоцитоз с преобладанием макроцитов, а также повышенное содержание ретикулоцитов. В течение первых суток постнатального периода количество эритроцитов уменьшается, к 10-14-м суткам достигает уровня взрослого и продолжает уменьшаться. Минимальный показатель наблюдается на 3-6-м месяце жизни (физиологическая анемия), когда снижен уровень эритропоэтина. Это связано с уменьшением синтеза эритропоэтина в печени и началом его выработки в почке. На 3-4-м году жизни количество эритроцитов снижено (ниже, чем у взрослого), т.е. в 1 л их содержится менее 4,5х10 12 .
Рис. 24-6. Примембранный цитоскелет эритроцита . Белок полосы 3 - главный трансмембранный белок. Спектрин-актиновый комплекс формирует сетеподобную структуру примембранного цитоскелета. С комплексом спектрин-актин, стабилизируя его, связан белок полосы 4.1. Анкирин через белок полосы 3 соединяет спектрин-актиновый комплекс с клеточной мембраной. Наименования полос белков характеризуют их электрофоретическую подвижность.
Плазмолемма и примембранный цитоскелет. Клеточная мембрана эритроцита довольно пластична, что позволяет клетке деформироваться и легко проходить по узким капиллярам (их диаметр 3-4 мкм). Главные трансмембранные белки эритроцита - белок полосы 3 и гликофорины. Белок полосы 3 (рис. 24-6) вместе с белками примем- бранного цитоскелета (спектрин, анкирин, фибриллярный актин, белок полосы 4.1) обеспечивает поддержание формы эритроцита в виде двояковогнутого диска. Гликофорины - мембранные гликопротеины, их полисахаридные цепи содержат Аг-детерминанты (например, агглютиногены А и В системы групп крови AB0).
Гемоглобин
Практически весь объём эритроцита заполнен дыхательным белком - гемоглобином (Hb). Молекула Hb - тетрамер, состоя-
щий из четырёх субъединиц - полипептидных цепей глобина (две цепи α и две цепи β, γ, δ, ε, θ, ζ в разных комбинациях), каждая из которых ковалентно связана с одной молекулой гема. Гем построен из четырёх молекул пиррола, образующих порфириновое кольцо, в центре которого находится атом железа (Fe 2 +). Основная функция Hb - перенос O 2 . Существует несколько типов Hb, образующихся на разных сроках развития организма, различающихся строением глобиновых цепей и сродством к кислороду. Эмбриональные Hb (ζ- и ε-цепи) появляются у 19-дневного эмбриона, содержатся в эритроидных клетках в первые 3-6 мес беременности. Фетальный Hb (HbF - α 2 γ 2) появляется на 8-36-й неделе беременности и составляет 90-95% всего Hb плода. После рождения его количество постепенно снижается и к 8 мес составляет 1%. Дефинитивные Hb - основные Hb эритроцитов взрослого человека (96-98% - HbA (A 1 ,) - α 2 β 2 , 1,5-3% - HbA 2 - α 2 δ 2). Известно более 1000 мутаций разных глобинов, значительно изменяющих свойства Hb, в первую очередь способность транспортировать O 2 .
Формы гемоглобина. В эритроцитах Hb находится в восстановленной (HbH) и/или окисленной (HbO 2) формах, а также в виде гликозилированного Hb. В ряде случае возможно наличие карбоксигемоглобина и метгемоглобина.
Ф Оксигемоглобин. В лёгких при повышенном pO 2 Hb связывает (ассоциирует) O 2 , образуя оксигемоглобин (HbO 2). В этой форме HbO 2 переносит O 2 от лёгких к тканям, где O 2 легко освобождается (диссоциирует), а HbO 2 становится дезоксигенированным Hb (обозначают как HbH). Для ассоциации и диссоциации O 2 необходимо, чтобы атом железа гема был в восстановленном состоянии (Fe 2 +). При включении в гем трёхвалентного железа (Fe 3 +) образуется метгемоглобин - очень плохой переносчик O 2 . Ф Метгемоглобин (MetHb) - Hb, содержащий Fe гема в трёх- валентной форме (Fe 3 +), не переносит О 2 ; прочно связывает O 2 , так что диссоциация последнего затруднена. Это приводит к метгемоглобинемии и неизбежным нарушениям газообмена. Образование MetHb может быть наследственным или приобретённым. В последнем случае это результат воздействия на эритроциты сильных окислителей. К ним относят нитраты и неорганические нитриты, сульфаниламиды и местные анестетики (например, лидокаин).
Φ Карбоксигемоглобин - плохой переносчик кислорода. Hb легче (примерно в 200 раз), чем с O 2 , связывается с монооксидом углерода СО (угарный газ), образуя карбоксигемо- глобин (O 2 замещён CO).
Φ Гликозилированный Hb (HbA 1C) - HbA (А1:), модифицированный ковалентным присоединением к нему глюкозы (норма HbA 1C 5,8-6,2%). К одним из первых признаков са- харного диабета относят увеличение в 2-3 раза количества HbA 1C . Этот Hb имеет худшее сродство к кислороду, чем обычный Hb.
Транспорт кислорода. Кровь ежедневно переносит из лёгких в ткани около 600 л О 2 . Основной объём О 2 транспортирует HbO 2 (O 2 обратимо ассоциирован с Fe 2 + гемма; это так называемый химически связанный O 2 - неверный по существу, но, к сожалению, устоявшийся термин). Незначительная часть O 2 растворена в крови (физически растворённый O 2). Содержание O 2 в крови в зависимости от парциального давления O 2 (Po 2) представлено на рис. 24-7.
Физически растворённый в крови газ. Согласно закону Генри, количество растворённого в крови O 2 (любого газа) пропорционально Po 2 (парциальному давлению любого газа) и коэффициенту растворимости конкретного газа. Физическая растворимость O 2 в крови примерно в 20 раз меньше, чем растворимость СО 2 , но для обоих газов незначительна. В то же время физически растворённый в крови газ - необходимый этап транспорта любого газа (например, при перемещении O 2 в эритроцит из полости альвеол).
Кислородная ёмкость крови - максимально возможное количество связанного с HbО 2 - теоретически составляет 0,062 ммоль О 2 (1,39 мл О 2) на 1 г Hb (реальное значение несколько меньше - 1,34 мл О 2 на 1 г Hb). Измеренные же значения составляют для мужчин 9,4 ммоль/л (210 мл О 2 /л), для женщин 8,7 ммоль/л (195 мл О 2 /л).
Насыщение (сатурация, S) Hb() 2 (So 2) зависит от парциального давления кислорода (Po 2) и фактически отражает содержание оксигенированного Hb (HbО 2 , см. кривую А на рис. 24-7). So 2 может принимать значения от 0 (Hb() 2 нет) до 1 (нет HbH). При половинном насыщении (S 05) Po 2 равно 3,6 кПа (27 мм рт.ст.), при S 075 - 5,4 кПа, при S 0 98 1 3 , 3 кПа. Другими слова-
Парциальное давление кислорода (мм рт.ст.)
Рис. 24-7. Содержание кислорода в крови . А - ассовдированный с HbO 2 . Б - физически растворённый в крови O 2 . Обратите внимание, что кривая А (в отличие от кривой Б) не имеет линейного характера, - это так называемая S-образная (сигмовидная) кривая; такая форма кривой отражает то обстоятельство, что четыре субъединицы Hb связываются с O 2 кооперативно. Это обстоятельство имеет важное физиологическое значение: при конкретных и разных (!) значениях Po 2 в артериальной и смешанной (венозной) крови создаются наиболее благоприятные условия для ассоциации Hb и O 2 в капиллярах лёгкого и для диссоциации Hb и O 2 в тканевых капиллярах. В то же время в плазме крови физически растворена только небольшая часть О 2 (максимально 6%); физическую растворимость О 2 описывает закон Генри: с увеличением Po 2 содержание О 2 линейно возрастает.
ми (см. кривую А на рис. 24-7), зависимость между So 2 и Po 2 не является линейной (характерная S-образная кривая), что благоприятствует не только связыванию О 2 в лёгких (артериальная кровь) и транспорту О 2 , но и освобождению О 2 в кровеносных капиллярах органов и тканей, так как насыщение артериальной крови кислородом (S a o 2) составляет примерно 97,5%, а насыщение венозной крови (S v o 2) - 75%. Аффинитет Hb к О 2 , т.е. насыщение Hb() 2 при конкретном
Po 2 изменяет ряд факторов (температура, pH и Pco 2 , 2,3-бифос-
фоглицерат; рис. 24-8).
pH, Р со 2 и эффект Бора. Особенно существенно влияние pH: уменьшение водородного показателя (сдвиг в кислую сторо-
Рис. 24-8. Диссоциация оксигемоглобина в крови в зависимости от Po 2 . В зависимости от изменений (указаны стрелками) температуры, pH, Pco 2 крови и концентрации 2,3-бифосфоглицерата в эритроцитах кривая насыщения гемоглобина O 2 сдвигается вправо (что означает меньшее насыщение кислородом) или влево (что означает большее насыщение кислородом). На кривой кружочком отмечена позиция, соответствующая половинному насыщению (S 05).
ну - в зону ацидоза) сдвигает кривую диссоциации Hb вправо (что способствует диссоциации О 2), тогда как увеличение pH (сдвиг в щелочную сторону - в зону алкалоза) сдвигает кривую диссоциации Hb влево (что увеличивает аффинитет О 2). Воздействие же Рсо 2 на кривую диссоциации оксигемоглобина осуществляется преимущественно через изменение значений водородного показателя: при поступлении Co 2 в кровь происходит уменьшение pH, что способствует диссоциации О 2 и его диффузии из крови в ткани. Напротив, в лёгких CO 2 диффундирует из крови в альвеолы, что вызывает увеличение pH, т.е. способствует связыванию О 2 с Hb. Этот влияние CO 2 и H+ на аффинитет О 2 к Hb известно как эффект Кристиана Бора (отец великого физика Нильса Бора). Таким образом, эффект Бора обусловлен преимущественно изменением pH при увеличении содержания Co 2 и лишь частично - связыванием Co 2 с Hb (см. далее). Физиологическое следствие эффекта Бора - облегчение диффузии o 2 из крови в ткани и связывание o 2 артериальной кровью в лёгких.
Температура. Влияние температуры на аффинитет Hb к О 2 у гомойотермных животных теоретически не имеет значения, но может оказаться важным в ряде ситуаций. Так, при интенсивной мышечной нагрузке температура тела повышается, вследствие чего кривая диссоциации сдвигается вправо (возрастает поступление О 2 в ткани). При снижении температуры (особенно пальцев, губ, ушной раковины) кривая диссоциации сдвигается влево, т.е. увеличивается аффинитет О 2 ; следовательно, поступление О 2 в ткани не увеличивается.
2,3-Бифосфоглицерат (БФГ) - промежуточный продукт гликолиза - содержится в эритроцитах примерно в той же молярной концентрации, что и Hb. БФГ связывается с Hb (в основном за счёт взаимодействия с β-субъединицей, т.е. с дефинитивными Hb, но не с фетальным Hb, в составе которого нет β-субъединицы). Связывание БФГ с Hb сдвигает кривую диссоциации Hb вправо (см. рис. 24-8), что способствует диссоциации О 2 при умеренных значениях Ро 2 (например, в тканевых капиллярах), но практически не влияет на кривую диссоциации при высоких значениях Ро 2 (в капиллярах лёгкого). Существенно, что при усилении гликолиза (анаэробное окисление) концентрация БФГ в эритроцитах повышается, играя
роль механизма, приспосабливающего организм к гипоксии, которая наблюдается при заболеваниях лёгких, анемиях, подъёме на высоту. Так, в период адаптации к высокогорью (более 4 км над уровнем моря) концентрация БФГ уже через 2 дня возрастает почти в 2 раза (от 4,5 до 7,0 мМ). Понятно, что это снижает сродство Hb к О 2 и увеличивает количество О 2 , высвобождаемого из капилляров в ткани. Т ранспорт CO 2 . Как и О 2 , СО 2 транспортируется кровью как в физически растворённом, так и в химически связанном состоянии (в составе бикарбонатов и в соединении с белками, т.е. в форме карбаматов, в том числе в связи с Hb - карбогемоглобин). Во всех трёх состояниях (растворённое, бикарбонат, карбаматы) СО 2 содержится и в эритроцитах (89%), и в плазме крови (11%). При химическом связывании СО 2 образуется значительное количество протонов (H+).
Примерно 2 / 3 СО 2 (68%, в том числе 63% в эритроцитах) транспортируется кровью в виде бикарбоната (НСО 3 -). Пятую часть СО 2 (22%, в том числе в виде карбогемоглобина - 21%) переносят карбаматы (СО 2 обратимо присоединён к неионизированным концевым α-аминогруппам белков, образуя группировку R-NH-СОО -). 10% СО 2 находится в растворённом состоянии (поровну в плазме и в эритроцитах). Крайне существенно то обстоятельство, что в реакциях химического связывания СО 2 образуются ионы Н+:
СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ↔ Н+ + НСО 3 - , R-NH 2 + СО 2 ↔ R-NH-СОО - + Н+.
Φ Из обеих равновесных реакций следует, что химическое связывание СО 2 идёт с образованием ионов Н+. Таким образом, для химического связывания СО 2 необходимо нейтрализовать Н+. Эту задачу решает гемоглобиновая буферная система.
Гемоглобиновая буферная система (связывание ионов Н+) важна для транспорта CO 2 кровью.
В капиллярах большого круга кровообращения HbO 2 отдаёт кислород, а в кровь поступает CO 2 . В эритроцитах под влиянием карбоангидразы CO 2 взаимодействует с H 2 O, образуется угольная кислота (H 2 CO 3), диссоциирующая на HCO 3 - и H+. Ион H+ связывается с Hb (образуется восстановленный Hb - HHb), а HCO 3 - из эритроцитов выходит в плазму крови; взамен в эритроциты поступает эквивалентное количество
Рис. 24-9. Перенос О 2 и СО 2 с кровью . А - влияние СО 2 и Н+ на высвобождение О 2 из комплекса с гемоглобином в тканях (эффект Бора); Б - оксигенирование дезоксигемоглобина в лёгких, образование и выделение СО 2 .
Рис. 24-10. Механизмы транспорта СО 2 с кровью .
Cl - . Одновременно часть CO 2 связывается с Hb (образуется карбогемоглобин). В капиллярах лёгких (т.е. в условиях низкого рCO 2 и высокого рO 2) Hb присоединяет O 2 и образуется оксигемоглобин (HbO 2). В то же время в результате разрыва карбаминовых связей высвобождается CO 2 . При этом HCO 3 - из плазмы крови поступает в эритроциты (в обмен на ионы Cl -) и взаимодействует с H+, отщепившимся от Hb в момент его оксигенации. Образующаяся угольная кислота (H 2 CO 3) под влиянием карбоангидразы расщепляется на CO 2 и H 2 O. CO 2 диффундирует в альвеолы и выводится из организма. Кривая диссоциации CO 2 показывает связь между содержанием в крови CO 2 и рCO 2 . В отличие от кривой диссоциации Hb и О 2 (см. рис. 24-7), кривая диссоциации CO 2 при физиологических значениях рОД 2 (кровь артериальная - 40 мм рт.ст., венозная - 46 мм рт.ст.) имеет линейный характер. Более того, при любом значении рCO 2 содержание CO 2 в крови обратно пропорционально рO 2 (насыщению Hb0 2). Эта обратная зависимость между содержанием CO 2 и парциальным давлением кислорода ^O 2) известна как эффект Холдейна. Как и эффект Бора, эффект Холдейна имеет важное физиологическое значение. Так, в капиллярах большого круга кровообращения по мере диффузии O 2 из капилляров возрастает способность крови поглощать CO 2 , в результате CO 2 поступает в кровь. Напротив, в капиллярах лёгкого при оксигенация крови её способность поглощать CO 2 уменьшается, в результате CO 2 «сбрасывается» в альвеолы.
МЕТАБОЛИЗМ ГЕМОГЛОБИНА
Удаление эритроцитов из кровотока происходит трояко: 1) путём фагоцитоза, 2) в результате гемолиза и 3) при тромбообразовании.
Распад гемоглобина. При любом варианте разрушения эритроцитов Hb распадается на гем и глобины (рис. 24-11). Глобины, как и другие белки, расщепляются до аминокислот, а при разрушении гема освобождаются ионы железа, оксид углерода (СО) и протопорфирин (вердоглобин, из которого образуется биливердин, восстанавливающийся в билирубин). Билирубин в комплексе с альбумином транспортируется в печень, откуда в составе желчи поступает в кишечник, где происходит его превращение в уроби-
Рис. 24-11. Обмен гемоглобина и билирубина .
линогены. Превращение гема в билирубин можно наблюдать в гематоме: обусловленный гемом пурпурный цвет медленно переходит через зелёные цвета вердоглобина в жёлтый цвет билирубина.
Гематины. При некоторых условиях гидролиз Hb обусловливает образование гематинов (гемомеланин, или малярийный пигмент, и солянокислый гематин).
МЕТАБОЛИЗМ ЖЕЛЕЗА
Железо участвует в функционировании всех систем организма. Суточная потребность в железе составляет для мужчин 10 мг, для женщин 18 мг (в период беременности и лактации - 38 и 33 мг соответственно). Общее количество железа (преимущественно в со-
Рис. 24-12. Схема обмена железа (Fe) в организме здорового мужчины с массой тела 70 кг .
ставе гема Hb) в организме - около 3,5 г (у женщин - 3 г). Железо абсолютно необходимо для эритропоэза. Различают клеточное, внеклеточное железо и железо запасов (рис. 24-12).
Основная масса железа организма входит в состав гема (Hb, миоглобин, цитохромы). Часть железа запасается в виде феррити- на (в гепатоцитах, макрофагах костного мозга и селезёнки) и гемосидерина (в клетках фон Купфера печени и макрофагах костного мозга). Некоторое количество находится в лабильном состоянии в связи с трансферрином. Железо, необходимое для синтеза гема, извлекается преимущественно из разрушенных эритроцитов. Ис- точники железа - поступление с пищей и разрушенные эритроциты.
Железо, поступающее с пищей, всасывается в кишечнике в двенадцатиперстной кишке и начальном отделе тощей кишки. Железо всасывается преимущественно в двухвалентной форме (Fe 2 +). Всасывание Fe 2 + в ЖКТ ограничено и контролируется его концентрацией в плазме крови (соотношение белков - апоферритина, свободного от железа, и ферритина). Усиливают всасывание аскорбиновая, янтарная, пировиноградная кислота, сорбит, алкоголь; подавляют - оксалаты, препараты кальция и содержащие кальций продукты (например, творог, молоко и т.д.). В среднем в сутки всасывается 10 мг железа. В ЖКТ железо накапливается в эпителиальных клетках слизистой оболочки тонкого кишечника. Отсюда трансферрин переносит железо в красный костный мозг (для эритропоэза, это всего 5% всосавшегося Fe 2 +), в печень, селезёнку, мышцы и другие органы (для запасания).
Железо погибших эритроцитов при помощи трансферрина поступает в эритробласты красного костного мозга (около 90%), часть этого железа (10%) запасается в составе ферритина и гемосидерина.
Физиологическая потеря железа происходит с калом. Незначительная часть железа теряется с потом и клетками эпидермиса. Общая потеря железа - 1 мг/сут. Физиологическими считают также потери железа с менструальной кровью и грудным молоком.
Дефицит железа наступает, когда его потери превышают 2 мг/сут. При дефиците железа развивается самая распространённая анемия - железодефицитная, т.е. анемия вследствие абсолютного снижения ресурсов железа в организме.
Эритроцитарные антигены и группы крови
В составе гликопротеинов и гликолипидов на поверхности эритроцитов существуют сотни антигенных детерминант, или антигенов (Аг), многие из которых определяют групповую принадлежность крови (группы крови). Эти Аг потенциально могут взаимодействовать с соответствующими им антителами (АТ), если бы такие АТ содержались в сыворотке крови. Однако тако- го взаимодействия в крови конкретного человека не происходит, так как иммунная система уже удалила клоны секретирующих эти АТ плазматических клеток (см. подробнее в гл. 29). Однако, если
соответствующие АТ попадают в кровь (например, при переливании чужой крови или её компонентов), развивается реакция взаи- модействия между эритроцитарными Аг и сывороточными АТ с зачастую катастрофическими последствиями (несовместимость по группам крови). В частности, при этом происходит агглютинация (склеивание) эритроцитов и их последующий гемолиз. Именно по этим причинам столь важно определять групповую принадлежность переливаемой крови (донорская кровь) и крови человека, которому переливают кровь (реципиент), а также неукоснительное выполнение всех правил и процедур при переливании крови или её компонентов (в РФ порядок переливания крови регламентирован приказом МЗ РФ и приложенной к приказу инструкцией по применению компонентов крови).
Из сотен эритроцитарных Аг Международное общество переливания крови (The International Society of Blood Transfusion - ISBT) к системам групп крови по состоянию на 2003 г. отнесло следующую в алфавитном порядке ABO [в англоязычной литературе принято наименование ABO (буква «O»), в русскоязычной - AB0 (цифра «0»)]. В практике переливания крови (гемотрансфузия) и её компонентов обязательная проверка на совместимость по Аг систем AB0 (четыре группы) и Rh (две группы), итого по восьми группам. Остальные системы (они известны как редкие) значительно реже вызывают несовместимость по группам крови, но их тоже следует учитывать, осуществляя гемотрансфузии и определяя вероятность развития гемолитической болезни у новорождённого (см. далее «Rh-система»).
АБ0-СИСТЕМА
Эритроцитарные Аг системы AB0: A, B и 0 - относятся к классу гликофоринов. Их полисахаридные цепи содержат Аг-детерминанты - агглютиногены А и В. Формирование агглютиногенов А и В происходит под влиянием гликозилтрансфераз, кодируемых аллелями гена АВ0. Этот ген кодирует три полипептида (А, В, 0), два из них (гликозилтрансферазы А и В) модифицируют полисахаридные цепи гликофоринов, полипептид 0 функционально не активен. В результате поверхность эритроцитов разных лиц может содержать либо агглютиноген А, либо агглютиноген В, либо оба агглютиногена (А и В), либо не содержать ни агглютиногена А, ни агглютиногена В. В соответствии с типом экспрессии на поверхности эритроцитов агглютиногенов А и В
в системе AB0 выделены четыре группы крови, обозначаемые римскими цифрами I, II, III и IV. Эритроциты группы крови I не содержат ни агглютиногена А, ни агглютиногена В, её со- кращённое наименование - 0(I). Эритроциты IV группы крови содержат оба агглютиногена - AB(IV), группы II - A(II), группы III - B(III). Первые три группы крови обнаружил в 1900 г. Карл Ландштайнер, а четвёртую группу немного позже Декастрелло и Штурли.
Агглютинины. В плазме крови к агглютиногенам А и В могут иметься АТ (соответственно α- и β-агглютинины). Плазма крови группы 0(I) содержит α- и β-агглютинины; группы A(II) - β-агглютинины, B(III) - α-агглютинины, плазма крови группы AB(IV) агглютининов не содержит.
Таблица 24-1. Содержание в крови разных групп (система AB0) агглюти- ногенов (Аг) и агглютининов (АТ)
Таким образом, в крови конкретного человека АТ к эритроцитарным Аг системы AB0 одновременно не присутствуют (табл. 24-1), но при переливании крови от донора с одной группой к реципиенту с другой группой может возникнуть ситуация, когда в крови реципиента одновременно будут находиться и Аг, и АТ именно к этому Аг, т.е. возникнет ситуация несовместимо- сти. Кроме того, такая несовместимость может возникнуть и по другим системам групп крови. Именно поэтому стало правилом, что переливать можно только одногруппную кровь. Если точнее, то переливают не цельную кровь, а компоненты, так как «показаний к переливанию цельной консервированной донорской крови нет, за исключением случаев острых массивных кровопотерь, когда от- сутствуют кровезаменители или свежезамороженная плазма, эритроцитная масса или их взвесь» (из приказа МЗ РФ). И именно поэтому теоретическое представление об «универсальном доноре» с кровью группы 0(I) на практике оставлено.
Rh-СИСТЕМА
Каждый человек может быть Rh-положительным либо Rh- отрицательным, что определяется его генотипом и экспрессируемыми Аг Rh-системы.
Φ Антигены. Шесть аллелей трёх генов системы Rh кодируют Аг: c, C, d, D, e, E. С учётом крайне редко встречающихся Аг системы Rh возможно 47 фенотипов этой системы. Φ Антитела системы Rh относятся к классу IgG (не обнаружены АТ только к Аг d). Rh-положительные и Rh-отрицательные лица. Если генотип конкретного человека кодирует хотя бы один из Аг C, D и E, такие лица резус-положительны (на практике резус-положительными считают лиц, имеющих на поверхности эритроцитов Аг D - сильный иммуноген). Таким образом, АТ образуются не только против «сильного» Аг D, но могут образоваться и против «слабых» Аг c, C, e и E. Резус-отрицательны только лица фенотипа cde/cde (rr).
Φ Резус-конфликт (несовместимость) возникает при переливании Rh-положительной крови донора Rh-отрицательному реципиенту либо у плода при повторной беременности Rh- отрицательной матери Rh-положительным плодом (первая беременность и/или роды Rh-положительным плодом). В этом случае развивается гемолитическая болезнь ново- рождённого.
Лейкоциты
Лейкоциты - ядерные клетки шаровидной формы (см. рис. 24-1). В цитоплазме лейкоцитов находятся гранулы. В зависимости от типа гранул лейкоциты подразделяют на гранулоциты (зернистые) и агранулоциты (незернистые).
Φ Гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) содержат специфические (вторичные) и азурофильные (лизосомы) гранулы.
Φ Агранулоциты (моноциты, лимфоциты) содержат только
азурофильные гранулы. Φ Ядро. Гранулоциты имеют дольчатое ядро разнообразной
формы, отсюда их общее название - полиморфно-ядерные
лейкоциты. Лимфоциты и моноциты имеют недольчатое
ядро, это мононуклеарные лейкоциты.
Физиологический лейкоцитоз - состояние, характеризующееся увеличением числа лейкоцитов в единице объёма крови выше нормы (>9х10 9 /л). Среди физиологических лейкоцитозов выделяют функциональные и защитно-приспособительные.
Φ Функциональный лейкоцитоз обусловлен тем, что организм выполняет определённые функции (например, лейкоцитоз во время беременности, увеличение числа лейкоцитов в крови после приёма пищи или после длительной физической работы).
Φ Защитно-приспособительный лейкоцитоз развивается при воспалительных процессах, повреждении клеток и тканей (например, после инфарктов или инсультов, травмы мягких тканей), стресс-реакции.
Лейкопения - состояние, при котором количество лейкоцитов в единице объёма крови уменьшается ниже нормы (<4х10 9 /л). Различают первичные (врождённые или наследственные) и
вторичные (приобретённые, вследствие радиационного поражения, отравлений, применений ЛС) лейкопении. Лейкоцитарная формула - процентное содержание в периферической крови отдельных форм лейкоцитов. Подсчёт лейкоцитарной формулы крайне важен для клинической практики, посколь- ку именно лейкоциты раньше и быстрее других элементов крови реагируют на внешние и внутренние изменения (в частности, на воспаление).
Относительные и абсолютные изменения в лейкоцитарной формуле. При изменениях относительного (процентного) содержания того или иного вида лейкоцитов в лейкоцитарной формуле говорят либо об относительной нейтропении, эозинопении, лимфопении, моноцитопении (при уменьшении процентного содержания лейкоцитов соответствующего вида), либо об относительной нейтро- филии, эозонофилии, относительном моноцитозе, лимфоцитозе (при увеличении их относительного содержания).
Изменения абсолютного содержания лейкоцитов в единице объё- ма крови обозначают как абсолютную нейтропению, эозинопению, лимфопению, моноцитопению (если уменьшается их абсолютное число в единице объёма крови) или абсолютную нейтрофилию, эозинофилию, абсолютный моноцитоз или лимфоцитоз (если количество соответствующих разновидностей лейкоцитов возрастает).
Характеризуя изменения в составе лейкоцитов, необходимо оценивать как относительное, так и абсолютное (обязательно!) их содержание. Это определяется тем, что именно абсолютные величины отражают истинное содержание тех или иных видов лейкоцитов в крови, а относительные характеризуют только соотношение различных клеток между собой в единице объёма крови.
Во многих случаях направленность относительных и абсолютных изменений совпадает. Часто встречается, например, относительная и абсолютная нейтрофилия или нейтропения.
Отклонение относительного (процентного) содержания клеток в единице объёма крови не всегда отражает изменение их истинного, абсолютного количества. Так, относительная нейтрофилия может сочетаться с абсолютной нейтропенией (подобная ситуация возникает, если относительная нейтрофилия наблюдается в условиях значительной лейкопении: например, содержание нейтрофилов равно 80%, а общее число лейкоцитов составляет лишь 1,0х10 9 /л).
Чтобы определить абсолютное количество того или иного вида лейкоцитов в крови, необходимо рассчитать эту величину исходя из общего числа лейкоцитов и процентного содержания соответствующих клеток (в приведённом примере 80% от 1,0х10 9 /л составит 0,8х10 9 /л. Это более чем в два раза меньше 2,0х10 9 /л - нижней границы нормального абсолютного содержания нейтрофилов).
Возрастные изменения клеток крови
Эритроциты. При рождении и в первые часы жизни количество эритроцитов в крови повышено и составляет 6,0-7,0х10 12 /л. У новорождённых наблюдают анизоцитоз с преобладанием макроцитов, а также повышенное содержание ретикулоцитов. В течение первых суток постнатального периода количество эритроцитов уменьшается, к 10-14-м суткам достигает уровня взрослого и продолжает сокращаться. Минимальный показатель наблюдается на 3-6-м месяце жизни (физиологическая анемия), когда снижен уровень эритропоэтина. Это связано с уменьшением синтеза эритропоэтина в печени и началом его выработки в почке. На 3-4-м году жизни количество эритроцитов уменьшено (ниже, чем у взрослого), т.е. в 1 л их содержится менее 4,5х10 12 . Содержание эритроцитов достигает нормы взрослого в период полового созревания.
Лейкоциты. Количество лейкоцитов у новорождённых повышено и равно 10-30х10 9 /л. Число нейтрофилов составляет 60,5%, эозинофилов - 2%, базофилов - 0,2%, моноцитов - 1,8%, лимфоцитов - 24%. В течение первых 2 нед количество лейкоцитов сокращается до 9-15х10 9 /л, к 4 годам уменьшается до 7-13х10 9 /л, а к 14 годам достигает уровня, характерного для взрослого. Соотношение нейтрофилов и лимфоцитов меняется, что обусловливает возникновение так называемых физиологических перекрёстов.
Φ Первый перекрест. У новорождённого соотношение содержания этих клеток такое же, как у взрослого. В последующем содержание нейтрофилов падает, а лимфоцитов возрастает, так что на 3-4-е сутки их количество уравнивается. В дальнейшем количество нейтрофилов продолжает снижаться и к 1-2 годам достигает 25%. В этом же возрасте количество лимфоцитов составляет 65%.
Φ Второй перекрест. В течение следующих лет число нейтрофилов постепенно повышается, а лимфоцитов - снижа- ется, так что у четырёхлетних детей эти показатели снова уравниваются и составляют по 35% от общего количества лейкоцитов. Количество нейтрофилов продолжает увеличиваться, а количество лимфоцитов - уменьшаться, и к 14 го- дам эти показатели соответствуют таковым у взрослого.
Продолжительность жизни лейкоцитов
Гранулоциты живут в циркулирующей крови 4-5 ч, а в тканях - 4-5 дней. В случаях серьёзной тканевой инфекции продолжительность жизни гранулоцитов укорачивается до нескольких часов, поскольку они очень быстро поступают в очаг инфекции, выполняют свои функции и разрушаются.
Моноциты через 10-12 ч пребывания в кровотоке поступают в ткани. Попав в ткани, они увеличиваются в размерах и становятся тканевыми макрофагами. В этом виде они могут жить месяцами, до тех пор, пока не разрушатся, выполняя функцию фагоцитоза.
Лимфоциты поступают в систему кровообращения постоянно в процессе дренирования лимфы из лимфатических узлов. Несколько часов спустя они поступают обратно в ткани посредством диапедеза и затем снова и снова возвращаются с лимфой в кровь. Таким образом осуществляется постоянная циркуляция лимфоцитов через ткань. Продолжительность жизни лимфоцитов составляет месяцы и даже годы в зависимости от потребностей организма в этих клетках.
Микрофаги и макрофаги. Основная функция нейтрофилов и моноцитов заключается в фагоцитозе и последующем внутриклеточном разрушении бактерий, вирусов, повреждённых и закончивших жизненный цикл клеток, чужеродных агентов. Нейтрофилы (и в некоторой степени эозинофилы) - зрелые клетки, фагоцитирующие различный материал (другое название фагоцитирующих нейтрофилов - микрофаги). Моноциты крови - незрелые клетки. Только после попадания в ткани моноциты созревают в тканевые макрофаги и приобретают способность бороться с болезнетворными агентами. Нейтрофилы и макрофаги перемещаются в тканях посредством амёбоидных движений, стимулируемых веществами, которые образуются в воспалённой области. Это притяжение нейтрофилов и макрофагов к области воспаления называется хемотаксисом.
Нейтрофилы
Нейтрофилы - наиболее многочисленный тип лейкоцитов. Они составляют 40-75% общего количества лейкоцитов. Размеры нейтрофила в мазке крови - 12 мкм; диаметр нейтрофила, мигрирующего в тканях, увеличивается почти до 20 мкм. Нейтрофилы образуются в костном мозге в течение 7 сут, через 4 сут выходят в кровоток и находятся в нём 8-12 ч. Продолжительность жизни - около 8 сут. Старые клетки фагоцитируются макрофагами.
Пулы нейтрофилов. Выделяют три пула нейтрофилов: циркулирующий, пограничный и резервный.
Φ Циркулирующий - пассивно переносимые кровью клетки. При бактериальном инфицировании организма их количество возрастает в течение 24-48 ч в несколько (до 10) раз за счёт пограничного пула, а также за счёт ускоренного выхода резервных клеток из костного мозга.
Φ Пограничный пул состоит из нейтрофилов, связанных с эндотелиальными клетками мелких сосудов многих органов, особенно лёгких и селезёнки. Циркулирующий и пограничный пулы находятся в динамическом равновесии.
Φ Резервный пул - зрелые нейтрофилы костного мозга.
Ядро. В зависимости от степени дифференцировки различают палочкоядерные и сегментоядерные (см. рис. 24-1, Б) нейтрофилы. В нейтрофилах у женщин один из сегментов ядра содержит вырост в форме барабанной палочки - тельце Барра, или половой хроматин (эта инактивированная Х-хромосома заметна у 3% нейтрофилов в мазке крови женщин).
♦ Палочкоядерные нейтрофилы - незрелые формы клеток с подковообразным ядром. В норме их количество состав- ляет 3-6% общего количества лейкоцитов.
♦ Сегментоядерные нейтрофилы - зрелые клетки с ядром, которое состоит из 3-5 сегментов, соединённых тонкими перемычками.
Φ Ядерные сдвиги лейкоцитарной формулы. Поскольку при микроскопии мазка крови основным критерием, позволяющим идентифицировать разные формы зрелости зернистых лейкоцитов, является характер ядра (форма, размер, интенсивность окраски), сдвиги лейкоцитарной формулы обозначаются как «ядерные».
Φ Сдвиг влево характеризуется тем, что увеличивается количество молодых и незрелых форм нейтрофилов (см. рис. 24-4). При острых гнойно-воспалительных заболеваниях, помимо лейкоцитоза, возрастает содержание молодых форм нейтрофилов, обычно палочкоядерных, реже - юных нейтрофилов (метамиелоцитов и миелоцитов), что указывает на серьёзный воспалительный процесс.
Φ Сдвиг вправо проявляется повышенным числом сегментированных ядерных форм нейтрофилов.
Φ Индекс ядерного сдвига отражает отношение процентного содержания суммы всех молодых форм нейтрофилов (па- лочкоядерных, метамиелоцитов, миелоцитов, промиелоцитов, см. рис. 24-4) к их зрелым формам. У здоровых взрослых людей индекс ядерного сдвига колеблется в диапазоне от 0,05 до 0,10. Увеличение его свидетельствует о ядерном сдвиге нейтрофилов влево, уменьшение - о сдвиге вправо.
Гранулы нейтрофилов
Φ Азурофильные гранулы нейтрофилов содержат различные белки, разрушающие компоненты внеклеточного матрикса и обладающие антибактериальной активностью. В гранулах содержатся катепсины, эластаза, протеиназа-3 (миелобластин), азуроцидин, дефензины, катионные белки, лизоцим, арилсульфатаза. Главный фермент азурофильных гранул - миелопероксидаза. Этот белок составляет 2-4% массы нейтрофила, катализирует образование хлорноватистой кислоты и других токсичных агентов, значительно усиливающих бактерицидную активность нейтрофила.
Φ Специфические гранулы значительно мельче, но вдвое многочисленнее азурофильных. Гранулы содержат белки, обла- дающие бактериостатическими свойствами: лактоферрин, витамин В 12 -связывающие белки. Кроме того, в гранулах содержатся лизоцим, коллагеназа, щелочная фосфатаза, катионные белки.
Рецепторы. В плазмолемму нейтрофилов встроены рецепторы молекул адгезии, цитокинов, колониестимулирующих факторов, опсонинов, хемоаттрактантов, медиаторов воспаления. Связывание с этими рецепторами их лигандов приводит к активации нейтрофилов (выход из сосудистого русла, миграция
в очаг воспаления, дегрануляция нейтрофилов, образование супероксидов).
Функция нейтрофилов. В крови нейтрофилы находятся всего несколько часов (транзитом из костного мозга в ткани), а свойственные им функции выполняют за пределами сосудистого русла (выход из сосудистого русла происходит в результате хемотаксиса) и только после активации нейтрофилов. Главная функция - фагоцитоз тканевых обломков и уничтожение опсонизированных микроорганизмов. Фагоцитоз и последующее переваривание материала происходят параллельно с образованием метаболитов арахидоновой кислоты и респираторным взрывом. Фагоцитоз осуществляется в несколько этапов. После предварительного специфического распознавания подлежащего фагоцитозу материала происходит инвагинация мембраны нейтрофила вокруг частицы и образование фагосомы. Далее в результате слияния фагосомы с лизосомами образуется фаголизосома, после чего происходит уничтожение бактерии и разрушение захваченного материала. Для этого в фаголизосому поступают лизоцим, катепсин, эластаза, лактоферрин, дефензины, катионные белки; миелопероксидаза; супероксид О 2 - и гидроксильный радикал ОН - , образующиеся (наряду с Н 2 О 2) при респираторном взрыве. После единственной вспышки активности нейтрофил погибает. Такие нейтрофилы составляют основной компонент гноя («гнойные» клетки).
Φ Активация. Биологически активные соединения различного происхождения: например, содержимое гранул тромбоцитов, метаболиты арахидоновой кислоты (липидные медиаторы), - воздействуя на нейтрофилы, стимулируют их активность (многие из этих веществ в то же время - хемоаттрактанты, по градиенту концентрации которых происходит миграция нейтрофилов).
Φ Липидные медиаторы продуцируют активированные нейтрофилы, а также базофилы и тучные клетки, эозинофилы, моноциты и макрофаги, тромбоциты. В активированной клетке из мембранных фосфолипидов освобождается арахидоновая кислота, из которой образуются простагландины, тромбоксаны, лейкотриены и ряд других биологически активных веществ.
Φ Респираторный взрыв. Нейтрофилы в течение первых секунд после стимуляции резко увеличивают поглощение кислоро- да и быстро расходуют значительное его количество. Это явление известно как респираторный (кислородный) взрыв. При этом образуются токсичные для микроорганизмов H 2 O 2 , супероксид O 2 - и гидроксильный радикал ОН - .
Φ Хемотаксис. Нейтрофилы мигрируют в очаг инфекции по градиенту концентрации многих химических факторов. Важное значение среди них имеют N-формилметионилпептиды (например, хемоаттрактант f-Met-Leu-Phe), образующиеся при расщеплении бактериальных белков или белков митохондрий при повреждении клеток.
Φ Адгезия. Активированный нейтрофил прикрепляется к эндотелию сосуда. Адгезию к эндотелию стимулируют многие агенты: анафилатоксины, ИЛ-I, тромбин, фактор активации тромбоцитов PAF, лейкотриены LTC 4 и LTВ 4 , фактор некроза опухоли α и др.
Φ Миграция. После прикрепления к эндотелию и выхода из сосуда нейтрофилы увеличиваются в размерах, удлиняются и становятся поляризованными, образуя широкий головной конец (ламеллоподия) и суженную заднюю часть. Нейтрофил, продвигая вперёд ламеллоподию, мигрирует к источнику хемоаттрактанта. При этом гранулы перемещаются к головному концу, их мембраны сливаются с плазмолеммой, и происходит выброс содержимого гранул (в том числе протеаз) из клетки - дегрануляция.
Эозинофилы
но 8-14 дней. Эозинофилы на поверхности имеют мембранные рецепторы Fc-фрагментов IgG, IgM и IgE, компонентов комплемента C1s, C3a, C3b, C4 и C5a, хемокина эотаксина, интерлейкинов. Миграцию эозинофилов в тканях стимулируют эотаксин, гистамин, фактор хемотаксиса эозинофилов ECF, интерлейкин-5 и др. После выполнения своих функций (после дегрануляции) или в отсутствие факторов активации (например, ИЛ-5) эозинофилы погибают.
Метаболическая активность. Как и нейтрофилы, эозинофилы синтезируют метаболиты арахидоновой кислоты (липидные медиаторы), включая лейкотриен LTC 4 и фактор активации тромбоцитов PAF.
Хемотаксис. Активированные эозинофилы перемещаются по градиенту факторов хемотаксиса - бактериальных продуктов и элементов комплемента. Особенно эффективны в качестве хемоаттрактантов вещества, выделяемые базофилами и тучными клетками, - гистамин и фактор хемотаксиса эозинофилов ECF.
Φ Участие в аллергических реакциях. Содержимое гранул эозинофилов инактивирует гистамин и лейкотриен LTC 4 . Эозинофилы вырабатывают ингибитор, блокирующий дегрануляцию тучных клеток. Медленно реагирующий фактор анафилаксии (SRS-A), выделяемый базофилами и тучными клетками, также ингибируется активированными эозинофилами.
Φ Побочные эффекты эозинофилов. Секретируемые эозинофилом вещества могут повреждать нормальные ткани. Так, при постоянном высоком содержании эозинофилов в крови хроническая секреция содержимого гранул эозинофилов вызывает тромбоэмболические повреждения, некроз тканей (особенно эндокарда) и образование фиброзной ткани. IgE-стимуляция эозинофилов может вызывать обратимые изменения проницаемости сосудов. Продукты секреции эо- зинофилов повреждают бронхиальный эпителий, активируют комплемент и систему свёртывания крови.
Базофилы
Базофилы составляют 0-1% общего числа лейкоцитов циркулирующей крови. В крови базофилы диаметром 10-12 мкм находятся 1-2 сут. Как и другие зернистые лейкоциты, при стимуляции могут покидать кровоток, но их способность к амёбоидному движению ограничена. Продолжительность жизни и судьба в тканях не известны.
Специфические гранулы довольно крупные (0,5-1,2 мкм), окрашиваются метахроматически (в иной цвет, чем краситель, от
красновато-фиолетового до интенсивно-фиолетового). В гранулах содержатся различные ферменты и медиаторы. К наиболее значимым из них можно отнести гепаринсульфат (гепа- рин), гистамин, медиаторы воспаления (например, медленно реагирующий фактор анафилаксии SRS-A, фактор хемотаксиса эозинофилов ECF).
Метаболическая активность. При активации базофилы вырабатывают медиаторы липидной природы. В отличие от тучных клеток, не обладают активностью PGD 2 -синтетазы и окисляют арахидоновую кислоту преимущественно до лейкотриена
LTC 4.
Функция. Активированные базофилы покидают кровоток и в тканях участвуют в аллергических реакциях. Базофилы имеют высокоаффинные поверхностные рецепторы к Fc-фрагментам IgE, а IgE синтезируют плазматические клетки при попадании в организм Аг (аллергена). Дегрануляция базофилов опосредована молекулами IgE. При этом происходит перекрёстное связывание двух и более молекул IgE. Выделение гистамина и других вазоактивных факторов при дегрануляции и окисление арахидоновой кислоты вызывают развитие аллергической реакции немедленного типа (такие реакции характерны для аллергического ринита, некоторых форм бронхиальной астмы, анафилактического шока).
Моноциты
Моноциты (см. рис. 24-1, Е) - самые крупные лейкоциты (диаметр в мазке крови около 15 мкм), их количество составляет 2-9% от всех лейкоцитов циркулирующей крови. Образуются в костном мозге, выходят в кровоток и циркулируют около 2-4 сут. Моноциты крови - фактически незрелые клетки, находящиеся на пути из костного мозга в ткани. В тканях моноциты дифференцируются в макрофаги; совокупность моноцитов и макрофагов - система мононуклеарных фагоцитов.
Активация моноцитов. Различные вещества, образующиеся в очагах воспаления и разрушения ткани, - агенты хемотаксиса и активации моноцитов. В результате активации увеличивается размер клетки, усиливается обмен веществ, моноциты выделяют биологически активные вещества (ИЛ-1, колониестимулирующие факторы M-CSF и GM-CSF, Пг, интерфероны, факторы хемотаксиса нейтрофилов и др.).
Функция. Главная функция моноцитов и образующихся из них макрофагов - фагоцитоз. В переваривании фагоцитированного материала участвуют лизосомные ферменты, а также формируемые внутриклеточно H 2 O 2 , OH - , O 2 - . Активированные моноциты/макрофаги продуцируют также эндогенные пирогены.
Φ Пирогены. Моноциты/макрофаги продуцируют эндогенные пирогены (ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, фактор некроза опухоли TNF-α, α-интерферон) - полипептиды, запускающие метаболические изменения в центре терморегуляции (гипоталамус), что приводит к повышению температуры тела. Критическую роль играет образование простагландина PGE 2 . Образование эндогенных пирогенов моноцитами/ макрофагами (а также рядом других клеток) вызывают экзогенные пирогены - белки микроорганизмов, бактериальные токсины. Наиболее распространённые экзогенные пирогены - эндотоксины (липополисахариды грамотрицательных бактерий).
Макрофаг - дифференцированная форма моноцитов - крупная (около 20 мкм), подвижная клетка системы мононуклеарных фагоцитов. Макрофаги - профессиональные фагоциты, они найдены во всех тканях и органах; это мобильная популяция клеток. Продолжительность жизни макрофагов - месяцы. Макрофаги подразделяются на резидентные и подвижные. Резидентные макрофаги содержатся в тканях в норме в отсутствие воспаления. Среди них различают свободные, имеющие округлую форму, и фиксированные макрофаги - звёздообразной формы клетки, прикрепляющиеся своими отростками к внеклеточному матриксу или к другим клеткам.
Свойства макрофага зависят от их активности и локализации. В лизосомах макрофагов содержатся бактерицидные агенты: миелопероксидаза, лизоцим, протеиназы, кислые гидролазы, катионные белки, лактоферрин, супероксиддисмутаза - фермент, способствующий образованию H 2 O 2 , OH - , O 2 - . Под плазмолеммой в большом количестве имеются актиновые микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты, необходимые для миграции и фагоцитоза. Макрофаги мигрируют по градиенту концентрации многих веществ, поступающих из различных источников. Активированные макрофаги
образуют цитоплазматические псевдоподии неправильной формы, участвующие в амебоидном движении и фагоцитозе. Функции. Макрофаги захватывают из крови денатурированные белки, состарившиеся эритроциты (фиксированные макрофаги печени, селезёнки, костного мозга). Макрофаги фагоцитируют обломки клеток и тканевого матрикса. Неспецифический фагоцитоз характерен для альвеолярных макрофагов, захватывающих пылевые частицы различной природы, сажу и т.п. Специфический фагоцитоз происходит при взаимодействии макрофагов с опсонизированной бактерией. Активированный макрофаг секретирует более 60 факторов. Макрофаги проявляют антибактериальную активность, выделяя лизоцим, кислые гидролазы, катионные белки, лактоферрин, H 2 O 2 , OH - , O 2 - . Противоопухолевая активность заключается в прямом цитотоксическом действии H 2 O 2 , аргиназы, цитолитической протеиназы, фактора некроза опухоли из макрофагов. Макрофаг - антигенпредставляющая клетка: он процессирует Аг и представляет его лимфоцитам, что приводит к стимуляции лимфоцитов и запуску иммунных реакций (см. подробнее в главе 29). Интерлейкин-1 из макрофагов активирует Т-лимфоцигы и в меньшей степени - В-лимфоциты. Макрофаги продуцируют липидные медиаторы: ПгE 2 и лейкотриены, фактор активации тромбоцитов PAF. Клетка также выделяет α-интерферон, блокирующий репликацию вирусов. Активированный макрофаг секретирует ферменты, разрушающие внеклеточный матрикс (эластазу, гиалуронидазу, коллагеназу). С другой стороны, факторы роста, синтезируемые макрофагом, эффективно стимулируют пролиферацию эпителиальных клеток (трансформирующий фактор роста TGFα, bFGF), пролиферацию и активацию фибробластов (фактор роста из тромбоцитов PDGF), синтез коллагена фибробластами (трансформирующий фактор роста TGFp), формирование новых кровеносных сосудов - ангиогенез (фактор роста фибробластов bFGF). Таким образом, основные процессы, лежащие в основе заживления раны (реэпителизация, образование внеклеточного матрикса, восстановление повреж- дённых сосудов), опосредованы факторами роста, производимыми макрофагами. Вырабатывая ряд колониестимулирующих факторов (макрофагов - M-CSF, гранулоцитов - G-CSF), макрофаги влияют на дифференцировку клеток крови.
Лимфоциты
Лимфоциты (см. рис. 24-1, Д) составляют 20-45% общего числа лейкоцитов крови. Кровь - среда, в которой лимфоциты цирку- лируют между органами лимфоидной системы и другими тканями. Лимфоциты могут выходить из сосудов в соединительную ткань, а также мигрировать через базальную мембрану и внедряться в эпителий (например, в слизистой оболочке кишечника). Продолжительность жизни лимфоцитов от нескольких месяцев до нескольких лет. Лимфоциты - иммунокомпетентные клетки, имеющие огромное значение для иммунных защитных реакций организма (см. подробнее в гл. 29). С функциональной точки зрения различают В-, Т-лимфоциты и NK-клетки.
B-лимфоциты (произносят как «бэ») образуются в костном мозге и составляют менее 10% лимфоцитов крови. Часть В-лимфоцитов в тканях дифференцируется в клоны плазматических клеток. Каждый клон синтезирует и секретирует АТ только против одного Аг. Другими словами, плазматические клетки и синтезируемые ими АТ обеспечивают гуморальный иммунитет.
T-лимфоциты. Клетка-предшественница T-лимфоцитов поступает в тимус из костного мозга. Дифференцировка T-лимфоцитов происходит в тимусе. Зрелые Т-лимфоциты покидают тимус, их обнаруживают в периферической крови (80% и более всех лимфоцитов) и лимфоидных органах. Т-лимфоциты, как и В-лимфоциты, реагируют (т.е. узнают, размножаются и дифференцируются) на конкретные Аг, но в отличие от В-лимфоцитов участие Т-лимфоцитов в иммунных реакциях сопряжено с необходимостью узнавать в мембране других клеток белки главного комплекса гистосовместимости MHC. Основные функции Т-лимфоцитов - участие в клеточном и гуморальном иммунитете (так, Т-лимфоциты уничтожают аномальные клетки своего организма, участвуют в аллергических реакциях и в отторжении чужеродного трансплантата). Среди Т-лимфоцитов различают CD4+- и CD8 + -лимфоциты. CD4 + -лимфоцитьI (Т-хелперы) поддерживают пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов и стимулируют образование цитотоксических Т-лимфоцитов, а также способствуют пролиферации и дифференцировке супрессорных Т-лимфоцитов.
NK-клетки - лимфоциты, лишённые характерных для Т- и В-клеток поверхностно-клеточных детерминант. Эти клетки составляют около 5-10% всех циркулирующих лимфоцитов, содержат цитолитические гранулы с перфорином, уничтожают трансформированные (опухолевые) и инфицированные вирусами, а также чужеродные клетки.
Кровяные пластинки
Тромбоциты, или кровяные пластинки (рис. 24-13), - фрагменты расположенных в красном костном мозге мегакариоцитов. Размеры кровяных пластинок в мазке крови составляют 3-5 мкм. Количество тромбоцитов в циркулирующей крови - 190-405х10 9 /л. Две трети кровяных пластинок находится в крови, остальные депонированы в селезёнке. Продолжительность жизни тромбоцитов - 8 дней. Старые тромбоциты фагоцитируются в селезёнке, печени и костном мозге. Циркулирующие в крови тромбоциты могут при ряде обстоятельств активироваться, активированные тромбоциты участвуют в свёртывании крови и восстановлении целостности стенки сосуда. Одно из важнейших свойств активированных кровяных пластинок - их способность ко взаимной адгезии и агрегации, а также адгезии к стенке кровеносных сосудов.
Гликокаликс. Выступающие наружу части молекул, составляющих интегральные белки плазматической мембраны, богатые полисахаридными боковыми цепями (гликопротеины), создают внешнее покрытие липидного бислоя - гликокаликс. Здесь же адсорбированы факторы коагуляции и иммуноглобулины. На наружных частях гликопротеиновых молекул находятся рецепторные места. После их соединения с агонистами индуцируется сигнал активации, передающийся к внутренним частям периферической зоны тромбоцитов.
Плазматическая мембрана содержит гликопротеины, выполняющие роль рецепторов при адгезии и агрегации тромбоцитов. Так, гликопротеин Ib (GP Ib, Ib-IX) важен для адгезии тромбоцитов, он связывается с фактором фон Виллебранда и подэндотелиальной соединительной тканью. Гликопротеин IV (GP IIIb) - рецептор тромбоспондина. Гликопротеин IIb-IIIa (GP IIb-IIIa) - рецептор фибриногена, фибронектина, тромбоспондина, витронектина, фактора фон Виллебранда; эти факторы способствуют адгезии и агрегации тромбо-
Рис. 24-13. Тромбоцит имеет форму овального или округлого диска. В цитоплазме видны мелкие скопления гликогена и крупные гранулы нескольких типов. Периферическая часть содержит циркулярные пучки микротрубочек (необходимы для сохранения овальной формы тромбоцита), а также актин, миозин, гельзолин и другие сократительные белки, нужные для изменения формы тромбоцитов, их взаимной адгезии и агрегации, а также для ретракции сгустка крови, образовавшегося при агрегации тромбоцитов. По периферии тромбоцита расположены также анастомозирующие мембранные канальцы, открывающиеся во внеклеточную среду и необходимые для секреции содержимого α-гранул. В цитоплазме рас- сеяны узкие, неправильной формы мембранные трубочки, составляющие плотную тубулярную систему. Трубочки содержат циклооксигеназу (необходима для окисления арахидоновой кислоты и образования тромбоксана TXA 2 . Ацетилсалициловая кислота (аспирин) необратимо ацетилирует циклооксигеназу, локализованную в трубочках плотной тубулярной системы, что блокирует образование тромбоксана, необходимого для агрегации тромбоцитов; в результате функция тромбоцитов нарушается и время кровотечения удлиняется) .
цитов, опосредуя формирование между ними «мостиков» из фибриногена.
Гранулы. Тромбоциты содержат три типа гранул (α-, δ-, λ-) и микропероксисомы.
Φ α-Гранулы содержат различные гликопротеины (фибронектин, фибриноген, фактор фон Виллебранда), связывающие гепарин белки (например, фактор 4 тромбоцитов), тромбоцитарный фактор роста PDGF и трансформирующий фактор роста β, плазменные факторы свёртывания VIII и V, а также тромбоспондин (способствует адгезии и агрегации тромбоцитов) и рецептор клеточной адгезии GMP-140. Φ Другие гранулы. δ-Гранулы накапливают неорганический фосфат P., АДФ, АТФ, Ca 2 +, серотонин и гистамин (серотонин и гистамин синтезируются не в тромбоцитах, а поступают из плазмы). λ-Гранулы содержат лизосомные ферменты и могут участвовать в растворении тромба. Микропероксисомы обладают пероксидазной активностью. Функции тромбоцитов. В физиологических условиях тромбоциты находятся в неактивном состоянии, т.е. свободно циркулируют в крови, не адгезируют друг с другом и не прикрепляются к эндотелию сосуда (частично это связано с тем, что эндотелиальные клетки вырабатывают простациклин PGI 2 , препятствующий адгезии тромбоцитов к стенке сосуда). Однако при повреждении кровеносного сосуда тромбоциты вместе с плазменными факторами свёртывания крови образуют сгусток крови - тромб, предотвращающий кровотечение.
Остановка кровотечения происходит в три этапа. 1. Сначала происходит сокращение просвета кровеносного сосуда. 2. Далее в повреждённом участке сосуда тромбоциты прикрепляются к стенке сосуда и, наслаиваясь друг на друга, образуют тромбоцитарную гемостатическую пробку (белый тромб). Эти процессы (изменение формы кровяных пластинок, их адгезия и агрегация) обратимы, так что слабо агрегированные тромбоциты могут отделяться от гемостатических тромбоцитарных пробок и возвращаться в кровоток. 3. Наконец растворимый фибриноген превращается в нерастворимый фибрин, который формирует прочную трёхмерную сеть, в петлях которой расположены клетки крови, в том числе и эритроциты. Это фибриновый, или красный, тромб.
Φ Образованию фибринового тромба предшествует каскад протеолитических реакций, приводящий к активации фермента тромбина, который и превращает фибриноген в фибрин. Таким образом, на одном из этапов тромбообразования происходит свёртывание крови (гемокоагуляция) - часть системы гемостаза, самое непосредственное отношение к которой имеют тромбоциты.
Гемостаз
В прикладном смысле термин «гемостаз» (от гр. haima - кровь, stasis - остановка) применяют, обозначая собственно процесс остановки кровотечения. Система гемостаза включает факторы и механизмы трёх категорий: свёртывающую, противосвёртываю- щую и фибринолитическую.
Φ Свёртывающая система, а именно плазменные факторы свёртывания (прокоагулянты), формируя сложный гемокоагуляционный каскад, обеспечивает коагуляцию фибриногена и тромбообразование (рис. 24-14). Каскад реакций, при- водящий к образованию тромбина, может осуществляться двумя путями - внешним (на рисунке слева и сверху) и внутренним (на рисунке справа и сверху). Для инициации реакций внешнего пути необходимо появление тканевого фактора на внешней поверхности плазматической мембраны тромбоцитов, моноцитов и эндотелия. Внутренний путь начинается с активации фактора XII при его контакте с по- вреждённой поверхностью эндотелия. Понятие о внутреннем и внешнем путях свёртывания весьма условно, так как каскад реакций свёртывания крови идёт преимущественно внешним путём, а не по двум относительно независимым путям.
Φ Противосвёртывающая система физиологических антикоагулянтов обусловливает торможение или блокаду свёртыва- ния крови.
Φ Фибринолитическая система осуществляет лизис фибринового тромба.
Плазменные факторы свёртывания - различные компоненты плазмы, осуществляющие образование сгустка крови. Факторы свёртывания обозначают римскими цифрами (к номеру активированной формы фактора добавляют строчную букву «а»).
Рис. 24-14. Гемокоагуляционный каскад . Активация фактора XII запускает внутренний (контактный) механизм, высвобождение тканевого фактора, а активация фактора VII - внешний механизм свёртывания. Оба пути приводят к активации фактора Х. В прямоугольниках с закруглён- ными углами - номера плазменных факторов свёртывания. Ферментные комплексы - рядом расположенные прямоугольники сплошного и прерывистого начертания границ.
♦ I - растворимый фибриноген, превращающийся в нерас- творимый фибрин под влиянием тромбина (фактор На).
♦ II - протромбин (профермент), превращающийся в протеазу тромбин (фактор IIa) под влиянием комплекса фактора Xa, фосфолипидов мембран тромбоцитов и других клеток, Са 2 + и фактора Va.
♦ III - тканевый фактор. Комплекс тканевого фактора, фосфолипидов, фактора VIIa и Са 2 + запускает внешний механизм свёртывания.
♦ IV - Ca 2 +.
♦ V - проакцелерин - предшественник акцелерина (Va) - белка-активатора мембранного комплекса Xa-Va-Ca 2 +.
♦ VII - проконвертин (профермент), VIIa - протеаза, ак- тивирующая факторы X и IX.
♦ VIII - неактивный антигемофильный глобулин А - пред- шественник фактора VIIIa (активного антигемофильного глобулина) - белка-активатора мембранного комплекса IXa-VIIIa-Ca 2+ . Недостаточность фактора VIII обусловливает развитие классической гемофилии А, наблюдающейся только у мужчин.
♦ IX - неактивный антигемофильный глобулин В (профермент, неактивный фактор Кристмаса) - предшественник активного антигемофильного фактора В (активный фактор Кристмаса) - протеазы, активирующей фактор X. Недостаточность фактора IX приводит к развитию гемофилии В (болезнь Кристмаса).
♦ X - неактивный фактор Стюарта-Прауэр (активная форма - фактор Xa - протеаза, активирующая фактор II), недостаточность фактора Стюарта приводит к дефектам свёртывания.
♦ XI - профермент контактного пути свёртывания крови - неактивный плазменный предшественник тромбопластина (активная форма - фактор XIa - сериновая протеаза, превращающая фактор IX в фактор IXa). Недостаточность фактора XI является причиной кровоточивости.
♦ XII - неактивный фактор Хагемана - профермент кон- тактного пути свёртывания крови, активная форма - фактор XIIa (активный фактор Хагемана) - активирует фактор XI, прекалликреин (профермент контактного пути свёртывания крови), плазминоген.
♦ XIII - фибринстабилизирующий фактор (фактор Лаки- Лорана) - активированный тромбином фактор XIII (фактор XIIIa), образует нерастворимый фибрин, катализируя образование амидных связей между молекулами фибрина-мономера, фибрином и фибронектином.
Внешний путь занимает центральное место в свёртывании крови. Ферментные мембранные комплексы (см. ниже) образуются только при наличии на внешней поверхности плазматической мембраны тромбоцитов, эндотелиальных клеток тканевого фактора и отрицательно заряженных фосфолипидов, т.е. при формировании отрицательно заряженных (тромбогенных) участков и экспозиции апопротеина тканевого фактора. При этом тканевый фактор и поверхность клеточной мембраны становятся доступными для плазменных факторов. Ф Активация ферментов. В циркулирующей крови содержатся проферменты (факторы II, VII, IX, X). Белки-кофакторы (факторы Vа, VIIIa, а также тканевый фактор - фактор III) способствуют превращению проферментов в ферменты (сериновые протеазы). Ф Ферментные мембранные комплексы. При включении каскадного механизма активации ферментов последовательно образуются три ферментных комплекса, связанных с фосфолипидами клеточной мембраны. Каждый комплекс состоит из протеолитического фермента, белка-кофактора и ионов Са 2 +: VIIa-тканевый фактор-фосфолипид-Са 2 +, Ка-VIIIа-фосфолипид-Са2+ (теназный комплекс, активатор фактора Х); Xa-Va-фосфолипид-Ca 2+ (протромбиназный комплекс, активатор протромбина). Каскад ферментативных реакций завершается образованием мономеров фибрина и последующим формированием тромба. Ф Ионы Ca 2 +. Взаимодействие ферментных комплексов с клеточными мембранами происходит с участием ионов Са 2 +. Остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты в факторах \VIIIа, Ка, Xа и протромбине обеспечивают взаимодействие этих факторов посредством Са 2 + с отрицательно заряженными фосфолипидами клеточных мембран. Без ионов Са 2 + кровь не свёртывается. Именно поэтому, чтобы предотвратить свёртывание крови, снижают концентрацию Ca 2 + деионизацией кальция цитратом (цитратная кровь) либо осаждением кальция в виде оксалатов (оксалатная кровь). Ф Витамин К. Карбоксилирование остатков глутаминовой кислоты в проферментах прокоагулянтного пути катализирует карбоксилаза, коферментом которой является восстановленная форма витамина К (нафтохинон). Поэтому
недостаточность витамина К тормозит свёртывание крови и сопровождается кровоточивостью, подкожными и внутренними кровоизлияниями, а структурные аналоги витамина К (например, варфарин) применяются в клинической практике для предупреждения тромбозов.
Контактный путь свёртывания крови начинается со взаимодействия профермента (фактор XII) с повреждённой эндотелиальной поверхностью сосудистой стенки. Такое взаимодействие приводит к активации фактора XII и инициирует образование мембранных ферментных комплексов контактной фазы свёр- тывания. Эти комплексы содержат ферменты калликреин, факторы XIa (плазменный предшественник тромбопластина) и XIIa (фактор Хагемана), а также белок-кофактор - высокомолекулярный кининоген.
Противосвёртывающая система крови. Физиологические ингибиторы играют важную роль в поддержании крови в жидком состоянии и препятствуют распространению тромба за пределы повреждённого участка сосуда. Тромбин, образующийся в результате реакций свёртывания крови и обеспечивающий формирование тромба, вымывается током крови из тромба; в дальнейшем тромбин инактивируется при взаимодействии с ингибиторами ферментов свёртывания крови и в то же время активирует антикоагулянтную фазу, тормозящую образование тромба.
Ф Антикоагулянтная фаза. Эту фазу запускает тромбин (фактор II), вызывая образование ферментных комплексов антикоагулянтной фазы на неповреждённом эндотелии сосудов. В реакциях антикоагулянтной фазы, помимо тромбина, участвуют тромбомодулин эндотелиальных клеток, витамин К-зависимая сериновая протеаза - протеин С, активирующий протеин S и плазменные факторы свёртывания Va и
VIIIa.
Ф Физиологические ингибиторы ферментов свёртывания крови (антитромбин III, гепарин, а 2 -макроглобулин, антиконвертин, a j -антитрипсин) ограничивают распространение тромба местом повреждения сосуда.
Фибринолитическая система. Тромб может раствориться в течение нескольких дней после образования. При фибринолизе - ферментативном расщеплении волокон фибрина - об-
разуются растворимые пептиды. Фибринолиз происходит под действием сериновой протеазы плазмина, точнее - при взаимодействии фибрина, плазминогена и тканевого активатора плазминогена.
Лабораторные показатели системы гемостаза. Кровь здорового человека in vitro свёртывается за 5-10 мин. При этом образование протромбиназного комплекса занимает 5-8 мин, активация протромбина - 2-5 с и превращение фибриногена в фибрин - 2-5 с. В клинической практике для оценки гемостаза оценивают содержание разных компонентов системы свёртывания, антикоагулянтов и фибринолиза. К простейшим лабораторным методам относят определение времени кровотечения, тромбинового и протромбинового времени, активированного частичного тромбопластинового времени и протромбинового индекса.
Обобщение главы
Кровь - циркулирующая в сосудистой системе жидкая соединительная ткань, обладающая важнейшими функциями: транспортной, иммунной, свёртывания крови и поддержания гомеостаза организма.
В среднем у взрослого человека содержится приблизительно 5 л цельной крови, в которой около 45 % форменных элементов, суспензированных в 55% плазмы и растворов.
Плазма содержит белки (альбумины, глобулины, фибриноген, ферменты, гормоны и др.), липиды (холестерин, триглицериды) и углеводы (глюкоза).
Эритроциты - безъядерные дископодобные клетки, которые доставляют кислород всем клеткам организма за счёт гемоглобина.
Изменения количества эритроцитов, их формы, размеров, цвета и зрелости являются ценным индикатором для диагностики раз- личных заболеваний.
В конце 4-го месяца жизни старые эритроциты поглощаются макрофагами. Их гемоглобин, включая железо, перерабатывается в дигностически важное вещество - билирубин.
Лейкоциты морфологически подразделяются на гранулоциты (эозинофилы, базофилы и нейтрофилы) и агранулоциты (моноциты и лимфоциты). Лимфоциты функционально подразделяются на T- и B-клетки с различными подгруппами.
Лейкоциты защищают организм от инфекции, используя фагоцитоз и различные антимикробные средства, выделяя медиаторы, контролирующие воспаление, и тем самым способствуя излечению.
Гемопоэз представляет собой развитие клеток крови из нейтральных мультипотентных стволовых клеток костного мозга. Не- зрелые клетки дифференцируются в зрелые клетки под влиянием гемопоэтинов и других цитокинов.
Тромбоциты (кровяные пластинки) - небольшие неправильной формы безъядерные структуры, которые вместе с белками плазмы контролируют свёртывание крови.
При переливании крови донор и реципиент должны избегать агглютинации между ассоциированными с эритроцитами антигенами A, B и Rh и анти-А-, анти-B- и анти-Rh-антителами, находящимися в плазме.
Кровь - ткань внутренней среды защитно-трофической функции, состоящая из жидкого межклеточного вещества (плазмы), постклеточных структур (эритроцитов и тромбоцитов) и клеток как периферической крови и лимфы, так и клеток на всех стадиях своего развития в кроветворных органах. Клеточные и постклеточные структуры периферической крови называются форменными элементами. Объем крови в организме человека равен 5-5,5 л (или около 7% массы тела), при этом форменные элементы составляют 40-45%, а плазма - 55-60%.
Кровь выполняет следующие функции: 1) трофическую - перенос питательных веществ ко всем клеткам и тканям; 2) дыхательную - газообменную, или транспорт кислорода к тканям и удаление из организма углекислоты; 3) защитную (фагоцитоз, выработка антител); 4) регуляторную - транспорт гормонов и других гуморальных факторов регуляции; 5) гомеостатическую - поддержание физико-химического постоянства состава внутренней среды организма.
Плазма крови - это жидкое межклеточное вещество (рН 7,34-7,36), в котором во взвешенном состоянии находятся форменные элементы крови. 93% плазмы составляет вода, остальное - белки (альбумины, глобулины, фибриноген и десятки других), липиды, углеводы, минеральные вещества. При свертывании крови фибриноген переходит в нерастворимый белок - фибрин. Оставшаяся жидкая часть плазмы после свертывания фибриногена называется сывороткой. В сыворотке содержатся антитела (иммуноглобулины).
Форменные элементы крови представляют собой гетероморфную систему, состоящую из различно дифференцированных в структурно-функциональном отношении элементов. Объединяют их общность гистогенеза и совместное пребывание в периферической крови.
Эритроциты человека
- красные кровяные элементы, имеющие форму двояковогнутых дисков, что на 20-30% увеличивает площадь их поверхности.
У других позвоночных
(рыбы, амфибии, птицы и др.) - это ядросодержащие клетки. В мазках крови эритроциты имеют округлую форму. Диаметр эритроцитов человека - 7-8 мкм (в среднем 7,5 мкм), толщина в краевой зоне - 2-2,5, а в центре - 1 мкм. Наряду с эритроцитами - нормоцитами, которые составляют около 75 %, бывают макроциты (диаметр 8-9 мкм), гигантоциты (12 мкм), микрощты (5-6 мкм). При некоторых заболеваниях крови наблюдаются явления пойкилоцитоза - изменение формы эритроцитов, а также анизоцитоза - изменение размеров.
Количество эритроцитов в 1 л крови составляет - 4-5,5х1012 у мужчин и 3,7-4,9х1012 у женщин. Число эритроцитов может изменяться при разных физиологических состояниях организма и региональных особенностях проживания. Стойкое повышение их числа называется эритроцитозом, уменьшение - эритропенией. Диагностическое значение имеет скорость оседания (агглютинация) эритроцитов (СОЭ). В норме у мужчин СОЭ равна 4-8 мм в час, у женщин - 7-10 мм в час.
Покровная и рецепторно-трансдукторная системы эритроцита характеризуются рядом особенностей. Плазмолемма имеет толщину 20 нм. В ней хорошо развиты транспортные процессы за счет ионных насосов, каналов и белковых переносчиков. Она обладает избирательной проницаемостью, обеспечивает перенос кислорода, двуокиси углерода, ионов натрия и калия, но не препятствует соединению гемоглобина с окисью углерода (угарным газом). Свойства плазмолеммы позволяют эритроциту без повреждения проходить через капилляры, диаметр которых меньше диаметра самого эритроцита. Гликокаликс плазмолеммы, образованный гликолипидами и гликопротеинами, содержит агглютиногены А и В, определяющие групповую принадлежность крови. Наличие в гликокаликсе аглютиногена - резус фактора, определяет принадлежность человека к резус-положительной (86 % людей имеют этот фактор) или резус-отрицательной популяциям.
Рецепторную функцию выполняют трансмембранные гликопротеины - гликофорины, обеспечивающие индивидуальные для каждого человека антигенные характеристики эритроцитов.
Двояковогнутая форма эритроцита поддерживается благодаря белкам опорно-двигательной системы, в частности спектрина, формирующего в примембранном пространстве эритроцита сеть филаментов, и некоторых других белков.
Основную массу эритроцита составляют вода (66%) и белок - гемоглобин (33%). Под электронным микроскопом содержимое эритроцитов выглядит очень плотным. В нем определяются многочисленные гранулы гемоглобина диаметром 4-5 нм. Гемоглобин - дыхательный пигмент. Белковая часть его называется глобин, железосодержащая часть - гем, который составляет 4-5% от массы гемоглобина и придает желтую окраску эритроциту. Гемоглобин легко присоединяет кислород воздуха, превращаясь в оксигемоглобин. Это происходит в капиллярах легких. В онтогенезе свойства гемоглобина, меняются, в связи с чем различают гемоглобин эмбриональный (фетальный) и гемоглобин взрослых. Благодаря накоплению гемоглобина при эритропоэзе эритроциты и выполняют дыхательную функцию. Наряду с транспортом кислорода и других веществ (аминокислот, антител, токсинов) эритроциты переносят двуокись углерода из тканей в легкие. Наличием гемоглобина обусловлена оксифилия эритроцитов, т. е. сродство к кислым красителям.
В гипотонической среде гемоглобин выходит из эритроцитов в результате поступления в них воды и разрыва оболочки. Выход гемоглобина называется гемолизом. Некоторые вещества (например, фенилгидразин) вызывают гемолиз. После удаления из эритроцита гемоглобина остается строма - бесцветная масса (или "тень" эритроцита).
Количество циркулирующих в организме эритроцитов составляет около 25-30х10 12 . Появлению эритроцитов в крови предшествует длинный путь эритроцитопоэза. В кровь поступают наряду со зрелыми эритроцитами и молодые, бедные гемоглобином формы - ретикулоциты, составляющие 1-2%.В них сохраняются некоторые органеллы, которые при окраске мазков метиленовым синим выявляются в виде базофильных сетчатых структур. Возрастание числа ретикулоцитов наблюдается при гипоксии, кровопотере и др.
Loading...