Кровь: что это такое, состав
Общие сведения.
Объем циркулирующей крови (ОЦК) коррелирует с массой тела (без учета жировой прослойки). Основными функциями крови являются транспортная (перенос O2, CO2, питательных веществ, продуктов метаболизма, витаминов, электролитов и др.), терморегуляционная (согревание или охлаждение тела), сигнализационная (перенос гормонов), поддержание кислотно-основного баланса организма, а также защита от чужеродных веществ и микроорганизмов. В этих процессах участвуют клетки крови. Эритроциты отвечают за транспорт O2, и CO2, а также за поддержание нормального рН крови. Нейтрофильные гранулоциты (нейтрофилы), служащие разновидностью лейкоцитов, участвуют в реакциях неспецифической иммунной защиты; моноциты и лимфоциты — в специфических иммунных реакциях. Тромбоциты необходимы для обеспечения гемостаза. Отношение объема клеточных элементов крови к общему объему крови называется гематокритом (Hcl). Величина гематокрита более чем на 99 % определяется количеством эритроцитов в крови.
Жидкая часть крови, называемая плазмой, содержит электролиты, нутриенты, продукты метаболизма, витамины, газы и белки. Белки плазмы выполняют такие функции, как участие в реакциях гуморального иммунитета, поддержание коллоидного осмотического давления крови (которое обеспечивает поддержание постоянства объема крови), транспорт водонерастворимых веществ и защита различных соединений от их разрушения в крови, а также их выведение из организма почками (например, гем). Связывание белков крови с малыми молекулами снижает осмотическую силу последних, препятствует приобретению ими антигенных свойств в виде гаптенов. Связывание гормонов, лекарственных препаратов и токсинов с белками
плазмы уменьшает их биологическое, терапевтическое или токсическое действие, но в то же время предотвращает быстрое выведение этих веществ из организма. Наконец, многочисленные белки плазмы участвуют в процессах свертывания крови и фибринолиза. При свертывании крови из плазмы расходуется фибриноген, в результате образуется сыворотка.
Образование клеток крови. Воспроизводство стволовых клеток происходит таким образом, что их запасы сохраняются в течение всей жизни. Лимфоциты, развивающиеся из клеток-предшественниц лимфопоэза, должны пройти дальнейшее созревание (частично в тимусе, частично в костном мозге), после чего они дифференцируются в селезенке и лимфатических узлах (лимфопоэз). Все остальные клетки-предшественницы делятся и созревают до последних стадий в костном мозге (миелопоэз) и после выходят из костного мозга в кровь. Среди прочих в гемопоэзе участвует два гормона: эригролоэтан (секретируемый почками), который регулирует пролиферацию клеток-предшественниц эритроцитов и их созревание, и тромбопоэтин (секретируемый печенью), который необходим для образования мегакариоцитов и тромбоцитов. Образование клеток крови в костном мозге также регулируют другие, паракриннодействующие факторы. Учитывая их влияние на культуры клеток, эти факторы иногда называют колониестимулирующими (КСФ). К другим факторам роста стволовых клеток относятся фактор стволовых клеток (или «стальной» фактор, или лиганд c-kit), а такжелиганд fit3 (FL). Они запускают выделение ряда синергично действующих факторов, среди которых можно назвать КСФ и интерлейкины (IL-3, IL-6, IL-11, IL-12). Их активность подавляется TGF-β и TNF-α.
Эритроциты
Эритроциты образуются в костном мозге из клеток-предшественниц эритропоэза, содержащих ядра. В кровеносное русло они выходят уже безъядерными с дискоидной формой и не содержащими митохондрий. В капиллярах эритроциты способны деформироваться, что существенно облегчает их прохождение по микроциркуляторному руслу и обеспечивает обмен веществ и газов с окружающими тканями. В эритроцитах, недавно вышедших их костного мозга, в течение последующих 1-2 дней еще сохраняются органеллы. Эти клетки называются ретикулоцитами. Среди эритроцитов, доля ретикулоцитов обычно 1-2 %.
Эритроциты содержат большое количество гемоглобина (НЬ). Его средняя концентрация в эритроците (МСН) в нормесоставляет 300-360 г/л эритроцитов. Поскольку нормальный эритроцит имеет объем (MCV) 80-100 фл, он содержит 26-35 пг гемоглобина (МСН).
Большое количество гемоглобина значительно повышает внутриклеточную осмоляльность эритроцита, и для того чтобы предотвратить поступление в него воды в соответствии с законами осмоса, внутриклеточная концентрация ионов в эритроците должна быть ниже таковой в плазме. Это достигается благодаря уникальному ферменту Na+/K+-ATфазе, работа которого требует АТФ, образующегося в результате анаэробного гликолиза (т. к. в зрелых эритроцитах отсутствуют митохондрии). Регуляция объема эритроцита осуществляется с помощью чувствительных к изменению объема ионных переносчиков, способных уменьшать в нем концентрацию К+ и Ch. При снижении синтеза АТФ или повреждении мембраны эритроцитов они набухают, а продолжительность их жизни укорачивается (преждевременный гемолиз).
Эритроциты регулярно выходят из артериол в пульпе селезенки и достигают малых пор в синусах селезенки. В этих порах старые и патологически ломкие эритроциты отделяются от общей массы эритроцитов и разрушаются. Их фрагменты фагоцитируются макрофагами в селезенке, печени, костном мозге и других органах и затем разрушаются (внесосудистый гемолиз в ретикулоэндотелиальной системе, точнее — в мононуклеарной фагоцитарной системе). Высвобождающийся гем разрушается с образованием билирубина, а высвобождающееся железо используется вновь. При внутрисосудистом гемолизе высвобождаемый гемоглобин в определенном количестве связывается с гаптоглобином. Это способствует уменьшению клубочковой фильтрации гемоглобина и его элиминации (т. е. уменьшает степень гемоглобинурии).
Жизненный цикл эритроцитов: нарушения, компенсация, диагностика
Пролиферация и дифференцировка предшественников эритроцитов и превращение их в зрелые эритроциты происходят в среднем в течение недели. При стимуляции эритропоэза это время может укорачиваться до нескольких суток (например, при быстрой потере клеток вследствие гемолиза или кровопотери). Средняя продолжительность жизни эритроцитов в крови составляет более 100 дней, поэтому кратковременные нарушения образования клеток не выявляются, но ускорение потери клеток быстро приводит к развитию анемии. (Для нейтрофильных лейкоцитов характерно иное соотношение: время их дифференцировки в костном мозге больше, а время продолжительности их жизни в периферической крови составляет около 10 ч, поэтому нейтропения развивается при остром нарушении их образования, но не после их потери.)
Учитывая время жизни эритроцита примерно 107 с и общее содержание эритроцитов в крови около 1,6 • 1013, скорость образования эритроцитов составляет 1,6 млн эритроцитов в секунду. При необходимости скорость образования эритроцитов увеличивается до 10 раз без истощения костного мозга. Поэтому гемолитические анемии, которыми некоторые пациенты страдают, могут быть в значительной степени компенсированы.
В основе диагностики нарушения жизненного цикла эритроцитов, в частности нарушения эритропоэза на разных стадиях, укорочения продолжительности их жизни или хронической кровопотери лежит ряд принципов.
Стволовые клетки, полученные путем пункции костного мозга, могут быть стимулированы кпролиферации и дифференцировке в клеточной культуре с помощью эритропоэтина. В результате образуются колонии более (бурстобразующие единицы [BFU-E]) или менее дифференцированных клеток (колониеобразующие единицы [CFU-E]), содержащих гемоглобин. Их количество уменьшено, если анемия вызвана нарушением образования клеток, и увеличено, если уменьшение клеток происходило на последней стадии дифференцировки (эритробласты, эритроциты).
В окрашенных мазках пунктата костного мозга могут быть морфологически идентифицированы и подсчитаны эритробласты. При аплазии и наличии дефектов дифференцировки стволовых клеток количество эритробластов уменьшается; при стимуляции эритропоэза (например, в условиях усиленного гемолиза) количество эритробластов увеличивается.
Эффективность эритропоэза в целом можно оценить, подсчитав количество ретикулоцитов: Если число ретикулоцитов снижено, следует думать о нарушении образования эритроцитов, т. к. вторая, теоретически возможная, причина этого явления — увеличение продолжительности жизни эритроцитов — не встречается. С другой стороны, увеличение количества ретикулоцитов (ретикулоцитоз). Временный ретикулоцитоз служит признаком стимуляции эритропоэза, например, после острой кровопотери, острого гемолиза или после лечения состояний, характеризующихся нарушениями эритропоэза (после использования высоких доз эритропоэтина).
После разрушения эритроцитов макрофагами билирубин, образующийся из высвобождающегося из эритроцитов гема, после конъюгации в печени выводится с желчью. Концентрация неконъюгированного непрямого билирубина в плазме увеличивается при гемолизе, но в некоторых случаях она также повышается при интенсификации кругооборота гемоглобина вследствие неэффективного эритропоэза.
Продолжительность жизни эритроцитов, а также их общий объем могут быть определены с помощью метки эритроцитов in vitro радиоактивным 51Cr (который связывается с β-цепью гемоглобина) с последующим введением меченых эритроцитов в сосудистое русло. Поскольку 51Cr при гемолизе высвобождается из эритроцитов и затем выводится почками, продолжительность жизни эритроцитов можно рассчитать по степени ежедневного убывания радиоактивности. Общий объем эритроцита можно определить на основе знаний о принципах разведения индикаторов, т. к. известны количество введенного 51Cr и его начальная концентрация в крови.
Количественное определение эритропоэтина. Сниженная концентрация эритропоэтина в плазме позволяет предположить нефрогенную природу анемии. При большинстве анемий наблюдается компенсаторное увеличение концентрации эритропоэтина.