ФИЗИОЛОГИЯ ЭРИТРОНА

Кровь является внутренней средой организма и выполняет множество функций. Она состоит из форменных элементов (42-45 л/л) и плазмы (55-58 л/л); это соотношение называется гематокритом. Из множества функций крови выделим такие, как гомеостатическую, защитную (защитные белки плазмы, плазменные и клеточные факторы свертывающей системы, лейкоциты, включая иммуноциты) и транспортную (снабжение тканей пластическими и энергетическими субстратами, биологически активными веществами, гормонами, кислородом, выведение метаболитов и токсинов). В настоящей главе рассматривается дыхательная функция, которая обеспечивается системой красной крови – эритроном. Он включает в себя три субсистемы:

1) систему эритропоэза – костный мозг;

2) систему разрушения, или эритродиереза (селезенка, костный мозг, печень, фагоцитирующие мононуклеары; фагоцитоз и разрушение эритроцитов осуществляется в течение 10 мин);

3) систему циркуляции эритроцитов – кровеносное русло.

В общем объеме крови (3,5-5 л, 6-8 % от массы тела) одномоментно находится около 25 триллионов красных кровяных телец (за норму принята величина 4,5-5´10¹²/л для мужчин и 4-4,5´10¹²/л для женщин). Изменения общего объема крови выражается такими понятиями как гиперволемия и гиповолемия. Если количество циркулирующих форменных элементов изменяется в ту или другую сторону от «простой» нормоволемии, к ним добавляют термины «полицитемическая» и «олигоцитемическая», хотя в патологии вышеуказанные формы нормоволемий могут встречаться также.

Ежедневно воспроизводится до 360 млрд. эритроцитов, что составляет примерно 7 кг биомассы в год. Нормальный эритроцит называется нормоцитом. Современные автоматические счетчики крови позволяют определять следующие параметры эритроцитов: диаметр 7,2-7,5 мкм, толщина 2,2 мкм, MCV– средний объем в фемтолитрах (75-100 фл), MCH– средний уровень гемоглобина в эритроците в пикограммах (26-33 пг), MCHC– средняя концентрация гемоглобина в каждом эритроците (32-36 г/%), RDW – показатель распределения эритроцитов по объему, или показатель степени анизоцитоза (ПСА, 13,5±1,5%). Продолжительность жизни нормоцита /составляет 100-140 дней. Эритроцит на 90 % заполнен гемоглобином, который обеспечивает транспорт кислорода и углекислого газа. Соединение гемоглобина с кислородом называется оксигемоглобином, с углекислым газом – карбогемоглобином; деоксигенированный гемоглобин называется восстановленным. Нормальное содержание гемоглобина в единице объема крови колеблется у мужчин в пределах 140-165, у женщин – 120-140 г/л (8-10 и 7,4-8,7 ммоль/л, соответственно). Отношение количества гемоглобина к числу эритроцитов в единице объема крови получило наименование цветового показателя, который отражает степень насыщения эритроцита гемоглобином. В норме его величина колеблется в пределах 0,85-1,1. На практике цифровое значение цветового показателя определяется отношением утроенной величины гемоглобина (в г/л) к количеству эритроцитов (в млн./мкл).

Кроветворение (гемопоэз и, в частности эритропоэз) начинается во внутриутробном периоде с 20 дня жизни плода и условно представляется в виде трех этапов.

I. Первый этап связывают с образованием эритроцитов внутрисосудисто в желточном мешке – так называемый мезодермальный этап кроветворения. Он заканчивается к 4 месяцу внутриутробной жизни. Примитивные клетки красной крови получили наименование эритробластов, или мегалобластов (мегалос – огромный), которые превращаются в мегалоциты и содержат фетальный гемоглобин (Hb-F).

II. Второй этап получил наименование печеночного кроветворения. Он начинается с пятой недели и продолжается до пятого месяца жизни плода. Кроме печени, в эритропоэзе принимает участие селезенка. Этот тип кроветворения относится к нормобластическому, т.е. нормальному типу эритропоэза. Эритроциты, как и в первом случае, также синтезируют фетальный гемоглобин.

III. Третий этап миелоидный, т.е. костномозговой, получил наименование нормобластического типа кроветворения. Он вытесняет гепатолиенальный тип эритропоэза, начиная с пятого месяца внутриутробного развития. И вновь эритроциты содержат Hb-F, но к моменту рождения на долю зрелого («взрослого») гемоглобина (Hb-А) приходится 50% всего содержащегося в нормоците гемоглобина.

Масса костного мозга взрослого человека находится в ограниченных пределах, достигая в среднем 2,5-3,2 кг (4,6 % от массы тела). Соотношение миелоидного и эритроидного ростков костного мозга в норме равно 3:1. Таким образом, только треть его массы приходится на эритроидный росток. Суммарный объем клеток костного мозга достигает 1320-4192 мл, а их количество – 5,6´10¹¹, из них стволовых кроветворных полипотентных клеток – 0,01 % (см. ниже).

Родоначальной клеткой кроветворения (Схемы 1 и 2) является стволовая полипотентная кроветворная клетка, которая формируется из стволовой эмбриональной клетки. Прежде чем превратиться в стволовую полипотентную кроветворную клетку, эмбриональная стволовая клетка подвергается многочисленным (до 10) митозам, и только после этого она вступает в цикл кроветворения. Эта клетка путем асимметричного митоза дает потомство полипотентных клеток-предшественниц (I класс клеток), получивших наименование колониеобразующих единиц (КОЕ) бластов – КОЕ-гранулоцитарно-эритроцитарно-макрофагально-мегакариоцитарной клетки (КОЕ-ГЭММ). КОЕ-ГЭММ путем нескольких асимметричных митозов через КОЕ-ЭГ (II класс клеток) превращается в клетку предшественницу отдельных классов гемопоэза (эритроцитарного, миелоидного, моноцитарного, мегакариоцитарного ростков) – унипотентные клетки-предшественницы, которые морфологически не распознаются (III класс клеток). Потомки клеток III класса через 10-15 митозов превращаются в элементы гемопоэтического ряда – бластные клетки.

Класс унипотентных клеток эритроидного ряда представлен двумя типами единиц: бурстообразующая единица эритроцитов (зрелая и незрелая формы – БОЕ-Э) и колониеобразующая единица эритроцитов (КОЕ-Э). Оба типа клеток обладают высокой чувствительностью к эритропоэтинам, под действием которых в них образуется зрелая форма гемоглобина (Hb-A 98 %) и 1-2 % фетального гемоглобина (Hb-F). Поэтому их еще называют эритропоэтин-чувствительными клетками. Они дают начало бластным клеткам, которые являются родоначальными клетками эритроидного ряда – эритробластам (IV класс клеток) и остальным (созревающим) клеткам красного ростка костного мозга: пронормобластам (базофильному, полихроматофильному и оксифильному), оксифильному нормоциту (V класс клеток). Потерявший способность к делению оксифильный нормоцит в дальнейшем дифференцируется в ретикулоцит [в норме в периферической крови содержание ретикулоцитов составляет 1-1,5 % – так называемый ретикулярный индекс (РИ)] и зрелый эритроцит (VI класс клеток). Таким образом, нормобластический тип кроветворения обеспечивает генерацию из одного проэритробласта (КОЕ-Э) 16 или 32 зрелых эритроцитов, что характеризует эффективный эритропоэз. В этой связи отметим, что в норме около 10 % клеток эритроидного ряда костного мозга по ходу эритропоэза не дозревает, т.е. гемолизируется – так называемый неэффективный эритропоэз.

Эритропоэз осуществляется в эритробластических островках, которых в определенный момент времени может быть очень много. Так, в условиях нормоксии, когда гематокрит колеблется в пределах 40-45 л/л, на один микрограмм ткани эритроидного ростка костного мозга приходится 100-140 эритробластических островков. Если гематокрит падает до 10-20 л/л, интенсивность эритропоэза возрастает многократно, и количество таких островков может возрастать на порядок. Эритробластические островки включают в свой состав не только клетки эритроидного ряда, но и макрофаги. Процесс превращения эритробласта в ретикулоцит длится около трех суток; еще примерно около суток требуется для дифференцировки ретикулоцита в зрелый эритроцит. Таким образом, в гемопоэтической ткани находят до 20 % эритроидных предшественников (около 60 % составляют гранулоциты и их предшественники, 10 % – лимфоциты и моноциты и их предшественники и 10 % – недифференцированные и разрушающиеся клетки).

Другой – патологический тип кроветворения, который в физиологических условиях не встречается, получил наименование мегалобластического. Мегалобластический тип кроветворения дает выход только двум эритроцитам крупного размера, которые получили наименование макроциты и мегалоциты (диаметр клетки больше 8-12 и 12-15 мкм, соответственно). Как и нормальные эритроциты, они проходят в своем развитии те же стадии (мегалобласты, промегалоциты и т.д.).

Процесс образования, созревания и дифференцировки эритроцитов – эритропоэз, подвержен нейрогуморальной регуляции. Для образования гемоглобина необходимы железо (суточная потребность 20-25 мг, содержание железа в организме достигает 4-5 г), витамины В₁₂ (2-5 мкг) и фолиевая кислота (100-200 мкг, для синтеза нуклеиновых кислот), витамин С (50-100 мг, для всасывания железа), витамин В₆ (2-3 мг, для синтеза гема), витамин В₂ (2-4 мг, для образования стромы эритроцита), витамин Е (для антиоксидантной защиты фосфолипидов мембран), пантотеновая и никотиновая кислоты (10 мг, для синтеза фосфолипидов мембран), а также микроэлементы – медь, никель, кобальт, цинк, селен. Нормальный (эффективный) эритропоэз требует для своего осуществления полноценный белок, содержащий незаменимые кислоты, особенно лизин, гистидин, лейцин и триптофан.