Морфофункциональные особенности эритроцитов

Морфологические	Функциональные
· Отсутствие ядра   · Большое общее количество эритроцитов · Двояковогнутая форма эритроцита	· Увеличивает количество гемоглобина и объем переносимого О2 · Увеличивает общую диффузионную поверхность и увеличивает кислородную емкость крови · Увеличивает диффузионную поверхность, меняя соотношение поверхность/объем, · уменьшает диффузионное расстояние; · обеспечивает прохождение эритроцита через капилляр

К важным свойствам эритроцита также относится большая способность к обратимой деформации. Проходя через узкие изогнутые капилляры, эритроциты деформируются, меняют ориентацию (рис. 5).

Рис. 5. Деформация эритроцитов в капилляре в случае, когда его диаметр меньше диаметра эритроцитов.

Вследствие пластичности эритроцитов относительная вязкость крови в мелких сосудах значительно меньше, чем в сосудах с диаметром более 7,5 мкм. Такая пластичность эритроцитов зависит, главным образом, от баланса фосфолипидов и холестерина мембраны, а также от свойств цитоскелета (трубочек и микрофиламентов) в эритроцитах.

По мере старения эритроцит становится более «жёстким», что существенным образом сказывается на процессах микроциркуляции, способствуя образованию тромбов.

В физиологических условиях и патологии количество эритроцитов может увеличиваться (эритроцитоз) или уменьшаться (эритропения).

Основным фактором, стимулирующим синтез кровеобразующих клеток по эритроидному пути, является гормон эритропоэтин, который образуется в почках под действием продуктов разрушения эритроцитов и кислородной недостаточности – гипоксии, приводящей к стимуляции факторов, индуцированных гипоксий (HIF), запускающих целый комплекс изменений, включая стимуляцию продукции эритропоэтина, ангиогенеза, всасывания железа, а также изменение тонуса сосудов (рис.6).

Рис. 6 Факторы, стимулирующие эритропоэз

Эритропоэтин (ЭПО).

ЭПО продуцируется клетками почек (в эмбриогенезе также и в печени), стимулируется тканевой гипоксией. ЭПО кодируется геном в 7 хромосоме и имеет молекулярный вес 1,8 кД (34-39 кД в гликозилированной форме). Он способствует пролиферации и дифференцировке эритропоэтических клеток из клеток-предшественниц. Нормальный уровень ЭПО в сыворотке 4-26 МЕ/мл. Действие ЭПО зависит от наличия адекватного числа клеток-предшественниц, доступности железа и кофакторов (фолаты, витамин В12) для синтеза гема и глобина, и подходящего микроокружения для развития эритроидного ростка. Концентрация ЭПО обратно пропорциональна концентрации Нб, колеблясь от 10 МЕ/мл при отсутствии анемии до 10000 мЕ/мл при тяжелых анемиях. В ответ на стимуляцию эритропоэтином после кровопотери, костномозговая продукция эритроцитов может возрастать 3-5-кратно при наличии достаточного количества железа; в случае тяжелых гемолитических состояний, продукция может увеличиваться 7-8-кратно вследствие более эффективного поглощения железа из разрушенных клеток. Наибольшее количество рецепторов ЭПО находится на CFU-E (предшественнице проэритробласта).

Главное место продукции ЭПО – почки, хотя транскрипция гена ЭПО наблюдается и в печени, как и во многих других тканях (например, мозг).

Идею гормональной регуляции эритропоэза высказали Carnot и Deflandre в 1906. Аллан Эрслев (1919-2003) представил в 1953 году окончательное доказательство существования эритропоэтина, переливая большие количества плазмы от анемичных кроликов – здоровым, что сопровождалось увеличением количества ретикулоцитов. Он же высказал мысль, что обнаружение и выделение этого фактора может быть полезно для лечения состояний сниженного эритропоэза при хронических инфекциях и хронических болезнях почек.

Действие эритропоэтина опосредуется эритропоэтиновыми рецепторами (ЭПО-R), являющимися разновидностью тирозинкиназных рецепторов. Взаимодействие ЭПО с ЭПО-R приводит к:

1) стимуляции деления эритроидных клеток;

2) дифференцировке эритроцитов вследствие экспрессии эритроид-специфических белков;

3) предотвращению апоптоза (запрограммированной гибели) клеток-предшественниц эритропоэза;

Связывание ЭПО с ЭПО-R обеспечивает дальнейший специфический каскад реакций, приводя к фосфорилированию особых белков-регуляторов транскрипции (STAT-белки) и далее – к вышеуказанным эффектам.

ГЕМОГЛОБИН

Основные кислородтранспортные функции эритроцитов обусловлены наличием в их составе гемоглобина (Hb).Молекула Hb — тетрамер, состоящий из 4 субъединиц — полипептидных цепей глобина, каждая из которых ковалентно связана с одной молекулой гема. Гем построен из 4 молекул пиррола, образующих порфириновое кольцо, в центре которого находится атом железа (Fe²⁺). Основная функция Hb — перенос O₂. Существует несколько типов Hb, образующихся на разных сроках развития организма, различающихся строением глобиновых цепей и сродством к кислороду.

Глобину всех животных и человека разный. Он состоит из 4 цепей – доменов. Например, гемоглобин Fсостоит из двух α-цепей и двух γ- цепей, гемоглобин А из двух α-цепей и двух β-цепей, а гемоглобин А₂ – из двух α-цепей и двух δ-цепей. Каждая цепь отличается друг от друга количеством аминокислотных остатков. Всего глобин содержит 574 аминокислотных остатков.

В процессе онтогенеза характер цепей, образующих молекулу гемоглобина, меняется, это лежит в основе образования новых видов (форм) гемоглобина.

Виды гемоглобина

Название молекулы	Обозначение	Состав цепей глобина	Образование
Примитивный: Hb Gower I Hb Gower II Hb Portland	HbP	ζ2ε2 α2ε2 ζ2γ2	Синтезируется в мегалобластах желточного мешка до 10-12 нед.
Фетальный (от лат. fetus - зародыш)	HbF	α2γ2	Синтезируется макроцитами в печени с 5 нед.; с 12 нед. - в красном костном мозге.
Взрослый (от англ. adult - взрослый)	HbA HbA2	α2β2 α2δ2	К моменту рождения составляет HbA - 20-40%, HbA2 - 0,02%

В крови взрослого человека содержится, главным образом, HbA (95 - 98%), незначительное количество HbA₂ (1 - 2%) и иногда HbF (до 1%). Особой формой является миоглобин, содержащийся в мышечной ткани.

Все виды гемоглобина обладают способностью образовывать соединения с О₂, СО_2, СО и сильными окислителями типа ферроцианида калия, бертолетовой солью, перекиси водорода и др.

Сложная молекула гемоглобина иногда подвергается нарушениям, связанным с заменами тех или иных аминокислот на другие, что ведёт к синтезу дефектных гемоглобинов. Примером такого патологического гемоглобина является, например, HbS при серповидно-клеточной анемии, HbG (San Jose) или HbM (Milwaukee). Нарушение синтеза цепей гемоглобина ведёт к состояниям, называемым талассемии.

Соединения гемоглобина

Нормальные	Оксигемоглобин	HbO2
	Дезоксигемоглобин	Hb
	Карбогемоглобин	HbCO2
	Нитрозогемоглобин	HbNO
Патологические	Карбоксигемоглобин	HbCO
	Метгемоглобин	MetHb
	Гликированный гемоглобин

При патологии, в том числе в результате экологических воздействий и бытовых факторов, например, при курении, в крови появляются прочные соединения гемоглобина с угарным газом (карбоксигемоглобин), или гемоглобина с кислородом (метгемоглобин), у которого двухвалентное железо под влиянием сильных окислителей отдает электроны и становится трехвалентным.

Физиологическая роль гемоглобина - транспорт кислорода и СO₂. Гемоглобин - идеальный переносчик кислорода, так как легко присоединяет кислород и легко его отдает. Реакция между гемоглобином и кислородом, диффундировавшим из альвеол в капилляры легких, сопровождается переходом дезоксигемоглобина (Hb) в оксигенированный гемоглобин (HbO₂). В тканях, напротив, HbО₂ отдает кислород, диссоциируя на Hb и O₂.

Hb + O₂ « HbO₂

Направление реакции зависит от напряжения кислорода (рО₂), в легочных капиллярах, где парциальное давление кислорода высоко – происходит образование оксигемоглобина, а в капиллярах тканей, где напряжение кислорода ниже - оксигемоглобин диссоциирует и отдает кислород. Этот процесс диссоциации оксигемоглобина при снижении парциального давления кислорода носит название кривой диссоциации оксигемоглобина.

Рис. 7 Кривая диссоциации оксигемоглобина

На сродство кислорода к гемоглобину влияют различные метаболические факторы, что выражается в виде смещения кривой диссоциации влево или вправо, за счёт этого осуществляется автоматическая подстройка деоксигенации гемоглобина к метаболическим потребностям организма.

Почти весь миоглобин переходит в оксигенированную форму при рО₂ – 40 мм. рт. ст.; в то время как HbA полностью насыщается кислородом только при рО₂ = 100 мм рт. ст. Это значит, что HbA присоединяет кислород менее интенсивно, чем миоглобин, но зато его диссоциация в тканях начинается при более высоком напряжении кислорода. В венозной крови при рО₂ - 40 мм рт. ст. 33 % HbО₂ оказывается диссоциированным на Hb и О₂, в то время как миоглобин такое же количество кислорода отдает только при падении рО₂ до 5 мм. рт. ст.

Фетальный гемоглобин обладает более высоким сродством к кислороду, чем HbA, о чем свидетельствует сдвиг кривой диссоциации HbF влево по сравнению с HbA. Фетальный гемоглобин имеет высокий процент насыщения в условиях с пониженным парциальным давлением кислорода, при том же рО₂ связывает больше кислорода.

Цветовой показатель

Цветовой показатель (ЦП), или фарб - индекс (Fi) - относительная величина, которая дает представление о содержании гемоглобина (Hb) в отдельном эритроците (Эр) по сравнению со стандартом.

Стандарт вычисляется следующим образом. Содержание Hb в одном Эр равно частному от деления количества Hb на количество Э.

Если за нормальное количество гемоглобина принять 166,7 г/л, а эритроцитов - 5´10¹²/л, то содержание Hb в одном Э = = 33 пикограмма/л = 1.

Таким образом, 33 пг/л условно принимается за единицу.

Формула, выражающая отношение стандартной величины ( ) к содержанию этих же показателей в исследуемой крови (например, ) после ряда преобразований, имеет следующий вид:

Hb г/л ´ 3

ЦП = ______________________________________

2 первые цифры числа эритроцитов ´ 10

В нашем примере:

118 г/л ´ 3

ЦП = __________= 0,9

39´10

В норме ЦП колеблется в пределах 0,75 – 1,0 и очень редко может достигать 1,1. В этом случае эритроциты называются нормохромными.

Цветовой показатель используется в клинической практике для дифференциального диагноза анемий. Большинство анемий сопровождается гипохромией(уменьшением количества Hb в Эр), ЦП при этом будет меньше 0,75. Гипохромия наступает либо в результате уменьшения размеров Эр, либо в результате уменьшения количества гемоглобина (при анемиях, вызванных кровопотерей, инфекцией и др.). Гиперхромия наблюдается при мегалобластных анемиях (дефицит витамина В12 и/или фолиевой кислоты); ЦП в этих случаях будет больше 1,1. Гиперхромия зависит исключительно от увеличения размеров эритроцитов. С этой же целью в современных анализаторах крови используются индексы, отражающие средний объём отдельного эритроцита (MCV – mean corpuscular volume), среднее содержание гемоглобина в эритроците (MCH – mean corpuscular hemoglobin), средняя концентрация гемоглобина в эритроците (MCHC – mean corpuscular hemoglobin concentration).

Нормальные значения:

MCV: 86-98 фл

MCH: 28-33 пг в клетке

MCHC: 32-36 г/дл.

Особенности эритроцитов новорождённых:

1) Продолжительность жизни эритроцитов составляет 60-70 дней (у недоношенных – 35-55 дней);

2) Большое число эритроцитов с аномальными формами;

3) Большое количество сфингомиелина в мембране при снижении уровня лецитина;

4) Слабая экспрессия антигенов групп крови АВО и Lewis.

5) Снижение способности к деформации мембраны.

6) Тенденция к образованию метгемоглобина вследствие сниженной активности метгемоглобин-редуктазы.

7) Увеличение среднего объёма отдельного эритроцита (MCV) – до 120-130 фл.

ЛЕЙКОЦИТЫ

Лейкоциты, или белые (бесцветные) кровяные тельца с ядрами, не содержащие гемоглобина. В отличие от эритроцитов, число которых в крови здорового человека относительно постоянно, численность лейкоцитов значительно колеблется в зависимости от времени суток и функционального состояния человека (рис.8), (рис.9).

Виды физиологического лейкоцитоза:

1) пищеварительный,

2) миогенный,

3) эмоциональный,

4) при болевых воздействиях.

Рис.8 Изменения содержания лейкоцитов в крови

Признаки перераспределительного лейкоцитоза:

¨ небольшое увеличение числа лейкоцитов;

¨ отсутствие изменений лейкоформулы;

¨ кратковременность изменений.

Рис.9 Факторы, стимулирующие лейкопоэз

Лейкоциты — ядерные клетки шаровидной формы. В цитоплазме лейкоцитов находятся гранулы. В зависимости от типа гранул, лейкоциты подразделяют на гранулоциты (зернистые) и агранулоциты (незернистые).Гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) содержат специфические (вторичные) и азурофильные (лизосомы) гранулы.Агранулоциты (моноциты, лимфоциты) содержат только азурофильные гранулы.Ядро. Гранулоциты имеют дольчатое ядро разнообразной формы, отсюда их коллективное название — полиморфноядерные лейкоциты. Лимфоциты и моноциты имеют недольчатое ядро, это — мононуклеарные лейкоциты. Лейкоциты используют кровоток как средство пассивного транспорта. Лейкоциты имеют сократительные белки (актин, миозин) и способны к активному перемещению, что позволяет им выходить из кровеносных сосудов, проникая между эндотелиальными клетками (диапедез) и разрушая секретируемыми ими ферментами базальную мембрану эндотелия. Направленную миграцию лейкоцитов (хемокинез, хемотаксис) контролируют различные вещества (в том числе хемоаттрактанты).

Число лейкоцитов в крови. В 1 л крови взрослого здорового человека содержится 4 – 9×10⁹ лейкоцитов. Изменяющаяся потребность в отдельных типах лейкоцитов отражается в увеличении (лейкоцитоз) или уменьшении (лейкопения) количества лейкоцитов в единице объёма циркулирующей крови. Например, при острых бактериальных инфекциях в крови увеличивается число нейтрофилов (нейтрофильный лейкоцитоз). При вирусных и хронических инфекциях происходит увеличение числа лимфоцитов (лимфоцитоз), при паразитарных инфекциях наблюдается эозинофилия.