Характеристика формених елементів крові

Еритроцити (від грец. erythros – червоний) – червоні кров’яні клітини крові. Основною функцією є перенесення кисню від легень до тканин і вуглекислого газу від тканин до легень. Переносять також адсорбовані на їх поверхні поживні речовини у вигляді амінокислотних залишків, біологічно активні речовини, обмінюються ліпідами з плазмою крові. Беруть участь у регуляції кислотно-лужної рівноваги організму, йонної рівноваги плазми, підтримують ізотонію крові і тканин.

В 1 мм³ (1 мкл) крові знаходиться в нормі 4-5,5 млн. (в середньому 4,24·10⁶ еритроцитів). В крові жінок міститься 4,5·10¹² еритроцитів на 1 л крові, чоловіків – 5,0·10¹². Місцем їх утворення є, в основному, кістковий мозок, а також селезінка і печінка.

Діаметр окремого еритроцита 7,2-7,5 мкм, товщина – 2,2 мкм, об’єм – близько 90мкм³. Зрілі еритроцити ссавців і людини не мають ядра, мають форму двовігнутого диску (за виключенням еритроцитів верблюда). Така форма не тільки збільшує поверхню клітини, але і сприяє більш швидкій і рівномірній дифузії газів через клітинну мембрану. Зникнення ядра призвело до того, що еритроцит потребує в 200 разів менше кисню, ніж його попередники (еритробласти, нормобласти). Забезпечуючи киснем весь організм, еритроцити для своїх потреб використовують надзвичайно малу кількість кисню. Еритроцити є дуже еластичними, вони легко проходять по капілярах, які мають вдвічі менший діаметр.

Еритроцит складається з однорідної цитоплазми, що містить гемоглобін. Органели відсутні. Клітинна мембрана складається із 4 шарів. Зовнішній шар утворений глікопротеїнами і містить комплекси кінцевих відділів групових антигенів. Середні два утворюють класичну мембрану. Внутрішній шар складається з білків, з якими зв’язані молекули гліколітичних ферментів та гемоглобіну. Мембрана еритроцита володіє вибірковою проникністю: проходять гази, вода, катіони Н⁺, аніони ОН^-, Cl^-, НСО₃^-; малопроникна для глюкози, сечовини, катіонів К⁺ і Nа⁺; майже не проходять більшість катіонів; абсолютно не проникна для білків. Сухий залишок еритроцитів містить близько 95% гемоглобіну, решта – ліпіди, вуглеводи, солі, ферменти. Еритроцити мають незначне клітинне дихання і яскраво виражений гліколіз (на 1 мл клітин протягом 1 год. утворюється 300-700 мг молочної кислоти). Метаболізм глюкози в еритроцитах представлений анаеробним гліколізом і пентозофосфатним шляхом катаболізму (рис. 14.1). Еритроцити характеризуються високим вмістом фосфорних ефірів тіаміну – 0,00001%.

Рис. 14.1. Метаболізм еритроцитів

Еритроцити постійно утворюються і руйнуються. Середня тривалість життя еритроцитів у людини 100-120 діб, у собаки – 107, у кроля – 68 діб. За добу руйнується 1% еритроцитів. Руйнування еритроцитів відбувається трьома шляхами:

− фрагментоз − руйнування еритроцитів внаслідок механічної травматизації при циркуляції по судинах (гинуть молоді еритроцити, які тільки вийшли з кісткового мозку. Таким чином організм проводить селекцію механічно неповноцінних еритроцитів);

− фагоцитоз клітинами мононуклеарної фагоцитарної системи (ці клітини зосереджені у печінці і селезінці);

− гемоліз − пошкодження мембрани еритроцитів в результаті старіння, при дії різних токсичних факторів, при зниженні осмотичного тиску, що відбувається безпосередньо в циркулюючій крові. Гемоглобін та інші високомолекулярні компоненти еритроцитів виходять в плазму. Кров після гемолізу являє собою прозору рідину червоного кольору.

Швидкість утворення еритроцитів зростає під дією будь-якого фактору, який призводить до недостачі кисню в тканинах. Процес дозрівання еритроцитів доволі складний. Він проходить кілька стадій: нормобластів, ретикулоцитів і т.д.

Загальна кількість еритроцитів, які циркулюють в крові дорослої людини, в нормі складає 25·10¹²-30·10¹². Цю сукупність еритроцитів всієї крові називають еритроном.

Лейкоцити (білі кров’яні клітини) − це повноцінні клітини з великим ядром, цитоплазмою і мітохондріями, високим вмістом нуклеїнових кислот. В них зосереджений увесь глікоген крові, який служить джерелом енергії при нестачі кисню, наприклад, в місцях запалення. Їх вміст в крові дорослої людини складає 4-10 тис. в 1 мм³.

Хімічний склад лейкоцитів досить різноманітний: азот, креатин, фосфор, сечова кислота, креатинін, цукри, ферменти, вітаміни, макро- і мікроелементи. При патологіях, особливо при лейкемії, вміст і співвідношення цих речовин змінюється.

Для лейкоцитів характерна висока активність ферментів, пов’язаних з діяльністю лізосом: кислої та лужної фосфатаз, карбоксил естерази, ліпази, фосфоліпаз А і В та ін. У лейкоцитах виявлені ЦХО і цитохромпероксидаза, вітаміни, багато макро- та мікроелементів. Вміст усіх цих речовин змінюється при патології, особливо при лейкозах.

Залежно від структури цитоплазми лейкоцити поділяються на:

− гранулоцити − складають 72% всіх лейкоцитів. В свою чергу поділяються на базофіли (фарбуються основними барвниками), еозинофіли (фарбуються кислими барвниками), нейтрофіли (сприймають кислі та основні барвники). Базофіли продукують гепарин, утворюють імунні комплекси з глобулінами крові, завдяки яким з гранул вивільняється гістамін. Нейтрофіли залежно від форми ядра поділяються на юні (ядро округле), паличкоядерні (ядро у вигляді палички або підкови), сегментоядерні (ядро поділене на кілька сегментів). Нейтрофіли є найбільш важливими функціональними елементами неспецифічного захисту крові, які здатні знешкоджувати чужорідні тіла. Вони накопичуються в місцях пошкодження тканин чи проникнення мікробів, захоплюють і перетравлюють їх. Крім того, вони здатні виділяти або адсорбувати на своїй мембрані антитіла.

Гранулоцити утворюються в червоному кістковому мозку. Час дозрівання гранулоцитів становить 8-10 діб, тривалість перебування в судинах – від 10 до 15 діб.

− агранулоцити представлені лімфоцитами та моноцитами. Лімфоцити утворюються в лімфатичній тканині. Містять велике ядро, оточене цитоплазмою. Лімфоцити поділяються на підвиди:

− Т-лімфоцити – містять специфічні рецептори, які здатні диференціювати власні та чужорідні білки. За допомогою ферментів Т-лімфоцити здатні самостійно руйнувати чужорідні білкові тіла: бактерії, віруси, клітини трансплантованих тканин. Поділяються на хелпери або помічники (взаємодіють з В-лімфоцитами, перетворюючи їх на плазматичні клітини), кілери або вбивці (клітини, що безпосередньо здійснюють реакції клітинного імунітету), супресори або пригнічувачі (блокують надмірні реакції В-лімфоцитів і підтримують стале співвідношення різних форм лімфоцитів);

− В-лімфоцити − виробляють специфічні антитіла, які нейтралізують і зв’язують чужорідні білки, готуючи їх до фагоцитозу. Основна їх функція – створення гуморального імунітету. В-лімфоцити дуже специфічні: кожна їх група (клон) реагує лише з одним антигеном і відповідає за утворення антитіл лише проти нього. В-лімфоцити поділяються на В₁-клітини (утворюють антитіла до чужорідних полісахаридів), В₂-клітини (за участю Т-хелперів створюють гуморальний імунітет проти чужорідних білків), В₃-клітини або К-клітини (володіють цитотоксичною активністю, тобто є В-кілерами);

− нульові лімфоцити – частина лімфоїдних клітин, що не проходить диференціацію в органах імунної системи і які при необхідності можуть перетворюватися у Т- та В-лімфоцити.

Лімфоцити є центральною ланкою імунної системи, але, крім того, вони приймають участь в процесах клітинного росту, диференціації, регенерації клітин; переносять макромолекули інформаційних білків.

Руйнування та утворення лейкоцитів відбувається безперервно, тривалість життя складає від кількох годин до кількох діб (за виключенням лімфоцитів, частина яких живе на протязі всього життя людини).

Моноцити – найбільші клітини крові (діаметр – 12-20 мкм), мають округлу форму з добре вираженою цитоплазмою. Місцем утворення є червоний кістковий мозок, лімфатичні вузли, сполучна тканина. Здатні до амебоїдного руху. Характеризуються найвищою фагоцитарною, а також бактерицидною активністю. Фагоцитують до 100 мікробів, тоді як нейтрофіли – лише 20-30. Складають 2-10% всіх лейкоцитів.

Моноцити є центральною ланкою мононуклеарної системи. Після міграції у тканини вони перетворюються у макрофаги. Крім фагоцитозу макрофаги приймають участь у формуванні специфічного імунітету. Поглинаючи чужорідні речовини вони переробляють їх і переводять в особливу сполуку – імуноген, який спільно з лімфоцитами формує специфічну імунну відповідь.

Макрофаги приймають участь у процесах запалення та регенерації, в обміні ліпідів і заліза, володіють протипухлинною та противірусною дією. Ці властивості пов’язані із секрецією лізоциму, інтерферону, еластази, колагенази, активатора плазміногену, фіброгенного фактора, який посилює синтез колагену і прискорює формування фіброзної тканини.

Тромбоцити (кров’яні пластинки) − опуклі клітини неправильної округлої форми діаметром 1-4 мкм. У ссавців тромбоцити не мають ядер. Утворюються з цитоплазми мегакаріоцитів кісткового мозку. З однієї такої клітини утворюється 3000-4000 кровʼяних пластинок. Тривалість життя − 8-12 діб. Кількість тромбоцитів у людини складає 180-320 тис. на 1 мкл крові. Функції тромбоцитів різноманітні і визначаються їх специфічними властивостями (здатністю до аглютинації, адгезивності, утворення псевдоподій). Тромбоцити характеризуються рухливістю і здатністю продукувати і виділяти ферменти, що беруть участь у всіх етапах згортання крові.

Тромбоцити багаті на білок, ліпіди, містять велику кількість серотоніну та гістаміну, адреналін, норадреналін, лізоцим а також фосфатиди, холестерин, глікоген та близько 11 факторів згортання крові. У сухому залишку тромбоцитів містяться Натрій, Калій, Кальцій, Магній, Купрум, Ферум і Манган. Тромбоцити характеризуються значним вмістом АТФ, високою активністю АТФ-ази, функцію якої виконує тромбостенін.

В тромбоцитах виявлено багато специфічних сполук, які приймають участь у згортанні крові – це тромбоцитарні (пластиночні) фактори. Вони можуть накопичуватися в клітині, завдяки чому в ділянці ушкодження судини швидко концентрується значна їх кількість. Фактори тромбоцитів позначають арабськими цифрами (в іноземній літературі – літерою Р, від слова plastes – пластинка).

Фактор 1 (Р₁) – аналог фактору V плазми.

Фактор 2 (Р₂) – фібринопластичний фактор – акцелератор тромбіну.

Фактор 3 (Р₃) – тромбоцитарний тромбопластин. Являє собою фосфоліпід, що міститься в мембрані тромбоцитів та їх гранул. Звільняється після руйнування тромбоцитів та використовується в І фазі згортання крові.

Фактор 4 (Р₄) − антигепариновий – зв’язує гепарин і прискорює процеси гемокоагуляції.

Фактор 5 (Р₅) – згортаючий або фібриноген, визначає адгезію та агрегацію тромбоцитів.

Фактор 6 (Р₆) – тромбостенін – забезпечує ущільнення і скорочення кровʼяного згустка, яке відбувається за рахунок АТФ.

Фактор 7 (Р₇) – антифібринолітичний, інгібітор плазміну.

Фактор 8 (Р₈) – активатор фібринолізину.

Фактор 9 (Р₉) – фібринстабілізувальний, ідентичний фактору ХІІІ плазми.

Фактор 10 (Р₁₀) – судинозвужуючий – серотонін, який адсорбується тромбоцитами з крові. Звужує пошкодженні судини і зменшує крововтрату.

Фактор 11 (Р₁₁) – фактор агрегації – за хімічною природою це АДФ – забезпечує скупчення тромбоцитів у пошкодженій судині. Це ж завдання виконує і тромбоксан – стимулятор агрегації. В ендотелії судин міститься простациклін – інгібітор агрегації. Баланс між тромбоксаном та простацикліном визначає скупчення кровʼяних пластинок.

Тромбоцити також здійснюють транспорт креаторних речовин, важливих для збереження структури судинної стінки.

Дихальна функція крові

Дихальна функція крові полягає в перенесенні кисню від альвеол легень до тканин і органів та перенесенні вуглекислого газу у зворотному напрямку.

Кров щоденно переносить приблизно 600 л кисню та 480 л вуглекислого газу. При вдиху в повітрі міститься 20,96% кисню і 0,04% вуглекислого газу, у видихуваному повітрі вміст кисню складає 15,5-16,3%; вуглекислого газу – 4,1-4,5%.

Кров здійснює свою дихальну функцію завдяки наявності в ній гемоглобіну. У крові дорослої людини 96% усього гемоглобіну еритроцитів складає гемоглобін дорослих – HbA₁. Молекула цього гемоглобіну містить два α- та два β-ланцюги, кожен із яких зв’язаний з гемом. Отже, молекула гемоглобіну має чотири геми, до яких можуть приєднуватися чотири молекули кисню:

+О₂ +О₂ +О₂ +О₂

Нb НbO₂ Нb(O₂)₂ Нb(O₂)₃ Нb(O₂)₄

-О₂ -О₂ -О₂ -О₂

Унікальною особливістю зв’язування гемоглобіну киснем є позитивна кооперація між субодиницями, яка проявляється в збільшенні спорідненості Hb із кожною наступною молекулою О₂. Приєднання молекули О₂ до першої субодиниці гемоглобіну внаслідок конформаційних змін третинної структури підвищує здатність гемопротеїну до взаємодії з подальшими трьома молекулами кисню. Спорідненість Hb до четвертої молекули О₂ майже у 300 разів вища, ніж до першої.

Завдяки здатності приєднувати кисень при високому парціальному тиску і віддавати при низькому, молекула гемоглобіну виконує свою основну фізіологічну функцію транспортера кисню, приєднуючи його в легеневих капілярах (рО₂ дорівнює 90-100 мм рт. ст.) та віддаючи тканинам у венозних капілярах, де парціальний тиск кисню різко знижений (25-40 мм рт. ст.).

Тиск кисню в повітрі складає 20,3 кПа. Кисень, який дифундує через стінки епітелію, сполучається з гемоглобіном, утворюючи оксигемоглобін – HbO₂. Оксигемоглобін у складі артеріальної крові надходить у органи і тканини, де створюються оптимальні умови для газообміну.

В альвеолярному повітрі тиск кисню становить 14,7 кПа, в тканинах він зменшується до 5,3 кПа, в міжклітинній рідині – до 0,7-2,7 кПа. Внаслідок зменшення тиску оксигемоглобін розпадається на гемоглобін і кисень. Кисень дифундує в клітини і використовується для клітинного дихання. Гемоглобін в тканинах легко приєднує вуглекислий газ, перетворюючись у карбгемоглобін, який в капілярах легень розпадається і СО₂ виділяється в навколишнє середовище.

Здатність гемоглобіну зв’язувати кисень (ступінь оксигенації гемоглобіну) залежить від різних факторів:

− кількості в еритроцитах 2,3-дифосфогліцерату – метаболіту, який має каталітичне значення для гліколізу і міститься в еритроцитах у концентрації 5 мМ, що наближується до еквімолекулярної концентрації з гемоглобіном. Молекула 2,3-дифосфогліцерату здатна проникати в центральну частину молекули Hb, що призводить до зниження спорідненості Hb до О₂. Кількість 2,3-дифосфогліцерату збільшується при зниженні напруги кисню у крові;

− значення рН − при збільшенні концентрації Н⁺ і СО₂ спорідненість Hb до О₂ знижується. В тканинних капілярах рН нижче (надходить велика кількість вуглекислого газу), в зв’язку з чим гемоглобін легко віддає кисень. В легенях вуглекислий газ виділяється, рН підвищується і гемоглобін приєднує кисень;

− температури – із збільшенням температури зменшується спорідненість гемоглобіну до кисню. В тканинах, де інтенсивно протікають процеси обміну речовин, температура підвищується, що призводить до посилення дисоціації оксигемоглобіну. Зниження температури викликає зворотні явища;

− виду Hb. Гемоглобін крові плоду (HbF) володіє вищою спорідненістю до кисню ніж гемоглобін дорослих (HbA).

Вивільненню кисню з оксигемоглобіну в периферійних тканинах значною мірою сприяє градієнт його парціального тиску в напрямку альвеоли (100 мм рт. ст.) → артеріальна кров (90 мм рт. ст.) → венозна кров (40 мм рт. ст.) → мітохондрії клітин (0-5 мм рт. ст.). Використання кисню в цитохромоксидазній реакції створює в мітохондріях «кисневий вакуум» (А.Я.Николаев, 1998), завдяки якому клітини всмоктують атмосферний кисень.

Крім транспорту молекул О₂ від легенів до капілярів периферійних тканин, гемоглобін відіграє важливу роль у переносі від тканин до легенів СО₂, який утворюється в клітинах у реакціях декарбоксилування. За добу у фізіологічних умовах виводиться 300-600 л СО₂. Вуглекислий газ, що надходить у кров через стінки тканинних капілярів, частково безпосередньо розчиняється у плазмі (в такій формі транспортується приблизно 6% СО₂), але більша його частина переноситься у вигляді гідрокарбонатів, які утворюються внаслідок гідратації СО₂ і дисоціації карбонатної кислоти:

СО₂ + Н₂О Н₂СО₃ → Н⁺ + НСО₃^-

Гідратація СО₂ дуже повільний процес, який відбувається в еритроцитах під дією ферменту карбоангідрази. Протони, які вивільняються при дисоціації карбонатної кислоти, зв’язуються специфічними амінокислотними залишками гемоглобіну. Це сприяє звільненню кисню з оксигемоглобіну (ефект Бора) в капілярах тканин. Аніони НСО₃^- виходять за градієнтом концентрації з еритроцитів у плазму, а замість них для збереження електронейтральності в еритроцити надходять йони Cl^-.

Коли венозна кров потрапляє в капіляри легень, О₂ дифундує в еритроцити, утворюється HbO₂, який як сильна кислота дисоціює, вивільняючи йони Н⁺. Гідрокарбонати плазми також надходять у еритроцити, взаємодіють із протонами, з карбонатної кислоти під дією карбоангідрази вивільняється СО₂, який дифундує в альвеолярне повітря. Переходу СО₂ з еритроцитів в альвеолярний простір сприяють градієнт парціального тиску СО₂ і висока дифузійна здатність (рис. 14.2).

Перенесення вуглекислого газу від тканин до легень здійснюється еритроцитами і у вигляді карбамінової сполуки (карбгемоглобіну). Карбгемоглобін утворюється за допомогою вільних N-кінцевих α-аміногруп глобіну і СО₂:

Hb–NH₂ + СО₂ Hb–NH–СОО^- + Н⁺

Реакція зворотна і в капілярах тканин внаслідок високого рСО₂ відбувається зліва направо, а в легенях – у зворотному напрямку. У вигляді карбгемоглобіну переноситься незначна кількість СО₂.

Рис. 14.2. Перенесення О₂ і СО₂ з участю гемоглобіну еритроцитів (КА – карбоангідраза)

Здатність крові зв’язувати кисень називають кисневою ємністю крові (КЄК). КЄК – це та кількість кисню, яка зв’язується 100 мл крові при умові повного переходу гемоглобіну в оксигемоглобін. При вмісті в крові 140 г/л гемоглобіну КЄК складає 187,6 мл (1 г гемоглобіну здатний приєднати 1,34 мл кисню). В артеріальній крові вміст кисню менший (на 3-4%) КЄК. В нормі 1 л артеріальної крові містить 180-200 мл кисню. Венозна кров у стані спокою містить біля 120 мл/л кисню. Таким чином, протікаючи по тканинних капілярах, кров віддає не весь кисень. Частина кисню, що поглинається тканинами з артеріальної крові, називається коефіцієнтом утилізації кисню. В стані спокою коефіцієнт утилізації кисню коливається від 30 до 40%, при важкій м’язовій роботі – до 50%. Зменшення КЄК призводить до гіпоксії.

Гіпоксія (кисневе голодування) −стан, який виникає при недостатньому забезпеченні тканин організму киснем або порушенні його утилізації в процесі біологічного окиснення. При недостатньому надходженні кисню в тканини спостерігається навіть аноксія – припинення дихання.

Різні види гіпоксії спостерігаються: при підйомі на висоту (гірська хвороба); при порушенні проходжуваності дихальних шляхів (запальний процес, чужорідні тіла, спазм); зменшення дихальної поверхні легень (набряк легень, пневмонія); при порушеннях кровообігу, які призводять до недостатнього забезпечення органів і тканин киснем; при анеміях, внаслідок яких зменшується маса еритроцитів або різко падає вміст гемоглобіну в еритроцитах; при отруєннях чадним газом (утворення карбоксигемоглобіну); при генетично обумовлених аномаліях гемоглобіну; при порушенні здатності тканин поглинати кисень з крові (в результаті пригнічення біологічного окислення різними інгібіторами, порушення синтезу ферментів або пошкодження мембранних структур клітини).