Клеточные основы гемического дыхания

Эритропоэз

Эритрон — сложная клеточная система, выполняющая высокоспециализированную функцию транспорта 0₂ из альвеолярного воздуха в ткани.

Система эритрона включает в себя следующие категории клеток:

• — ядросодержащие эритроидные клетки костного мозга;
• — ретикулоциты костного мозга;
• — ретикулоциты крови;
• — зрелые эритроциты.

Важнейшая роль в обновлении клеточных структур эритрона принадлежит тканям красного костного мозга. Эритроидный росток костного мозга поддерживает на постоянном уровне популяцию в 25−10¹² циркулирующих эритроцитов, которые содержат 750 г гемоглобина. Тем не менее в костном мозге находится лишь 6% клеток эритрона, а 94% — в циркулирующей крови.

Первые примитивные клетки эритропоэза обнаруживаются в желточном мешке уже в конце второй недели развития эмбриона. Кроветворение начинается в желточном мешке из клеток мезенхимы одновременно с развитием сосудов (ангиобластический период). Мезенхимные клетки преобразуются в первичные клетки крови.

Первичные гемогистиобласты являются крупными округлыми клетками с базофильной цитоплазмой и хорошо заметными глыбками хроматина в ядре. Эти клетки усиленно пролиферируют и превращаются в мегалобласты (первичные эритробласты). Незначительная часть гемогистиобластов остается в недифференцированном состоянии и дает в дальнейшем начало стволовым клеткам-предшественникам (гемоцитобластам) — родоначальным элементам всех последующих клеток крови (рис. 1.1). Из этих клеток еще в сосудах желточного мешка развиваются вторичные эритробласты.

На 4—5-й неделе происходит атрофия желточного мешка и местом образования кровяных клеток становятся печень, костный мозг и лимфатические узлы. Печень у эмбриона закладывается на 3—4-й неделе путем врастания железистого эпителия двенадцатиперстной кишки в мезенхимную ткань. Примерно к 5-й неделе развития в печени начинается образование клеток крови. Эмбриональная печень, по-видимому, является местом «чистого» эритропоэза и в период от 3 до 4 мес. внутриутробного развития эритроидные предшественники составляют приблизительно 50% всех ядросодержащих клеток этого органа. Печень — главный орган эритропоэза от 3 до 6 мес. внутриутробного развития, продолжает вырабатывать эритроциты в первую неделю после рождения. Источником кроветворения в печени являются ретикулоциты мезенхимы, из которых дифференцируются гемогистиобласты, образующие мегалобласты.

Миелоидный гемопоэз начинается к 12-й неделе внутриутробного развития, когда происходит закладка красного костного мозга и селезенки, активно участвующих в кроветворении. Во время последнего триместра внутриутробного развития костный мозг является главным местом образования клеток крови. Количество костномозговых клеток становится максимальным примерно к 30 неделям внутриутробного развития, хотя объем костномозговой ткани продолжает увеличиваться до разрешения беременности.

Рис. 1.1. Схема клеточной дифференцировки раннего эритропоэза

К концу внутриутробного периода кроветворение в печени прекращается и красный костный мозг остается единственным органом, где происходит эритрои миелопоэз на протяжении всей последующей жизни (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Стадии эритропоэза.

Если на ранних стадиях эмбрионального развития (до 12 недель) преобладают первичные эритробласты, то к 20—25-й неделе содержание нормобластов значительно возрастает. Нормобластический эритропоэз начинается приблизительно с 6-й недели гестации и к 10-й неделе он составляет уже более 90% всех эритроидных клеток.

На 5-м месяце внутриутробного развития в связи с накоплением в печени плода гемопоэтических веществ, поступающих из материнского организма, мегалобластическое кроветворение окончательно сменяется нормобластическим. Этот тип эритропоэза является единственным физиологическим типом кроветворения в постнатальном периоде.

Основными клетками, участвующими в нормобластических эритропоэтических процессах, являются пронормобласты, нормобласты и нормоциты. Предшественником этого типа кроветворения являются проэритробласты.

Проэритробласт, составляющий краеугольный камень в эритропоэзе, запрограммирован как для пролиферации, так и для синтеза, упаковки и защиты молекул гемоглобина. Из одного проэритробласта, имеющего объем около 900 мкм³, путем последовательной трансформации образуются 8—16 эритроцитов, содержащих до 400−10⁹ молекул гемоглобина в каждой клетке объемом примерно 90 мкм³. Это большая клетка диаметром 20—25 мкм с круглым ядром, занимающим ¾ клетки и базофильной цитоплазмой. Проэритробласты в течение.

3—5 суток подвергаются дальнейшей дифференциации (созреванию) и последовательным 3—4 митотическим делениям, проходя через морфологически типичные стадии (базофильные и полихроматофильные клетки), превращаются в пронормоциты и затем в нормоциты.

Проэритробласт после деления теряет свои ядрышки и дает два базофильных пронормобласта (эритробласта) (диаметром 12—18 мкм) с интенсивно базофильной цитоплазмой и более конденсированным ядром (рис. 1.2).

Из базофильных пронормобластов в результате деления образуются полихроматофильные пронормобласты, в которых отчетливо накапливается гемоглобин. Полихроматофильные пронормобласты подвергаются последнему делению и превращаются в неделящиеся полихроматофильные нормобласты, созревающие в оксифильные (ортохромные) нормоциты.

Нормоцит — последняя стадия развития ядерной красной клетки, размеры 8—12 мкм. Нормоциты делят на базофильные, полихроматофтильные и оксифильные. На определенной стадии развития ядро нормоцитов, имеющее вначале радиальную структуру, становится плотным, пикнотическим и выталкивается путем внутриклеточной демаркации и внеклеточного давления.

Рис. 7.2 Схема клеточной дифференцировки позднего эритропоэза.

Таким образом, нормобласт превращается в нормоцит, т. е. типичный зрелый эритроцит.

Только что поступившие в общий кровоток нормоциты называют ретикулоцитами. Их название (reticulum — сеть) объясняется базофильной сеточкой, выявляющейся в эндоплазме при окраске бриллиантовокрезиловой синей. Период созревания от проэритробласта до ретикулоцита составляет примерно 120 ч, в среднем 24 ч на каждую стадию развития. Созревание ретикулоцитов начинается в костном мозге и заканчивается в циркулирующей крови и в селезенке, которая нормально секвестрирует некоторое количество незрелых ретикулоцитов.

Поскольку гемоглобин в эритроците не обновляется, а находится в клетке вплоть до ее гибели, следует отметить, что он становится преобладающей частью клеточных белков (95% сухой массы эритроцита).

В ретикулоцитах продолжается синтез гемоглобина еще в течение 3—4 суток (см. подпараграф 1.2.2.). В процессе созревания ретикулоцитов происходит дезагрегация полирибосом на отдельные рибосомы. Постепенно клетка освобождается от рибосом, утрачивает митохондрии, места связывания с трансферрином, и синтез гемоглобина прекращается.

Кроме способности синтезировать гем и глобин, ретикулоциты сохраняют биохимические свойства полноценных клеток, а именно: функционирующий цикл Кребса, процессы аэробного и анаэробного окисления, тканевое дыхание.

По мере старения эритроцит становится более плотным, но сохраняет свою гибкость и двояковогнутую форму при сохранении метаболических путей, ответственных за поддержание структуры и функций клетки на достаточно эффективном уровне. Снижение этого уровня, обусловленное постепенной утратой ферментов, которые вновь не синтезируются, приводит к ригидности эритроцитов, захвату их фагоцитирующими макрофагами и деструкции.