Механизмы реализации путей гибели клетки

Омский государственный педагогический университет Кафедра ботаники, цитологии и генетики дисциплина «Биология клетки»

Контрольная работа На тему По цитологии

" Механизмы реализации путей гибели клеток"

По гистологии

" Структурно-функциональная организация крови"

Работу выполнила студентка 6 курса химико-биологического факультета специальность «ООСиП»

Арапова Д. Ю.

Работу проверила д. б. н., профессор кафедры ботаники, цитологии и генетики Антонова Е. И.

Омск 2010

Содержание работы по цитологии

• 1. Функции крови
• 2. Структурно-функциональная организация крови
• 2.1 Межклеточное вещество — плазма
• 2.1 Форменные элементы крови — клетки
• 2.1.1 Гранулярные лейкоциты
• 2.2.2 Агранулярные лейкоциты
• 2.3 Постклеточные структуры
• 2.3.1 Эритроциты
• 2.3.2 Тромбоцитыкровяные пластинки
• 3. Иммунитет
• 4. Гемопоэз
• 4.1 Стволовые клетки крови

1. Функции крови

Объем крови взрослого мужчины составляет примерно 75 мл на килограмм веса тела; у взрослой женщины этот показатель равен примерно 66 мл. Соответственно общий объем крови у взрослого мужчины — в среднем около 5 л; более половины объема составляет плазма.

По характеристикам существующих форм и функциям, кровь представляет собой уникальный вид соединительной ткани. Она состоит из форменных элементов и межклеточного вещества — плазмы (рис.1).

К форменным элементам крови относятся:

1. клетки:

лимфоциты (Т, В, О, NK-типы);

моноциты.

2. постклеточные структуры:

эритроциты;

Тромбоцитыкровяные пластинки.

Красный цвет крови определяется наличием в эритроцитах красного пигмента гемоглобина.

Рис 1. Форменные элементы крови человека в мазке.

1 — эритроцит,

2 — сегментоядерный нейтрофильный гранулоцит,

3 — палочкоядерный нейтрофильный гранулоцит,

4 — юный нейтрофильный гранулоцит,

5 — эозинофильный гранулоцит, 6 — базофильный гранулоцит,

7 — большой лимфоцит,

8 — средний лимфоцит,

9 — малый лимфоцит,

10 — моноцит, 11 — тромбоциты (кровяные пластинки).

Свойства крови:

1. Относительная плотность крови — зависит от количества эритроцитов и белков.

2. Вязкость крови — обусловлена наличием в крови эритроцитов и в меньшей степени белков плазмы.

3. Осмотическое давление крови - сила, с которой растворитель переходит через полунепроницаемую мембрану из менее в более концентрированный раствор. Осмотическое давление крови вычисляют криоскопическим методом путем определения точки замерзания крови (депрессии), которая для нее равна 0,56 — 0,58 С. Осмотическое давление крови в среднем составляет 7,6 атм. Оно обусловлено растворенными в ней осмотически активными веществами, главным образом неорганическими электролитами, в значительно меньшей степени — белками. Около 60% осмотического давления создается солями натрия (NаСl).

Осмотическое давление определяет распределение воды между тканями и клетками. Растворы с более высоким осмотическим давлением, чем давление крови, называются гипертоническими, а имеющие более низкое давление — гипотоническими (рис 2.)

Рис. 2. Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления

4. Онкотическое давление крови - часть осмотического давления, создаваемого белками плазмы. Оно равно 0,03 — 0,04 атм, или 25 — 30 мм рт. ст. Онкотическое давление в основном обусловлено альбуминами. Вследствие малых размеров и высокой гидрофильности они обладают выраженной способностью притягивать к себе воду, за счет чего она удерживается в сосудистом русле, При снижении онкотического давления крови происходит выход воды из сосудов в интерстициальное пространство, что приводит к отеку тканей.

5. Кислотно-основное состояние крови (КОС). Активная реакция крови обусловлена соотношением водородных и гидроксильных ионов. Для определения активной реакции крови используют водородный показатель рН — концентрацию водородных ионов, которая выражается отрицательным десятичным логарифмом молярной концентрации ионов водорода. В норме рН — 7,36 (реакция слабоосновная); артериальной крови — 7,4; венозной — 7,35. При различных физиологических состояниях рН крови может изменяться от 7,3 до 7,5. Активная реакция крови является жесткой константой, обеспечивающей ферментативную деятельность. Крайние пределы рН крови, совместимые с жизнью, равны 7,0 — 7,8. Сдвиг реакции в кислую сторону называется ацидозом, который обусловливается увеличением в крови водородных ионов. Сдвиг реакции крови в щелочную сторону называется алкалозом. Это связано с увеличением концентрации гидроксильных ионов ОН и уменьшением концентрации водородных ионов.

В организме человека всегда имеются условия для сдвига активной реакции крови в сторону ацидоза или алкалоза, которые могут привести к изменению рН крови. В клетках тканей постоянно образуются кислые продукты. Накоплению кислых соединений способствует потребление белковой пищи. Напротив, при усиленном потреблении растительной пищи в кровь поступают основания. Поддержание постоянства рН крови является важной физиологической задачей и обеспечивается буферными системами крови. К буферным системам крови относятся гемоглобиновая, карбонатная, фосфатная и белковая.

6. Буферные системы нейтрализуют значительную часть поступающих в кровь кислот и щелочей, тем самым препятствуя сдвигу активной реакции крови.

Гемоглобиновая буферная система на 75% обеспечивает буферную емкость крови. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. Оксигемоглобин обычно бывает в виде калиевой соли. В капиллярах тканей в кровь поступает большое количество кислых продуктов распада. Одновременно в тканевых капиллярах при диссоциации оксигемоглобина происходит отдача кислорода и появление большого количества щелочно реагирующих солей гемоглобина, Последние взаимодействуют с кислыми продуктами распада, например угольной кислотой. В результате образуются бикарбонаты и восстановленный гемоглобин, В легочных капиллярах гемоглобин, отдавая ионы водорода, присоединяет кислород и становится сильной кислотой, которая связывает ионы калия. Ионы водорода используются для образования угольной кислоты, в дальнейшем выделяющейся из легких в виде Н₂О и СО₂.

Карбонатная буферная система по своей мощности занимает второе место. Она представлена угольной кислотой (Н₂СО₃) и бикарбонатом натрия или калия (NaНСО₃, КНСО₃) в пропорции 1/20. Если в кровь поступает кислота, более сильная, чем угольная, то в реакцию вступает, например, бикарбонат натрия. Образуются нейтральная соль и слабодиссоциированная угольная кислота. Угольная кислота под действием карбоангидразы эритроцитов распадается на Н₂О и СО₂, последний выделяется легкими в окружающую среду. Если в кровь поступает основание, то в реакцию вступает угольная кислота, образуя гидрокарбонат натрия и воду. Избыток бикарбоната натрия удаляется через почки. Бикарбонатный буфер широко используется для коррекции нарушений кислотно-основного состояния организма.

Фосфатная буферная система состоит из натрия дигидрофосфата (NаН₂РО₄) и натрия гидрофосфата (Nа₂НРО₄). Первое соединение обладает свойствами слабой кислоты и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами. Второе соединение имеет свойства слабой щелочи и вступает в реакцию с более сильными кислотами.

Белковая буферная система осуществляет роль нейтрализации кислот и щелочей благодаря амфотерным свойствам: в кислой среде белки плазмы ведут себя как основания, в основной — как кислоты.

7. Кровь состоит из жидкой части плазмы и взвешенных в ней форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. На долю форменных элементов приходится 40 — 45%, на долю плазмы — 55 — 60% от объема крови. Это соотношение получило название гематокритного соотношения, или гематокритного числа. Часто под гематокритным числом понимают только объем крови, приходящийся на долю форменных элементов.

8. В клинике имеет значение не только общее количество лейкоцитов, но и процентное соотношение всех видов лейкоцитов, получившее название лейкоцитарной формулы, или лейкограммы.

Лейкоцитарная формула здорового человека (в %)

9. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ).

Скорость оседания эритроцитов у здоровых мужчин составляет 2 — 10 мм в час, у женщин — 2 — 15 мм в час (табл.1). СОЭ зависит от многих факторов: количества, объема, формы и величины заряда эритроцитов, их способности к агрегации, белкового состава плазмы.

В большей степени СОЭ зависит от свойств плазмы, чем эритроцитов. СОЭ увеличивается при беременности, стрессе, воспалительных, инфекционных и онкологических заболеваниях, при уменьшении числа эритроцитов, при увеличении содержания фибриногена. СОЭ снижается при увеличении количества альбуминов.

Многие стероидные гормоны (эстрогены, глюкокортикоиды), а также лекарственные вещества (салицилаты) вызывают повышение СОЭ.

Таблица 1.

Показатели СОЭ в норме

10. Одно из важнейших свойств крови — текучесть — составляет предмет изучения биореологии. В кровеносном русле кровь в норме ведёт себя как не Ньютоновская жидкость, меняющая свою вязкость в зависимости от условий течения. В связи с этим вязкость крови в крупных сосудах и капиллярах существенно различается, а приводимые в литературе данные по вязкости носят условный характер. Закономерности течения крови (реология крови) изучены недостаточно. Неньютоновское поведение крови объясняется большой объёмной концентрацией клеток крови, их асимметрией, присутствием в плазме белков и другими факторами. При патологии и травмах текучесть крови существенно изменяется вследствие действия определённых факторов свёртывающей системы крови.

Измеряемая на капиллярных вискозиметрах (с диаметром капилляра несколько десятых миллиметра) вязкость крови в 4−5 раз выше вязкости воды. В основном работа этой системы заключается в ферментативном синтезе линейного полимера — фабрина, образующего сетчатую структуру и придающего крови свойства студня. Этот «студень» имеет вязкость, в сотни и тысячи превышающую вязкость крови в жидком состоянии, проявляет прочностные свойства и высокую адгезивную способность, что позволяет сгустку удерживаться на ране и защищать её от механических повреждений.

Образование сгустков на стенках кровеносных сосудов при нарушении равновесия в свёртывающей системе является одной из причин тромбозов. Образованию сгустка фибрина препятствует противосвёртывающая система крови; разрушение образовавшихся сгустков происходит под действием фибринолитической системы. Образовавшийся сгусток фибрина вначале имеет рыхлую структуру, затем становится более плотным, происходит ретракция сгустка.

Функции крови.

Функции крови значительно сложнее, чем просто транспорт питательных веществ и отходов метаболизма. С кровью переносятся также гормоны, контролирующие множество жизненно важных процессов; кровь регулирует температуру тела и защищает организм от повреждений и инфекций в любой его части.

Кровь выполняет следующие функции:

1) трофическую — перенос питательных веществ ко всем клеткам и тканям;

2) дыхательную — газообменную, или транспорт кислорода к тканям и удаление из организма углекислоты;

3) защитную (обеспечение гуморального и клеточного иммунитета, свертывание крови при травмах — фагоцитоз, выработка антител);

В осуществлении этой функции крови особую роль играют лейкоциты двух типов: полиморфноядерные нейтрофилы и моноциты. Они устремляются к месту повреждения и накапливаются вблизи него, причем большая часть этих клеток мигрирует из кровотока через стенки близлежащих кровеносных сосудов. К месту повреждения их привлекают химические вещества, высвобождаемые поврежденными тканями. Эти клетки способны поглощать бактерии и разрушать их своими ферментами. Таким образом, они препятствуют распространению инфекции в организме. Лейкоциты принимают также участие в удалении мертвых или поврежденных тканей. Процесс поглощения клеткой бактерии или фрагмента мертвой ткани называется фагоцитозом, а осуществляющие его нейтрофилы и моноциты — фагоцитами. Активно фагоцитирующий моноцит называют макрофагом, а нейтрофил — микрофагом.

В борьбе с инфекцией важная роль принадлежит белкам плазмы, а именно иммуноглобулинам, к которым относится множество специфических антител. Антитела образуются другими типами лейкоцитов — лимфоцитами и плазматическими клетками, которые активируются при попадании в организм специфических антигенов бактериального или вирусного происхождения (либо присутствующих на клетках, чужеродных для данного организма). Выработка лимфоцитами антител против антигена, с которым организм встречается в первый раз, может занять несколько недель, но полученный иммунитет сохраняется надолго. Хотя уровень антител в крови через несколько месяцев начинает медленно падать, при повторном контакте с антигеном он вновь быстро растет. Это явление называется иммунологической памятью. При взаимодействии с антителом микроорганизмы либо слипаются, либо становятся более уязвимыми для поглощения фагоцитами. Кроме того, антитела мешают вирусу проникнуть в клетки организма хозяина.

4) регуляторную — транспорт гормонов и других гуморальных факторов регуляции;

Кровь играет ключевую роль в поддержании постоянной температуры тела у гомойотермных, или теплокровных, организмов. Температура человеческого тела в нормальном состоянии колеблется в очень узком интервале около 37⁰ С. Выделение и поглощение тепла различными участками тела должны быть сбалансированы, что достигается переносом тепла с помощью крови. Центр температурной регуляции располагается в гипоталамусе — отделе промежуточного мозга. Этот центр, обладая высокой чувствительностью к небольшим изменениям температуры проходящей через него крови, регулирует те физиологические процессы, при которых выделяется или поглощается тепло. Один из механизмов состоит в регуляции тепловых потерь через кожу посредством изменения диаметра кожных кровеносных сосудов кожи и соответственно объема крови, протекающей вблизи поверхности тела, где тепло легче теряется. В случае инфекции определенные продукты жизнедеятельности микроорганизмов либо продукты вызванного ими распада тканей взаимодействуют с лейкоцитами, вызывая образование химических веществ, стимулирующих центр температурной регуляции в головном мозге. В результате наблюдается подъем температуры тела, ощущаемый как жар.

5) гомеостатическую — поддержание физико-химического постоянства состава внутренней среды организма, в том числе иммунного гомеостаза рН крови. pH — это показатель концентрации водородных (H) ионов, численно равный отрицательному логарифму (обозначаемому латинской буквой «p») этой величины. Кислотность и щелочность растворов выражают в единицах шкалы рН, имеющей диапазон от 1 (сильная кислота) до 14 (сильная щелочь). В норме рН артериальной крови составляет 7,4, т. е. близок к нейтральному. Венозная кровь из-за растворенного в ней диоксида углерода несколько закислена: диоксид углерода (СО₂), образующийся в ходе метаболических процессов, при растворении в крови реагирует с водой (Н₂О), образуя угольную кислоту (Н₂СО₃).

Поддержание рН крови на постоянном уровне, т. е., другими словами, кислотно-щелочного равновесия, исключительно важно. Так, если рН заметно падает, в тканях снижается активность ферментов, что опасно для организма. Изменение рН крови, выходящее за рамки интервала 6,8−7,7, несовместимо с жизнью. Поддержанию этого показателя на постоянном уровне способствуют, в частности, почки, поскольку они по мере надобности выводят из организма кислоты или мочевину (которая дает щелочную реакцию). С другой стороны, рН поддерживается благодаря присутствию в плазме определенных белков и электролитов, обладающих буферным действием (т.е. способностью нейтрализовать некоторый избыток кислоты или щелочи).

6) выделительная (удаление и транспортировка в почки продуктов обмена веществ);

Конечные продукты обмена (шлаки), которые не могут быть использованы, подлежат удалению из организма. Важнейшие из них — это двуокись углерода, мочевина, мочевая кислота, креатинин, билирубин и аммиак. Все эти вещества, кроме углекислого газа, содержат азот и выводятся почками. При нарушении функции почек уровень азотсодержащих продуктов обмена в крови увеличивается.

7) Транспортная функция. С кровью и кровоснабжением тесно связаны практически все процессы, имеющие отношение к пищеварению и дыханию — двум функциям организма, без которых жизнь невозможна. Связь с дыханием выражается в том, что кровь обеспечивает газообмен в легких и транспорт соответствующих газов: кислорода — от легких в ткани, диоксида углерода (углекислого газа) — от тканей к легким. Транспорт питательных веществ начинается от капилляров тонкого кишечника; здесь кровь захватывает их из пищеварительного тракта и переносит во все органы и ткани, начиная с печени, где происходит модификация питательных веществ (глюкозы, аминокислот, жирных кислот), причем клетки печени регулируют их уровень в крови в зависимости от потребностей организма (тканевого метаболизма). Переход транспортируемых веществ из крови в ткани осуществляется в тканевых капиллярах; одновременно в кровь из тканей поступают конечные продукты, которые далее выводятся через почки с мочой (например, мочевина и мочевая кислота). Кровь переносит также продукты секреции эндокринных желез — гормоны — и тем самым обеспечивает связь между различными органами и координацию их деятельности.

Вещества переносимые плазмой: Электролиты и белки плазмы оказывают влияние на ее функции. Кроме того, существует группа веществ, для которых плазма является просто переносчиком и которые в физиологических концентрациях мало влияют на ее свойства. Эта неоднородная группа включает: питательные вещества, витамины и микроэлементы; продукты промежуточного обмена; гормоны и ферменты; вещества, подлежащие выведению (конечные продукты обмена).

2. Структурно-функциональная организация крови

2.1 Межклеточное вещество — плазма

Плазма крови является средой, в которой взвешены форменные элементы; она содержит ряд неорганических ионов и органических веществ, обеспечивающих трофическую, регуляторную, защитную, гомеостатическую функции крови, а так же обуславливающих ее свертывание, участвует в газообмене, содержит буферные системы, способствующие (вместе с буферной системой гемоглобина) поддержанию стабильных значений рН (около 7,36) (табл.1).

Состав плазмы крови: 90% воды, 9% органических веществ и 1% неорганических. Главные органические компоненты плазмы — белки (более 200 видов), которые обеспечивают ее вязкость, онкотическое давление, свертываемость, переносят различные вещества и выполняют защитные функции. Содержание белков в плазме крови составляет 6,5 — 8 г/дл. Их молекулярные веса варьируют от 44 000 до 1 300 000, а диаметр молекул — от 1 до 100 нм.

Основные белки плазмы:

альбумины — количественно преобладающие белки плазмы крови (по содержанию в 1,3 — 2,2 раза превосходят глобулины) — переносят ряд метаболитов, гормонов, ионов, поддерживают онкотическое давление крови;

Альбумин составляет примерно 60% от общего количества белков плазмы крови, т. е.3,5 — 4,5 г/дл. Молекулярный вес его — 69 000. Так как концентрация альбумина высока, а размеры молекулы невелики, этот белок на 80% определяет коллоидно-осмотическое давление плазмы. Общая площадь поверхности множества молекул альбумина очень велика, и поэтому они очень хорошо подходят для выполнения функции переносчиков многих транспортируемых кровью веществ, таких как билирубин, уробилин, жирные кислоты, соли желчных кислот и некоторые экзогенные вещества: пенициллин, сульфонамиды, ртуть и др. Одна молекула альбумина может одновременно связать 25 — 50 молекул билирубина. При многих патологических состояниях содержание альбумина снижается.

Неферментативное гликозилирование белков, обусловленное гипергликемией, приводит к образованию гликозилированных белков: гемоглобина, альбумина, коллагена, белков хрусталика, липопротеидов.

глобулины (б — и в-) переносят ионы металлов и липиды в форме липопротеинов; г — глобулины представляют собой фракцию антител (иммуноглобулинов);

Глобулинами называется целая группа белков, которые могут быть разделены электорофоретически. В порядке убывания электорофоретической подвижности различают альфа-1-глобулин, альфа-2-глобулин, бета-глобулин и гамма-глобулин. Однако даже эти субфракции не состоят из однородных белков, каждую из них можно разделить при помощи других методов, например, иммуноэлектрофореза.

В составе фракции альфа-1-глобулинов мигрирует ряд конъюгированных белков, простетической группой которых являются углеводы — преимущественно гексозы и гексозамины. Эти белки называются гликопротеинами. Около 2/3 всей глюкозы плазмы циркулирует в составе гликопротеинов. Эту связанную глюкозу невозможно определить клиническими пробами на сахар в плазме, лишенной белков, она может быть измерена лишь после ее отделения от белков методом кислотного гидролиза. К субфракции гликопротеинов относится еще одна группа углеводсодержащих белков — мукопротеины, в состав которых входят мукополисахариды.

Фракция альфа-2-глобулинов включает гаптоглобины, относящиеся по химическому строению к мукопротеинам, и медьсодержащий белок церулоплазмин. На каждую молекулу его приходится 8 атомов меди, он связывает около 90% всей меди, содержащейся в плазме. К другим белкам из фракции альфа-2-глобулинам относятся тироксинсвязывающий белок, витамин В-12 — связывающий глобулин (транскобаламин), билирубинсвязывающий глобулин и кортизолсвязывающий глобулин (транскортин).

К бета-глобулинам относятся важнейшие белковые переносчики липидов и белковые переносчики полисахаридов. Важное значение липопротеинов состоит в том, что они удерживают в растворе нерастворимые в воде жиры и липоиды и обеспечивают тем самым их перенос кровью. Около 75% всех жиров и липоидов плазмы входят в состав липопротеинов. Небольшие количества липопротеинов обнаруживаются и в альфа-1 — фракции глобулинов, однако большинство их принадлежит к бета-глобулинам, самый главный из них — бета-1-липопротеин, молекула которого на 77% состоит из липидов. Кроме липопреотеинов к бета — глобулинам относится группа металсодержащих белков, один из которых — трансферин — является белком — переносчиком меди и белком — переносчиком железа. Каждая молекула трансферина содержит два атома трехвалентного железа, именно трансферин обеспечивает транспорт железа кровью.

К неоднородной группе гамма-глобулинов относятся белки с самой низкой электрофоретической подвижностью. К ним относится большинство защитных веществ крови, многие из которых обладают ферментативной активностью. Так как потребности в белках, выполняющих такие специальные функции, бывают различны, размеры и состав фракции гамма-глобулинов может значительно изменяться. Почти при всех заболеваниях, особенно воспалительных, содержание гамма-глобулинов в плазме крови повышается. В то же время общее количество белков в плазме обычно остается примерно одинаковым, так как повышение содержания гамма-глобулинов сопровождается уменьшением фракции альбумина, в результате снижается так называемый альбумин-глобулиновый коэффициент.

К гамма-глобулинам относятся также альфа-агглютинины и бета — агглютинины крови.

фибриноген — обеспечивает свертывание крови, превращаясь в нерастворимый белок фибрин под действием тромбина;

Фибриноген выявляется в виде узкой отдельной полоски между фракциями бета-глобулинов и гамма-глобулинов. Этот белок представляет собой растворимый предшественник фибрина, который участвует в образовании сгустка крови.

Молекула фибриногена вытянута, соотношение осей (длина/ширина) составляет 17:

1. Высокая вязкость растворов фибриногена обусловлена способностью его молекул образовывать агрегаты в виде четок.

компоненты комплемента — участвуют в неспецифических защитных реакциях.

Выработка белков плазмы осуществляется клетками печени (за исключением г — глобулинов, которые продуцируются плазматическими клетками).

При нормальном питании в организме человека за сутки вырабатывается около 15 г альбумина и 5 г глобулина. Период полураспада альбумина составляет 10 — 15 дней, а глобулина — 5 дней (т.е. за это время 50% общего количества белка сменяется новосинтезированным).

Сыворотка крови — жидкость, остающаяся после свертывания крови. По своему составу она сходна с плазмой крови, однако в ней отсутствуют фибриноген и факторы свертывания.

Сыворотка является сложной смесью множества биологических молекул с различными физиологическими активностями. К основным компонентам сыворотки, необходимым для выживания и роста клеток млекопитающих в культуре относятся: белки плазмы (альбумины, фибронектин, альфа 2-макроглобулин, фетуин, трансферрин; полипептидные факторы роста (инсулин, инсулиноподобные факторы роста I и II (IGF), PDGF, EGF); глютатион; непептидные гормоны (кортизол, гидрокортизон), эстрогены, андрогены, тиреоидные гормоны (T3, T4); липиды (линоевая кислота, холестерин, лизофосфатидная кислота, простагландины); метаболиты (аминокислоты, альфа-кетокислоты (пируват), полиамины); минеральные вещества (Fe2+, Zn2+, Cu2+, Mn2+, SeO32+, Co2+, VO3-, Mo-) (Maurer H. R., 1986).

Важнейшие функции сыворотки обеспечиваются:

1) факторами, стимулирующими клеточный рост;

2) факторами прикрепления и распластывания (матрикс);

3) транспортными белками, переносящими некоторые гормоны, минеральные вещества, липиды и т. д. (Barnes D., Sato G., 1980).

Большинство факторов роста присутствует в сыворотке в очень малых концентрациях (порядка 10−10 M). Некоторые из них оказывают влияние лишь на клетки строго определенного типа дифференцировки, например гематопоэтические факторы роста. Другие же обладают широким спектром действия. Эпидермальный фактор роста, например, стимулирует пролиферацию фибробластов, эпидермальных и глиальных клеток.

Среди гормонов инсулин является наиболее существенным для роста почти всех типов клеток в культуре. Так как он имеет короткое время полужизни и чувствителен к инактивации цистеином, его обычно вносят в среду в высоких концентрациях.

Глюкокортикоиды (гидрокортизон, дексаметазон) могут стимулировать или ингибировать размножение клеток в культуре в зависимости от типа клеток и плотности культуры. Они могут модулировать клеточную пролиферацию путем изменения ответа на факторы роста.

Некоторые клеточные линии требуют для роста особых стероидных гормонов (эстрадиола, тестостерона, прогестерона).

Сыворотка содержит также белки, функцией которых является связывание молекул с низким молекулярным весом. Альбумин связывает витамины, липиды (жирные кислоты, холестерин), стероидные гормоны и т. д. Железонасыщенный трансферрин необходим для большинства клеток в культуре, многие из которых обладают специфичными трансферриновыми рецепторами на поверхности.

Сыворотка является также источником различных липидов, необходимых для выживания и роста культивируемых клеток. Клеточные линии различаются по их потребности в жирных кислотах, фосфолипидах, лецитине и холестерине.

Роль различных неорганических элементов, содержащихся в сыворотке в следовых количествах (Cu, Zn, Co, Mn, Mo, Va, Se) выяснена не до конца, но известно, что многие из них действуют как кофакторы ферментов. SeO32 — требуется для активации ряда ферментов, участвующих в метаболической детоксикации. Селен участвует также в инактивации свободных радикалов.

Таблица 2.

Белковые фракции плазмы крови человека

Функции плазмы крови.

1. Питательная функция:

В организме человека содержится около 3 л плазмы, в которой растворено примерно 200 г белка. Это вполне достаточный запас питательных веществ. Обычно клетки захватывают не столько белки, сколько аминокислоты, однако некоторые клетки могут захватывать белки плазмы и расщеплять их при помощи собственных внутриклеточных ферментов. Высвобождающиеся при этом аминокислоты поступают в кровь, где сразу же могут использоваться другими клетками для синтеза новых белков.

2. Транспортная функция:

Многие небольшие молекулы при переносе их от кишечника или депо к месту потребления связываются со специфическими белками плазмы.

Все белки плазмы связывают катионы крови и переводят их в недифффундирующую форму. Так, около 2/3 кальция плазмы неспецифически связано с белками. Связанный кальций находится в равновесии со свободно растворенным в плазме ионизированным физиологически активным кальцием.

2.1 Форменные элементы крови — клетки

2.1.1 Гранулярные лейкоциты

Лейкоциты (leucocytus), или белые кровяные клетки, в свежей крови бесцветны, что отличает их от окрашенных эритроцитов. Число их составляет в среднем 4−9 109/л, т. е. в 1000 раз меньше, чем эритроцитов. Лейкоциты в кровяном русле и лимфе способны к активным движениям, могут переходить через стенку сосудов в соединительную ткань органов, где они выполняют основные защитные функции. По морфологическим признакам и биологической роли лейкоциты подразделяют на две группы: зернистые лейкоциты, или гранулоциты (granulocytus), и незернистые лейкоциты, или агранулоциты (agranulocytus).

К гранулоцитам относятся нейтрофильные, эозинофильные и базофильные лейкоциты. Они образуются в красном костном мозге, содержат специфическую зернистость в цитоплазме и сегментированные ядра.

У зернистых лейкоцитов при окраске крови по Романовскому — Гимзе смесью кислого (эозин) и основного (азур II) красителей в цитоплазме выявляются специфическая зернистость (эозинофильная, базофильная или нейтрофильная) и сегментированные ядра. В соответствии с окраской специфической зернистости различают нейтрофильные, эозинофильные и базофильные гранулоциты. Группа незернистых лейкоцитов (лимфоциты и моноциты) характеризуется отсутствием специфической зернистости и несегментированными ядрами. Процентное соотношение основных видов лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой.

Общее число лейкоцитов и их процентное соотношение у человека могут изменяться в норме в зависимости от употребляемой пищи, физического и умственного напряжения, при различных заболеваниях. Поэтому исследование показателей крови является необходимым для установления диагноза и назначения лечения. Концентрация лейкоцитов в крови у взрослого в норме составляет 4000−8000 клеток/мкл (по некоторым данным верхняя граница нормы достигает 10 000). Концентрация лейкоцитов у детей в норме меняется в зависимости от возраста: у новорожденных она равняется 10 000−30 000 клеток/мкл, на 4 день снижается до 12 000, к 4-м годам составляет 8000 клеток/мкл. Уровня, характерного для взрослого, этот показатель достигает примерно к 12−14 годам. С возрастом происходят изменения не только количества, но и качественного состава лейкоцитов.

Все лейкоциты способны к активному перемещению путем образования псевдоподий, при этом у них изменяются форма тела и ядра. Они способны проходить между клетками эндотелия сосудов и клетками эпителия, через базальные мембраны и перемещаться по основному веществу (матриксу) соединительной ткани. Скорость движения лейкоцитов зависит от следующих условий: температуры, химического состава, рН, консистенции среды и др. Направление движения лейкоцитов определяется хемотаксисом под влиянием химических раздражителей — продуктов распада тканей, бактерий и др. Лейкоциты выполняют защитные функции, обеспечивая фагоцитоз микробов (гранулоциты, макрофаги), инородных веществ, продуктов распада клеток (моноциты — макрофаги), участвуя в иммунных реакциях (лимфоциты, макрофаги).

Нейтрофилы (нейтрофильные лейкоциты, или нейтрофилы) — самая многочисленная группа лейкоцитов, составляющая 2,0−5,5 109/л крови D8−78% от общего числа лейкоцитов (рис.3). Их диаметр в мазке крови 10−12 мкм, а в капле свежей крови 7−9 мкм. В зрелом сегментоядерном нейтрофиле ядро содержит 3−5 сегментов, соединенных тонкими перемычками. В ядре гетерохроматин занимает широкую зону по периферии ядра, а эухроматин расположен в центре. Для женщин характерно наличие в ряде нейтрофилов полового хроматина (Х-хромосома) в виде барабанной палочки — тельца Барра. В популяции нейтрофилов крови могут находиться клетки различной степени зрелости — юные, палочкоядерные и сегментоядерные. Первые два вида — молодые клетки. Юные клетки в норме не превышают 0,5% или отсутствуют, они характеризуются бобовидным ядром. Палочкоядерные составляют 1−6%, имеют несегментированное ядро в форме буквы S, изогнутой палочки или подковы. Увеличение в крови количества юных и палочкоядерных форм нейтрофилов свидетельствует о наличии кровопотери или воспалительного процесса в организме, сопровождаемых усилением гемопоэза в костном мозге и выходом молодых форм.

Рис. 3. Нейтрофильный гранулоцит

Цитоплазма нейтрофилов при окраске по Романовскому — Гимзе окрашивается слабооксифильно, в ней видна очень мелкая зернистость розово-фиолетового цвета (окрашивается кислыми и основными красками), поэтому называется нейгрофильной или гетерофильной. В поверхностном слое цитоплазмы зернистость и органеллы отсутствуют. Здесь расположены гранулы гликогена, актиновые филаменты и микротрубочки, обеспечивающие образование псевдоподий для движения клетки. Сокращение актиновых филаментов обеспечивает передвижение клетки по соединительной ткани.

Во внутренней части цитоплазмы расположены органеллы (аппарат Гольджи, гранулярный эндоплазматический ретикулум, единичные митохондрии), видна зернистость. Число зерен в каждом нейтрофиле варьирует и составляет 50−200.

В нейтрофилах можно различить два типа гранул: специфические и азурофильные, окруженные одинарной мембраной. Специфические гранулы, более светлые, мелкие и многочисленные, составляют 80−90% всех гранул. Их размер около 0,2 мкм, они электронно-прозрачны, но могут содержать кристаллоид; содержат бактериостатические и бактерицидные вещества — лизоцим (муромидаза) и щелочную фосфатазу, а также белок лактоферрин. Лактоферрин связывает ионы железа, что способствует склеиванию бактерий (бактериальная мультипликация). Он также инициирует отрицательную обратную связь, обеспечивая торможение продукции нейтрофилов в костном мозге. Азурофильные гранулы более крупные (~ 0,4 мкм), окрашиваются в фиолетово-красный цвет; их количество составляет 10−20% всей популяции гранул. Они являются первичными лизосомами, имеют электронно-плотную сердцевину, содержат лизосомальные ферменты (кислая фосфатаза, р-глюкуронидаза и др.) и миелопероксидазу. Миелопероксидаза из перекиси водорода продуцирует молекулярный кислород, обладающий бактерицидным действием. Азурофильные гранулы в процессе дифференцировки нейтрофилов в костном мозге появляются раньше, поэтому называются первичными в отличие от вторичных — специфических. Основная функция нейтрофилов — фагоцитоз микроорганизмов, поэтому их называют микрофагами. В процессе фагоцитоза бактерий сначала (в течение 0,5−1 мин) с образующейся фагосомой (захваченная бактерия) сливаются специфические гранулы, ферменты которой убивают бактерию, при этом образуется комплекс, состоящий из фагосомы и специфической гранулы. Позднее с этим комплексом сливается лизосома, гидролитические ферменты которой переваривают микроорганизмы. В очаге воспаления убитые бактерии и погибшие нейтрофилы образуют гной.

Фагоцитоз усиливается при опсонизации с помощью иммуноглобулинов (Ig) или комплемента плазмы. Это так называемый рецепторопосредованный фагоцитоз. Если у человека имеются антитела IgG для конкретного вида бактерий, то бактерия обволакивается этим специфическим IgG, имеющим специальную область Fc, которая распознается Fc-рецептором на плазмолемме нейтрофила и присоединяется к нему. Образующееся соединение [IgG — Fc-рецептор] на поверхности нейтрофила запускает фагоцитоз. В популяции нейтрофилов здоровых людей в возрасте 18−45 лет фагоцитирующие клетки составляют 69−99%. Этот показатель называют фагоцитарной активностью. Фагоцитарный индекс — другой показатель, которым оценивается число частиц, поглощенных одной клеткой. Для нейтрофилов он равен 12−23. Продолжительность жизни нейтрофилов составляет 5−9 суток.

Эозинофилы (оксифильные или ацидофильные лейкоциты, эозинофилы). Количество эозинофилов в крови составляет 0,02 — 0,3 ¦ 10*/л, или 0,5−5% от общего числа лейкоцитов (рис.4). Их диаметр в мазке крови 12−14 мкм, в капле свежей крови — 9−10 мкм. Ядро эозинофилов имеет, как правило, 2 сегмента, соединенных перемычкой. В цитоплазме расположены органеллы — аппарат Гольджи (около ядра), немногочисленные митохондрии, актиновые филаменты в кортексе цитоплазмы под плазмолеммой и гранулы. Среди гранул различают азурофильные (первичные) и эозинофильные (вторичные), являющиеся модифицированными лизосомами. Они электронно-плотные, содержат гидролитические ферменты (см. рис. 70, Б в приложении).

Специфические эозинофильные гранулы заполняют почти всю цитоплазму, имеют размер 0,6−1 мкм. Характерно наличие в центре гранулы кристаллоида, который содержит главный основной белок, богатый аргинином (что обусловливает оксифилию гранул), лизосомные гидролитические ферменты, пероксидазу и другие белки — эозинофильный катионный белок, гистаминазу.

Электронно — микроскопически в экваториальной плоскости эозинофильных гранул выявляются единичные или множественные кристаллоидные структуры, имеющие пластинчатое строение, погруженные в тонкозернистый матрикс гранулы. Кристаллоиды эозинофильных гранул содержат главный основной белок, который участвует в антипаразитарной функции эозинофилов.

Плазмолемма имеет рецепторы: Fc-рецептор для иммуноглобулина Е (IgE) (участвует в аллергических реакциях), для IgG и igM, а также С3 — и С4-рецепторы. Эозинофилы являются подвижными клетками и способны к фагоцитозу, однако их фагоцитарная активность ниже, чем у нейтрофилов.

Эозинофилы обладают положительным хемотаксисом к гистамшу, выделяемому тучными клетками (особенно при воспалении и аллергических реакциях), к лимфокинам, выделяемым стимулированными Т-лимфоцитами, и иммунным комплексам, состоящим из антигенов и антител.

Рис. 4. Эозинофильный гранулоцит

Установлена роль эозинофилов в реакциях на чужеродный белок, в аллергических и анафилактических реакциях, где они участвуют в метаболизме гистамина, вырабатываемого тучными клетками. Гистамин повышает проницаемость сосудов, вызывает развитие отека тканей; в больших дозах может вызвать шок со смертельным исходом.

Эозинофилы способствуют снижению содержания гистамина в тканях различными путями. Они разрушают гистамин с помощью фермента гистаминазы, фагоцитируют гистаминсодержащие гранулы тучных клеток, адсорбируют гистамин на плазмолемме, связывая его с помощью рецепторов, и, наконец, вырабатывают фактор, тормозящий дегрануляцию и освобождение гистамина из тучных клеток. Специфической функцией эозинофилов является антипаразитарная. При паразитарных заболеваниях (гельминтозы, шистосомоз и др.) наблюдается резкое увеличение числа эозинофилов — до 90% от общего числа лейкоцитов. Эозинофилы убивают личинки паразитов, поступившие в кровь или органы (например, в слизистую оболочку кишки).

Они привлекаются в очаги воспаления хемотаксическими факторами и прилипают к паразитам благодаря наличию на них обволакивающих компонентов комплемента. При этом происходят дегрануляция эозинофилов и выделение главного основного белка, оказывающего антипаразитарное действие.

Таким образом, эозинофилы являются первой линией защиты против паразитов. Они участвуют в убийстве этих агентов при выделении содержимого гранул после активации антителами и комплементом. Активация сочетается со слиянием гранул, их выделением, повышением скорости метаболизма и экспрессией рецепторов Fc и комплемента. Эозинофилы находятся в периферической крови менее 12 ч и потом переходят в ткани. Их мишенями являются такие органы, как кожа, легкие и гастроинтестинальный тракт. Изменение содержания эозинофилов может наблюдаться под действием медиаторов и гормонов: например, при стресс-реакции отмечается падение числа эозинофилов в крови, обусловленное увеличением содержания гормонов надпочечников.

Базофилы (базофильные лейкоциты, или базофилы).

Количество базофилов в крови составляет 0−0,06 109/л, или 0−1% от общего числа лейкоцитов. Их диаметр в мазке крови равен 11−12 мкм, в капле свежей крови — около 9 мкм (рис.5). Ядра базофилов сегментированы, содержат 2−3 дольки; в цитоплазме выявляются все виды органелл — эндоплазматическая сеть, рибосомы, аппарат Гольджи, митохондрии, актиновые филаменты. Характерно наличие специфических крупных метахроматических гранул, часто закрывающих ядро, размеры которых варьируют от 0,5 до 1,2 мкм.

Рис. 5. Базофильный гранулоцит.

Базофилы опосредуют воспаление и секретируют эозинофильный хемотаксический фактор. Гранулы содержат протеогликаны, ГАГ (в том числе гепарин), вазоактивный гистамин, нейтральные протеазы и другие энзимы. Как и нейтрофилы, базофилы образуют биологически активные метаболиты арахидоновой кислоты — лейкотриены, простагландины. Часть гранул представляет собой модифицированные лизосомы. Дегрануляция базофилов происходит в реакциях гиперчувствительности немедленного типа (например, при астме, анафилаксии, сыпи, которая может ассоциироваться с покраснением кожи). Пусковым механизмом анафилактической дегрануляции является IgE-рецептор для иммуноглобулина Е. Метахромазия обусловлена наличием гепарина — кислого гликозаминогликана. Базофилы образуются в костном мозге. Они так же, как и нейтрофилы, находятся в крови около 1−2 суток. При электронно-микроскопическом исследовании видны окружающая гранулы мембрана и кристаллическая область. Гранулы неоднородны по электронной плотности. Помимо специфических гранул, в базофилах содержатся и азурофильные гранулы (лизосомы). Базофилы так же, как и тучные клетки соединительной ткани, выделяя гепарин и гистамин, участвуют в регуляции процессов свертывания крови и проницаемости сосудов. Базофилы участвуют в иммунологических реакциях организма, в частности в реакциях аллергического характера.

2.2.2 Агранулярные лейкоциты

К этой группе лейкоцитов относятся лимфоциты и моноциты. В отличие от гранулоцитов они не содержат в цитоплазме специфической зернистости, а их ядра не сегментированы.

Т-, В, О - и NK-лимфоциты (lymphocytus). В крови взрослых людей они составляют 20−35% от общего числа лейкоцитов A, 0−4,0109/л). Величина лимфоцитов в мазке крови значительно варьирует — от 4,5 до 10 мкм. Среди них различают малые лимфоциты (диаметром 4,5−6 мкм), средние (диаметром 7−10 мкм) и большие (диаметром 10 мкм и более). Большие лимфоциты встречаются в крови новорожденных и детей, у взрослых они отсутствуют. Для всех видов лимфоцитов характерно наличие интенсивно окрашенного ядра округлой или бобовидной формы, содержащего компактный гетерохроматин, и относительно узкого ободка базофильной цитоплазмы. В цитоплазме некоторых лимфоцитов содержится небольшое количество азурофильных гранул (лизосомы). Малые лимфоциты составляют большую часть (85−90%) всех лимфоцитов крови человека. При электронной микроскопии в их ядрах выявляются небольшие впячивания; гетерохроматин расположен преимущественно по периферии ядра. В цитоплазме обнаруживаются везикулы, лизосомы, свободные рибосомы, полисомы, митохондрии, аппарат Гольджи, центриоли, небольшое количество элементов гранулярной эндоплазматической сети (рис.6).

Рис. 6. Ультрамикроскопическое строение лимфоцита (схема по Н. А. Юриной, Л.С. Румянцевой). I — ядро; 2 — рибосомы; 3 — микроворсинки; 4 — центриоль; 5 — аппарат Гольджи; 6 — митохондрии.

Среди малых лимфоцитов различают светлые и темные. Малые темные лимфоциты меньше светлых, имеют более плотное ядро, более узкий ободок базофильной цитоплазмы, обладающей высокой электронной плотностью. В цитоплазме расположено большое количество рибосом. Средние лимфоциты составляют около 10−12% лимфоцитов крови человека. Ядра этих клеток округлые, иногда бобовидные с пальцевидным впячиванием ядерной оболочки. Хроматин более рыхлый, ядрышко хорошо выражено. В цитоплазме расположены удлиненные канальцы гранулярной эндоплазматической сети, элементы агранулярной сети, свободные рибосомы и полисомы, лизосомы. Центросома и аппарат Гольджи расположены рядом с областью инвагинации кариолеммы.

Кроме типичных лимфоцитов, в крови человека в небольшом количестве могут встречаться лимфоплазмоциты (около 1−2%), которые отличаются концентрическим расположением вокруг ядра канальцев гранулярной эндоплазматической сети.

Основной функцией лимфоцитов является участие в иммунных реакциях. Однако популяция лимфоцитов гетерогенна по характеристике поверхностных рецепторов и роли в реакциях иммунитета.

Среди лимфоцитов различают три основных функциональных класса: В — лимфоциты, Т-лимфоциты и нулевые лимфоциты.

В-лимфоциты впервые были обнаружены в фабрициевой сумке птиц (bursa Fabricius), поэтому и получили соответствующее название. Они образуются у эмбриона человека из стволовых клеток — в печени и костном мозге, а у взрослого — в костном мозге. В-лимфоциты составляют около 30% циркулирующих лимфоцитов. Их главная функция — участие в выработке антител, т. е. обеспечение гуморального иммунитета. Плазмолемма В — лимфоцитов содержит множество иммуноглобулиновых рецепторов. При действии антигенов В-лимфоциты способны к пролиферации и дифференцировке в плазмоциты — клетки, способные синтезировать и секретировать защитные белки — иммуноглобулины (Ig), которые поступают в кровь, обеспечивая гуморальный иммунитет.

Т-лимфоциты, или тимусзависимые лимфоциты, образуются из стволовых клеток костного мозга, а созревают в тимусе (вилочковая железа), что и обусловило их название. Они преобладают в популяции лимфоцитов, составляя около 70% циркулирующих лимфоцитов. Для Т-клеток, в отличие от В-лимфоцитов, характерен низкий уровень поверхностных иммуноглобулиновых рецепторов в плазмолемме. Но Т-клетки имеют специфические рецепторы, способные распознавать и связывать антигены, участвовать в иммунных реакциях. Основными функциями Т-лимфоцитов являются обеспечение реакций клеточного иммунитета и регуляция гуморального иммунитета (стимуляция или подавление дифференцировки В-лимфоцитов). Т-лимфоциты способны к выработке лимфокинов, которые регулируют деятельность В-лимфоцитов и других клеток в иммунных реакциях. Среди Т-лимфоцитов выявлено несколько функциональных групп: Т-хелперы, Т-супрессоры, Т-киллеры.

Т-хелперы (от англ. helper - помощник) — их главной функцией является усиление адаптивного иммунного ответа (рис.7). Активируют Т-киллеры, В-лимфоциты, моноциты, NK-клетки, презентируя им фрагменты чужеродного антигена при прямом контакте, а также гуморально, выделяя цитокины. Основным фенотипическим признаком Т-хелперов служит наличие на поверхности клетки молекулы CD4. Т-хелперы распознают антигены при взаимодействии их Т-клеточного рецептора (TCR) с антигеном, связанным с молекулами главного комплекса гистосовместимости 2 класса (MHC-II). Выделяют несколько подтипов Т-хелперов:

Т-хелперы 0 (Th0) — «наивные» недифференцированные Т-хелперы; Т-хелперы 1 (Th1) — преимущественно способствуют развитию клеточного иммунного ответа, активируя Т-киллеры; основной выделяемый цитокин — интерферон-гамма;

Т-хелперы 2 (Th2) — активируют В-лимфоциты, способствуя развитию гуморального иммунного ответа; продуцируют интерлейкины 4, 5 и 13;

Т-хелперы 3 (Т-reg, Т-регуляторы, Т-супрессоры) — экспрессируют на поверхности молекулы CD25 и Foxp3, секретируют интерлейкин-10 и трансформирующий фактор роста-beta (TGF-beta) и супрессируют иммунный ответ:

Т-хелперы 17 (Th17) — подтип Т-хелперов, который характеризуется продуцирует в больших количествах провоспалительный цитокин — IL-17. Показана роль Th17-клеток в развитии аутоиммуной патологии.

Рис.7: Активация макрофагов Т — хелпетами (кружки — поверхностный микробный антиген; красные квадраты — молекулы MHC класса II, волнистые линии — внутриклеточные паразиты.).