диссертации / 64

41

частности, в ряде исследований показана эффективность глютамина, который может быть использован в качестве профилактики и лечения СПОН, с первых суток поступления пациента в отделение реанимации, возможен как парентеральный, так и энтеральный путь введения. Глютамин повышает устойчивость клеток к повреждению, уменьшает воспаление, восстанавливает метаболические функции клеток, может быть использован у новорожденных [Д.С.

Цветков, 2009; Д.В. Петров и соавт., 2011; Weitzel, P.E. Wischmeyer PE. 2010; M. Kim, P.E. Wischmeyer 2013].

Учитывая важный вклад митохондриальной дисфункции в патогенез СПОН,

активно изучается эффективность препаратов, предотвращающих повреждение митохондрий, защищающих митохондрии от оксидативного стресса,

стимулирующих биогенез митохондрий [A. Plotti, M. Singer, 2006; M.W. Anders, 2006; A.J. Dare et al, 2009]. Терапевтической целью СПОН в будущем может быть манипулирование программами транскрипции, повреждение которых имеет место при СПОН [J.P. Cobb, 2010].

1.2Система эритрона

1.2.1Определение понятия, строение, функции, физиология системы

эритрона

Понятие «эритрон» описывает совокупность всех зрелых и незрелых клеток эритроидного ряда, как циркулирующих в периферической крови, так и находящихся в костном мозге. Данное понятие было введено английским физиологом W.B. Castle et al. в 1935 году, в дальнейшем понятие «эритрон» получило широкое распространение в мире. Взгляд на эритрон как на систему

42

способствовал более глубокому пониманию фундаментальных механизмов функционирования эритрона в норме и в условиях патологии [В.А. Козлов, 2001;

Т.Г. Сарычева, Г.И. Козинец, 2001; В.Т. Морозова, и соавт., 2007].

В эритроне выделяют два отдела — центральный и периферический.

Центральный отдел эритрона включает в себя незрелых предшественников эритроцитов, находящихся преимущественно в костном мозге, а периферический отдел эритрона это преимущественно зрелые эритроциты, циркулирующие в периферической крови. В норме соотношение между между отдельными частями эритрона является стабильным и обеспечивается контролем за постоянно происходящими процессами образования и разрушения эритроцитов [Т.Г.

Сарычева, Г.И. Козинец, 2001; Н.П. Александров, 2010]. Процессы образования эритроцитов (эритропоэз) и разрушения эритроцитов (эритродиерез)

взаимосвязаны между собой, обеспечивая авторегуляцию эритрона. Усиление эритродиереза способствует активации эритропоэза, а активация эритропоэза сопровождается ускорением процессов эритродиереза. В физиологических условиях процессам эритродиереза подвергаются стареющие, функционально неполноценные эритроциты [Ю.М. Захаров, 2006; Е.К. Голубева, 2011].

Разрушение эритроидных предшественников в костном мозге обозначают как неэффективный эритропоэз. В нормальных условиях неэффективный эритропоэз является одним из физиологически обусловленных механизмов регуляции нормального равновесия в системе эритрона в условиях постоянно меняющихся потребностей организма в продукции эритроцитов. Клетки эритрона делят на несколько классов — родоначальные пролиферирующие, созревающие и зрелые.

Родоначальные плюрипотентные клетки проходят через ряд стадий, в начальную фазу пролиферация и дифференцировка эритроидных предшественников не зависит от эритропоэтина (ЭПО), основного регулятора эритропоэза. Выбор стволовой клеткой направления дифференцировки, вероятно, является стохастическим процессом. По мере дифференцировки чувствительность стволовых клеток к внешним факторам возрастает. Пролиферация ранних

43

эритроидных предшественников обеспечивается интерлейкинами 3, 4, 7, 11, 12.

Как ранние, так и более дифференцированные клетки-предшественницы эритропоэза — бурстообразующая единица эритроцитов (БОЕ-Э) и

колониеобразующая единица эритроцитов (КОЕ-Э) не могут быть определены на основании морфологических характеристик, БОЕ-Э и КОЕ-Э распознают по способности создавать колонии эритроидных клеток. Пролиферативная активность эритроидных клеток является важной характеристикой эритропоэза.

Чувствительность эритроидных клеток к ЭПО увеличивается по мере их созревания и регулируется уровнем кислородного обеспечения костного мозга.

Морфологически распознаваемыми клетками эритрона являются эритробласт,

пронормобласт, базофильный нормобласт, полихроматофильный нормобласт,

оксифильный нормобласт, ретикулоцит, эритроцит. В целом в регуляции эритропоэза принимает участие большое число факторов, которые оказывают на эритропоэз как стимулирующее, так и ингибирующее влияние. Регуляция эритропоэза находится под влиянием нервной, эндокринной, иммунной систем,

которые реализуют свои эффекты через регуляцию синтеза ЭПО, оказывая влияние на гемодинамику почек и костного мозга и способствуя усилению чувствительности к ЭПО эритроидных предшественников [А.И. Воробьев, 2002;

Т.Г. Сарычева, Г.И. Козинец, 2001; К.В. Судаков, Ю.М. Захаров, 2002; Морозова В.Т.и соавт., 2007; V. Agosti et al, 2009].

Система эритрона является частью функциональной системы,

обеспечивающей транспорт кислорода от легких к тканям. Кратковременное снижение кислородного обеспечения тканей приводит к компенсаторным изменениям минутного объема вентиляции, минутного объема крови,

перераспределению кровотока, изменению сродства гемоглобина к кислороду.

Длительно сохраняющееся снижение кислородного обеспечения тканей активирует синтез ЭПО в ЭПО-синтезирующих клетках почек, макрофагах печени и костного мозга. Эритроидные клетки-предшественницы в ответ на ЭПО,

поступающий в костный мозг с кровью, способны к синтезу эндогенного ЭПО.

44

ЭПО усиливает пролиферацию и дифференцировку ЭПО-чувствительных эритроидных клеток, стимулирует синтез гемоглобина. Объем секреции ЭПО прямо пропорционален кислородному запросу тканей. Данный механизм направлен на увеличение и сохранение кислородной емкости крови, способствуя увеличению и сохранению определенного количества эритроцитов в единице объема крови [К.В. Судаков, Ю.М. Захаров, 2002; Ю.М. Захаров, 2006].

Проблема транспорта кислорода эритроцитами связана не только с количеством эритроцитов в единице объема крови, но и со способностью эритроцитов эффективно осуществлять транспорт кислорода в микроциркуляторном русле. Как известно, диаметр капилляров микроциркуляторного русла в несколько раз меньше диаметра зрелого эритроцита, и способность эритроцитов осуществлять транспорт кислорода определяется их способностью к деформации. При ухудшении способности эритроцитов к деформации содержание кислорода в тканях снижается, так как эритроциты, неспособные к деформации, минуя капиллярную сеть попадают в венулы через систему шунтов, что также ухудшает процесс оксигенации крови в легких. Нарушение деформируемости эритроцитов способствует укорочению срока жизни эритроцитов, так как жесткие эритроциты застревают в сосудах селезенки и подвергаются лизису. Стареющие эритроциты характеризуются сниженной способностью к деформации. Способность эритроцитов к деформации определяет выход созревших эритроцитов из синусоидов костного мозга в сосудистое русло. Предполагается, что деформируемость эритроцитов является фактором, участвующим в регуляции сопротивления легочных сосудов. [В.В.

Зинчук, 2001; Д.В. Садчиков, А.О. Хоженко, 2012]. Роль эритроцитов в обеспечении гипоксической вазоконстрикции и гипоксической вазодилятации сосудов микроциркуляторного русла посредством высвобождения и связывания оксида азота активно изучается [S. Deem, 2006; M.T. Gladwin, 2006; B.W. Allen,

2009]. Способность эритроцитов к деформации определяется физико-

химическими свойствами эритроцитарной мембраны. От физико-химического

45

состояния мембраны эритроцитов зависит процесс транспорта ионов через мембрану, активность ряда эритроцитарных ферментов, поддержание формы эритроцита в виде двояковогнутого диска. Поддержание оптимального состояния физико-химических свойств эритроцитарной мембраны является АТФ-зависимым процессом [В.В. Зинчук, 2001; Н.В. Рязанцева, В.В. Новицкий, 2004]. Мембрана эритроцита представляет собой липидный бислой с асимметрично встроенными белками. Липиды и белки эритроцитарной мембраны находятся в постоянном взаимодействии. Фосфатидилхолин и сфингомиелин являются основными компонентами внешней поверхности мембраны, а фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин локализуются преимущественно на внутренней стороне мембраны. Молекулы липидов регулируют подвижность и активность мембранных белков, тем самым обеспечивая эритроциту селективную проницаемость для ионов. Мембранные белки обеспечивают транспорт молекул,

являются ферментами и рецепторами, преобразующими сигналы из окружающей среды, а также определяют механические и морфологические свойства эритроцитов, в частности, способность к деформации. Основными белками цитоскелета эритроцитов являются спектрин, анкирин, белки полос 4.1, 4.2, 4.9,

актин, белок 3 полосы [С.А. Сторожок, С.В. Соловьев, 1992; Д.М. Фаллер, Д.

Шилдс, 2003; Н.В. Рязанцева, В.В. Новицкий, 2004; В.М. Погорелов и соавт.,

2004].

Приблизительно 98% массы белков цитоплазмы эритроцита составляет гемоглобин, молекула которого связывает и транспортирует кислород. Гемоглобин представляет собой гетеродимерный тетрамер, состоящий из четырех цепей глобина, двух цепей глобина типа α, и двух цепей другого типа (β, γ или δ),

соединенных с четырьмя молекулами гема. Каждый тетрамер гемоглобина может обратимо связывать и транспортировать не более четырех молекул кислорода.

Главным регулятором сродства гемоглобина к кислороду является промежуточный продукт гликолиза – 2,3дифосфоглицериновая кислота. Различия гемоглобина в растворимости, сродстве к кислороду, взаимодействию с соединениями азота

46

обусловлены различиями в аминокислотной последовательности цепей глобина,

гемовый компонент одинаков у всех видов гемоглобина. Гем – это молекула протопорфирина IX, связанная с атомом железа. Синтез гема – многостадийный линейный процесс. Синтез гема и глобина протекает в эритроидных клетках асинхронно, независимо друг от друга. К нормальным типам гемоглобина относят гемоглобин типа А (НbА, α2β2), основной тип гемоглобина взрослого человека;

фетальный гемоглобин (HbF, α2γ2), который синтезируется у плода, гемоглобин типа А2 (НbА2, α2δ2), синтезирующийся в небольшом количестве у взрослых.

Существует несколько типов гемоглобина, который синтезируется у эмбриона, тип Гауэр 1 (ζ2ε2), тип Гауэр 2 (α2ε2), тип Портленд (ζ2γ2). У эмбриона, плода,

взрослого человека экспрессируются разные гены глобиновых цепей. Смена HbF

на HbА начинается в конце внутриутробного периода. Экспрессия генов,

кодирующих HbF, снижается. Предполагается, что гомогенные предшественники эритроцитов подвергаются влиянию факторов, под действием которых изменяется транскрипция генов глобиновых цепей, либо предшественники эритроцитов являются неоднородными по наличию способности синтезировать HbF и к концу внутриутобного периода дифференцировка предшественников эритроцитов,

преимущественно синтезирующего HbF замедляется. Стрессовый эритропоэз характеризуется увеличением экспрессии γ-глобиновых цепей и увеличением количества эритроцитов, содержащих HbF [Д.Ф. Шиффман, 2001; В.М. Погорелов и соавт., 2004; Д.К. Волосников, Е.Н. Серебрякова, 2010; Ю.А. Кривенцев, 2012; I.

Amoyal, E. Fibach, 2007; D.H. Maillett et al, 2008; R. Kar et al, 2008].

Так как зрелый эритроцит не имеет цитоплазматических органелл и ядра, не способен к синтезу белков и липидов, окислительному фосфорилированию и поддержанию реакций цикла трикарбоновых кислот, большую часть энергии эритроциты получают с помощью анаэробного гликолиза — пути Эмбдена-

Мейергофа. Глюкоза поступает в эритроциты путём облегчённой диффузии с помощью переносчиков глюкозы GLUT1. Гексокиназа является первым ферментом пути Эмбдена-Мейергофа, она обеспечивает фосфорилирование

47

глюкозы. Далее в ходе последовательных реакций с участием фосфоглюкоизомеразы, фосфофруктокиназы, альдолазы, глицеральдегид-3-

фосфатдегидрогеназы, фосфоглицераткиназы, фосфоглицеромутазы, енолазы,

пируваткиназы из одной молекулы глюкозы образуется 4 молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) и 2 молекулы восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (NADH), при этом 2 молекулы АТФ расходуются на начальном этапе анаэробного гликолиза. Через пентозофосфатный путь отводится определенное количество глюкозы с образованием восстановленных соединений — глутатиона (GSH) и

никотинамидадениндинуклеотидфосфата (NADPH). Этапы пентозофосфатного пути обеспечивают глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (Г-6-ФДГ) и 6-

фосфоглюконат-дегидрогеназа [С.А. Сторожок, С.В. Соловьев, 1992; Ясько М.В., 1996; Н.Н. Великий и соавт., 1999; Д.Ф. Шиффман, 2001; Погорелов и соавт.,

2004]. Большое содержание кислорода в эритроцитах определяет высокую скорость образования активных форм кислорода — супероксидного аниона (О2-),

пероксида водорода (Н2О2), гидроксильного радикала (·ОН), постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин с образованием супероксидного аниона

(О2-). Чтобы предотвращать токсическое действие активных форм кислорода на гемоглобин и эритроцитарную мембрану, эритроциты обладают мощной системой антиоксидантных ферментов. Гидроксильный радикал нейтрализуется глутатионом, метгемоглобинредуктаза восстанавливает метгемоглобин в гемоглобин, донором водорода для которой служит NADH, образующийся в реакции анаэробного гликолиза и NADPH, образующийся в ходе пентозофосфатного пути. Супероксидный анион с участием фермента супероксиддисмутазы 1 типа (SOD1) превращается в пероксид водорода.

Пероксид водорода разрушается пероксиредоксином 2 типа, каталазой и глутатионпероксидазой (ГПО), донором водорода для которой является глутатион

(GSH). Глютатионредуктаза восстанавливает окисленный глютатион за счет

48

энергии NADPH. Образование глутатиона обеспечивает глутатионсинтетаза [M.Y.

Cimen, 2008; D.K. Volosnikov, E.N. Serebryakova, 2012]. Обладая мощной системой антиоксидантных ферментов, эритроциты способны связывать активные формы кислорода, продуцируемые полиморфноядерными лейкоцитами, снижая интенсивность оксидативного стресса [R.S Richards et al, 1998; R. Bracci et al, 2002].

1.2.2 Особенности системы эритрона в периоде новорожденности

Система эритрона новорожденных детей имеет ряд отличий в сравнении со взрослыми людьми. Количественные и качественные характеристики эритрона зависят от гестационного возраста новорожденного и изменяются в течение неонатального периода [Г.И. Козинец, В.А. Макарова, 1997; Ю.А. Кривенцев и соавт., 2012; А.Л. Заплатников, 2013; R.D. Christensen et al, 2012]. С 22 по 40

неделю гестации концентрация гемоглобина повышается в среднем на 2,1 г/л в неделю, вне зависимости от пола, и у здоровых доношенных новорожденных составляет в среднем 180 г/л, а уровень гематокрита колеблется в пределах 42-65

%. В первые несколько часов после рождения гематокрит у новорожденных 35-42

недели гестации повышается в среднем на 3,6 %, у новорожденных со сроком гестации 29-34 недели уровень гематокрита не изменяется, а у новорожденных со сроком гестации менее 29 недель гематокрит снижается. Далее в неонатальном периоде имеет место постепенное линейное снижение уровней гематокрита и гемоглобина, при этом у недоношенных новорожденных уровень гематокрита и гемоглобина на 28 сутки жизни ниже, чем у доношенных [Н.М. Пясецкая, 1999; J. Jopling et al, 2009].

Уровень HbF при рождении составляет в среднем 70% и может достигать

98%. В неонатальном периоде и в последующие месяцы жизни уровень HbF

49

снижается и к 4-6 месяцам количество фетального гемоглобина у большинства детей составляет менее 1% [D. Edoh et al, 2006]. Обнаружена связь уровня фетального гемоглобина при рождении с гестационным возрастом: чем ниже гестационный возраст, тем выше уровень фетального гемоглобина [S.Y. Shiao, C.N. Ou, 2006].

У новорожденных детей в раннем неонатальном пероде имеет место ускорение эритропоэза, о чем свидетельствует увеличение количества ретикулоцитов. Чем ниже гестационный возраст, тем выше количество ретикулоцитов, уровень ретикулоцитов у новорожденных не зависит от пола,

распределение ретикулоцитов по степени зрелости не изменяется в зависимости от гестационного возраста [M. Ervasti et al, 2007; M. Buttarello, M. Plebani, 2008; E. Mäkelä et al, 2008; M. Maconi et al, 2010 Mar]. По данным V. Schiza et al (2007) cамые высокие показатели фракции незрелых ретикулоцитов у недоношенных новорожденных имеют место при рождении, затем показатели фракции незрелых эритроцитов постепенно снижаются [V. Schiza et al, 2007].

У новорожденных с экстремально низкой массой тела количество ретикулоцитов и фракция незрелых ретикулоцитов прогрессивно снижается к концу первой недели жизни и остается на низком уровне в течение неонатального периода. В периферической крови здоровых новорожденных встречаются единичные нормобласты, количество нормобластов у недоношенных новорожденных выше, чем у доношенных. Увеличение количества нормобластов в периферической крови новорожденных считается неблагоприятным прогностическим фактором [Г.Е. Стоцкая и соавт., 2010; N. Haiden et al, 2006; R.D. Christensen et al, 2011].

Многими исследователями отмечен факт укороченного срока жизни эритроцитов новорожденных, связанный с различиями в физико-химических свойствах мембран эритроцитов и их метаболической активности по сравнению с эритроцитами взрослых, при этом у недоношенных детей данные различия являются более выраженными и срок жизни эритроцитов недоношенных

50

новорожденных короче, чем у доношенных. Так, если срок жизни эритроцитов у взрослых составляет 110-130 дней, у доношенных новорожденных 60-90 дней, то у недоношенных новорожденных 35-50 дней. Непосредственно после рождения для эритроцитарных мембран новорожденных характерна низкая текучесть,

низкая проницаемость и сниженное количество липидов. В последующие несколько суток текучесть мембран увеличивается, повышается их проницаемость, увеличивается количество липидов в мембране, с параллельной активацией уровня перекисного окисления липидов (ПОЛ) в эритроцитах. В

позднем неонатальном периоде имеет место процесс стабилизации физиологических характеристик эритроцитарных мембран, увеличение стабильности и повышение устойчивости к повреждающим факторам [Е.С.

Сахарова, Е.С. Кешишян, 2002; В.Т. Манчук и др., 2003; L. Steiner, P.G. Gallagher, 2007; R.G. Strauss , 2010; P. Ruef et al, 2011].

У недоношенных новорожденных по сравнению с доношенными новорожденными выявлены различия в активности эритроцитарных ферментов — более высокая активность Г-6-ФДГ и ГПО, сниженная активность СОД1. В целом эритроциты недоношеннных новорожденных более подвержены оксидативному стрессу, чем эритроциты доношенных новорожденных [J.J. Ochoa et al, 2007; C.H. Ko et al, 2009; N. Nassi et al, 2009].

При световой микроскопии в мазке периферической крови новорожденных детей выявляется отчетливый анизоцитоз, макроцитоз, гиперхромия и полихроматофилия эритроцитов [Г.И. Козинец, В.А. Макарова, 1997; L. Steiner, P.G. Gallagher, 2007].

Такие количественные характеристики периферического отдела эритрона как MCV (mean cell volume, средний объем эритроцитов), MCH (mean cell hemoglobin, среднее содержание гемоглобина в эритроцитах), RDW (red cell distribution width) ширина распределения эритроцитов по объему имеют связь с гестационным возрастом и подвергаются изменениям в течение неонатального периода. Со снижением гестационного возраста показатели MCV, MCH, RDW