2 курс / Нормальная физиология / Система_красной_крови_сравнительная_физиология_Липунова_Е_А_,_Скоркина

физиологических констант внутренней среды, поддерживаемых на определенном для метаболических процессов уровне.

Функциональная система крови представляет собой иерархию подсистем регуляции [22, 29]: качественного и количественного состава клеток крови;

биохимического состава плазмы крови; агрегатного состояния крови; газового баланса. Иерархически построенная, кровь как система обладает высокой прочностью по отношению к внешним и внутренним воздействиям.

Система крови тонко реагирует на воздействия факторов среды набором специфических и неспецифических компонентов. Например, гипоксический стресс различной этиологии включает активацию биосинтетических процессов в почках увеличивает продукцию эритропоэтина, простогландинов, стероидных гормонов, серотонина [24], активирующих эритропоэз, что ведет к количественной и качественной перестройке эритрона на всех уровнях его структурной организации [48, 106, 197]. Гомеостатическая регуляция направлена на достижение оптимального уровня константы, максимально отклонившейся от своего среднего значения. Закономерности отклонений гомеостатических констант подчиняются правилам фона (направленность и величина изменения константы зависит от исходных, фоновых значений) и

гиперкомпенсации. (новое значение константы, достигнутое вследствие гомеостатирования, не идентично, а превышает фоновое).

Различают два типа гомеостатической регуляции: регуляция по отклонению, если фактор действует на систему впервые, и опережающая гомеостатическая регуляция, возникающая при повторных воздействиях фактора, и запоминание системой его параметров. На субклеточном и клеточном уровнях преобладает регуляция по отклонению. Таким путем регулируются внутриклеточный pH, осмотическое давление и объем клетки,

эндо- и экзоцитоз, состояние ионных каналов. На системном уровне оба типа регуляции равноправны; на организменном – преобладает опережающая регуляция [165].

Понятие «система крови» впервые ввел Г.Ф. Ланг (1939), включив в нее кроветворные органы, системы циркуляции, кроверазрушения и регуляции. В 1953 г. Castle и Minot ввели термин «эритрон», под которым понимали всю массу эритроидных клеток организма, включая ядерные костномозговые формы, ретикулоциты и зрелые эритроциты. По определению современной функциональной гематологии «эритрон» объединяет совокупность функционирующих в сосудистом русле эритроцитов, органов их продукции и распада с комплексом рецепторов и эффекторов, обеспечивающих стационарное состояние этой системы и ее подстройку к потребностям организма в изменяющихся условиях [196, 197], а также процессы эритрокинетики и количественные характеристики (объем эритрона) [22, 34].

Shumacher и Erslev (1965) в соответствии с функциональными потребностями организма выделили в костном мозге пул делящихся клеток

(пронормобласты, базофильные и частично полихроматофильные нормобласты) и пул созревающих (дифференцирующихся) клеток,

включающий часть полихроматофильных нормобластов, оксифильные нормоциты и костномозговые ретикулоциты. Циркулирующие в крови клетки объединены в функционирующий пул [232].

Пулами называют совокупность клеток, находящихся в разных фазах жизненного цикла. В настоящее время в соответствии с потребностями организма в костном мозге различают:

–пул стволовых клеток. Включает популяцию стволовых кроветворных клеток, дифференцирующихся в направлении лейкоцита, эритроцита и мегакариоцита, способных поддерживать численность собственной популяции;

–пролиферирующий пул. Объединяет стволовые клетки, вступившие в стадию дифференцировки. В отличие от первого, клетки этого пула способны к ограниченному числу митозов. Основная функция клеток – усиление клеточной продукции стволовых клеток;

–пул созревания и хранения. Его формируют клетки, утратившие способность к делению и последовательно проходящие в костном мозге

дальнейшие стадии дифференцировки – от нормобласта до эритроцита (они составляют костномозговой резерв);

– функционирующий пул. Его образуют дифференцированные форменные элементы, вышедшие в кровоток [194].

Принципиально важно разделение клеток на синтезирующие и не синтезирующие гемоглобин. Синтез гемоглобина завершается на стадии ретикулоцита. Структурная организация клеток на разных этапах дифференцировки обусловливается их функциональными особенностями [116].

Таким образом, происходящие в кроветворной ткани процессы на различных этапах эритропоэза однонаправленны, необратимы и обеспечивают образование специализированных клеток крови.

Установлено, что в норме эритроциты не представляют собой однородную массу клеток, выявляемую при микроскопировании мазка или препарата нативных эритроцитов, а образуют систему, в которой закономерно сочетаются клетки различных возрастов, морфологии и функционального состояния. Качественные отличия между отдельными эритроцитами обнаруживаются, например, при определении их стойкости к гемолитикам различной природы методом дисперсионного анализа и др. [34].

Важная характеристика физиологии и патологии системы крови – количественный и качественный состав эритроцитарной популяции, одного из наиболее важных звеньев эритрона.

Система красной крови организма – один из примеров равновесных биологических систем. При нарушении динамического равновесия изменяются не только количественные показатели, но и качественные – происходят изменения в распределении клеток по диаметрам, физико-химическим свойствам, биохимическому составу [105, 106]. Следовательно, качественный состав популяции эритроцитов в сосудистом русле – регулируемый признак эритрона.

ГЛАВА 1. ГЕМОПОЭЗ

Клетки крови представляют собой разнородную цитологическую систему, состоящую из элементов, различающихся между собой в функционально-кинетическом аспекте. Первые попытки изучения гистогенеза форменных элементов методом визуального анализа были сделаны А.А.

Максимовым [271, 272]. Результаты его работ легли в основу современных представлений о кроветворении.

1.1.Теории кроветворения

Изучение соединительной ткани и крови резко продвинулось вперед после того, как для их исследования был применен экспериментальный метод

[43], дополнивший клинический. В основе экспериментального метода лежит изучение воспалительной и некоторых других реакций соединительной ткани и крови в ответ на действие различных экзо- и эндогенных факторов. В последнее время в гематологии широкое применение нашел метод тканевых культур.

Клеточный состав крови наряду с ее биохимической характеристикой нашел широкое применение в медицинской практике. В диагностических целях клиническое изучение морфологии крови ограничивается исследованиями картин крови и костного мозга при различных физиологических и патологических состояниях организма.

Важной вехой в развитии гематологии стал метод окраски клеток,

предложенный Романовским. Этот метод позволил определять последовательность различных стадий кроветворения на основании морфологических характеристик, однако не обеспечивает возможности проведения идентификации молодых клеточных элементов костного мозга, а

также определения последовательности развития и тем более функциональной направленности этих клеток. Это привело к различному трактованию ранних стадий клеточной дифференцировки и послужило основанием для возникновения теорий кроветворения: полифилетической, дуалистической и унитарной [18].

гипотетический характер, т. к. принципиальной разницы между эндотелием кровеносных и лимфатических сосудов не установлено. Дуалистическая и полифилетическая теории кроветворения имеют общее положение:

лимфоидные и миелоидные системы обособлены.

Унитарная теория кроветворения была сформулирована А.А. Максимовым [274] на основании работ по восполнительному новообразованию соединительной ткани, эмбриональному и постэмбриональному гемопоэзу. По мнению ученого, «…теории кроветворения должны отражать не только генетические взаимоотношения клеточных элементов в тканевой системе, но и взаимовлияния клеток элементов в тканевой системе внутренней среды организма в целом» [цит. по:43, с. 563].

Основные положения теории:

–лимфоидные элементы в организме равнозначны, несмотря на их полиморфизм;

–малый лимфоцит – индифферентная форма, способная к всевозможным специальным превращениям в любой кровяной элемент;

–родоначальницей всех специализированных кровяных клеток является полиморфная лимфоидная форма;

–реализация потенциальных возможностей развития лимфоцитов определяется окружающими условиями. Результаты развития могут быть разнообразны.

Впоследствии унитарная теория кроветворения была дополнена с позиции нового учения о мононуклеарной фагоцитарной системе (рис.2).

Значительным достижением в развитии современных представлений по теории кроветворения стали исследования, в которых были разработаны методы клонального анализа кроветворных клеток в селезенке смертельно облученных животных [275]. Они позволили изучить кинетику клеток крови и выявить их свойства на разных уровнях кроветворения, поведение под влиянием различных факторов, характер пролиферации и дифференцировок.

Было установлено, что через 7-10 дней после введения облученным мышам

костного мозга здоровых животных в селезенке образуются колонии

[200-202]. Подтверждение высокой частоты обновления клеток крови способствовало созданию теории стволовых клеток, обеспечивающих гемопоэз.

Установлен стохастический характер дифференцировки ГСК, т. е. полная независимость их дифференцировки от запроса [231].

В процессе гемопоэтической дифференциации из плюрипотентных ГСК образуются высокоспециализированные клеточные линии: миелоидная – в

костном мозге и лимфоидная – в лимфоидных органах. Клетки миелоидной линии дифференцируют на эритроидные, гранулоцитарные и мегакариоцитарные, а клетки лимфоидной линии – на Т- и В-лимфоциты. В

организме число ГСК находится под строгим регулирующим контролем.

Современная схема гемопоэза была предложена в 1975 г.

И. А. Чертковым и А. И. Воробьевым [27, 202]. В ней все клетки в зависимости от степени дифференцировки объединены в 6 классов:

I – класс полипотентных клеток-предшественников, включает стволовые кроветворные клетки;

II – класс частично детерминированных полипотентных клеток-

предшественников. Его существование выявляется опосредованно. Например, в

пострадиационный период восстановления крови при облучении в пределах

(500-600 рад) наблюдается временный подъем количества эритроцитов и гранулоцитов (но не лимфоцитов). Основная масса клеток находится в костном мозге, но не исключается возможность их перемещения из одних участков кроветворной системы в другие. Содержание клеток в крови незначительное;

III – класс унипотентных клеток-предшественников, способных к ограниченному самоподдержанию (могут существовать в течение 10-15

митозов, затем погибают). Класс формируют клетки-предшественники родоначальных клеток отдельных рядов кроветворения: а) эритропоэтин-

чувствительная клетка; б) колониеобразующая в культуре клеток (клетки,

дающие начало гранулоцитам и макрофагам); в) тромбоцитопоэтин-

чувствительная клетка; г) клетки-предшественники Т- и В-лимфоцитов.

Клетки-предшественники всех уровней морфологически не идентифицируются,

их характерная особенность – способность находиться в двух морфологически различных формах – бластной и лимфоцитоподобной;

IV – класс морфологически распознаваемых пролиферирующих клеток.

Представлен бластными формами, дающими начало отдельным рядам кроветворения – гранулоцитам, эритроцитам, моноцитам, мегакариоцитам и лимфоцитам. При окраске по Романовскому-Гимзе ядра клеток имеют красно-

фиолетовый цвет, нежно-сетчатую структуру, несколько хорошо очерченных ядрышек и ободок цитоплазмы с окраской от светло-голубой до интенсивно базофильной. Форма ядра бластных клеток, как правило, круглая, реже овальная или овально-вытянутая. Ядро расположено в центре клетки или несколько смещено к одному из полюсов. Характерная особенность клеток – преобладание площади ядра над площадью цитоплазмы;

V – класс созревающих клеток;

VI – класс зрелых клеток с ограниченным жизненным циклом.

Модель гемопоэза стволовых клеток. Для современного этапа развития клеточной биологии характерен возросший интерес к изучению стволовых клеток, с участием которых осуществляются восстановительные процессы в организме: естественное восстановление, восстановление при патологических состояниях или средовых воздействиях Исследования в этой области проводятся в двух направлениях – а) изучение стволовых клеток взрослого организма в плане становления их роли в дифференцировке и восстановительных процессах и б) изучение эмбриональных стволовых клеток

[129].

В настоящее время стволовые клетки определены функционально, а не морфологически. Впервые представление о родоначальных клетках крови сформулировал в начале ХХ в. А. А. Максимов, который считал, что по своей морфологии они сходны с лимфоцитами [271, 272]. Это представление нашло подтверждение и развитие в новейших экспериментальных исследованиях.

Выявление ГСК стало возможным при применении метода колониеобразования. В отношении морфологического строения ГСК показано,

что они подобны малому лимфоциту. Установлено, что стволовые клетки,

обнаруженные в костном мозге человека, обезьяны, мыши, курицы,

морфологически идентичны [18, 44].

Популяция ГСК рассматривается как полипотентная клеточная система,

дифференцирующаяся в различные функциональные клеточные популяции,

способная к самообновлению и самоподдержанию. Общее число ГСК сохраняется на постоянном уровне, который контролируется в организме и ограничивается размерами стромальной ткани. Способность к самообновлению является ключевой в концепции стволовой клетки [201, 295].

В настоящее время наибольшее признание получили две теории,

объясняющие механизм самообновления. Согласно первой – деление стволовой клетки асимметрично: из двух производных стволовой клетки одна – недифференцированная, другая – дифференцируется с образованием зрелых клеток крови. В соответствии со второй теорией стволовая клетка при каждом делении производит или две новые стволовые клетки, или две более зрелые.

Пул стволовых клеток, таким образом, поддерживается равновесием между числом делений, увеличивающих количество стволовых клеток, и делений,

связанных с появлением более зрелых клеток. Эти теории легли в основу иерархической модели гемопоэза (рис.3) [210].