2 курс / Нормальная физиология / Физиология_крови_Липунова_Е_А_,_Скоркина_М_Ю_

акантоциты – сферические эритроциты без пэллора, с множественными нерегулярно расположенными выростами (от 3 до 12 спикул), которые в отличие от эхиноцитов не способны к возврату в нормальное состояние при помещении в свежую плазму. Длина и толщина спикул сильно варьируют. Объем, площадь поверхности, содержание гемоглобина обычно близки к норме

(рис. 5):

Рис. 5. Акантоцит с булавовидным расширением на конце. 2600. (Ю.К. Новодержкина и соавт., 2004)

дакриоциты, или каплевидные клетки (tear drop cells). В отличие от акантоцитов имеют одну большую спикулу и часто содержат включение – тельце Гейнца; как правило, микроциты типичны для миелофиброза.

IV. Клетки с нарушениями белков транспортных систем (нарушение транспортной функции мембраны):

ксероциты – уплотненные дегидратированные клетки нерегулярной формы. Характерны для наследственной болезни семейного ксероцитоза.

V. Клетки с нарушениями белков спектриновой сети (нарушение механической функции мембраны):

микросфероциты – небольшие (5,7-6,9 мкм) эритроциты сферической формы с отсутствием центрального просветления (пэллора), модификация или исчезновение спектрина в которых приводят к неустойчивости мембраны;

сфероциты представляют терминальную стадию, в которую переходят эхиноциты, акантоциты и стоматоциты при необратимом повреждении и естественном старении;

32

элептоциты (овалоциты) – эритроциты овальной формы.

Внорме составляют менее 1% всех клеток, а при анемиях (талассемия, железодефицитная и мегалобластная анемии) их содержание доходит до 10% (рис. 6).

Рис. 6. Элептоциты. 1700. (Ю.К. Новодержкина и соавт., 2004)

VI. Клетки, появление которых обусловлено аутоиммунными механизмами:

«укушенные» клетки (дегмациты), эксцентроциты и полутени. При воздействии солей тяжелых металлов (в основном свинца), органических соединений изменяются антигенные свойства эритроцитов и они становятся мишенью для макрофагов, которые «откусывают» часть клетки. Часто наблюдаются тельца Гейнца;

шизоциты и шлемовидные клетки – мелкие, с диаметром меньше 4 мкм, клетки нерегулярной формы, фрагменты клеток. Встречаются при гемолитической анемии.

При высыхании мазка линейные размеры эритроцитов уменьшаются на 10-20%. Исследователи отмечают, что обычная световая микроскопия дает неопределенность изображения краев микроскопируемого объекта (0,5 мкм): ошибка в определении диаметров составляет 6% и 20% – в определении средней толщины эритроцитов (В.А. Левтов и соавт., 1982). Для исключения субъективных ошибок при определении линейных размеров эритроцитов применяют различные способы анализа формы клеток. Теоретические исследования в области обработки медицинских изображений привели к созданию в ряде стран автоматизированных систем – анализаторов изображений. Изображение не-

33

сет в себе информацию об объекте и в этом смысле может рассматриваться как многомерный сигнал, описываемый функцией двух или большего числа переменных. Первые результаты цифровой обработки изображений стали применяться для автоматизированных подходов решения многих стандартных задач анализа медицинской видеоинформации (В.А. Сойфер, 2001).

Геометрическими характеристиками формы и размеров эритроцитов являются объем и площадь поверхности. Выявлена определенная зависимость между объемом и их количеством: чем больше эритроцитов, тем меньше их объем. Одна из важнейших физиологических характеристик эритроцитов – поверхность клеток. Гемодинамика обеспечивает протекание обмена на разделительных поверхностях систем «кровь – ткань» и «кровь – внешняя среда», структурная единица которой – эритроцит. Этот показатель трудно определить, т. к. эритроциты млекопитающих и других позвоночных не представляют по форме правильных геометрических тел.

2.3.1.2. Структурная организация мембраны. Эритроцит – гибкая эластичная структура, изменяющая свою форму при прохождении через капилляры тела. На электронных микрофотографиях – однородные или мелкозернистые электронно-плотные структуры, покрытые оболочкой толщиной 6-12 нм, гетерогенной в разных ее участках (Е.А. Шубникова,1981).

Эритроцит человека имеет следующий химический состав, %: вода – 70-71; гемоглобин – 25-28; липиды – 5-7; углеводы, соли, ферменты – 3% (Т.С. Истаманова и соавт., 1973; В.А. Левтов и соавт., 1982).

Важнейший органоид эритроцита – плазматическая мембрана. Она выполняет функции механической оболочки с регулируемыми физическими свойствами и одновременно «координатора» работы клетки в зависимости от физических и химических сигналов, поступающих к ней (А.М. Казенов, М.Н. Маслова, 1987), играя, таким образом, ключевую роль в детерминации гомеостаза и функциональной способности клетки.

В современной мембранологии особое внимание уделяется структурной организации и функционированию биомембран, участвующих в интеграции регуляторных процессов и реакций клетки. Установлено, что уровень физиологической активности и

34

биоэнергетика во многом определяются физико-химическими свойствами мембран (в частности, качественным и количественным составом липидов и скоростью их обновления) (А.Г. Марачев и соавт., 1983).

Эритроцитарная мембрана – композитарная структура; ее основу составляет липидный бислой с асимметрично встроенными белками. Мембранные белки способны влиять на липиды, изменяя их молекулярную упорядоченность и ограничивая подвижность анулярных липидов, вызывая изменение низкочастотных колебаний липидной фазы, стимулируя разделение фаз и способствуя асимметричному распределению липидов (Биохимия мембран, 1986; А.А. Болдырев, 1985, 1990; J. Fujii, 1981; J.E. Smith, 1987). Липиды мембраны регулируют подвижность и активность внутримембранных белков, обеспечивая клетке селективную проницаемость и нормальное функционирование мембранных ферментов и рецепторов (Р. Геннис, 1997).

Наиболее детально изучена мембрана и цитоскелет эритроцитов млекопитающих животных (Э. Мэдди, 1979; Е.А. Черницкий, А.В. Воробей, 1981). Содержимое эритроцита представляет гидрофильную коллоидную систему, в которой дисперсная фаза состоит из гемоглобина, воды и солей, а непрерывная фаза – из воды и солей. В цитоплазме эритроцитов в больших количествах присутствуют гемоглобин, ферменты гликолитического цикла, органические соединения и неорганические ионы, состав и количество которых значительно отличается от аналогичных их показателей в плазме. Процентная доля стромы эритроцитов (отделенной от гемоглобина) у разных видов млекопитающих колеблется в пределах от 1 до 4%; у птиц она выше (около 13%), что обусловлено присутствием ядерного вещества (табл. 2).

Липиды эритроцитарных мембран представлены тремя классами: нейтральные липиды, гликолипиды и фосфолипиды. В составе мембраны они находятся в соотношении 30:10:60. В химическом составе мембраны преобладают фосфолипиды (фосфотидилхолин, фосфотидилсерин, фосфотидилэтаноламин, сфингомиелин) и холестерол (Я. Кагава, 1985; А.Д. Шалабодов, 1999); они во многом обусловливают свойства мембран (Е.М. Крепс, 1981).

35

Таблица 2

Химический состав постгемолитического остатка

(стромы) (H. Williams, 1941)

Структурно мембраны липидов построены по единому принципу – на базе спиртов (глицерина, этиленгликоля). Молекула липида включает гидрофобные «хвосты» из предельных или непредельных жирных кислот и полярной головки, состоящей из фосфорной кислоты и этиленамина, серина, холина, инозита и др. (табл. 3).

Таблица 3

Липидный состав эритроцитов крови человека и кишечной палочки, % от общего количества (В.Г. Артюхов и соавт., 2001)

Молекулы фосфолипидов формируют липидный бислой – основу структуры мембран эритроцитов. В составе молекулы фосфолипидов имеются остатки ненасыщенных жирных кислот,

36

содержащих от четырех до шести двойных связей, на долю которых приходится около 17% всех жирнокислотных остатков (R.A. Cooper, 1970). Плотность упаковки липидного бислоя эритроцитов зависит от степени ненасыщенности фосфолипидов и содержания холестерола, что отражается на упругих свойствах материала мембраны и величине модуля поверхностного сжатия. Фосфолипиды распространены неравномерно. Так, фосфатидилхолин и сфингомиелин являются основными компонентами внешней поверхности мембраны, а фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин локализованы преимущественно на ее внутренней стороне. Миграция в мембране молекул фосфолипидов, их избирательный гидролиз, формирование небислойных липидных фаз в определенных участках мембраны играют важную роль в процессах образования везикул и разрушения красных клеток

(T.L. Steck, 1974; S.R.P. Yndi et al., 1990). Молекулы холестерола расположены между молекулами фосфолипидов.

Большинство молекул белка сосредоточено на цитоплазматической поверхности липидного бислоя, который полностью пронизывает белок полосы 3 и гликофорин (T.L. Steck, 1974).

Поверхность мембраны замкнутая, состоит из фиксированного числа молекул и способна существовать в равновесном ненатяженном состоянии. Благодаря полярным группам молекулы фосфолипидов обладают амфифильными свойствами, что определяет высокое сродство их и водных растворов; наличие двух остатков жирных кислот придает им гидрофобные свойства. Особенности взаимодействия мембраны с водой зависят от площади контакта гидрофобных групп липидов с молекулами воды и от плотности упаковки молекул фосфолипидов в мембране (С.А. Сторожок и соавт., 1997).

Фосфатиды регулируют активный и пассивный транспорт веществ, определяют чувствительность клеток к действию лигандов, активность мембранных ферментов. Фосфатидилсерин, обладая иммунностимулирующей активностью, служит триггером для макрофагального удаления эритроцитов из кровотока. Фосфоинозитолы участвуют в генерации диацилглицерола, активирующего Ca2+-фосфолипидзависимую протеинкиназу С и регулирующего работу Ca2+-АТФазы и Ca2+-каналов инозитол-1,4,5-трифосфата

(А.А. Болдырев, 1985; M.J. Berridge, 1993). Поддержание соотно-

шения между фракциями фосфолипидов обеспечивает нормальное функционирование эритроцита.

37

При дезорганизации мембранных липидов клетка утрачивает способность регулировать ионный и антиоксидантный гомеостаз, нарушаются активность мембранных ферментов и метаболизм, что ведет к необратимым изменениям структуры и физиологии эритроцита (Я. Кагава, 1985; А.А. Болдырев, 1990; Г.Н. Крыжановский, 2002): например, нарушаются микровязкостные свойства мембраны, оптимальный уровень ее текучести (в частности, подвижность углеродных атомов в углеродной цепи), длина углеродных цепей фосфолипидов, степень ненасыщенности жирных кислот (А.А. Болдырев, 1990).

При старении эритроцитов мембрана претерпевает структурную и метаболическую модификации, приводящие к их элиминации. В мембране уменьшается концентрация фосфолипидов

ихолестерола (без изменения содержания мембранных белков) и соответственно снижается соотношение липид/белок. Сравнение состава эритроцитарных мембран пожилых и молодых доноров выявило увеличение при старении организма отношения холестерол/фосфолипид (Е.А. Черницкий, А.В. Воробей, 1981). Работами зарубежных ученых установлено, что включение холестерола в мембраны липосом изменяет их упругие свойства: возрастают величина модуля поверхностного сжатия и критическое значение относительного увеличения площади мембраны и ее натяжения. Наблюдаемые эффекты холестерола на упругие свойства липидного бислоя мембраны ученые связывают с увеличением плотности упаковки фосфолипидов и уменьшением проницаемости мембран для воды (R. Fettiplace, D.A. Hydon, 1980; F.T. Presti et al., 1982; P.L. Yeagle, 1987).

Белки в эритроцитарной мембране распределяются неравномерно. По степени влияния на структуру липидного бислоя и силе взаимодействия с ним белковые компоненты мембраны эритроцитов делят на периферические, интегральные и полуинтегральные белки. Все компоненты полипептидного профиля мембраны эритроцита по функциональному назначению подразделяются на две группы: белковые компоненты, участвующие в формировании мембранного скелета (спектрин, анкирин, белки полос 4.1, 4.2, 4.9, актин), и полипептиды, обеспечивающие метаболизм

иионный гомеостаз (белок полосы 3 – анионный канал, гликофорин, аддуцин, Na+, K+-АТФаза, Ca2+-АТФаза и ацетилхолинэстераза, а также ряд белков полосы 4.5, обеспечивающих транспорт

38

моносахаридов и нуклеозидов, белок фракции 6, представляющий глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу) (Е.А. Черницкий, А.В. Воробей, 1981; С.А. Сторожок и соавт., 1997; А.Д. Шалабо-

дов, 1999; Н.В. Рязанцева, В.В. Новицкий, 2004; V. Bennet, 1985; C.W.M. Haest, 1982).

Липидно-белковое взаимодействие в мембране эритроцита обусловливает течение специфических мембранассоциированных процессов, включающих и транспорт ионов, обеспечивая, например, долгосрочное поддержание концентрации Ca2+ в цитозоле на низком уровне. Нарушение мембранного транспорта Ca2+-вто- ричного мессенджера, участвующего в регуляции фактически всех процессов клеточного метаболизма, приводит к изменению функциональной активности зрелых эритроцитов (С.Н. Орлов, 1987; Z. Vazecka et al., 1997). Характерно, что Ca2+-АТФаза эрит-

роцитарной мембраны, тонко регулируя кальциевый гомеостаз, находится сама под контролем регуляторов – кальмодулина и ряда модулирующих систем, обеспечивающих активность Ca2+-АТФазы и ее сродство к ионам Ca2+. Контроль за функциональным состоянием Ca2+-АТФазы достигается изменением фосфорилирования энзима, что опосредуется активностью цАМФзависимой протеинкиназы и протеинкиназы С (C.R. Lombardo, P.S. Zow, 1994).

Для ядерных эритроцитов типично наличие хорошо выраженного цитоскелета, формирующего микротрубочки в виде характерного кольца в субмембранной области клетки (А.А. Завар-

зин, 1985; А. Фултон, 1987).

Углеводы в составе мембран в свободном виде фактически не встречаются, они входят в состав белков (гликопротеиды) и липидов (гликолипиды). Углеводная часть белковой молекулы находится на поверхности мембраны, что связано с их функциональной ролью – осуществление межклеточных взаимодействий, ограничение подвижности белковых молекул, обеспечение иммунных реакций (Е.А. Черницкий, А.А. Воробей, 1981; А.Д. Шалабодов, 1999).

Структурная особенность эритроцитарной мембраны – наличие эластичной белковой сети цитоскелета, локализованного на внутренней поверхности липидного матрикса и связанного с интегральными белками. Взаимодействие белкового цитоскелета с липидным матриксом мембраны обеспечивает ее стабильность

39

(R.E. Waugh, R.G. Bauserman, 1995). Белковый цитоскелет обу-

словливает поведение мембраны эритроцита как упругого твер-

дого тела (J.C. Hansen et al., 1996; J.K. Khodadad et al., 1996). Наи-

более прост и вместе с тем хорошо изучен цитоскелет безъядерных эритроцитов. Основа его молекулярной структуры – спек- трин-актиновый комплекс, содержащий добавочные белки 4.1 и 4.9. Спектрин-актиновое взаимодействие обеспечивают белок полосы 4.2, аддуцин (K.A. Gardner, V. Bennet, 1986; S. Mische et al., 1987), тропомиозин (V.M. Fowler, V. Bennet, 1984), тропомодулин (V.M. Fowler, 1987).

Основу белковой сети цитоскелета образуют молекулы спектрина. Гетеродимеры спектрина представлены α- и β-субъединицами, которые взаимодействуют друг с другом концевыми фрагментами. В результате формируется гибкий многоугольник, в углах которого локализованы молекулы актина, белков полос 4.1, 4.9, тропомиозина и кальмодулинсвязующего белка – аддуцина (рис. 7) (С.А. Сторожок и соавт., 1997).

Рис. 7. Молекулярная структура цитоскелета мембраны эритроцита (С.А. Сторожок и соавт., 1997):

SpT – молекулы спектрина тетрамера; 2.1 – анкирин; 3 – интегральный белок полосы 3.1; GpC – гликофорин-С; Ad – аддуцин; 5 – актин; 4.1 и 4.2 – белки полос 4.1 и 4.2

Аддуцин и белок полосы 4.1. формируют тройные комплексы со спектрином и актином, обеспечивая спектрин-актиновую связь. Белок полосы 4.1 взаимодействует с молекулами спектрина; аддуцин и актин проявляют большое сродство (V. Bennet et al., 1988). Выявлена способность молекул гемоглобина образовы-

40