3 курс / Патологическая физиология / Патофизиология_крови,_Фред_Дж_Шиффман

Глава 3

Эритроциты

| Майкл Дж. Роуз, Нэнси Берлинер

Структура и функции эритроцита

Общие положения

Эритроцит является высокоспециализированной клеткой, основная задача которой состоит в транспорте кислорода из легких в ткани и двуокиси углерода (СО2) — обратно в легкие. Клетка имеет форму двояковогнутого диска, что обеспечивает наибольшую площадь поверхности газообмена. Диаметр эритроцита составляет 8 мкм, однако особенности клеточного скелета и структуры мембраны позволяют ему претерпевать значительную деформацию и проходить через капилляры с просветом в 2-3 мкм. Такая способность к деформации обеспечивается за счет взаимодействия между белками мембраны (сегмент 3 и гликофорин) и цитоплазмы (спектрин, анкирин и белок 4.1) (рис. 3-1). Дефекты этих белков ведут к морфологическим и функциональным нарушениям эритроцитов (табл. 3-1). Зрелый эритроцит не имеет цитоплазматических органелл и ядра и поэтому

Рис. 3-1. Структура мембраны эритроцита. ГФА — гликофорин А; ГФС — гликофорин С. (Из: Handin R. I., Stossc! Т. P., Lux S. G. eds. Blood: Principles and Practice of Hematology, Philadelphia:]. B. Lippincott, 1995: 1726.)

не способен к синтезу белков и липидов, окислительному фосфорилированию и поддержанию реакций цикла трикарбоновых кислот. Он получает большую часть энергии через анаэробный путь Эмбдена-Мейергофа и сохраняет ее в виде АТФ. В зависимости от степени окислительной стимуляции через гексозомоно-фосфатныйшунтотводитсясоответствующееколичество глюкозыс образованием восстановленных соединений (глутатион и никотинамидадениндинуклеотид-фосфат [НАДФН]) (рис. 3-2).

Приблизительно 98 % массы белков цитоплазмы эритроцита составляет гемоглобин (НЬ), молекула которого связывает и транспортирует кислород. Гемоглобин представляет собой гетеродимерный тетрамер, состоящий из двух цепей глобина типа а и двух цепей другого типа (|3, у или 6), соединенных с четырьмя молекулами гема. Гем — это молекула протопорфирина IX, связанная с атомом железа. Каждый тетрамер гемоглобина может обратимо связыватьитранспортировать не более четырех молекулкислорода.

Рис. 3-2. Пути метаболизма эритроцита. НАД — никотинамидадениндинуклеотид (НАДН — восстановленная форма); 2,3-ДФГ — 2,3-дифосфоглицериновая кислота; Г-6-ФДГ — глюкозо-6-фосфатде-гидрогеназа; НАДФ — пикотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН

— восстановленная форма); G-SH, G-SS-G — восстановленная и окисленная формы глутатиона

К нормальным типам гемоглобина относятся: НЬА (а2(32 — основной гемоглобин взрослого человека), HbF (а2у2 — фетальный гемоглобин) и НЬА2 (а2|32 — минорный гемоглобин взрослого) (табл. 3-2). Смена гемоглобина F на гемоглобин А происходит во время рождения ребенка; к 4-6 месяцу жизни уровень фетального гемоглобина в крови составляет менее 1 % (рис. 3-3).

Рис. 3-3. (А) Кластеры глобинового гена на хромосомах 16 и 11. У эмбриона, плода и взрослого человека активируются разные гены. Различные цепи глобина синтезируются по отдельности, а затем объединяются друг с другом и образуют те или иные гемоглобины. Известны два варианта у-це-пи: с остаткомглутаминовоикислоты(GY) ИЛИостаткомаланина(Ау) впозиции136. (Из: Hoffbrand А. V., Pcttit J. E. Essential Hematology, 3rd ed. Cambridge, Mass.: Blackwell Scientific Publishing; 1993.) (Б) Локализация гсмоноэза и синтез гемоглобина в процессе онтогенеза. Петли объединяют глобины — варианты нормы и патологии. (Из: Brown M. S. Fetal and NeonatalErythropoesis in Developmental and Neonatal Hematology. New York: Raven Press; 1988. Из: Handlin R. I., Stossel T. P., Lux S. E. (eds). Blood: Principles and Practice of Hematology. Philadelphia: J. B. Lippincott, 1995.)

Рис. 3-4. Кривая диссоциации оксигемоглобипа. Алкалоз, низкая температура и снижение уровня ' 2,3-ДФГприводят ксдвигукривойвлевоиповышениюсродстваНЬккислороду. Результатомацидоза, повышения температуры и/или уровня 2,3-ДФГ является сдвиг кривой вправо и снижение сродства к кислороду. (Из: Isselbacher К. J. et al., eds. Harrison's Principles of Internal Medicine, 13th ed. New York: McGraw-Hill, 1994: 1719, Fig. 302-4.)

Кривая диссоциации оксигемоглобина иллюстрирует зависимость насыщения гемоглобина кислородом от напряжения этого газа (рис. 3-4). Сигмоидальная форма данной кривой обусловлена взаимодействием между субъединицами тет-рамера НЬ. Главным регулятором сродства гемоглобина к О2 является промежуточный продукт гликолиза — 2,3-дифосфоглицериновая кислота (2,3-ДФГ). 2,3-ДФГ снижает сродство НЬ к О2, что приводит к сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и к усиленному поступлению О2 в ткани. Сдвиг кривой вправо может быть также вызван увеличением температуры и рСОг или снижением рН (рис. 3-4). Фетальный гемоглобин слабо связывается с 2,3-ДФГ и поэтому характеризуется более высокой кислородсвязывающей способностью по сравнению с НЬ А.

Гены гемоглобина

Каждая хромосома 16 содержит два практически идентичных гена а-глобина, а хромосома 11 — подобную пару у-генов и по одной копии 5- и |3-генов. Глобин синтезируется только в эритроидных клетках и лишь в период созревания рети-кулоцитов из пронормоцитов. На каждой стадии развития гены а-глобина и других глобинов координированно экспрессируются. Это очень важный момент: поскольку тетрамеры, состоящие из одинаковых цепей НЬ (например, аА или РД практически нерастворимы, то для сохранения растворимости тетрамера НЬ необходим сбалансированный синтез разных цепей. Избыточное образование одной цепи гемоглобина, происходящее, например, при талассемии, может привести к преципитации белка в эритроците, повреждению клетки и ее преждевременной элиминации клетками ретикулоэндотелиальной системы.

Рис. 3-5. Эритропоэз. (Из: Isselbacher К. J. et al., eds. Harrisson's Principles of Internal Medicine,

13th ed. New York: McGraw-Hill, 1994: 1718, Fig. 302-1. Differentiation and morphologic maturation of eryhroid cells.)

Эритропоэз

Исследования тканевых культур позволили выявить два вида наиболее ранних эритроидных предшественников. Это бурстобразующая эритроидная единица (БОЕ-Э) и продукт ее дифференциации — колониеобразующая эритроидная единица (КОЕ-Э). Последняя дает начало проэритробласту — самому раннему из эритроидных клеток-предшественников, морфологически различимых в костном мозге. После 4-5 митотических делений и соответствующих морфологических изменений проэритробласт становится зрелым безъядерным эритроцитом (рис. 3-5), которыйциркулируетв периферической кровивтечение 90-120 дней, после чего удаляется селезенкой и другими структурами ретикулоэндотелиаль-ной системы.

Фактором роста, необходимым для развития эритроидных клеток, начиная со стадии КОЕ-Э, является эритропоэтин — гормон, продуцируемый в перитубу-лярных клетках почек. Его задача состоит в поддержании необходимого объема (в соответствии с потребностями организма в кислороде) эритроцитарной массы. Высвобождение эритропоэтина регулируется специальным механизмом и зависит от содержания кислорода в тканях почек.

Клиническая патофизиология анемии

Анемия — это уменьшение эритроцитарной массы. Поскольку объем крови обычно поддерживается на постоянном уровне, степень анемии можно определить либо на основании объема эритроцитов, выраженного в процентах по отношению к общему объему крови (гематокрит [ГК]), либо на основании содержания гемоглобина в крови. В норме эти показатели различны у мужчин и женщин, посколь-

ку андрогены повышают как секрецию эритропоэтина, так и количество костномозговых клеток-предшественников. При диагностике анемии необходимо также учитывать, что на большой высоте над уровнем моря, где напряжение кислорода ниже обычного, величины показателей красной крови возрастают.

Клинические проявления

Анемия является одним из наиболее важных признаков заболевания, поэтому причину ее возникновения необходимо определять во всех случаях по объективным и субъективным симптомам, отражающим также уровень гематокрита и скорость прогрессирования болезни. У пациентов со слабо или умеренно выраженной анемией яркая симптоматика часто отсутствует. При быстром развитии анемии компенсаторные механизмы не успевают развить достаточную мощность: соответственно, клинические проявления, как правило, значительнее, чем при заболевании той же степени тяжести, но развивающемся постепенно. Больные с анемией могут жаловаться на усталость, одышку, сильное сердцебиение и плохую переносимость физической нагрузки. Возможны головокружения, головная боль или шум в ушах. Тяжелая анемия вызывает анорексию, расстройство пищеварения, раздражительность, нарушения сна и затруднение концентрации внимания. У женщин возможно нарушение менструального цикла, у мужчин — импотенция и/или утрата либидо. Кроме того, анемия может стать причиной возникновения коронарной недостаточности и, как следствие, стенокардии и/илиинфаркта миокарда.

Бледность — основной симптом анемии, легче всего ее можно определить по цвету слизистой ротовой полости, ногтевого ложа, конъюнктивы, складок ладоней. К другим физикальным признакам анемии относятся тахикардия, усиленный сердечный толчок, шум потока крови. Анемия, вызванная гемолизом и гемо-глобинопатиями, может привести к желтухе и спленомегалии (глава 2).

Лабораторные исследования Мазокпериферическойкрови

Ключевой этап диагностики любого вида анемии — оценка морфологии эритроцитов (табл. 3-3). При микроангиопатических гемолитических анемиях и травматическом гемолизе, обусловленном использованием искусственных клапанов сердца, происходит фрагментация эритроцитов. При аутоиммунном гемолизе и наследственном сфероцитозе появляются сфероциты. Для заболеваний печени, талассемии и гемоглобинопатии С характерны мишеневидные эритроциты. Ядерные эритроциты и эритроциты в форме капли (дакриоциты) обнаруживаются при миелофиброзе и миелофтизе- (следствие опухолевого поражения костного мозга при карциноме, лимфоме, фиброзе и/или гранулематозе). При малярии и бабези-озе определяются внутриклеточные паразиты (табл. 3-3).

Исследование лейкоцитов и тромбоцитов в мазке периферической крови помогает выяснить этиологию анемии. При мегалобластных анемиях наблюдаются гранулоциты с гиперсегментированными ядрами (табл. 4-1). Анемия может быть первым проявлением острого или хронического лейкоза, диагностика которых обычно основывается на обнаружении аномальных лейкоцитов в периферической крови. Тромбоцитопения и лейкопения указывают на патологию костного мозга, затрагивающую все три клеточные линии.

Клиническаяпатофизиологияанемии ___________________________ = ________ 77

Подсчет ретикулоцитов

Анемия может быть результатом первичного нарушения продукции эритроцитов, их ускоренного разрушения или острой потери крови. Для выяснения причин возникновения анемии важно определить реакцию костного мозга. В норме примерно 1 % эритроцитов в организме ежедневно заменяется юными клетками, которые называются ретикулоцитами. Поскольку эти клетки все еще содержат по-лирибосомальную РНК, их можно определить с помощью специального окрашивания мазка периферической крови. Краситель Райта, содержащий эозин и метиленовый синий, окрашивает ретикулоциты в серо-пурпурный цвет. Под действием более специфических красителей (новый метиленовый синий, бриллиантовый крезиловый синий) происходит преципитация РНК и полирибосомы ретикулоцитов проявляются в виде сетчатого (ретикулярного) узора, отсюда и название этих клеток (табл. 3-3).

Содержание ретикулоцитов обычно выражают как процент от общего числа клеток красной крови. Данный показатель может повышаться как вследствие абсолютного увеличения количества ретикулоцитов в крови, так и вследствие сокращения массы циркулирующих эритроцитов (анемия). Поэтому при анемии используют нормализованное количество ретикулоцитов, вычисляемое по формуле:

Нормализованное количество ретикулоцитов =

ГК пациента = % ретикулоцитов х ——------------ .

ГК в норме

Увеличение нормализованного количества ретикулоцитов свидетельствует о стимуляции костного мозга эритропоэтином, что способствует не только повышению продукции ретикулоцитов, но и их более раннему поступлению в кровь. В крови оказываются незрелые ретикулоциты, которые циркулируют там более 1 дня. Срок зависит от времени, требующегося для созревания ретикулоцитов и утраты ими РНК. Он коррелирует с уровнем гематокрита: при ГК, равном 45 %, ретикулоцит проведет в периферической крови только 1 день; при 35 %, 25 % или 15 % — 1,5, 2 и 2,5 суток соответственно. Индекс продукции ретикулоци-гов позволяет уточнить время пребывания ретикулоцитов в периферической крови по следующей формуле:

Индекс продукции ретикулоцитов = _ Нормализованное количество ретикулоцитов

Время созревания ретикулоцитов

Другой способ оценки продукции эритроцитов состоит в подсчете абсолютного количества ретикулоцитов, равного произведению процентного содержания ретикулоцитов и числа эритроцитов. В норме эта величина составляет 50 000-60 000/мкл. Подсчетабсолютногоколичестваретикулоцитовпроводитсявомногих лабораториях, и, возможно, он информативнее стандартных показателей.

Если причиной развития анемии являются кровопотеря или деструкция клеток крови вне костного мозга, то секреция эритропоэтина возрастает и относительное количество ретикулоцитов поднимается выше нормального уровня (1 %), а абсолютное число ретикулоцитов превышает величину 100 000/мкл. Отсутствие соответствующего ретикулоцитоза при анемии указывает на нарушение продукции эритроцитов в костном мозге из-за недостаточности питания, остановки созревания и/или заболеваний костного мозга.