Ретикулоцитарные и эритроцитарные показатели периферической крови в системе оценки у лиц, занимающихся и не занимающихся спортом

Теоретическая значимость работы заключается в том, что её результаты, базирующиеся на разработанных методах математического моделирования (структуризация гемограмм на основе систем дискриминационных уравнений, S-функция и вероятностный анализ), расширяют существующие представления о методологических принципах анализа ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей и информативной ценности анализируемых параметров в системах оценки и прогнозирования функционального состояния эритропоэза у лиц молодого возраста, включая спортсменов высокой квалификации, а также углубляют научные знания о физиологических механизмах компенсации, задействованных при восполнении дефицита железа, в частности, раскрывают особенности функционирования эритрона в подобных условиях (стадийность процесса, переходные состояния системы, различная степень сопряженности изменений скоростей и ускорений показателей).

Практическая  значимость настоящих исследований состоит в том, что их результаты позволяют повысить эффективность:

- использования ретикулоцитарных  показателей в системе дифференцированной  оценки эритропоэза;

- скрининга лиц, имеющих  латентный дефицит железа;

- дифференциальной диагностики  различных вариантов

железодефицитных состояний;

- гематологического контроля  за спортсменами, направленного  на своевременную регламентацию физических нагрузок и предупреждение состояния перетренированности;

- прогнозирования результатов коррекции дефицита железа.

Апробация и  внедрение полученных результатов. Основные положения исследования докладывались на II Международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники – 2006» (Днепропетровск, 2006); III Международной научно-практической конференции «Научное пространство Европы-2007» (Днепропетровск, 2007), Международной научно–практической конференции «Современные проблемы и пути их разрешения в науке, транспорте, производстве и образовании ‛2007» (Одесса, 2007); IV и VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (Краснодар, 2007, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика физической культуры и спорта в условиях модернизации образования» (Ижевск, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы физиологии, физического воспитания и спорта» (Ульяновск, 2009); VIII научно-практической конференции «Медицинская наука и здравоохранение» (Анапа, 2010).

Материалы диссертационного исследования, касающиеся дифференцированной оценки функционального состояния эритропоэза, внедрены: в учебный процесс кафедры гигиены и спортивной медицины Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма по дисциплине «Спортивная медицина»; в систему гематологического контроля за членами сборных команд России по гребле на байдарках и каноэ и велосипедным шоссейным гонкам; в диагностический процесс Краснодарского консультативно–диагностического центра при плановых профилактических осмотрах (7 актов внедрения прилагаются). По теме диссертации опубликован 21 научный труд, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки России.

Структура и  объем диссертации. Диссертация изложена на 214 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 38 рисунками и 24 таблицами. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы и актов внедрения. Библиографический указатель включает 237 источников, из которых 87 отечественных и 150 зарубежных авторов.

Глава 1. РЕТИКУЛОЦИТАРНЫЕ И ЭРИТРОЦИТАРНЫЕ

ПОКАЗАТЕЛИ  ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ

СОСТОЯНИЯХ ЭРИТРОПОЭЗА (обзор литературы)

1.1. Функциональное  состояние эритропоэза при различных вариантах дефицита железа

Дефицит железа является важной медико-социальной проблемой, так как относится к наиболее распространенной патологии функционального состояния эритропоэза среди населения различных стран. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, он имеется у 4-5 млрд. человек, из них около 30% страдают манифестной формой истинного дефицита железа (И.С. Тарасова и др., 2006). В некоторых регионах России железодефицитные состояния регистрируются у 30-60% детей и женщин детородного возраста (В.В. Долгов и др., 2002). В США железодефицитная анемия наблюдается у 12 % женщин репродуктивного возраста, у 5% подростков, у 1% детей раннего школьного возраста; распространенность железодефицитных состояний резко возрастает в популяциях афроамериканцев и мексиканцев, достигая 19% и 22% соответственно (S. Killip et al., 2009).

Ключевая роль в развитии железодефитного  эритропоэза принадлежит кровотечениям различной этиологии (маточным, желудочно-кишечным, почечным, легочным, носовым, десневым и пр.) (I. Theurl et al., 2009; J. Haidar, 2010; S.R. Pasricha et al., 2010; L.E. Torheim et al., 2010). Потери из желудочно-кишечного тракта, нередко на фоне пониженной абсорбции микроэлемента, выступают в качестве самой частой причины дефицита железа у мужчин и второй по частоте причиной (после меноррагий) у женщин (J.A. Moreno Chulilla et al., 2009). Частота данного нарушения функционального состояния эритропоэза выходит на первое место у лиц пожилого возраста (K.V. Patel, 2007; L. Balducci, 2010; M.H. Bross et al., 2010), причем у мужчин старших возрастных групп частота железодефицитной анемии выше, чем у женщин (E. Joosten et al., 2002).

Усиленный расход железа регистрируется при ряде физиологических состояний. Так, большое значение в патогенезе железодефицитных анемий имеет беременность (S. Killip et al., 2009; B. Sukrat et al., 2010). При каждой беременности, родах, лактации женщина теряет не менее 700-800 мг железа (C. Breymann, 2002; N. Milman, 2008). В связи с тем что трансплацентаный перенос железа является активным процессом, выраженный дефицит железа у матери, в свою очередь, создает дополнительные предпосылки для анемизации новорожденных (P. Kubik et al., 2010). При этом работами (D.N. Subramanian et al., 2009; G.A. Bortolini, M.R. Vitolo, 2010) показано, что у детей младшего возраста, в отличие от взрослых, при дефиците железа его всасывание не увеличивается, поскольку для усвоения железа из молока требуются ферменты кишечника, также содержащие железо. В период полового созревания вновь создаются условия для развития дефицита железа (усиленный рост, появление менструаций у девушек, гормональные факторы) (И.С. Тарасова и др., 2006; Е.С. Ковригина и др., 2007; R. Bamberg, 2008; K. Steinbeck, 2009).

В литературе встречается немало публикаций о железодефицитных анемиях у  доноров. По данным V. Yousefinejad et al. (2010), у 4,08 % мужчин, постоянно сдающих кровь, регистрируется манифестная форма истинного дефицита железа, тогда как снижение фонда депонированного железа отмечается уже у 22,8% доноров. В основе патогенеза железодефицита у данной группы лиц – не восстановленные потери микроэлемента: при каждой кровосдаче теряется 200-250 мг железа (P.I. Johansson et al., 2009).

Относительно функционального  состояния эритропоэза при истинном варианте дефицита железа необходимо отметить следующее. Отрицательный баланс железа нередко связан с сочетанием действия вышеуказанных факторов. При этом в основе всех клинических проявлений железодефицитной анемии лежит дефицит железа, который развивается в тех случаях, когда потери железа превышают его поступление с пищей (1-2 мг/сутки) (А.Н. Окороков, 2001; I.A. Cavill, 2003; J.D. Cook, 2005).

Каждому случаю манифестного дефицита железа предшествует в первую очередь истощение его запасов в печени, селезенке, костном мозге (S. Killip, 2009). На стадии скрытого железодефицита происходит компенсаторное всасывание железа в кишечнике и повышение уровня мукозного и плазменного ферритина (M. Muñoz et al., 2009). Однако в дальнейшем истощенные депо железа уже не способны обеспечить эритропоэтическую функцию костного мозга и, несмотря на сохраняющийся высокий уровень сывороточного трансферрина, значительно снижается содержание железа в крови, далее снижается активность железосодержащих ферментов и в последнюю очередь – нарушается синтез гемоглобина (Г.И. Козинец, 2000; J.D. Cook et al., 2003). При этом, по мнению специалистов (C. Brugnara, 2003; T.S. Kickler et al., 2004), уменьшение гемоглобина крови регистрируется только на поздних стадиях железодефицитной анемии, что связано с длительностью жизни клеток красной крови: для обновления популяции эритроцитов требуется в среднем 120 дней.

Согласно В.В. Долгову и др. (2002), при манифестной форме железодефицита выделяют две стадии, отличающиеся по продолжительности и регенераторной способности костного мозга. Регенераторная стадия характеризуется нормальной или повышенной пролиферативной активностью костного мозга. Усиление пролиферации клеток эритроидного ростка, сопровождающееся увеличением количества ретикулоцитов, чаще отмечается при острой постгемморагической анемии (А.Н. Окороков, 2001; J.A. Moreno Chulilla et al., 2009). По данным В.В. Свищенко и Н.А. Стахина (2004), гипоксия тканей при острой кровопотере способна приводить к увеличению эффективного эритропоэза до 6-8 раз по сравнению с нормой. При этом стимулом, заставляющем перитубулярные интерстициальные клетки почек секретировать эритропоэтин, служит снижение доставки кислорода (E. Prus, E. Fibach, 2008). Когда концентрация гемоглобина падает ниже 100 г/л, секреция эритропоэтина экспоненциально возрастает. В результате в несколько раз увеличивается продукция эритроцитов (M. Schoorl et al., 2006). Однако, в связи с медленным накоплением гемоглобина, на стадии среднего полихроматофильного эритробласта клетки вступают в добавочный митоз. В результате образуются популяции эритроцитов со сниженным средним объемом и уменьшенным содержанием гемоглобина. При этом количество эритроцитов и показатель их анизоцитоза, как правило, остаются нормальными, что свидетельствует о преобладании однородных клеток с малым объемом (С.А. Луговская и др., 2006).

Гипорегенераторная стадия наблюдается при длительном течении  железодефицитной анемии и характеризуется истощением пролиферативной активности костного мозга (J.A. Moreno Chulilla et al., 2009). Согласно В.В. Долгову и др. (2002), уменьшение количества эритроцитов на данном этапе истинного железодефицита обусловлено возросшей ролью неэффективного эритропоэза, что приводит к увеличению количества неполноценных эритроидных клеток, которые не способны к пролиферации и в дальнейшем гибнут. В то же время, по мнению I.A. Cavill (2003), речь идет о снижении уровня эффективного эритропоэза не за счет повышенной деструкции эритробластов, а за счет снижения пролиферативной активности костного мозга. Кроме того, имеются данные о некотором укорочении продолжительности жизни эритроцитов, что может быть обусловлено их пониженной резистентностью (S.C. Gifford et al., 2006), усиленным эритродиерезом вновь образованных ”стрессовых” эритроцитов (Г.И. Козинец и др., 2007), ускоренным старением эритроцитов в связи с повышенной нагрузкой в постгеморрагическом периоде (Л.И. Ершова, 1993). Существенный вклад в уменьшение количества эритроцитов может вносить острый или хронический внутрисосудистый гемолиз, сопровождающийся гемоглобинурией и уменьшением уровня плазменного гаптоглобина (M. Di Santolo et al., 2008; M. Horvathova et al., 2010).

Что касается перераспределительного варианта дефицита железа, то главное в генезе состояния – нарушение перемещения железа из депо в плазму крови и далее к эритрокариоцитам (А.Н. Окороков, 2001; Ch. Thomas, L. Thomas, 2005). Данный вариант железодефицитного эритропоэза занимает по распространенности второе место после истинной железодефицитной анемии (Л.И. Дворецкий, 2003; Л.В. Козловская и др., 2005; G. Weiss et al., 2005).

Долгое время патогенез перераспределительного дефицита железа рассматривался с точки  зрения токсического поражения костного мозга, приводящего не только к дисфункции, но и к деструкции клеток эритроидного роста (С.А. Луговская, 1997). При этом утверждалось, что железо перераспределяется из запасов в макрофаги и недостаточно “усваивается“ эритроцитами (М.А. Соломатина, В.К. Альпидовский, 1999).

Действительно, основным источником железа для синтеза гема в эритробластах  являются содержащие железо макрофаги  или сидерофаги, которые получают железо из фагоцитируемых ими старых эритроцитов (А.Н. Окороков, 2001; В.В. Долгов и др., 2002; M. Horvathova et al., 2010). При перераспределительном варианте дефицита железа, сопровождающем хронические заболевания, происходит активация системы мононуклеарных макрофагов, что влечет за собой связывание ими свободного железа и препятствует связыванию железа с трансферрином (G. Weiss et al., 2005; M. Muñoz et al., 2009). В результате снижается доставка микроэлемента к месту синтеза гема, и железо, в виде ферритина, блокируется в тканевых макрофагах (N. Agarwal, J.T. Prchal, 2009). При этом установлено, что за счет угнетения эритропоэза потребность костного мозга в железе резко снижена (Ch. Thomas, L. Thomas, 2005; I. Theurl et al., 2009), но синтез гемоглобина, как правило, не нарушен (С.А. Луговская, 1997).

В дальнейшем с развитием представлений  о регуляции эритропоэза и роли эритропоэтина (ЭПО) взгляд на патогенез перераспределительного варианта дефицита железа изменился. Гипорегенераторное состояние костномозгового эритропоэза при данном функциональном состоянии может быть обусловлено снижением чувствительности рецепторов на эритроидных предшественниках к ЭПО (T. Ganz, E. Nemeth, 2009). У лиц с перераспределительным железодефицитом содержание ЭПО в плазме крови весьма вариабельно. Результаты исследований А.Д. Павлова и Е.Ф. Морщаковой (1999) свидетельствуют о том, что при анемиях, сопровождающих хронические заболевания, уровень гормона оказывается нормальным или слегка повышенным и не коррелирует с уровнем гемоглобина. Вместе с тем рядом авторов подчеркивается, что имеет место недостаточный ответ эритроидных предшественников на эритропоэтин (I. Matsumura, Y. Kanakura, 2008; F. Demarmels Biasiutti, 2010).

Поиск возможных механизмов, подавляющих  этот ответ, привел к открытию ингибирующего  влияния на эритропоэз ряда противовоспалительных  цитокинов, которые продуцируют активированные макрофаги. Согласно T. Ganz (2006), экспрессия цитокинов индуцируется различными стимулами (бактериальный эндотоксин, опухолевые антигены, циркулирующие иммунные комплексы и др.). Участие цитокинов в генезе анемии воспаления обусловлено как их прямым ингибирующим действием (в первую очередь гамма-интерферона) на созревание эритроидных клеток и усилением процессов апоптоза, так и опосредованными эффектами: подавлением синтеза эритропоэтина, снижением чувствительности к нему эритроидных клеток, активацией синтеза гепсидина и нарушением утилизации железа, а также усилением свободнорадикальных реакций (А.В. Малкоч и др., 2006; N. Agarwal, J.T. Prchal, 2009; M. Muñoz et al., 2009). При этом активация экспрессии гепсидина (белок острой фазы воспаления) уменьшает всасывание железа в двенадцатиперстной кишке, блокирует высвобождение железа из макрофагов и снижает способность красного костного мозга его усваивать (T. Ganz, E. Nemeth, 2009; B.J. Sasu et al., 2010). Недостаточное поступление железа в эритроидные клетки приводит к нарушению их созревания и снижению синтеза гема (Н.В. Калинкина и др., 2010).

Помимо вышеизложенных механизмов патогенеза при перераспределительном  варианте дефицита железа, обсуждается  также роль гемолиза в его возникновении. При этом причинами гемолиза могут быть повреждение мембраны эритроцитов токсинами (I. Matsumura, Y. Kanakura, 2008), развитие латентного ДВС-синдрома (G. Weiss et al., 2005) и микроангиопатической гемолитической анемии (P. Peeling et al., 2009). Однако, согласно С.А. Луговской (1997), гемолиз при перераспределительном варианте дефицита железа играет второстепенную роль.

По мнению А.И. Воробьева (2005), скорее следует говорить о “неадекватности” и даже “извращенности” эритропоэза  при перераспределительном дефиците железа, а не о гипорегенераторности. Так, при хронической почечной недостаточности наблюдается увеличение митотической активности эритроидных предшественников костного мозга: то есть, плацдарм для кроветворения увеличивается почти вдвое (M. Schoorl et al., 2006). Однако процессы деструкции эритроидных предшественников, по данным радиологических исследований, увеличиваются при тяжелых случаях заболевания по сравнению с нормой в 2-4 раза. Отмечается увеличение времени гемоглобинизации эритрокариоцитов и замедление скорости созревания ретикулоцитов (Г.И. Козинец, Е.Д. Гольдберг, 1982).