Патофизиология системы крови

Патофизиология  системы крови (лектор В.И. Агафонов)

 

Кровь – один из видов тканей организма. Она имеет следующие особенности:

• это жидкость, содержащая клеточные элементы;
• она заключена в сосудистую систему и находится в постоянной циркуляции;
• приходит в соприкосновение со всеми органами и тканями;

Говоря о крови обычно имеют  в виду периферический ее отдел. Это  неверно. В 1939 году профессором Г.Ф.Лангом было введено понятие системы крови .Это органы кроветворения, кроверазрушения, периферическая кровь и регуляторные механизмы.

Являясь жидкой тканью - кровь состоит из клеток (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты) и межклеточного вещества (плазмы). Соотношение объема клеток и плазмы в норме составляет 45:55 и называется гематокритом (в системе СИ – Ht, л\л).

 

Органы  кроветворения

 

Гемопоэз  начинается на раннем этапе внутриутробной жизни. Первым кроветворным органом  является желточный мешок. Далее гемопоэз происходит в печени (до конца 5 месяца). Затем кроветворение осуществляется преимущественно в селезенке. Но постепенно, к моменту рождения, главным органом кровеобразования становится костный мозг.

  В раннем детском возрасте активный красный костный мозг содержится во всех плоских и длинных трубчатых костях. Но постепенно происходит его жировая трансформация в трубчатых костях и после 25 лет кроветворение осуществляется только в плоских костях скелета. У взрослого человека костный мозг составляет  примерно 4% от массы тела и равен 2-2,5 кг.

Продуктивность работы костного мозга чрезвычайно высока – ежедневно в нем образуется более 100 миллиардов новых клеток для восполнения их потерь( это примерно 10% клеточного состава печени или головного мозга).

В клинике  изучение костного мозга основано на его прижизненной биопсии, введенной впервые в практику отечественным гематологом Аринкиным в 1927 году.      Следует помнить, что кроветворные клетки формируют в костном мозге клоны, занимающие определенные территории. Активация кроветворения происходит в определенных клонах, и картина кроветворения в различных отделах костного мозга в каждый момент может быть неодинаковой. Поэтому биопсию рекомендуется проводить из нескольких участков.

В норме интенсивность лейкопоэза в костном мозге значительно выше, чем эритропоэза и при подсчете миелограмм здорового человека клеток белой крови обнаруживается в 3-4 раза больше, чем эритроидных - 3\1. При анемиях соотношение может падать до 1\1 и даже 1\3.

При патологии возможно появление новых очагов гемопоэза (напоминающих костномозговое кроветворение) в лимфоузлах, селезенке, печени, а так же в тех костях, где обычно его не бывает, например – костях черепа.

 

К р о  в е т в о р е н и  е

 

Одним из важных и наиболее сложных разделов гематологии является учение о генезе клеток крови. За короткий (150 летний) период существования этой науки сменилось  несколько теорий – унитарная, умеренно-унитарная, дуалистическая, полифилетическая. В настоящее время находит свое подтверждение унитарная, высказанная еще в начале прошлого века А.А.Максимовым. Ее суть – все клетки крови образуются из одной.

 

Современная схема кроветворения 

 

Накопленные данные позволили профессорам Черткову и Воробьеву (1973) построить схему  кроветворения, отражающую одно из основных свойств гемопоэтической ткани  – ярусность или поэтапность развития ее клеточных элементов.

В зависимости  от формы зрелости и способности  к делению все кроветворные клетки делят на 3 большие группы, находящиеся  в норме в динамическом равновесии:

• родоначальные или стволовые клетки. Они составляют 1-2%;
• пролиферирующие клетки (25-40%);
• зрелые клетки (60-75%);

 

В пределах этих групп они делятся  на следующие функциональные классы:

1. Класс полипотентных клеток предшественников (ПСКК). 
2. Класс частично детерминированных полипотентных  клеток предшественников (мультипотентные полустволовые лимфо- и мителопоэза).
3. Класс унипотентных клеток предшественников (родоначальницы отдельных ростков гемопоэза).
4. Класс морфологически распознаваемых бластных клеток отдельных ростков гемопоэза.
5. Класс созревающих клеток.
6. Класс  зрелых клеток.

Таким образом, кроветворение представляет собой многоступенчатый процесс клеточных делений и дифференцировок, в результате которого в кровь выходят зрелые, специализированные клетки, выполняющие специфические функции.

 

Стволовые гемопоэтические клетки. Характеристика

 

Длительное  время  в гематологии превалировали  морфологические методы изучения. (А. Крюков – гематология вообще началась с момента открытия П. Эрлихом  дифференциальной окраски  клеток крови). Наличие родоначальной  гемопоэтической  клетки только предполагалось. Лишь в 60 годах прошлого столетия появились  научные доказательства существования  стволовых клеток. Началась гематология  без микроскопа (Мате). Это было связано  с применением принципиально  нового подхода к изучению кроветворения.

В 1960 году, в лаборатории культуры тканей университета в Торонто, два исследователя – Тилл и Мак Куллох обнаружили свойство кроветворных клеток образовывать колонии в селезенках летально облученных мышей.

Метод. Облучали в смертельной дозе 7,0 Гр, вводили в\в клетки интактного костного мозга, вырастали колонии – эритроидные, гранулоцитарные, мегакариоцитарные , смешанные. Позднее было доказано что каждая из них – потомство одной клетки. Как? Вводимые клетки метили, а метка обнаруживалась в колониях всех типов. Кроме того, если вводить в\в клетки одной колонии, то вырастали все типы). Эти клетки получили название КОЕс. Таким образом было подтверждено существование полипотентной клетки, общей для всех ростков кроветворения.

 

Свойства  стволовых кроветворных клеток:

 

По степени дифференцированности и пролиферативному потенциалу выделяют три группы стволовых гемопоэтических  клеток.

1. Полипотентные (ПСКК).

• морфологически не распознаваемы, маркером этих клеток служит поверхностный антиген CD34.
• обладают большим пролиферативным потенциалом, но не безграничным, как считали ранее. За свою жизнь способны разделиться 100 раз
• (примерно один раз в 10 дней), поэтому способны к длительному самоподддержанию.
• обладают способностью к дифференцировке по всем росткам гемопоэза, т.е. они плюрипотентны. Выбор их развития происходит случайно и не обусловлен регуляторными воздействиями.
• основным местом локализации ПСКК является костный мозг, здесь их 0,01% от всех ядросодержащих клеток. В тимусе и лимфоузлах они отсутствуют. Могут циркулировать в крови.
• большинство ПСКК находятся вне митотического цикла, в стадии покоя G0. Считается, что приблизительно 10% их переходит к делению.
• дают колонии на селезенках летально облученных мышей.

 

2. Полустволовые (мультипотентные) кроветворные клетки. Это следующий отдел более зрелых, частично детерминированных клеток-предшественников кроветворения. Процесс деления этих клеток уже не стохастический, а детерминированный, т.к. он регулируется ростовыми факторами. Способность к самоподдержанию у них ограничена. К этому отделу относятся:

• клетки-предшественницы лимфопоэза  –  КОЕ-Л
• клетки-предшественницы миелопоэза – КОЕ-ГЭММ (гранулоциты, эритроциты, мегакариоциты, макрофаги);

 

3. Коммитированные или  унипотентные (т.е. неизбежно дифференцирующиеся только по одной линии) клетки-предшественницы.

Это клетки, дающие начало отдельным  росткам гемопоэза. По лимфоидной линии  сюда относятся про-Т-лимфоциты и  про-В-лимфоциты. Миелоидные клетки III класса , это КОЕ-Г, КОЕ-М, КОЕ-ГЭ, КОЕ-ГМ, КОЕ-ЭО, КОЕ-Б, КОЕ-Мег.

Свойства унипотентных клеток:

• культивируются в полутвердых средах, где они образуют клеточные колонии;
• имеют высокую пролиферативную активность,но у них ограничена способность к самоподдержанию, они способны проделать лишь 10-15 митозов для воспроизведения самих себя:
• пролиферация и диффернцировка этих клеток осуществляется под строгим контролем соответствующих гемопоэтинов;

 

Регуляция кроветворения

 

Одна из центральных проблем  в гематологии – проблема превращения  ПСКК в комитированные клетки-предшественники. Существует несколько теорий, объясняющих  этот сложный процесс.

 

1. Наиболее широкое распространение получила стохастическая модель кроветворения (1964 год, Тилл). Согласно этой гипотезе процесс комитирования происходит случайно и не зависит от внешних воздействий. (Гипотеза основана на наблюдении за селезеночными колониями. Было обнаружено, что передача пролиферативной и дифференцировочной способностей от родоначальных клеток крови к дочерним происходит стохастически). Следует подчеркнуть, что отсутствие контроля за пролиферативной активностью СК имеет биологическое значение. Полом в контролирующей системе над делением клеток, имеющих огромный пролиферативный потенциал, может привести к неограниченному росту (100 миллиардов клеток в сутки).
2. Другая точка зрения – процесс созревания ПСКК в зрелые элементы протекает под влиянием ГИМ (Трентин, 1976). В кроветворной ткани существуют зоны преимущественного развития эритроидных или гранулоцитарных колоний, а на границах этих зон – смешанных. Однако было доказано, что ГИМ осуществляет регуляцию не высших этажей СКК, а более дифференцированных клеток-предшественников.
3. Согласно гипотезе «ниш» (Скофилд, 1978), в кроветворной ткани существуют специализированные образования, в которых ПСКК находятся в заторможенном состоянии и не реагируют на действие каких-либо стимулов. После покидания ниши СК попадают под влияние гемопоэтических факторов и необратимо дифференцируются. При этом данная модель предполагает, что процесс выхода СК из ниш происходит случайно, т.е. она является компромисной между двумя предыдущими.
4. Существует четвертая гипотеза, высказанная отечественными  учеными И.Л.Чертковым и Н.И.Дризе. По их мнению ПСКК закладываются только в эмбриогенезе и расходуются далее последовательно, образуя сменяющие друг друга клоны клеток, аналогично тому, как это происходит с яйцеклетками в яичниках.. Было посчитано, что например у мыши функционирует в течение жизни около 6000 клонов ПСКК.

 

Таким образом, по современным представлениям вероятность дифференцировки ПСКК в направлении того или иного  ростка гемопоэза не зависит от каких  либо стимулов, а запрограммирована в генотипе этих клеток. Т.е. на самом высоком уровне регуляции кроветворения нет, так как если на каждый запрос организма тратились бы ПСКК, это быстро истощило бы их .пул.

Однако совершенно очевидно, что должен существовать механизм,  который регулировал бы количественный ответ кроветворной ткани на любой стимул, поскольку функциональной чертой гемопоэза является продукция огромного числа клеточных элементов в еденицу времени.

Роль такой регуляторной системы  выполняет ГИМ – комплекс клеток, межклеточного вещества, гуморальных и других факторов, расположенных в вблизи гемопоэтических клеток. ГИМ осуществляет контроль за процессами пролиферациии и дифференцировки кроветворных клеток путем прямых контактов и путем выработки гемопоэтических факторов. Контроль может быть позитивным и негативным.

 

Гемопоэтические факторы подразделяются на две большие группы.

• Раннедействующие – это гемопоэтины, которые самостоятельно, либо в сочетании с другими участвуют  в стимуляции процессов пролиферации и дифференцировки ранних клеток-предшественников. Либо индуцируют ПСКК, находящиеся в фазе G0, к делению. Это ИЛ-3, ГМ-КСФ, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-11, фактор Стила.
• Позднодействующие или линейноспецифические гемопоэтины. Действуют на более зрелые клетки-предшественники и необходимы во время развития специфических клеточных линий. Это Г-КСФ, М-КСФ, ИЛ-5, ЭПО, тромбопоэтин.

 

Действие всех гемопоэтинов происходит через специфические рецепторы, имеющиеся на клетках-мишенях.

 

Негативная  регуляция гемопоэза

 

Кроветворная  ткань – динамическая, постоянно  обновляющаяся система. При повышении  запроса на зрелые клетки крови их продукция может быть увеличена в течение нескольких часов в 10-12 раз. Это обусловлено действием позитивных регуляторов гемопоэза.

Мощная  активация гемопоэза предполагает наличие системы с противоположным, негативным действием. Существуют негативные регуляторы гемопоэза. Это гетерогенная группа цитокинов, биологический эффект которых не связан с токсическим действием.  Через клеточные рецепторы они обратимо ингибируют синтез ДНК или предотвращают вступление клетки в S-фазу митотического цикла.

1. Трансформирующий ростовой фактор b – ТФР-b. Ингибирует все виды ранних предшественников.
2. Макрофагальный воспалительный белок – МIP 1a.
3. Фактор некроза опухолей – TNF-a. Многофункциональный цитокин, действует неоднозначно, в зависимости от дозы и типа клеток.
4. Лактоферрин – непрямой ингибитор, тормозит образование стимуляторов.
5. Другие цитокины.

В целом  выявляется определенная иерархичность  действия негативных регуляторов гемопоэза. Есть ингибиторы раннего действия (TGF, MIP, TNF), которые ингибируют все этапы гемопоэза и есть группа с избирательным действием на отдельные ростки.

 

 

А Н Е М И И

 

В гематологии  используется термин «эритрон», введенный иностранными авторами в 1913 году. Под эритроном понимается вся масса эритроидных клеток, включая ядерные костномозговые формы, ретикулоциты и эритроциты.  Патология эритрона проявляется как увеличением его клеточности (эритроцитозы, см. кчебник), так и снижением ее (анемии). Рассмотрим анемии.