Кроветворение - образование из стволовой кроветворной клетки клеток-предшественниц конкретных гемопоэзов, их пролиферация и дифференцировка, а также созревание клеточных элементов крови в условиях специфического микроокружения и под влиянием факторов гемопоэза. В пренатальном периоде гемопоэз происходит в нескольких развивающихся органах. Кроветворение после рождения, у детей, подростков и взрослого человека осуществляется в костном мозге плоских костей (череп, рёбра, грудина, позвонки, кости таза) и эпифизов трубчатых костей, а кроветворными органами для лимфоцитов являются селезёнка, тимус, лимфатические узлы, лимфоидные фолликулы в составе разных органов.
· Клетки кровяных островков желточного мешка до 12 нед внутриутробного развития образуют первые клетки крови - первичные эритробласты - крупные клетки, содержащие ядро и эмбриональные типы Hb.
· В течение второго месяца развития стволовые клетки крови заселяют печень, селезёнку и тимус. Образуются все виды клеток крови.
· Костный мозг у эмбриона закладывается к концу третьего месяца внутриутробного периода. К четвёртому месяцу в костном мозге появляются лимфоидные элементы и родоначальные клетки крови, а с пятого месяца возникает дифференцированное костномозговое кроветворение. Помимо этого, созревание лимфоцитов происходит и в других органах - печени, тимусе, селезёнке, лимфатических узлах. Последние в антенатальном периоде также являются органом эритроцитопоэза. К моменту рождения, после рождения и у взрослого кроветворение ограничивается костным мозгом и лимфоидной тканью. При недостаточности костного мозга восстанавливается экстрамедуллярный гемопоэз (кроветворение в печени, селезёнке и лимфатических узлах).
Зрелые клетки периферической крови развиваются из предшественников, созревающих в красном костном мозге. Унитарная теория кроветворения (рис. 24–3) предусматривает, что родоначальница всех клеточных элементов крови - стволовая кроветворная клетка . Её потомки - полипотентные клетки -предшественницы лимфоцитопоэза (CFU-Ly) и миелопоэза (CFU-GEMM). В результате деления CFU-Ly и CFU-GEMM их потомки остаются полипотентными или превращаются в коммитированные (предопределённые судьбой) унипотентные клетки -предшественницы , также способные делиться, но дифференцирующиеся (развивающиеся) только в одном направлении. Пролиферацию унипотентных клеток–предшественниц стимулируют колониестимулирующие факторы и интерлейкины (особенно ИЛ3).
Рис . 24–3 . Схема гемопоэза .; CFU‑GEMM - полипотентная клетка-предшественница миелопоэза; CFU‑Ly - полипотентная клетка-предшественница лимфоцитопоэза; CFU‑GM - полипотентная клетка-предшественница гранулоцитов и моноцитов; CFU‑G - полипотентная клетка-предшественница нейтрофилов и базофилов. Унипотентные предшественники: BFU‑E и CFU‑E - эритроцитов; CFU‑Eo - эозинофилов; CFU‑M - моноцитов; CFU‑Meg - мегакариоцитов. CFU - Colony Forming Unit - колониеобразующая единица (КОЕ), BFU - Burst Forming Unit - взрывообразующая единица.
· Эритропоэз (рис. 24–4). Начало эритроидного ряда - стволовая клетка эритропоэза, или взрывообразующая единица (BFU-E), из которой формируется унипотентный предшественник эритроцитов (CFU-E). Последний даёт начало проэритробласту. Дальнейшая дифференцировка приводит к увеличению содержания Hb и потере ядра. Из проэритробласта путём пролиферации и дифференцировки последовательно развиваются эритробласты: базофильный ® полихроматофильный ® оксифильный (нормобласт) и далее неделящиеся формы - ретикулоцит и эритроцит. От BFU-E до нормобласта - 12 клеточных поколений, а от CFU-E до позднего нормобласта - 6 или меньше клеточных делений. Длительность эритропоэза (от его стволовой клетки BFU-E до эритроцита) - 2 недели. Интенсивность эритропоэза контролирует эритропоэтин. Основной стимул для выработки эритропоэтина - уменьшение содержания кислорода в крови (рО 2) - гипоксия (рис. 24–5).
Рис . 24–4 . Эритропоэз . Из взрывообразующей единицы эритропоэза BFU-E дифференцируется унипотентный предшественник эритроцитов CFU-E. Последний даёт начало проэритробласту. Дальнейшая дифференцировка приводит к уменьшению размеров клеток и количества органелл, но к увеличению содержания Hb и потере ядра. При этом из проэритробласта последовательно дифференцируются базофильный, полихроматофильный, оксифильный (неделящийся нормобласт) эритробласт, ретикулоцит, эритроцит. Вытолкнутое из нормобласта ядро поглощает макрофаг.
Рис . 24–5 . Регуляция эритропоэза . Пролиферацию взрывообразующей единицы эритропоэза (BFU-E) стимулирует ИЛ3. Унипотентный предшественник эритроцитов CFU-E чувствителен к эритропоэтину. Решающий стимул для образования эритроцитов - гипоксия, запускающая синтез эритропоэтина в почке, а у плода также в печени. Эритропоэтин выходит в кровь и поступает в костный мозг, где стимулирует размножение и дифференцировку унипотентного предшественника эритроцитов (CFU-E) и дифференцировку последующих клеток эритроидного ряда. В результате количество эритроцитов в крови увеличивается. Соответственно возрастает количество кислорода, поступающего в почку, что тормозит образование эритропоэтина.
· Гранулоцитопоэз (рис. 24–6). Гранулоциты образуются в костном мозге. Нейтрофилы и базофилы происходят из полипотентной клетки-предшественницы нейтрофилов и базофилов (CFU-G), а эозинофилы - из унипотентного предшественника эозинофилов (CFU-Eo). CFU-G и CFU-Eo - потомки полипотентной клетки-предшественницы гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM). При развитии гранулоцитов можно выделить такие стадии: миелобласты ® промиелоциты ® миелоциты ® метамиелоциты ® палочкоядерные и сегментоядерные гранулоциты. Специфические гранулы появляются на стадии миелоцитов; с этого момента клетки называют в соответствии с типом образующихся из них зрелых гранулоцитов. Клеточные деления прекращаются на стадии метамиелоцита. Пролиферацию и дифференцировку клеток-предшественниц контролируют колониестимулирующие факторы (гранулоцитов и макрофагов - GM-CSF, гранулоцитов - G-CSF), ИЛ3 и ИЛ5 (предшественники эозинофилов).
Рис . 24–6 . Гранулоцитопоэз . В ходе дифференцировки предшественников гранулоцитов выделяют: миелобласт, промиелоцит, миелоцит, метамиелоцит, палочкоядерный и сегментоядерный гранулоциты.
· Колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов (GM-CSF). На образование и пролиферацию фагоцитов (гранулоцитов и моноцитов) влияет более десятка цитокинов. Наиболее значим GM-CSF, способствующий образованию моноцитов и гранулоцитов. GM-CSF продуцируют моноциты, Т-лимфоциты, фибробласты, клетки эндотелия. GM-CSF влияет на ранние стадии гемопоэза, стимулируя пролиферацию практически всех классов ранних клеток-предшественниц гранулоцитов и макрофагов.
· Колониестимулирующий фактор гранулоцитов (G-CSF) влияет на полипотентную клетку-предшественницу нейтрофилов и базофилов (CFU-G), стимулируя её дифференцировку в унипотентные клетки-предшественницы нейтрофилов и базофилов. G-CSF синтезируют макрофаги и фибробласты.
· Колониестимулирующий фактор макрофагов (M-CSF) стимулирует полипотентную клетку-предшественницу гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM), а также на унипотентный предшественник моноцитов (CFU-M). M-CSF вырабатывают макрофаги и фибробласты.
· Интерлейкин -3 действует на стволовую кроветворную клетку и полипотентную клетку-предшественницу миелопоэза (CFU-GEMM), на большинство клеток-предшественниц миелоидного ряда, стимулируя формирование эритроцитов, гранулоцитов, моноцитов, тромбоцитов. Вырабатывается Т-лимфоцитами и клетками стромы костного мозга. ИЛ-3 поддерживает размножение практически всех классов ранних клеток-предшественниц.
· Моноцитопоэз . Моноциты и гранулоциты имеют общую клетку-предшественницу - колониеобразующую единицу гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM), образующуюся из полипотентной клетки-предшественницы миелопоэза (CFU-GEMM). В развитии моноцитов выделяют две стадии - монобласт и промоноцит.
· Тромбоцитопоэз . Из мегакариобластов развиваются самые крупные (30–100 мкм) клетки костного мозга - мегакариоциты (рис. 24–7). При дифференцировке мегакариоцит увеличивается в размерах, его ядро становится дольчатым. Образуется развитая система демаркационных мембран, по которым происходит отделение («отшнуровка») тромбоцитов (рис. 24–8). Пролиферацию предшественников мегакариоцитов - мегакариобластов - стимулирует синтезируемый в печени тромбопоэтин.
Рис . 24–7 . Мазок костного мозга . Видны клетки крови, преимущественно эритроциты, на разных стадиях дифференцировки. Хорошо заметен мегакариоцит (1) - очень крупная клетка с большим дольчатым ядром. Окраска по Романовскому –Гимзе .
Рис . 24–8 . Образование тромбоцитов . Находящийся в костном мозге мегакариоцит образует протромбоцитарную псевдоподию. Последняя проникает сквозь стенку капилляра в его просвет. От псевдоподии отделяются тромбоциты и поступают в кровоток.
· Лимфопоэз . Из стволовой кроветворной клетки (CFU-blast) происходит полипотентная клетка-предшественница лимфопоэза (CFU-Ly), которая впоследствии даёт начало клеткам-предшественницам B-лимфопоэза, T-лимфопоэза и (частично) предшественницам NK-клеток. Ранние предшественники В-лимфоциты образуются в костном мозге, а Т-лимфоцитов - в тимусе. Дальнейшая дифференцировка включает в себя уровни про-B(T)-клеток, пре-B(T)-клеток, незрелых B(T)-клеток, зрелых («наивных») B(T)-клеток и (после контакта с Аг) - зрелых B(T)-клеток окончательных стадий дифференцировки. Продуцируемый клетками стромы костного мозга ИЛ7 способствует образованию Т- и В-лимфоцитов, воздействуя на их клетки-предшественницы. В отличие от других клеток крови, лимфоциты могут пролиферировать и вне костного мозга. Это происходит в тканях иммунной системы в ответ на стимуляцию.
· Пункция костного мозга . Для оценки гемопоэзов, особенно при заболеваниях крови, проводят пункцию костного мозга.
à Оснащение : игла Кассирского; шприц ёмкостью 10–20 мл; стерильные шарики и салфетки; спирт, 5% раствор йода, эфир; лейкопластырь; предметные стёкла; шлифованное стекло; пробирки с разводящей жидкостью для подсчёта абсолютного количества мегакариоцитов и миелокариоцитов.
à Обезболивание : премедикация с использованием промедола, седуксена, пипольфена и дроперидола; местное обезболивание раствором новокаина.
à Техника
1 . Место пункции - грудина на уровне III–IV межреберья или рукоятка по средней линии.
2 . Положение больного - на спине, под лопатки подкладывают валик.
3 . После обработки кожи больного иглу Кассирского берут в правую руку и быстрым движением вводят в костномозговой канал. Иглу вводят строго по срединной линии вращающими движениями. При прокалывании наружной костной пластинки слышится хруст и ощущается чувство «провала»; при этом необходимо прекратить дальнейшее продвижение иглы вглубь. После этого из иглы вынимают мандрен, насаживают шприц и проводят аспирацию. Во избежание большой примеси крови к костному мозгу необходимо набирать как можно меньше материала (не более 0,5 мл).
4 . Если аспират получить не удаётся, следует осторожно продвинуть иглу вглубь кости или, не вынимая иглу из кожи, сделать прокол соседнего участка кости, предварительно вставив мандрен.
5 . При появлении в шприце костного мозга, аспирацию прекращают, шприц снимают с иглы, вставляют мандрен и в таком собранном виде иглу извлекают из кости. Место пункции смазывают йодом и накладывают стерильную повязку (салфетку прикрепляют лейкопластырем).
6 . Из аспирированного костного мозга приготавливают мазок и проводят его исследование (см. рис. 24–7).
Кроветворение (гемопоэз) — процесс, при котором происходит серия клеточных дифференцировок, приводящих к образованию зрелых клеток периферической крови. Кроветворение осуществляется в кроветворных органах, представляющих собой сложную систему, продуцирующую клетки крови или принимающую участие в иммунных реакциях. Будучи гистогенетически единой, кроветворная система в своем функционировании характеризуется определенной независимостью поведения отдельных ростков кроветворения.
К органам гемопоэза относят вилочковую железу, лимфатические узлы, селезенку и печень (кроветворение в этих органах происходит в основном в антенатальном периоде, а после рождения интенсивность его быстро снижается), костный мозг. Кроветворные органы имеют общие черты строения:
- их строму составляет ретикулярная ткань, паренхиму — кроветворные клетки;
-органы богаты элементами, относящимися к системе мононуклеарных фагоцитов;
- характерным является наличие капилляров синусоидного типа. В синусах между эндотелиальными клетками имеются поры, связывающие ткань кроветворных органов с кровяным руслом. Такое строение обеспечивает транспорт клеток крови, а также поступление из крови в кроветворные органы гуморальных факторов (гемопоэтинов).
Периоды кроветворения
Различают три периода кроветворения: желточный, печеночный, костномозговой.
У зародыша, по мере его развития, локализация кроветворения последовательно меняется.
I. Желточный (мезобластический, ангиобластический) период. Впервые кроветворение начинается в стенке желточного мешка. Здесь появляются скопления мезенхимных клеток - кровяные островки. Периферические клетки островков уплощаются и образуют стенку первичных сосудов. Центральные клетки кровяных островков округляются и внутри сосудов, т.е. интраваскулярно, вступают в т.н. мегалобластический эритропоэз:
Образующиеся первичные эритроциты имеют большой размер, часто содержат ядра, содержат особый вид гемоглобина - т.н. Hb эмбриона (Hb Р).
Позднее в желточном мешке начинается нормобластический эритропоэз - образование обычных эритроцитов (нормоцитов); вне сосудов (экстраваскулярно) образуются первичные лейкоциты (причём, только гранулоциты); часть стволовых клеток (1-ой генерации) выходит в кровь и переносится в зачаток печени.
II. Печёночный этап. С 6-й недели эмбрионального развития центром кроветворения становится печень. Процесс кроветворения (в т.ч. эритропоэз) происходит экстраваскулярно - вокруг капилляров, врастающих в печёночные дольки; образуются все форменные элементы крови; при этом эритроциты имеют обычный размер и содержат другой (нежели мегалоциты) вид гемоглобина - фетальный (Hb F). Наряду с клетками крови, из печени разносятся также стволовые кроветворные клетки 2-ой генерации.
III. Медуллярный этап. Названные стволовые клетки (2-й генерации) оседают в зачатках тимуса, лимфоузлов, селезёнки и красного костного мозга. Все эти органы (а не только красный костный мозг, как следует из названия этапа) включаются в кроветворение на медуллярном этапе; причём, кроветворение в них происходит экстраваскулярно, эритроциты (если они образуются в органе) содержат, в основном, HbF и в меньшей степени HbA (гемоглобин взрослых); перечисленные органы остаются органами кроветворения также после рождения. Однако, как правило, суживается спектр образуемых в них клеток.
Тимус. Вскоре красный костный мозг начинают покидать предшественники Т-лимфоцитов. Своё антигеннезависимое созревание они заканчивают в тимусе. В итоге, кроветворная роль тимуса быстро суживается до одной, но ключевой, функции - обеспечения антигеннезависимого созревания Т-лимфоцитов.
Лимфоузлы и селезёнка. Вначале в лимфоузлах и селезёнке образуются все виды форменных элементов крови. Такая способность сохраняется в лимфоузлах до 15-й недели развития, а в селезёнке - до рождения. Затем эти органы (а также лимфоидная система слизистых оболочек) тоже концентрируются лишь на одной функции (если говорить о кроветворении) - антигензависимом созревании В- и Т-лимфоцитов. А именно: здесь образуются лимфатические узелки; в последних оседают В- и Т-лимфоциты из, соответственно, красного костного мозга и тимуса; после антигенной стимуляции соответствующие клоны лимфоцитов вступают в активную пролиферацию и в дальнейшую дифференцировку.
Красный костный мозг. Вначале в красном костном мозгу тоже образуются все клетки крови, а затем, как отмечалось, его начинают покидать предшественники Т-лимфоцитов.
Таким образом, у взрослого животного красный костный мозг сохраняет способность образовывать все виды клеток крови, кроме Т-лимфоцитов, а также предшественники Т-лимфоцитов. Причём, на протяжении всего последующего онтогенеза в нём сохраняются стволовые кроветворные клетки 3-го поколения.
Органы кроветворения у взрослых
Центральные органы кроветворения: красный костный мозг и тимус.
Красный костный мозг:
Локализация - губчатое вещество плоских и губчатых костей, а также эпифизов трубчатых костей. Консистенция - полужидкая, поэтому из красного костного мозга приготовляют как срезы, так и мазки.
Функция: в красном костном мозгу, как говорилось выше, происходят все стадии созревания эритроцитов, гранулоцитов, моноцитов, тромбоцитов и В-лимфоцитов (нестимулированых). Кроме того, здесь же образуются предшественники Т-лимфоцитов, которые далее мигрируют в тимус.
Тимус (вилочковая, или зобная железа).
Локализация - за грудиной. Функция: в тимусе завершается созревание Т-лимфоцитов и происходит их пролиферация, одновременно элиминируются те Т-лимфоциты, которые настроены против собственных антигенных детерминант организма.
Периферические органы кроветворения. Периферические органы кроветворения составляют т.н. периферическую лимфоидную систему, которая включает: лимфоидную систему слизистых оболочек, многочисленные лимфатические узлы, располагающиеся по ходу лимфатических сосудов, и селезёнку.
Очень многочисленны компоненты лимфоидной системы слизистых оболочек:
- глоточное лимфоидное кольцо (или кольцо Пирогова);
- в стенке тонкой кишки - одиночные (солитарные) лимфатические фолликулы, а также их скопления (пейеровы бляшки);
- в стенке червеобразного отростка - лимфатические узелки;
- в стенке воздухоносных путей - лимфатические узелки (бронхоассоциированная лимфоидная ткань - БАЛТ).
Функция. В периферической лимфоидной ткани, как уже отмечалось, оседают В- и Т-лимфоциты из центральных органов кроветворения, образуя лимфоидные узелки. Именно здесь происходит встреча лимфоцитов (В- и Т-клеток) с антигенами - чужеродными молекулами (которые могут находиться либо в растворённом состоянии, либо на поверхности клеток). Это вызывает соответствующие иммунные реакции, которые обычно включают и интенсивную пролиферацию антигенстимулированных клеток.
Кроветворная ткань
Выделяют два типа кроветворения - миело- и лимфопоэз. Миелопоэз - образование всех форменных элементов крови, кроме лимфоцитов, т.е. эритроцитов, гранулоцитов, моноцитов и тромбоцитов. Лимфопоэз - образование лимфоцитов (Т- и В-клеток).
Отсюда выделяют два типа кроветворной ткани - миелоидная и лимфоидная ткань. Миелоидная - ткань, в которой происходит миелопоэз; представлена красным костным мозгом. В миелоидной ткани, кроме миелопоэза, совершаются и важные события лимфопоэза: созревание В-лимфоцитов и начальные стадии созревания Т-лимфоцитов. Ткань, в которой происходит дозревание и функционирование лимфоцитов, называется лимфоидной (локализация - см. выше).
И в миелоидной ткани костного мозга, и в лимфоидной ткани соответствующих органов содержатся два основных компонента. Первый - стромальный компонент. Он может быть представлен:
- ретикулярной тканью - в красном костном мозгу, лимфоузлах и селезёнке,
- рыхлой соединительной тканью - в лимфатических фолликулах слизистых оболочек,
- эпителиальной тканью - в тимусе.
Второй компонент - гемальный - гемопоэтические (кроветворные) клетки на разных стадиях созревания. Они находятся в тесной связи с элементами стромального компонента, образующими микроокружение. Кроветворные клетки и клетки стромального компонента (будучи разновидностью соединительной ткани) имеют мезенхимное происхождение. Исключение составляет тимус: здесь строма долек представлена эпителиальной тканью.
Теории кроветворения.
Унитарная теория кроветворения
Существует несколько теорий кроветворения:
- унитарная теория (А. А. Максимов, 1909 г.) - все форменные элементы крови развиваются из единого предшественника - стволовой клетки;
- дуалистическая теория предусматривает два источника кроветворения, для миелоидного и лимфоидного ростков отдельно;
- полифилетическая теория предусматривает для каждого форменного элемента свой источник развития.
На сегодняшний день общепринятой является унитарная теория кроветворения, на основании которой разработана современная схема кроветворения (И. Л. Чертков и А. И. Воробьев, 1973 г., 1981 г.).
Постэмбриональный гемоцитопоэз
Постэмбриональный гемоцитопоэз - пути дифференцировки исходных стволовых клеток в различные виды форменных элементов крови. Все клетки крови происходят из единого источника - стволовых клеток крови. В процессе поэтапной дифференцировки стволовых клеток в зрелые форменные элементы крови в каждом ряду кроветворения образуются промежуточные типы клеток, которые в схеме кроветворения составляют классы клеток. Соответственно числу разных видов форменных элементов крови, на схемах 1 и 2 показаны 6 направлений миелопоэза и 2 направления лимфопоэза.
В каждом из этих путей дифференцировки различают 6 классов клеток:
1 класс - стволовые клетки;
2 класс - полустволовые клетки;
3 класс - унипотентные клетки;
4 класс - бластные клетки;
5 класс - созревающие клетки;
6 класс - зрелые форменные элементы.
Морфологическая и функциональная характеристика клеток различных классов схемы кроветворения
Общие свойства клеток классов I-III
1. Локализация. Данные клетки находятся, в основном, в красном костном мозгу. Но при этом способны попадать в кровь и после циркуляции вновь выселяться в кроветворные органы (репопуляция).
2. Морфология. Все клетки похожи на малые лимфоциты, т.е. друг от друга морфологически не отличаются, а отличаются только по поверхностным антигенам. Причина в том, что на данных стадиях дифференцировка идёт лишь на уровне генома.
3. Самоподдержание. Клетки классов I-III обладают способностью к самоподдержанию: при их делениях часть дочерних клеток полностью идентична материнским (т.е. пополняет пул клеток того класса, к которому принадлежали родительские клетки), и лишь другая часть подвергается дифференцировке (превращается в клетки последующих классов).
4. Образование колоний. Благодаря предыдущим свойствам (самоподдержанию и дифференцировке), способны образовывать колонии, почему для многих из них используется обозначение КоЕ (колониеобразующие единицы).
Определение способности к образованию колоний. Способность к образованию колоний определяют следующим образом. 1. Мышей-реципиентов облучают такой дозой радиации, при которой погибают все их гемопоэтические клетки. 2. В кровь вводят клетки костного мозга от необлучённых мышей-доноров. 3. Через две недели исследуют селезёнку облучённых мышей. На её поверхности видны узелки. Каждый из них - колония (клон) клеток, развившихся из одной гемопоэтической клетки класса I, II или III. Замечание: подобные колонии можно получить также в тканевой культуре.
Особенности клеток классов I, II и III
I. Класс I: стволовые клетки крови.
1. Эти клетки делятся редко; в основном же они находятся в Gо-периоде. Поэтому их доля (от общего числа гемопоэтических клеток) в кроветворных органах очень низкая (10-4 - 10-5).
2. При этом они являются полипотентными: могут давать начало всем форменным элементам крови.
3. На первом этапе их дифференцировки образуются полустволовые клетки двух видов:
- предшественники миелопоэза и предшественники лимфопоэза.
II. Класс II: полустволовые клетки. Клетки класса II имеют три принципиальные особенности:
1. Коммитированность. От предыдущих (полипотентных) клеток они отличаются тем, что являются коммитированными, или частично детерминированными: возможности дальнейших превращений для каждой из них уже ограничена.
2. Олигопотентность. От последующих же клеток они отличаются тем, что ещё сохраняют возможность дифференцироваться не по одному, а по двум или более различным направлениям.
3. Чувствительность к регуляторам. Данные клетки приобретают чувствительность к регуляторам гемопоэза, которые и определяют направление дифференцировки.
Виды полустволовых клеток. К полустволовым клеткам относятся предшественники миелопоэза и образующиеся из них клетки следующей стадии развития - КоЕ-ГнЭ, КоЕ-ГМ, КоЕ-МГЦЭ, а также предшественники лимфопоэза.
Итого - 5 видов клеток, где КоЕ - т.н. колониеобразующие клетки (единицы) (хотя способность образовывать колонии присуща всем клеткам классов I-III, в т.ч. стволовым клеткам и предшественникам миело- и лимфопоэза).
Потенции развития полустволовых КоЕ: В обозначениях полустволовых КоЕ буквы после чёрточки показывают, в какие клетки крови способны дифференцироваться данные КоЕ:
КоЕ-ГнЭ - по двум направлениям - в нейтрофильные гранулоциты (Гн) и в эритроциты (Э);
КоЕ-ГМ - по четырём направлениям - во все три вида гранулоцитов (Г) (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы), а также в моноциты (М);
КоЕ-МГЦЭ - по двум направлениям - в мегакариоциты (МГЦ) - источники тромбоцитов - и в эритроциты (Э) (напомним: последние могут образовываться также из КоЕ-ГнЭ).
Таким образом, два вида из полустволовых КоЕ - бипотентны, а один вид - тетрапотентен.
Регуляторы миелопоэза. Превращение предшественников миелопоэза в тот или иной из трёх перечисленных видов КоЕ происходит под действием регуляторов:
- эритропоэтин (синтезируемый в почках, лёгких и печени) стимулирует образование КоЕ-ГнЭ;
- лейкопоэтин - образование КоЕ-ГМ;
- тромбопоэтин - образование КоЕ-МГЦЭ.
Размещено на сайт
III. Класс III: унипотентные клетки
В отличие от предыдущих клеток, каждая клетка этого класса может развиваться только по одному направлению. Поэтому естественно, что (по числу разных видов форменных элементов крови) имеются 8 видов унипотентных клеток - предшественники:
1) моноцитов - КоЕ-М
2) базофильных гранулоцитов - КоЕ-Б
3) эозинофильных гранулоцитов - КоЕ-Эо
4) нейтрофильных гранулоцитов - КоЕ-Гн
5) эритроцитов - КоЕ-Э
6) мегакариоцитов - КоЕ-МГЦ
7) предшественников В-лимфоцитов
8) предшественников Т-лимфоцитов.
Гомобластический и гетеробластический типы кроветворения
Преобразование стволовых клеток крови в унипотентные клетки включает следующие процессы: митотические деления; одновременно происходящее постепенное сужение потенций развития клеток.
Гомобластический тип кроветворения. В обычных условиях начальные стадии гемопоэза протекают с небольшой интенсивностью, и содержание клеток классов I-III (а также класса IV) в костном мозгу очень низко. Преобладают же (и значительно) клетки последующих стадий развития - обычно той последней стадии, на которой клетки ещё способны делиться. Такой тип кроветворения называют гомобластическим - в силу преобладания в костном мозгу клеток одной стадии.
Гетеробластический тип кроветворения. В экстремальных ситуациях (например, после острой кровопотери) дифференцировочные деления начальных клеток ряда ускоряются, а расход зрелых форм увеличивается. Это приводит к перераспределению соотношения клеточных форм в костном мозгу: доля поздних форм снижается, а доля ранних форм повышается. В таком случае говорят о гетеробластическом типе кроветворения: в заметном количестве присутствуют клетки нескольких стадий.
Принципиальной разницы между этими "типами" кроветворения нет: в обоих случаях функционирует вся "вертикаль" гемопоэза, и в обоих случаях достигается стационарное состояние (т.е. постоянство количества клеток) каждой клеточной формы.
Особенности лимфопоэза. Дифференциация клеток по антигенной
Специфичности
На ранних стадиях лимфопоэза происходит перестройка геномной области, кодирующей фрагменты иммуноглобулинов, и в результате в каждой клетке образуется лишь один полный ген иммуноглобулина.
В итоге, каждая клетка приобретает способность синтезировать и нести на поверхности иммуноглобулины (антитела) только к одному виду (из множества возможных) антигенных детерминант. В силу случайности процесса геномной перестройки, образуется большое число разных клеток, отличающихся по своей антигенной специфичности.
Образование клонов с разной антигенной специфичностью.
Последующие деления клеток приводят к образованию клонов лимфоцитов с разной антигенной специфичностью. По некоторым оценкам, число таких клонов близко к 107 . Прежде полагали, что дифференциация на клоны происходит только в эмбриональный период. По альтернативным представлениям, это совершается постоянно - в красном костном мозгу и, возможно, в тимусе (если в него попадают стволовые или полустволовые клетки).
Гемопоэтические клетки класса IV
Деления и созревание 8 видов клеток класса III приводят к образованию бластов - клеток класса IV. Здесь впервые изменяется морфология клеток (за счёт начала специфических синтезов): от клеток классов I-III (похожих на малые лимфоциты) бласты отличаются большим размером, более светлым ядром и светлой цитоплазмой, появлением в цитоплазме первых продуктов специфических синтезов.
Несмотря на последнее обстоятельство, между собой (т.е. "по горизонтали") бластные клетки морфологическически практически неразличимы. В отличие от предыдущих клеток, бласты не способны к самоподдержанию. Это означает, что при их делениях образуются только более дифференцированные клетки, а клетки, подобные родительским, не воспроизводятся.
Завершающие стадии миелопоэза
Общая характеристика:
1.Множественность промежуточных форм - класс V гемопоэтических клеток почти в каждом из 6 направлений миелопоэза представлен не одной клеточной формой, а целым рядом последовательно переходящих друг в друга клеток. Потому-то он и обозначается как класс созревающих клеток.
2. Морфология. Здесь уже имеются чёткие морфологические отличия не только "по вертикали" - между смежными клетками каждого ряда, но и "по горизонтали" - между клетками различных направлений дифференцировки.
Таким образом, каждая из многочисленных гемопоэтических клеток класса V, в принципе, может быть морфологически идентифицирована (хотя на практике для этого требуется достаточно большой опыт.)
3. Результат созревания. В конечном счёте, дифференцировка клеток V приводит к образованию дифференцированных клеток, т.е. клеток класса VI, или зрелых форменных элементов крови.
КРОВЕТВОРЕНИЕ (ГЕМОПОЭЗ)
Кроветворение (гемопоэз) – процесс образования крови. Выделяют эмбриональный и постэмбриональный гемопоэз.
Эмбриональный гемопоэз – это процесс образования крови как ткани.
Постэмбриональный гемопоэз – процесс образования форменных элементов крови в ходе физиологической и репаративной регенерации.
Согласно унитарной теории кроветворения, все клетки крови развиваются из одной родоначальной стволовой кроветворной клетки (СКК).
Эмбриональный гемопоэз делится на три периода в зависимости от времени и места протекания. Это периоды в определенной степени перекрываются:
мегалобластический (внезародышевый) период - 1-2-й месяцы эмбриогенеза;
гепато-тимо-лиенальный период - 2-5-й месяцы эмбриогенеза;
медулло-тимо-лимфатический период – 5-9-й месяцы эмбриогенеза.
Мегалобластический период начинается со 2-3 недели внутриутробной жизни в мезенхиме желточного мешка.
В результате интенсивного деления клеток в мезенхиме образуются кровяные островки, клетки которых дифференцируются в двух направлениях:
ангиобласты , лежащие по периферии, превращаются в эндотелий и образуют стенки первичных кровеносных сосудов;
стволовые кроветворные клетки , которые лежат в центре островков, превращаются в первичные клетки крови – бласты .
Большая часть бластов делится и превращается в первичные эритробласты больших размеров – мегалобласты . Мегалобласты активно делятся и начинают синтезировать и накапливать эмбриональные гемоглобины. Из оксифильных мегалобластов образуются эритроциты больших размеров – мегалоциты . Часть мегалоцитов содержат ядро, часть – является безъядерными. Процесс образования мегалоцитов называется мегалобластическим эритропоэзом . Кроме мегалоцитов в желточном мешке образуется некоторое количество безъядерных эритроцитов обычного размера - нормобластический эритропоэз . Образование эритроцитов в желточном мешке идёт внутри кровеносных сосудов – интраваскулярно.
Одновременно с эритропоэзом в желточном мешке экстраваскулярно – вне просвета сосудов - идёт гранулоцитопоэз – образуются нейтрофильные и эозинофильные гранулоциты.
После образования кровеносных сосудов в теле зародыша и соединения их с сосудами желточного мешка эти клетки попадают в другие органы, участвующие в эмбриональном гемопоэзе. В дальнейшем желточный мешок постепенно редуцируется, и к 12-й неделе эмбриогенеза кроветворение в нём полностью прекращается
В печени кроветворение начинается на 5-6 нед. развития. Здесь образуются эритроциты, гранулоциты и тромбоциты. К концу 5-го месяца интенсивность гемопоэза в печени уменьшается, но в небольшой степени продолжается ещё несколько недель после рождения.
Гемопоэз в селезёнке наиболее выражен с 4-го по 8-й месяцы внутриутробного развития.
Начиная с 5-го месяца, красный костный мозг постепенно становится универсальным органом кроветворения , и происходит разделение на миелопоэз (образование всех видов форменных элементов крови за исключением лимфоцитов) и лимфопоэз.
Постэмбриональный гемопоэз – процесс образования форменных элементов крови в ходе физиологической и репаративной регенерации после рождения. Обновление различных клеточных популяций крови необходимо, поскольку абсолютное большинство форменных элементов крови имеет короткий жизненный цикл (скорость распада эритроцитов, например, составляет 10 млн в секунду). Гемопоэз обеспечивает поддержание постоянного количества форменных элементов в периферической крови.
Постэмбриональный гемопоэз протекает в миелоидной (красный костный мозг) и лимфоидных (тимус, селезенка, лимфоузлы, миндалины, аппендикс, лимфатические фолликулы) тканях.
Современные представления о кроветворении основаны на признании унитарной теории кроветворения. Согласно этой теории, развитие всех клеток крови начинается со стволовой клетки крови(СКК), дифференцировка которой в различные форменные элементы определяется микроокружением и действием специфических веществ – гемопоэтинов .
Во взрослом организме человека СКК в норме локализованы в костном мозге (0,05% от всех клеток костного мозга), однако в низких концентрациях они присутствуют также в периферической крови (0,0001% от всех лимфоцитов). Богатым источником СКК является пуповинная кровь и плацента.
СКК дают начало прогениторным клеткам и клеткам-предшественникам, которые делятся и дифференцируются в зрелые клетки определенного типа ткани. Такие клетки называют еще коммитированными.
Клетки предшественники образуют дифференцированные клетки через ряд поколений промежуточных клеток, становящихся все более зрелыми. Таким образом, гемопоэтические клетки подразделяются на 6 классов , в зависимости от уровня дифференцировки.
КЛАСС I. - СТВОЛОВАЯ ГЕМОПОЭТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА (СКК)
СВОЙСТВА СКК:
· плюрипотентность : СКК способна к дифференцировке в различных направлениях и даёт начало любому виду форменных элементов крови (эритроцитам, лейкоцитам, кровяным пластинкам), поэтому СКК называют родоначальными клетками .
· способность к самоподдержанию : СККспособны поддерживать постоянство численности своей популяции за счёт того, что после деления стволовой клетки одна из дочерних клеток остается стволовой, сохраняя все свойства родительской клетки; вторая дочерняя клетка дифференцируется в полустволовую (коммитированную) стволовую клетку. Такой митоз называется асимметричным.
· способность к делению (пролиферации). СКК – долгоживущая клетка ; срок её жизни - жизнь индивидуального организма.
· устойчивость к действию повреждающих факторов , вероятно вследствие того, что СКК делятся редко; большую часть своей жизни они пребывают в состоянии покоя; при необходимости могут вновь вступать в клеточный цикл (например, при значительных кровопотерях и при воздействии факторов роста); кроме того СКК защищены своим местоположением.
· морфологически СКК не идентифицируются: то есть их нельзя различить обычными методами под световым или электронным микроскопом, СКК выглядит как любой малый лимфоцит, но они имеют свой фенотип (антигенный профиль): для них характерно присутствие на поверхности маркеров CD34+,CD59+, Thy1/CD90+, CD38lo/-, C-kit/cd117+, и отсутствие ряда маркеров, свойственных зрелым клеткам крови (Lin-негативность); благодаря определенному фенотипу СКК можно выявить методами иммуноцитохимии (с помощью меченых моноклональных антител).
· основное место локализации СКК– красный костный мозг, хотя численность СКК невелика (1 СКК на 2000 клеток красного костного мозга; или 1 СКК на 1 000 000 лейкоцитов периферической крови).
ФАКТОРЫ ГЕМОПОЭЗА
Образование клеток крови cтимулируют гемопоэтические факторы роста - фактор стволовых клеток (SCF), колониестимулирующие факторы (CSF) (C olony S timulating F actor), интерлейкины, эритропоэтин, лептин, тромбопоэтин (табл. 6-9). На кроветворение влияют фолиевая кислота и витамин B 12 , участвующие в синтезе ДНК в ходе массового образования новых клеток крови. Дифференцировку кроветворных клеток контролируют транскрипционные факторы.
Транскрипционные факторы - функционируют с ранних стадий развития и регулируют экспрессию генов кроветворных клеток.
SCL - фактор транскрипции в стволовых кроветворных клетках, предшественниках эритроцитов, мегакариоцитов.
NF -Е2 - эритроидный транскрипционный фактор, активирует транскрипцию - и -глобинов, ферментов синтеза гема (порфобилиноген дезаминаза и феррохелатаза).
Транскрипционные факторы GATA - связывающиеся с ДНК белки, узнающие последовательность GATA.
GATA1 (синонимы NF-E1, NF-1, Ery-1, GF-1) поддерживает нормальный эмбриональный и постнатальный гемопоэз, в том числе процессы пролиферации и дифференцировки развивающихся клеток крови; экспрессируется в эритроидных клетках, мегакариоцитах, эозинофилах. GATA1 необходим для выживаемости клеток эритроидного ряда. Одним из генов-мишеней GATA1 является ген Bcl-XL , кодирующий антиапоптозный белок. GATA1 активирует транскрипцию рецептора эритропоэтина EpoR, а также регулирует экспрессию ряда генов, кодирующих ферменты, необходимые для синтеза гема (ALA-S, ALA-D, PBG-D).
Мутации GATA1 являются признаком временного миелопролиферативного нарушения, которое проявляется примерно у 10% новорождённых с синдромом Дауна. Мутации N–«пальца» GATA1 наблюдаются у больных сX-связанной тромбоцитопенией и анемией. Тяжесть болезни зависит от частных мутаций. Например, мутацияD218G ведёт к макротромбоцитопении и средней степени нарушениям эритропоэза, тогда как мутация D218Yвызывает тяжёлую макротромбоцитопению, выраженную анемию и, как следствие, раннюю смертность.
GATA2 экспрессируется кроветворными клетками и играет ключевую роль в регуляции экспрессии гемопоэтических факторов, контролирующих эмбриональный гемопоэз в желточном мешке и печени.
GATA3 экспрессируют T–клетки.
EKLF влияет на эритропоэз, стимулируя экспрессию гена -глобина; возможный переключатель эритропоэза на дефинитивный тип (переключение синтеза c - на -глобин).
Фолиевая кислота и витамин B 12 . При массовом образовании новых клеток крови активно синтезируется ДНК. Для этого необходимы витамин B 12 и фолиевая кислота. Фолаты и витамин B 12 поступают с пищей и всасываются в тонком кишечнике. Для всасывания витамина B 12 в кишечнике необходим (внутренний) фактор Касла , синтезируемый париетальными клетками желудка. Фактор связывает витамин B 12 и защищает его от разрушения ферментами. Комплекс внутреннего фактора с витамином B 12 в присутствии ионов Ca 2+ взаимодействует с рецепторами эпителиальной клетки дистального отдела подвздошной кишки. При этом витамин B 12 поступает в клетку, а внутренний фактор высвобождается. Отсутствие внутреннего фактора приводит к развитию анемии. Из эпителия кишечника витамин B 12 с помощью транскобаламина II переносится в костный мозг (витамин B 12 деметилирует фолаты, предотвращая их выход из клеток; участвует в синтезе ДНК) и в печень (для запасания). Транскобаламин II вырабатывают эпителиальные клетки кишечника. Алиментарный дефицит витамина В 12 в развитых странах встречается редко; исключение составляют грудные дети матерей - строгих вегетарианок. Обычная причина дефицита - нарушение процессов всасывания; одна из причин - дифиллоботриоз [гельминтоз, вызванный Diphyllobothrium latum (Лентец широкий ), эндемичен для некоторых районов России]. Фолаты в качестве кофермента участвуют в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований. Алиментарный дефицит фолиевой кислоты - редкое явление; может развиться у грудного ребёнка, вскармливаемого кипячёным или козьим молоком, а также у детей с тяжёлой анорексией. Нарушение всасывания фолатов наблюдают при синдроме мальабсорбции (болезнь Крона, целиакия), характеризующемся поражением тонкого кишечника. Повышенная потребность в фолатах развивается при состояниях, сопровождающихся усилением метаболических процессов (беременность, хронический гемолиз, злокачественные новообразования). Нарушения метаболизма фолатов могут вызвать некоторые противосудорожные препараты (фенитоин и фенобарбитал).
60. Гемограмма и лейкоцитарная формула. Возрастные особенности. Значение в диагностике заболеваний.
В медицинской практике анализ крови играет большую роль. При клинических анализах исследуют химический состав крови, определяют количество эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина, резистентность эритроцитов, быстроту их оседания – скорость оседания эритроцитов (СОЭ) и др.
Качественный состав крови (анализ крови) определяется такими понятиями, как гемограмма и лейкоцитарная формула.
Гемограмма – количественное содержание форменных элементов крови в одном литре.
Лейкоцитарная формула – это процентное содержание отдельных форм лейкоцитов.
Возрастные изменения в крови.
Число эритроцитов в момент рождения и в первые часы жизни выше, чем у взрослого человека, и достигает 6,0 – 7,0х10^12 в 1 л. К 10-14 сут оно равно тем же цифрам, что и во взрослом организме.
В последующие сроки происходит снижение числа эритроцитов с минимальными показателями на 3-6 м месяце жизни (физиологическая анемия). Число эритроцитов становится таким же, как и во взрослом организме, в период полового созревания. Для новорожденных характерно наличие анизоцитоза (разнообразие размеров) с преобладанием макроцитов, увеличенное содержание ретикулоцитов, а также присутствие незначительного числа ядросодержащих предшественников эритроцитов.
Число лейкоцитов у новорожденных увеличено и достигает 10,0 – 30,0х10^9 в 1 л.
В течение 2 нед после рождения число их падает до 9,0-15,0х10^9 в 1 л. Количество лейкоцитов достигает к 14-15 годам уровня, который сохраняется у взрослого. Соотношение числа нейтрофилов и лимфоцитов у новорожденного такое же, как и у взрослых, - 4,5 – 9,0х10^9 в 1 л.
В последующие сроки содержание лимфоцитов возрастает, а нейтрофилов падает, и, т.о., к 4-м суткам количество этих видов лейкоцитов уравнивается (первый физиологический перекрест лейкоцитов). Дальнейший рост числа лимфоцитов и падение нейтрофилов приводят к тому, что на 1-2 году жизни лимфоциты составляют 65%, а нейтрофилы – 25%. Новое снижение числа лимфоцитов и повышение нейтрофилов приводят к выравниванию обоих показателей у 4-летних детей (второй физиологический перекрест). Постепенное снижение содержания лимфоцитов и повышение нейтрофилов продолжаются до полового созревания, когда количество этих видов лейкоцитов достигает нормы взрослого.
61.Этапы кроветворения в эмбриональном и постэмбриональных периодах развития.
Гемопоэз – развитие крови. Различают эмбриональный гемопоэз, который происходит в эмбриональный период и приводит к развитию крови как ткани, и постэмбриональный гемопоэз, который представляет собой процесс физиологической регенерации крови.
Эмбриональный гемопоэз.
В развитии крови как ткани в эмбриональный период можно выделить 3 основных этапа:
Мезобластический (желточный), когда начинается развитие клеток крови во внезародышевых органах и появляется первая регенерация стволовых клеток крови. (с 3-й по 9-ю неделю)
Печеночный (гепатотимусолиенальный), который начинается в печени с 5-6-й недели развития плода, когда печень становится основным органом гемопоэза, в ней образуется вторая регенерация СКК. Кроветворение в печени достигает максимума через 5 мес и завершается перед рождением.
Медуллярный (костномозговой) (медулло-тимусолимфоидный)– появление третьей генерации СКК в костном мозге, где гемопоэз начинается с 10-й недели и постепенно нарастает к рождению, а после рождения красный костный мозг становится центральным органом гемопоэза.
Желточный этап.
Начиная со 2-3 недели эмбриогенеза, в мезенхиме желточного мешка в результате пролиферации мезенхимных клеток образуются «кровяные островки», представляющие собой очаговые скопления мезенхимных клеток. Затем происходит дивергентная дифференцировка этих клеток. Периферические клетки, ограничивающие островки, уплощаются, соединяются между собой и образуют эндотелиальную выстилку сосуда. Центральные клетки округляются, превращаясь в стволовые кроветворные клетки. Из этих клеток в сосудах, т.е. интраваскулярно начинается процесс образования первичных эритроцитов. Они характеризуются:
Крупными размерами и называются мегалобластами. В их цитоплазме накапливается гемоглобин, ядро у некоторых удаляется, а в других сохраняется. В результате образуются первичные эритроциты, отличающиеся бОльшими, чем у нормацитов размерами;
Наличием ядра;
Такой тип кроветворения называется мегабластическим. Он характерен для ранних этапов эмбриогенеза. Одновременно начинается нормобластическое кроветворение с образованием нормоцитов, содержащих фетальный гемоглобин.
Часть стволовых клеток оказывается вне сосудов (экстраваскулярно) и из них начинают развиваться зернистые лейкоциты, которые затем мигрирует в сосуды.
Начиная с 4-й недели эмбриогенеза желточный этап кроветворения угасает и к концу 3-го месяца он полностью прекращается.
Итог этапа – образование стволовых клеток крови первой генерации.
На 3-й неделе в мезенхиме тела зародыша начинают формироваться сосуды. На первых порах они являются пустыми щелевидными образованиями. Из желточного мешка СКК мигрируют в тело зародыша и заселяют закладки будущих кроветворных органов.
Второй этап – гепатотимусолиенальный начинается на 5-й неделе эмбриогенеза в печени, экстраваскулярно – по ходу капилляров, врастающих с мезенхимой внутрь печени. В печени активно развиваются стволовые клетки второй генерации и из них образуются эритроциты и гранулоциты до конца 5-го месяца, затем процесс гемоцитопоэза там постепенно снижается. Тимус начинает заселяться СКК, начиная с 7-8 недели, дает начало Т-лимфоцитам.
Селезенка заселяется СКК на 7-8 неделе, в ней экстраваскулярно начинается универсальное кроветворение, т.е. происходит миело- и лимфоцитопоэз. Особенно активно кроветворение происходит в селезенке с 5 по 7-й месяцы, затем миелоидное кроветворение постепенно угасает и к концу эмбриогенеза оно полностью прекращается. Лимфоидное кроветворения осуществляется здесь как в эмбриогенезе, так и в постнатальном периоде.
Третий период эмбрионального кроветворения – медулло-тимусолиенальный. Закладка костного мозга осуществляется во 2-м месяце эимбриогенезе. Кроветворение в нем начинается с 4-го месяца закладка СКК третьей генерации, а с 6-го месяца он является основным органом миелоидного и частично лимфоидного кроветворения, т.е. органом универсального гемоцитопоэза. В это же время в тимусе, селезенке и лимфатических узлах происходит лимфоидное кроветворение.
Постэмбриональный гемопоэз.
Постэмбриональный гемопоэз представляет собой процесс физиологической регенерации крови. (клеточное обновление), который компенсирует физиологическое разрушение дифференцированных клеток.