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).
КРОВЕТВОРЕНИЕ (ГЕМОПОЭЗ)КРОВЕТВОРЕНИЕ (ГЕМОПОЭЗ)
Гемопоэзом (haemopoesis) называют 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.
Развитие эритроцитов называют эритропоэзом, развитие гранулоцитов - гранутоцитопоэзом, тромбоцитов - тромбоцитопоэзом, развитие моноцитов - моноцитопоэзом, развитие лимфоцитов и иммуноцитов - лимфоцито-и иммуноцитопоэзом.
7.4.1. Эмбриональный гемопоэз
В развитии крови как ткани в эмбриональный период можно выделить три основных этапа, последовательно сменяющих друг друга: 1) мезобластический, когда начинается развитие клеток крови во внезаро-дышевых органах - мезенхиме стенки желточного мешка и хориона (с 3-й по 9-ю нед развития зародыша человека) и появляется первая генерация стволовых клеток крови; 2) печеночный, который начинается в печени с 5-6-й нед развития зародыша, когда печень становится основным органом гемопоэза, в ней образуется вторая генерация СКК. Кроветворение в печени достигает максимума через 5 мес и завершается перед рождением. СКК печени заселяют вилочковую железу (здесь, начиная с 7-8-й нед, развиваются Т-лимфоциты), селезенку (гемопоэз начинается с 12-й нед) и лимфатические узлы (гемопоэз отмечается с 10-й нед); 3) медуллярный (костномозговой) - появление третьей генерации СКК в костном мозге, где гемопоэз начинается с 10-й нед и постепенно нарастает к рождению, а после рождения костный мозг становится центральным органом гемопоэза.
Кроветворение в стенке желточного мешка. У человека оно начинается в конце 2-й - начале 3-й нед эмбрионального развития. В мезенхиме стенки желточного мешка обособляются зачатки сосудистой крови, или
кровяные островки. В них мезенхимные клетки теряют отростки, округляются и преобразуются в стволовые клетки крови. Клетки, ограничивающие кровяные островки, уплощаются, соединяются между собой и образуют эндотелиальную выстилку будущего сосуда. Часть СКК дифференцируются в первичные клетки крови (бласты), крупные клетки с базофиль-ной цитоплазмой и ядром, в котором хорошо заметны крупные ядрышки (рис. 7.14). Большинство первичных кровяных клеток митотически делятся и превращаются в первичные эритробласты, характеризующиеся крупным размером (мегалобласты). Это превращение совершается в связи с накоплением эмбрионального гемоглобина в цитоплазме бластов, при этом сначала образуются полихроматофильные эритробласты, а затем ацидофильные эри-тробласты с большим содержанием гемоглобина. В некоторых первичных эритробластах ядра подвергаются кариорексису и удаляются из клеток, в других клетках ядра сохраняются. В результате образуются безъядерные и ядросодержащие первичные эритроциты, отличающиеся большим размером от ацидофильных эритробластов и поэтому получившие название мегало-цитов. Такой тип кроветворения называется мегалобластическим. Он характерен для эмбрионального периода, но может появляться в постнатальном периоде при некоторых заболеваниях (злокачественное малокровие).
Наряду с мегалобластическим в стенке желточного мешка начинается нормобластическое кроветворение, при котором из бластов образуются вторичные эритробласты; сначала по мере накопления в их цитоплазме гемоглобина они превращаются в полихроматофильные эритробласты, далее в нормобласты, из которых образуются вторичные эритроциты (нормоци-ты); размеры последних соответствуют эритроцитам (нормоцитам) взрослого человека (см. рис. 7.14, а). Развитие эритроцитов в стенке желточного мешка происходит внутри первичных кровеносных сосудов, т. е. интраваску-лярно. Одновременно экстраваскулярно из бластов, расположенных вокруг сосудов, дифференцируется небольшое количество гранулоцитов - ней-трофилов и эозинофилов. Часть СКК остается в недифференцированном состоянии и разносится током крови по различным органам зародыша, где происходит их дальнейшая дифференцировка в клетки крови или соединительной ткани. После редукции желточного мешка основным кроветворным органом временно становится печень.
Кроветворение в печени. Печень закладывается примерно на 3-4-й нед эмбрионального развития, а с 5-й нед она становится центром кроветворения. Кроветворение в печени происходит экстраваскулярно, по ходу капилляров, врастающих вместе с мезенхимой внутрь печеночных долек. Источником кроветворения в печени служат стволовые клетки крови, из которых образуются бласты, дифференцирующиеся во вторичные эритроциты. Процесс их образования повторяет описанные выше этапы образования вторичных эритроцитов. Одновременно с развитием эритроцитов в печени образуются зернистые лейкоциты, главным образом нейтрофильные и ацидофильные. В цитоплазме бласта, становящейся более светлой и менее базофильной, появляется специфическая зернистость, после чего ядро приобретает неправильную форму. Кроме гранулоцитов, в печени формируют-
Рис. 7.14. Эмбриональный гемопоэз (по А. А. Максимову):
а - кроветворение в стенке желточного мешка зародыша морской свинки: 1 - мезенхимальные клетки; 2 - эндотелий стенки сосудов; 3 - первичные кровяные клетки-бласты; 4 - митотически делящиеся бласты; б - поперечный срез кровяного островка зародыша кролика 8,5 сут: 1 - полость сосуда; 2 - эндотелий; 3 - интра-васкулярные кровяные клетки; 4 - делящаяся кровяная клетка; 5 - формирование первичной кровяной клетки; 6 - энтодерма; 7 - висцеральный листок мезодермы; в - развитие вторичных эритробластов в сосуде зародыша кролика 13,5 сут: 1 - эндотелий; 2 - проэритробласты; 3 - базофильные эритробласты; 4 - поли-хроматофильные эритробласты; 5 - оксифильные (ацидофильные) эритробласты (нормобласты); 6 - оксифильный (ацидофильный) эритробласт с пикнотическим ядром; 7 - обособление ядра от оксифильного (ацидофильного) эритробласта (нор-мобласта); 8 - вытолкнутое ядро нормобласта; 9 - вторичный эритроцит; г - кроветворение в костном мозге зародыша человека с копчиково-теменной длиной тела 77 мм. Экстраваскулярное развитие клеток крови: 1 - эндотелий сосуда; 2 - бласты; 3 - нейтрофильные гранулоциты; 4 - эозинофильный миелоцит
ся гигантские клетки - мегакариоциты. К концу внутриутробного периода кроветворение в печени прекращается.
Кроветворение в тимусе. Вилочковая железа закладывается в конце 1-го мес внутриутробного развития, и на 7-8-й нед ее эпителий начинает заселяться стволовыми клетками крови, которые дифференцируются в лимфоциты тиму-
са. Увеличивающееся число лимфоцитов тимуса дает начало Т-лимфоцитам, заселяющим Т-зоны периферических органов иммунопоэза.
Кроветворение в селезенке. Закладка селезенки происходит в конце 1-го мес внутриутробного развития. Из вселяющихся в нее стволовых клеток происходит экстраваскулярное образование всех видов форменных элементов крови, т. е. селезенка в эмбриональном периоде представляет собой универсальный кроветворный орган. Образование эритроцитов и гранулоци-тов в селезенке достигает максимума на 5-м мес внутриутробного развития. После этого в ней начинает преобладать лимфоцитопоэз.
Кроветворение в лимфатических узлах. Первые закладки лимфатических узлов у человека появляются на 7-8-й нед эмбрионального развития. Большинство лимфатических узлов развиваются на 9-10-й нед. В этот же период начинается проникновение в лимфатические узлы стволовых клеток крови, из которых дифференцируются эритроциты, гранулоциты и мегака-риоциты. Однако формирование этих элементов быстро подавляется образованием лимфоцитов, составляющих основную часть клеток лимфатических узлов. Появление единичных лимфоцитов происходит уже на 8-15-й нед развития, однако массовое «заселение» лимфатических узлов предшественниками Т- и В-лимфоцитов начинается с 16-й нед, когда формируются посткапиллярные венулы, через стенку которых осуществляется процесс миграции клеток. Из клеток-предшественников дифференцируются лим-фобласты (большие лимфоциты), а далее средние и малые лимфоциты. Дифференцировка Т- и В-лимфоцитов происходит в Т- и В-зависимых зонах лимфатических узлов.
Кроветворение в костном мозге. Закладка костного мозга осуществляется на 2-м мес внутриутробного развития. Первые гемопоэтические элементы появляются на 12-й нед развития; в это время основную их массу составляют эритробласты и предшественники гранулоцитов. Из СКК в костном мозге формируются все форменные элементы крови, развитие которых происходит экстраваскулярно (см. рис. 7.14, г). Часть СКК сохраняются в костном мозге в недифференцированном состоянии, они могут расселяться по другим органам и тканям и являться источником развития клеток крови и соединительной ткани. Таким образом, костный мозг становится центральным органом, осуществляющим универсальный гемопоэз, и остается им в течение постнатальной жизни. Он обеспечивает стволовыми кроветворными клетками тимус и другие органы гемопоэза.
7.4.2. Постэмбриональный гемопоэз
Постэмбриональный гемопоэз представляет собой процесс физиологической регенерации крови (клеточное обновление), который компенсирует физиологическое разрушение дифференцированных клеток. Миелопоэз происходит в миелоидной ткани (textus myeloideus), расположенной в эпифизах трубчатых и полостях многих губчатых костей (см. главу 14). Здесь развиваются форменные элементы крови: эритроциты, гранулоциты, моноциты, кровяные пластинки, предшественники лимфоцитов. В миелоид-
ной ткани находятся стволовые клетки крови и соединительной ткани. Предшественники лимфоцитов постепенно мигрируют и заселяют такие органы, как тимус, селезенка, лимфатические узлы и др.
Лимфопоэз происходит в лимфоидной ткани (textus lymphoideus), которая имеет несколько разновидностей, представленных в тимусе, селезенке, лимфатических узлах. Она выполняет основные функции: образование Т- и В-лимфоцитов и иммуноцитов (плазмоцитов и др.).
СКК являются плюрипотентными (полипотентными) предшественниками всех клеток крови и относятся к самоподдерживающейся популяции клеток. Они редко делятся. Впервые представление о родоначальных клетках крови сформулировал в начале XX в. А. А. Максимов, который считал, что по своему строению они сходны с лимфоцитами. В настоящее время это представление нашло подтверждение и дальнейшее развитие в новейших экспериментальных исследованиях, проводимых главным образом на мышах. Выявление СКК стало возможным при применении метода коло-ниеобразования.
Экспериментально (на мышах) показано, что при введении смертельно облученным животным (утратившим собственные кроветворные клетки) взвеси клеток красного костного мозга или фракции, обогащенной СКК, в селезенке появляются колонии клеток - потомков одной СКК. Пролиферативную активность СКК модулируют колониестимулирующие факторы (КСФ), интерлейкины (ИЛ-3 и др.). Каждая СКК в селезенке образует одну колонию и называется селезеночной колониеобразующей единицей (КОЕ-С). Подсчет колоний позволяет судить о количестве стволовых клеток, находящихся во введенной взвеси клеток. Таким образом, было установлено, что у мышей на 105 клеток костного мозга приходится около 50 стволовых клеток. Исследование очищенной фракции стволовых клеток с помощью электронного микроскопа позволяет сделать вывод, что по ультраструктуре они очень близки к малым темным лимфоцитам.
Исследование клеточного состава колоний выявляет две линии их диф-ференцировки. Одна линия дает начало мультипотентной клетке - родоначальнику гранулоцитарного, эритроцитарного, моноцитарного и мега-кариоцитарного дифферонов гемопоэза (КОЕ-ГЭММ). Вторая линия дает начало мультипотентной клетке - родоначальнику лимфопоэза (КОЕ-Л) (рис. 7.15). Из мультипотентных клеток дифференцируются олигопотент-ные (КОЕ-ГМ) и унипотентные родоначальные (прогениторные) клетки. Методом колониеобразования определены родоначальные унипотентные клетки для моноцитов (КОЕ-М), нейтрофилов (КОЕ-Гн), эозинофилов (КОЕ-Эо), базофилов (КОЕ-Б), эритроцитов (БОЕ-Э и КОЕ-Э), мегака-риоцитов (КОЕ-МГЦ), из которых образуются клетки-предшественники (прекурсорные). В лимфопоэтическом ряду выделяют унипотентные клетки - предшественники В-лимфоцитов и соответственно Т-лимфоцитов. Полипотентные (плюрипотентные и мультипотентные), олигопотентные и унипотентные клетки морфологически не различаются.
Все приведенные выше стадии развития клеток составляют четыре основных компартмента: I - стволовые клетки крови (плюрипотентные, полипо-
Рис. 7.15. Постэмбриональный гемопоэз, окраска азуром II-эозином (по Н. А. Юриной).
Стадии дифференцировки крови: I-IV - морфологически неидентифицируе-мые клетки; V, VI - морфологически идентифицируемые клетки. Б - базофил;
БОЕ - бурстобразующая единица; Г - гранулоциты; Гн - гранулоцит нейтрофильный; КОЕ - колониеобразующие единицы; КОЕ-С - селезеночная колониеобразующая единица; Л - лимфоцит; Лск - лимфоидная стволовая клетка; М - моноцит; Мег - мегакариоцит; Эо - эозинофил; Э - эритроцит. Ретикулоцит окрашен суправитально
тентные); II - коммитированные родоначальные клетки (мультипотентные); III - коммитированные родоначальные (прогенторные) олигопотентные и унипотентные клетки; IV - клетки-предшественники (прекурсорные).
Дифференцировка полипотентных клеток в унипотентные определяется действием ряда специфических факторов - эритропоэтинов (для эритро-бластов), гранулопоэтинов (для миелобластов), лимфопоэтинов (для лим-фобластов), тромбопоэтинов (для мегакариобластов) и др.
Из каждой клетки-предшественника образуется конкретный вид клеток. Клетки каждого вида при созревании проходят ряд стадий и в совокупности образуют компартмент созревающих клеток (V). Зрелые клетки представляют последний компартмент (VI). Все клетки V и VI компартментов морфологически можно идентифицировать (рис. 7.15).
Эритроцитопоэз
Родоначальником эритроидных клеток человека, как и других клеток крови, является полипотентная стволовая клетка крови, способная формировать в культуре костного мозга колонии. Полипотентная СКК в результате дивергентной дифференцировки дает два типа мультипотентных частично коммитированных кроветворных клеток: 1) коммитированные к лимфо-идному типу дифференцировки (Лск, КОЕ-Л); 2) КОЕ-ГЭММ - единицы, образующие смешанные колонии, состоящие из гранулоцитов, эритроцитов, моноцитов и мегакариоцитов (аналог КОЕ-С in vitro). Из второго типа мультипотентных кроветворных клеток дифференцируются унипотентные единицы: бурстобразующая (БОЕ-Э) и колониеобразующая (КОЕ-Э) эри-троидные клетки, которые являются коммитированными родоначальными клетками эритропоэза.
БОЕ-Э - взрывообразующая, или бурстобразующая, единица (burst - взрыв) по сравнению с КОЕ-Э является менее дифференцированной. БОЕ-Э может при интенсивном размножении быстро образовать крупную колонию клеток. БОЕ-Э в течение 10 сут осуществляет 12 делений и образует колонию из 5000 эритроцитарных клеток с незрелым фетальным гемоглобином (HbF). БОЕ-Э малочувствительна к эритропоэтину и вступает в фазу размножения под влиянием интерлейкина-3 (бурстпромоторная активность), вырабатываемого моноцитами - макрофагами и Т-лимфоцитами. Интерлейкин-3 (ИЛ-3) является гликопротеином с молекулярной массой 20-30 килодальтон. Он активирует ранние полипотентные СКК, обеспечивая их самоподдержание, а также запускает дифференцировку полипотент-ных клеток в коммитированные клетки. ИЛ-3 способствует образованию клеток (КОЕ-Э), чувствительных к эритропоэтину.
КОЕ-Э по сравнению с БОЕ-Э - более зрелая клетка. Она чувствительна к эритропоэтину, под влиянием которого размножается (в течение 3 сут делает 6 делений), формирует более мелкие колонии, состоящие примерно из 60 эри-троцитарных элементов. Количество эритроидных клеток, образуемых в сутки из КОЕ-Э, в 5 раз меньше аналогичных клеток, образуемых из БОЕ-Э.
Таким образом, БОЕ-Э содержат клетки-предшественники эритроцитов, которые способны генерировать тысячи эритроидных прекурсоров
Рис. 7.16. Последовательные стадии дифференцировки проэритробласта в эритроцит: А - проэритробласт; Б - базофильный эритробласт; В - полихроматофильный эритробласт; Г - ацидофильный эритробласт (нормобласт); Д - выталкивание ядра из ацидофильного эритробласта; Е - ретикулоцит; Ж - пикнотичное ядро; З - эритроцит. 1 - ядро; 2 - рибосомы и полирибосомы; 3 - митохондрии; 4 - гранулы гемоглобина
(предшественников). Они содержатся в малом количестве в костном мозге и крови благодаря частичному самоподдержанию и миграции из компарт-мента мультипотентных кроветворных клеток. КОЕ-Э является более зрелой клеткой, образующейся из пролиферирующей БОЕ-Э.
Эритропоэтин - гликопротеиновый гормон, образующийся в юкста-гломерулярном аппарате (ЮГА) почки (90 %) и печени (10 %) в ответ на снижение парциального давления кислорода в крови (гипоксия) и запускающий эритропоэз из КОЕ-Э. Под его влиянием КОЕ-Э дифференцируются в проэритробласты, из которых образуются эритробласты (базофиль-ные, полихроматофильные, ацидофильные), ретикулоциты и эритроциты. Образующиеся из КОЕ-Э эритроидные клетки морфологически идентифицируются (рис. 7.16). Сначала образуется проэритробласт.
Проэритробласт - клетка диаметром 14-18 мкм, имеющая большое круглое ядро с мелкозернистым хроматином, одно-два ядрышка, слабобазо-фильную цитоплазму, в которой содержатся свободные рибосомы и полисомы, слаборазвитые комплекс Гольджи и гранулярная эндоплазматическая сеть. Базофильный эритробласт - клетка меньшего размера (13-16 мкм). Его ядро содержит больше гетерохроматина. Цитоплазма клетки обладает хорошо выраженной базофильностью в связи с накоплением в ней рибосом, в которых начинается синтез Нb. Полихроматофильный эритробласт - клетка размером 10-12 мкм. Ее ядро содержит много гетерохроматина. В цитоплазме клетки накапливается синтезируемый на рибосомах НЬ, окрашивающийся эозином, благодаря чему она приобретает серовато-фиолетовый цвет. Проэритробласты, базофильные и полихроматофильные эритробла-сты способны размножаться путем митоза, поэтому в них часто видны фигуры деления.
Следующая стадия дифференцировки - образование ацидофильного (оксифилия) эритробласта (нормобласта). Это клетка небольшого размера (8-10 мкм), имеющая маленькое пикнотичное ядро. В цитоплазме эритро-
бласта содержится много НЬ, обеспечивающего ее ацидофилию (оксифи-лию) - окрашивание эозином в ярко-розовый цвет. Пикнотическое ядро выталкивается из клетки, в цитоплазме сохраняются лишь единичные органеллы (рибосомы, митохондрии). Клетка утрачивает способность к делению.
Ретикулоцит - постклеточная структура (безъядерная клетка) с небольшим содержанием рибосом, обусловливающих наличие участков базофи-лии, и преобладанием НЬ, что в целом дает многоцветную (полихромную) окраску (поэтому эта клетка получила название «полихроматофильный эритроцит»). При выходе в кровь ретикулоцит созревает в эритроцит в течение 1-2 сут. Эритроцит - это клетка, образующаяся на конечной стадии дифференцировки клеток эритроидного ряда. Период образования эритроцита, начиная со стадии проэритробласта, занимает 7 сут.
Таким образом, в процессе эритропоэза происходят уменьшение размера клетки в 2 раза (см. рис. 7.16); уменьшение размера и уплотнение ядра и его выход из клетки; уменьшение содержания РНК, накопление НЬ, сопровождаемые изменением окраски цитоплазмы - от базофильной до полихро-матофильной и ацидофильной; потеря способности к делению клетки. Из одной СКК в течение 7-10 сут в результате 12 делений образуется около 2000 зрелых эритроцитов.
Эритропоэз у млекопитающих и человека протекает в костном мозге в особых морфофункциональных ассоциациях, получивших название эри-тробластических островков, впервые описанных французским гематологом М. Бесси (1958). Эритробластический островок состоит из макрофага, окруженного одним или несколькими слоями эритроидных клеток, развивающихся из унипотентной КОЕ-Э, вступившей в контакт с макрофагом КОЕ-Э. Образующиеся из нее клетки (от проэритробласта до ретикулоцита) удерживаются в контакте с макрофагом его рецепторами (сиалоадгезинами и др.) (рис. 7.17, 7.18).
У взрослого организма потребность в эритроцитах обычно обеспечивается за счет усиленного размножения полихроматофильных эритробластов (гомопластический гемопоэз). Однако, когда потребность организма в эритроцитах возрастает (например, при потере крови), эритробласты начинают развиваться из предшественников, а последние - из стволовых клеток (гетеропластический эритропоэз).
В норме из костного мозга в кровь поступают только эритроциты и рети-кулоциты.
Гранулоцитопоэз
Источниками гранулоцитопоэза являются также СКК и мультипотент-ные КОЕ-ГЭММ (см. рис. 7.15). В результате дивергентной дифференци-ровки через ряд промежуточных стадий в трех различных направлениях образуются гранулоциты трех видов: нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Клеточные диффероны для гранулоцитов представлены следующими формами: СКК → КОЕ-ГЭММ → КОЕ-ГМ → унипотентные предшественники (КОЕ-Б, КОЕ-Эо, КОЕ-Гн) → миелобласт → промиелоцит → миелоцит →
Рис. 7.17. Динамика развития эритробластического островка (по М. Бесси и соавт., с изменениями):
а - схема: 1 - цитоплазма макрофага; 2 - отростки макрофага; 3 - базофильные эритробласты; 4 - полихроматофильные эритробласты; 5 - ацидофильный эритро-бласт; 6 - ретикулоцит; б - срез эритроидного островка: 1 - макрофаг; 2 - эритроциты; 3 - митотически делящийся эритробласт. Электронная микрофотография по Ю. М. Захарову. Увеличение 8000
Рис. 7.18. Развитие эритроцитов в печени плода человека:
а, б - 15-недельный плод (увеличение 6000); в - 20-недельный плод (увеличение 15 000). 1 - эксцентрично расположенное ядро эритробласта; 2 - обособление пикнотического ядра ацидофильного эритробласта; 3 - отделение пикнотического ядра с узким ободком цитоплазмы от ацидофильного эритробласта; 4 - ретикулоцит с единичными органеллами (указано стрелками). Электронная микрофотография (по Замбони)
Рис. 7.19. Дифференцировка нейтрофильного гранулоцита в костном мозге (по Д. Байнтону, М. Фарквару, Дж. Элиоту, с изменениями):
А - миелобласт; Б - промиелоцит; В - миелоцит; Г - метамиелоцит; Д - палоч-коядерный нейтрофильный гранулоцит (нейтрофил); Е - сегментоядерный нейтрофильный гранулоцит. 1 - ядро; 2 - первичные (азурофильные) гранулы; 3 - комплекс Гольджи; 4 - вторичные - специфические гранулы
метамиелоцит → палочкоядерный гранулоцит → сегментоядерный гранулоцит.
По мере созревания гранулоцитов клетки уменьшаются в размерах, изменяется форма их ядер от округлой до сегментированной, в цитоплазме накапливается специфическая зернистость (рис. 7.19).
Миелобласты (myeloblastus), дифференцируясь в направлении того или иного гранулоцита, дают начало промиелоцитам (promyelocytus) (см. рис. 7.15). Это крупные клетки, содержащие овальное или круглое светлое ядро, в котором имеется несколько ядрышек. Около ядра располагается ясно выраженная центросома, хорошо развиты комплекс Гольджи, лизосомы. Цитоплазма слегка базофильна. В ней накапливаются первичные (азуро-фильные) гранулы, которые характеризуются высокой активностью мие-лопероксидазы, а также кислой фосфатазы, т. е. относятся к лизосомам. Промиелоциты делятся митотически. Специфическая зернистость отсутствует.
Нейтрофильные миелоциты (myelocytus neutrophilicus) имеют размер от 12 до 18 мкм. Эти клетки размножаются митозом. Цитоплазма их становится диффузно ацидофильной, в ней появляются наряду с первичными вторичные (специфические) гранулы, характеризующиеся меньшей электронной плотностью. В миелоцитах обнаруживаются все органеллы. Количество митохондрий невелико. Эндоплазматическая сеть состоит из пузырьков. Рибосомы располагаются на поверхности мембранных пузырьков, а также диффузно в цитоплазме. По мере размножения нейтрофильных миелоцитов круглое или овальное ядро становится бобовидным, начинает окрашиваться темнее, хроматиновые глыбки становятся грубыми, ядрышки исчезают.
Такие клетки уже не делятся. Это метамиелоциты (metamyelocytus) (см. рис. 7.19). В цитоплазме увеличивается число специфических гранул. Если метамиелоциты встречаются в периферической крови, то их называют юными формами. При дальнейшем созревании их ядро приобретает вид изогнутой палочки. Подобные формы получили название палочкоядерных гранулоцитов. Затем ядро сегментируется, и клетка становится сегментоядер-ным нейтрофильным гранулоцитом. Полный период развития нейтрофильного гранулоцита составляет около 14 сут, при этом период пролиферации продолжается около 7,5 сут, а постмитотический период дифференцировки - около 6,5 сут.
Эозинофильные (ацидофильные) миелоциты (см. рис. 7.15) представляют собой клетки округлой формы диаметром (на мазке) около 14-16 мкм. По характеру строения ядра они мало отличаются от нейтрофильных миелоци-тов. Цитоплазма их заполнена характерной эозинофильной зернистостью. В процессе созревания миелоциты митотически делятся, а ядро приобретает подковообразную форму. Такие клетки называются ацидофильными мета-миелоцитами. Постепенно в средней части ядро истончается и становится двудольчатым, в цитоплазме увеличивается количество специфических гранул. Клетка утрачивает способность к делению.
Среди зрелых форм различают палочкоядерные и сегментоядерные эозино-фильные гранулоциты с двудольчатым ядром.
Базофильные миелоциты (см. рис. 7.15) встречаются в меньшем количестве, чем нейтрофильные или эозинофильные миелоциты. Размеры их примерно такие же, как и эозинофильных миелоцитов; ядро округлой формы, без ядрышек, с рыхлым расположением хроматина. Цитоплазма базофильных миелоцитов содержит в широко варьирующих количествах специфические базофильные зерна неодинаковых размеров, которые проявляют мета-хромазию при окрашивании азуром и легко растворяются в воде. По мере созревания базофильный миелоцит превращается в базофильный метамиелоцит, а затем в зрелый базофильный гранулоцит.
Все миелоциты, особенно нейтрофильные, обладают способностью фагоцитировать, а начиная с метамиелоцита, приобретают подвижность.
У взрослого организма потребность в лейкоцитах обеспечивается за счет размножения миелоцитов. При кровопотерях, например, миелоциты начинают развиваться из миелобластов, а последние из унипотентных и поли-потентных СКК.
Мегакариоцитопоэз. Тромбоцитопоэз
Кровяные пластинки образуются в костном мозге из мегакариоцитов - гигантских по величине клеток, которые дифференцируются из СКК, проходя ряд стадий. Последовательные стадии развития можно представить следующим клеточным диффероном: СКК → КОЕ-ГЭММ → КОЕ-МГЦ → мегакариобласт → промегакариоцит → мегакариоцит → тромбоциты (кровяные пластинки). Весь период образования пластинок составляет около 10 сут (см. рис. 7.15).
Мегакариобласт (megacaryoblastus) - клетка диаметром 15-25 мкм, имеет ядро с инвагинациями и относительно небольшой ободок базофильной цитоплазмы. Клетка способна к делению митозом, иногда содержит два ядра. При дальнейшей дифференцировке утрачивает способность к митозу и делится путем эндомитоза, при этом увеличиваются плоидность и размер ядра.
Промегакариоцит (promegacaryocytus) - клетка диаметром 30-40 мкм, содержит полиплоидные ядра - тетраплоидные, октаплоидные (4 n, 8 n), несколько пар центриолей. Объем цитоплазмы возрастает, в ней начинают накапливаться азурофильные гранулы. Клетка также способна к эндоми-тозу и дальнейшему увеличению плоидности ядер.
Мегакариоцит (megacaryocytus) - дифференцированная форма. Среди мегакариоцитов различают резервные клетки, не образующие пластинок, и зрелые активированные клетки, образующие кровяные пластинки. Резервные мегакариоциты диаметром 50-70 мкм, имеют очень большое, дольчатое ядро с набором хромосом 16-32 n; в их цитоплазме имеются две зоны - околоядерная, содержащая органеллы и мелкие азурофильные гранулы, и наружная (эктоплазма) - слабобазофильная, в которой хорошо развиты элементы цитоскелета. Зрелый, активированный мегакариоцит - крупная клетка диаметром 50-70 мкм (иногда даже до 100 мкм). Содержит очень крупное, сильно дольчатое полиплоидное ядро (до 64 n). В ее цитоплазме накапливается много азурофильных гранул, которые объединяются в группы. Прозрачная зона эктоплазмы также заполняется гранулами и вместе с плазмолеммой формирует псевдоподии в виде тонких отростков, направленных к стенкам сосудов. В цитоплазме мегакариоцита наблюдается скопление линейно расположенных пузырьков, которые разделяют зоны цитоплазмы с гранулами. Из пузырьков формируются демаркационные мембраны, разделяющие цитоплазму мегакариоцита на участки диаметром 1-3 мкм, содержащие по 1-3 гранулы (будущие кровяные пластинки). В цитоплазме можно выделить три зоны - перинуклеарную, промежуточную и наружную. В наружной зоне цитоплазмы наиболее активно идут процессы демаркации, формирования протромбоцитарных псевдоподий, проникающих через стенку синусов в их просвет, где и происходит отделение кровяных пластинок (рис. 7.20). После отделения пластинок остается клетка, содержащая дольчатое ядро, окруженное узким ободком цитоплазмы, - резидуальный мегакариоцит, который затем подвергается разрушению. При уменьшении числа кровяных пластинок в крови (тромбоцитопения), например после кровопотери, отмечается усиление мегакариоцитопоэза, приво-
Рис. 7.20. Ультрамикроскопическое строение мегакариоцита (по Н. А. Юриной, Л. С. Румянцевой):
1 - ядро; 2 - гранулярная эндоплазматическая сеть; 3 - гранулы; 4 - комплекс Гольджи; 5 - митохондрии; 6 - гладкая эндоплазматическая сеть; 7 - альфа-гранулы; 7а - лизосомы; 8 - инвагинация плазмолеммы; 9 - демаркационные мембраны; 10 - формирующиеся кровяные пластинки
дящее к увеличению количества мегакариоцитов в 3-4 раза с последующей нормализацией числа тромбоцитов в крови.
Моноцитопоэз
Образование моноцитов происходит из стволовых клеток костного мозга по схеме: СКК → КОЕ-ГЭММ → КОЕ-ГМ → унипотентный предшественник моноцита (КОЕ-М) → монобласт (monoblastus) → промоноцит → моноцит (monocytus). Моноциты из крови поступают в ткани, где являются источником развития различных видов макрофагов.
Лимфоцитопоэз и иммуноцитопоэз
Лимфоцитопоэз проходит следующие стадии: СКК → КОЕ-Л (лимфоидная родоначальная мультипотентная клетка) → унипотентные предшественники лимфоцитов (пре-Т-клетки и пре-В-клетки)→ лимфобласт (lymphoblastus) → пролимфоцит → лимфоцит. Особенность лимфоцитопоэ-за - способность дифференцированных клеток (лимфоцитов) дедифферен-цироваться в бластные формы.
Процесс дифференцировки Т-лимфоцитов в тимусе приводит к образованию из унипотентных предшественников Т-бластов, из которых формируются эффекторные лимфоциты - киллеры, хелперы, супрессоры.
Дифференцировка унипотентных предшественников В-лимфоцитов в лимфоидной ткани ведет к образованию плазмобластов (plasmoblastus), затем проплазмоцитов, плазмоцитов (plasmocytus). Более подробно процессы образования иммунокомпетентных клеток описаны в главе 14.
Регуляция гемопоэза
Кроветворение регулируется факторами роста, обеспечивающими пролиферацию и дифференцировку СКК и последующих стадий их развития, факторами транскрипции, влияющими на экспрессию генов, определяющих направление дифференцировки гемопоэтических клеток, а также витаминами, гормонами.
Факторы роста включают колониестимулирующие факторы, интерлей-кины и ингибирующие факторы. Они являются гликопротеинами с молекулярной массой около 20 килодальтон. Гликопротеины действуют и как циркулирующие гормоны, и как местные медиаторы, регулирующие гемопоэз и развитие клеточных дифферонов. Они почти все действуют на СКК, КОЕ, коммитированные и зрелые клетки. Однако отмечаются индивидуальные особенности действия этих факторов на клетки-мишени.
Например, фактор роста стволовых клеток влияет на пролиферацию и миграцию СКК в эмбриогенезе. В постнатальном периоде на гемопоэз оказывают влияние несколько КСФ, среди которых наиболее изучены факторы, стимулирующие развитие гранулоцитов и макрофагов (ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ), а также интерлейкины.
Как видно из табл. 7.1, мульти-КСФ и интерлейкин-3 действуют на поли-потентную стволовую клетку и большинство КОЕ. Некоторые КСФ могут действовать на одну или более стадий гемопоэза, стимулируя деление, диф-ференцировку клеток или их функцию. Большинство указанных факторов выделено и применяется для лечения различных болезней. Для получения их используются биотехнологические методы.
Большая часть эритропоэтина образуется в почках (интерстициальные клетки), меньшая - в печени. Его образование регулируется содержанием в крови О2, которое зависит от количества циркулирующих в крови эритроцитов. Снижение числа эритроцитов и соответственно парциального давления кислорода (Ро2) является сигналом для увеличения продукции эритропоэтина. Эритропоэтин действует на чувствительные к нему КОЕ-Э, стимулируя их пролиферацию и дифференцировку, что в конечном итоге приводит к повышению содержания в крови эритроцитов. К факторам роста для эритроидных клеток, кроме эритропоэтина, относится фактор бурст-промоторной активности (БПА), который влияет на БОЕ-Э. БПА образуется клетками ретикулоэндотелиальной системы. В настоящее время считают, что он является интерлейкином-3.
Тромбопоэтин синтезируется в печени, стимулирует пролиферацию КОЕ-МГЦ, их дифференцировку и образование тромбоцитов.
Ингибирующие факторы дают противоположный эффект, т. е. тормозят гемопоэз. К ним относятся липопротеины, блокирующие действие КСФ (лактофер-рин, простагландины, интерферон, кейлоны). Гормоны также влияют на гемопоэз. Например, гормон роста стимулирует эритропоэз, глюкокортикоиды, напротив, подавляют развитие клеток-предшественников.
Таблица 7.1. Гемопоэтические факторы роста (стимуляторы)
1 Нейтрофилы, эозинофилы, базофилы.
Витамины необходимы для стимуляции пролиферации и дифференцировки гемо-поэтических клеток. Витамин В12 потребляется с пищей и поступает с кровью в костный мозг, где влияет на гемопоэз. Нарушение процесса всасывания при различных заболеваниях может служить причиной дефицита витамина В12 и нарушений в гемопоэ-зе. Фолиевая кислота участвует в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований.
Таким образом, развитие кроветворных клеточных дифферонов протекает в неразрывной связи с микроокружением. Миелоидная и лимфоидная ткани являются разновидностями соединительной ткани, т. е. относятся к тканям внутренней среды. Ретикулоцитарный, адипоцитарный, тучнокле-точный и остеобластический диффероны вместе с межклеточным веществом (матриксом) формируют микроокружение для гемопоэтических диф-феронов. Гистологические элементы микроокружения и гемопоэтические клетки функционируют в неразрывной связи. Микроокружение оказывает воздействие на дифференцировку клеток крови (при контакте с их рецепторами или путем выделения специфических факторов). В миелоидной и лимфоидной тканях стромальные ретикулярные и гемопоэтические элементы образуют единое функциональное целое. В тимусе имеется сложная строма, представленная как соединительнотканными, так и ретикулоэпи-телиальными клетками. Эпителиальные клетки секретируют особые вещества - тимозины, оказывающие влияние на дифференцировку из СКК Т-лимфоцитов. В лимфатических узлах и селезенке специализированные ретикулярные клетки создают микроокружение, необходимое для пролиферации и дифференцировки в специальных Т- и В-зонах Т- и В-лимфоцитов и плазмоцитов.
Контрольные вопросы
1. Гемограмма, лейкоцитарная формула: определение, количественные и качественные характеристики у здорового человека.
2. Основные положения унитарной теории кроветворения А. А. Максимова. Перечислить свойства стволовой кроветворной клетки.
3. Эритропоэз, стадии, роль клеточного микроокружения в дифферен-цировке клеток эритробластического дифферона.
4. Агранулоциты: морфологические и функциональные характеристики.
Гемоцитопоэз
Гемоцитопоэз – процесс образования форменных элементов крови. Различают два вида кроветворения: миелоидное и лимфоидное.
В свою очередь миелоидное кроветворение подразделяется на эритропоэз, гранулоцитопоэз, моноцитопоэз, тромбоцитопоэз.
В гемопоэзе различают два периода: эмбриональный и постэмбриональный.
Эмбриональный период представляет собой гистогенез и приводит к образованию крови как ткани. Осуществляется в эмбриогенезе поэтапно, в нем различаются три основные этапа:
Желточный (мезобластический);
Печеночный
Медуллярный (костно-мозговой)
Желточный этап.
В мезенхиме желточного мешка образуются «кровяные островки», представляющие собой очаговые скопления мезенхимных клеток. Затем происходит дивергентная дифференцировка этих клеток.
Периферические клетки образуют эндотелиальную выстилку сосуда. Центральные клетки округляются, превращаясь в стволовые кроветворные клетки. Их этих клеток в сосудах, т.е. интраваскулярно начинается процесс образования первичных эритроцитов. Они отличаются большими, чем у нормоцитов размерами, наличием ядра и содержанием особого вида гемоглобина – HbP (эмбрионального). Такой тип кроветворения называется мегалобластическим.
Часть стволовых клеток оказывается вне сосудов и из них начинают развиваться зернистые лейкоциты, которые затем мигрируют в сосуды.
Важнейшим итогом этого этапа является образование стволовых клеток крови I-й генерации.
Второй этап – печеночный - начинается на 5-й неделе эмбриогенеза в печени, экстраваскулярно – по ходу капилляров, врастающих с мезенхимой внутрь печени. В печени активно развиваются стволовые клетки II-й генерации и из них образуются эритроциты и гранулоциты до конца 5-го месяца, затем процесс гемоцитопоэза там постепенно снижается. Тимус начинает заселяться стволовыми клетками с 7-8 недели, дает начало Т-лимфоцитам.
Селезенка заселяется стволовыми клетками на 7-8 неделе и в ней экстраваскулярно начинается универсальное кроветворение, т.е. происходит и миело- и лимфоцитопоэз..
Третий период эмбрионального кроветворения – медулло-тимусо-лиенальный . Закладка красного костного мозга начинается со 2-го месяца эмбриогенеза. Кроветворение в нём начинается с 4-го месяца закладкой стволовых клеток III-й генерации, а с 6-го месяца он является основным органом миелоидного и частично лимфоидного кроветворения, т.е. осуществляется универсальный гемоцитопоэз.
Постнатальный период кроветворения.
Постэмбриональное кроветворение является физиологической регенерацией и восполняет естественную убыль форменных элементов крови.
В настоящее время принята унитарная теория кроветворения, на основе которой И.Л. Чертковым и А.И. Воробьевым разработана принятая в настоящее время схема кроветворения.
Согласно этой схеме существует два вида кроветворения: миелоидное и лимфоидное.
Миелопоэз в свою очередь подразделяется на эритропоэз, гранулоцитопоэз, моноцитопоэз и тромбоцитопоэз.
Лимфоцитопоэз подразделяется на Т- и В-лимфоцитопоэз.
В процессе поэтапной дифференцировки стволовых клеток в форменные элементы крови в каждом ряду кроветворения образуются типы клеток, которые в совокупности образуют классы клеток.
Всего в схеме кроветворения различают 6 классов клеток:
I – стволовые клетки – полипотентные
II – полустволовые – коммитированные, мультипотентные
III- унипотентные -
IV- бластные – клетки предшественники
V - созревающие
VI- зрелые форменные элементы.
I класс – стволовые полипотентные клетки. Концентрация этих клеток очень редка 10–4– 10-5от общего числа клеток костного мозга.
Располагаются в местах, хорошо защищенных от внешних
воздействий и обладающих обильным кровоснабжением.
С возрастом число стволовых клеток не изменяется.
Способны к неограниченному самоподдержанию своей популяции.
По морфологии соответствуют малому лимфоциту,
Стволовые клетки крови устойчивы к действию повреждающих факторов, в том числе и радиации.
Поддержание численности популяции происходит с помощью симметричных (некоммитирующих) митозов.
Стволовые клетки делятся редко.
Способны циркулировать в кровь, мигрируя в другие кроветворные органы.
II класс – полустволовые , ограниченно полипотентные (или частично коммитированные) клетки бывают двух типов:
Предшественники миелопоэза
Предшественники лимфопоэза
Каждая из них также образует колонию, т.е. клон клеток, но либо миелоидных, либо лимфоидных. В последнее время среди полустволовых клеток миелопоэза выделены 3 типа клеток: КОЕ-ГМ (дающие начало моноцитам и гранулоцитам), КОЕ-ГнЭ (гранулоцитам и эритроцитам), КОЕ-МгцЭ (мегакариоцитам и эритроцитам). Все полустволовые клетки также как стволовые по морфологии являются лимфоцитоподобными и способны к ограниченному самоподдержанию.
III класс – унипотентные поэтинчувствительные клетки- предшественники своего ряда. По морфологии соответствуют малым лимфоцитам, способны давать колонии, состоящие только из одного типа форменных элементов.
Методом колониеобразования среди унипотентных клеток определены
КОЕ-М – предшественники моноцитов
КОЕ-Гн – нейтрофильных гранулоцитов
КОЕ-Эо – эозинофильных гранулоцитов
КОЕ-Б – базофильных гранулоцитов
КОЕ-Э – эритроцитов (её предшественник БОЕ-Э – бурст-образующая единица)
КОЕ-Мгц – мегакариоцитов.
Частота деления этих клеток и способность к дифференцировке зависит от содержания в крови особых биологически активных веществ – поэтинов, специфичных для каждого ряда кроветворения (эритропоэтины, тромбопоэтины и т.д.).
Первые три класса объединяются в класс морфологически не идентифицируемых клеток, имеющих морфологию малого лимфоцита.
IV класс – бластные клетки (эритробласты, лимфобласты, мегакариобласты, монобласты, миелобласты). Эти клетки имеют характерную морфологию – имеют крупные размеры, крупное, богатое преимущественно эухроматином ядро с 2-4 ядрышками. По цитохимическим свойствам можно идентифицировать бласты разных рядов кроветворения.
V класс – класс созревающих клеток , характерных для своего ряда кроветворения.
Эритроидный ряд.
Клетки эритропоэтического ряда - эритрон - составляют от 20 до 30% всех клеток костного мозга. За один час образуется 10 10 эритроцитов. Родоначальник – БОЕ-Э – (от англ бурст – взрыв), из неё образуется более дифференцированная КОЕ-Э, чувствительная к эритропоэтину.
Под влиянием эритропоэтина КОЕ-Э дифференцирутся, давая начало морфологически распознаваемым стадиям эритроидного ряда. Ими являются:
Делящиеся клетки проэритробласт
базофильный эритробласт
полихроматофильный эритробласт
Неделящиеся клетки оксифильный эритробласт
ретикулоцит
эритроцит
Процесс дифференцировки сопровождается уменьшением размеров клеток, снижением содержания и, в конечном итоге, утрата всех органоидов, конденсация ядра с последующим его удалением из клетки. Самым ярким признаком эритроидной дифференцировки является появление в цитоплазме гемоглобина. Синтез гемоглобина продолжается до конца стадии ретикулоцита. Длительность всех этапов эритропоэза около 7 суток.
В костном мозге эритробласты созревают в тесном контакте с макрофагами, образуя эритробластические островки. Находящиеся в этих островках макрофаги снабжают эритробласты железом.
Денуклеация (удаление ядра) происходит путем отделения от оксифильного эритробласта отростка, содержащего ядро. Выброшенное ядро окружено тонкой полоской цитоплазмы.
Специфическими факторами регуляции эритропоэза являются эритропоэтины, кейлоны. Эритропоэтин – продуцируется на 90% почкой, на 10% печенью и вырабатывается в ответ на гипоксию. Его действие усиливается неспецифическими факторами. К ним относят, например тестостерон, АКТГ, преднизолон, витамины В6 и В12.
Зрелые эритроциты, обладающие большой эластичностью за счет активного движения проходят сквозь цитоплазму эндотелиальных клеток, проникая через поры, образуемы только во время миграции.
Гранулоцитопоэз.
Гранулоцитопоэз – образование и дифференцировка гранулоцитов происходит в красном костном мозге.
Миелобласты и образующиеся после их коммитирующего митоза промиелоциты трех рядов (нейтрофильного, эозинофильного, базофильного) гранулоцитопоэза являются делящимися клетками и морфологически сходны. Это крупные клетки, содержащие округлое ядро. В цитоплазме накапливаются первичные азурофильные гранулы, относящиеся к лизосомам.
Следующие клетки развития: миелоциты, метамиелоциты, палочкоядерные и сегментоядерные гранулоциты характеризуются дивергентной дифференцировкой цитоплазмы.
В нейтрофильном ряду появляются нейтрофильные гранулы, в базофильном – базофильные, в эозинофильном – специфические оксифильные. Из этих клеток способны делиться только миелоциты. Одновременно происходит уменьшение размеров клеток, изменение формы ядра от округлой до сегментированной, в различной степени в перечисленных рядах, усиление конденсации хроматина. Кроме того, на плазмолемме появляются разнообразные рецепторы, подвижность клеток нарастает.
Развитие нейтрофилов от КОЕ-ГнМ до выхода в кровоток завершается за 13-14 сут. Эозинофилы и базофилы созревают быстрее. Гранулоциты остаются в костном мозге в течение 1-2 сут., образуя костно-мозговой пул (запас) зрелых клеток. Затем они выходят в кровь, где циркулируют несколько часов.
Моноцитопоэз
Унипотентный предшественник моноцита (КОЕ-М) превращается в монобласт. Далее различают промоноцит и моноцит .
Морфологически созревание выражается в изменении формы ядра от округлой до бобовидной, в увеличении относительного количества цитоплазмы и появлении в ней лизосом, уменьшении базофилии цитоплазмы. Моноциты не образуют резервного костно-мозгового пула, покидают костный мозг вскоре после образования. Затем несколько часов циркулирует в крови. После выселения в ткани они превращаются в макрофаги.
Развитие тромбоцитов.
Кровяные пластинки образуются в костном мозге из мегакариоцитов.
Унипотентный предшественник (КОЕ-МГЦ) превращается в мегакариобласт – крупную клетку (диаметр около 16 мкм) с лапчатым ядром, базофильной цитоплазмой. Они превращаются в промегакариоциты и затем мегакариоциты. Количество мегакариоцитов в клоне невелико (от 4 до 50). Это связано с тем, что предшественники не только делятся, но и полиплоидизируются.
Зрелый мегакариоцит образует пропластинчатые отростки (ленты), которые вытягиваются в просвет синусоида. От этих лент отшнуровываются фрагменты цитоплазмы, ограниченные мембранами, превращаясь в кровяные пластинки.
Цикл развития от стволовой клетки до тромбоцитов составляет около 10 сут. Тромбоцитопоэз регулируется КСФ-Мег и тромбопоэтином.
Лимфоцитопоэз.
В отличие от миелопоэза, лимфоцитопоэз осуществляется поэтапно, сменяя разные лимфоидные органы. И в Т- и в В-лимфоцитопоэзе выделяются 3 этапа:
1. Костномозговой этап. На этом этапе из стволовых клеток дифференцируются предшественники Т- и В-лимфоцитопоэза.
2. Этап антигеннезависимой дифференцировки, осуществляемый в центральных органах иммуногенеза. На этом этапе образуются лимфоциты, способные только распознавать антигены.
3. Этап антигензависимой дифференцировки, осуществляемый в периферических лимфоидных органах. Из клеток, способных распознать антиген формируются эффекторные клетки, способные уничтожить антиген.
Т-лимфоцитопоэз
Первый этап осуществляется в красном костном мозге, где находятся принадлежащие к I классу стволовые клетки, II классу –полустволовые клетки лимфоцитопоэза и III классу – унипотентные Т-поэтинчувствительные клетки-предшественницы Т-лимфоцитопоэза – про-Т-лимфоциты (протимоциты). Клетки III класса мигрируют в кровяное русло и оседают в тимусе.
Второй этап – этап антигеннезависимой дифференцировки осуществляется в корковом веществе тимуса. Под влиянием тимозина, унипотентные предшественники превращаются в IV класс – Т-лимфобласты, затем V класс – незрелые Т- лимфоциты (претимоциты) , и VI класс - Т лимфоциты. Здесь образуются все типы Т-лимфоцитов – Т-хелперы, Т-супрессоры, Т-киллеры.
Незрелые и затем зрелые тимоциты приобретают антигенраспознающие рецепторы к самым разнообразным антигенным веществам, однако здесь с антигенами они не встречаются, т.к. тимус защищен особым гемато-тимусным барьером. Одновременно происходит выбраковка Т-лимфоцитов, направленных против собственных антигенных детерминант. Образованные Т-лимфоциты проникают в сосудистое русло и с током крови заносятся в периферические лимфоидные органы.
Третий этап – этап антигензависимой дифференцировки осуществляется в Т-зависимых зонах периферических лимфоидных органов –лимфатических узлов, селезенки, лимфоидной ткани трубчатых органов, где создаются условия для встречи антигена с Т-лимфоцитом , имеющим рецептор к данному антигену.
Контакт с антигенными детерминантами вызывает активизацию Т-лимфоцита, он превращается в Т-иммунобласт . Процесс превращения Т-лимфоцита в Т-иммунобласт называется реакцией бласттрансформации. Т-иммунобласт неоднократно делится митотическим путем и образует клон клеток.
Часть Т-лимфоцитов из полученного клона становятся Т-лимфоцитами памяти.
Т-хелперы секретируют медиаторы – лимфокины, стимулирующие гуморальный иммунитет.
Т-супрессоров синтезируют лимфокины, которые угнетают гуморальный иммунитет.
Т-киллерный иммунобласт дает клон клеток, среди которых различаются
- Т-киллеры – цитотоксические лимфоциты, которые являются эффекторами клеточного иммунитета.
- Т-клетки памяти , обеспечивающие при повторно встрече с антигеном (по механизму новой бласттрансформации) вторичный иммунный ответ, который протекает быстрее и сильнее первого;
- Т-амплификаторы , которые не рециркулируют, являются короткоживущими, стимулируют размножение клеток – источников Т-лимфоцитов;
В-лимфоцитопоэз
Первый этап осуществляется в красном костном мозге и включает: I класс – стволовые клетки, II класс – полустволовые клетки, III класс – унипотентные В-поэтинчувствительные клетки – про-В-лимфоциты, в которых еще не начинается реаранжировка генома.
Второй этап – антигеннезависимой дифференцировки у птиц осуществляется в специальном лимфоидном органе – фабрициевой сумке. У млекопитающих и человека его аналог точно не установлен, но большинство исследователей считают, что второй этап также происходит в красном костном мозге. Здесь образуются IV класс – В-лимфобласты (на уровне которых начинается реаранжировка генома), V класс – В-пролимфоциты (пре-В-лимфоциты, в цитоплазме которых выявляется IgM), VI класс – рецепторные Во- лимфоциты – характеризуются появлением иммуноглобулинов класса М на поверхности плазматической мембраны.
В процессе второго этапа В-лимфоциты приобретают разнообразные рецепторы к антигенам.
Третий этап – антигензависимой пролиферации и дифференцировки осуществляется в В-зонах периферических лимфоидных органов.
Здесь происходит встреча рецепторного Во-лимфоцита, его активизация и трансформация в В-иммунобласт. В результате пролиферации иммунобласта образуется клон клеток, среди которых различают В-клетки памяти и плазмоциты. Последние являются эффекторами гуморального иммунитета, т.е. синтезируют иммуноглобулины (антитела) разных классов. Во время первой стадии антителообразования лимфоциты секретируют IgM. Затем после перестройки гена (реаранжировки) происходит смена класса иммуноглобулина и синтезируются IgG.
Антитело взаимодействует со специфичным ему антигеном с образованием комплекса антиген-антитело. Эти иммунные комплексы затем фагоцитируются макрофагами, эозинофилами, нейтрофилами.
Натуральные киллеры (NK-клетки) образуются в красном костном мозге. Эти клетки выделяют специфический фактор NKCF (natural killer cytotoxic factor), дистантно действующий на клетки-мишени постепенно и длительно. При клонировании NK-клеток клетки-памяти не образуются.
Кроветворение (синоним гемопоэз) - это процесс образования, развития и созревания форменных элементов крови: эритроцитов (эритропоэз), лейкоцитов (лейкопоэз), (тромбопоэз). У кроветворение начинается в желточном мешке; со 2-го месяца эту функцию берет на себя , а с 4-го месяца возникает костномозговое кроветворение, которое к моменту рождения полностью вытесняет печеночное. Как в печени, так и в костном мозге происходит образование эритроцитов, гранулоцитов и тромбоцитов. Лимфоциты появляются лишь на 4-м месяце, когда образуются лимфатические узлы; начинает их продуцировать только после рождения. Красные кровяные клетки первых 3 месяцев - мегалобласты (крупные ядерные клетки, превращающиеся при созревании в крупные - мегалоциты) постепенно сменяются нормобластами, дающими начало нормальным эритроцитам. Во внеутробной жизни мегалобластический (эмбриональный) тип кроветворения возникает при пернициозной анемии и сходных с ней заболеваниях. К моменту рождения плода устанавливается окончательный характер кроветворения. У ребенка оно в принципе не отличается от кроветворения взрослого. До 4-летнего возраста лимфопоэз более активен, чем гранулопоэз, затем наступает обычное для взрослых их соотношение.
Родоначальником всех кровяных элементов является первичная кровяная - гемоцитобласт (см. цветную таблицу). Из него в костном мозге развиваются проэритробласты, дающие начало образованию эритроцитов, миелобласты, из которых образуются все гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы), монобласты - родоначальники моноцитов и мегакариобласты, являющиеся источником образования тромбоцитов. В лимфоидных органах гемоцитобласт превращается в лимфобласт - родоначальник лимфоцитов. Имеется также другая теория, которая предполагает существование так называемые стволовой клетки, функционирующей как родоначальная клетка кроветворения. Это понятие функциональное. Стволовой клеткой может быть элемент, потентный к кроветворению: ретикулярная, лимфоидно-ретикулярная клетка, лимфоцит; гемоцитобласт же рассматривается как одна из фаз клеточного развития от стволовой до зрелой клетки крови. Из клеток ретикулярной костного мозга образуются плазмоциты - клетки, наряду с лимфоцитами вырабатывающие и играющие важную роль в защите организма от инфекций. Созревание клеток происходит на месте кроветворения, в норме в периферическую кровь поступают только зрелые клетки. Клеточный состав крови и представляет собой систему, находящуюся в здоровом организме в динамическом равновесии: происходящее непрерывно разрушение форменных элементов уравновешивается соответствующим кроветворением. Такое равновесие поддерживается комплексом регуляторных механизмов. На кроветворение влияют центральная и , ряд гормонов, витаминов и специальных факторов кроветворения (см. Касла факторы, Цианокобаламин). При патологических состояниях одни факторы (кровопотеря, гемолиз, недостаток кислорода в крови, некоторых микробов) стимулируют кроветворение, другие (недостаток железа, факторов Касла, гиперспленизм, лучевые поражения, токсины ряда вирусов) тормозят его.
Схема развития кровяных клеток во внеутробной жизни
Сердце. Источники эмбрионального развития, Гистофизиология и регенерация.
Сердце – основной орган, приводящий в движение кровь. Источники развития: мезенхима образует эндокард, висцеральный листок спланхотома – миокард и эпикард. В стенке различают 3 оболочки: 1) эндокард – содержит эндотелий, подэндотелиальный слой, мышечно-эластический слой, наружный соединительнотканный слой. 2) миокард – образован типичными, атипичными и секреторными кардиомицитами. М/у волокнами имеются прослойки соединительной ткани с сосудами. В предсердии 2 слоя миокард (продольный и циркулярный), в желудочках – 3слоя. атипичные кардиомиоциты составляют проводящую систему. 3) эпикард – висцеральный листок перикарда.
Гемопоэз. Определение понятия. Органы кроветворения и иммуногенеза. Общая морфофункциональная характеристика и классификация.
Гемопоэз – развитие крови. Различают эмбриональный (происходит в эмбриональный период) и постэмбриональный (процесс физиологической регенерации крови) гемопоэз.
В эмбриональном гемопоэзе выделяют 3 этапа: мезобластический, печеночный, медуллярный (костномозговой). В этот период органами кроветворения являются желточный мешок, тимус, красный костный мозг.
Органы кроветворения делят на: центральные (тимус, красный костный мозг) – антиген независимые; периферические – антиген зависимые (миндалины, селезенка, лимфатические узлы, лимфатические узелки).
Выделяют 3 этапа, сменяющих последовательно друг друга: 1) мезобластический – развитие клеток крови начинается во внезадорышевых органах – мезенхиме стенки желточного мешка, хориона (с 3 по 9 неделю развития зародыша) и появляется первая генерация стволовых клеток крови (СКК). Наружные клетки дифференцируются в эндотелиальные клетки кровеносных сосудов; внутренние клетки дифференцируются в первичные эритробласты (мегалобласты) – мегалобластический тип и интраваскулярным. Клетки крупные, содрежат ядра, мало гемоглобина. За пределами сосудов, в стенке желточного мешка, образуются гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы) – экстраваскулярный тип. 2) печеночный – начинается в печени с 5-6 недели развития плода, когда печень становится основным органом гемопоэза, в ней образуется вторая генерация СКК. Кроветворение в печени завершается перед рождением. СКК заселяют тимус (с 7-8 недели развиваются Т-лимфоциты), селезенку (с 12 нед.) и лимфатические узлы (с 10 нед.). Мегалобластический тип меняется на нормобластический тип кроветворения, остается только экстраваскулярным. Эритроциты выбрасывают ядро, в них увеличивается содержание гемоглобина, цитоплазма становится оксифильной. Здесь т.ж. образуются зернистые лейкоциты, мегакариоциты. Меняется микроокружение. 3) медуллярный (костномозговой) – появление 3ей генерации СКК в костном мозге, гемопоэз начинается с 10й нед и постепенно нарастает к рождению, а после рождения костный мозг становится центральным органом гемопоэза. В селезенке и лимфатических узлах к рождению появляются соединительнотканные капсулы и трабекулы, кровеносные сосуды. Остаются только очаги лимфоидной ткани.
Постэмбриональный гемопоэз. Теория кроветворения. Современная схема кроветворения.
Постэмбриональный гемопоэз – физиологическая ргенерация крови (клеточное обновление), которая компенсирует физиологическое разрушение дифференцированных клеток.
Миелопоэз – происходит в миелоидной ткани, расположенной в эпифизах трубчатых и полостях многих губчатых костей. Здесь развиваются форменные элементы крови: эритроциты, гранулоциты, моноциты, кровяные пластинки, предшественники лимфоцитов. В миелоидной ткани находят СКК и СК соединительной ткани. Предшественники лимфоцитов постепенно мигрируют и заселяют тимус, селезенку, лимф-кие узлы и т.д.
Лимфопоэз происходит в лимфоидной ткани, которая имеет несколько разновидностей, представленных в тимусе, селезенке, лимфатических узлах. Она выполняет основные функции: образовании Т- и В-лимфоцитов, иммуноцитов. Миелоидная и лимфоидная ткани являются разновидностями соединительной ткани, п.э. в них представлены 2 основные клеточные линии – клетки ретикулярной ткани и гемопоэтические.
В основе схемы кроветворения лежит унитарная теория. Унитарная теория: родоначальницей всех клеток лежит 1 стволовая клетка, образующая 0,15 трлн клеток в сутки (250 млрд – эритроцитов, 250 млрд - лейкоцитов).
Схему делят на 6 классов: 1) полипотентные клетки – предшественники СКК – лимфоцитоподобные, гетерогенные. Подразделяются на про-СКК (начинают пролиферировать при трансплотации), др.-СКК. кр.-СКК – пролиферируют кратковременно. Мультипотентны. МСК – мезнхимальные стоволовые клетки – микроокружение СКК, поддерживают и регулируют кроветворение.
2) Частично детерминированные клетки – предшественники (полустволовые клетки): 2 типа – КОЕ (колония образующая единица)-М миелопоэза (эритроциты), КОЕ-Л лимфопоэза (белые клетки).
3) Унипотентные КП (клетки предшественники) (олигопотентные): КОЕ-М миелопоэза – образует линии КОЕ-Г (гранулоциты), КОЕ-М (макрофаги), КОЕ-Э (эритроциты), КОЕ-Мгк (мегакариоциты), КОЕ-Т (тучные клетки). КОЕ-Л лимфопоэза: КП-В лимфоцитов, КП-Т лимфоцитов, КП-натуральные киллеры, КП-дендритные клетки.
4) Пролиферирующие клетки – морфологически распознаваемы клетки. Бластные клетки.
5) Созревающие клетки – происходит дифференцировка клеток. Клетки уменьшаются в размерах, изменяется форма ядра, меняется цвет цитоплазмы и ядра, появляется специфическая зернистость.
6) Зрелые классы: бласттрансформация – только для Т- и В-лимфоцитов (взаимодействие рецепторного поля в 5 классе) обмен рецепторными полями.
