Как происходит процесс кроветворение в организме?

В связи с тем, что клетки крови имеют определенную продолжительность жизни, требуется их постоянное обновление, которое осуществляется в процессах кроветворения. Кроветворение (гемопоэз) – это интенсивный процесс образования клеток крови, длящийся на протяжении всей жизни организма. Целью гемопоэза является замена мертвых клеток крови, а также тех, которые перешли из крови в другие ткани. В экстремальных условиях, таких как гипоксия, инфекционный процесс, гемопоэз приспосабливается к потребностям организма.

Кроветворение начинается в желточном мешке зародыша. Со второго лунного месяца этот процесс происходит в печени и селезенке, а с четвертого – в костном мозге. После рождения кроветворение перемещается в красный костный мозг скелетных костей, и лимфоциты образуются в лимфоидной ткани. Образование различных типов клеток крови происходит в пазухах костного мозга. В этом процессе участвуют гемопоэтические стволовые клетки и стромальные клетки, фибробласты, остеобласты, эндотелиальные клетки и макрофаги. Все эти клетки образуют необходимое микроокружение для нормального течения кроветворения.

Гемопоэтическая стволовая клетка

Стволовые клетки обладают замечательным потенциалом дифференцироваться во многие различные типы клеток в организме. Кроме того, во многих тканях они служат своеобразной ремонтной средой. Стволовые клетки отличаются от других двумя важными характеристиками. Во-первых, они являются неспециализированными клетками и способны к регенерации путем деления клеток даже после длительных периодов бездействия. Во-вторых, при определенных условиях они могут быть вызваны определенными факторами, чтобы дифференцироваться в специфичные для органа клетки со специальными функциями.

Клетки крови образуются гемопоэтическими стволовыми клетками в результате процессов пролиферации и дифференцировки. Дифференциация регулируется факторами роста и цитокинами, которые выделяются клетками в микроокружении. После начала процессов дифференцировки гемопоэтические стволовые клетки теряют способность к самообновлению. Они могут дифференцироваться в клетки-предшественники, которые могут стать клетками крови в двух основных категориях: миелоидная линия или лимфоидная линия. После нескольких делений получают унипотентные клетки-предшественники, которые способны дифференцироваться только в одну клеточную линию – гранулоцит-моноцит, эритроид, мегакариоцит, B- или T-лимфоцит.

Типы гематопоэза

Гематопоэз бывает нескольких типов, в зависимости от дифференцирующихся клеток:

• эритропоэз;
• гранулоцитопоэз;
• лимфоцитопоэз;
• моноцитопоэз;
• тромбоцитопоэз.

Эритропоэз

Процесс образования эритроцитов называется эритропоэз или эритроцитопоэз. Он начинается с дифференцировки плюрипотентной стволовой клетки в мультипотентную стволовую клетку, за которой следует колония эритроцитов, образующая клетку-предшественник и проэритробласт. Проэритробласт – это клетка, которая содержит ядро и множество рибосом, в которых начинает синтезироваться гемоглобин. Базофильный эритробласт, меньший по размеру, отличается от проэритробласта. После еще нескольких стадий деления образуется ретикулоцит, который является первой неядерной клеткой, содержащей остатки клеточных органелл. После того, как ретикулоцит теряет свои органеллы, образуется эритроцит. Зрелый эритроцит выполняет свои функции и живет около 120 дней. Затем он расщепляется на селезенку и гемоглобин, который содержался в нем, превращается в печень и выводится из организма в виде билирубина.

Гранулоцитопоэз

Гранулоцитопоэз начинается с плюрипотентной гемопоэтической стволовой клетки. Первым идентифицированным предшественником гранулоцитов является миелобласт. Миелобласт образует промиелоцит и миелоцит. Миелоциты содержат специфические гранулы и делятся на нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Нейтрофильный миелоцит имеет почечное ядро и два типа гранул (азурофильные и специфические). Эозинофильный миелоцит имеет овальное ядро и эозинофильные гранулы. Базофильный миелоцит имеет овальное ядро и азурофильные гранулы. После нескольких последовательных делений миелоцитов образуются метамиелоциты, которые снова делятся на нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Затем следует образование палочковидных и сегментарных гранулоцитов. Время, необходимое для дифференцировки стволовых клеток в зрелые гранулоциты, составляет около 10 дней.

Лимфоцитопоэз

Лимфоцитопоэз – это процесс образования лимфоцитов. Он проходит следующие стадии: гемопоэтические стволовые клетки, клетки-предшественники лимфоцитов, лимфобласты и лимфоциты. Три типа клеток развиваются из клеток-предшественников – B- и T-лимфоцитов и естественных клеток-киллеров (NK-клеток).

Моноцитопоэз

В результате моноцитопоэза образуются моноциты, которые попадают в кровоток и при необходимости превращаются в макрофаги. Процесс образования моноцитов начинается с гемопоэтических стволовых клеток, за которыми следует колония моноцитов, образующая клетки-предшественники, монобласты, промоноциты и моноциты. Время, необходимое для дифференциации зрелого моноцита, составляет около 55 часов.

Тромбоцитопоэз

В процессе тромбоцитопоэза образуются тромбоциты. Он начинается с гемопоэтических стволовых клеток, за которыми следуют колониеобразующие единицы мегакариоциты и тромбоциты. Мегакариоциты представляют собой крупные клетки, из которых протромбоциты образуются путем частичной фрагментации, из которой образуются тромбоциты.

Регуляция кроветворения

Регуляция кроветворения осуществляется посредством взаимодействия генетического потенциала с факторами окружающей среды, которые включают микросреду и факторы роста. Факторы роста, также называемые гемопоэтическими цитокинами, представляют собой семейство из более чем 20 гликопротеинов. Они продуцируются стромальными клетками, эндотелиальными клетками, фибробластами, макрофагами, лимфоцитами и другими. Некоторыми из наиболее известных гематопоэтических цитокинов являются гранулоцит-колониестимулирующий фактор, моноцит-колониестимулирующий фактор, эритропоэтин, тримбоцитопоэтин и другие. Их эффекты выражаются в стимулирующем или ингибирующем влиянии на деление, дифференцировку, пролиферацию и апоптоз клеток. Кроме того, они облегчают взаимодействие между стволовыми клетками и компонентами микроокружения.

Эритропоэтин – это гормон, который регулирует образование красных кровяных клеток. Вырабатывается в почках и в печени. Эритропоэтин действует путем связывания с рецепторами, расположенными на мембране эритроидных клеток. Эта связь между гормоном и рецептором стимулирует их дифференциацию и пролиферацию. Эритропоэтин действует на поздних стадиях эритропоэза.

Тромбоцитопоэтин – это гормон, который вырабатывается в печени на ранних стадиях кроветворения. В нормальных условиях большинство клеток костного мозга не делятся. Более зрелые клетки-предшественники пролиферируют и образуют относительно постоянное количество клеток крови, а некоторые из них подвергаются апоптозу. Этот тип кроветворения называют конститутивным, потому что это происходит в относительно постоянных условиях. Также различают индуцибельный гемопоэз, который стимулируется при наличии стресса в организме.

Кроветворение является жизненно важным процессом, подлежащим точной регуляции. Благодаря этому количество клеток крови в организме поддерживается относительно постоянным. Это позволяет крови выполнять свои важные физиологические функции.

Депо крови

Депо крови – это ткани или органы, способные накапливать значительное количество крови, которая может использоваться организмом при необходимости. В состоянии покоя около 5% циркулирующей крови находится в капиллярах, а также в сердце, 20% в артериях и 70% в венах, что свидетельствует о важности венозных сосудов и в качестве резервуара крови. Таким образом, некоторые сосудистые области – печень, подкожная клетчатка, легкие, брюшные вены и селезенка – играют роль складов крови, из которых, при необходимости, больше крови включается в артериальное кровообращение. Значение селезенки как депо крови было разъяснено Д. Араховацем. Это очень крупное депо крови, где накапливается около 8-12% её объема. Печень также способна хранить значительное количество крови, но не так много, как селезенка. Кровь в печени сосредоточена в синусоидах.

При кровопотере в результате симпатической стимуляции венозные сосуды в хранилищах (депо) крови сужаются, и вытесненная ими кровь может компенсировать уменьшение объема циркулирующей крови. Важно отметить, что компенсация возможна, когда речь идет о потере 20% от общего количества крови (эквивалентно примерно 1 литру крови). Это причина, по которой внезапные небольшие кровопотери у здоровых людей (при рождении, сдаче крови) относительно хорошо переносятся и не вызывают значительных нарушений гемодинамики. Когда, однако, потеря крови происходит быстро и носит массивный характер (более 1/3 общего объема крови), организм не в состоянии это компенсировать. Затем, из-за общего нарушения кровообращения, может наступить смертельный исход.

В связи с тем, что объем и линейная скорость крови в хранилищах крови очень низкие, создаются условия для удержания стенок клеток крови. В результате значение гематокрита крови в хранилищах крови увеличивается.

В случаях, когда кровь из хранилищ поступает в общий кровоток, наблюдается повышенное количество лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови. Это увеличение не связано с увеличением производства новых кровяных клеток кроветворными органами, но, напротив, оно быстрое, преходящее и имеет перераспределительный характер.