Глава №1 костномозговое кроветворение

Органы гемопоэза представляют собой сложную систему, которая продуцирует клетки крови и принимает участие в иммунных реакциях. Центральными органами гемопоэза являются костный мозг и тимус. Непосредственно в костном мозге содержится пул родоначальных (стволовых) клеток, который постоянно пополняется и служит источником для продукции всех гемопоэтических клеток. В костном мозге происходит пролиферация и созревание элементов миелопоэза и начальный этап созревания клеток лимфоцитарного звена. Т-лимфоциты созревают в тимусе. В селезенке происходит дифференцировка различных клеток крови, в том числе ретикулоцитов и В-лимфоцитов. К периферическим органам гемопоэза относятся также лимфатические узлы, мукозоассоциированная лимфоидная ткань (MALT) желудочно – кишечного тракта, периферическая кровь, в которой находятся стволовые клетки и иммунологически компетентный пул В- и Т-лимфоцитов.

Костный мозг располагается на балках плоских (череп, грудина, позвоночник, таз) и трубчатых (бедра, голени, плечи) костей. Он состоит из собственно гемопоэтических элементов различной степени дифференцировки и стромальных клеток. Кроветворные клетки располагаются в виде островков на основании из эпителиальных клеток эндоста. Кроветворные клетки пронизаны сетью из стромальных элементов -клеток микроокружения: эндотелиальных, адвентициальных, адипоцитов, фибробластов и остеобластов.

Система микроокружения выполняет важные функции: сохраняет структуру ткани, передает информацию о потребностях организма на периферии, продуцирует ростовые факторы. В микроокружении большую роль играет внеклеточный матрикс. Он состоит из продуктов распада клеток, коллагена, фибронектина, мукополисахаридов и т.д.

Гемопоэтические клетки имеют поверхностные рецепторы, которые специфически взаимодействуют с молекулами матрикса. Клетки стромы и внеклеточный матрикс образуют костномозговой барьер, играющий главную роль в поддержании гомеостаза.

Костномозговые клетки, окруженные стромальной сетью, образуют гроздья, омываемые кровью, протекающей по венозным синусам в костных полостях. Для проникновения созревших гемопоэтических клеток в кровоток, им необходимо проникнуть через стенку синусов, состоящих из крупных клеток эндотелия на базальной мембране и второго барьерного слоя из фибробластов, адвентициальных клеток и адипоцитов. В цитоплазме клеток эндотелия образуются отверстия величиной до 1-2 мкм, через которые под давлением проникают в полость синуса гемопоэтические клетки. К этому времени созревшие гемопоэтические элементы имеют эластичную цитоплазму и зрелую антигенную структуру поверхностных мембран. Адвентициальные клетки способны сокращаться и менять площадь своей цитоплазмы, открывать и закрывать отверстия в эндотелиальных клетках.

Механизм проникновения в сосудистое русло клеток разных гемопоэтических линий неодинаков. Созревающие гранулоциты с помощью своих цитоплазматических ворсинок зондируют поверхность барьерных клеток и выявляют трансмуральные проходы. Важную роль при этом играют молекулы межклеточной адгезии. Нормобласты, приближаясь к стенке синуса, меняют позицию ядра, ориентируя на противоположную от барьера сторону. Затем макрофаги фагоцитируют ядерный полюс нормобласта, в результате образуется ретикулоцит, способный проникнуть через костномозговой барьер в кровоток.

Мегакариоциты, очень большие клетки и в норме в сосудистый кровоток не попадают, но они производят отверстие в цитоплазме эндотелиальных клеток и через эти проходы выделяют в кровоток тромбоциты. Важную роль в функционировании сложноорганизованного костномозгового барьера играют гуморальные механизмы.

Система гемопоэза представляет комплекс клеток, выполняющих самые различные функции и постоянно регенерирующих. Предположение о том, что все гемопоэтические клетки имеют одного предшественника, было высказано А.А.Максимовым в начале XX века. И только через 50 лет убедительными экспериментальными данными удалось это подтвердить. Как установлено, истинными родоначальными клетками гемопоэза являются стволовые кроветворные клетки (СКК), закладывающиеся в желточном мешке в период формирования плода. Они обеспечивают стабильное кроветворение в течение всей жизни человека. Доказано, что пул СКК состоит из ранних родоначальных и более поздних полипотентных, способных образовывать клоны клеток всех гемопоэтических линий. Индукцию пролиферации СКК осуществляет система микроокружения, ростовые факторы. Одна полипотентная стволовая клетка (ПСК) при трансплантации способна восстановить весь гемопоэз у облученной мыши. В человеческом организме в сутки продуцируется 2 * 10 ¹¹ клеток, это обеспечивает 5% ПСК в фазе митоза, все другие клетки находятся в покое. Вопрос о том, в каком направлении (морфологическом) будет развиваться клетка остается нерешенным. Существуют две точки зрения: первая – путь развития случайный, вторая - обусловлен периферическим запросом и регулируется гуморальными факторами.

Гранулопоэз. Общим полипотентым предшественником миелопоэза является КОЕ - ГЭММ. Свое название (колониеобразующая единица гранулоцитов, моноцитов/макрофагов, мегакариоцитов) она получила из-за возможности создавать колонии, состоящие из всех типов клеток. На следующей стадии дифференцировки из КОЕ - ГЭММ образуются би- или унипотентные клетки. Это предшественники эритроидного (КОЕ-Э), гранулоцитарного (КОЭ-Г), макрофагального (КОЕ-М) и др. Индукция дифференцировки находится под контролем более 100 цитокинов, действие которых весьма специфично и разнонаправленно. Для каждой гемопоэтической линии существует своя сложная система регуляции и свои особые характеристики дифференцировки.

В гранулоцитарном ростке способностью к делению обладают миелобласты, промиелоциты и миелоциты. В процессе созревания миелобласта в миелоцит клетка проходит 4-6 митотических циклов, образуя 16-64 миелоцитов. Поэтому в костном мозге зрелых генераций больше, чем молодых. Число митозов зависит от потребности организма в них. Часть клеток выходит из митотических циклов в фазу покоя, создавая миелоцитарный резерв, но при необходимости значительная часть этого резерва может вернуться в митотический цикл

В гранулоцитарном ряду различают три линии предшественников: нейтрофилов (КОЕ-Н), эозинофилов (КОН-Эо), базофилов (КОЕ-Баз). Механизмы пролиферации, созревания и перехода в кровь у них сходны. Морфологически идентифицируемые ранние формы гранулоцитов есть миелобласты. Миелобласты - клетки среднего размера (10-15 мкм), имеющие округлое ядро, дисперсные структуры хроматина с 2-3 нуклеолами. В миелобластах нейтрофильного и эозинофильного рядов выявляются пероксидаза, липиды и PAS - положительное вещество. Длительность жизни миелобластов- 18 часов.

Нейтрофильный ряд в красном костном мозге представлен промиелоцитами, миелоцитами и метамиелоцитами, палочкоядерными и сегментоядерными нейтрофилами.

Промиелоциты составляют в красном костном мозге 2-4% клеток. Их ядра расположены эксцентрично, цитоплазма обширная с большим количеством полирибосом, везикул и гранул, содержащих активные ферменты и антимикробные вещества, убивающие бактерии, грибы, вирусы. На поверхности гранул экспрессируются антигены CD 66c, CD 63.

Миелоциты составляют 13% клеток красного костного мозга. Длительность жизни составляет 104 часа. Это последняя стадия, на которой клетки делятся 3-4 митотических цикла. Клетки содержат ядро с хроматином и мелкими нуклеолами. В цитоплазме наряду с первичными выявляются многочисленные вторичные гранулы, содержащие гликопротеины, щелочную фосфатазу, лактоферрин, цитохромы, белок, связывающий витамин B12; большое количество молекул, принимающих участие в адгезии клеток CD18, в рецепции для хемотаксических сигналов. Всего выделено 13 видов гранул.

Метамиелоциты, палочкоядерные, сегментоядерные нейтрофилы не делятся. Их созревание проходит за 96-144 часа. В течение этого времени ядро этой клетки из округлой формы приобретает палочковидную, затем сегментируется, увеличивается ядерно-цитоплазматическое отношение. Клетки задерживаются в костном мозге на 1-2 дня, и их поверхностная мембрана приобретает нужную эластичность для прохождения через костномозговой барьер. Число зрелых нейтрофилов в периферической крови от 1,9 х 10⁹/л до 5,8х 10⁹/л. Пул нейтрофилов гетерогенен по функциональным свойствам клеток. При попадании в кровоток зрелые нейтрофилы делятся на 2 отдельных пула: пристеночный, прикрепленный к сосудистой стенке и циркулирующий. Соотношение составляет 3:1. Число лейкоцитов в крови определяется циркулирующим пулом. Через 8-12 часов нейтрофилы приникают в ткани, где выполняют свою основную функцию- защиту от инфекции. Нейтрофилы поглощают бактериальные микроорганизмы, захватывая их в фагосомы, с последующим воздействием ферментов, изливающихся из первичных и вторичных гранул, с последующим каскадом реакций, результатом которых является супероксид и пероксид водорода, вызывающий гибель микроорганизмов.

Эозинофилы. Эозинофильные промиелоциты - первые морфологические идентифицируемые клетки эозинофильного ряда. Они крупного размера, с округлым ядром, в цитоплазме имеются первичные гранулы. Эозинофильные миелоциты имеют меньшие размеры, плотную структуру хроматина ядер, в цитоплазме вторичные и третичные гранулы, состоящие из ядра и матрикса. Ядро имеет кристаллическую структуру, содержит MBP (большой базовый протеин), катионные белки, эозинофильно- зависимый нейротоксин, разные ферменты, пероксидазу. Последняя принимает участие в процессе лизиса гельминтов и сохраняется в эозинофилах при дефиците ее в нейтрофилах. По мере созревания эозинофилы проходят стадии метамиелоцитов, палочкоядерных, сегментоядерных форм. На мембране клеток определяются рецепторы к IgG, IgA, IgE, C3b- компоненту комплемента и рецепторам, участвующим в ответе на хемотаксические стимулы. Время созревания в костном мозге 2-6 дней, циркуляция 6-12 часов. В периферической крови их количество- 0,16х10⁹/л. Физиологическая активность зависит от множества гуморальных факторов. Эозинофилы выполняют иммунозащитную функцию против гельминтов, бактерий, грибов, вирусов, опухоли, являясь модуляторами реакции гиперчувствительности.

Базофилы. Базофилы и тучные клетки тканей относятся к гистаминосодержащим клеткам. Базофилы из крови мигрируют в ткани при воспалении и иммунологических реакциях. В костном мозге и крови базофилы составляют 0,5% от ядерных клеток. Они среднего размера (10-15мкм) с билобулярным ядром. Тучные клетки имеют больший размер и округлое ядро. В цитоплазме обоих типов клеток находятся гранулы, содержащие гистамин, кинин, хемотрипсин, трипсин. На поверхностной мембране базофилов экспрессируется рецептор к IgE, взаимодействие с которым вызывает анафилактическую дегрануляцию клеток. Подобную реакцию могут вызвать лекарственные препараты, гормоны, длительное охлаждение, большой выброс из гранул гистамина и метаболитов арахидоновой кислоты. Стимулятором базофилов являются интерлейкины (ИЛ-1, ИЛ-3) и колониестимулирующий фактор базофилов. Они принимают участие в нормальном иммунологическом ответе на инфекцию, паразитарную инвазию и опухоль. Базофилы отличаются от нейтрофилов и эозинофилов отсутствием способности к фагоцитозу.

Моноцитопоэз. Первая морфологически определяемая клетка моноцитарного ряда в костном мозге - монобласт. Монобласт проходит два митотических цикла и фазу промоноцита и образует 4 моноцита. Зрелые моноциты костного мозга и крови являются крупными клетками с полиморфным ядром, бобовидной или подковообразной формы. В цитоплазме видны аппарат Гольджи, рибосомы, микротрубочки, гранулы. Выявляются эстераза, кислая фосфатаза, PAS-положительное вещество. В крови моноциты циркулируют от 36-104 часов, формируя пристеночный и циркулирующий пул. Число их составляет 0,1-0,8 х 10⁹/л. Основная часть жизни моноцитов проходит в тканях, при этом морфологически они меняются. Макрофаги в печени - это клетки Купфера, в легких - альвеолярные макрофаги, в костях - остеокласты. Все макрофаги в тканях делятся на две группы. Первая группа - фагоцитирующие клетки, а вторая - антигенпрезентирующие. В макрофагах нет миелопероксидазы, но определяются энзимы, обладающие бактерицидными свойствами. Антимикробный потенциал макрофагов существенно ниже, чем у нейтрофилов. Очень важной функцией моноцитов-макрофагов является способность продуцировать цитокины, гидролитические ферменты, протромбин и V, VII, IX, X факторы свертывания крови. Отдельную группу составляют дендритные клетки, не обладающие функцией фагоцитоза, но участвующие в иммунных реакциях.

Эритропоэз. Основной задачей эритропоэза является синтез гемоглобина, который начинается уже на стадии базофильного нормобласта. Количество гемоглобина контролирует синтез ДНК, который прекращается при содержании гемоглобина 27 мкм в расчете на клетку. Это происходит на стадии оксифильного нормобласта, ядро становится пикнотичным, маленьким, выталкивается из клетки, переходящей в следующую фазу созревания - ретикулоцит.

Ретикулоцит приобретает форму двояковогнутого диска диаметром 8-9 мкм и 1-2 дня дозревает в костном мозге, теряет рецепторы к трансферрину, уменьшается в размерах, становится эластичным и перемещается в кровеносное русло. Окончательное созревание эритроцитов происходит в селезенке.

В периферической крови число эритроцитов у мужчин 4,6-6,2 * 10¹²/л, у женщин - 4,2-5,4 * 10¹²/л, содержание гемоглобина соответственно 140-160 и 120-140 г/л, цветовой показатель 0,82-1,02. Диаметр эритроцитов равен 7,5-8,3 мкм. Длительность жизни эритроцитов - 120 дней.

Регуляция эритропоэза осуществляется системой цитокинов, эритропоэтином, вырабатываемым в основном почками, и клетками моноцитарно - макрофагальной системы. Регулятором выработки эритропоэтина (ЭП) является содержание кислорода в тканях, гипоксия любого происхождения вызывает усиление выработки ЭП, а гипероксигенация - снижение.

Тромбоцитопоэз. Мегакариоциты составляют малую популяцию среди ядросодержащих клеток в ККМ, где происходит весь их жизненный цикл. Это очень большие клетки, содержащие 32 – 64 ядра и обширную розовую цитоплазму, в которой формируются тромбоциты с помощью демаркационной мембранной системы. Нормальное число тромбоцитов в крови варьирует от 150* 10 ⁹/л до 400 * 10 ⁹/л.

Тромбоциты различны по своим размерам, возрасту, плотности, функциональной активности. Установлено, что объем тромбоцитов обратно пропорционален их количеству, поэтому общий объем тромбоцитарной массы для человека – величина постоянная. Длительность жизни тромбоцитов составляет 10 дней. Ежедневно продуцируется 40 * 10 ⁹/л тромбоцитов. У тромбоцита большое количество органелл, с помощью которых осуществляется функция нормального гемостаза. В регуляции мегакариоцитарной системы принимают участие разные факторы – цитокины, тромбопоэтин, мегакариоцитарный фактор и др.