Глава 7. Органы кроветворения и иммунной системы
Внутренней средой организма является кровь, лимфа, тканевая жидкость, которые омывают клетки, питают и защищают их. Кровь выполняет несколько функций: транспортную (эритроциты переносят кислород и углекислый газ, перенос продуктов питания и обмена веществ), защитную, фагоцитарную (в ней находятся белые кровяные тельца, вступающие в борьбу с инфекцией), регулирующую деятельность, обеспечивающую постоянство среды организма.
Органы кроветворения и иммунной системы тесно связаны между собой своим происхождением и функциями. Родоначальником всех видов клеток крови и иммунной (лимфоидной) системы являются стволовые клетки костного мозга, обладающие способностью к многократному делению. В костном мозге в его кровообразующей (миелоидной) ткани из стволовых клеток формируются клетки-предшественницы, из которых путем деления и дифференцировки по трем направлениям происходит поступление в кровь форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Из стволовых клеток в самом костном мозге и в тимусе (вилочковая железа) образуются лимфоциты. В селезенке формируются моноциты.
7.1. Органы кроветворения
Кровь и ее значение
Внутренней средой организма для клеток является тканевая жидкость, омывающая все клетки органов и тканей. Кровь находится в кровеносных сосудах и не соприкасается непосредственно с клетками организма. Находясь в движении, кровь обеспечивает постоянство состава тканевой жидкости и выполняет несколько функций:
1. Переносчик кислорода и углекислого газа. Кровь в легких насыщается кислородом и переносит его клеткам организма, забирает от клеток органов и тканей углекислый газ. Эта деятельность крови возможна благодаря тому, что эритроциты крови заполнены железистым веществом, которое легко соединяется с кислородом и углекислым газом.
2. Транспорт продуктов обмена веществ. В процессе пищеварения происходит расщепление питательных веществ, которые могут быть усвоены организмом. Они тоже проникают в кровь и разносятся током крови по организму. Кровь выносит из организма продукты обмена веществ. Посредником между клетками и капиллярами является тканевая жидкость, которая омывает все клетки организма. Продукты обмена веществ с кровью доставляются почкам, потовым железам, легким и выводятся из организма.
3. Кровь выполняет также защитную функцию. В организм могут поступать микробы или ядовитые вещества, они нейтрализуются или уничтожаются в организме. Эту защитную функцию в организме выполняют лейкоциты.
4. Кровь участвует в регуляции деятельности организма. Химически активные вещества, вырабатываемые в организме, поступают в кровь, разносятся током крови и влияют на деятельность других органов. К таким веществам относятся ферменты и гормоны. Вместе с нервной системой кровь устанавливает связь между отдельными органами, благодаря чему организм функционирует как единое целое. Обычно не вся кровь циркулирует по кровеносным сосудам, некоторая ее часть находится в кровяных депо (печень, селезенка, легкие, кожа). Роль депо выполняют сосуды данных органов, которые включаются в деятельность и отдают свои запасы крови при тяжелой физической работе, при потерях большого количества крови (ранениях, операциях, некоторых заболеваниях). Депо крови участвует в поддержании постоянного количества циркулирующей крови.
Состав крови
Кровь является разновидностью соединительной ткани, имеющей жидкое межклеточное вещество – плазму, в которой свободно передвигаются форменные элементы крови: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (кровяные пластинки). Все клетки крови живут определенное время, после чего разрушаются и отмирают. В кроветворных органах (костном мозге, селезенке, лимфатических узлах) происходит непрерывное зарождение и созревание новых клеток крови. У здоровых людей соотношение между плазмой и форменными элементами крови колеблется в пределах 55 % плазмы и 45 % форменных элементов. У детей раннего возраста процентное содержание форменных элементов несколько выше.
Плазма крови
Плазма крови представляет жидкую часть соединительной ткани, в которой растворены различные белковые вещества (альбумины, глобулины, липопротеиды), соли, углеводы, ферменты, гормоны, витамины и другие необходимые организму вещства.
Состав плазмы крови . В 100 мл плазмы крови здорового человека содержится 93 г воды. Остальную часть плазмы составляют белки, жиры, углеводы, соли, гормоны, аминокислоты, глюкоза, витамины, которые поддерживают осмотическое давление.
Белки плазмы крови принимают участие в процессах свертывания, поддерживают постоянство ее реакции (рН), содержат иммуноглобулины, участвующие в защитных функциях организма, обеспечивают постоянство давления крови в сосудах и вязкость крови, препятствуют оседанию эритроцитов.
Наличие глюкозы в крови здорового человека составляет 80-120 мг%. Резкое уменьшение глюкозы в крови (гипогликемия) приводит к возбудимости клеток мозга, общей слабости, расстройству сознания, судорожному состоянию.
Минеральные вещества , растворенные в плазме крови, обеспечивают устойчивость осмотического давления и сохранение объема жидкости в крови и клетках организма. При кровотечениях потерю плазмы компенсируют введением солевых растворов внутривенно или различными заменителями крови, содержащими добавочно белки и глюкозу.
Осмотическое давление плазмы создается неорганическими солями, поскольку концентрация белков, сахара, мочевины и других органических веществ в плазме невелика. Осмотическое давление обеспечивает в организме обмен воды между кровью и тканями. Большое значение для жизнедеятельности клеток органов и тканей имеет постоянство осмотического давления. Это связано с тем, что мембраны многих клеток, в том числе и клеток крови, обладают избирательной проницаемостью. Если изменяется солевой раствор плазмы и осмотическое давление, то некоторые клетки организма, особенно чувствительны клетки эритроцитов, могут погибнуть, разрушиться (гемолиз). Способность эритроцитов не поддаваться разрушению в растворах называют осмотической стойкостью эритроцитов.
Растворы, которые по своему качественному составу и концентрации солей соответствуют составу плазмы, называют физиологическими растворами. Такие жидкости используют при кровопотерях как заменители крови. В кровь может поступать различное количество жидкости и минеральных солей. Однако осмотическое давление поддерживается постоянно благодаря выведению из организма излишков жидкости и продуктов обмена через почки, потовые железы, кожные покровы.
Плазма крови имеет не только постоянное осмотическое давление, но и определенный качественный состав, в ней поддерживается постоянство реакции. Практически реакция среды определяется концентрацией водородных ионов. Для характеристики реакции среды пользуются водородным показателем, обозначаемым рН. Для дистиллированной воды рН составляет 7,07. Кислая среда характеризуется рН меньше 7,07, а щелочная больше – 7,07. Кровь человека при нормальном состоянии имеет рН 7,36. Активная реакция крови слабощелочная.
Из органических веществ, растворенных в плазме крови, наибольшее значение имеют белки. Они влияют на водный обмен между тканевой жидкостью и кровью, поддерживая водно-солевое равновесие в организме. Эту роль выполняют белки альбумины. Белки участвуют в образовании защитных иммунных тел, связывают и обезвреживают проникающие в организм ядовитые вещества. Все антитела-белки относятся к группе глобулинов. Это главным образом гамма-глобулин. Поэтому гамма-глобулин нашел применение как лечебный препарат, укрепляющий защитные силы организма при различных заболеваниях. Белок плазмы фибриноген – основной фактор свертывания крови. Плазму, лишенную фибриногена, называют сывороткой крови. Белки придают крови необходимую вязкость, что важно для поддержания давления крови на определенном уровне.
Свертываемость крови является защитной реакцией организма, препятствующей кровопотере и сохраняющей постоянство объема циркулирующей крови. В основе свертывания крови лежит изменение физико-химического состояния растворенного в плазме крови белка фибриногена, который в процессе свертывания крови превращается в фибрин. Фибрин выпадает в виде тонких нитей, которые образуют густую мелкоячеистую сеть, в которой задерживаются форменные элементы крови. Они постепенно уплотняются, образуя сгусток (тромб). В уплотнении сгустка большое значение приобретают тромбоциты, в которых содержится вещество, способствующее сжатию сгустка. Превращение растворенного в плазме белка фибриногена в нерастворимый белок фибрин принимает участие фермент тромбин. В крови постоянно содержится неактивная форма тромбина – протромбин, который образуется в печени. Превращение протромбина в активный тромбин происходит под влиянием тромбопластина в присутствии солей кальция. В крови тромбопластина нет, он образуется при разрушении тромбоцитов. Кроме тромбоцитов в образовании тромбопластина принимают участие еще некоторые белки плазмы крови, отсутствие которых сказывается на процессе свертывания крови.
Процесс свертывания крови регулируется нервной системой и гормонами желез внутренней секреции. Не менее опасна, чем кровоточивость, повышенная свертываемость крови, т. е. увеличенное количество протромбина. В нормальных условиях в организме имеются вещества, препятствующие свертыванию крови. Такими свойствами обладает гепарин, который находится в клетках печени и легкого. В сыворотке крови обнаружен белок фибринолизин – фермент, растворяющий образовавшийся фибрин. Таким образом, в крови одновременно имеются две системы: свертывающая и противосвертывающая. При определенном равновесии этих систем кровь внутри сосудов не свертывается.
Свертывание крови у новорожденных детей замедлено, однако уже с 3-го дня свертывание ускоряется и после 7 дня приближается к норме взрослых. В среднем начало свертывания крови наступает через 1–2 мин, заканчивается свертывание через 3–4 мин. Исследование времени свертываемости крови имеет значение перед операцией.
Форменные элементы крови
К форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты, тромбоциты (рис. 32).
1. Эритроциты – красные кровяные тельца, зарождаются в эпифизарных (крайних) частях трубчатых костей. На ранних этапах созревания эритроцит, как каждая клетка, имеет ядро и протоплазму. По мере созревания эритроцит накапливает железистое вещество, которое вытесняет из клетки ядро. Созревший эритроцит попадает в кровеносное русло безъядерной клеткой, имеющей внутри белок и железо – гемоглобин ("гем" – железо и "глобин" – белок).
Рис. 32. Клетки крови: 1 – эритроцит: А – вид спереди, Б – вид сбоку; 2 – тромбоцит; 3 – моноцит; 4 – лимфоцит; 5 – базофил; 6 – эозинофил; 7 – нейтрофил.
В периферическую кровь выходит зрелый эритроцит, заполненный на 75–85 % железистым веществом ("гем") и 25–15 % белком ("глобин"). Такой эритроцит считается полноценным. Количество эритроцитов в крови взрослого человека достигает 4–5 млн в 1 куб. мм. В крови новорожденных может быть большее количество эритроцитов, чем у взрослого, что связано с индивидуальным развитием плода. Избыток эритроцитов распадается на вторые-третьи сутки после рождения ребенка, выделяющееся железо оседает в печени и используется при зарождении новых эритроцитов. При распаде эритроцитов выделяется билирубин, который распространяется по всем органам и тканям, придавая коже желтушный оттенок (физиологическая желтуха новорожденных).
При исследовании количества эритроцитов в крови и находящегося в них гемоглобина используются специальные методики. Так, количество эритроцитов подсчитывается в специальной камере на стекле под микроскопом, а количество гемоглобина по окраске крови.
Функцией эритроцита является перенос кислорода от легких к клеткам организма и удаление углекислого газа как продукта жизнедеятельности клетки. Железо клетки легко соединяется с кислородом и углекислым газом, образовывая нестойкие соединения.
В случаях отравления человека угарным газом образуется стойкое соединение – окись углерода, – мешающее приносить клеткам организма кислород, что приводит к головной боли, рвоте, потере сознания и, в тяжелых случаях, к гибели человека. Искусственное дыхание в случаях отравления угарным газом помочь не может, пострадавшему необходимо сделать переливание крови или эритроцитарной массы крови для замещения эритроцитов, соединенных с окисью углерода. При открытых травмах и операциях, с потерей большого количества крови, больным переливают полноценную кровь, содержащую плазму и эритроциты.
У здорового человека продолжительность жизни эритроцита составляет 3–4 месяца, затем они разрушаются в печени, придавая печени определенный цвет. Оседающее в печени железо в дальнейшем идет на построение новых эритроцитов. В течение 1 секунды погибает примерно 10–15 млн эритроцитов и столько же нарождается новых. Каждый эритроцит имеет форму двояковогнутого диска диаметром 7–8 мкм, покрыт оболочкой, через которую проходит вода, питательные вещества, кислород и углекислый газ.
Для диагностического исследования красной крови проводится подсчет эритроцитов и гемоглобина (накопления железа в эритроците). При воспалительных процессах, происходящих в организме, проводится специальная проба – СОЭ. Исследуется время оседания эритроцитов (время оседания эритроцитов). Взятое в пипеточную пробирку небольшое количество крови устанавливается в штатив на 1 час, после чего определяют количество плазмы над осевшими эритроцитами. У здорового человека реакция оседания эритроцитов составляет 5-10 мм в час. При острых и хронических воспалительных процессах СОЭ увеличивается.
2. Лейкоциты (белые кровяные тельца), – это бесцветные клетки, содержащие ядра разнообразной формы и размеров. В 1 куб. мм здорового человека содержится 5–6 тыс. лейкоцитов. Лейкоциты, выполняющие защитную функцию организма, имеют различное происхождение, строение и окрашиваются различными красками в лаборатории при исследовании. В зависимости от наличия ядра в клетке, формы и восприятия окраски (мазок крови на стекле окрашивают разными красками, несущими кислую и щелочную реакцию) все лейкоциты подразделяются на несколько групп.
Размеры лейкоцитов – 6-25 мкм, они могут выходить через стенку кровеносного сосуда в окружающие ткани и возвращаться. В течение дня количество лейкоцитов может изменяться: после сна или отдыха – уменьшаться, после еды, физической или психической нагрузки – увеличиваться, но особенно увеличивается количество лейкоцитов при воспалительных процессах в организме.
По месту зарождения, по структуре самой клетки лейкоциты делятся на несколько групп. Так, по структуре ядра лейкоциты делятся на: 1) зернистые (гранулоциты), 2) незернистые (агранулоциты) и 3) моноциты.
Зернистые лейкоциты отличаются от остальных тем, что их протоплазма зерниста. В свою очередь, в зависимости от окраски в лабораторных условиях, они подразделяются на нейтрофилы (нейтральны к красящему веществу), базофилы (принимающие на себя синюю окраску) и эозинофилы (окрашиваются в красный цвет).
По степени зрелости и форме ядра различают наиболее зрелые – сегментоядерные, затем палочкоядерные, затем юные. В периферической крови здорового человека должны быть сегментоядерные лейкоциты и небольшое количество палочкоядерных. Более молодые клетки появляются в патологических случаях (острых воспалительных процессах – лейкоцитозе или раке крови – лейкозе). Место зарождения зернистых лейкоцитов – желтый костный мозг трубчатых костей.
К незернистым лейкоцитам относятся лимфоциты, которые образуются в лимфатических узлах. Их количество увеличивается при хронических воспалительных процессах.
Моноциты образуются в селезенке. В периферической крови моноцитов немного. Все лейкоциты выполняют защитную фагоцитарную функцию, т. е. поглощают микробы.
В первые дни после рождения у ребенка может быть значительно увеличенное количество лейкоцитов, происходит рассасывание продуктов распада тканевых кровоизлияний, возможных во время родов, первых контактов с новой окружающей средой. К 7-12-му дню количество лейкоцитов снижается и достигает 13 000-12 000 в 1 куб. мм. Такое количество лейкоцитов сохраняется в течение первого года жизни, после чего оно начинает снижаться и к 13–15 годам достигает величины взрослого человека.
Значение лейкоцитов. Основная функция лейкоцитов – защита организма от микроорганизмов, чужеродных белков, инородных тел, проникающих в кровь и ткани. Лейкоциты обладают способностью самостоятельно передвигаться по кровеносным сосудам, выпуская ложноножки, проникать через сосудистую стенку и проходить между клеточными элементами вместе с тканевой жидкостью. По пути своего следования они захватывают и подвергают внутриклеточному перевариванию микробов и другие инородные тела. Важную роль выполняют лейкоциты и в освобождении организма от отмирающих клеток. Если бы отмершие клетки не уничтожались, то организм был бы отравлен продуктами распада, и жизнь стала невозможной.
Фагоцитоз . Поглощение и переваривание лейкоцитами различных микробов, простейших организмов и всяких чужеродных веществ, попадающих в организм, называется фагоцитозом, а сами лейкоциты – фагоцитами (фрагоциты – "клетки-пожиратели").
Явление фагоцитоза было изучено И. И. Мечниковым (1883), который доказал, что фагоцитарные клетки осуществляют защиту от болезнетворных агентов. Эту функцию выполняют подвижные клетки (лейкоциты), малоподвижные клетки (лимфоциты и моноциты) и неподвижные клетки, находящиеся в лимфатических узлах, внутренней стенке сосудов, селезенке, печени, костном мозге и других органах. Фагоцитоз – защитная функция организма, способствующая сохранению постоянства внутренней среды. Лимфоциты, образующиеся в лимфатических узлах и селезенке, принимают участие в реакциях иммунитета в организме, обезвреживают проникшие в организм микробы и их яды (токсины).