После 5 недель внутриутробного развития начинается второй период кроветворения, который носит название печеночного. Кроветворение в печени достигает максимума к 5-му месяцу. Кроветворение второго периода преимущественно эритроидное, хотя с 12-й недели в печени циркулирует много клеток – предшественниц не только красного ряда, но и гранулоцитарно-макрофагальных. In vitro (в пробирке) они образуют макрофагальные и нейтрофильные колонии.
После 20 недель интенсивность эритропоэза в печени снижается. Эритропоэз в печени также происходит внесосудисто. Кроветворные клетки располагаются между клетками печеночной паренхимы, а также в околосинусных пространствах эмбриональной печени.
На 3-м месяце эмбрионального периода в эритропоэз включается селезенка, но у человека ее роль в пренатальном кроветворении весьма ограничена. Печеночный период эритропозэа определяется как нормобластический. Эритроциты этой генерации большей частью круглые.
На 4–5-м месяце внутриутробной жизни начинается миелоидный период кроветворения, который постепенно вытесняет гепатолиенальный. К моменту рождения у доношенного плода экстрамедуллярные очаги эритропоэза почти полностью ликвидируются (единичные остаются в печени), а костный мозг развит полностью.
Медуллярный эритропоэз также совершается экстраваскулярно (вне кровеносных сосудов), в строме костного мозга. Миелоидный эритропоэз плода мало отличается от эритропоэза взрослого. Общими закономерностями эмбрионального эритропоэза являются постепенное уменьшение диаметра и объема эритроцитов и увеличение их числа. Однако даже эритроциты и ретикулоциты новорожденного больше по размерам, чем у взрослого. Эритроциты плода живут меньше, чем эритроциты взрослого человека, – 45–70 дней (в среднем 20–30 дней) вместо 120.
Кроветворение плода имеет разную органную локализацию: кроветворение в желточном мешке сменяется печеночным, затем кроветворением в селезенке (параллельно печеночному) и наконец костномозговым. В какой-то момент кроветворение происходит в нескольких органах одновременно, и в циркуляции в одно и то же время может оказаться зрелое потомство из разных кроветворных органов.
Смене кроветворных органов у плода отвечает смена типов продуцируемого красными клетками гемоглобина. Примитивные эритрокариоциты, поступающие из желточного мешка, продуцируют преимущественно эмбриональные гемоглобины. До 37-го дня преобладает продукция гемоглобинов данного типа.
В печени потомство эритроидных клеток-предшественниц содержит в основном фетальный гемоглобин. До 30 недель внутриутробного периода у человеческого плода в циркуляции преобладает фетальный гемоглобин, хотя с 10 недель начинают появляться эритроциты с гемоглобином взрослого – HbА. HbA до 30 недель составляет лишь 10%. Остальное составляют преимущественно клетки с HbF; еще есть и следы эмбриональных гемоглобинов. После 30 недель содержание клеток с HbA начинает нарастать, что совпадает с развитием костномозгового кроветворения. К моменту рождения фетальный гемоглобин составляет только 49%, остальное приходится на HbА. Таким образом, красные клетки плода одновременно продуцируют несколько типов гемоглобина.
Кроветворение новорожденных. В течение нескольких дней после рождения у новорожденного наблюдается увеличение количества эритроцитов: число эритроцитов от 4,5 × 1012/л (в среднем к моменту рождения), через 12 ч после рождения повышается до 5,5 × 1012/л, гемоглобин – от 156 г/л до 200 г/л.
Спустя несколько дней у новорожденного снижается продукция эритропоэтина, что совпадает со снижением уровня эритроцитов и гемоглобина в крови. Такая картина наблюдается в течение первых l – 2 месяцев жизни. Между 60-м и 90-м днем жизни вновь повышается содержание эритропоэтина, нарастает ретикулоцитоз, нормализуется эритропоэз. В течение первого года жизни изменяется антигенная структура эритроцитов: антиген i, преобладающий на эритроцитах новорожденного, сменяется антигеном I. Смена антигенов эритроцита совпадает с исчезновением так называемых фетальных эритроцитов – клеток, содержащих фетальный гемоглобин. К первому году жизни фетальный гемоглобин уже не превышает 1%.
Форма и размеры эритроцита. Эритроцит человека в норме имеет двояковогнутую, дискоидную форму. Считается, что плоский диск лучше всего адаптирован к транспорту веществ из клетки и внутрь ее и к диффузии газов к центру клетки. В настоящий момент доказано, что двояковогнутая форма обладает незначительными диффузионными преимуществами. Однако объем, соответствующий диску, имеет в 1,7 раза большую поверхность, чем такой же объем, соответствующий сфере, и может умеренно изменяться без растяжения мембраны клетки. Двояковогнутая форма эритроцита, эластичность, деформируемость и сохранение структуры клетки при удалении из нее гемоглобина, когда остается так называемая тень эритроцита, заметно зависят от особенностей его строения, прежде всего скелета клетки.
Структура плазменной мембраны у эритроцита такая же, как у ядерных клеток, но его цитоскелет отличается от цитоскелета этих клеток. Этот цитоскелет называют еще скелетом мембраны, и по его расположению и по тому, что он придает прочность по большей части мембране, обеспечивается единство ее липидного слоя, в то же время придавая мембране внутреннюю подвижность и гибкость.
С помощью электрофореза в мембране и цитоскелете эритроцита выделено 8 типов белка. Основным опорным стабилизирующим белком цитоскелета эритроцита является спектрин – специфический белок эритроцита, хотя одна из его важных функций по соединению с актином (водорастворимый глобулярный белок) и актина с мембраной клетки присуща и некоторым белкам других клеток. С изменениями цитоскелета эритроцита связаны некоторые формы гемолитических анемий – наследственные эллиптоцитоз, пиропойкилоцитоз, отдельные варианты наследственного микросфероцитоза. Цитоскелет эритроцита играет важную роль в его способности к деформации. Дисковидный эритроцит может легко пройти фильтр с отверстием 3 мкм.
За 100–120 дней циркуляции в организме способность эритроцита к деформации снижается. С возрастом снижается стойкость эритроцитов к осмотическому разрушению эритроцитов, к саморазрушению, в меньшей степени – к механической травме. Стареющие сферические эритроциты, как и сфероциты при патологии, имеющие пониженную способность к деформации, не могут проходить через миллипоровые фильтры 3 мкм, задерживаются они и селезенкой. Возможно, снижение деформируемости с возрастом эритроцита и сферуляция клетки связаны с изменением цитоскелета. У старого эритроцита обнаруживается агрегация спектрина и гемоглобина. В деформируемости эритроцита играет роль не только цитоскелет, но и липиды мембраны, в частности соотношение фосфолипидов и холестерина в мембране, которое определяет текучесть мембраны у всех клеток вообще. Это свойство также может иметь отношение к стойкости мембраны эритроцита. Текучесть клеточных мембран меняется при их отмывании.
Размеры нормального эритроцита человека изменчивы, но можно установить пределы средних колебаний. Их цифровое значение зависит от методов определения (например, измеряется ли диаметр эритроцита в мазке или в плазме). Существуют некоторые колебания, связанные с полом. Эритроциты у новорожденных больше по размеру и объему, чем у взрослых.
Диаметр нормального эритроцита человека – 7,5–8,3 мкм. Он несколько уменьшается с возрастом клетки. Толщина эритроцита – 2,1 мкм, средний объем – 86,1 мкм3, а площадь поверхности – 145 мкм2.
После потери нормоцитом ядра он превращается в ретикулоцит. Ретикулоцит пребывает в костном мозге 30–40 ч. Костномозговые ретикулоциты, каково бы ни было их абсолютное количество, образуют небольшой резерв красной крови. Постоянство процента ретикулоцитов крови в норме позволяет судить об интенсивности кроветворения.
Выход эритроцитов из костного мозга регулируется гуморально, в частности селезенкой и эритропоэтином (гормон, стимулирующий образование эритроцитов в костном мозге). В норме время созревания ретикулоцита в периферической крови составляет 35–45 ч. В случае выхода в кровь резервных ретикулоцитов это время иногда удлиняется, так как поступают ретикулоциты первых стадий созревания. Содержание ретикулоцитов в крови в норме, по данным разных авторов, составляет от 0,8–1,3 до 0,2–2%.
При исследовании методом электронной микроскопии ретикулоцит имеет вид клетки неправильной формы с остатками органелл. Маленькие митохондрии и центриоли сконцентрированы в той области клетки, где на стадии нормоцита отделялось ядро. Рибосомы рассеяны по цитоплазме. При созревании митохондрии уменьшаются в числе и размерах, полирибосомы превращаются в монорибосомы. По мере того как ретикулоцит самопереваривает органеллы, в нем появляются вакуоли.
Обмен железа
Железо является одним из основных по значению микроэлементов организма. Почти все железо входит в состав различных белков. Из них наиболее важен гемоглобин, функция которого – перенос кислорода от легких к тканям. Гемоглобин состоит из небелковой части – гема, и белковой части – глобина. В молекуле гема железо связано с протопорфирином. Гем не только входит в состав гемоглобина, он содержится в миоглобине, цитохромах, входит в состав каталазы, лактопероксидазы. Основной белок, содержащий железо и не имеющий гемовой группы, – ферритин. Он содержит железо запасов. Железо входит и в состав производного ферритина – гемосидерина. Не содержит группы гема белок трансферрин, переносящий железо. Железо в негемовой форме есть в ряде ферментов (аконитазе, ксантиноксидазе). Основное количество железа в организме (57,6%) входит в состав гемоглобина и содержится в эритроцитах.
Значительное количество железа есть в мышцах (27,6%). Большая часть этого железа входит в состав ферритина (68,1% железа мышц), остальная часть включена в миоглобин (21,9%). В печени откладывается 7,8% железа организма. Железо печени в основном входит в состав ферритина и гемосидерина.
Трансферрин – белок плазмы крови, относящийся к глобулинам. Он имеет 2 активных участка, каждый из которых может связать по одному атому железа в трехвалентной форме. Основной синтез трансферрина у людей происходит в печени. За сутки производится 12–24 мг трансферрина на 1 кг массы, т. е. 5–9% всего количества этого белка.
Содержание железа в организме зависит в основном от его всасывания. Выделение железа из организма – процесс, недостаточно регулируемый. Существует сложный механизм, препятствующий всасыванию избыточного количества железа. Хотя теоретически весь кишечник, включая толстую кишку, способен всасывать железо, основное количество железа всасывается в двенадцатиперстной кишке, а также в начальной части тощей кишки. Чем больше дефицит железа, тем дальше в тощую кишку распространяется зона его всасывания. Процесс всасывания железа у человека включает в себя проникновение железа в слизистую оболочку из просвета кишки, проникновение железа из слизистой оболочки в плазму, заполнение запасов железа в слизистой оболочке и влияние этих запасов на всасывание. Железо проникает в слизистую оболочку из просвета кишки всегда быстрее, чем поступает из слизистой оболочки в плазму. Хотя обе величины зависят от потребностей организма в железе, проникновение железа в слизистую оболочку кишки меньше зависит от содержания железа в организме, чем проникновение железа из слизистой оболочки в плазму. При повышенной потребности организма в железе скорость его поступления в плазму из слизистой оболочки приближается к скорости проникновения в слизистую оболочку кишки. Железо при этом в кишке практически не откладывается. Прохождение железа через слизистую оболочку занимает несколько часов. В этот период кишка невосприимчива к дальнейшему всасыванию железа. Через некоторое время железо вновь всасывается с такой же интенсивностью. При уменьшении потребности организма в железе замедляется его проникновение в кишку, еще больше уменьшается поступление железа из слизистой оболочки в плазму. Большая часть железа, которое не всасывается, откладывается в кишке в виде ферритина.
Всасывание железа, входящего в состав гема, происходит значительно более интенсивно, чем всасывание неорганического пищевого железа. В слизистой оболочке кишки имеется фермент гемоксигеназа, необходимый для распада молекулы гема на билирубин, окись углерода и ионизированное железо. При нормальном содержании железа в организме значительная его часть проходит через слизистую оболочку кишки в ток крови, а определенная часть задерживается в стенке кишки. При сидеропении в слизистой оболочке задерживается значительно меньшая часть, основная часть железа оказывается в плазме. При избытке железа в организме основная часть железа, проникшего в слизистую оболочку, в ней и задерживается. Впоследствии эпителиальная клетка, наполненная железом, движется от основания к концу ворсинки, затем слущивается и выводится с калом вместе с невсосавшимся железом.
Этот физиологический механизм всасывания действует при обычных содержащихся в нормальной пище концентрациях железа. Если концентрация железа превышает в десятки и сотни раз физиологическую, то всасывание ионного двухвалентного железа во много раз возрастает. Это следует учитывать при лечении больных солями двухвалентного железа. Трехвалентное железо практически не всасывается ни в физиологических концентрациях, ни в избыточных. Всасывание пищевого железа строго лимитировано: за сутки всасывается не более 2–2,5 мг.
Железо содержится во многих продуктах как растительного, так и животного происхождения. Высока концентрация железа в мясе, печени, почках, много железа содержат бобы сои, петрушка, горох, шпинат, сушеные абрикосы, чернослив, изюм. Значительное количество железа содержится в рисе, хлебе, яблоках. Однако имеет значение не количество железа в продукте, а его всасывание из данного продукта. Из продуктов растительного происхождения железо всасывается очень ограниченно, в значительно большей степени – из большинства животных продуктов. Железо, входящее в состав белков, содержащих гем, всасывается значительно лучше, чем из ферритина и гемосидерина, а железо из печени всасывается значительно меньше, чем из мяса. Поэтому хуже всасывается железо из рыбы, так как в ней железо присутствует в основном в виде гемосидерина и ферритина, а в телятине до 90% железа содержится в виде гема.
На всасывание железа влияет ряд факторов. Частота сочетания железодефицитной анемии с ахилией (отсутствие соляной кислоты и фермента пепсина в желудочном соке) еще в XX в. дала основание предполагать, что железо всасывается лишь при нормальной желудочной секреции и ахилия является одним из основных факторов, приводящих к развитию железодефицитной анемии. Однако исследования показали, что нормальная желудочная секреция влияет на всасывание некоторых форм железа, однако это не главный фактор в регуляции его всасывания. Хлористоводородная кислота влияет лишь на всасывание трехвалентного железа. Желудочная секреция не влияет на всасывание железа, входящего в состав гема.
В норме всасывание гемоглобинового железа у здоровых женщин в среднем составляет 16,9 ± 1,6%, у мужчин – 13,6 ± 1%. При железодефицитной анемии всасывание железа резко повышено и не различается у лиц с нормальной и пониженной секрецией. Нормальным оказалось всасывание железа у лиц, перенесших удаление части желудка. У лиц с атрофическим гастритом без анемии всасывание гемоглобинового железа не отличалось от всасывания железа у здоровых лиц. Доказано, что оксалаты, фитаты, фосфаты входят в комплекс с железом и снижают его всасывание, а ряд веществ усиливает всасывание железа. К ним относятся аскорбиновая, янтарная, пировиноградная кислоты, фруктоза, сорбит. Всасывание железа усиливается под влиянием алкоголя.
Недостаток кислорода, снижение запасов железа в организме, активизация кроветворения усиливают всасывание железа. Влияют на всасывание железа насыщение трансферрина, концентрация железа плазмы, скорость оборота железа, уровень эритропоэтина.
После всасывания железо связывается с трансферрином, который переносит железо к эритрокариоцитам костного мозга. Кроме того, трансферрин переносит железо от клеток, где хранятся его запасы, к эритрокариоцитам, а также от фагоцитирующих макрофагов, где железо распадается, к клеткам костного мозга и к местам, где сохраняются запасы железа. Одна молекула трансферрина присоединяет 2 атома железа.