Эритропоэз. Роль железа, витаминов и микроэлементов в кроветворении

Под эритропоэзом понимают процесс образования эритроцитов в костном мозге.

Первой морфологически распознавае­мой клеткой эритроидного ряда, образующейся из колониеобразующей единицы эритроцитарной (КОЕ-Э) — клетки-предшественницы эритроидного ряда, является проэритробласт, из которого в ходе 4-5 последующих удвоений и созревания образуется 16-32 зрелых эритроидных клеток.

(Например, 1 проэритробласт → 2 базофильных эритробласта I порядка — (удвоение) → 4 базофильных эритробласта II поряда → 8 полихроматофильных эритробластов I порядка → 16 полихроматофильных эритробластов II порядка → 32 полихроматофильных нормобласта → 32 оксифильных нормобласта → денуклеация нормобластов → 32 ретикулоцита → 32 эритроцита).

Эритропоэз в кост­ном мозге (до формирования ретикулоцита) занимает 5 дней.

В костном мозге человека и животных эритропоэз (от проэритробласта до ретикулоцита) протекает при взаимодействии эритроидных клеток с макрофагами костного мозга. Эти клеточные ассоциации получили название эритробластических островков (ЭО) (рис.6.2.).

рис.6.2.Эритробластический островок костного мозга человека. 1-эритробласт 2-цитоплазма макрофага.

У здоровых людей в костном мозге содержится до 137 ЭО на мкг ткани, при угнетении же эритропоэза их количество может уменьшаться в несколько раз, а при стимуляции —увеличиваться.

Макрофаги ЭО играют важную роль в физиологии эритроидных клеток, влияя на их размножение (пролиферацию) и созревание за счет:

1. Фагоцитоза вытолкнутых из нормобластов ядер;
2. Поступления из макрофага в эритробласты с помощью пиноцитоза ферритина, других пластических веществ, необходимых для развития эритроидных клеток;
3. Секреции эритропоэтинактивных веществ;
4. Высокого сродства к эритроидным клеткам-предшественницам, позволяющим макрофагам создавать бла­гоприятные условиях для развития эритробластов.

Из костного мозга в кровь поступают ретикулоциты, в течение суток созревающие в эритроциты. Поэтому количество ретикулоцитов в крови отражает эритроцитарную продукцию костным мозгом, и по их количеству в крови судят об интенсивности эритропоэза. У человека их количество составляет 5- 10 %. За сутки в 1 мкл крови поступает 60-80 тыс. эритроцитов.

В 1 мкл крови у мужчин содер­жится 5+0,5 млн, а у женщин — 4,5±0,5 млн эритроцитов.

Регуляция эритропоэза

Гуморальным регулятором эритропоэза является гормон эритропоэтин. Основным источником его у чело­века являются почки, их перитубулярные клетки — в них образуется до 85-90 % гормона, остальное количество вырабатывается в мак­рофагах (купферовские клетки и др.).

Синтез и секреция эритропоэтина определяется уровнем оксигенации почек. Структурой почек, чувствительной к гипокисии, является гемсодержащий белок перитубулярных клеток, связывающий молекулу кислорода. При доста­точной оксигенации почек оксиформа гемопротеина блокирует ген, регулирующий синтез эритропоэтина. В отсутствии кислорода деоксиформа гемопротеина прекращает тормозить синтез эритропоэтина. При дефиците кислорода в почечных структурах активируются чув­ствительные к гипоксии ферменты. Например, фосфолипаза А2 от­ветственная за синтез простагландинов, в т.ч. Е1 и Е2-, активиру­ющих аденилатциклазу и вызывающих рост концентрации цАМФ в перитубулярных клетках почек, синтезирующих эритропоэтин. Лактан, адреналин, норадреналин, взаимодействующие с В2-адренорецепторами почек, также активируют аденилатциклазную систему, при этом нарастает концентрация цАМФ и цГМФ, вызывающих усиле­ние синтеза и секрецию эритропоэтина в кровь. Так, продукцию эритропоэтина стимулирует пребывание человека в горах, где рО2 в атмосферном воздухе снижено; кровопотеря, уменьшающая кисло­родную емкость крови и т.д. У человека количество эритропоэтина составляет 0,01-0,08 МЕ/мл плазмы, но при гипоксии оно может возрастать в 1000 и более раз. Существует взаимосвязь между ве­личиной гематокрита и уровнем эритропоэтина в плазме. При гематокрите, равном 40-45, количество эритропоэтина составляет 5-80 милиЕД/мл, а при гематокрите равном 10-20 — 1-8 ЕД/мл плазмы. Эритропоэтин усиливает пролиферацию клеток-предше­ственниц эритроидного ряда — КОЕ-Э, а также всех способных к делению эритробластов и ускоряет синтез гемоглобина во всех эритроидных клетках, включая ретикулоциты. Эритропоэтин «запускает» в чувствительных к нему клетках синтез иРНК, необходимых для образования энзимов, участвующих в формировании гема и глобина. Гормон увеличивает также кровоток в сосудах, окружающих эритропоэтическую ткань в костном мозге, и увеличивает выход в кровь ретикулоцитов из его синусоидов.

Торможение эритропоэза вызывают особые вещества — ингибито­ры эритропоэза, образующиеся при увеличении массы циркулиру­ющих эритроцитов, несоответствующей потребностям тканей в кис­лороде. Они обнаруживаются, например, в крови у спустившихся с гор людей. Ингибиторы эритропоэза удлиняют цикл деления эритроидных клеток, тормозят в них синтез гемоглобина.

Эритропоэз активируют увеличивающие чувствительность тка­ни костного мозга к эритропоэтину мужские половые гормо­ны — андрогены. Стимулирующее влияние оказывают не сами андрогены, а продукты их 5-В- редуктазного превращения — 5-В- Н- метаболиты.

Женские половые гормоны — эстрогены об­ладают противоположным действием на эритропоэз. После по­лового созревания устанавливающиеся различия в содержании эритроцитов и гемоглобина с более высокими их значениями у мужчин, чем у женщин, связаны с указанным эффектом поло­вых гормонов.

Катехоламины, взаимодействуя с В-адренорецепторами КОЕ-Э, усиливают пролиферацию этих эритроидных клеток- предшественниц.

Роль железа в кроветворении

Из 4 — 5 г железа, содержащегося в организме, 1/4 составляет резервное железо, а остальное — функци­онально активно. Из этого количества в состав гемоглобина эрит­роцитов входит 62-70%, 5-10% содержится в миоглобине, осталь­ное — в тканях, где оно участвует во многих метаболических про­цессах: в составе металлосодержаших энзимов обеспечивает митохондриальный транспорт электронов, синтез ДНК и деление клеток, метаболизм катехоламинов (гормонов мозгового вещества надпочеч­ников), детоксикационные механизмы, т.е. снижающие активность токсических веществ, поддерживая, в частности, концентрацию цитохрома Р450. Поэтому дефицит железа в организме человека пони­жает его физическую активность и работоспособность.

В организме человека происходит интенсивный обмен железа, оно постоянно перемещается из мест его накопления к местам испо­льзования и обратно. Так, эритропоэз ежесуточно требует от 20 до 25 мг железа. Почти все это количество железа костный мозг по­лучает за счет его повторного использования. Только около 1 мкг железа вновь ежедневно всасывается в кишечнике, пополняя потери с калом, мочой, потом и слущиванием кожи. У молодых женщин потери железа больше (менструация, беременность). Fe ++ поступает в эритробласты с белком плазмы — трансферрином, гликопротеином (MB 76000), мигрирующим при электрофорезе белков плазмы вместе с В1— глобулинами. Плазма содержит от 1,8 до 2,6 мг/л трансферрина. Поскольку 1 мг белка связывает 1,25 мкг Fe ++ , то в общем объеме плазмы содержится около 3 мг железа. В норме лишь 1/3 трансферрина плазмы насыщена железом. Дополнительное количе­ство железа, которое может связываться с ненасыщенным железом трансферрином плазмы, определяет ненасыщенную железосвязывающую способность крови. Общее количество железа, которое может быть связано трансферрином, называется общей железосвязывающей способностью крови (ОЖСК). Концентрация железа в плазме дости­гает у мужчин 120 мг%, у женщин — 80 мг%. ОЖСК нормальной сыворотки крови составляет 290-380 мг%, с мочой выводится за сутки 60-100 мкг железа.

Комплекс трансферрин-железо фиксируется на рецепторах мем­браны эритробласта, количество рецепторов уменьшается в ходе со­зревания эритроидных клеток, исчезая после созревания ретикулоцитов. Поэтому зрелый эритроцит не включает железо. Освобожде­ние железа из комплекса трансферрин-железо обеспечивается энер­гией АТФ. Молекула трансферрина, отдавшая железо, смещается с мембранного участка молекулами трансферрина, связанными с же­лезом, поскольку их сродство к рецепторам более сильное. Железо, поступившее в эритробласт, используется в митохондриях для син­теза гема и депонируется в эритробласте в виде резерва. В макро­фагах печени, костного мозга резервное железо депонируется в молекуле ферритина, состоящей из 24 единиц белка апоферритина, образующих подобие скорлупы, в центре которой аккумулируется железо. Молекулы ферритина, в свою очередь, образуют внутри лизосом большие аморфные нерастворимые агрегаты — гемосидерин. Таким образом, ферритин и гемосидерин — это формы резервного железа в клетках. При освобождении железа из клеточного резерва оно переводится в двухвалентное состояние (благодаря энзиму ксантиноксидазе, аскорбиновой кислоте и др.), соединяется с трансфер­рином и транспортируется к эритробластам.

Абсорбция железа эпителиальными клетками желудочно-кишечно­го тракта усиливается при увеличении концентрации трансферрина в слизистой кишечника, эритропоэтической активности костного мозга и снижается при увеличении концентрации железа в клетках сли­зистой оболочки кишечника. Абсорбция Fe ++ в кишечнике более эффективна, чем Fe +++ и вещества, поддерживающие двухвалентную форму железа, его растворимость — аскорбиновая кислота, фрукто­за, аминокислоты (цистеин, метионин), ускоряют абсорбцию железа. Важным условием абсорбции железа в кишечнике является его био­доступность. Например, железо, входящее в состав гема (мясные продукты, кровяная колбаса) лучше всасывается вкишечнике, чем железо из пищи растительного происхождения.

Роль витаминов в кроветворении

Для нор­мального метаболизма кроветворная ткань нуждается в поступлении в костный мозг ряда вешеств.Витамин В12 и фолиевая кислота необходимы для синтеза нуклеопротеинов, созревания и деления ядер клеток. При их дефиците в наиболее интенсивно делящейся ткани организма — эритроидной, раньше, чем в других, возникают нару­шения, выражающиеся в развитии анемии. Она связана с формиро­ванием в костном мозге огромных ядросодержаших эритроидных клеток — мегалобластов с замедленной скоростью созревания. Об­разующиеся из них большие эритроциты — мегалоциты обладают резко укороченным периодом жизни. Вследствие указанных наруше­ний — замедленного поступления эритроцитов в кровь и быстрого их разрушения в ней, возникает анемия. Это заболевание эффек­тивно излечивается введением витамина В12.Причина дефицита В12 в организме связана с утратой способности париетальных клеток желудка продуцировать «внутренний фактор» — гликопротеин (MB 60000), который, связывая витамин В12 , поступающий с пищей, предохраняет его от расщепления пищеварительными ферментами. Эти нарушения возникают при атрофии слизистой желудка, часто наблюдающейся, например, у стариков (глава 20). И хотя запаса витамина В12 в печени хватает взрослому человеку на 1-5 лет, постепенное его истощение приводит к заболеванию.

Витамин В12 содержится в больших количествах в таких про­дуктах питания, как печень, почки, яйца. Ежесуточная потребность ор­ганизма в витамине В12 достигает 5 микрограмм, содержание в плаз­ме крови — 150-450 микрограмм/л. Поступив в кишечник, комплекс гликопротеин- В12 фиксируется специальными рецепторами слизистой тонкого кишечника и витамин поступает в интестинальные клетки, и далее — в кровь, в которой с помощью особых транспортиру­ющих молекул — транскобаламинов (I, II и III типов) переносятся к печени и костному мозгу. Транскобаламины I и III типа проду­цируются лейкоцитами, II — макрофагами. Поэтому при гиперлей­коцитозе отмечается гипервитаминоз В12.

Фолиевая кислота (витамин В9) поддерживает синтез ДНК в клетках костного мозга благодаря обеспечению этого процесса одним из нуклеотидов — диокситимидилатом, образующимся в ре­зультате митилирования диоксиуридиловой кислоты в присутствии тетрагидрофолата (одной из редуцированных форм фолиевой кисло­ты). Ежедневная нормальная потребность организма человека в фолиевой кислоте составляет 500-700 мгр. Ее резерв в организме равен 5- 10 мг, причем треть его находится в печени. Недостаточное поступление фолиевой кислоты с пищей уже через несколько ме­сяцев вызывает анемию, связанную с ускоренным разрушением эритроцитов. Фолиевой кислотой богаты овощи (шпинат), дрожжи, молоко.

Витамин В6 (пиридоксин) является кофактором (т.е. допол­нительным фактором активности) АЛК-синтетазы (рис.6.1.), участвующей в образовании гема в эритробластах, и его дефицит вы­зывает анемию вследствие нарушенного гемоглобинопоэза.

рис.6.1. Схема синтеза гемоглобина у человека.

Витамин С поддерживает основные этапы эритропоэза, спо­собствуя метаболизму фолиевой кислоты в эритробластах. Он участвует в метаболизме железа как на уровне его абсорбции в желу­дочно-кишечном тракте, так и мобилизациии депонированного в клетках железа.

Витамин Е (а-токоферол) осуществляет защиту фосфатидилэтаноламина мембран эритроцитов от перекисного окисления, уси­ливающего гемолиз эритроцитов.

Витамин РР. Защиту гемоглобина и мембраны эритроцитов от окисления осу­ществляет и витамин РР, являющийся одним из составляющих пиридиннуклеотидов НАД и НАДФ.

Витамин В2 участвует в окислительно-восста­новительных реакциях и его дефицит вызывает у человека анемию гипорегенеративного типа.

Роль микроэлементов в кроветворении

В метаболизме гемопоэтической ткани участвуют микроэлементы:Медь, обеспечивающая лучшее всасывание железа в кишечнике и мобилизацию его резерва из печени и ретикулярных клеток;Никель и Кобальт, имеющие отношение к синтезу гемоглобина и гемсодержаших молекул, способствующих утилизации железа. Их недостаток вызывает анемию (например, в районах, где почвы бедны этими микроэлементами).Селен, тесно воздействуя с витамином Е, защи­щает мембрану эритроцита от повреждения свободными радикалами.Цинк— Почти 75% всего цинка в организме человека находится в эритро­цитах, в составе фермента карбоангидразы. Недостаток цинка вызы­вает лейкопению.