Эритроциты

Эритроциты, или красные кровяные тельца, человека и большинства млекопитающих - это самые многочисленные форменные элементы крови, утратившие в фило- и онтогенезе ядро и часть органелл (постклеточные структуры). Эритроциты являются высокодифференцированными структурами, не способными к делению. Основная функция эритроцитов - дыхательная - транспортировка кислорода и углекислоты. Эта функция обеспечивается дыхательным пигментом - гемоглобином - сложным белком, имеющим в своем составе железо. Кроме того, эритроциты участвуют в

Рис. 7.1. Форменные элементы крови человека:

1 - эритроцит; 2 - сегментоядерный нейтрофильный гранулоцит; 3 - палочкоя-дерный нейтрофильный гранулоцит; 4 - юный нейтрофильный гранулоцит; 5 - эозинофильный (ацидофильный) гранулоцит; 6 - базофильный гранулоцит; 7 - большой лимфоцит; 8 - средний лимфоцит; 9 - малый лимфоцит; 10 - моноцит;

11 - тромбоциты (кровяные пластинки). Мазок, окраска по Романовскому-Гимзе

транспорте аминокислот, антител, токсинов и ряда лекарственных веществ, адсорбируя их на поверхности плазмолеммы.

Количество эритроцитов у взрослого мужчины составляет 3, 9-5, 5*10¹²/л, а у женщин - 3, 7-4, 9*10¹²/л крови. Однако число эритроцитов у здоровых людей может варьировать в зависимости от возраста, эмоциональной и физической нагрузки, действия экологических факторов и др.

Форма и строение. Популяция эритроцитов неоднородна по их форме и размерам. В нормальной крови человека основную массу (80-90 %) составляют эритроциты двояковогнутой формы - дискоциты. Кроме того, имеются планоциты (с плоской поверхностью) и стареющие формы эритроци-

Рис. 7.2. Эритроциты различной формы в сканирующем электронном микроскопе, ув. 8000 (по Г. Н. Никитиной):

1 - дискоциты-нормоциты; 2 - дискоцит-макроцит; 3, 4 - эхиноциты; 5 - стома-тоциты; 6 - сфероцит

тов - шиповидные эритроциты, или эхиноциты (~6 %), куполообразные, или стоматоциты (~1-3 %), и шаровидные, или сфероциты (~1 %) (рис. 7.2). Процесс старения эритроцитов идет двумя путями - кренированием (образование зубцов на плазмолемме) или путем инвагинации участков плазмо-леммы (рис. 7.3).

Одним из проявлений процесса старения эритроцитов служит их гемолиз, сопровождающийся выходом гемоглобина; при этом в крови обна-

Рис. 7.3. Изменение формы эритроцитов в процессе старения (схема):

I, II, III, IV - стадии развития эхиноцитов и стоматоцитов (по Т. Фуджии)

Рис. 7.4. Электронная микрофотография гемолиза эритроцитов и образование их «теней» (по Г. Н. Никитиной): 1 - дискоцит; 2 - эхиноцит; 3 - «тени» эритроцитов. Увеличение 8000

руживаются «тени» (оболочки) эритроцитов (рис. 7.4). Обязательной составной частью популяции эритроцитов являются их молодые формы (1-5 %), называемые ретикулоцитами. В них сохраняются рибосомы и эндо-плазматическая сеть, формирующие зернистые и сетчатые структуры (substantia granulofilamentosa), которые выявляются при специальной супра-витальной окраске (рис. 7.5). При обычной гематологической окраске азуром II-эозином они в отличие от основной массы эритроцитов, окрашивающихся в оранжево-розовый цвет (оксифилия), проявляют полих-роматофилию и окрашиваются в серо-голубой цвет.

При заболеваниях могут появляться аномальные формы эритроцитов, что чаще всего обусловлено изменением структуры гемоглобина (Нb). Замена даже одной аминокислоты в молекуле НЬ может быть причиной изменения формы эри-

Рис. 7.5. Ретикулоциты (по Г. А. Алексееву и И. А. Кассирскому): зернисто-сетчатая субстанция имеет вид клубка (I), отдельных нитей, розетки (II, III), зернышек (IV)

троцитов. В качестве примера можно привести появление эритроцитов серповидной формы при серповидно-клеточной анемии, когда у больного имеет место генетическое повреждение в β -цепи гемоглобина. Нарушение формы эритроцитов при заболеваниях получило название пойкилоцитоз.

Размеры эритроцитов в нормальной крови также варьируют. Большинство эритроцитов (~75 %) имеют диаметр около 7, 5 мкм и называются нормоци-тами. Остальная часть эритроцитов представлена микроцитами (~12, 5 %) и макроцитами (~12, 5 %). Микроциты имеют диаметр менее 7, 5 мкм, а макро-циты - 9-12 мкм. Изменение размеров эритроцитов встречается при заболеваниях крови и называется анизоцитозом.

Плазмолемма. Плазмолемма эритроцита - белково-липидная клеточная мембрана. Она имеет хорошо развитый гликокаликс, образованный олиго-сахарами, входящими в состав гликолипидов, гликосфинголипидов и гли-копротеинов мембраны. Распространены мембранные гликопротеины - гликофорины. С ними связывают антигенные различия между группами крови человека. Гликофорины обнаружены только в эритроцитах. В состав гликофорина входят остатки сиаловой кислоты, придающие отрицательный заряд поверхности эритроцита.

Олигосахариды гликолипидов и гликопротеинов определяют антигенный состав эритроцитов, т. е. наличие в них агглютиногенов. На поверхности эритроцитов выявлены агглютиногены АиВ, в состав которых входят полисахариды, содержащие аминосахара и глюкуроновую кислоту. Они обеспечивают агглютинацию (склеивание) эритроцитов под влиянием соответствующих белков плазмы крови - α -и β -агглютининов, находящихся в составе фракции γ -глобулинов.

По содержанию агглютиногенов и агглютининов различают 4 группы крови: в крови 0(1) группы отсутствуют агглютиногены А и В, но имеются а- и β -агглютини-ны; в крови А(П) группы имеются агглютиноген А и α -агглютинин; в крови В(Ш) группы содержатся В-агглютиноген и α -агглютинин; в крови AB(IV) группы имеются агглютиногены А и В и нет агглютининов. При переливании крови для предотвращения гемолиза (разрушение эритроцитов) нельзя допускать вливания реципиентам эритроцитов с агглютиногенами А или В, имеющим а- и β -агглютинины.

На поверхности эритроцитов имеется также антиген - резус-фактор (Rh-фактор) - агглютиноген. Он присутствует у 86 % людей; у 14 % отсут-

Рис. 7.6. Свежая кровь: 1 - эритроциты (дискоциты); 2 - эритроциты с выростами цитоплазмы (эхи-ноциты); 3 - «монетные столбики» эритроцитов (агглютинированные эритроциты); 4 - лейкоциты; 5 - тромбоциты (кровяные пластинки); 6 - нити фибрина

ствует (резус-отрицательные). Переливание резус-положительной крови резус-отрицательному пациенту вызывает образование резус-антител и гемолиз эритроцитов. Агглютинация эритроцитов свойственна нормальной свежей крови, при этом образуются так называемые «монетные столбики» (рис. 7.6). Это явление связано с потерей заряда плаз-молеммой эритроцитов.

С внутренней стороны плазмо-леммы эритроцита расположена группа белков цитоскелета.

Среди них белок спектрин формирует в примембранном пространстве сеть, которая прикрепляется к плаз-молемме с помощью белков анки-рина и белка полосы 3. Все это обеспечивает плазмолемме упругость и эластичность, а эритроциту - двояковогнутую форму (рис. 7.7, а, б). Скорость оседания (агглютинации) эритроцитов (СОЭ) в 1 ч у здоровых мужчин составляет 4-8 мм и 7-10 мм у женщин. СОЭ может значительно изменяться при заболеваниях, например при воспалительных процессах, и поэтому служит важным диагностическим признаком. В движущейся крови эритроциты отталкиваются из-за наличия на их плазмолемме одноименных отрицательных зарядов. Поверхность плазмолеммы одного эритроцита составляет около 130 мкм².

Цитоплазма эритроцита состоит из воды (60 %) и сухого остатка (40 %), содержащего около 95 % гемоглобина и 5 % других веществ.

Наличие гемоглобина обусловливает желтую окраску отдельных эритроцитов свежей крови, а совокупность эритроцитов - красный цвет крови. При окрашивании мазка крови азуром II-эозином по Романовскому-Гимзе большинство эритроцитов приобретают оранжево-розовый цвет (оксифиль-ны), что связано с высоким содержанием в них гемоглобина.

В небольшой части эритроцитов (1-5 %), являющихся более молодыми формами, сохраняются остатки органелл (рибосомы, гранулярная эндоплазматическая сеть), которые проявляют базофилию. Такие эритроциты окрашиваются как кислыми красителями (эозин), так и основными (азур II) и называются полихроматофиль-ными. При специальной суправитальной окраске (бриллиант-крезилфиолетовым) в них выявляются сетевидные структуры, поэтому их называют ретикулоцитами. Эритроциты различаются по степени насыщенности гемоглобином. Среди них выделяются нормохромные, гипохромные и гиперхромные, соотношение между которыми значительно изменяется при заболеваниях. Количество гемоглобина в одном эритроците называют цветным показателем. Электронно-микроскопически

Рис. 7.7. Строение плазмолеммы и цитоскелета эритроцита: а - схема строения эритроцита и расположение белков в плазмолемме; А, В, АВ, Rh - антигены групповой совместимости крови; HbA - гемоглобин взрослого человека; HbF - гемоглобин плода (фетальный); б - плазмолемма и цито-скелет эритроцита в сканирующем электронном микроскопе. 1 - плазмолемма; 2 - сеть спектрина

гемоглобин выявляется в гиалоплазме эритроцита в виде многочисленных плотных гранул диаметром 4-5 нм.

Гемоглобин - это сложный белок (68 килодальтон), состоящий из 4 полипептидных цепей глобина и гема (железосодержащий порфирин), обладающий высокой способностью связывать кислород. В норме у человека содержится два типа гемоглобина - НbА и HbF. Эти гемоглобины различаются составом аминокислот в глобиновой (белковой) части.

У взрослых людей в эритроцитах преобладает НbА (от англ. adult - взрослый), составляя 98 %. HbF, или фетальный гемоглобин (от англ. foetus - плод), составляет у взрослых около 2 % и преобладает у плодов. К моменту рождения ребенка HbF составляет около 80 %, а НЬА только 20 %. Эти гемоглобины различаются составом аминокислот в глобино-

вой (белковой) части. В связи с этим сродство к кислороду у фетального гемоглобина выше, чем у гемоглобина взрослых. В результате кислород из крови матери легко переходит к фетальному гемоглобину плода.

Железо (Fe²+) в геме может присоединять О₂ в легких (в таких случаях образуется оксигемоглобин - НЬ0₂) и отдавать его в тканях путем диссоциации НЬО, на кислород (О₂) и НЬ; валентность Fe²+ не изменяется.

При ряде заболеваний (гемоглобинозы, гемоглобинопатии) в эритроцитах появляются другие виды гемоглобинов, которые характеризуются изменением аминокислотного состава в белковой части гемоглобина.

В настоящее время выявлено более 150 видов аномальных гемоглобинов. Например, при серповидно-клеточной анемии имеет место генетически обусловленное повреждение в β -цепи гемоглобина - глутаминовая кислота заменена на аминокислоту валин. Такой гемоглобин обозначается как HbS (от англ. sickle - серп). Эритроциты в условиях понижения парциального давления О₂ приобретают форму серпов, полулуний. В ряде стран тропического пояса определенный контингент людей являются гетерозиготными для серповидных генов, а дети двух гетерозиготных родителей по законам наследственности имеют либо нормальный тип (25 %), либо бывают гетерозиготными носителями, и 25 % страдают серповидно-клеточной анемией.

Гемоглобин способен связывать О₂ в легких, при этом образуется оксигемоглобин, который транспортируется ко всем органам и тканям и там отдает О₂. В тканях выделяемая СО₂ поступает в эритроциты и соединяется с НЬ, образуя карбоксигемоглобин. При разрушении эритроцитов (старых или при воздействии различных факторов - токсины, радиация и др.) гемоглобин выходит из клеток, и это явление называется гемолизом. Старые эритроциты разрушаются макрофагами главным образом в селезенке, а также в печени и костном мозге, при этом НЬ распадается, а высвобождающееся из железосодержащего гема железо используется для образования новых эритроцитов.

В макрофагах гемоглобин распадается на пигмент билирубин и гемосидерин - аморфные агрегаты, содержащие железо. Железо гемосидерина связывается с транс-феррином - негеминовым белком плазмы, содержащим железо, и захватывается специальными макрофагами костного мозга. В процессе образования эритроцитов (эритропоэз) эти макрофаги передают трансферрин в формирующиеся эритроциты. В цитоплазме эритроцитов содержатся ферменты анаэробного гликолиза, с помощью которых синтезируются АТФ и NADН, обеспечивающие энергией главные процессы, связанные с переносом О₂ и СО₂, а также поддержание осмотического давления и перенос ионов через плазмолемму эритроцита. Энергия гликолиза обеспечивает активный транспорт катионов через плазмолемму, поддержание оптимального соотношения концентрации К+ и Na+ в эритроцитах и плазме крови, сохранение формы и целостности мембраны эритроцита. NАDН участвует в метаболизме НЬ, предотвращая его окисление в метгемоглобин.

Эритроциты участвуют в транспорте аминокислот и полипептидов, регулируют их концентрацию в плазме крови, т. е. играют роль буферной системы. Постоянство концентрации аминокислот и полипептидов в плазме крови

поддерживается с помощью эритроцитов, которые адсорбируют их избыток из плазмы, а затем отдают различным тканям и органам. Таким образом, эритроциты являются подвижным депо аминокислот и полипептидов.

Сорбционная способность эритроцитов связана с состоянием газового режима (парциальное давление О₂ и СО₂ - Ро₂, Рсо₂): в частности при действии О₂ наблюдаются выход аминокислот из эритроцитов и увеличение их содержания в плазме.

Продолжительность жизни и старение эритроцитов. Средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет от 70 до 120 сут. В организме ежедневно разрушается около 200 млн эритроцитов. При их старении происходят изменения в плазмолемме эритроцита: в частности в гликокаликсе снижается содержание сиаловых кислот, определяющих отрицательный заряд плазмолеммы. Отмечаются изменения цитоскелетного белка спектрина, что приводит к преобразованию дисковидной формы эритроцита в сферическую. В плазмолем-ме появляются специфические рецепторы аутологичных антител (IgGl, IgG2), которые при взаимодействии с этими антителами образуют комплексы, обеспечивающие «узнавание» их макрофагами и последующий фагоцитоз. В стареющих эритроцитах снижаются интенсивность гликолиза и соответственно содержание АТФ. Вследствие нарушения проницаемости плазмолеммы снижается осмотическая резистентность, наблюдаются выход из эритроцитов ионов К+ в плазму и увеличение в них содержания Na+. При старении эритроцитов отмечается нарушение их газообменной функции.