Эритроциты являются наиболее многочисленными форменными элементами крови, основной функцией которых является осуществление переноса газов. Таким образом, эритроциты осуществляют снабжение периферических тканей кислородом и удаление из организма углекислого газа – конечного продукта полного распада биологических веществ.
Нормальный эритроцит обладает рядом параметров, которые обеспечивают успешное выполнение им своих функций.
Основными параметрами эритроцитов являются:
форма двояковогнутого диска;
средний диаметр - 7,2 – 7,5 мкм;
средний объем - 90 мкм3;
длительность «жизни» - 90 – 120 дней;
нормальная концентрация у мужчин - 3,9 – 5,2 х 1012л;
нормальная концентрация у женщин - 3,7 – 4,9 х 1012л;
нормальная концентрация гемоглобина у мужчин - 130 – 160 гл;
нормальная концентрация гемоглобина у женщин - 120 – 150 гл;
гематокрит (соотношение форменных элементов крови к жидкой ее части) у мужчин - 0,40 – 0,48;
гематокрит у женщин - 0,36 – 0,46.
Изменение формы и размера эритроцитов отрицательно отражается на их функции. Например, уменьшение размеров эритроцита свидетельствует о меньшем содержании гемоглобина в нем. В таком случае количество эритроцитов может быть в норме, но, тем не менее, анемия будет присутствовать, поскольку общий уровень гемоглобина будет снижен. Увеличение диаметра эритроцита часто свидетельствует о мегалобластной B12-дефицитной или фолиеводефицитной анемии. Присутствие в анализе крови эритроцитов разного диаметра называется анизоцитозом.
Правильная форма эритроцита с точки зрения физиологии имеет большое значение. Во-первых, она обеспечивает наибольшую площадь соприкосновения эритроцита с сосудистой стенкой во время прохождения по капилляру, а соответственно и высокую скорость газообмена. Во-вторых, измененная форма эритроцитов часто свидетельствует о низких пластических свойствах цитоскелета эритроцита (система белков, организованных в сеть, поддерживающую необходимую форму клетки). Вследствие изменения нормальной формы клетки происходит преждевременное разрушение таких эритроцитов при прохождении через капилляры селезенки. Присутствие в периферической крови эритроцитов различной формы именуется пойкилоцитозом.
Особенности структуры эритроцита
Цитоскелет эритроцита является системой микротрубочек и микрофиламентов, придающих эритроциту ту или иную форму. Микрофиламенты состоят из трех видов белков - актина, миозина и тубулина. Данные белки способны активно сокращаться, изменяя форму эритроцита для осуществления необходимой задачи. Например, для прохождения через капилляры эритроцит вытягивается, а по выходу из узкого участка снова принимает первоначальную форму. Данные преобразования происходят при использовании энергии АТФ (аденозинтрифосфат) и ионов кальция, являющихся пусковым фактором в перестройке цитоскелета.
Еще одной особенностью эритроцита является отсутствие ядра. Данное свойство крайне выгодно с эволюционной точки зрения, поскольку позволяет более рационально использовать пространство, которое бы занимало ядро, и вместо него поместить в эритроцит большее количество гемоглобина. Более того, ядро значительно бы ухудшило пластические свойства эритроцита, что недопустимо, учитывая, что данная клетка должна проникать через капилляры, диаметр которых в несколько раз меньше ее собственного.
Гемоглобин является макромолекулой, заполняющей 98% объема зрелого эритроцита. Он располагается в ячейках цитоскелета клетки. Подсчитано, что в среднем эритроците содержится приблизительно 280 – 400 миллионов молекул гемоглобина. Он состоит из белковой части – глобина и небелковой части – гема. Глобин, в свою очередь, состоит из четырех мономеров, два из которых мономеры (альфа) и остальные два – мономеры (бета). Гем является сложной неорганической молекулой, в центре которой располагается железо, способное окисляться и восстанавливаться в зависимости от условий среды. Основной функцией гемоглобина является захват, транспортировка и высвобождение кислорода и углекислого газа. Данные процессы регулируются кислотностью среды, парциальным давлением газов крови и другими факторами.
Различают следующие виды гемоглобина:
гемоглобин А (HbA);
гемоглобин А2 (HbA2);
гемоглобин F (HbF);
гемоглобин Н (HbH);
гемоглобин S (HbS).
Гемоглобин А является наиболее численной фракцией, доля которой составляет 95 – 98%. Данный гемоглобин является нормальным, а его строение соответствует описанному выше. Гемоглобин А2 состоит из двух цепей и двух цепей (дельта). Данный тип гемоглобина не менее функционален, чем гемоглобин А, однако его доля составляет всего 2 – 3% . Гемоглобин F является детской или фетальной фракцией гемоглобина и встречается в среднем до 1 года. Непосредственно после рождения фракция такого гемоглобина наиболее высока и составляет 70 – 90%. К концу первого года жизни фетальный гемоглобин разрушается, а его место занимает гемоглобин А. Гемоглобин Н встречается при талассемии, при этом он формируется из 4-х мономеров . Гемоглобин S является диагностическим признаком серповидноклеточной анемии.
Мембрана эритроцита состоит из двойного липидного слоя, пронизанного различными белками, выполняющими роль насосов для разнообразных микроэлементов. К внутренней поверхности мембраны прикрепляются элементы цитоскелета. На внешней поверхности эритроцита располагается большое количество гликопротеидов, выполняющих роль рецепторов и антигенов – молекул, определяющих уникальность клетки. На сегодняшний день на поверхности эритроцитов обнаружено более 250 видов антигенов, наиболее изученными из которых являются антигены системы АВ0 и системы резус-фактора.
По системе АВ0 различают 4 группы крови, а по резус-фактору – 2 группы. Открытие данных групп крови ознаменовало начало новой эры в медицине, поскольку позволило производить переливание крови и ее компонентов пациентам со злокачественными заболеваниями крови, массивными кровопотерями и др. Также благодаря переливанию крови значительно возросла выживаемость пациентов после массивных хирургических вмешательств.
По системе АВ0 различают следующие группы крови:
агглютиногены (антигены на поверхности эритроцитов, которые при контакте с одноименными агглютининами вызывают осаждение красных кровяных телец) на поверхности эритроцитов отсутствуют;
присутствуют агглютиногены А;
присутствуют агглютиногены В;
присутствуют агглютиногены А и В.
По наличию резус-фактора различают следующие группы крови:
резус-положительная – 85% населения;
резус-отрицательная – 15% населения.
Несмотря на тот факт, что, теоретически, переливая полностью совместимую кровь от одного пациента другому анафилактических реакций быть не должно, периодически они случаются. Причиной такого осложнения является несовместимость по остальным типам эритроцитарных антигенов, которые, к сожалению, практически не изучены на сегодняшний день. Кроме того, причиной анафилаксии могут быть некоторые компоненты плазмы – жидкой части крови, Поэтому согласно последним рекомендациям международных медицинских гидов переливание цельной крови не приветствуется. Вместо этого переливаются компоненты крови – эритроцитарная масса, тромбоцитарная масса, альбумины, свежезамороженная плазма концентраты факторов свертывания и т. д.
Упомянутые ранее гликопротеиды, расположенные на поверхности мембраны эритроцитов, формируют слой, называющийся гликокаликсом. Важной особенностью данного слоя является отрицательный заряд на его поверхности. Поверхность внутреннего слоя сосудов также имеет отрицательный заряд. Соответственно, в кровеносном русле эритроциты отталкиваются от стенок сосуда и друг от друга, что предотвращает образование кровяных сгустков. Однако стоит произойти повреждению эритроцита или ранению стенки сосуда, как отрицательный их заряд постепенно сменяется на положительный, здоровые эритроциты группируются вокруг места повреждения, и формируется тромб.
Понятие деформируемости и цитоплазматической вязкости эритроцита тесно сопряжено с функциями цитоскелета и концентрацией гемоглобина в клетке. Деформируемостью называется способность эритроцита клетки произвольно изменять свою форму для преодоления препятствий. Цитоплазматическая вязкость обратно пропорциональна деформируемости и возрастает вместе с увеличением содержания гемоглобина по отношению к жидкой части клетки. Увеличение вязкости происходит при старении эритроцита и является физиологическим процессом. Параллельно с увеличением вязкости происходит уменьшение деформируемости.
Тем не менее, изменение данных показателей может иметь место не только при физиологическом процессе старения эритроцита, но еще и при многих врожденных и приобретенных патологиях, таких как наследственные мембранопатии, ферментопатии и гемоглобинопатии, которые более подробно будут описаны далее.
Эритроцит, как и любая другая живая клетка, нуждается в энергии для успешного функционирования. Энергию эритроцит получает при окислительно-восстановительных процессах, происходящих в митохондриях. Митохондрии сравниваются с электростанциями клетки, поскольку преобразуют глюкозу в АТФ в ходе процесса, именуемого гликолизом. Отличительной способностью эритроцита является то, что его митохондрии образуют АТФ только путем анаэробного гликолиза. Иными словами, данные клетки не нуждаются в кислороде для обеспечения своей жизнедеятельности и поэтому доставляют тканям ровно столько кислорода, сколько получили при прохождении через легочные альвеолы.
Несмотря на то, что об эритроцитах сложилось мнение как об основных переносчиках кислорода и углекислого газа, помимо этого они выполняют еще ряд важных функций.
Второстепенными функциями эритроцитов являются:
регуляция кислотно-щелочного равновесия крови посредством карбонатной буферной системы;
гемостаз – процесс, направленный на остановку кровотечения;
определение реологических свойств крови – изменение численности эритроцитов по отношению к общему количеству плазмы приводит к сгущению или разжижению крови.
участие в иммунных процессах – на поверхности эритроцита находятся рецепторы для прикрепления антител;
пищеварительная функция – распадаясь, эритроциты высвобождают гем, самостоятельно трансформирующийся в свободный билирубин. В печени свободный билирубин превращается в желчь, использующуюся для расщепления жиров пищи.
Жизненный цикл эритроцита
Эритроциты образуются в красном костном мозге, проходя через многочисленные стадии роста и созревания. Все промежуточные формы предшественников эритроцитов объединяются в единый термин – эритроцитарный росток.
По мере созревания предшественники эритроцита претерпевают изменение кислотности цитоплазмы (жидкой части клетки), самопереваривание ядра и накопление гемоглобина. Непосредственным предшественником эритроцита является ретикулоцит – клетка, в которой при рассмотрении под микроскопом можно встретить некоторые плотные включения, являвшиеся некогда ядром. Ретикулоциты циркулируют в крови от 36 до 44 часов, за которые они избавляются от остатков ядра и заканчивают синтез гемоглобина из остаточных цепей матричной РНК (рибонуклеиновой кислоты).
Регуляция созревания новых эритроцитов осуществляется посредством прямого механизма обратной связи. Веществом, стимулирующим рост числа эритроцитов, является эритропоэтин – гормон, вырабатываемый паренхимой почек. При кислородном голодании выработка эритропоэтина усиливается, что приводит к ускорению созревания эритроцитов и в конечном итоге – восстановлению оптимального уровня насыщения тканей кислородом. Второстепенная регуляция деятельности эритроцитарного ростка осуществляется посредством интерлейкина-3, фактора стволовых клеток, витамина В12, гормонов (тироксин, соматостатин, андрогены, эстрогены, кортикостероиды) и микроэлементов (селен, железо, цинк, медь и др.).
По истечении 3 – 4 месяцев существования эритроцита происходит его постепенная инволюция, проявляющаяся выходом внутриклеточной жидкости из него по причине износа большинства транспортных ферментных систем. Вслед за этим происходит уплотнение эритроцита, сопровождающееся снижением его пластических свойств. Снижение пластических свойств ухудшает проходимость эритроцита через капилляры. В конечном итоге такой эритроцит попадает в селезенку, застревает в ее капиллярах и разрушается лейкоцитами и макрофагами, располагающимися вокруг них.
После разрушения эритроцита в кровеносное русло выделяется свободный гемоглобин. При скорости гемолиза менее 10% от общего числа эритроцитов в сутки гемоглобин захватывается белком под названием гаптоглобин и оседает в селезенке и внутреннем слое сосудов, где разрушается макрофагами. Макрофаги уничтожают белковую часть гемоглобина, но высвобождают гем. Гем под действием ряда ферментов крови трансформируется в свободный билирубин, после чего транспортируется в печень белком альбумином. Наличие в крови большого количества свободного билирубина сопровождается появлением желтухи лимонного оттенка. В печени свободный билирубин связывается с глюкуроновой кислотой и выделяется в кишечник в виде желчи. При наличии препятствия оттоку желчи она поступает обратно в кровь и циркулирует в виде связанного билирубина. В таком случае также появляется желтуха, однако более темного оттенка (слизистые и кожные покровы оранжевого или красноватого цвета).
После выхода связанного билирубина в кишечник в виде желчи происходит его восстановление до стеркобилиногена и уробилиногена при помощи кишечной флоры. Большая часть стеркобилиногена превращается в стеркобилин, который выделяется с калом и окрашивает его в коричневый цвет. Остаточная часть стеркобилиногена и уробилиноген всасывается в кишечнике и поступает обратно в кровоток. Уробилиноген трансформируется в уробилин и выделяется с мочой, а стеркобилиноген повторно поступает в печень и выводится с желчью. Данный цикл с первого взгляда может показаться бессмысленным, однако, это заблуждение. Во время повторного попадания продуктов распада эритроцитов в кровь осуществляется стимуляция активности иммунной системы.
При увеличении скорости гемолиза от 10% до 17 – 18% от общего числа эритроцитов в сутки резервов гаптоглобина становится недостаточно, для того чтобы захватывать высвобождающийся гемоглобин и утилизировать его путем, описанным выше. В таком случае свободный гемоглобин с током крови поступает в почечные капилляры, отфильтровывается в первичную мочу и окисляется до гемосидерина. Затем гемосидерин поступает во вторичную мочу и выводится из организма.
При крайне выраженном гемолизе, темпы которого превышают 17 – 18% от общего количества эритроцитов в сутки, гемоглобин поступает в почки в слишком большом количестве. Из-за этого не успевает происходить его окисление и в мочу поступает чистый гемоглобин. Таким образом, определение в моче избытка уробилина является признаком легкой гемолитической анемии. Появление гемосидерина свидетельствует о переходе в среднюю степень гемолиза. Обнаружение гемоглобина в моче говорит о высокой интенсивности разрушения эритроцитов.