15.3E: Кров

Кров - це рідка тканина. Зваженими в водянистій плазмі знаходяться сім типів клітин і фрагментів клітин.

1. еритроцити (еритроцити) або еритроцити
2. тромбоцити або тромбоцити
3. п'ять видів лейкоцитів (WBC) або лейкоцитів
   • Три види гранулоцитів
     • нейтрофіли
     • еозинофіли
     • базофіли
   • Два види лейкоцитів без гранул в їх цитоплазмі
     • лімфоцитів
     • моноцити

Якщо взяти зразок крові, обробити його засобом, щоб запобігти згортанню, і розкручує його в центрифузі, еритроцити осідають на дно, а білі клітини осідають поверх них, утворюючи «охристу шерсть». Фракція, яку займають еритроцити, називається гематокритом. У нормі вона становить приблизно 45%. Значення набагато нижче цього є ознакою анемії.

Малюнок 15.3.5.1 Гематокрит

функції крові

Кров виконує дві основні функції:

• транспортування через кузов
  • кисень і вуглекислий газ
  • молекули їжі (глюкоза, ліпіди, амінокислоти)
  • іони (наприклад, Na ⁺, Ca ²⁺, HCO ₃ ⁻)
  • відходи (наприклад, сечовина)
  • гормони
  • тепло
• захист організму від інфекцій та інших сторонніх матеріалів. Усі WBC беруть участь у цих обороні.

Освіта клітин крові

Всі різні типи клітин крові виробляються в кістковому мозку (приблизно 10 з них ¹¹ щодня у дорослої людини). Вони виникають з одного типу клітин, званих гемопоетичною стовбуровою клітиною — «дорослої» мультипотентної стовбурової клітини. Ці стовбурові клітини дуже рідкісні (лише приблизно одна з 10 000 клітин кісткового мозку) і прикріплюються (ймовірно, за допомогою адгезенних з'єднань) до остеобластів, що вистилають внутрішню поверхню кісткових порожнин. Вони також експресують білок клітинної поверхні, позначений CD34.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Типи клітин крові

Гемопоетичні стовбурові клітини виробляють шляхом мітозу два види потомства: (1) більше стовбурових клітин (Миша, у якої всі стовбурові клітини крові були вбиті смертельною дозою радіації, можна врятувати шляхом ін'єкції однієї живої стовбурової клітини) і (2) клітини, які починають диференціюватися уздовж шляхів, що ведуть до різних види клітин крові. Який шлях береться, регулюється потребою більшої кількості клітин крові, який, в свою чергу, контролюється відповідними цитокінами та/або гормонами. Наприклад, Інтерлейкін-7 (IL-7) є основним цитокіном у стимулюванні стовбурових клітин кісткового мозку, щоб почати «лімфоїдний» шлях, що веде до різних лімфоцитів (переважно В-клітин і Т-клітин).

Деякі цитокіни, які керують диференціацією «мієлоїдних» лейкоцитів, є

• Еритропоетин (ЕПО), що виробляється нирками, підсилює вироблення еритроцитів (еритроцитів).
• Тромбопоетин (ТПО), що допомагає Інтерлейкін-11 (ІЛ-11), стимулює вироблення мегакаріоцитів. Їх фрагментацію виробляють тромбоцити.
• Гранулоцитарно-макрофаговий колонієстимулюючий фактор (GM-CSF), як випливає з назви, посилає клітини вниз по шляху, що веде до обох цих типів клітин. З часом береться той чи інший шлях.
  • Під впливом гранулоцитарного колонієстимулюючого фактора (G-CSF) вони диференціюються на нейтрофіли.
  • Далі стимулюються інтерлейкіну-5 (IL-5) вони розвиваються в еозинофіли.
  • Інтерлейкін-3 (ІЛ-3) бере участь у диференціації більшості лейкоцитів, але відіграє особливо помітну роль у формуванні базофілів (відповідальних за деякі алергії).
  • Стимульовані макрофаговим колонієстимулюючим фактором (M-CSF) клітини-попередники гранулоцитів/макрофагів диференціюються на моноцити, макрофаги та дендритні клітини (ДК).

Червоні кров'яні клітини (еритроцити)

Найчисленніший тип в крові. Вони в середньому 7 мкм в діаметрі. Жінки в середньому близько 4,8 мільйона цих клітин на кубічний міліметр (мм ³; що таке ж, як мікролітр [мкл]) крові. Чоловіки в середньому близько 5,4 х 10 ⁶ на мкл. Ці значення можуть варіюватися в досить великому діапазоні в залежності від таких факторів, як здоров'я і висота. (Перуанці, які живуть на 18 000 футів, можуть мати цілих 8,3 х 10 ^{6 еритроцитів} на мкл.)

Провісники РБК дозрівають в кістковому мозку, тісно прикріпленому до макрофага. Вони виробляють гемоглобін, поки на нього не припадає близько 90% сухої ваги клітини. У ссавців ядро видавлюється з клітини і потрапляє в організм макрофагом. Всі мітохондрії, а також ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі руйнуються. Більше не потрібні білки виганяються з клітини в везикулах, які називаються екзосомами. \(\PageIndex{2}\)На малюнку зображена скануюча електронна мікрофотографія, яка показує характерну двоувігнуту форму еритроцитів.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Червоні кров'яні тільця люб'язно доктор Маріон Дж. Барнхарт

Таким чином, еритки невиліковно диференційовані; тобто вони ніколи не можуть ділитися. Вони живуть близько 120 днів, а потім потрапляють в організм фагоцитарними клітинами в печінку і селезінку. Велика частина заліза в їх гемоглобіні рекультивується для повторного використання. Залишок гемової частини молекули розкладається на жовчні пігменти і виводиться печінкою. Близько 3 мільйонів еритроцитів вмирають і щосекунди очищаються печінкою.

Еритроцити відповідають за транспорт кисню і вуглекислого газу.

кисневий транспорт

У дорослої людини молекула гемоглобіну (Hb) складається з чотирьох поліпептидів:

• два альфа (α) ланцюга 141 амінокислот
• два бета (β) ланцюга 146 амінокислот

Малюнок\(\PageIndex{3}\): оксигемоглобін

До кожного з них прикріплюється протезна група гема. У центрі кожного гема знаходиться по одному атому заліза. Одна молекула кисню може зв'язуватися з кожним гемом. Реакція оборотна. В умовах більш низької температури, більш високого рН, і підвищеного тиску кисню в капілярах легенів реакція протікає вправо. Фіолетово-червоний дезоксигенізований гемоглобін венозної крові стає яскраво-червоним оксигемоглобіном артеріальної крові. В умовах більш високої температури, зниження рН, і більш низького тиску кисню в тканині сприяє зворотна реакція і оксигемоглобін віддає свій кисень.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Тиск кисню проти насичення гемоглобін

Тиск кисню в легенях становить 90-95 торр; у внутрішніх тканині - близько 40 торр. Тому тільки частина кисню, що переноситься еритроцитами, в нормі розвантажується в тканинами. Однак енергійна діяльність може знизити тиск кисню в скелетних м'язах нижче 40 торр, що викликає велике збільшення кількості кисню, що виділяється. Цей ефект посилюється високою концентрацією вуглекислого газу в м'язах і внаслідок цього більш низьким рН (7,2). Більш низька концентрація вуглекислого газу (а отже, і більш високий рН) в легенях сприяє зв'язуванню кисню з гемоглобіном і, отже, поглинання кисню.

Перепади температури також впливають на зв'язування кисню з гемоглобіном. У відносній теплоті внутрішніх органів крива зрушена вправо (як крива для рН 7,2), допомагаючи розвантажувати кисень. При відносній прохолоді легенів крива зміщується вліво, сприяючи поглинанню кисню.

Хоча кисень, що транспортується еритками, робить можливим клітинне дихання по всьому тілу, еритроцитів не вистачає мітохондрій і тому не може виконувати клітинне дихання самостійно і повинні існувати при гліколізі.

Транспорт вуглекислого газу

Вуглекислий газ (СО ₂) з'єднується з водою, утворюючи вугільну кислоту, яка дисоціює на іон водню (Н ⁺) і бікарбонатний іон:

\[\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3^{−}}\]

95% CO ₂, що утворюється в тканині, переноситься в еритроцитах. Він потрапляє (і виходить) з клітини шляхом дифузії через плазматичну мембрану. Потрапивши всередину, близько половини СО ₂ безпосередньо зв'язується з гемоглобіном (на ділянці, відмінному від тієї, яка зв'язує кисень). Решта перетворюється за рівнянням вище ферментом карбоангідрази в бікарбонатні іони, які дифузіруют назад в плазму і іони водню (H ⁺), які зв'язуються з білковою частиною гемоглобіну (таким чином, не впливаючи на рН). Іони бікарбонату виходять з еритроцитів шляхом полегшеної дифузії через трансмембранні канали в плазматичній мембрані. Лише близько 5% CO ₂, що утворюється в тканині, розчиняється безпосередньо в плазмі. (Добре також: якби всі CO ₂, які ми робимо, проводилися таким чином, рН крові впав би з нормального 7,4 до миттєво-смертельного 4,5) Коли еритроцити досягають легенів, ці реакції змінюються і СО ₂ вивільняється в повітря альвеол.

Анемія

Анемія - це нестача еритроцитів і/або кількості гемоглобіну в них. Анемія має безліч причин. Одним з найпоширеніших є недостатнє надходження заліза в раціон.

Групи крові

Еритроцити мають поверхневі антигени, які відрізняються між людьми і створюють так звані групи крові, такі як система АВО та резус-система.

Лейкоцити (лейкоцити)

Лейкоцити набагато менш численні, ніж червоні (співвідношення між ними становить близько 1:700) і мають ядра. Вони складаються з лімфоцитів і моноцитів з відносно прозорою цитоплазмою, і трьох видів гранулоцитів, цитоплазма яких заповнена гранулами. Вони беруть участь в захисті організму від інфекції.

Лімфоцити

Існує кілька видів лімфоцитів (хоча всі вони схожі під мікроскопом), кожен з яких має різні функції для виконання. Найбільш поширеними типами лімфоцитів є:

• В-лімфоцити («В-клітини»). Вони відповідають за вироблення антитіл.
• Т-лімфоцити («Т-клітини»). Існує кілька таких підмножин:
  • запальні Т-клітини, які набирають макрофаги і нейтрофіли до місця зараження або іншого пошкодження тканин
  • цитотоксичні Т-лімфоцити (КТЛ), які вбивають заражені вірусом і, можливо, пухлинні клітини
  • допоміжні Т-клітини, які підсилюють вироблення антитіл В-клітинами

Малюнок 15.3.5.6 Лімфоцити, що оточують макрофаг люб'язно люб'язно докторами Яном Оренстайном та Еммою Шелтон

Хоча кістковий мозок є кінцевим джерелом лімфоцитів, лімфоцити, які стануть Т-клітинами, мігрують з кісткового мозку до вилочкової залози, де вони дозрівають. І В-клітини, і Т-клітини також займають місце проживання в лімфатичних вузлах, селезінці та інших тканині, де вони стикаються з антигенами, продовжують ділитися мітозом, дозрівати на повністю функціональні клітини.

Моноцити

Моноцити залишають кров і стають макрофагами і одним видом дендритних клітин. Див. Малюнок 15.3.5.6

Нейтрофіли

Малюнок 15.3.5.7 Нейторфіли

Найбільш поширені з WBC. На цій мікрофотографії зображений єдиний нейтрофіл, оточений еритроцитами. Нейтрофіли стискаються через стінки капілярів і в інфіковану тканину, де вбивають загарбників (наприклад, бактерії), а потім поглинають залишки фагоцитозом. Це нескінченне завдання навіть у здорових людей: наше горло, носові ходи та товста кишка містять величезну кількість бактерій. Більшість з них є коментарями, і не завдають нам шкоди. Але це тому, що нейтрофіли тримають їх під контролем.

Однак важкі дози радіації, хіміотерапії та багатьох інших форм стресу можуть зменшити кількість нейтрофілів, так що раніше нешкідливі бактерії починають розмножуватися. Отримана в результаті опортуністична інфекція може бути небезпечною для життя.

еозинофіли

Кількість еозинофілів в крові в нормі досить низька (0-450/мкл). Однак їх чисельність різко зростає при деяких захворюваннях, особливо зараженнях паразитичними глистами. Еозинофіли цитотоксичні, виділяючи вміст своїх гранул на загарбника.

базофіли

Зазвичай представляючи менше 1% WBC, їх кількість також збільшується під час зараження. Базофіли залишають кров і накопичуються в місці зараження або іншого запалення. Там вони скидають вміст своїх гранул, виділяючи різноманітні медіатори, такі як гістамін, серотонін, простагландини і лейкотрієни, які збільшують приплив крові до області і іншими способами додають запального процесу. Посередники, випущені базофілами, також відіграють важливу роль у деяких алергічних реакціях, таких як сінна лихоманка та анафілактична реакція на укуси комах.

Тромбоцити

Тромбоцити - це фрагменти клітин, що виробляються з мегакаріоцитів. Ці поліплоїдні (128n) клітини в кістковому мозку направляють псевдоподієподібні проекції в просвіт сусідніх кровоносних судин. Кров, що протікає по судині, відсікає тромбоцити. Кров в нормі містить 150 000-400 000 на мікролітр (мкл) або кубічний міліметр (мм ³). Це число в нормі підтримується гомеостатичним (негативним зворотним зв'язком) механізмом. Якщо це значення має опуститися набагато нижче 20 000/мкл, існує небезпека неконтрольованого кровотечі. Деякі причини включають певні препарати і трав'яні засоби правового захисту, а також аутоімунітет.

При різанні або пошкодженні кровоносних судин втрата крові з системи повинна бути припинена до шоку і можливої смерті. Це досягається шляхом затвердіння крові, процесу, званого коагуляцією або згортанням. Згусток крові складається з пробки тромбоцитів, закладеної в мережу нерозчинних молекул фібрину. Тромбоцити також сприяють запаленню.

Плазма

Плазма - рідина солом'яного кольору, в якій кров'яні клітини підвішені.

Склад плазми крові

Компонент	Відсоток
Вода	~92
Білки	6-8
Солі	0.8
Ліпіди	0.6
Глюкоза (цукор в крові)	0.1

Плазма транспортує матеріали, необхідні клітинам, і матеріали, які повинні бути видалені з клітин:

• різні іони (Na ⁺, Ca ²⁺, HCO ₃ ⁻ та ін.)
• глюкоза і сліди інших цукрів
• амінокислоти
• інші органічні кислоти
• холестерин та інші ліпіди
• гормони
• сечовина та інші відходи

Більшість цих матеріалів перебувають у транзиті з місця, де вони додаються до крові («джерело»)

• обмінні органи, такі як кишечник
• депо матеріалів, таких як печінка

до місць («потоків»), де вони будуть видалятися з крові.

• кожна клітина
• обмінні органи, як нирки, так і шкіри.

Білки сироватки

Білки складають 6— 8% крові. Вони приблизно порівну поділяються між сироватковим альбуміном і великою різноманітністю сироваткових глобулінів. Після того як кров виводиться з вени і дає згорнутися, згусток повільно скорочується. Як це робиться, видавлюється прозора рідина, яка називається сироваткою. Таким чином, сироватка - це плазма крові без фібриногену та інших факторів згортання. Білки сироватки можна відокремити за допомогою електрофорезу.

Малюнок 15.3.5.8 Електрофорез

• Краплю сироватки наносять смугою на тонкий лист підтримуючого матеріалу, як папір, змочений в слаболужному розчині солі.
• При рН 8,6, який зазвичай використовується, всі білки негативно заряджені, але деякі сильніше інших.
• Через провідність буфера, яким вона зволожена, може протікати постійний струм.
• У міру протікання струму білки сироватки рухаються до позитивного електрода.
• Чим сильніше негативний заряд на білку, тим швидше він мігрує.
• Через деякий час (зазвичай 20 хв) струм вимикається і білки фарбуються, щоб зробити їх видимими (більшість інакше безбарвні).
• Відокремлені білки виглядають у вигляді окремих смуг.
• Найбільш помітним з них і тим, що рухається найближче до позитивного електрода, є сироватковий альбумін.
• сироватковий альбумін
  • робиться в печінці
  • пов'язує багато малих молекул для транспортування через кров
  • сприяє підтримці осмотичного тиску крові
• Інші білки - це різні сироваткові глобуліни.
• Вони мігрують в порядку
  • альфа-глобуліни (наприклад, білки, які транспортують тироксин і ретинол [вітамін А])
  • бета-глобуліни (наприклад, трансферин білка, що транспортує залізо)
  • гамма-глобуліни.
    • Гамма-глобуліни є найменш негативно зарядженими білками сироватки крові. (Вони настільки слабо заряджені, насправді, що деякі змітаються в потоці буфера назад до негативного електрода.)
    • Більшість антитіл - гамма-глобуліни.
    • Тому гамма-глобуліни стають більш рясними після інфекцій або щеплень.
    • Гамма-глобуліни можна збирати з донорської крові (зазвичай об'єднаної з декількох тисяч донорів) і вводити особам, які зазнали певних захворювань, таких як вітряна віспа та гепатит. Оскільки такі препарати імунного глобуліну містять антитіла проти більшості поширених інфекційних захворювань, пацієнт отримує тимчасовий захист від хвороби.

Якщо попередник клітини, що секретує антитіла, стає раковим, він безконтрольно ділиться, утворюючи клон плазматичних клітин, що секретують єдиний вид молекули антитіл.

Малюнок 15.3.5.8 Електрофоретичне відокремлення люб'язно Бекман Instruments, Inc.

На наведеному вище зображенні показано - зліва направо - електрофоретичне поділ:

• нормальна сироватка людини з її дифузною смугою гамма-глобулінів
• сироватка від пацієнта з множинною мієломою, що продукує мієломний білок IgG
• сироватка від пацієнта з макроглобулінемією Вальденстрема, де раковий клон виділяє антитіло IgM
• сироватка з мієломним білком IgA

Ліпіди сироватки

Через їх зв'язок із серцево-судинними захворюваннями аналіз ліпідів сироватки крові став важливим заходом для здоров'я. У таблиці наведено діапазон типових значень, а також значення вище (або нижче), які суб'єкт може мати підвищений ризик розвитку атеросклерозу.

ЛІПІДНИЙ	Типові значення (мг/дл)	Бажано (мг/дл)
Холестерин (загальний)	170—210	<200
холестерин ЛПНЩ	60—140	<100
холестерин ЛПВЩ	35—85	>40
Тригліцериди	40-160	<160

• Загальний холестерин - це сума холестерину ЛПВЩ, холестерину ЛПНЩ і 20% від значення тригліцеридів
• Зверніть увагу, що високі значення ЛПНЩ погані, але високі значення ЛПВЩ - це добре.
• Використовуючи різні значення, можна обчислити коефіцієнт
  серцевого ризику = загальний холестерин, розділений на холестерин ЛПВЩ
• Коефіцієнт серцевого ризику більше 7 вважається попередженням.

Переливання крові

У США в 2001 році у донорів крові було зібрано близько 15 мільйонів «одиниць» (~475 мл) крові.

• Деякі з цих одиниць («цільну кров») переливали безпосередньо пацієнтам (наприклад, для заміни крові, втраченої внаслідок травми або під час операції).
• Більшість з них були додатково дроблені на компоненти, включаючи:
  • еритки - при охолодженні їх можна використовувати до 42 днів.
  • Тромбоцити - вони повинні зберігатися при кімнатній температурі і, таким чином, можуть зберігатися лише 5 днів.
  • Плазма - це можна заморожувати і зберігати до року.

Забезпечення безпеки донорської крові

У крові можуть бути присутніми різноманітні інфекційні агенти. Інфекції, такі як

• віруси (наприклад, ВІЛ-1, гепатити В і С, вірус Західного Нілу)
• бактерії, такі як спірохета сифілісу
• найпростіші, як збудники малярії та бабезіозу
• пріони (наприклад, збудник варіантної хвороби Круйцфельдта-Якоба)

Вони можуть бути передані одержувачам. Щоб мінімізувати ці ризики, донори запитують про їх можливий вплив цих агентів. Кожна одиниця крові тестується на різні інфекційні агенти. Більшість цих тестів проводяться з імуноферментними аналізами (ЕІА) і виявляють антитіла проти агентів. Однак потрібен певний проміжок часу, щоб імунна система виробляла антитіла після зараження, і в цей період («вікно») в крові присутній інфекційний вірус. З цієї причини кров зараз також перевіряється на наявність РНК цих РНК-вірусів ВІЛ-1, гепатиту С та вірусу Західного Нілу за допомогою тесту на ампліфікацію нуклеїнової кислоти (NAT).

Завдяки всім цим запобіжним заходам ризик придбання інфекції від будь-якого з цих агентів зникає малий. Незважаючи на це, деякі люди — в очікуванні потреби — здають власну кров («аутологічне донорство крові») перед операцією.

Типування крові

Донорська кров також повинна бути перевірена на певні антигени поверхні клітин, які можуть спричинити небезпечну реакцію переливання у неправильно підібраного реципієнта.

Замінники крові

Роки досліджень пішли на спроби уникнути проблем швидкоплинності крові та безпеки шляхом розробки замінників крові. Більшість з них зосереджені на матеріалах, які будуть транспортувати достатню кількість кисню до тканин.

• Деякі з них є повністю синтетичними речовинами.
• Інші - похідні гемоглобіну.

Хоча деякі досягли клінічних випробувань, жоден ще не виявився прийнятним для звичайного використання.