Кровь как внутренняя среда организма. Физиология эритроцитов и лейкоцитов

Цельная кровь состоит из жидкой части крови – плазмы – 54-64% (55-60%) и форменных элементов – эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов — 36-46% (40-45%).

Количество крови в организме составляет 6-8% от массы тела, то есть у человека массой 65-70 кг количество крови 4,5-5 литров. В состоянии покоя до 45-50% всей массы крови находится в кровяных депо – селезенке, печени, легких и подкожном сосудистом сплетении.

¹Функции крови

1. Транспортная функция – кровь переносит (транспортирует) различные вещества. Эта функция включает в себя:
   • дыхательную – перенос кислорода и углекислого газа.
   • трофическую — перенос питательных веществ.
   • экскреторную – транспорт конечных продуктов обмена веществ (мочевины, мочевой кислоты, СО₂ и др.), а также избыточной воды, минеральных и органических веществ к органам выделения (почки, легкие, потовые железы).
   • терморегуляторную – кровь транспортирует тепло от более нагретых органов к менее нагретым и к органам теплоотдачи.
2. Защитная функция – включает в себя:
   • иммунные реакции, т.е. кровь способна обезвреживать инородные тела и патогенные микроорганизмы;
   • гемостаз – способность крови к свертыванию и к остановке кровотечения, а также к поддержанию крови в жидком состоянии в норме.
3. Регуляторная функция – включает в себя:
   • гуморальную регуляцию функций различных систем и тканей через доставку гормонов, биологически активных веществ (БАВ) к клеткам организма;
   • секрецию клетками крови БАВ.
4. Гомеостатическая функция – участие крови в поддержании постоянства внутренней среды организма (например, постоянства рН, водно-солевого обмена) и регенерации тканей.

²Плазма крови

Плазма крови состоит из воды (90-92%) и сухого остатка (8 -10%).

Сухой остаток представлен:

1. органическими соединениями. Из них:
   • белки — 7-8%;
   • остаточный азот в составе аммиака, мочевины, мочевой кислоты, креатина, креатинина 14-28 ммоль/л;
   • углеводы в виде глюкозы 3,6-6,5 ммоль/л;
   • липиды, в зависимости от характера принятой пищи – 2,0-4,0 г/л.
2. Неорганическими соединениями — общее количество неорганических веществ плазмы крови составляет около 0,9%. К ним относятся:
   • катионы (Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg⁺)
   • анионы (Cl^—, SO₄^2-, PO₄^2-, HCO₃ ^—
   • микроэлементы (йод, бром, железо, медь, марганец, цинк и др.)

Удельный вес плазмы (относительная плотность) составляет 1,029-1,032 (1,025-1,032). Удельный вес цельной крови — 1,052-1,062 (1,060-1,064) и зависит от содержания форменных элементов, белков, липидов.

Содержание некоторых веществ в плазме крови колеблется в очень небольших пределах. Такие показатели называются жесткими константами, поскольку при существенных сдвигах их концентрации существует опасность нарушения функции клеток, приводящая к гибели организма.

К жестким константам относят: кислотно-основное состояние (рН), постоянство ионного состава крови, осмотическое и онкотическое давления крови.

Кислотно-щелочное состояние крови

Активная реакция крови (рН) обусловлена соотношением водородных (Н⁺) и гидроксильных (ОН^—) ионов. В норме рН артериальной крови — 7,4, венозной — 7,34.

В процессе метаболизма в кровь непрерывно поступают углекислота, молочная кислота и др. продукты обмена, увеличивающие концентрацию Н⁺ ионов. Они вызывают сдвиг рН в кислую сторону (менее 7,34), что получило название ацидоз.

Увеличение концентрации щелочей (гидроксильных ионов ОН^—) приводит к сдвигу реакции в щелочную сторону (более 7,4) – возникает алкалоз.

Регулируют рН различные органы и системы, главными из которых являются легкие, почки и органы ЖКТ. Большую роль в стабилизации рН крови играют буферные системы крови:

1. Гемоглобина. Она представлена восстановленным гемоглобином (ННb) и его калиевой солью (КНb). Это самая мощная буферная система крови, на ее долю приходится 75% буферной емкости крови.
2. Карбонатная, представлена – гидрокарбонатом натрия и угольной кислотой (NaHCO₃/H₂CO₃)
3. Фосфатная буферная система. Включает соли фосфорной кислоты (Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄).
4. Белковая буферная система, обусловлена наличием у белков плазмы амфотерных свойств.

Постоянство ионного состава крови

Как уже отмечалось, количество неорганических веществ плазмы составляет около 0,9%.

Эти неорганические вещества совместно с белками плазмы создают осмотическое давление крови.

Осмотическое давление – это сила, способствующая переходу воды через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в более концентрированный раствор. Осмотическое давление определяет транспорт воды из внеклеточной среды организма в клетки и наоборот.

Свыше 60% осмотического давления создается хлористым натрием, а всего на долю неорганических электролитов приходится до 96% общего осмотического давления.

Осмотическое давление составляет у здорового человека в среднем 7,6 атм. Растворы, осмотическое давление которых такое же, как у плазмы, называют изотоническими (0,9%). Жидкости, с более высоким осмотическим давлением, называют гипертоническими (более 0,9%), а с меньшим – гипотоническими  (менее 0,9%).

Онкотическое давление крови

Это давление крови (25 — 30 мм рт. ст. или 0,03 – 0,04 атм.) создается белками. От уровня этого давления зависит обмен воды между кровью и межклеточной жидкостью. Онкотическое давление плазмы крови обусловлено всеми белками крови, но основной вклад (на 80%) вносят альбумины. Крупные молекулы белков не способны выходить за пределы кровеносных сосудов, и будучи гидрофильными, удерживают воду внутри сосудов. Благодаря этому белки играют важную роль в транскапиллярном обмене. Гипопротеинемия, возникающая, например, в результате голодания, сопровождается отеками тканей (переходом воды в межклеточное пространство).

Общее количество белков в плазме составляет 7-8% или 65-85 г/л.

Функции белков крови.

1. Питательная функция.
2. Транспортная функция.
3. Создание онкотического давления.
4. Буферная функция – за счет наличия в составе белков плазмы щелочных и кислых аминокислот, белки участвуют в поддержании кислотно-основного равновесия.
5. Участие в процессах гемостаза. Процесс свертывания включает целую цепь реакций, в которых участвует ряд белков плазмы (фибриноген и др.).
6. Белки вместе с эритроцитами определяют вязкость крови – 4,0-5,0, что в свою очередь оказывает влияние на гидростатическое давление крови, СОЭ и др. Вязкость плазмы составляет 1,8 – 2,2 (1,8-2,5). Она обусловлена наличием в плазме белков. При обильном белковом питании вязкость плазмы и крови повышается.
7. Белки являются важным компонентом защитной функции крови (особенно γ-глобулины). Они обеспечивают гуморальный иммунитет, являясь антителами.

³Белки плазмы крови

Все белки плазмы крови делят на 3 группы:

• альбумины,
• глобулины,
• фибриноген.

Альбумины

Альбумины (до 50 г/л). Их 4-5% от массы плазмы, т.е. около 60% всех белков плазмы приходится на их долю. Они являются самыми низкомолекулярными. Их молекулярная масса около 70 000 (66 000). Альбумины на 80% определяют коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление плазмы. Общая площадь поверхности множества мелких молекул альбумина очень велика, и поэтому они особенно хорошо подходят для выполнения функции переносчиков различных веществ. Они переносят: билирубин, уробилин, соли тяжелых металлов, жирные кислоты, лекарственные препараты (антибиотики и др.). Одна молекула альбумина может одновременно связать 20-50 молекул билирубина. Альбумины образуются в печени. При патологических состояниях их содержание снижается.

Глобулины

Глобулины (20-30 г/л). Их количество доходит до 3% от массы плазмы и 35-40% от общего количества белков, молекулярная масса до 450 000.

Различают α1, α2, β и γ –глобулины (рис. 1).

Во фракции α1–глобулинов (4%) имеются белки, простетической группой которых являются углеводы. Эти белки называют гликопротеинами. Около 2/3 всей глюкозы плазмы циркулирует в составе этих белков.

Фракция α2–глобулинов (8%)   включает гаптоглобины, относящиеся по химическому строению к мукопротеинам, и медьсвязывающий белок — церулоплазмин. Церулоплазмин связывает около 90% всей меди, содержащейся в плазме.

К другим белкам во фракции α₂–глобулинов относятся тироксинсвязывающий белок, витамин – В₁₂ — связывающий глобулин, кортизол-связывающий глобулин.

К β–глобулинам (12%) относятся важнейшие белковые переносчики липидов и полисахаридов. Важное значение липопротеидов состоит в том, что они удерживают в растворе нерастворимые в воде жиры и липиды и обеспечивают тем самым их перенос кровью. Около 75% всех липидов плазмы входят в состав липопротеидов.

β–глобулины участвуют в транспорте фосфолипидов, холестерина, стероидных гормонов, катионов металлов (железа, меди).

К третьей группе — γ–глобулинам (16%) относятся белки с самой низкой электрофоретической подвижностью. γ–глобулины участвуют в формировании антител, защищают организм от воздействий вирусов, бактерий, токсинов.

Почти при всех заболеваниях, особенно при воспалительных, содержание γ–глобулинов в плазме повышается. Повышение фракции γ – глобулинов сопровождается понижением фракции альбуминов. Происходит снижение так называемого альбумин-глобулинового индекса, который в норме составляет 0,2/2,0.

К γ–глобулинам относят также антитела крови (α и β–агглютинины), определяющие ее принадлежность к той или иной группе крови.

Глобулины образуются в печени, костном мозге, селезенке, лимфатических узлах. Период полураспада глобулинов до 5 дней.

Фибриноген

Фибриноген (2-4 г/л). Его количество составляет 0,2 – 0,4% от массы плазмы, молекулярная масса 340 000.

Он обладает свойством становиться нерастворимым, переходя под воздействием фермента тромбина в волокнистую структуру — фибрин, что и обусловливает свертывание (коагуляцию) крови.

Фибриноген образуется в печени. Плазма, лишенная фибриногена называется сывороткой.

⁴Физиология эритроцитов

Эритроциты – красные кровяные клетки, не содержащие ядра (рис.2).

У мужчин в 1 мкл крови содержится в среднем 4,5-5,5 млн. (около 5,2 млн. эритроцитов или 5,2х10¹²/л). У женщин эритроцитов меньше и не превышает 4-5 млн. в 1 мкл (около 4,7х10¹²/л).

Функции эритроцитов

1. Транспортная – перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к альвеолам легких. Возможность выполнять эту функцию связана с особенностями строения эритроцита: он лишен ядра, 90% его массы составляет гемоглобин, остальные 10% приходятся на белки, липиды, холестерин, минеральные соли.

Кроме газов эритроциты переносят аминокислоты, пептиды, нуклеотиды к различным органам и тканям.

2. Участие в иммунных реакциях – агглютинации, лизиса и т.п., что связано с наличием в мембране эритроцитов комплекса специфических соединений – антигенов (агглютиногенов).
3. Детоксицирующая     функция     –     способность                  адсорбировать токсические вещества и их инактивировать.
4. Участие в стабилизации кислотно-основного состояния крови за счет гемоглобина и фермента карбоангидразы.
5. Участие в процессах свертывания крови за счет адсорбции на мембране эритроцитов ферментов этих систем.

Свойства эритроцитов

1. Пластичность (деформируемость) – это способность эритроцитов к обратимой деформации при прохождении через микропоры и узкие извитые капилляры диаметром до 2,5-3 мкм. Это свойство обеспечивается благодаря особой форме эритроцита – двояковогнутого диска.
2. Осмотическая стойкость эритроцитов. Осмотическое давление в эритроцитах несколько выше, чем в плазме, что обеспечивает тургор клеток. Оно создается более высокой внутриклеточной концентрацией белков по сравнению с плазмой крови.
3. Агрегация эритроцитов. При замедлении движения крови и повышении ее вязкости эритроциты образуют агрегаты или монетные столбики. Вначале агрегация носит обратимый характер, но при более длительном нарушении кровотока образуются истинные агрегаты, что может привести к микротромбообразованию.
4. Эритроциты способны отталкиваться друг от друга, что связано со строением мембраны эритроцитов. Гликопротеины, составляющие 52% массы мембраны, содержат сиаловую кислоту, которая придает отрицательный заряд эритроцитам.

Эритроцит функционирует максимум 120 дней, в среднем 60-90 дней. По мере старения способность эритроцитов к деформации снижается, а превращение их в сфероциты (имеющие форму шара) за счет изменения цитоскелета приводит к тому, что они не могут проходить через капилляры диаметром до 3 мкм.

Эритроциты разрушаются внутри сосудов (внутрисосудистый гемолиз) или захватываются и разрушаются макрофагами в селезенке, купферовских клетках печени и костном мозге (внутриклеточный гемолиз).

Эритропоэз

Эритропоэз – процесс образования эритроцитов в костном мозге. Первой морфологически распознаваемой клеткой эритроидного ряда, образующейся из КОЕ-Э (предшественница эритроидного ряда), является проэритробласт, из которого в ходе 4-5 последующих удвоений и созревания образуется 16-32 зрелые эритроидные клетки.

• 1 проэритробласт
• 2 базофильных эритробласта I порядка
• 4 базофильных эритробласта II порядка
• 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 занимает 5 дней.

В костном мозге человека и животных эритропоэз (от проэритробласта до ретикулоцита) протекает в эритробластических островках костного мозга, которых в норме содержится до 137 на 1 мг ткани костного мозга. При угнетении эритропоэза их количество может уменьшаться в несколько раз, а при стимуляции – увеличиваться.

Из костного мозга в кровь поступают ретикулоциты, в течение суток созревающие в эритроциты. По количеству ретикулоцитов судят об эритроцитарной продукции костного мозга и интенсивности эритропоэза. У человека их количество составляет от 6 до 15 ретикулоцитов на 1000 эритроцитов.

За сутки в 1мкл крови поступает 60-80 тыс. эритроцитов. За 1 минуту образуется 160х10⁶ эритроцитов.

Гуморальным регулятором эритропоэза является гомон эритропоэтин. Основным источником его у человека являются почки, их перитубулярные клетки. В них образуется до 85-90% гормона. Остальное количество вырабатывается в печени, подчелюстной слюнной железе.

Эритропоэтин усиливает пролиферацию всех способных к делению эритробластов и ускоряет синтез гемоглобина во всех эритроидных клетках, в ретикулоцитах, «запускает» в чувствительных к нему клетках синтез иРНК, необходимых для образования энзимов, участвующих в формировании гема и глобина. Гормон также увеличивает кровоток в сосудах, окружающих

эритропоэтическую ткань в костном мозге и увеличивает выход в кровь ретикулоцитов из синусоидов красного костного мозга.

⁵Физиология лейкоцитов

Лейкоциты или белые кровяные тельца – это клетки крови, различной формы и величины, содержащие ядра.

В среднем у взрослого здорового человека в крови содержится 4-9х10⁹/л лейкоцитов.

Увеличение их количества в крови получило название лейкоцитоз, уменьшение – лейкопения.

Лейкоциты, имеющие в цитоплазме зернистость, называются гранулоцитами, а не содержащие зернистость – агранулоцитами.

К гранулоцитам относят: нейтрофильные (палочкоядерные, сегментоядерные), базофильные и эозинофильные лейкоциты, а к агранулоцитам – лимфоциты и моноциты. Процентное соотношение между различными формами лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой или лейкограммой (таб.1.).

Все виды лейкоцитов способны к амебовидному движению, благодаря чему они могут выходить (мигрировать) через стенку кровеносных сосудов (этот процесс называется диапедезом).

Они обладают положительным хемотаксисом (направленным движением к объекту) по отношению к бактериальным токсинам, продуктам распада бактерий или клеток организма и комплексам антиген-антитело.

Лейкоциты способны окружать инородные тела и захватывать их в цитоплазму (фагоцитоз).

Большая часть (50%) лейкоцитов находится за пределами сосудистого русла в межклеточном пространстве, а также в костном мозге.

Нейтрофильные гранулоциты

Нейтрофилы являются полиморфноядерными и составляют основную часть лейкоцитов периферической крови.

Формируясь в красном костном мозге, они в течение 8-10 суток созревают. Зрелые сегментоядерные нейтрофилы через 3-5 суток попадают в кровоток, где находятся в среднем 6-8 часов и далее переносятся к тканям, где, превращаются в микрофаги и, выполнив свои функции, погибают.

Нейтрофилы – это самые важные функциональные элементы неспецифической защиты крови.

Основные функции нейтрофилов:

1. фагоцитоз,
2. внутриклеточное переваривание
3. цитотоксическое действие,
4. дегрануляция с выделением лизосомальных ферментов.

Зрелый нейтрофил имеет ядро, сегментированное на 2-5 долей, а также множество гранул в цитоплазме. Часть гранул содержит лизосомы, содержащие ферменты, такие как: лизоцим, повреждающий стенку бактерий; катионные белки, нарушающие дыхание и рост микроорганизмов; протеазы и кислые гидролазы, позволяющие нейтрофилам легко переваривать поглощенные объекты. Другая часть гранул содержит лактоферрин, оказывающий бактериостатическое действие (приостанавливает развитие и размножение бактерий), и также транскобаламины – переносчики витамина В₁₂ в крови. Также имеются гранулы, в которых содержатся гликозаминогликаны, участвующие в процессах размножения, роста и регенерации тканей.

Базофильные гранулоциты

Базофилы созревают в спинном мозге в течение 36 часов, затем зрелые базофилы депонируются в синусах красного костного мозга и через 2-7 дней выходят в кровь, где циркулируют всего 6 часов, после чего могут мигрировать в ткани.

Различают 2 вида базофилов: циркулирующие в периферической крови – гранулоциты-базофилы и находящиеся в тканях – тканевые базофилы или тучные клетки.

Функции базофилов:

1. формирование аллергических реакций немедленного типа;
2. поддержание кровотока тканей и рост новых капилляров;
3. обеспечение миграции других лейкоцитов в ткани;
4. фагоцитоз.

Цитоплазма зрелых базофилов содержит гранулы с биологически активными веществами, захваченными из тканей. Постоянно присутствуют в клетке: кислые глюкозаминогликаны, гистамин, гепарин. Также в базофиле содержится «фактор, активирующий тромбоциты», «эозинофильный хемотаксический фактор анафилаксии», способствующий выходу эозинофилов из сосудов в места скопления базофилов. При повышении чувствительности организма к аллергенам, в базофилах образуется «медленно реагирующая субстанция анафилаксии», вызывающая спазм гладкой мускулатуры.

Эозинофильные гранулоциты

Образуются эозинофилы в красном костном мозге. Созревание их идет около 34 часов, затем они на 2-4 часа попадают в кровоток, откуда направляются в периферические ткани: кожу, слизистые ЖКТ, бронхов, мочеполовых путей, где оказывают свои эффекты. Их количество в этих тканях в 100-300 раз превышает содержание в кровяном русле.

Эозинофилы содержат 2-х или 3-х дольчатое ядро. Цитоплазма почти полностью заполнена специфическими гранулами, содержащими в большом количестве пероксидазу, β-глюкоронидазу, фосфолипиды, полисахариды, аминокислоты, кислую фосфатазу и могут рассматриваться как лизосомы. Являются антагонистами базофилов и тучных клеток.

Функции эозинофилов:

1. уменьшают аллергические реакции;
2. осуществляют противопаразитарный иммунитет;
3. предупреждают проникновение чужеродных антигенов в кровоток.

При аллергических реакциях эозинофилы накапливаются в тканях и выделяют вещества – антагонисты гепарина, гистамина и субстанции анафилаксии базофилов. Эозинофилы способны фагоцитировать гранулы, выделяемые базофилами. Так, гистамин, является стимулом для увеличения количества эозинофилов. Они продуцируют фермент гистаминазу, которая разрушает данное вещество.

Моноциты-макрофаги (система фагоцитирующих мононуклеаров)

Моноциты образуются в костном мозге, в кровь выходят неокончательно созревшими клетками. Среднее время пребывания моноцитов в крови составляет от 36 до 104 часов. Способность к фагоцитозу у них более выражена, чем у других форменных элементов крови. Из крови моноциты выходят в окружающие ткани, здесь они растут и содержащиеся в них лизосомы и митохондрии увеличиваются. Достигнув зрелости, моноциты превращаются в неподвижные клетки – гистиоциты или тканевые макрофаги. Продолжительность жизни макрофагов в тканях до 3-х недель.

Моноциты – это крупные клетки диаметром 12-20 мкм. Для них характерно максимальное содержание лизосом, наличия множества выростов на мембране, содержащей рецепторы для лимфокинов и др. веществ.

Моноциты – важнейшие клеточные факторы неспецифической резистентности (устойчивости) организма в связи с наличием у них фагоцитарной и бактерицидной активности.

Функции моноцитов:

1. фагоцитарная защита против микробной инфекции;
2. токсический эффект метаболитов макрофагов на паразитов человека;
3. участие в иммунном ответе организма и воспалении;
4. регенерация тканей и противоопухолевая защита;
5. регуляция гемопоэза;
6. фагоцитоз старых и поврежденных клеток крови.

Гистиоциты образуют отграничивающий вал вокруг инородных тел, которые не могут быть разрушены ферментами. Этих клеток всегда много в лимфоузлах, печени, селезенке и костном мозге. Причем, максимальная фагоцитарная активность проявляется у макрофагов в кислой среде, в которой нейтрофилы теряют свою активность.

Лимфоциты

Лимфоциты представляют центральное звено иммунной системы организма. Они отвечают за формирование специфического иммунитета и осуществляют функцию иммунного надзора в организме, обеспечивая защиту от всего чужеродного и сохраняя генетическое постоянство внутренней среды. Лимфоциты обладают способностью различать в организме «свое» и «чужое» вследствие наличия в их оболочке специфических участков-рецепторов, активирующихся при контакте с чужеродными белками. Лимфоциты осуществляют синтез защитных антител, лизис чужеродных клеток, обеспечивают реакцию отторжения трансплантата, иммунную память, уничтожение собственных мутантных клеток и другое.

Все лимфоциты делятся на три группы:

1. Т-лимфоциты (тимусзависимые);
2. В-лимфоциты (бурсазависимые);
3. 0-лимфоциты (нулевые).

Т-лимфоциты. В период внутриутробного развития и на протяжении всей жизни предшественники Т-клеток проникают из костного мозга в тимус, где в результате контакта с его стромой и под действием гормонов, вырабатываемых в нем, проходят «обучение». Таким образом, незрелые Т-клетки в тимусе приобретают способность отличать чужеродное начало, а в периферических лимфоидных тканях первыми опознают антигены. Т-лимфоциты составляют 70-80% всех лимфоцитов крови.

Среди Т-лимфоцитов различают:

• Т-хелперы – стимулируют дифференцировку В-лимфоцитов, осуществляя реакции гиперчувствительности замедленного типа при многих инфекционных заболеваниях.
• Т-киллеры – осуществляют иммунный лизис чужеродных клеток. Они также участвуют в отторжении трансплантата.
• Т-супрессоры – подавляют иммунный ответ на антигены, а также предотвращают развитие аутоиммунных реакций, подавляя клоны лимфоцитов, способных реагировать на собственные антигены организма.
• Т-клетки иммунной памяти – хранят информацию о всех антигенных воздействиях, обеспечивая возникновение иммунного ответа в случае повторного контакта организма с данным антигеном.

Т-лимфоциты обеспечивают реакции клеточного иммунитета.

В-лимфоциты образуются в костном мозге, а дифференцировку проходят в лимфоидной ткани кишечника, аппендикса, небных и глоточной миндалин. В крови на их долю приходится 10-20% циркулирующих лимфоцитов. Основная функция В-лимфоцитов – создание гуморального иммунитета путем выработки антител, причем каждая лимфоидная клетка способна продуцировать антитела одной специфичности.

Нулевые лимфоциты не проходят дифференцировки в органах иммунной системы, но при необходимости способны превратиться в В- или Т-лимфоциты. На их долю приходится 5-10% лимфоцитов крови.

⁶Самостоятельная работа