Гематологические заболевания могут быть первичными, то есть вызванными болезнью собственно кроветворных органов, или вторичными, отражающими поражение каких-либо других систем. Вторичные заболевания встречаются чаще. Доступность морфологического исследования клеток крови, например, в мазке венозной крови или пунктате костного мозга, обеспечивает непосредственное изучение возникших изменений. В современной гематопатологии, представляющей отдельную и большую часть патологии человека, используют не только обычные морфологические подходы, а применяют весь арсенал методов (гистохимию, иммуногистохимию, цитогенетику и т.д.). Эта лекция посвящена заболеваниям крови, связанным с изменениями в системе эритроцитов. Эритроциты образуются в костном мозге и являются производными миелоидного ростка кроветворения, который дает начало также тромбоцитам, гранулоцитам и моноцитам. Некоторые свойства нормальной крови и основные закономерности развития клеток крови (гемопоэза). Для начала рассмотрим некоторые свойства нормальной крови и основные закономерности развития клеток крови (гемопоэза). Объем циркулирующей крови у взрослого человека достигает 5 л, обычно он чуть меньше у женщин и зависит от общей массы тела. При центрифугировании столбика венозной крови 45% ее массы представлены клетками, общее количество которых отражает гематокрит (packed cell volume, PCV), т.е. отношение объема форменных элементов крови к объему плазмы. Оставшиеся 55% массы крови составляет ее плазма. Объем крови точно измеряют с помощью радионуклидных методов. Повышение гематокрита происходит либо при увеличении общей массы эритроцитов, например при эритроцитозе, либо вследствие снижения объема плазмы крови. Снижение гематокрита — это следствие уменьшения эритроцитарной массы крови (при анемии) или возрастания объема плазмы. Концентрация эритроцитов и содержание белков в плазме определяют вязкость крови. Повышенная вязкость может быть обусловлена высоким гематокритом, например при полицитемии, или возрастании концентрации белков, например при парапротеинемии, а также снижением способности эритроцитов к физиологической деформации (при серповидно-клеточной анемии) или повышением количества лейкоцитов (при лейкозах). В результате замедляется скорость кровотока и создаются условия для тромбоза. Развитие клеток (форменных элементов) крови. Кроветворение (гемопоэз) начинается в желточном мешке на 3-й нед эмбриогенеза. С 6-й нед основным гемопоэтическим органом эмбриона на какое-то время становится печень, а с 12-й нед кроветворные функции "перемещаются" в селезенку и лимфатические узлы, в меньшей степени в тимус. В костном мозге признаки гемопоэза появляются на 16—20-й нед эмбриогенеза. С 30—36-й нед кроветворение осуществляется преимущественно в костном мозге, а гемопоэз в печени резко снижается, однако несколько участков кроветворной ткани остается в течение 1—2 нед после рождения. В печени гемопоэз выражен у недоношенных детей и сохраняется при неонатальной, т.е. в периоде новорожденности, анемии, например при гемолитической болезни новорожденных. В периоде детства костный мозг является единственным местом формирования новых форменных элементов крови. Прогрессирующее замещение гемопоэтического (красного) костного мозга жировым (желтым) костным мозгом происходит в период отрочества. К 16—18 годам красный костный мозг сохраняется лишь в проксимальных отделах длинных трубчатых костей, телах позвонков, ребрах, грудине, костях таза и черепа. Такая локализация затем остается на всю жизнь, и у взрослого человека биопсию костного мозга делают в любом из указанных мест, кроме костей черепа. У новорожденных для этого используют бугристость большеберцовой кости, располагающуюся на передней поверхности верхнего эпифиза этой кости. Жировой костный мозг способен возвращаться к состоянию кроветворного органа в тех случаях, когда организм нуждается в увеличенном количестве форменных элементов крови или когда происходит опухолевая пролиферация клеток крови. У детей и взрослых с тяжелыми формами анемии, в тех случаях, когда регенераторные возможности костного мозга исчерпаны, печень, затем селезенка и лимфатические узлы также могут выполнить гемопоэтические функции. Это называется экстрамедуллярным (внекостномозговым) гемопоэзом (кроветворением). Экстрамедуллярное кроветворение возможно, если стволовые клетки костного мозга не повреждены, и имеется достаточное для нормального кроветворения количество железа, белка и витаминов. Костный мозг не только является резервуаром для стволовых кроветворных клеток, но формирует уникальное микроокружение для их пролиферации и дифференцировки. По-видимому, именно он регулирует выход в кровоток зрелых клеток крови. Кроветворение осуществляется во внесосудистых пространствах каналов и полостей костного мозга. При электронно-микроскопическом исследовании в них видна сеть тонкостенных синусоидов, выстланных одним слоем эндотелия. Эндотелий окружен прерывистой базальной мембраной и адвентициальными клетками, между которыми существуют пространства. Между синусоидами лежат скопления кроветворных клеток и жировые клетки. Дифференцированные клетки крови проникают в синусоиды путем трансклеточной миграции через эндотелий. Именно в костном мозге осуществляется регуляция миграции дифференцированных клеток крови. Это доказывает тот факт, что при экстрамедуллярном кроветворении в периферической крови можно встретить все формы недифференцированных форменных элементов. Дифференцировка клеток крови в ходе гемопоэза. Все форменные элементы крови происходят от плюрипотентных стволовых клеток. При делении стволовая клетка образует две клетки, одна из которых сохраняет свойства стволовой, а другая начинает дифференцироваться. Таким образом, генетически запрограммированная пролиферация стволовых клеток обеспечивает не только их самообновление, но и продукцию следующих генераций — мультипотентных стволовых (полустволовых) клеток. Последние предназначены для развития (дифференцировки) всех форменных элементов по двум главным направлениям: миелоидного гемопоэза (три линии дифференцировки) и лимфопоэза. Термин "плюрипотентные" означает универсальные по отношению к направлениям дальнейшей дифференцировки, а термин "мультипотентные" — возможность дальнейшей дифференцировки по многим, но не по всем направлениям. Представление о самоподдерживающихся родоначальных клетках крови впервые сформулировал в XX в. русский гистолог А.А.Максимов (1874—1928). Мультипотентные стволовые клетки миелоидного гемопоэза дают начало эритроидным, мегакариоцитарным и миеломоноцитарным коммитированным, т.е. дифференцирующимся лишь в одном направлении, стволовым клеткам, называемым также унипотентными предшественниками. Потомки этих клеток проходят этапы дифференцировки до терминальных зрелых форменных элементов: эритроцитов, тромбоцитов (кровяных пластинок), моноцитов и гранулоцитов. Мультипотентные стволовые клетки-предшественники лимфопоэза дают начало линиям Т- и В-лимфоцитов. Генетически детерминированная линейная специфичность, проявляющаяся у коммитированных потомков мультипотентных стволовых клеток, ограничивает не только направления их дифференцировки, но и способность к бесконечному существованию и самообновлению. Терминальные зрелые форменные элементы имеют уже ограниченную продолжительность жизни. Таким образом, нормальное и повышенное количество терминальных форменных элементов обеспечивается с помощью продолжающегося размножения стволовых клеток и вступления их ближайших потомков в пул коммитированных предшественников. На этот механизм могут влиять различные факторы, действующие при воспалении, иммунологических реакциях, гипоксии, нарушении питания, различных заболеваниях и т.д. При обычной микроскопии с применением обзорных цитологических или гистологических окрасок выделить стволовые элементы среди разнообразия клеточной популяции красного костного мозга невозможно. Плюрипотентные возможности этих клеток были исследованы на мышах. В эксперименте было показано, что колонии костномозговых клеток происходят из одной стволовой клетки. Эритроциты и мегакариоциты имеют общего коммитированного предшественника — мегакариоцитарно-эритроцитарную колониеобразующую единицу (КОЕ-Мег-Э). Такой же предшественник — гранулоцитарно-моноцитарная колониеобразующая единица (КОЕ-ГМ) — есть у гранулоцитов и моноцитов. Дифференцировка клеток в ходе гемопоэза управляется программами, закодированными в ДНК. Программы приводятся в действие с помощью сигналов, идущих к ядрам клеток от рецепторов плазмолеммы, которые воспринимают факторы роста. К настоящему времени открыто множество факторов роста, стимулирующих и одновременно контролирующих гемопоэз. Их можно подразделить на три большие группы. 1-я группа — мультипотентные факторы, например интерлейкин-3, стимулирующий пролиферацию и дифференцировку стволовых клеток; колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов (ГМ-КСФ), обеспечивающий рост макрофагов и предшественников нейтрофильных и эозинофильных лейкоцитов. 2-я группа — линейные факторы, детерминированные в пределах клеточной линии, например факторы, стимулирующие колонии гранулоцитов (Г-КСФ) и моноцитов (М-КСФ). 3-я группа — смешанно-линейные факторы, например различные интерлейкины и трансформирующий фактор роста, воздействующие на относительно зрелые клетки одной или нескольких линий. Факторы роста в основном вырабатывают Т-лимфоциты и моноциты, а также стромальные и миелоидные клетки. Из всех факторов роста выделяется эритропоэтин, который вырабатывается в почках, а затем гуморальным путем доставляется в костный мозг, где он стимулирует терминальную дифференцировку предшественников эритроцитарного ряда. Факторы роста можно применять с лечебными целями для восстановления подавленной гемопоэтической активности. Так, анемию при почечной недостаточности можно корректировать введением рекомбинантного эритропоэтина, а ускоренное восстановление костного мозга после воздействия на организм больших доз химиопрепаратов или после его аутотрансплантации достигается введением ГМ-КСФ. Гены, кодирующие большинство факторов роста, находятся в длинном плече хромосомы 5, которая чаще всего подвергается аберрации при всевозможных миелодиспластических синдромах. Роль биопсии костного мозга. Клинический диагноз при заболеваниях, связанных с системой кроветворения, зависит от микроскопического (цитологического, гистологического, гистохимического и т.д.) изучения аспирационных биоптатов и трепанобиоптатов [трепанобиопсия — прокол кости (обычно в области гребня подвздошной кости) с помощью специальной иглы]. В таких биоптатах оценивают общую целлюлярность (количество клеток) и определяют наличие в костном мозгу специфических предшественников терминальных форменных элементов. В норме соотношение клеток гемопоэза и жировых клеток примерно одинаково. При гипоплазии костного мозга возрастает содержание жира, а при анемиях с нарушением эритропоэза и лейкозах отмечается повышенная целлюлярность (гиперплазия) костного мозга. Нормальное соотношение миелоидных и эритроидных предшественников колеблется от 2,5:1 до 12:1; оно почти всегда нарушено при анемиях и лейкозах. В нормальном костном мозге содержится менее 3% плазматических клеток и менее 10% лимфоцитов. С помощью импрегнации серебром (обработки мазков или гистологических срезов солями серебра) можно увидеть тонкие ретикулиновые волокна, количество и объем которых резко возрастают при миелофиброзе. Примерно 40% нормобластов, т.е. проэритробластов, морфологически определяемых предшественников эритроцитов, содержат гранулы гемосидерина и являются сидеробластами. Повышенное количество сидеробластов свидетельствует о подавленном синтезе гема или глобина. Прогрессирующее накопление железа в митохондриях приводит к формированию кольцевых сидеробластов. Отсутствие окрашиваемого железа в биоптатах костного мозга свидетельствует о железодефицитном состоянии. Количество клеток, находящихся в разных фазах митоза, в нормальной популяции костного мозга равно 1—2%. Подсчет фигур митоза дает представление об общей гемопоэтической активности костного мозга. Кроме того, используют метки клеток радионуклидами: тимидином, меченным тритием — для оценки общей пролиферативной активности; Fe — для изучения эритропоэза; коллоидом, меченным mTc — для оценки функции моноцитов и макрофагов. Эритропоэз. В лекции, посвященной анемиям, мы рассмотрим только эритропоэз. Созревание нормальных красных кровяных телец, т.е. нормобластный эритропоэз, проходит следующие этапы: уменьшение размеров нормобластов, сокращение их ядер с конденсацией хроматина, постепенное исчезновение ядер, утрата цитоплазматической РНК и параллельная продукция гемоглобина. Между пронормобластом и поздним нормобластом совершаются три митотических деления. Каждый интервал между митозами, необходимый для нормальной этапной дифференцировки, равен 16 ч. После кровотечений или при гемолитической анемии интервалы сокращаются, количество эритроцитов возрастает. Снижение митотической активности приводит к увеличению размеров эритроцитов (макроцитозу), что встречается при мегалобластной (макроцитарной) анемии. Повышение митотической активности сопровождается уменьшением размеров эритроцитов (микроцитозом), что наблюдается, например, при железодефицитной анемии. Продолжительность жизни эритроцитов в норме 120 дней, ежесуточно заменяется 1/120 часть общего их количества. Вновь поступающие в кровоток клетки называются ретикулоцитами. Ретикулоцит — непосредственный предшественник терминальной формы эритропоэтической дифференцировки. Именно эта клетка проходит через все стадии исчезновения ядра из цитоплазмы (безъядерными являются эритроциты только человека и млекопитающих). Созревание ретикулоцита до терминального эритроцита занимает 48—72 ч и последние 24 ч происходит в циркулирующей крови. Ретикулоциты содержат полирибосомы, РНК и митохондрии. Они способны синтезировать гемоглобин, что обеспечивает диффузную базофилию их цитоплазмы при окраске мазков по методике Романовского—Гимзы. Ретикулоциты выявляются при суправитальных, т.е. прижизненных окрасках нефиксированных клеток азуром В или крезиловым синим, при проточной цитометрии с окраской РНК флюорофорами. Количество ретикулоцитов в периферической крови выражают в процентах от общего количества эритроцитов. У взрослого человека оно колеблется в пределах 0,5—2,0%, однако более информативными являются данные об абсолютном содержании ретикулоцитов (в норме у взрослых 25—75х10/л). Подсчет количества ретикулоцитов дает представление об активности эритропоэза. Содержание ретикулоцитов в крови возрастает при кровопотерях, гемолизе, в ответ на гемотерапию. Уменьшение количества ретикулоцитов связано с недостаточной функцией костного мозга или неэффективным эритропоэзом. Контроль за эритропоэзом осуществляет эритропоэтин, который определяет темп перехода эритроидных предшественников (эритроцитарной колониеобразующей единицы — КОЕ-Э) в нормобласты (проэритробласты). Этот фактор вырабатывается в почках, некоторое его количество продуцируется также в печени и селезенке. Помимо контроля за темпом воспроизводства нормобластов эритропоэтин влияет на скорость созревания (терминальной дифференцировки) эритроцитов, синтез гемоглобина и проникновение эритроцитов в кровоток. Тироксин (гормон щитовидной железы), гормон роста и андрогены стимулируют продукцию эритропоэтина. Кроме подсчета количества ретикулоцитов, в оценке состояния и функции костного мозга, в частности эритропоэза, важную роль играют подсчет клеток эритроидного ряда в трепанобиоптате и феррокинетические исследования (оценка содержания и плазменного клиренса железа после введения -Fe, т.е. железа с радиоактивной меткой). Важнейшие признаки эритроцитов. Состояние и функции эритроцитов оценивают путем определения их количества в периферической крови (Эр), гематокрита (ГК) и концентрации гемоглобина (НЬ). На индивидуальные колебания этих показателей влияют возраст, пол и атмосферное давление, убывающее по мере увеличения высоты над уровнем моря (табл. 17.1). Нормальные показатели для эритроцитов (в средних величинах ± стандартные отклонения) Можно определить также другие особенности циркулирующих эритроцитов. Средний объем эритроцита (ОЭ, по международной номенклатуре — MCV, Mean corpuscular volume), который выражается в фемтолитрах, или фл-единицах, равных 10-л, в норме равен 80—100фл. Среднее содержание гемоглобина в эритроците (СГЭ, по международной номенклатуре — MCH, mean corpuscular Hb) — Таблица 17.1
Пол
Эр(х1012/л)
ГК(%)
Hb (г/л)
Hb (г%)
Мужчины
5,5±1,0
47,0±7,0
155,0+25,0
16,0+2,0
Женщины
4,8±1,0
42,0±5,0
140,0+25,0
14,0+2,0
в норме 27—32 пиктограмм — пг. Среднюю концентрацию гемоглобина в эритроците (КГЭ, по международной номенклатуре — MCHC, mean corpuscular Hb concentration) — в норме 300—360 г/л. Цветной показатель (ЦП), который вычисляется по данным общего анализа крови, содержание гемоглобина в % (из расчета 16 г гемоглобина в 100 г крови — 100%) делят на количество эритроцитов в миллионах и умножают на 20. При снижении гемоглобина и неизменном количестве эритроцитов цветной показатель ниже 1, при высоком содержании гемоглобина и уменьшенном числе эритроцитов цветной показатель выше 1. Диагностические критерии анемии у мужчин: число Эр < 4,5 млн/мкл, Hb < 14г/%, ГК < 42%. У женщин — соответственно < 4,0 млн/мкл, <12 г%, < 37%. Такие параметры, как СО, СГЭ и ЦП, учитывают в морфологической классификации анемий. Эритроциты человека неодинаковы по объему. Популяцию эритроцитов с ОЭ менее 80 фл называют микроцитами, а с ОЭ более 95 фл — макроцитами. Наличие эритроцитов разного размера называют анизоцитозом. Термин "гипохромия" относится к популяции клеток с СГЭ менее 27 пг на 1 эритроцит или с КГЭ менее 30% и ЦП менее 1. Анемии могут быть нормохромными или гипохромными, нормоцитарными, микроцитарными, макроцитарными. Изменяться может не только объем, но и форма эритроцитов. Красные кровяные тельца — это двояковогнутые дискоидные клетки (дискоциты) со средним диаметром 7,0 мкм. При определении их диаметра под обычным микроскопом ориентируются на ядра малых лимфоцитов, служащие эквивалентом диаметра. Из-за двояковогнутого строения дискоциты сильнее воспринимают окраску по периферии цитоплазмы (иными словами, периферия более оксифильна, нежели центр эритроцита). При нормохромии размер более бледной центральной зоны не должен превышать 1/3 площади дискоцита. Анемии часто сопровождаются изменениями формы эритроцитов — могут встречаться серповидные, колбовидные, палочковидные, овальные эритроциты, в форме сферы и т.д. Наличие эритроцитов разной формы называется пойкилоцитозом. Пойкилоцитоз встречается при каждой тяжелой форме анемии. В эритроцитах могут встречаться внутриклеточные включения, которые, как правило, представляют собой остатки внутриклеточных органелл, в основном ядра, или гранулы пигмента. В норме макрофаги селезенки обычно удаляют включения из эритроцитов — процесс, происходящий в красной пульпе, называют pitting ("вынимание фруктовых косточек"). Если селезенка удалена или подверглась атрофии, то эритроциты с включениями циркулируют в кровотоке. Могут встречаться мелкие тельца Паппенгейма (A.Pappenheim) с диаметром 1 мкм, представляющие собой интенсивно окрашенные базофильные гранулы, дающие реакцию на берлинскую лазурь. При мегалобластных и гемолитических анемиях в эритроцитах содержатся гранулы ядерного хроматина диаметром 1—2 мкм, известные как тельца Хауэлла—Джолли. У лиц, подвергшихся спленэктомии, больных гемоглобинопатиями или гемолитической анемией, вызванной химикатами, при суправитальном окрашивании мазков крови обнаруживаются эритроциты с преципитатами метгемоглобина (окисленного гемоглобина). Частицы денатурированного глобина называют тельцами Гейнца (R.Heinz). Наконец, при инфекциях и гемолитических анемиях, вызванных лекарственными препаратами и химическими соединениями, а также при хронических отравлениях свинцом и миелодиспластических состояниях в эритроцитах, окрашенных по Романовскому—Гимзе, можно видеть множество мелких синих гранул (групп РНК) — это пятнистая базофилия эритроцитов. Дыхательная функция эритроцитов. Ткани человека, находящегося в состоянии покоя, потребляют около 200 мл кислорода в 1 мин. При физической нагрузке это количество может возрастать в десятки раз. Функции переносчика кислорода из легких в ткани, а также углекислоты от тканей к легким выполняет гемоглобин. Гемоглобин состоит из не содержащего железо гема и глобина. Гем придает крови красный цвет, он синтезируется в митохондриях эритробластов из глицина и сукцинилкофермента А при участии витамина Вб. В синтезе гема принимают участие 8 ферментов. Последовательно образуются: порфобилиноген, гидроксиметилбилан, уропорфириноген III, копропорфириноген, протопорфириноген, протопорфирин. Последняя стадия биосинтеза гема сводится к включению иона двухвалентного железа (он и переносит кислород) в протопорфирин. Недостаточность ферментов вызывает заболевания — порфирии, о которых мы говорили при изучении нарушений обмена пигментов. Четыре молекулы гема обернуты полипептидными цепями, которые все вместе представляют собой белковую часть молекулы — глобин. Глобин состоит из двух цепей типа а и двух цепей другого типа (в, у или 5). К нормальным типам гемоглобина относятся: HbA (а2, в2 — основной гемоглобин взрослого человека), HbF (а2, Y2 — фетальный гемоглобин), HbA2 (а2, 52 — минорный гемоглобин взрослого человека). Смена гемоглобина F на гемоглобин А происходит во время рождения ребенка. К 4—6-му месяцу жизни уровень фетального гемоглобина в крови составляет менее 1%. При патологии строение молекул гемоглобина может значительно изменяться, главным образом, за счет замены аминокислот. Известно множество типов аномального гемоглобина (НЬН, НЬ1, HbS и др.). Эритроцитоз. Продукция эритропоэтина с последующим повышением количества эритроцитов в периферической крови, т.е. эритроцитозом, стимулируется хронической гипоксией. Последняя возникает при хронической легочной или сердечной недостаточности, врожденных пороках сердца, а также при продолжительной жизни в условиях сниженного атмосферного давления. Такой эритроцитоз имеет компенсаторный характер. Изредка он возникает в результате избыточной продукции эритропоэтина при определенных поражениях почек или печени — карциномах, кистах или ишемических повреждениях. Все перечисленные выше варианты эритроцитоза называют вторичной полицитемией, так как есть еще и первичная, или истинная, полицитемия — опухолевое поражение эритроцитарного ростка костного мозга.