ЛЕКЦИЯ № 3 ТЕОРИЯ КРОВЕТВОРЕНИЯ. ЛЕЙКОПОЭЗ. ГРАНУЛОЦИТОПОЭЗ. АГРАНУЛОЦИТОПОЭЗ. ФУНКЦИИ ЛЕЙКОЦИТОВ

1. Теория кроветворения. Лейкопоэз.

2. Физиологическая рекуляция лейкопоэза.

2.1 Длительность жизни лейкоцитов in vitro .

2.2. Некоторые факторы, влияющие на перераспределение лейкоцитов.

3. Структура и функции лейкоцитов.

3.1. Нормальная физиология гранулоцитов.

3.2. Нормальная физиология нейтрофилов.

3.3. Нормальная физиология эозинофилов.

3.4. Нормальная физиология базофилов.

3.5. Нормальная физиология моноцитов.

3.6. Сущность фагоцитоза.

3.7. Нормальная физиология лимфоцитов.

1. 
   Теория кроветворения. Лейкопоэз
   

На раннем этапе дифференцировки образуются, как мы уже говорили в предыдущей лекции, из полипатентной стволовой клетки две так называемые коммитированные клетки, одна их которых является предшественницей лимфо- и плазмоцитопоэза, а другая – всех миелоидных элементов, т. е. моноцитарного, гранулоцитарного, эритроцитарного и тромбоцитарного ростков. При этом созревание моноцитов, нейтрофилов, эритроцитов и тромбоцитов осуществляется в костном мозге, а клеток лимфоидного ростка и плазмоцитопоэз – в лимфоидных органах (лимфоузлах, селезенке) и тимусе.

В отличие от эритроцитов, популяция которых является однородной, зрелые лейкоциты представлены пятью типами клеток, различных по морфологическим и функциональным признакам. Это нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, моноциты и лимфоциты. Подсчет общего числа лейкоцитов дает суммарное количество всех типов клеток, тогда как дифференциальный подсчет – количество каждого типа в отдельности. Повышение числа лейкоцитов – очень частый признак заболеваний, которые относятся к одному из патологических процессов: инфекции, воспалению, злокачественным опухолям. Уменьшение числа лейкоцитов, которое встречается реже, указывает на снижение иммунитета и, таким образом, высокий риск инфекционных болезней.

Лейкоциты крови выполняют в организме различные функции. Фагоцитирующие лейкоциты – нейтрофильные гранулоциты вместе с мононуклеарными макрофагами – составляют неотъемлемую часть защиты организма от инфекции; при значительном снижении этих клеток инфекции протекают тяжело и плохо контролируются антибиотиками. Моноциты и макрофаги служат важным звеном механизма иммунологической защиты, взаимодействуя с лимфоидными клетками в определенных фазах иммунологических реакций.

Как отмечалось раньше, вместе с другими форменными элементами крови лейкоциты происходят от полипотентной (плюрипотентной) стволовой клетки костного мозга. Зрелые лейкоциты имеют ограниченную продолжительность жизни, поэтому необходимо их постоянное воспроизводство. Увеличение продукции лейкоцитов в костном мозге - составная часть нормального (воспалительного) ответа организма на любое повреждение тканей независимо от его причины. Целью воспалительного ответа является ограничение и контроль повреждения, удаление потенциально патогенных факторов (бактерии, вирусы, грибы, простейшие, паразитические черви), начало заживления и восстановления поврежденной ткани. Как главные действующие силы воспалительного ответа лейкоциты должны покинуть костный мозг и попасть в ткани. Хотя, как мы увидим, каждый тип лейкоцитов выполняет свою определенную работу, они взаимодействуют, обмениваясь информацией с помощью химических веществ, называемых цитокинами.

Первой клеткой гранулоцитарного ряда принято считать миелобласт. Поскольку мы рассматриваем миелобласт как родоначальную клетку только по отношению к лейкоцитам миелоидного (гранулоцитарного) ряда, мы вкладываем в эту клетку следующее содержание: ядро – нежное, тонкосетчатое, цитоплазма содержит азурофильные зернышки, что определяет гранулопластическую направленность развития клетки; в миелобласте отсутствует какая бы то ни была специфическая (нейтрофильная, эозинофильная или базофильная) зернистость, что служит отчетливым дифференциальным признаком по отношению к следующей эволютивной стадии – промиелоциту. Необходимо различать три формы промиелоцитов: нейтрофильный промиелоцит, эозинофильный промиелоцит и базофильный промиелоцит. На этой стадии дифференцировки начинается формирование специфической зернистости.

Следующей ступенью в зернистом ряду лейкоцитов является миелоцит. Миелоцит может быть обозначен как клетка с круглым или овальным ядром, содержащая вполне оформленную специфическую зернистость (нейтрофильную, эозинофильную или базофильную).

Не вызывает никаких сомнений и термин «метамиелоцит». Как показывает лексическое обозначение этого элемента (слово «мета» по-гречески означает «после», «затем»), метамиелоцит располагается по вертикальному ряду после миелоцита.

В следующем ряду зернистых лейкоцитов располагаются так называемые палочкоядерные нейтрофилы, базофилы и эозинофилы. Это название укоренилось в лабораторной гематологической номенклатуре, хотя оно, конечно, не является точным, ибо едва ли правильно обозначать палочкой ядро подковообразной формы этого типа гранулоцита. Скорее можно говорить о ленточной форме ядра. Ядро выглядит как несколько изогнутая или закругленная ленточка и отличается от ядра сегментоядерного гранулоцита отсутствием сегментов, а от метамиелоцита — узким поперечником. Единственно правильным надо признать термин «сегментоядерные лейкоциты» (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы), и этот термин получил всеобщее признание.

Переходим к группе агранулоцитарных клеток крови.

Для лимфоцитов такой зародышевой клеткой является лимфобласт — первая ступень видовой дифференциации коммитированной клетки. Номенклатура этой клетки, ее морфологический habitus являются общепризнанными. Ядро круглое или овальное, содержится 1-3 нуклеолы, цитоплазма базофильна.

Промежуточная стадия между лимфобластом и зрелым лимфоцитом — пролимфоцит. Пролимфоцит структурно отличается от зрелого лимфоцита более нежным, бледным ядром, нередко с остатками нуклеол, а от лимфобласта — сглаженностью тонкопетлистой структуры хроматина. Учет этого элемента играет важную роль в характеристике сдвигов лимфатической формулы по аналогии с формулой гранулоцитов при хронических лимфо-лейкозах; в понимании элементов детской крови и пр.

Последняя клетка лимфатического ряда — лимфоцит, который может встречаться, как и всякая другая клетка, в макро- и микрогенерации (узкоцитоплазменный, широкоцитоплазменный лимфоцит). Однако ши-рокоцитоплазменные формы могут развиваться и из микрогенераций.

Определено место, занимаемое моноцитами в схеме кроветворения. Поскольку особыми морфофизиологическими и гистохимическими тестами устанавливается единый тип моноцитов, можно говорить, что моноциты развиваются из другой коммитированной клетки. Стадии развития моноцитов, определяемые в основном по структуре ядра, будут те же, что для миелоидных и лимфоидных клеток: монобласт, промоноцит, моноцит.

Последняя клетка лимфатического ряда – лимфоцит, который может встречаться, как и всякая другая клетка, в макро- и микрогенерации (узкоцитоплазменный, широкоцитоплазменный лимфоцит). Однако широкоцитоплазменные формы могут развиваться и из микрогенераций.

Развитие коммитированной клетки в направлении гранулоцитопоэза происходит следующим образом.

Дифференциация полипотентной клетки приводит к образованию миелобласта. В нормальных условиях каждая такая клетка и миелобласт при делении переходят в следующую стадию, т. е. каждое деление сопровождается созреванием (дифференциацией). Этим и объясняется очень небольшое содержание примитивных клеток в нормальном костном мозгу. Из миелобласта путем простого созревания или созревания с делением образуется промиелоцит, из промиелоцита — миелоцит; микрогенерация миелоцита может развиться путем деления макрогенерации миелоцита. Способностью к пролиферации обладают только молодые клетки. Деление клеток гранулоцитарного ряда заканчивается на миелоцитах. Далее идет созревание клеток без деления. Само собой понятно, что штаммы микрогенераций могут возникать и из более отдаленных клеток, которые дают последовательно микрогенерации промиелоцитов, миелоцитов и т. д. Обычно дочерние генерации гранулоцитов дают в конечном развитии полиморфизацию ядра, но в патологических условиях при ускоренном лейкогенезе эту полиморфизацию могут давать и материнские индивидуумы; из промиелоцитов непосредственно иногда при лейкозах развиваются большие полиморфноядерные лейкоциты.

Лимфоциты в лимфатической ткани образуются из клетки предшественницы лимфопоэза через стадии лимфобластов и пролимфоцитов. Зрелый лимфоцит является законченной клеткой, неспособной аналогично зрелым нейтрофилам к размножению.

Лимфобласт, пролимфоцит, лимфоцит могут иметь макро- и микрогенерации. Малые генерации образуются из макрогенераций путем деления без дифференциации, т. е. из макрогенерации лимфобластов может образоваться микрогенерация их. Однако этот же процесс чаще происходит при одновременной дифференциации элементов в более зрелый вид, — тогда из микролимфобластов могут образоваться микрогенерации пролимфоцитов и лимфоцитов. Но микрогенерация пролимфоцитов и лимфоцитов может происходить непосредственно из микрогенерации лимфобластов.

Каждой клетке в процессе ее индивидуального развития свойственно созревание. Так, из пролимфоцита малого размера может развиваться широкоцитоплазменный пролимфоцит (лимфоцит).

2. 
   Физиологическая регуляция лейкопоэза
   

Вся система кроветворения тесно связана с целостным организмом и находится под сложным регулирующим влиянием нервно-гуморальных и эндокринных факторов. Основное значение в процессе кроветворения в норме и особенно при патологии следует придавать исходному состоянию органов кроветворения и гуморальным факторам, например, специфическим стимуляторам физиологической пролиферации и дифференциации клеток крови (нуклеиновые кислоты, витамин В₁₂), микроэлементам (например, железу, меди, кобальту и др.) и т. д. В настоящее время пристальное внимание уделяется участию АКТГ и гормонам надпочечников в регуляции процессов кроветворения. Гормон передней доли гипофиза — АКТГ — оказывает угнетающее влияние на лимфатическую ткань и стимулирующее — на костномозговое кроветворение. В опытах на крысах, которые находились в состоянии искусственного белкового истощения, изучали изменения гемопоэза под влиянием гормонов. Этими исследованиями было показано, что АКТГ, введенный вместе с кальцием, интенсивно стимулирует физиологическую регенерацию нейтрофилов.

Действие кортикостероидных гормонов на белую кровь характеризуется снижением количества эозинофилов и лимфоцитов; последнее объясняется цитостатическим действием на лимфобластные элементы. Что касается эозинопенического эффекта, возникающего после введения кортизона (преднизона) и АКТГ, то его следует отнести за счет основного, антиаллергического действия гипофизарно-надпочечниковых гормонов.

Миелотропное действие кортикостероидных гормонов проявляется в ускоренном вызревании костномозговых клеток и выхождении в кровь зрелых гранулоцитов с повышением общего лейкоцитоза до 15 — 20 • 10⁹/л. Однако, согласно многочисленным экспериментальным наблюдениям, ни тотальный экстракт коры надпочечников, ни взятые в отдельности гормоны коры надпочечников не обладают прямым гемопоэтическим действием.

Как показывают многочисленные клинические наблюдения над больными лейкозами и гипопластическими анемиями в разных вариациях гематологический эффект кортикостероидных гормонов сопряжен с тканевым эффектом, выражающимся в усилении дифференцировки различных клеток — фибробластов, миелоидных клеток, в эозинопении и лимфопении.

Четко определено в эксперименте тормозящее влияние кортикостероидов на клеточный митоз. Механизм действия на лимфоидную ткань может быть охарактеризован как литический.

Наиболее ярко выявляется поразительное регулирующее действие кортикостероидов на пролиферацию и дифференциацию патологических клеток при остром лейкозе.

Под влиянием лечения кортикостероидами может наступить полная гематологическая ремиссия с нормализацией костного мозга. При остео- и миелосклерозе в периоде анемического криза кортикостероиды также оказывают литическое действие на молодую фибробластическую ткань и в то же время вызывают усиление дифференциации «застывших» гранулоцитарных и эритропоэтических элементов, в силу чего быстро выравнивается как белое, так и особенно красное кроветворение (анемия исчезает). Далее, при хроническом лимфолейкозе в ряде случаев наступает рассасывание лимфатических узлов и снижение числа лимфоцитов.

Эти клинические факты эффективнее экспериментальных исследований приоткрывают завесу над специфическими патофизиологическими механизмами действия кортикостероидов на кроветворение.

Цикл жизни лейкоцитов будет более всего понятен, если представить его в фазовом плане.

Первая фаза происходит как бы в исходном отделе кроветворения — в начальных очагах кроветворных органов. Здесь локализуются стволовые клетки. Если процесс представить в численных выражениях, то может быть создана простая схема: этот участок представляет вершину треугольника, дальнейшая же площадь его демонстрирует расширение диапазона пролиферации и дифференциации.

Очевидно, пролиферация (деление) на начальных этапах происходит быстро, но главное заключается в том, что на этой фазе долго не задерживаются ранние морфологические формы эритроцитов и лейкоцитов. Резкое увеличение в костном мозгу лейкоцитов объясняется большей интенсивностью лейкопоэза, так как лейкоцит живет 1-9 дней, а эритроцит 80-120 дней. Далее происходит их окончательное формирование, чтобы элиминироваться на периферию. Хотя на этих этапах совершается деление лейкоцитов, но мы не видим множества митозов в костном мозгу — это объясняет нам развитие второго, не менее важного фактора в накоплении лейкоцитов в костном мозгу — медленного их функционального созревания и создания их резервов в результате не столь бурной элиминации на периферию. Запас лейкоцитов в костном мозгу в 40 раз превышает их количество в периферической крови. Этот запас немедленно и легко мобилизуется при воспалительных реакциях, при лейкемоидных состояниях.

В настоящее время точными изотопными методами установлен весь цикл развития лейкоцитов, при этом выявлено, что они в большом количестве отлагаются в тканях — очевидно, ткани являются основой их деятельности. Как образно писал Cartwright, «гранулоцит функционально связан со смертью, а не с выживанием — он умирает в процессе работы, его заставляют умирать в большей или меньшей степени».

Гранулоциты как самые активные участники биохимии обмена, ферментации и фагоцитоза, как бойцы, пребывающие всегда на самых ответственных, фронтальных позициях, в общем, изнашиваются или гибнут в «неравной борьбе».

0. 
   2.1. Длительность жизни лейкоцитов in vitro
   

Ориентировка на тканевые культуры для решения вопроса о длительности жизни лейкоцитов имеет крайне относительный характер: многое зависит от среды и условий культивирования. В целом на основании разноречивых литературных данных можно сделать следующие выводы.

Нормальные гранулоциты живут in vitro 1—2 недели, редко — дольше, при этом миелобласты, промиелоциты, миелоциты подвергаются митозам, вначале более частым, в дальнейшем – затухающим. Длительность жизни in vitro сегментоядерных лейкоцитов 2-3 дня. Ретикулярные клетки, лимфоциты и моноциты имеют более длительную продолжительность жизни (они in vivo синтезируют ДНК) и способны к активной митотической деятельности.

2. 
   Некоторые факторы, влияющие
   

Из функциональных явлений, относящихся к лейкоцитарной динамике, можно установить прежде всего пищеварительную лейкоцитарную реакцию. Последняя связана не с изменением реакции костного мозга, а с перераспределением крови и, следовательно, сосудистыми реакциями и их нервно-гуморальной регуляцией.

Следующим условием, влияющим на лейкоцитарную динамику, является мышечная работа. Миогенный лейкоцитоз (иногда до 20-30·10⁹/л) является также следствием перераспределения крови, т. е. результатом сосудистых реакций с элиминацией лейкоцитов из депо – печени, селезенки, костного мозга – в расширенную сеть сосудов периферии.

Миогенный лейкоцитоз, как и пищеварительный, возникает в результате нервнорефлекторных механизмов, но причиной их является накапливающиеся в результате мышечной работы химические продукты.

3. 
   Структура и функции лейкоцитов
   

Лейкоциты являются элементами крови, которые быстро реагируют на различные внешние воздействия и изменения внутри организма. Количество лейкоцитов в крови зависит как от скорости их образования, так и от мобилизации их из костного мозга, а также от их утилизации и миграции в ткани (в очаги повреждения), захвата легкими и селезенкой. На эти процессы, в свою очередь, влияет ряд физиологических факторов, и поэтому число лейкоцитов в крови здорового человека подвержено колебаниям: оно повышается к концу дня, при физической нагрузке, эмоциональном напряжении, приеме белковой пищи, резкой смене температуры окружающей среды.

Нейтрофильная зернистость розовато-фиолетовой окраски, чаще пылевидная, обильная, не всегда равномерно заполняет цитоплазму.

Эозинофильная зернистость однородна по цвету, форме и величине, крупная, занимает всю цитоплазму. В зрелых клетках имеет кирпично-розовый цвет (кетовая икра), в молодых эозинофильных лейкоцитах – коричневый и буро-синий оттенок.

Базофильная зернистость чаще фиолетового, реже черного цвета, неоднородна по величине и форме, обычно необильна, располагается на ядре и в цитоплазме.

Установлено, что 60% общего числа гранулоцитов находится в костном мозге, составляя костномозговой резерв, около 40% - в других тканях и лишь менее 1% -в периферической крови. Одна часть (примерно половина) гранулоцитов крови циркулирует в сосудах, другая – секвестрируется в капиллярах (маргинальный гранулоцитарный пул).

Основные места внесосудистой локализации гранулоцитов – легкие, печень, селезенка, желудочно-кишечный тракт, мышцы, почки. Время жизни гранулоцитов в тканях зависит от многих причин и может колебаться от минут до нескольких дней (в среднем около 4-5 дней). Экспериментально показано, что мигрировавшие в ткани клетки обратно в сосудистое русло возвратиться не могут (во всяком случае, в значительном количестве), т. е. тканевая фаза их жизни является завершающей.

В нейтрофилах химическим путем найдены лейкопротеаза, амилаза и трипсин, каталаза. Вообще в миелоидных элементах обнаруживаются оксидаза и пероксидаза, в лимфоцитах – липаза, лизоцим, нуклеаза и катепсин. Наличие в костно-мозговых клетках (гранулоцитах) гликогена, аминокислот - гистидина, аргинина, триптофана, липоидов, плазмаля и др. – показывает, что костно-мозговые и кровяные элементы принимают участие во внутреннем обмене. Высокая ферментативная активность нейтрофилов связана с очищением раны от некроза и созданием определенного состава раневого экссудата.

Некоторые компоненты (дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), кислая фосфатаза, аргинин) локализуются исключительно в ядре, рибонуклеиновая кислота (РНК) – в цитоплазме, но синтез ее находится под контролем ядра. Родоначальные клетки содержат много РНК, но по мере их созревания количество РНК резко снижается.

Очень велико содержание РНК и фосфатидов в микросомах. Sikewitz, вводя животному меченые аминокислоты, констатировал, что белки микросом обнаруживают в синтезе белков.

Цитохром С и цитохромная оксидаза обнаруживаются в базофильных зернах, которые, не содержат ни гликогена, ни липоидных субстанций. Все гранулоциты обладают в выраженной степени щелочной фосфатазой, в то время как лимфоциты и моноциты лишены ее. Щелочная фосфатаза связана с зернистостью, кислая – с ядерной субстанцией.

Лейкоциты потребляют сахар, кислород и другие вещества, причем нейтрофилы – вдвое больше, чем лимфоциты. Это может служить косвенным указанием на большую функциональную активность нейтрофилов. Различные компоненты комплекса витамина В играют важную роль в лейкопоэзе. Так, доказано выраженное стимулирующее лейкопоэз действие фолиевой кислоты при алиментарной нейтропении у обезьян; у крыс фолиевая кислота предотвращает развитие сульфаниламидного агранулоцитоза. Недостаток пиридоксина (витамин В₆), наоборот, вызывает у подопытных животных агранулоцитоз. В литературе имеется много сообщений о «нейтрофильном» эффекте при лечении различных форм агранулоцитоза пиридоксином, вводимом внутривенно ежедневно в дозе 50-200 мг.

В сыворотке крови обнаруживается так называемый колониестимулирующий фактор (КСФ), относящийся к α-глобулинам и необходимый для стимуляции колонеобразующей в культуре клетки и последующей дифференцировки гранулоцитов. Повышение уровня колониестимулирующего фактора в крови отмечается при введении эндотоксина, при стрессе, инфекционном мононуклеозе, экспериментальной лейкопении, однако является ли он гранулоцитопоэтином, аналогичным эритропоэтину, в настоящее время не ясно. Регуляторами выработки В-лимфоцитами и сенсибилизированными Т-лимфоцитами колониестимулируещего фактора считают макрофаги и моноциты, которые, возможно, сами могут быть его источником.

Механизмы, контролирующие число гранулоцитов в крови, разнообразны. Экспериментально установлено присутствие в плазме крови во время острой бактериальной инфекции "освобождающего гранулоциты фактора", мобилизирующего гранулоциты из костного депо в циркуляторное русло. Помимо бактериальных продуктов, подобным эффектом обладают гормоны (АКТГ, гидрокортизон), пирогенал, некоторые вакцины, ультрафиолетовое облучение, метаболиты раковой опухоли. Предполагают, что эти факторы стимулируют выход гранулоцитов путем прямого действия на костномозговые капилляры и синусы и таким образом отличаются от описанного выше колониестимулирующего фактора, который усиливает гранулоцитопоэз (продукцию).

Изменение числа лейкоцитов в крови может быть связано также с перераспределением гранулоцитов - перемещением из маргинального пула в циркулирующий, например, после физической нагрузки, введения эпинефрина. За счет маргинального пула (капиллярного депо) достигается лишь кратковременное поддержание постоянного количества гранулоцитов в кровотоке и этот механизм не имеет большого значения при воспалении.

К ингибиторным механизмам гранулоцитопоэза, относятся кейлоны – выделенные из нейтрофилов неспецифические регуляторные субстанции, которые обладают свойством угнетать клеточную пролиферацию гранулоцитов в тканях.
3.2. Нормальная физиология нейтрофилов
Составляя 40-70% всех лейкоцитов, нейтрофилы являются их самой многочисленной разновидностью. Зрелый нейтрофил, имеет сегментированное ядро и темно-фиолетовые гранулы в цитоплазме.

Нейтрофильные гранулоциты характеризуются наличием в цитоплазме двух типов гранул: азурофильных и специфических, содержимое которых позволяет этим клеткам выполнять свои функции. В азурофильных гранулах, появляющихся на стадии промиелоцита, содержатся миелопероксидаза, нейтральные и кислые гидролазы, катионные белки (с флогогенными, бактерицидными, пирогенными свойствами, а также способностью вызывать дегрануляцию тромбоцитов), лизоцим. Специфические гранулы появляющиеся на стадии миелоцита, имеют в своем составе лизоцим, лактоферрин, коллагеназу, аминопептидазу (щелочная фосфатаза, которую ранее считали маркером специфических гранул; локализуется в особых вакуолизированных органеллах).

Диаметр нейтрофила около 15 мкм, что в 2 раза больше, чем у эритроцитов. Функция нейтрофилов – проникновение в ткани и уничтожение вторгшихся туда микроорганизмов. Выйдя из костного мозга, зрелые нейтрофилы только около 8 ч находятся в циркулирующей крови, а остаток своей жизни (5-8 дней) проводят в тканях.

Химические вещества (хемотаксические факторы), выделяемые бактериями и другими клетками (включая базофилы, макрофаги, лимфоциты) привлекают нейтрофилы на место инфекции или воспаления. В тканях нейтрофилы окружают и поглощают бактерии с помощью процесса, названного фагоцитозом. Ферменты и высокоактивные свободные радикалы, которые образуются в гранулах внутри нейтрофилов, убивают оказавшиеся там бактерии. Гной, представляющий собой густую желтую жидкость, которая выделяется в месте воспаления - свидетельство функционирования нейтрофилов. Он состоит преимущественно из мертвых и гибнущих нейтрофилов, фрагментов бактериальных клеток и других клеточных остатков, образовавшихся в процессе борьбы с инфекцией.