Развитие системы гемопоэза - болезни крови у детей

БОЛЕЗНИ КРОВИ
РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ГЕМОПОЭЗА
В ранние периоды эволюции клетки водных простейших непосредственно контактировали с окружающей водной средой, а газообмен и обмен продуктами жизнедеятельности между ними осуществлялся путем простой диффузии. В процессе эволюции по мере появления многоклеточных и наземных организмов начали развиваться сосудистая система и гемическая жидкость. Кровь, по- видимому, первоначально представляла собой простой солевой раствор, аналогичный по составу морской воде- вскоре после этого развились клеточные компоненты, выполняющие специальные функции, основные из которых заключаются в транспорте дыхательных газов, гемостазе, фагоцитозе и др. В большинстве высокоразвитых организмов разным линиям клеток крови присущи разные функции.
Уже у 3-недельного эмбриона человека можно выявить процесс формирования крови. В этот период в мезодермальных тканях встречаются крупные примитивные гемопоэтические клеточные элементы, интимно связанные с развивающимися сосудистыми каналами. Ко 2-му месяцу внутриутробного периода активное кроветворение устанавливается в печени, которая становится основным кроветворным органом на 2—6-м месяце жизни плода, после чего гемопоэз постепенно перемещается в костный мозг. К моменту рождения ребенка он выполняет основную роль в образовании крови.
У ребенка грудного возраста костные полости заполнены активной гемопоэтической тканью (красный костный мозг). По мере роста и развития ребенка в длинных трубчатых костях она постепенно вытесняется жировой тканью (желтый костный мозг). Процесс кроветворения у детей старшего возраста и взрослых в основном происходит в ребрах, грудине, позвонках, тазовых костях, костях черепа, в ключицах и лопаточных костях. В ответ на определенные виды гематологического стресса в желтом костном мозге трубчатых костей может возобновиться активный гемопоэз.
При исследовании костного мозга при многих гематологических заболеваниях можно получить ценную информацию. Его аспирация — безопасный и технически простой метод. Несмотря на то что по отношению ко всей массе гемопоэтической ткани аспират составляет очень незначительную ее часть, в большинстве случаев взятые одновременно в разных местах аспираты удивительно однородны. У детей грудного возраста предпочтительным местом аспирации служит проксимальный отдел большеберцовой и задний гребень подвздошной костей. У детей старшего возраста задний гребень подвздошной кости позволяет подойти к обширному костномозговому пространству, не граничащему с магистральными кровеносными сосудами или жизненно важными органами. Биопсия с помощью иглы, предложенной Jamshidi, позволяет точнее оценить клеточный состав костного мозга, чем обычный метод аспирации. Она отличается также определенной ценностью при выявлении очагового поражения костного мозга при метастатическом или гранулематозном процессе. В табл. 18-1 приведены типы и соотношение клеток, встречающихся в костном мозге у здоровых грудных детей и детей старшего возраста.
Таблица 18-1. Миелограмма детей раннего и старшего возраста и взрослых

ЭРИТРОЦИТЫ

Для образования эритроцитов необходимо постоянное поступление в организм аминокислот, железа, некоторых витаминов и других «следовых» питательных элементов. Выработка их регулируется специфическим гормоном эритропоэтином. Его прогормон, продуцируемый эпителиальными клетками почечных клубочков, после активации сывороточным фактором становится биологически активным эритропоэтином. Этот процесс стимулируется при снижении оксигенации ткани. Основное действие эритропоэтина заключается в индукции процесса дифференциации стволовых клеток по линии гемопоэза. При этом ранние предшественники эритроцитов вступают в последовательное клеточное деление. Изучение костного мозга в тканевых культурах способствует более полному пониманию процессов развития эритроцитов. После культивирования малых мононуклеарных лимфоцитоподобных клеток костного мозга в полужидкой среде в течение 5—6 дней немногочисленные чувствительные к эритропоэтину предшественники формировали отчетливые скопления (кластеры) красных клеток, называемые эритроидными единицами, образующими колонии (ЭЕОК). На 12—14-й день культивирования появляются более крупные образования, называемые эритроидными бурстобразующими единицами (ЭБОЕ), которые считаются наиболее примитивными специализированными предшественниками эритроидных клеток, нечувствительных к эритропоэтину. Процесс клеточной дифференциации по мере созревания эритроцита заключается в конденсации и утрате ядра и выработке гемоглобина, на долю которого приходится 90% сухой массы зрелого эритроцита.

ГЕМОГЛОБИН

Для процесса окисления, представляющего собой неотъемлемую часть жизни, требуется постоянное снабжение тканей кислородом. В результате образования несущих кислород протеинов и гемоглобинов значительно повысилась способность крови выступать в качестве средства транспорта газа. Более того, процессы соединения и диссоциации кислорода и гемоглобина протекают без затрат метаболической энергии.
Гемоглобин, сложный протеин, состоит из железосодержащих групп гема и белкового остатка (глобин). Динамическое взаимодействие гема с глобином придает гемоглобину уникальные свойства, необходимые для обратимого процесса транспорта кислорода. Молекула гемоглобина представляет собой тетрамер, состоящий из двух пар полипептидных цепей, каждая из которых имеет гемовую группу. Полипептидные цепи разных видов гемоглобина химически различны. Например, у здорового взрослого человека гемоглобин состоит из двух а- и двух бетта-полипептидных цепей. Синтез этих цепей регулируется разными генами.
В эритроцитах эмбриона, плода, ребенка и взрослого человека в норме могут определяться шесть типов гемоглобина: эмбриональный, Gower 1, Gower 2 и Portland фетальный (HbF) и взрослые типы НbA и НbA2. Электрофоретическая подвижность гемоглобина варьирует в зависимости от его химической структуры. Состав полипептидных цепей гемоглобинов человека представлен в табл. 18-2. Время появления в организме и количественные соотношения их типов предопределены сложными процессами развития (рис. 18-1). Двойной набор генов для бета-полипептидных цепей у человека локализуется на 16-й паре хромосом. На 11-й хромосоме в сцепленном виде локализуются гены, контролирующие синтез цепей глобина.

Таблица 18-2. Нормальные гемоглобины человека

Эмбриональные типы гемоглобина. На ранних стадиях развития эмбриона человека в крови содержится два типа медленно мигрирующего гемоглобина (Gower 1 и Gower 2) и Hb Portland, электрофоретическая подвижность которого подобна таковой HbF. По структуре -цепь гемоглобинов Portland и Gower 1 аналогична a-цепям. В том и другом типе гемоглобинов Gower содержится уникальный вид полипептидных цепей, так называемые -цепи. У эмбриона в возрасте 4-8 нед. доминируют гемоглобины Gower, однако к возрасту 3 мес. они постепенно исчезают.
Фетальные типы гемоглобинов. Бета-цепям НbA соответствуют у-полипептидные цепи HbF. Последний может быть представлен а2У2. Для его количественной оценки обычно используется его резистентность к денатурирующему действию сильных щелочей. Через 8 нед. внутриутробного развития HbF становится доминирующим типом гемоглобина, а у плода в возрасте 6 мес. составляет 90% от общего его количества. Затем постепенно снижается уровень HbF, и к моменту рождения он составляет около 70% от общего количества. В постнатальном периоде его уровень снижается быстро, и у ребенка в возрасте 6—12 мес. он обнаруживается лишь в виде следов. У детей старшего возраста и взрослых при денатурации щелочью его можно обнаружить в количествах менее 2%. Гемоглобин F гетерогенен, так как содержит два типа у-цепей, синтез которых контролируется двумя наборами генов. Эти цепи различаются присутствием в позиции 136 остатков глицина (Gу) либо аланина (Ау). У новорожденного относительное соотношение Gy- и Ау-цепей составляет 3:1.

Рис. 18-1. Соотношение типов полипептидных цепей гемоглобина у человека в ранний период жизни.
Показаны характерные для каждого периода электрофоретические типы гемоглобинов (модификация из: Pearson Н. A. J. Pediatr., 1966, 69, 466).

Взрослые типы гемоглобинов. Некоторое количество НbA  может быть обнаружено уже на самых ранних стадиях развития эмбриона. Таким образом, даже в возрасте 16—20 нед. внутриутробного развития становится возможной пренатальная диагностика основных гемоглобинопатий, при которых в процесс вовлекаются бетта-цепи, например серповидно-клеточной анемии и большой талассемии. У плода в возрасте 6 мес. определяется около 10% НbA. В дальнейшем его количество неуклонно увеличивается и к моменту рождения ребенка оно составляет почти 30%. У ребенка в возрасте 6—12 мес. формируется взрослый тип гемоглобина, соответствующий таковому у здорового взрослого человека. Минорный подтип взрослого типа гемоглобина НbA2 содержит б-цепи и имеет структуру. Он определяется лишь при больших количествах НbA. К моменту рождения ребенка НbA2 составляет менее 1% от общего количества гемоглобина, однако к возрасту 12 мес. оно достигает нормы, т. е. 2—3,4%. На протяжении всей жизни соотношение НbA с НbA2 в норме составляет 30 : 1.

Взаимосвязь разных типов гемоглобина в норме. У плода и у ребенка раннего возраста скорость синтеза у- и б-цепей и количество НbA и HbF находятся в обратной зависимости. Характер этих взаимосвязей и механизмы их регуляции до сих пор остаются невыясненными. По аналогии с концепциями о микробиологической генетике было выдвинуто предположение о существовании так называемого пускового механизма, основанного на регуляторных генах. Этот механизм во внутриутробном периоде способствует синтезу у-цепей, угнетая выработку в- и б-цепей. В постнатальный период он переключается таким образом, что угнетается синтез фетального гемоглобина и накапливается гемоглобин взрослого типа. Тем не менее подобные регуляторные механизмы до сих пор не получили четкого определения. Кроме того, не разработаны терапевтические методы воздействия, способствующие переключению на синтез HbF в постнатальный период. Возможность этого может повлечь за собой коренной перелом в клинике большой талассемии и серповидно-клеточной анемии.
Изменения гемоглобинов при патологии. Поскольку гемоглобины, содержащие -цепи, в норме, встречаются лишь на самых ранних стадиях внутриутробного развития, они представляют в основном теоретический интерес. Небольшие количества гемоглобина типа Gower были обнаружены у нескольких новорожденных с трисомией 13—15. Повышенный уровень гемоглобина Portland был выявлен в пуповинной крови у мертворожденных младенцев, гомозиготных по ff-талассемии.
На уровень фетальных типов гемоглобинов влияет целый ряд факторов. У лиц, гетерозиготных по б-талассемии (носители генов б-талассемии), уровень HbF в постнатальном периоде снижается медленно- у 50% из них в последующие периоды жизни уровень его превышает 2%. Для гомозиготной талассемии (анемия Кули) в наследуемой форме персистирующего фетального гемоглобина типичны большие количества HbF. У больных с основными видами гемоглобинопатии с поражением бета-цепей (HbSS, SC и др.) уровень его обычно повышен, особенно в детстве. И, наконец, он может умеренно повышаться при многих заболеваниях, сопровождающихся гематологическим стрессом, например при гемолитических и апластической анемиях и лейкозе. Связано это с малочисленной популяцией эритроцитов, содержащих увеличенное количество HbF, что может быть продемонстрировано с помощью окраски по методу, предложенному Kleihauer и Betke. При синдромах а-талассемии могут встречаться тетрамеры у- (у4 или Hb Bart&rsquo-s) или в- цепей (в4 или HbН).
Очень редко изменяется уровень НbA2 (2,4—3,4%). Верхняя граница нормы (3,4%) превышена у большинства носителей гена в-талассемии и больных мегалобластной анемией вследствие недостаточности витамина В12 или фолиевой кислоты. Снижается уровень НbA2 при железодефицитной анемии и Cf-талассемии.

МЕТАБОЛИЗМ ЭРИТРОЦИТОВ

Красные клетки костного мозга, содержащие ядро, выполняют целый ряд метаболических функций, включая активный синтез протеина. После утраты ядра клетка практически теряет способность к метаболической активности, в том числе к синтезу белков, но приобретает способность транспортировать кислород. Однако это обстоятельство, с другой стороны, предопределяет и продолжительность жизни эритроцита, поскольку он утрачивает способность заменять или восстанавливать свои белковые ферменты, имеющие жизненно важное значение. В зрелом эритроците содержится более 40 ферментов. Многие из них играют в клетке неоценимую роль, с другой стороны, генетически обусловленная недостаточность других, таких как каталаза, не приводит к гибели эритроцита.
Зрелый эритроцит не представляет собой метаболически инертную клетку. Он лишен митохондрий, в связи с чем отсутствуют возможности для генерации АТФ путем окислительного фосфорилирования в цикле Кребса. Клетка утилизирует глюкозу и в результате анаэробного гликолиза (путь Эмбдена — Мейергофа) продуцируется молочная кислота- около 10% глюкозы окисляется с помощью пентозофосфатного шунта. Для нормальной жизнедеятельности эритроцита необходимы по меньшей мере пять функций молекул АТФ, выработанных в процессе метаболизма глюкозы.

1. Поддержание градиента электролитов. Основным катионом эритроцита служит калий, а в плазме — натрий. Противодействие постоянной тенденции натрия проникнуть в клетку, а калия покинуть ее при поддержании в норме ионного градиента осуществляется с помощью энерго(АТФ)-зависимого мембранного механизма, т. е. катионного насоса. При нарушениях этого механизма в эритроците накапливаются натрий и вода, что сопровождается его набуханием и в конечном итоге гемолизом. Кроме того, энергия утилизируется клеткой для поддержания в ней концентрации ионов кальция на низком уровне.
2. Запуск энергопродукции. Для начала реакции гликолиза, в процессе которой происходит фосфорилирование глюкозы с превращением ее в глюкозо-6-фосфат, требуются молекулы АТФ.
3. Поддержание клеточной мембраны и формы эритроцита. Для сохранения сложной фосфолипидной структуры мембраны эритроцита требуется энергия. Сохранение двояковогнутой формы клетки, по-видимому, также зависит от энергетических процессов.
4. Поддержание железа в геме в восстановленной (двухвалентной) форме. Окислительные потенциалы внутри эритроцита могут приводить к окислению железа гемоглобина. Содержащий трехвалентное железо метгемоглобин не выполняет транспортной функции (перенос кислорода). Более того, в случае, если перекиси и другие окисляющие вещества не инактивируются, может произойти денатурация и преципитация гемоглобина. Клетки, содержащие денатурированный гемоглобин, быстро удаляются из сосудистого русла. Защита эритроцита от воздействия окислителей в конечном итоге зависит от NADPH и NADH. Эти соединения постоянно регенерируются в процессе гликолиза и пентозного шунта. Во многих случаях генетически обусловленной недостаточности ферментов гликолитического и пентозного путей развиваются гемолитические состояния, поскольку отсутствует энергия, необходимая для выполнения этих жизненно важных функций.
5. Поддержание внутри клетки уровней органических фосфатов, таких как 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ) и АТФ. Эти соединения взаимодействуют с гемоглобином и влияют на степень сродства к кислороду.