КРОВЬ
ПО МОТИВАМ: Alexander Koshkaryev
3 апреля в 20:23
Между прочим, - говорит Пашка, - у тебя отстрелена правая пятка. Пора бы тебе истечь кровью
Трудно Быть Богом.…
Сегодня мы поговорим о свойствах здоровой крови, о ее основных компонентах, как и для чего все это надо.
Феерических открытий и вытаращенных глаз не будет, не ждите. Материал более чем тривиальный, и даже скучный для любого знакомого с биологией человека. Культнаучпросвет в чистом виде. Статья будет иметь форму“как это работает” и ссылка будет только одна, зато какая: Williams Hematology, 9th Edition. 2015.
Это 2528 страниц чистого наслаждения мелким шрифтом с картинками. You are welcome )))))
Патологии и болезни крови - тема другой статьи. Надеюсь, кто-то из наших врачей когда-либо сподобится ее написать. Я лишь вкратце упомяну некоторые болячки относящиеся к определенным группам клеток крови.
Часть 1. КРОВАВАЯ ПЛАЗМА
Если описать главную функции крови по аналогии с устройством автомобиля, то это бензопровод, маслопровод и выхлопная труба одновременно. В качестве карбюратора, или инжекторного впрыскивателя выступает сердце. О нем не будем. Как оно работает это вообще мрак, я сам если честно так и не разобрался за более чем 25 лет в биологии. А вот по устройству труб и протекающего по нему топлива это всегда пожалуйста.
Поскольку кровь является жидкостью, то к ней можно относиться как к любой другой физической гидродинамической системе типа тормозной жидкости в машине, чем и занимается специальная наука называя гемодинамикой (Hemodynamic). Это самая гемодинамика изучает объемную скорость кровотока, турбулентности, сопротивление в потоке, вязкость и другие очень интересные и нужные любому человеку свойства крови )))
Но мы сосредоточимся на менее интересных биохимических и биологических свойствах кровушки. Все вы наверное сдавали кровь на анализы, и недоуменно рассматривали результаты которые выглядят примерно так:
В первой части анализа обычно приводятся результаты на альбумин, разные ионы и прочие нужные для жизни молекулы растворенные в жидкой не клеточной части крови.
С нее мы и начнем наш занимательный рассказ.
Неклеточная часть крови зовется просто и со вкусом - плазма. Если кровь крутануть на центрифуге она формирует верхнюю прозрачную фракцию приятного желтого цвета
На плазму приходится 50-60% и на 92% она состоит из воды обыкновенной, а остальные 8% это в основном альбумин и другие плазменные белки.
Альбумин - это наш самый главный кровяной протеин. Кроме того что он связывает и переносит разные гидрофобные молекулы, его основная функция это поддержание определенного осмотического давления и вязкости крови. Если по какой то причине мы лишимся альбумина, то из-за высокого давления вся жидкая часть крови просто вытечет из сосудов в окружающие ткани и мы, соответственно, быстро склеим ласты ))).
Появление альбумина в моче является признаком почечных нарушений. Интересно, что если человека заставить долго стоять, скажем сутки, то нарушится нормальная гидродинамика в почках и мы начнем писать альбумином, что не есть полезно для здоровья. Это я о вреде стоячих профессий )))
Кроме альбумина в плазме имеются также другие протеины типа иммуноглобулинов, которые играют важную роль в иммунной реакции организма, и вообще являются очень красивой и сложной молекулой. Иммунологи, где долгожданная статья об иммунной системе, ау?
Остальное, что плавает в плазме - это разные факторы коагуляции крови, которые вместе с тромбоцитами (о них позже) отвечают за закупорку протечек в сосудах. Также присутствуют липопротеины транспортирующие жиры, и ионы натрия/хлора, необходимые для поддержания все того же осмотического давления, ну и чтобы кровь на вкус соленая была, а не водица ))).
Низкое содержание натрия в анализе крови может быть признаком проблем с сердцем, а высокая его концентрация скорее всего означает, что у пациента сильная дегидратация, диарея, то бишь понос, или чрезмерное потоотделение ))))
Важным свойством крови является кислотность которая находится в очень узком диапазоне pH 7.4. Что не зря называется физиологической pH . За поддержку кислотного баланса крови отвечает диоксид углерода, который, будучи растворенным в плазме, формирует гидрокарбонат, и в такой форме работает как буферная система. При значениях pH ниже 7,35 кровь становится “кислой”, при значениях выше 7,5 “основной” и все это сигнализирует о той либо иной патологии, и является важным параметром анализа крови.
Кроме альбумина, ионов и кислотности, в биохимической части результатах анализа крови вы найдете содержание холестерина и жирных кислот (высокие понятное дело не есть хорошо), липопротеины высокой и низкой плотности, переносящие этот самый холестерин (HDL и VLDL), и часто один или несколько энзимов печени например АЛТ - alanine transaminase (ALT). Повышенное содержание печеночных энзимов в плазме крови - это четкий красный флажок для врача, что с печенью что то не так.
Ну хватит о плазме, и я перейду к самому для себя вкусному. Собственно тому что делает кровь красной - эритроцитам, или по простому, красным кровяным тельцам.
Часть 2. КРАСНЫЕ КРОВЯНЫЕ ТЕЛЬЦА
Эритроцит - это главная клетка крови. Точка. И даже не спорьте. Будучи ее научным фанатом, именно этой клетке я посвящаю большую часть этой истории.
Самое смешное, что являясь САМОЙ ВАЖНОЙ клеткой крови, она, в то же время, самая простая клетка в организме по своему устройству. Строго говоря - это даже не полноценная клетка, а просто мешок с гемоглобином. В эритроците нет ядра, нет митохондрий, вообще нет органелл. А есть только гемоглобин окруженный липидной мембраной, в этой мембране имеются кое какие рецепторы и насосы, перекачивающие разные ионы туда сюда. Ну еще присутствует мощная антиоксидантная система, ибо много кислорода и других вредоносных радикалов. И это все что я могу рассказать о устройстве эритроцита (Форрест Гамп).
На самом деле конечно не все так просто. Было бы просто о чем бы я написал свой 120 страничный докторат?
При всей своей кажущейся примитивности эритроцит заточен эволюцией под одну и только одну функцию - транспортировка кислорода от легких к тканям и отвода углекислого газа в обратном направлении.
И структурное устройство эритроцитов идеально отвечает поставленной перед ними задачей. Прежде всего это форма эритроцита, которая представляет из себя суженный к центру диск диаметром 6-8 микрон и толщиной около 2 микрон. Эритроциты намного меньше других клеток организма и это тоже связано с их функцией доставки кислорода. Дело в том что эритроциты должны проходить через самые узкие кровеносные капилляры, соответственно размер имеет значение. Кроме маленького размера эритроциты способны очень сильно деформироваться, вытягиваясь и складываясь, что тоже очень сильно помогает протиснуться сквозь капилляры.
Другим интересным фактом является то, что эритроциты перемещаются в венозной и артериальной крови в виде агрегатов типа стопки из монеток по 8-12 штук. Обычно при переходе из крупных сосудов в узкие капилляры, эритроцитарные агрегаты распадаются под влиянием разницы в давлении и дальше протискиваются по одиночке. Третьим свойством эритроцитов является то, что в нормальных условиях они никак не взаимодействуют с эндотелиальными клетками сосудов. Все эти три особенности - деформация, агрегация и адгезия называются реологическими свойствам (изменение формы) эритроцитов и являются критичными для выполнения их нормального функционирования.
Однако существуют множество разных патологий при которых эта реологическая идиллия нарушается и эритроциты теряют способность деформироваться, или формируют сильные и большие агрегаты, или начинают липнуть к сосудам. И как вы уже догадались нам наступает кирдык. Не сразу, но неизбежно. При нарушении реологии эритроцитов, очень сильно повышается риск закупорки сосудов, что ведет к печальным вещам типа инсульта. Механизмы, по причине которых у эритроцитов нарушаются реологические свойства, я описывать не буду, скажу только что одной из серьезных причин является сильный оксидативный стресс. И, например, курение является одним из мощных факторов риска. Кто еще не бросил, одумайтесь ))))
Чтобы понять почему нарушения в реологических свойствах эритроцитов такая неприятная для здоровья штука продолжим наше путешествие по анализу крови.
Та часть которая касается эритроцитов обычно занимает приличный кусок анализа и включает такие значения, как содержание гемоглобина, гематокрит (HCT), количество эритроцитов (RBC count), и такие прикольные вещи как средний размер эритроцитов (MCV), среднее количество гемоглобина в эритроците (MCH), количество гемоглобина к среднему размеру эритроцитов (MCHC).
Прежде всего обратим внимание на такие показатели как количество эритроцитов и гематокрит. С количеством эритроцитов все просто - это их содержание в объеме крови. Нормальная цифра варьирует в районе 4.5 - 6 миллионов на миллилитр крови. Чтобы понять много это или мало, скажем так - общее количество эритроцитов у человека 20-30 триллионов, и это не много не мало 70% от общего количества ВСЕХ клеток организма. ВСЕХ КЛЕТОК, Карл!!!! Вы только представьте себе на минуточку. 70% клеток организма существуют и функционируют только с одной цели - для снабжения остальных 30 % кислородом. Меня лично эта цифра всегда приводит в состояние легкого шока. Представьте себе что ваш автомобиль на 70% состоял бы из топливного бака, бензопровода, воздуховодов и выхлопной трубы. Хотя наверное реактивные самолеты - самая близкая аналогия в техники.
Что касается гематокрита, то он отражает объем эритроцитов по отношению к общему объему крови и составляет 45-47% у мужчин и 40-42% у женщин. То есть эритроциты занимают почти половину объема всей крови. Это означает одну простую вещь - в случае каких то нарушений в структуре эритроцитов, они способны вызывать крупные неприятности нашей кровеносной системе.
Гематокрит, вообще, интересный и важный показатель. Чем выше гематокрит, тем больше эритроцитов плавает в крови, тем выше снабжение кислородом, тем лучше выносливость при кардионагрузках. У жителей высокогорий из-за низкого содержания кислорода гематокрит намного выше. Поэтому часто спортсмены бегуны, лыжники и прочие пловцы готовятся к важным соревнованиями в условиях высокогорья. Или просто принимают курс эритропоэтина (erythropoietin) - цитокина производимого почками и отвечающего за стимулирование производства новых эритроцитов. При этом слишком высокий гематокрит при всем своем положительном эффекте при кардионагрузках, может привести к грустным иногда смертельным последствиям для организма из-за слишком высокой вязкости крови.
В то же время низкий гематокрит является показателем различных патологий связанных с анемией - низкого уровня эритроцитов. Например, низкий гематокрит - это один из показателей острой лейкемии, при которой нарушается работа костного мозга отвечающего за производство эритроцитов. А у женщин пониженный гематокрит обычно случается из-за обильных кровопотерь при месячных.
Остальные клинические показатели эритроцитов, все эти MCV, MCH и MCHC - это способы выявить ту или иную анемию, и хоть и важны, но интересны только врачам. Все эти показатели завязаны также на гемоглобин, особенности его биохимии и синтеза, где главную роль играет метаболизм железа.
С метаболизмом железа и его отношение с гемоглобином история конечно интересная, но сложная чтобы запихать еще и ее в эту статью, поэтому я только упомяну пару интересных фактов. Типа, того что для человека железо настолько важный элемент, что нет никаких механизмов его вывода или экстракции из организма. Наша тушка пытается утилизировать каждую молекулу железа, которую она получает из пищи. Причиной этого является то, что в 5 литрах человеческой крови имеется 750 граммов гемоглобина (270 миллионов молекул гемоглобина на один эритроцит), каждый грамм гемоглобина содержит примерно 3.3 миллиграмма железа, что дает нам примерно 2.5 грамма железа находящегося только в эритроцитах крови.
А еще есть миоглобин в мышцах, и существуют другие ткани и клетки, которым железо так же жизненно необходимо. Это увеличивает минимальное количество железа критичного для нормального функционирования до 3.6 граммов. Если кто то думает, что получить железо через пищу так уже легко, тот глубоко заблуждается. Ау, мои дорогие и любимые вегетарианцы, отвергающие мясо, которое является основным источником железа для нас )))))
.
Часть про эритроциты я завершу … их смертью. Я уже упоминал, что эритроциты - это не полноценные технически клетки, они не могут обновлять свои компоненты, потому что у них нет ядра и ДНК. Практически каждый эритроцит - это одноразовый дрон, который был запущен в кровоток из костного мозга сроком на 120 дней - средняя продолжительность жизни этой клетки. Выводом из кровотока “отслуживших” эритроцитов занимаются, естественно, макрофаги, которые распознают такие эритроциты либо по спецальному фосфолипиду, который появляется у стареющей клетки на поверхности их мембраны, либо по белкам которые с возрастом формируют кластеры в эритроцитной же мембране.
Короче, все до одного эритроциты и, что важно, их гемоглобин с железом утилизируются организмом и железо возвращается в цикл синтеза новых клеток. 100% recycle. Жители и мэрия моего города Ньютона могут устыдиться и поучиться на этом примере.
И совсем напоследок. Существует активно развивающееся направление, которое пытается использовать эритроциты для доставки лекарств в разные части тела. Идея в том, что из эритроцитов можно убрать гемоглобин и вместо него закачать какое-либо лекарство, которое будет контролируемо доставляться и выделяться в месте где оно нужно, уменьшив токсичность и улучшив его активность. Идея богатая, но слишком много технических сложностей вряд ли когда либо приведут к ее реализации в практике.
Часть 3. БЕЛЫЕ КРОВЯНЫЕ КЛЕТКИ
Последними в результатах анализа крови обычно упоминаются тромбоциты и белые кровяные клетки (они же лейкоциты). На картинке №3, после центрифугации крови они образуют средний, белый клеточный слой.
С этой фракцией крови я обойдусь просто и безжалостно. Я расскажу о ней в двух абзацах. Во-первых, потому что технически к главной функции крови - снабжению кислородом они отношения не имеют, или имеют опосредованное. Во-вторых любая попытка углубиться в рассказ о тромбоцитах, или не дай бог лейкоцитах, приведет к трёх-томнику достойному Войны и Мира, а аффтор уже и так устал.
Так вот, тромбоциты (platelets, PLT) это клеточный ошметок диаметром 2-3 микрометра, в которых нет ядра, но зато находится множество разных везикул содержащих биологически активные молекулы, необходимые для закупорки пробитых сосудов.
Эти бравые малыши (2-3 микрометра в диаметре) первыми грудью ложатся в месте повреждения сосуда, из своих тел формируют большой кластер -первую линию обороны, и начинают выбрасывать из себя разные молекулы, которые в свою очередь инициируют образование протеиновой сети затыкающей протечку. Потом в место повреждения приползают лимфоциты и начинают процесс залечивания повреждений. Тромбоцитов в крови не так много, всего 150-450 тыс на миллилитр крови. Средняя продолжительность жизни тромбоцита примерно 9 дней. Поэтому их постоянное производство обеспечивается специальными клетками в костном мозге, которые называются мегакариоцитами. В день они производят до 100 миллиардов тромбоцитов.
Изменения в количестве тромбоцитов в ту или иную сторону, или неспособность выполнять свои функции связаны с нескольким десятков различных патологий. Тромбоцитопения (недостаток тромбоцитов), обычно случается при разных видах анемий или при химиотерапии, которая убивает мегакариоциты в костном мозге. Чрезмерное производство тромбоцитов происходит при хронических инфекциях и воспалениях. С тромбоцитами на этом все, хотя этой интересной клетке запросто можно посвятить тысяча страничный том.
И напоследок о белых кровяных клетках. Их существует несколько разных типов и они все являются частью иммунной защиты организма. Название свои они получили от особенности окраски мазка крови различными химическими красками.
Нейтрофилы (Neutros) - при окраски образца крови дают приятный розовый цвет. Являются наиболее распространенным фагоцитом в крови и отвечает за борьбу с бактериальными инфекциями. В крови их немного всего несколько тысяч в миллилитре крови и живут они недолго - от 5 часов до двух суток, по обстоятельствам.
Кроме нейтрофилов существуют и измеряются так же моноциты (Monocyte), которые могут дифференцироваться в зависимости от ситуации в макрофаги, или дендрические клетки. Все относятся к тому либо иному типу иммунной системы.
Собственно лейкоциты - главные клетки иммунной системы. На самом деле их как минимум три разных типа: природный убийца (natural killer cells, NK), би-лимфоциты (B cells), клетка убийца типа Тeрминатор (T cells). Функции у каждого типа свои, и до подробностей мы опускаться не будем. В нашем анализе крови они все проходят под одной и той же строкой.
Главная проблема с лейкоцитами, что они являются основным источником большинства злокачественных болезней крови. Причина тут в том что они или их клетки предшественники активно делятся, что часто ведет к ошибках в геноме, в результате чего они начинают неконтролируемо размножаться вызывая злокачественные болезни крови, коим число тьма. Это разные типа лейкемий, лимфомы и миеломы. Ими всеми занимаются кровяные онкологи, и эти болезни занимают в учебниках гематологии томов пять.
Вместо ЗАКЛЮЧЕНИЯ.
Описать в одной короткой статье строение крови и ее функции задача очевидно непосильная. Но я постарался хотя бы вкратце пройтись по главным кровяным клеткам - эритроцитам, практически оставив за скобками другие ее составляющие. Главное что надо знать о крови, она переносит кислород, и является коммуникационной и сливной системой организма. И нарушения в ее клетках приводят к самым печальным последствиям для нас. Так что берегите свою кровушку, относитесь к ней бережно и проливайте ее только для блага окружающих.
The End.