 |
Постнатальное кроветворение.
|
|
|
|
Челябинская государственная медицинская академия
Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии
Лекция
Кроветворение. Эмбриональное кроветворение. Центральные органы кроветворения и иммуногенеза
Список слайдов
1.Тимус (схема) 324
2.Тимус. Тельце Гассаля 377
3.Костный мозг (схема) 333
4.Костный мозг 332
5.Костный мозг (красный и желтый) 334
6.Инволюция тимуса с редукцией паренхимы и инверсией слоев (при аппендиците) 383
7.Тимус здорового ребенка 376
8.Т-зона лимфатического узла (нестимулированного) со слабой бласттрансформацией 385
9.Т-зона лимфатического узла иммунизированной мыши с сильной бласттрансформацией и активными посткапиллярными венулами 386
10.Тельце Гассаля в тимусе физиологически незрелого ребенка 381
11.Тимус новорожденного ребенка при задержке внутриутробного развития 380
12.Мозговое вещество тимуса с лимфоцитами и макрофагами, интердигитирующими и эпителиальными клетками мыши 379
13.Кора тимуса с лимфоцитами и эпителиальными клетками 378
14.Инволюция тимуса 382.
15.Тельце Гассаля (схема) 331.
16.Схема кроветворения 334.
План
1.Современное представление о стволовой клетке
2.Характеристика эмбрионального гемопоэза
3.Строение и функциональное значение ретикулярной ткани
4.Классификация органов кроветворения и иммуногенеза
5.Морфофункциональная характеристика центральных органов кроветворения и иммуногенеза
6.Характеристика морфологически неидентифицируемых стадий гемопоэза
7.Характеритиска эритроцитопоэза
8.Характеристика гранулоцитопоэза
9.Характеристика тромбоцитопоэза
10.Характеристика моноцитопоэза
Последние годы существенно изменили наше представление о генезе клеток крови. Еще в начале прошлого столетия великий русский ученый Максимов высказал предположение о том, что все клетки крови развиваются из одной родоначальной. Только в середине 20 столетия эта гипотеза нашла подтверждение. Приоритет в научном обосновании наличия родоначальной клетки крови принадлежит канадским ученым Тиллу и Мак Куллаху, которые провели эксперимент на белых мышах. Они взяли три группы животных. Первая группа была интактной, а две другие группы мышей были облучены смертельной дозой с целью убить собственную кроветворную ткань. Затем, они взяли суспензию костного мозга интактных животных и ввели внутривенно ее животным второй группы. Через некоторое время в селезенке животных второй группы были обнаружены многочисленные колонии, которые представляли собой скопления однородных клеток, находящихся на разной стадии дифференцировки. При этом они обнаружили эритроцитарные, гранулоцитарные, тромбоцитарные и другие колонии. Затем Тилл и Мак Куллах взяли клетки одной колонии и ввели их животным третьей группы, у которых через некоторое время в селезенке они вновь обнаружили различные колонии. Эти данные, с одной стороны, доказывали, что в каждой колонии есть одна или несколько каких-то клеток, которые могут развиваться в разных направлениях и давать начало различным клеткам крови. По количеству этих колоний можно судить о количестве гемопоэтических клеток. Эти клетки получили название стволовых клеток крови.
|
|
|
Впервые эти клетки дифференцируются в стенке желточного мешка из мезенхимы. Это подтвердили путем удаления или выжигания желточного мешка у зародышей ряда видов животных. Затем стволовые клетки мигрируют в печень, селезенку и костный мозг. В дальнейшем костный мозг сам является поставщиком стволовых клеток.
На сегодняшний день отсутствует точная характеристика стволовых клеток крови, но с помощью многочисленных методов исследования, в том числе гистохимических, иммунологических, электронномикроскопических, иммуноморфологических методов, метода культивирования и других методов исследования, составлен фоторобот «кандидата» в стволовые клетки. Эти клетки напоминают малый или средний лимфоцит. Стволовые клетки округлой формы, размером 8-10 мкм. Ядро стволовой клетки крупное, круглое или почкообразное, содержит одно или два ядрышка. Для этих клеток характерно высокое ядерно-цитоплазматическое отношение (ядро преобладает над цитоплазмой). Ободок цитоплазмы узкий, окрашивается в голубой цвет. При электронной микроскопии обнаруживается только несколько небольших митохондрий и многочисленные свободные рибосомы. Остальные органоиды отсутствуют.
|
|
|
Стволовые клетки лежат главным образом в костном мозге (около 90%), около 10% стволовых клеток находится в селезенке и только 1% -находится в периферической крови.
Повышение активности кортикостероидов вызывает увеличение стволовых клеток крови.
Стволовые клетки способны к митотическому делению, но характеризуются невысокой пролиферативной активностью. Установлено, что только 10% стволовых клеток одномоментно находится на стадии синтеза ДНК, то есть готовится к делению. Остальные стволовые клетки (90%) находятся в состоянии покоя, то есть в периоде Go или в длительном периоде G1. При регенерирующем кроветворении стволовые клетки пролиферируют более активно. Леток может протекать по трем вариантам: симметричное деление (образуются в результате каждого деления две новых стволовых клеток), ассиметрично (в результате деления образуется одна стволовая клетка и одна полустволовая клетка). В ряде случаев стволовая клетка делится на две полустволовые клетки. Таким образом, стволовые клетки способны поддерживать численность своей популяции.
Для стволовых клеток крови характерен, как и для всех камбиальных клеток, аутосинтетический тип обмена веществ, то есть они ничегно не продуцируют для нужд организма, а все синтезируемые вещества идут на собственные нужды, связанные с процессами воспроизводства и дифференцировки.
Стволовые клетки обладают полипотентностью, то есть способны дифференцироваться во все виды клеток крови.
|
|
|
Стволовые клетки способны стареть, о чем свидетельствует тот факт, что с возрастом стволовые клетки совершают меньшее число делений. Так, если у эмбриона стволовая клетка может совершать 84 деления, то у новорожденного – 56 раз, а у взрослого- всего 8 раз. Кроме того, эмбриональные стволовые клетки обладают большей радиорезистентностью к действию многих экстремальных факторов благодаря тому, что в их цитоплазме преобладает гетерохроматин и кроме того они находятся в хорошо защищенных ячейках кости, чем стволовые клетки взрослого человека.
В настоящее время существует две точки зрения относительно их образования. Ряд ученых считают, что стволовые клетки образуются в эмбриональном периоде, а затем расходуются в процессе жизнедеятельности организма. Другие ученые считают, что стволовые клетки могут образовываться на протяжении всей жизни.
Процесс кроветворения (гемопоэз) на различных этапах жизни индивидуума протекает различно. В течение эмбрионального развития и последующей жизни происходит неоднократная смена органов кроветворения.
Эмбриональное кроветворение.
Впервые очаги кроветворения возникают в конце второй начале третьей недели эмбриогенеза в стенке желточного мешка и других внезародышевых органах (хорионе, пупочном канатике).
В мезенхиме внезародышевых органов происходит образование кровяных островков, которые отличаются в начале своего развития только более плотным расположением клеточных элементов. Затем периферически расположенные клетки кровяного островка вытягиваются и превращаются в эндотелий первых кровеносных сосудов. Клетки, лежащие в центре кровяных островков, теряют связи, округляются и превращаются в первичные клетки крови, между которыми накапливается жидкость – плазма. Первичные клетки крови представляют собой стволовые клетки крови. Большинство стволовых клеток разносится с током крови по организму, а часть – остается в стенке желточного мешка. Эти клетки пролиферируют и дифференцируются в первичные эритробласты- мегалобласты. Мегалобласты отличаются крупными размерами и наличием крупного, круглого, компактного ядра. В результате активной пролиферации число мегалобластов существенно возрастает. В результате сморщивания ядра мегалобласты постепенно превращаются в первичные эритроциты (мегалоциты), которые характеризуются наличием остатков ядра и большими размерами. Кроме того, уже на стадии первичных мегалобластов в клетке начинает синтезироваться особый тип гемоглобина: первичный гемоглобин или примитивный гемоглобин или HbР. Этот тип гемоглобина свойственен только для желточного кроветворения. Он содержится в первичных эритроцитах до 12-ой недели. В желточном мешке кроветворение происходит в внутри сосудов и называется интраваскулярным кроветворением. В сосудах желточного мешка уже начинается образование и вторичных эритроцитов. Желточный мешок функционирует как кроветворный орган в период с конца второй недели до 5 недели эмбриогенеза включительно.
|
|
|
После атрофии желточного мешка на 5 недели центром кроветворения становится печень. Здесь возникают эритроциты, гранулоциты и тромбоциты. Сначала в печени образуются только первичные эритроциты, но постепенно начинают образовываться вторичные эритроциты, для которых характерно содержание уже другой разновидности гемоглобина- фетального или HbF, обладающего большей способностью связывать кислород, чем другие виды гемоглобина. С 6 недели первичные эритроциты заменяются вторичными. У новорожденного ребенка на долю HbF приходится уже только около 20%, а около 80% приходится на долю HbA, то есть гемоглобин взрослого человека. У 6 месячного ребенка этого гемоглобина становится еще меньще (около 1%), а остальное приходится на долю HbA. Именно поэтому при прочих равных условий ребенок, родившийся в 36 недель (8 месяцев), выживает существенно реже, чем ребенок, родившийся в 32 недели (7 месяцев).
Иначе говоря, по мере роста и развития плода способность его крови связывать кислород снижается. Таким образом, на ранних стадиях развития плод обладает способностью связывать кислород в достаточном количестве при наличии относительно низкого его парциального давления в крови. Эти закономерности имеют очень большое физиологическое значение: в ранние сроки беременности, когда плод особенно чувствителен к повреждающему действию гипоксии, фетальный гемоглобин обеспечивает наиболее полную утилизацию кислорода из материнской крови. В этом состоит важнейший механизм защиты плода от кислородного голодания, в том числе по причине плацентарной недостаточности.
|
|
|
На первом и втором месяце внутриутробного развития в периферической крови безъядерных эритроцитов почти нет. Начиная с 9 недели внутриутробного развития, в периферической крови плода появляется много незрелых клеток белой крови. Однако, на ранних стадиях эмбриогенеза в периферической крови преобладают эритроциты. К 5-ому месяцу утробной жизни выработка первичных эритроцитов прекращается, а формируются только безъядерные вторичные эритроциты. На 5 месяце появляются лимфоциты и удваивается содержание гранулоцитов. Моноцитов в эмбриональной крови практически нет. Однако обнаруживаются уже В-лимфоциты.
На смену желточному мешку приходит другой кроветворный орган – печень, которая функционирует как кроветворный орган с 5 недели и в основном продолжается до 5 месяца. Однако, частично печеночное кроветворение может сохраняться до периода новорожденности.
Установлено, что у эмбриона основная масса стволовых клеток крови локализуется в печени, поэтому в ряде крупных клиник успешно применяется пересадка аллогенной эмбриональной печени для коррекции иммунодефицитных состояний.
Печеночное кроветворение называется экстраваскулярным, так как деление клеток крови происходит в тканях, окружающих кровеносные сосуды.
На 4-ом месяце утробной жизни начинается кроветворение в селезенке. Наибольшей интенсивности процессы кроветворения здесь достигают на 5-ом месяце. В первой половине эмбрионального развития селезенка является универсальным кроветворным органом. Развитие очагов кроветворения в селезенке наблюдается позднее (на 5-7 месяце) и к концу утробного периода в селезенке развиваются только незернистые лейкоциты.
С 3-го месяца утробной жизни наблюдается образование незернистых лейкоцитов в закладках лимфатических узлов в области шейных лимфатических мешков. С 10-ой недели начинается кроветворение в тимусе сразу в лимфоидных направлениях.
В конце 3 месяца органом кроветворения становится костный мозг, который по мере угасания процессов кроветворения в печени и селезенке становится центром образования гранулоцитов и эритроцитов. Первые очаги возникают на 13-14 неделе в диафизах трубчатых костей. Несмотря на то, что к концу утробного развития формируются и начинают функционировать все кроветворные органы, периферическая кровь 8, 9 и 10 месячных плодов еще отличается от крови новорожденного ребенка. Поэтому у недоношенных детей кровь содержит меньше эритроцитов и лейкоцитов. Молодые формы лейкоцитов встречаются чаще. Содержание гемоглобина ниже. Таким образом, у недоношенных детей наряду с недостаточным развитием ряда физиологических функций крови, еще недостаточно развита и ее защитная функция.
Постнатальное кроветворение.
У взрослого человека развитие и окончательная дифференцировка клеток крови происходит в особых органах, которые получили название органов кроветворения и иммуногенеза. Доля участия всех этих органов в процессах кроветворения неодинакова. В связи с этим все органы кроветворения и иммуногенеза подразделяются, согласно международной классификации, на центральные и периферические.
К центральным органам кроветворения относятся костный мозг, тимус и аналог бурсы Фабрициуса. Центральные органы кроветворения функционируют как кроветворные органы независимо от антигенной стимуляции.
К периферическим органам кроветворения относятся лимфатические узлы, селезенка, миндалины, аппендикулярный отросток, а также скопления лимфоидной ткани в стенке пищеварительного тракта, воздухоносных путей и мочевыделительной системы. Периферические органы кроветворения функционируют только при наличии антигенной стимуляции.
Таким образом, если в конце беременности крысы у нее путем кесарева сечения выделить крысят и поместить их в стерильные условия, то у них будут функционировать только центральные органы кроветворения, которые не нуждаются в антигенной стимуляции.
В основе строения почти всех органов кроветворения лежит ретикулярная ткань.
Ретикулярная ткань
Ретикулярная ткань состоит из ретикулярных клеток и ретикулярных (ретикулиновых) волокон. Ретикулиновые волокна переплетаются и образуют тонкопетлистую сеть (ретикулум). Среди ретикулярных клеток различают несколько разновидностей.
Прежде всего различают истинно ретикулярные (собственно ретикулярные) волокна. Эти клетки отросчатой формы. С помощью отростков эти клетки контактируют друг с другом. Однако перехода цитоплазмы из одной клетки в другую не происходит. В этих клетках цитоплазма светлая, а ядро крупное, круглое и лежит в центре клетки. В ретикулярных клетках органоиды, в том числе эндоплазматическая сеть, митохондрии и аппарат Гольджи, развиты хорошо. Эти клетки секретируют преколлаген, проэластин и гликозаминогликаны. Кроме того, эти клетки участвуют в образовании микроокружения, выделяя факторы роста. Эти клетки являются самыми многочисленными, в связи с этим они выполняют еще механическую (стромальную) функцию.
Свободные макрофаги характеризуются высокой степенью развития органоидов, особенно лизосом. Эти клетки способны к активному фагоцитозу. Особенностью этих клеток является их способность выходить из ретикулярной сети и перемещаться по ткани, органу и даже по организму. За счет способности к активному фагоцитозу свободные макрофаги выполняют выраженную защитную функцию.
Фиксированные макрофаги характеризуются меньшей степенью развития органоидов. Фагоцитарная активность у этих клеток выражена очень незначительно. Основной разновидностью фиксированных макрофагов являются дендритные клетки 1 типа. Эти клетки располагаются, в основном, в В-зонах периферических органов кроветворения. Благодаря поверхностным рецепторам дендритные клетки 1 типа фиксируют на своей поверхности В-лимфоциты и удерживают их в В-зоне столько, сколько необходимо для полноценной иммунной стадии В-лимфоцитопоэза.
В целом ретикулярная ткань образует необходимое строго специфическое микроокружение для развивающихся клеток крови в органах кроветворения. Именно поэтому эктопическая пересадка костного мозга (например, под кожу) сопровождается прекращением процессов гемопоэза.
Костный мозг
Развитие костного мозга происходит из мезенхимы, которая врастает вместе с кровеносными сосудами в первичную костномозговую полость.
Впервые костный мозг появляется на 2 –ом месяце утробной жизни в ключице. На 3-ем месяце костный мозг появляется во всех остальных плоских костях. Затем, во второй половине беременности костный мозг появляется во всех трубчатых костях.
У взрослого человека костный мозг подразделяется на красный и желтый костный мозг. У плода и новорожденного ребенка весь костный мозг является красным. После рождения постепенно красный костный мозг замещается на желтый. Чем старше человек, тем больше у него содержится желтого костного мозга. Желтый костный мозг представляет жировую ткань, которая образуется в результате жирового перерождения ретикулярных клеток. Желтый костный мозг располагается в диафизах трубчатых костей. Красный костный мозг содержится в плоских костях и эпифизах трубчатых костей. К красному костному мозгу относятся все кровеносные сосуды и развивающиеся клетки крови. Ему свойственна функция кроветворения. Четкой границы между красным и желтым костным мозгом нет. Всегда в красном костном мозге имеются вкрапления желтого костного мозга, а в желтом всегда присутствуют элементы красного мозга.
Красный костный мозг включает в себя 3 компонента: гемопоэтический, стромальный и сосудистый.
Стромальный компонент костного мозга представлен ретикулярной тканью, которая образует здесь строго специфическое микроокружение, необходимое для полноценного гемопоэза. В петлях ретикулярной сети лежат развивающиеся клетки крови: эритроциты, гранулоциты, моноциты, тромбоциты, лимфоциты. Кроме того, красный костный мозг содержит основную массу стволовых клеток крови. К стромальному компоненту относятся также жировые клетки, тучные клетки, адвентициальные клетки (они покрывают более 50% поверхности синусодных капилляров и под влиянием гемопоэтина- эритропоэтина способны сокращаться), макрофаги (они могут секретировать эритропоэтин, колониестимулирующий фактор, интерлейкины, простагландин; они улавливают из кровотока железосодержащее вещество- трансферрин и передают его развивающимся эритроидным клеткам), остеогенные клетки эндоста (стволовые клетки костной ткани, остеобласты и их предшественники). Кроме того, в настоящее время к стромальным клеткам относятся эндотелиальные клетки сосудов костного мозга, так как они синтезируют коллаген 4 типа, гемопоэтины. Эндотелиальные клетки способны к сократительным движениям, которые способствуют выталкиванию клеток крови в синусоидные капилляры. Кроме того, они вырабатывают колониестимулирующие факторы и фибронектин, который обеспечивает прилипание клеток друг к другу и к субстрату.
Сосудистый компонент костного мозга представлен многочисленными кровеносными сосудами. Артерии, проникая в костномозговую полость, распадаются на многочисленные капилляры, которые переходят в венозные синусы. Эндотелий синусов способен к активному фагоцитозу и накоплению коллоидных красителей в экспериментальных условиях. Кроме того эндотелиальные клетки способны округляться и превращаться в типичные макрофаги. В силу больших размеров ток крови в синусоидных капиллярах очень медленный. Стенка этих капилляров прерывистая. Через поры в полость этих капилляров поступают зрелые форменные элементы крови. Так как у незрелых клеток крови ядра не способны к деформации, эти форменные элементы в протекающую кровь практически не поступают. Синусоиды периодически ритмически расслабляются. Так, установлено, что эритропоэтин вызывает сокращение адвентициальных клеток, в результате чего открываются поры и формируются отверстия в эндотелии, через которые проходят клетки крови. Синусоидные капилляры сильно ветвятся и образуют «синусоидное дерево».
Гемопоэтический компонент костного мозга включает в себя основную массу стволовых клеток крови и многочисленные клетки крови, находящиеся на различных стадиях дифференцировки. Здесь образуются эритроциты, гранулоциты, моноциты, В-лимфоциты, тромбоциты. Гемопоэтический компонент костного мозга располагается в виде шнуров между сосудами. Основу его составляет ретикулярная ткань, образующая широкопетлистый синцитий с большим количеством полостей. В этих полостях располагаются свободные клеточные элементы, представляющие различные стадии развития клеток крови.
Установлено, что в костном мозге зоны активной пролиферации клеток отделены от зон дифференцировки. Так, гранулоциты лежат преимущественно в отдалении от синусов в центре гемопоэтических шнуров и лишь на стадии метамиелоцитов приближаются к стенкам синусоидов. Мегакариоциты лежат около стенки синусоидных капилляров, а лимфоциты и моноциты концентрируются вокруг ветвей артериальных сосудов. Основная масса стволовых клеток лежит вблизи артериальных сосудов и скорость их пролиферации тем выше, чем ближе они лежат к поверхности кости. По мере дифференцировки кроветворные клетки перемещаются к стенке синусоидных капилляров. Перемещению клеток крови способствует способность ретикулярных клеток к сокращению. Кроме того, с помощью меченого Н3-тимидина установлено, что наиболее активно процессы пролиферации протекают в области эндоста.
Объем красного костного мозга составляет 1500г, то есть примерно равен массе печени. В силу того, что красный костный мозг имеет полужидкую консистенцию, из него можно изготавливать мазки. Анализ мазков костного мозга позволяет правильно поставить диагноз, судить об эффективности лечения и прогнозе заболевания.
Функциональное значение костного мозга очень велико. Он является депо стволовых клеток. Здесь протекают процессы образования почти всех клеток крови. Кровь, протекающая через сосудистое русло костного мозга очищается от чужеродных соединений за счет фагоцитарной активности эндотелиальных клеток синусоидных капилляров. Костный мозг оказывает регулирующее влияние на процессы иммуногенеза.
|
|
|
