Костный мозг
Костный мозг является одной из важнейших систем организма, отвечающих за кроветворение (гемопоэз). Именно он выступает в качестве главного органа, задействованного в процессе генерации новых кровяных клеток вместо отмирающих. Кроме того, костный мозг – это еще и один из важнейших компонентов иммунопоэза, являющийся (в совокупности с периферическими лимфоидными органами) аналогом, так называемой фабрициевой сумки, которая есть у птиц. Вес костного мозга взрослого человека составляет в среднем около 5% от массы всего тела.
Расположение и строение костного мозга
Располагается костный мозг внутри костей скелета, а именно в их пористой части (внутри полостей крупных трубчатых костей находится губчатая ткань). Кроме того, костный мозг расположен и в костях грудины, позвоночнике, ребрах, бедренных костях и костях черепа. Внутри позвоночника находятся стволовые клетки, благодаря которым происходят процессы генерации клеток крови, что крайне важно для жизнедеятельности организма. Около 50% от массы костного мозга составляет система кровеносных сосудов (синусоидов), диаметр которых варьируется в достаточно большом диапазоне. Стенки сосудов пористые, а поэтому вовнутрь них попадают необходимые элементы крови. Именно в сосудах происходит окончательное “созревание” кровяных клеток, после чего они проникают с током крови в вены самого костного мозга, а затем и в единую систему кровообращения организма.
Стволовые клетки
Костный мозг является, по сути, единственной тканью взрослого человеческого организма, в которой имеется в наличии огромное количество стволовых клеток. Данный тип клеток – это незрелые, низкодифференцированные и недифференцированные клетки, строение которых максимально близко к строению эмбриональных клеток. Стволовые клетки, будучи незрелыми, со временем преобразуются в эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, т.е. во все имеющиеся разновидности клеток крови. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, которые трансформируются в любые клетки человеческого организма, вышеозначенные называют гемопоэтическими (кроветворными), поскольку из них образуются только клетки крови, а также предшественники макрофагов – клетки, выполняющие имунно-защитные функции. В результате их деятельности, лимфа и кровь избавляются от микробов, инородных включений и отживших свое клеток.
Разновидности костного мозга
Различают два типа костного мозга, а именно красный и желтый. Первый состоит преимущественно из кроветворной ткани, а второй из жировой. Желтый костный мозг не участвует в процессах кроветворения. Однако, в экстренных случаях (значительные потери крови, обострение редких болезней и т.п.) он может принять на себя эту функцию. Между красным и желтым костным мозгом отсутствует какая-либо четко выраженная граница. В зависимости от тех или иных факторов в различные моменты жизни человека соотношение между желтым и красным мозгом может изменяться. Обычно желтый костный мозг расположен в определенной области трубчатых костей, в их среднем отделе. Чем старше человек, тем меньше в его кроветворной ткани красного мозга и больше желтого. С возрастом функция кроветворения снижается, становясь все менее выраженной.
Зарождение в человеческом организме красного костного мозга происходит на стадии эмбрионального развития (на 2-м месяце в ключице зародыша). Чуть позже формирование красного мозга происходит в плоских костях, а кроме того, в трубчатых костях рук и ног человека. Примерно до начала 11-й недели развития эмбриона, в костном мозге происходит накопление стволовых клеток. С 20 по 28 неделю развития костный мозг преобразуется в полностью функциональный орган кроветворения.
Красный костный мозг: свойства и основные характеристики
Основное место дислокации красного костного мозга – это внутренние полости костей таза, эпифиз трубчатых костей и позвонки. Во втором и третьем случаях красный костный мозг встречается реже и в меньших количествах, чем в первом. Состоит красный мозг из непосредственно кроветворной ткани и стромы. В кроветворной ткани можно выделить 3 клеточных популяции – эритроцитарную, лейкоцитарную и тромбоцитарную, от которых и берут свое начало соответствующие кровяные клетки. Эти 3 клеточных ростка следуют за так называемыми плюрипотентными стволовыми клетками, выбравшими на определенной стадии своего развития и дифференциации одно из трех направлений.
Вес костного мозга человека варьируется в диапазоне от 1,6 до 3,7 кг. Это примерно 3-6% от совокупной массы тела. Цвет костного мозга темно-красный, а консистенция напоминает слегка сгущенную жидкость, что крайне важно для изучения материала. Тонкие мазки костного мозга могут быть тщательно изучены под микроскопом, что позволяет с точностью диагностировать различные заболевания. В состав костного мозга входят клетки СКК (стволовые кроветворные), клетки предшествующие Т- и В-лимфоцитам, а также диффероны кроветворных клеток гранулоцитарного, эритроидного и мегакариоцитарного ряда. В роли стромы костного мозга и соответствующего окружения для кроветворных клеток выступает ретикулярная соединительная ткань. Микроокружение включает также макрофаги, а кроме того жировые, остеогенные, эндотелиальные и адвентициальные клетки.
Клеточный состав
Наряду с вышеописанными основными компонентами, в костном мозге присутствуют также и другие его слагаемые: ретикулярные и остеогенные клетки, адипоциты, эндотелиоциты, макрофаги и межклеточное вещество. Ретикулярные клетки по форме напоминают объекты с отростками. Подобная форма обеспечивает возможность выполнения механической функции и секретирования таких слагаемых основного вещества, как проэластин, преколлаген, микрофибриллярный белок и др. Кроме того, ретикулярные клетки принимают активное участие в формировании достаточно специфичного кроветворного окружения, выделяя при этом ростовые факторы. Остеогенные клетки – это еще одна разновидность клеток костного мозга. Они также способны к выработке ростовых факторов и индуцированию гемопоэтических клеток. Самое активное кроветворение происходит в непосредственной близости от эндоста – соединительной ткани, которой выстлана внутренняя поверхность трубчатых костей. Именно здесь количество стволовых клеток наиболее высоко (концентрация больше в три раза в сравнении с центром полости).
Не менее постоянными слагаемыми костного мозга являются и жировые клетки (адипоциты). Примерно половина площади поверхности синусоидных капилляров покрыта адвентициальными клетками, способными к сокращениям под воздействием гемопоэтинов и некоторых других факторов. Их сокращение благоприятствует проникновению клеток в кровоток. Еще один элемент костного мозга – эндотелиальные клетки. Они активно участвуют в формировании стромы, процессах кроветворения, а также в синтезе коллагена 4-го типа и, конечно же, гемопоэтинов. Эндотелиальные клетки, из которых сформированы стенки синусоидов, вступают в непосредственный контакт со стромальными и гемопоэтическими клетками (это происходит благодаря прерывистости базальной мембраны). Помимо прочего, эндотелиоциты могут сокращаться, выталкивая кровяные клетки в капилляры, а затем закрывая поры, обеспечившие подачу новых клеток в кровоток. Эндотелиальные клетки продуцируют фибронектин, способствующий адгезии клеток друг к другу, и КСФ.
Имеются в костном мозге и макрофаги, которые представлены достаточно неоднородными клетками, имеющими различные свойства. Отдельные популяции макрофагов выделяют интерлейкины, эритропоэтин, интерферон, простагландины и др. Отростки макрофагов, проникая сквозь стенки капилляров, способны улавливать из кровотока трансферрин, после чего следует его подача к эритроцитам. Межклеточное вещество, как один из немаловажных компонентов костного мозга, имеет в своем составе коллаген трех типов, протеогликаны, гликопротеины и ряд других элементов.
Пересадка костного мозга
В процессе пересадки костного мозга, осуществляется ввод материала здорового донора в кровеносное русло пациента. В случае успешно выполненной трансплантации, после миграции здорового костного мозга и его адаптации к новому организму, налаживается процесс продуцирования клеток крови. Существует два вида пересадки костного мозга – аллогенная и сингенная. В первом случае донором является посторонний человек, а во втором – идентичный близнец. Важно, чтобы при аллогенной пересадке, когда донором является человек, не имеющий родственных связей с реципиентом, костный мозг донора соответствовал генетически костному мозгу пациента. Совместимость определяется лишь путем проведения специальных исследований и взятия анализов. Отсутствие необходимого соответствия способно привести к отторжению пересаживаемого материала организмом реципиента (graft rejection) либо к так называемой реакции “трансплантат против хозяина” (GVHD).
В отдельных случаях пациент может стать донором для самого себя. Подобная “аутологическая” пересадка костного мозга становится возможной, когда недуг, поразивший костный мозг, пребывает в стадии ремиссии либо болезнь пациента не затронула костный мозг (лимфогрануломатоз, опухоль мозга, рак яичников и т.п.). В любом из вышеперечисленных случаев костный мозг может быть извлечен из пациента, соответствующим образом очищен и использован впоследствии в качестве донорского материала.
Ворзрастные особенности
В эмбриональном периоде кроветворение осуществляется в кровяных островках желточного мешка (от 19-го дня до начала месяца внутриутробной жизни) . С 6-й недели развития кроветворение наблюдается в печени, а с 3-го месяца — в селезенке и продолжается до конца внутриутробного периода.
Костный мозг начинает формироваться в костях эмбриона в конце 2-го месяца. С 12-й недели в костном мозге развиваются кровеносные сосуды, в том числе синусоиды. Вокруг кровеносных сосудов появляется ретикулярная ткань, формируются первые островки кроветворения. С этого времени костный мозг начинает функционировать как кроветворный орган. Начиная с 20-й недели развития, масса костного мозга быстро увеличивается, он распространяется в сторону эпифизов. В диафизах трубчатых костей костные перекладины резорбируются, в них формируется костномозговая полость. у новорожденного красный костный мозг занимает все костномозговые полости. Жировые клетки в красном костном мозге впервые появляются после рождения (1-6 мес) а к 20-25 годам желтый костный мозг полностью заполняет костномозговые полости диафизов длинных трубчатых костей. у стариков костный мозг приобретает слизеподобную консистенцию (желатиновый костный мозг) . В эпифизах трубчатых костей, в плоских костях часть красного костного мозга также превращается в желтый костный мозг.
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 компоненткостного 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
Сосудистый компоненткостного 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 компоненткостного 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 значениекостного мозга очень велико. Он являетсядепо стволовых клеток. Здесь протекают процессыобразования почти всех клеток крови. Кровь, протекающая через сосудистое русло костного мозгаочищается от чужеродных соединений за счет фагоцитарной активности эндотелиальных клеток синусоидных капилляров. Костный мозг оказываетрегулирующее влияние на процессы иммуногенеза
Характеристика морфологически неидентифицируемых стадий гемопоэза.
Морфологически неидентифицируемые стадии гемопоэза включают в себя стволовые клетки, полустволовые и унипотентные клетки.
При делении стволовых клеток образуются 2 типа клеток, которые получили название полустволовых клеток. Из клеток 1 типа (клетка- предшественник миелопоэза) образуются в дальнейшем эритроциты, гранулоциты, моноциты, тромбоциты, а из клеток 2 типа (клетка -предщественник лимфопоэза) развиваются, прежде всего, различные лимфоциты. В силу того, что направления развития полустволовых клеток несколько ограничены, по сравнению со стволовыми клетками, они называются частично детерминированными. В результате пролиферации и дифференцировки полустволовых клеток образуются унипотентные клетки, которые могут дифференцироваться только в одном направлении. В силу ограничения направления их развития такие клетки получили название строго детерминированных клеток. Кроме того, унипотентные клетки называются КОЕ или КОК. Из первой полустволовой клетки образуется 6 унипотентных клеток: для эритроцитов (КОЕ-Э), для нейтрофилов (КОЭ-н), для эозинофилов (КЭЕ-эо), для базофилов (КОЭ-б), для моноцитов (КОЭ-м) и для тромбоцитов (КОЭ-мкц). Из второй полустволовой клетки образуются унипотентные клетки: клетка-предшественник для В-лимфоцитов, клетка-предшественник для Т-лимфоцитов, унипотентная клетка для натуральных (естественных) киллеров и клетка-предшественник для дендритных клеток 2 типа.
Дифференцировка клеток в унипотентные клетки сопровождается формированием на них рецепторов к гемопоэтическим гормонам (ИЛ3, эритропоэтин, тромбопоэтин), нейромедиаторам, катехоламинам, тиреотропному гормону, тестостерону, которые регулируют пролиферацию и дифференцировку клеток крови. Первоначально образуются бипотентные клетки (гранулоцитарно-моноцитарные, эритроцитарно-мегакариоцитарные ).
Дифференцировка полипотентных клеток в унипотентные определяется действием ряда специфических факторов (гемопоэтинов)- эритропоэтинов (для эритробластов), гранулопоэтинов (для миелобластов), лимфопоэтинов (для лимфобластов), тромбопоэтинов (для мегакариобластов) и др.
Морфология стволовых, полустволовых и унипотентных клеток изучена недостаточно, поэтому они практически неразличимы и составляют морфологически неидентифицируемые стадии гемопоэза. Дальнейшая дифференцировка унипотентных клеток изучена достаточно полно, так как дифференцирующиеся клетки отличаются ярко выраженными признаками. Они составляют морфологически идентифицируемые стадии гемопоэза.
Характеристика дендритных клеток 2 типа. Это крупные клетки с многочисленными отростками, которые сильно ветвятся, что обусловливает их название. Основная масса дендритных клеток локализуется в слизистых оболочках и коже (клетки Лангерганса). Благодаря своим отросткам, они обладают большой поверхностью, которой они способны воспринимать антигены. Дендритные клетки 2 типа содержат мало лизосом, что согласуется с их незначительной фагоцитарной активностью. Эти клетки образуются из моноцитов периферической крови, либо из самостоятельного костномозгового предшественника. Они захватывают антиген, а затем мигрируют с ним в лимфатические узлы и другие периферические органы кроветворения и иммуногенеза, где заселяют Т-зоны (и называются интердигитирующими клетками) и осуществляют презентацию антигена лимфоцитам.
Характеристика натуральных (естественных) киллеров.
Среди лимфоцитов в крови содержатся натуральные киллеры, которые также участвуют в клеточном иммунитете. Эти клетки в организме разрушают опухолевые клетки и клетки, инфицированные вирусом. Натуральные киллеры образуют первую линию защиты против чужеродных клеток, так как действуют немедленно, быстро разрушая клетки. Натуральные киллеры – это большие лимфоциты диаметром 12-15мкм, имеют многочисленные лизосомы (азурофильные гранулы) и дольчатое ядро. В отличие от них цитотоксические Т-лимфоциты образуют вторую линию защиты, так как для их активации требуется время, поэтому они вступают в действие значительно позже.
Эритроцитопоэз— процесс образования эритроцитов из унипотентной клетки (КОЕ-э) осуществляется под влиянием эритропоэтина, вырабатываемого в почках (90%) и печени (10%) в ответ на снижение парциального давления кислорода в крови (гипоксия) и запускающего эритроцитопоэз. Под влиянием эритропоэтина унипотентная клетка дифференцируется в проэритробласт.Проэритробласт — это крупная клетка размером 18-25 мкм, содержит крупное круглое ядро, много свободных рибосом, в которых начинается синтез гемоглобина. Цитоплазма этих базофильная. Из проэритробластов образуются базофильные эритробласты. Эта клетка 15-18 мкм, цитоплазма резко базофильная за счет накопления свободных рибосом.Базофильные эритробластысовершают 2-3 деления и превращаются в полихроматофильные эритробласты.Эти клетки размером 10-12 мкм, базофилия снижается за счет накопления гемоглобина и цитоплазма окрашивается в сиреневый цвет, число свободных рибосом уменьшается и накапливаются зерна ферритина. При делении и дифференцировке этих клеток образуютсяоксифильные эритробласты (нормобласты),у которых ядро сморщивается и становится пикнотичным, гемоглобина много, цитоплазма окрашивается оксифильно. Клетка небольших размеров- 8-10 мкм. На этой стадии пикнотичное ядро выталкивается из клетки. При этом, в цитоплазме сохраняются единичные органоиды (рибосомы и митохондрии). Клетка утрачивает способность к делению. В результате этих преобразований оксифильный эритробласт (нормобласт) превращается в безъядерную клетку-ретикулоцит.Эта клетка содержит в своем составе небольшое количество органоидов. В периферической крови ретикулоцит в течение 1-2 суток дифференцируется взрелый эритроцит.
Таким образом, в процессе эритроцитопоэза наблюдается уменьшение размеров клетки (приблизительно в 2 раза), происходит уплотнение и исчезновение ядра, накопление гемоглобина, что обусловливает оксифилию, уменьшение содержания РНК, клетка теряет способность к делению.
Из одной стволовой клетки крови в результате 12 делений в течение 7-10 дней образуется 2048 зрелых эритроцитов.
Гранулоцитопоэз– процесс образования гранулоцитов из унипотентных клеток. В результате пролиферации и дифференцировки из унипотентной клетки образуютсямиелобласты.Это клетки крупных размеров до 18-20 мкм, содержат крупное и круглое ядро, лежащее в центре. В этих клетках хорошо развиты структуры аппарата Гольджи, лизосомы. В цитоплазме содержится много миелопероксидазы и кислой фосфатазы. Специфическая зернистость в этих клетках отсутствует. В силу большого количества свободных рибосом цитоплазма миелобластов резко базофильная. При делении этих клеток образуютсяпромиелоциты (нейтрофильные, базофильные и оксифильные). Промиелоциты являются самыми крупными клетками (до 27 мкм). На этой стадии в клетках начинает появляться специфическая зернистость. В результате 3 –х делений образуютсямиелоциты (нейтрофильные, базофильные и эозинофильные), имеющие размеры 12-18 мкм. Ядро становится слегка бобовидным. Количество органоидов увеличивается. Содержание вторичной (специфической) зернистости возрастает. В результате деления и дифференцировки эти клетки превращаются в метамиелоциты. Размеры этих клеток не превышают 8-10 мкм, ядро бобовидной или подковообразной формы, увеличивается содержание специфической зернистости, клетка приобретает способность к миграции. Эти клетки не делятся и известны под названием «юные нейтрофилы». При дифференцировке эти клетки в периферической крови превращаются впалочкоядерные,а затем всегментоядерные гранулоциты.
Таким образом, в процессе гранулоцитопоэза (10-14 суток) клетка уменьшается в размерах, происходит уменьшение, уплотнение и сегментация ядра, накопление специфической зернистости, приобретение способности к миграции и к фагоцитозу, накопление органоидов, в том числе лизосом.
Гранулоцитопоэз регулируется интерлейкинами 3,4,5.
Тромбоцитопоэз -процесс образования кровяных пластинок (тромбоцитов) из унипотентных клеток – (КОЕ-мкц) под влиянием тромбопоэтина. В результате дифференцировки унипотентных клеток образуются мегакариобласты.Мегакариобластыявляются гигантскими клетками костного мозга, размеры которых превышают 20 мкм и составляют, как правило, 20-25 мкм. Ядро этих клеток характеризуется наличием многочисленных инвагинаций. Эти клетки способны к митозу, однако в процессе дифференцировки они утрачивают способность к митотическому делению и делятся только эндомитозом, что обусловливает плоидность и размеры ядра. В результате дифференцировки из мегакариобласта образуетсяпромегакариоцит. Эта клетка более крупная и достигает 30-40 мкм. Ядра этих клеток полиплоидные (тетраплоидные – 4nи октоплоидные – 8n), имеются центриоли. Клетка сохраняет способность к эндомитозу. Ядра становятся бухтообразными, с многочисленными перетяжками и сегментацией. Клеточная оболочка содержит выраженные инвагинации. Из промегакариоцитов возникаютмегакариоциты. Это крупные клетки размером до 80 мкм. Ядро распадается на несколько мелких ядер, которые содержат 16-32nхромосом. Цитоплазмы в этих клетках много и в ней различают две зоны: околоядерную зону, содержащую органоиды и мелкие азурофильные гранулы и наружную (эктоплазму) зону, содержащую компоненты цитоскелета и окрашивающуюся слабобазофильно. По функции различают резервные мегакариоциты и зрелые, активированные мегакариоциты, которые образуют тромбоциты. Зрелые мегакариоциты более крупные (до 100 мкм). Светлая эктоплазма образует многочисленные псевдоподии в виде тонких отростков, направленных к стенке сосудов костного мозга. В цитоплазме мегакариоцита накапливаются многочисленные микровезикулы, из которых постепенно формируются демаркационные мембраны, разделяющие цитоплазму на отдельные участки диаметром 1-3 мкм (будущие тромбоциты). Псевдоподии мегакариоцитов проникают в полость синусоидных капилляров, где от них отделяются кровяные пластинки.
Процесс образования тромбоцитов из стволовой клетки занимает 10 суток. Из одного мегакариоцита образуется до 16000 тромбоцитов. Таким образом, тромбоциты образуются интраваскулярно в отличие от других форменных элементов крови.
Костный мозг – Кровь5
Между строк
Слово МОЗГ в русском языке исторически означает влажную мякоть, рыхлую массу. Вероятно, раньше люди называли мозгом мякоть внутри любой кости – по контрасту с твердой оболочкой.
НАДКОСТНИЦА – очень полезная пленка, окружающая кость снаружи. Надкостница снабжает кровью поверхностные слои кости, а при переломах участвует в образовании «костной мозоли».
Сочетание простых слов «костный» и «мозг» создает много сложностей. Почти никто не понимает, о чем речь. Большинство людей убеждены, что костный мозг находится либо в голове, либо в позвоночнике, но при этом не представляют, для чего он там нужен. Разберемся по порядку.
«Костным» мозг называется из-за того, что находится практически во всех более или менее крупных костях нашего тела. Эта красно-коричневая губчатая субстанция есть в лопатках, в ребрах, в костях таза, в основании и крышке черепа, в грудине и других плоских и трубчатых костях.
Красный костный мозг – это фабрика крови. Именно внутри наших костей производятся все кроветворные клетки. Работа идет непрерывно, клеточные элементы постоянно обновляются. Костный мозг производит стволовые клетки, которые в недалеком будущем становятся эритроцитами, тромбоцитами и различными видами лейкоцитов. Осмотрим здание фабрики повнимательнее.
Ее «несущие стены» – это надкостница, которая позволяет расти кости в толщину, а также защищает и упрочняет ее внутреннее наполнение. Губчатое вещество, которое лежит сразу под надкостницей, выполняет роль «комнат», где формируются костномозговые балки. В их ячейках и живут стволовые клетки крови: они представляют собой своеобразные «станки», которые круглосуточно штампуют своих клонов. Все эти отделы обильно снабжены кровеносными сосудами, которые, как курьерская служба, сначала доставляют на фабрику все, что необходимо для производства, а потом забирают в кровоток уже готовые клетки.
Костный мозг – единственное место во взрослом организме, где происходит кроветворение. Именно поэтому любые изменения в нем приводят к плачевным последствиям.
Эдвард
Томас
Трансплантолог
Эдвард Донналл Томас (1920 — 2012) — выдающийся американский врач, лауреат Нобелевской премии по медицине. В 1959 году первым в истории пересадил девочке в терминальной стадии лейкоза костный мозг от здоровой сестры-близнеца. Кроветворение пациентки восстановилось, ремиссия продлилась 4 месяца. Именно от этой операции идет официальный отсчет истории пересадок костного мозга.
Суперфункции костного мозга человека
Основная гемопоэтическая ткань – это красный костный мозг располагается внутри трубчатых костей, но общая масса вещества около 5% веса тела. Количества достаточно для участия в работе во всех тканях организма.
Эритроциты переносят кислород, а лимфоциты и лейкоциты отвечают за удаление поврежденных тканей, нейтрализацию чужеродных агентов.
Внутрикостное расположение не позволяет клиническими способами верифицировать изменения при прохождении человеком комиссии, что затрудняет раннюю диагностику лейкозов, анемического синдрома. Для оценки состояния проводится инвазивная процедура – трепанобиопсия. Для получения материала требуется пунктирование трубчатой кости в участке локализации с проникновением внутрь.
Практическая значимость для здоровья человека костного мозга огромная – является источником кроветворения (гемопоэза) и созревания компонентов иммунной системы (иммунопоэз). Образование форменных элементов крови (лимфоцитов, лейкоцитов, эритроцитов) в течение месяца происходит несколько раз. Обновление кровеносной среды необходимо для предотвращения мутаций, ликвидации поврежденных эритроцитов, лейкоцитов.
Зачаток красного ростка происходит из общего предшественника, формирующего в последующем эритроцитарное, лейкоцитарное, тромбоцитарное направление. При лейкозах первичной стволовой клетки наблюдается нарушение образования всех трех разновидностей форменных элементов.
Какие функции выполняет
Расположение костного мозга – внутренняя центральная полость трубчатых и некоторые свободные пространства плоских костей, позвонки, пространства костей таза. При описании, как выглядит костный мозг, следует отметить некоторые отличия между строением вещества в разных костях. Не существует также четкой градации между красным и желтым костным мозгом. Границы условны и определяют степень накопления адипоцитов.
Недооценка органа приводит к печальным последствиям, так как при патологии высоки шансы летального исхода.
Для чего нужен этот орган:
- Поставщик новых эритроцитов, лейкоцитов;
- Создатель комплекса клеток для защиты от инфекций, чужеродных белков.
Отсутствие других аналогов и органов компенсации делает структуры важной для ежедневной жизнедеятельности человека. Эритроциты образуются в крови каждый день. Часть стареющих компонентов перерабатывается селезенкой с выделением железа, некоторых других веществ, используемых организмом для повторного создания эритроцитов.
Обновление гранулоцитарных лейкоцитов происходит в среднем через каждые 2 недели, поэтому поддерживается оптимальное функционирование иммунитета. При острых интоксикациях, инфекциях процесс ускоряется, так как для нейтрализации чужеродного агента может потребоваться весь путь клеток белого ряда. Способность к восстановлению определяется содержанием гемопоэтических компонентов. На кроветворение влияет также состояние стромальных элементов, участвующих в регуляции образования форменных элементов стволовыми клетками. Макрофагальный ряд участвует в нейтрализации чужеродных факторов.
Морфологическая структура костного мозга
По классическому представлению морфологическая структура костного мозга – это строма и кроветворные элементы. Между компонентами существует определенная взаимосвязь с системной регуляцией.
При аномалиях стромы или кроветворной ткани возникают дефекты кроветворения. Зачатки гемопоэза формируются из ростковых зон – эритроцитарной, тромбоцитарной, лейкоцитарной. Стволовые клетки продуцируют новые форменные элементы. Вне костного мозга физиологически встречаются только созревшие формы. При наличии бластов в общем анализе крови врачи подозревают рак крови. Физиологически родоначальники клеточного состава не появляются в крови, а проходят дифференцировку внутри костномозгового канала. Процесс контролируется множеством гемопоэтических соединений, взаимодействие которых учеными четко не объясняется.
Красный костный мозг имеет твердую структуру, темный оттенок, что может визуализироваться под микроскопом. Средняя масса структуры – 2-4 килограмма, что составляет 3-6% веса тела человека.
При морфологическом анализе внутри кости прослеживается общий зачаток для последующего формирования отдельных элементов мегакариоцитарного, эритроидного, гранулоцитарного ряда. Костномозговая строма и окружение кроветворных клеток формируется ретикулярной тканью, адвентициальными, эндотелиальными, остеогенными клетками, макрофагами.
Под микроскопом хорошо отслеживать ретикулярные клетки костномозгового вещества, имеющие длинные отростки. Назначение – образование коллагеновых волокон, микрофибриллярного белка, проэластина, проколлагена. Элементы создают каркас для последующего образования окружения кроветворных ростков, состоящего из коллагена, эластина, белковых включений, стромальных клеток, выделяющих необходимые химические соединения для регулировки процесса кроветворения.
Самая большая концентрация клеток роста локализуется по периферии внутренней части кости, состоящей из соединительной ткани. Примерно в 3 раза концентрация клеточных структур здесь больше, чем в центральной части.
Жировые клетки составляют каркас для гемопоэтической ткани. Мелкие внутрикостные капилляры обогащены эндотелием, регулирующим сокращения под влиянием гемопоэтинов. Клетки эндотелия участвуют в образовании крови, синтезе коллагеновых волокон. Эндотелиальные элементы выстилают сосудистые синусы.
Макрофаги костного мозга характеризуются большим перечнем форм, способных выделять целый ряд веществ для выполнения разных биохимических реакций – интерфероны, эритропоэтины, простагландины. Каждое соединение имеет собственную биохимическую активность. Макрофаги костномозгового вещества имеют длинные отростки, проникающие сквозь сосудистый эндотелий. Таким способом макрофаги выполняют полезные задачи, необходимые для оптимального процесса кроветворения. Есть практические исследования, указывающие на участки макрофагальных рядов в процессе образования гликопротеинов, протеогликанов. Доказано, что структуры могут преобразоваться в другую разновидность под влиянием определенных цитокинов.
Развитие костномозгового вещества происходит на втором месяце развития, когда в ключице эмбриона появляются первые зачатки. На 4 месяце костномозговая структура прослеживается в трубчатых костях конечностях, плоских костях.
Остеобластические очаги обеспечивают выполнение остеогенной функции, создают среду для дифференциации кроветворного ростка. Адипоциты (жировые клетки) образуются на 36 неделе развития зародыша, когда возникают участки кроветворения в эпифизарных частях костей.
В структуре костного мозга содержится максимальное количество стволовых клеток, превышающих остальные разновидности. Костномозговая ткань содержит 2 основные ткани – кроветворная, ретикулярная. Типичная локализация костного мозга в ребрах, грудине, позвоночнике.
Стволовые клетки выполняют регенераторную роль, которая обеспечивает организм необходимыми форменными элементами крови. Примерно 50% основного веса костномозгового вещества составляет скопление кроветворных сосудов, обеспечивающих оптимальное обеспечение тканей кислородом, химическим веществом. Пористая структура сосудистой стенки формирует условия для проникновения внутрь питательных веществ.
Желтый костный мозг отличается от красного содержанием большого числа жировых клеток. Обычно эта структура не выполняет кроветворную функцию. Включается в процесс гемопоэза после интенсивного кровотечения, когда происходит большая потеря крови, а красный костный мозг не справляется с задачами.
Увеличение количества желтого костного мозга прослеживается в центральной части кости у людей пожилого возраста. Чем больше лет, тем больше внутрикостных адипоцитов. Жировые скопления вытесняют функциональные элементы, что уменьшается резервные возможности человека по поддержанию гемопоэза.
За что отвечает костный мозг
Кроме поддержания процесса кроветворения в физиологическом состоянии костный мозг отвечает за ряд других важных функций – контроль пула красных и белых форменных элементов крови, отслеживание активности лимфатической системы, предотвращение быстрой потери эритроцитов при массивном кровоизлиянии.
Другие функции красного костного мозга:
- Непрерывная регулировка и создание молодых кровяных клеток;
- Ежедневное обновление погибших и устаревших структурных компонентов;
- Создание защитных комплексов при проникновении в кровь инородных частиц, бактерий;
- Дифференцировка собственных и чужеродных клеток;
- Красный костный мозг контролирует отсутствие собственных опухолевых клеток.
Все описанные функции характерны для физического состояния системы кроветворения. При патологии работа ткани искажается, что приводит к развитию патологических состояний, в том числе рака крови.
Как выглядит костный мозг – клеточный состав
Секреторную и механическую функцию выполняют ретикулярные клетки, участвующие в выработке проэластина, и коллагена. Данные факторы формируют окружение, необходимое для оптимальной работы стволовых клеток.
Остеогенные клетки – остеобласты вырабатывают факторы роста, контролирующие гемопоэз. Родоначальником системы остеогенеза являются специализированные макрофаги, подвергающиеся дифференцировке.
Максимальное скопление остеобластов наблюдается в эндосте, возле которого происходит интенсивное образование форменных элементов из стволовых клеток. Биопсия показывает трехкратное увеличение красных кроветворных зачатков, располагающихся вблизи эндоста.
Адвентициальный клеточный состав располагается поверх сосудов и способен сокращаться под влиянием регулирующих веществ – гемопоэтины.
Количество жировых клеток определяет дифференцировку костного роста между желтым и красным видом.
Эндотелиальная выстилка сосудов участвует в кроветворении за счет стимуляции гемопоэтинами, стромальными клетками. Эндотелиоциты участвуют в сокращении сосудистой стенки, способствуют выталкиванию потока крови по сосудистому руслу. Эндотелиоциты синтезируют фибронектин, колониестимулирующие факторы.
При изучении в микроскопе, визуализируются крупные макрофаги, обладающие разными степенями дифференцировки. Не весь макрофагальный ряд костного мозга содержит органеллы, способные разрушать бактерии, чужеродные белки. Некоторые клетки содержат небольшие лизосомы и фагосомы, так как их назначение – это образование интерлейкинов, колониестимулирующих факторов, интерферона, простагландинов. Межклеточное вещество насыщено протеогликанами, гликопротеинами, коллагеновыми волокнами. Данные структурные компоненты необходимы для оптимальной работы гемопоэтической ткани.
Костный мозг – это важная структура, которая окончательно не изучена, но его опухоли значительно повышают летальность. Состояние необратимо, поэтому суть лечения – это достижение стойкой ремиссии.
В некоторых случаях удается добиться полного излечения после пересадки костного мозга. Можно рассчитывать на успешность манипуляции только после выявления лейкоза на начальном этапе.