Розвиток системи гемопоезу - хвороби крові у дітей

ХВОРОБИ КРОВІ
РОЗВИТОК СИСТЕМИ гемопоезу
У ранні періоди еволюції клітини водних найпростіших безпосередньо контактували з навколишнім водним середовищем, а газообмін і обмін продуктами життєдіяльності між ними здійснювався шляхом простої дифузії. В процесі еволюції у міру появи багатоклітинних і наземних організмів почали розвиватися судинна система і гемическая рідина. Кров, мабуть, спочатку являла собою простий сольовий розчин, аналогічний за складом морської воді-невдовзі після цього розвинулися клітинні компоненти, які виконують спеціальні функції, основні з яких полягають в транспорті дихальних газів, гемостазе, фагоцитозі і ін. У більшості високорозвинених організмів різних лініях клітин крові притаманні різні функції.
Вже у 3-тижневого ембріона людини можна виявити процес формування крові. У цей період в мезодермальних тканинах зустрічаються великі примітивні гемопоетичні клітинні елементи, інтимно пов`язані з країнами, що розвиваються судинними каналами. До 2-го місяця внутрішньоутробного періоду активну кровотворення встановлюється в печінці, яка стає основним кровотворних органом на 2-6-му місяці життя плоду, після чого гемопоез поступово переміщається в кістковий мозок. До моменту народження дитини він виконує основну роль в утворенні крові.
У дитини грудного віку кісткові порожнини заповнені активної гемопоетичних тканиною (червоний кістковий мозок). У міру зростання і розвитку дитини в довгих трубчастих кістках вона поступово витісняється жировою тканиною (жовтий кістковий мозок). Процес кровотворення у дітей старшого віку і дорослих в основному відбувається в ребрах, грудині, хребцях, тазових кістках, кістках черепа, в ключицях і лопаткових кістках. У відповідь на певні види гематологічного стресу в жовтому кістковому мозку трубчастих кісток може поновитися активний гемопоез.
При дослідженні кісткового мозку при багатьох гематологічних захворюваннях можна отримати цінну інформацію. Його аспірація - безпечний і технічно простий метод. Незважаючи на те що по відношенню до всієї маси гемопоетичних тканини аспірат становить дуже незначну її частину, в більшості випадків взяті одночасно в різних місцях аспірати дивно однорідні. У дітей грудного віку кращим місцем аспірації служить проксимальний відділ великогомілкової і задній гребінь клубової кісток. У дітей старшого віку задній гребінь клубової кістки дозволяє підійти до великого костномозговая простору, що не межує з магістральними кровоносними судинами або життєво важливими органами. Біопсія за допомогою голки, запропонованої Jamshidi, дозволяє точніше оцінити клітинний склад кісткового мозку, ніж звичайний метод аспірації. Вона відрізняється також певною цінністю при виявленні осередкової поразки кісткового мозку при метастатичному або гранулематозному процесі. У табл. 18-1 приведені типи і співвідношення клітин, що зустрічаються в кістковому мозку у здорових немовлят і дітей старшого віку.
Таблиця 18-1. Мієлограма дітей раннього і старшого віку і дорослих

ЕРИТРОЦИТИ

Для утворення еритроцитів необхідно постійне надходження в організм амінокислот, заліза, деяких вітамінів та інших «слідів» поживних елементів. Вироблення їх регулюється специфічним гормоном еритропоетином. Його прогормон, що продукується епітеліальними клітинами ниркових клубочків, після активації сироватковим фактором стає біологічно активним еритропоетином. Цей процес стимулюється при зниженні оксигенації тканини. Основна дія еритропоетину полягає в індукції процесу диференціації стовбурових клітин по лінії гемопоезу. При цьому ранні попередники еритроцитів вступають в послідовне клітинний розподіл. Вивчення кісткового мозку в тканинних культурах сприяє більш повного розуміння процесів розвитку еритроцитів. Після культивування малих мононуклеарних лімфоцитоподібних клітин кісткового мозку в напіврідкої середовищі протягом 5-6 днів нечисленні чутливі до еритропоетину попередники формували виразні скупчення (кластери) червоних клітин, які називаються еритроїдна одиницями, які утворюють колонії (ЕЕОК). На 12-14-й день культивування з`являються більші освіти, звані еритроїдна бурстобразующімі одиницями (ЕБОЕ), які вважаються найбільш примітивними спеціалізованими попередниками еритроїдних клітин, нечутливих до еритропоетину. Процес клітинної диференціації в міру дозрівання еритроцита полягає в конденсації і втрати ядра і виробленні гемоглобіну, на частку якого припадає 90% сухої маси зрілого еритроцита.

ГЕМОГЛОБІН

Для процесу окислення, що представляє собою невід`ємну частину життя, потрібне постійне постачання тканин киснем. В результаті утворення несучих кисень протеїнів і гемоглобинов значно підвищилася здатність крові виступати в якості засобу транспорту газу. Більш того, процеси з`єднання і дисоціації кисню і гемоглобіну протікають без витрат метаболічної енергії.
Гемоглобін, складний протеїн, складається з залізовмісних груп гема і білкового залишку (Глобино). Динамічна взаємодія гема з глобіном надає гемоглобіну унікальні властивості, необхідні для оборотного процесу транспорту кисню. Молекула гемоглобіну являє собою тетрамер, що складається з двох пар поліпептидних ланцюгів, кожна з яких має гемовую групу. Поліпептидні ланцюги різних видів гемоглобіну хімічно різні. Наприклад, у здорової дорослої людини гемоглобін складається з двох а- і двох бета-поліпептидних ланцюгів. Синтез цих ланцюгів регулюється різними генами.
В еритроцитах ембріона, плода, дитини і дорослої людини в нормі можуть визначатися шість типів гемоглобіну: ембріональний, Gower 1, Gower 2 і Portland фетальний (HbF) і дорослі типи НbA і НbA2. Електрофоретична рухливість гемоглобіну варіює залежно від його хімічної структури. Склад поліпептидних ланцюгів гемоглобинов людини представлений в табл. 18-2. Час появи в організмі і кількісні співвідношення їх типів зумовлені складними процесами розвитку (рис. 18-1). Подвійний набір генів для бета-поліпептидних ланцюгів у людини локалізується на 16-й парі хромосом. На 11-й хромосомі в зчепленому вигляді локалізуються гени, які контролюють синтез ланцюгів глобіну.

Таблиця 18-2. Нормальні гемоглобіни людини

Ембріональні типи гемоглобіну. На ранніх стадіях розвитку ембріона людини в крові міститься два типи повільно мігруючого гемоглобіну (Gower 1 і Gower 2) і Hb Portland, електрофоретична рухливість якого подібна до такої HbF. За структурою -ланцюг гемоглобинов Portland і Gower 1 аналогічна a-ланцюгів. В тому і іншому типі гемоглобинов Gower міститься унікальний вид поліпептидних ланцюгів, так звані -ланцюга. У ембріона у віці 4-8 тижнів. домінують гемоглобіни Gower, проте до віку 3 міс. вони поступово зникають.
Фетальні типи гемоглобинов. Бета-ланцюгах НbA відповідають у-поліпептидні ланцюга HbF. Останній може бути представлений а2У2. Для його кількісної оцінки зазвичай використовується його резистентність до денатурує дії сильних лугів. Через 8 тижнів. внутрішньоутробного розвитку HbF стає домінуючим типом гемоглобіну, а у плода у віці 6 міс. становить 90% від загального його кількості. Потім поступово знижується рівень HbF, і до моменту народження він становить близько 70% від загальної кількості. У постнатальному періоді його рівень знижується швидко, і у дитини у віці 6-12 міс. він виявляється лише у вигляді слідів. У дітей старшого віку і дорослих при денатурації лугом його можна виявити в кількостях менше 2%. Гемоглобін F гетерогенний, так як містить два типу у-ланцюгів, синтез яких контролюється двома наборами генів. Ці ланцюги відрізняються присутністю в позиції 136 залишків гліцину (Gу) або аланина (Ау). У новонародженого відносне співвідношення Gy- і Ау-ланцюгів становить 3: 1.

Мал. 18-1. Співвідношення типів поліпептидних ланцюгів гемоглобіну у людини в ранній період життя.
Показані характерні для кожного періоду електрофоретичні типи гемоглобинов (модифікація з: Pearson Н. A. J. Pediatr., 1966, 69, 466).

Дорослі типи гемоглобинов. Деяка кількість НbA може бути виявлено вже на самих ранніх стадіях розвитку ембріона. Таким чином, навіть у віці 16-20 тижнів. внутрішньоутробного розвитку стає можливою пренатальна діагностика основних гемоглобинопатий, при яких до процесу залучаються бета-ланцюга, наприклад серповидно-клітинної анемії і великий таласемії. У плода у віці 6 міс. визначається близько 10% НbA. Надалі його кількість неухильно збільшується і до моменту народження дитини воно становить майже 30%. У дитини у віці 6-12 міс. формується дорослий тип гемоглобіну, відповідний такому в здорової дорослої людини. Мінорний підтип дорослого типу гемоглобіну НbA2 містить б-ланцюга і має структуру. Він визначається лише при великих кількостях НbA. До моменту народження дитини НbA2 становить менше 1% від загальної кількості гемоглобіну, проте до віку 12 міс. воно досягає норми, т. е. 2-3,4%. Протягом усього життя співвідношення НbA з НbA2 в нормі становить 30: 1.

Взаємозв`язок різних типів гемоглобіну в нормі. У плода і у дитини раннього віку швидкість синтезу у- і б-ланцюгів і кількість НbA і HbF знаходяться в зворотній залежності. Характер цих взаємозв`язків і механізми їх регуляції досі залишаються нез`ясованими. За аналогією з концепціями про мікробіологічної генетиці було висунуто припущення про існування так званого пускового механізму, заснованого на регуляторних генах. Цей механізм у внутрішньоутробному періоді сприяє синтезу у-ланцюгів, пригнічуючи вироблення в- і б-ланцюгів. В постнатальний період він перемикається таким чином, що пригнічується синтез фетального гемоглобіну і накопичується гемоглобін дорослого типу. Проте подібні регуляторні механізми досі не отримали чіткого визначення. Крім того, не розроблені терапевтичні методи впливу, що сприяють переключенню на синтез HbF в постнатальний період. Можливість цього може спричинити за собою корінний перелом у клініці великий таласемії і серповидно-клітинної анемії.
Зміни гемоглобинов при патології. Оскільки гемоглобіни, що містять -ланцюга, в нормі, зустрічаються лише на самих ранніх стадіях внутрішньоутробного розвитку, вони представляють в основному теоретичний інтерес. Невеликі кількості гемоглобіну типу Gower були виявлені у кількох новонароджених з трисомія 13-15. Підвищений рівень гемоглобіну Portland був виявлений в пуповинної крові у мертвонароджених немовлят, гомозиготних по ff-таласемії.
На рівень фетальних типів гемоглобінів впливає цілий ряд факторів. У осіб, гетерозиготних по б-таласемії (носії генів б-таласемії), рівень HbF в постнатальному періоді знижується повільно-у 50% з них в наступні періоди життя рівень його перевищує 2%. Для гомозиготной талассемии (анемія Кулі) в успадковане формі персистирующего фетального гемоглобіну типові великі кількості HbF. У хворих з основними видами гемоглобинопатии з ураженням бета-ланцюгів (HbSS, SC і ін.) Рівень його зазвичай підвищений, особливо в дитинстві. І, нарешті, він може помірно підвищуватися при багатьох захворюваннях, що супроводжуються гематологічним стресом, наприклад при гемолітичних і апластичної анеміях і лейкозі. Пов`язано це з нечисленною популяцією еритроцитів, що містять збільшену кількість HbF, що може бути продемонстровано за допомогою забарвлення за методом, запропонованим Kleihauer і Betke. При синдромах а-таласемії можуть зустрічатися тетрамери у- (у4 або Hb Bart&rsquo-s) або в- ланцюгів (В4 або HbН).
Дуже рідко змінюється рівень НbA2 (2,4-3,4%). Верхня межа норми (3,4%) перевищена у більшості носіїв гена в-таласемії і хворих мегалобластної анемією внаслідок недостатності вітаміну В12 або фолієвої кислоти. Знижується рівень НbA2 при залізодефіцитної анемії і Cf-таласемії.

МЕТАБОЛІЗМ ЕРИТРОЦИТІВ

Червоні клітини кісткового мозку, що містять ядро, виконують цілий ряд метаболічних функцій, включаючи активний синтез протеїну. Після втрати ядра клітина практично втрачає здатність до метаболічної активності, в тому числі до синтезу білків, але набуває здатності транспортувати кисень. Однак ця обставина, з іншого боку, зумовлює і тривалість життя еритроцита, оскільки він втрачає здатність замінювати або відновлювати свої білкові ферменти, які мають життєво важливе значення. У зрілому еритроциті міститься більше 40 ферментів. Багато з них грають в клітці неоціненну роль, з іншого боку, генетично обумовлена недостатність інших, таких як каталаза, не призводить до загибелі еритроцита.
Зрілий еритроцит не представляє собою метаболічно інертну клітку. Він позбавлений мітохондрій, в зв`язку з чим відсутні можливості для генерації АТФ шляхом окисного фосфорилювання в циклі Кребса. Клітка утилізує глюкозу і в результаті анаеробного гліколізу (шлях Ембдена - Мейергофа) продукується молочна кислота близько 10% глюкози окислюється за допомогою пентозофосфатного шунта. Для нормальної життєдіяльності еритроцита необхідні щонайменше п`ять функцій молекул АТФ, вироблених в процесі метаболізму глюкози.

1. Підтримка градієнта електролітів. Основним катіоном еритроцита служить калій, а в плазмі - натрій. Протидія постійної тенденції натрію проникнути в клітину, а калію покинути її при підтримці в нормі іонного градієнта здійснюється за допомогою енерго (АТФ) залежного мембранного механізму, т. Е. Катіонного насоса. При порушеннях цього механізму в еритроциті накопичуються натрій і вода, що супроводжується його набуханням і в кінцевому підсумку гемолизом. Крім того, енергія утилізується клітиною для підтримки в ній концентрації іонів кальцію на низькому рівні.
2. Запуск енергопродукції. Для початку реакції гліколізу, в процесі якої відбувається фосфорилювання глюкози з перетворенням її в глюкозо-6-фосфат, потрібні молекули АТФ.
3. Підтримка клітинної мембрани і форми еритроцита. Для збереження складної фосфоліпідної структури мембрани еритроцита потрібна енергія. Збереження двояковогнутой форми клітини, очевидно, також залежить від енергетичних процесів.
4. Підтримка заліза в геме у відновленій (двухвалентной) формі. Окисні потенціали всередині еритроцита можуть призводити до окислення заліза гемоглобіну. Що містить тривалентне залізо метгемоглобін не виконує транспортної функції (перенесення кисню). Більш того, в разі, якщо перекису і інші окислюють речовини не інактивуються, може статися денатурація і преципитация гемоглобіну. Клітини, що містять денатурований гемоглобін, швидко видаляються з судинного русла. Захист еритроцита від впливу окислювачів в кінцевому підсумку залежить від NADPH і NADH. Ці сполуки постійно регенеруються в процесі гліколізу і пентозного шунта. У багатьох випадках генетично обумовленої недостатності ферментів гликолитического і пентозного шляхів розвиваються гемолітичні стану, оскільки відсутня енергія, необхідна для виконання цих життєво важливих функцій.
5. Підтримка всередині клітини рівнів органічних фосфатів, таких як 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) і АТФ. Ці сполуки взаємодіють з гемоглобіном і впливають на ступінь спорідненості до кисню.