До края на този раздел ще можете да:
- Опишете анатомията на еритроцитите
- Обсъдете различните стъпки в жизнения цикъл на еритроцитите
- Обяснете състава и функцията на хемоглобина
The еритроцит, известен като червени кръвни клетки (или червените кръвни клетки), е най-често срещаният образуван елемент: Една капка кръв съдържа милиони еритроцити и само хиляди левкоцити. По-конкретно, мъжете имат около 5,4 милиона еритроцити на микролитър (µL) кръв, а жените имат приблизително 4,8 милиона на µL. В действителност еритроцитите се изчисляват на около 25 процента от общите клетки в тялото. Както можете да си представите, те са доста малки клетки, със среден диаметър само около 7–8 микрометра (µm) (Фигура 1). Основните функции на еритроцитите са да улавят вдишания кислород от белите дробове и да го транспортират до тъканите на тялото и да събират някои (около 24 процента) отпадъци от въглероден диоксид в тъканите и да ги транспортират до белите дробове за издишване. Еритроцитите остават в съдовата мрежа. Въпреки че левкоцитите обикновено напускат кръвоносните съдове, за да изпълняват своите защитни функции, движението на еритроцитите от кръвоносните съдове е необичайно.
Фигура 1. Обобщение на формираните елементи в кръвта
Форма и структура на еритроцитите
Докато еритроцитът узрява в червения костен мозък, той екструдира ядрото си и повечето си други органели. През първите ден-два, когато е в кръвообращението, незрял еритроцит, известен като ретикулоцит, все още обикновено съдържа остатъци от органели. Ретикулоцитите трябва да включват приблизително 1-2 процента от броя на еритроцитите и да предоставят груба оценка на скоростта на производство на червените кръвни клетки, с необичайно ниски или високи нива, показващи отклонения в производството на тези клетки. Тези остатъци, предимно от мрежи (ретикулум) от рибозоми, бързо се отделят, а зрелите, циркулиращи еритроцити имат малко вътрешни клетъчни структурни компоненти. Липсвайки митохондрии, например, те разчитат на анаеробно дишане. Това означава, че те не използват никой от кислорода, който транспортират, така че могат да доставят всичко до тъканите. Липсват им и ендоплазматични ретикули и не синтезират протеини. Еритроцитите обаче съдържат някои структурни протеини, които помагат на кръвните клетки да запазят уникалната си структура и им позволяват да променят формата си, за да изстискат през капилярите. Това включва протеиновия спектрин, цитоскелетен протеинов елемент.
Фигура 2. Форма на червените кръвни клетки Еритроцитите са двойно вдлъбнати дискове с много плитки центрове. Тази форма оптимизира съотношението на повърхността към обема, улеснявайки обмяната на газ. Той също така им позволява да се сгънат, докато се движат през тесни кръвоносни съдове.
Хемоглобин
Хемоглобин е голяма молекула, изградена от протеини и желязо. Състои се от четири сгънати вериги от протеин, наречен глобин, обозначени алфа 1 и 2 и бета 1 и 2 (Фигура 3а). Всяка от тези глобинови молекули е свързана с червена пигментна молекула, наречена хем, който съдържа железен йон (Fe 2+) (Фигура 3b).
Фигура 3. (а) Молекула хемоглобин съдържа четири глобинови протеина, всеки от които е свързан с една молекула от съдържащия желязо пигмент хем. (б) Един еритроцит може да съдържа 300 милиона молекули хемоглобин и следователно повече от 1 милиард молекули кислород.
Всеки железен йон в хема може да се свърже с една молекула кислород; следователно, всяка молекула на хемоглобина може да транспортира четири молекули кислород. Отделен еритроцит може да съдържа около 300 милиона молекули хемоглобин и следователно може да се свърже и транспортира до 1,2 милиарда молекули кислород (вж. Фигура 3b).
В белите дробове хемоглобинът улавя кислород, който се свързва с железните йони, образувайки се оксихемоглобин. Яркочервеният, кислороден хемоглобин пътува до телесните тъкани, където освобождава част от кислородните молекули, ставайки по-тъмночервен дезоксихемоглобин, понякога наричан намален хемоглобин. Освобождаването на кислород зависи от нуждата от кислород в околните тъкани, така че хемоглобинът рядко, ако изобщо оставя целия си кислород зад себе си. В капилярите въглеродният диоксид навлиза в кръвта. Около 76 процента се разтварят в плазмата, като част от нея остава като разтворен CO2, а останалата част образува бикарбонатен йон. Около 23–24% от него се свързва с аминокиселините в хемоглобина, образувайки молекула, известна като карбаминохемоглобин. От капилярите хемоглобинът пренася въглеродния диоксид обратно в белите дробове, където го освобождава за обмен на кислород.
Промените в нивата на червените кръвни клетки могат да имат значителен ефект върху способността на организма ефективно да доставя кислород до тъканите. Неефективната хематопоеза води до недостатъчен брой червени кръвни клетки и води до една от няколкото форми на анемия. Свръхпродукцията на червените кръвни клетки води до състояние, наречено полицитемия. Основният недостатък на полицитемията не е неуспехът да се достави достатъчно кислород до тъканите, а по-скоро повишеният вискозитет на кръвта, което затруднява сърцето да циркулира кръвта.
При пациенти с недостатъчен хемоглобин тъканите може да не получават достатъчно кислород, което води до друга форма на анемия. При определяне на оксигенацията на тъканите, най-големият интерес в здравеопазването е процентът на насищане; т.е. процентът на местата на хемоглобин, заети от кислород в кръвта на пациента. Клинично тази стойност обикновено се нарича просто „процент на насищане“.
Процентното насищане обикновено се наблюдава с помощта на устройство, известно като импулсен оксиметър, което се прилага върху тънка част от тялото, обикновено върха на пръста на пациента. Устройството работи, като изпраща две различни дължини на вълната на светлината (едната червена, другата инфрачервена) през пръста и измерва светлината с фотодетектор при излизане. Хемоглобинът абсорбира светлината диференцирано в зависимост от наситеността му с кислород. Устройството калибрира количеството светлина, получено от фотодетектора, спрямо количеството, погълнато от частично оксигенирания хемоглобин, и представя данните като процентно насищане. Нормалните показания на пулсовия оксиметър варират от 95–100 процента. По-ниските проценти отразяват хипоксемия, или ниско съдържание на кислород в кръвта. Терминът хипоксия е по-общ и просто се отнася до ниски нива на кислород. Нивата на кислород също се наблюдават директно от свободния кислород в плазмата, обикновено след артериална пръчка. Когато се прилага този метод, количеството присъстващ кислород се изразява чрез парциално налягане на кислорода или просто pO2 и обикновено се записва в единици милиметри живачен стълб, mm Hg.
Бъбреците филтрират около 180 литра (
Жизнен цикъл на еритроцитите
Производството на еритроцити в костния мозък се случва със зашеметяващата скорост от над 2 милиона клетки в секунда. За да се осъществи това производство, редица суровини трябва да присъстват в адекватни количества. Те включват същите хранителни вещества, които са от съществено значение за производството и поддържането на всяка клетка, като глюкоза, липиди и аминокиселини. Производството на еритроцити обаче изисква и няколко микроелемента:
Еритроцитите живеят до 120 дни в циркулацията, след което износените клетки се отстраняват от тип миелоидна фагоцитна клетка, наречена макрофаг, разположени предимно в костния мозък, черния дроб и далака. Компонентите на хемоглобина на разградените еритроцити се обработват по-нататък, както следва:
Разграждащите се пигменти, образувани от разрушаването на хемоглобина, могат да се видят в различни ситуации. На мястото на нараняване биливердинът от увредени червени кръвни клетки произвежда някои от драматичните цветове, свързани с натъртване. При неуспешен черен дроб билирубинът не може да бъде отстранен ефективно от кръвообращението и кара тялото да придобие жълтеникав оттенък, свързан с жълтеница. Стеркобилините в изпражненията произвеждат типичния кафяв цвят, свързан с тези отпадъци. А жълтото на урината се свързва с уробилините.
Жизненият цикъл на еритроцитите е обобщен на Фигура 4:
Фигура 4. Еритроцитите се произвеждат в костния мозък и се изпращат в циркулацията. В края на жизнения си цикъл те се унищожават от макрофаги и компонентите им се рециклират.
Нарушения на еритроцитите
Анемиите за загуба на кръв са доста ясни. В допълнение към кървенето от рани или други лезии, тези форми на анемия могат да се дължат на язви, хемороиди, възпаление на стомаха (гастрит) и някои видове рак на стомашно-чревния тракт. Прекомерната употреба на аспирин или други нестероидни противовъзпалителни лекарства като ибупрофен може да предизвика улцерация и гастрит. Прекомерната менструация и загубата на кръв по време на раждането също са потенциални причини.
Анемиите, причинени от дефектна или намалена продукция на червените кръвни клетки, включват сърповидно-клетъчна анемия, желязодефицитна анемия, витаминодефицитна анемия и заболявания на костния мозък и стволовите клетки.
Фигура 5. Сърповидни клетки Сърповидно-клетъчната анемия се причинява от мутация в един от гените на хемоглобина. Еритроцитите произвеждат необичаен тип хемоглобин, което кара клетката да придобие сърповидна или полумесечна форма. (кредит: Джанис Хейни Кар)
- Характерна промяна във формата на еритроцитите се наблюдава в сърповидно-клетъчна болест (наричана още сърповидно-клетъчна анемия). Генетично разстройство, причинено от производството на ненормален тип хемоглобин, наречен хемоглобин S, който доставя по-малко кислород в тъканите и кара еритроцитите да приемат сърповидна (или полумесечна) форма, особено при ниски концентрации на кислород (Фигура 5). След това тези клетки с необичайна форма могат да се настанят в тесни капиляри, тъй като не са в състояние да се сгънат, за да се изтласкат, блокирайки притока на кръв към тъканите и причинявайки различни сериозни проблеми от болезнени стави до забавен растеж и дори слепота и мозъчно-съдови инциденти (инсулти) ). Сърповидно-клетъчната анемия е генетично заболяване, особено срещано при индивиди от африкански произход.
- Желязодефицитната анемия е най-често срещаният тип и се получава, когато количеството налично желязо е недостатъчно, за да позволи производството на достатъчно хем. Това състояние може да възникне при лица с дефицит на желязо в диетата и е особено често при тийнейджъри и деца, както и при вегани и вегетарианци. Освен това, анемията с дефицит на желязо може да бъде причинена или от неспособност за усвояване и транспортиране на желязо, или от бавно, хронично кървене.
- Анемиите с дефицит на витамин обикновено включват недостатъчно витамин В12 и фолиева киселина.
- Мегалобластната анемия включва дефицит на витамин В12 и/или фолиева киселина и често включва диети с дефицит на тези основни хранителни вещества. Липсата на месо или жизнеспособен алтернативен източник и преваряването или яденето на недостатъчно количество зеленчуци може да доведе до липса на фолиева киселина.
- Пернициозната анемия се причинява от лошо усвояване на витамин В12 и често се наблюдава при пациенти с болест на Crohn (тежко чревно разстройство, често лекувано чрез операция), хирургично отстраняване на червата или стомаха (често при някои операции за отслабване), чревни паразити и СПИН.
- Бременността, някои лекарства, прекомерната консумация на алкохол и някои заболявания като цьолиакия също са свързани с недостиг на витамини. От съществено значение е да се осигури достатъчно фолиева киселина през ранните етапи на бременността, за да се намали рискът от неврологични дефекти, включително спина бифида, неуспех на нервната тръба да се затвори.
- Различните болестни процеси също могат да попречат на производството и образуването на червените кръвни клетки и хемоглобина. Ако миелоидните стволови клетки са дефектни или заместени от ракови клетки, няма да има достатъчно количество произведени RBC.
- Апластичната анемия е състоянието, при което има недостатъчен брой стволови клетки на червените кръвни клетки. Апластичната анемия често се наследява или може да бъде предизвикана от радиация, лекарства, химиотерапия или инфекция.
- Таласемия е наследствено състояние, което обикновено се среща при индивиди от Близкия изток, Средиземноморието, Африка и Югоизточна Азия, при които узряването на червените кръвни клетки не протича нормално. Най-тежката форма се нарича анемия на Cooley.
- Излагането на олово от промишлени източници или дори прах от стружки боя на съдържащи желязо бои или керамика, които не са били правилно остъклени, също може да доведе до унищожаване на червения мозък.
- Различни болестни процеси също могат да доведат до анемии. Те включват хронични бъбречни заболявания, често свързани с намалено производство на ЕРО, хипотиреоидизъм, някои форми на рак, лупус и ревматоиден артрит.
За разлика от анемията се нарича повишен брой на червените кръвни клетки полицитемия и се открива при повишен хематокрит на пациента. Може да се появи преходно при човек, който е дехидратиран; когато приемът на вода е недостатъчен или загубите на вода са прекомерни, обемът на плазмата пада. В резултат на това хематокритът се повишава. По причини, споменати по-рано, лека форма на полицитемия е хронична, но нормална при хора, живеещи на голяма надморска височина. Някои елитни спортисти тренират на високи височини специално, за да предизвикат това явление. И накрая, вид заболяване на костния мозък, наречено полицитемия вера (от гръцкото vera = „вярно“), причинява прекомерно производство на незрели еритроцити. Полицитемия вера може опасно да повиши вискозитета на кръвта, повишавайки кръвното налягане и затруднявайки сърцето да изпомпва кръвта в тялото. Това е сравнително рядко заболяване, което се среща по-често при мъжете, отколкото при жените, и е по-вероятно да присъства при пациенти в напреднала възраст над 60-годишна възраст.
Преглед на глава
Най-разпространените образувани елементи в кръвта, еритроцитите са червени, двойно вдлъбнати дискове, пълни с кислородосъдържащо съединение, наречено хемоглобин. Молекулата на хемоглобина съдържа четири глобинови протеина, свързани с пигментна молекула, наречена хем, която съдържа йон от желязо. В кръвния поток желязото улавя кислород в белите дробове и го изпуска в тъканите; аминокиселините в хемоглобина след това транспортират въглероден диоксид от тъканите обратно в белите дробове.
Еритроцитите живеят средно само 120 дни и поради това трябва непрекъснато да се подменят. Износените еритроцити се фагоцитират от макрофагите и техният хемоглобин се разгражда. Продуктите от разграждането се рециклират или отстраняват като отпадъци: Глобинът се разгражда до аминокиселини за синтез на нови протеини; желязото се съхранява в черния дроб или далака или се използва от костния мозък за производството на нови еритроцити; а остатъците от хем се превръщат в билирубин или други отпадъчни продукти, които се поемат от черния дроб и се екскретират в жлъчката или се отстраняват от бъбреците. Анемията е дефицит на червените кръвни клетки или хемоглобина, докато полицитемията е излишък на червените кръвни клетки.
Самопроверка
Отговорете на въпроса/ите по-долу, за да видите колко добре разбирате темите, разгледани в предишния раздел.
Въпроси за критично мислене
- млада жена изпитва необичайно обилно менструално кървене от няколко години. Тя спазва строга веганска диета (без животински храни). Тя е изложена на риск за какво разстройство и защо?
- Пациентът има таласемия, генетично заболяване, характеризиращо се с необичаен синтез на глобинови протеини и прекомерно разрушаване на еритроцитите. Този пациент е жълтеникав и е установено, че има прекомерно ниво на билирубин в кръвта си. Обяснете връзката.
- Тя е изложена на риск от анемия, тъй като нейното необичайно обилно менструално кървене води до прекомерна загуба на еритроцити всеки месец. В същото време веганската й диета означава, че тя няма диетични източници на хемово желязо. Не-хемовото желязо, което тя консумира в растителните храни, не се усвоява толкова добре, колкото хемовото желязо.
- Билирубинът е продукт на разпадане на нежелезния компонент на хема, който се разцепва от глобина, когато еритроцитите се разграждат. Прекомерното разрушаване на еритроцитите би отложило прекомерен билирубин в кръвта. Билирубинът е жълтеникав пигмент и високите нива в кръвта могат да се проявят като пожълтяла кожа.
Терминологичен речник
анемия: дефицит на червени кръвни клетки или хемоглобин
билирубин: жълтеникав жлъчен пигмент, получен при отстраняване на желязото от хема и допълнително разграждане до отпадъчни продукти
биливердин: зелен пигмент на жлъчката, произведен, когато нежелязната част на хема се разгражда в отпадъчен продукт; превръща се в билирубин в черния дроб
карбаминохемоглобин: съединение от въглероден диоксид и хемоглобин и един от начините, по които въглеродният диоксид се пренася в кръвта
дезоксихемоглобин: молекула хемоглобин без свързана молекула кислород
еритроцит: (също, червени кръвни клетки) зряла миелоидна кръвна клетка, която се състои предимно от хемоглобин и функционира предимно в транспорта на кислород и въглероден диоксид
феритин: съдържаща протеин форма на съхранение на желязо, намираща се в костния мозък, черния дроб и далака
глобин: съдържащ хем глобуларен протеин, който е съставна част на хемоглобина
хем: червен, съдържащ желязо пигмент, с който кислородът се свързва в хемоглобина
хемоглобин: кислородосъдържащо съединение в еритроцитите
хемосидерин: съдържаща протеин форма за съхранение на желязо, намираща се в костния мозък, черния дроб и далака
хипоксемия: под нормалното ниво на насищане на кръвта с кислород (обикновено