Физиология эритроцитов. Жизненный цикл

 Министерство образования и науки  Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Орловский государственный университет»

Факультет естественных наук

Анатомии, физиологии, гигиены и экологии человека

 

 

 

 

Сообщение по предмету «Спецпрактика по физиологии человека и животных»

на тему:

«Физиология эритроцитов. Жизненный цикл.»

 

 

 

 

Выполнила:

                                     студентка 3 курса 2 группы,

направление подготовки: 020400.62 Биология

профиль: физиология

                             Чичерина Анна Юрьевна

           Проверил:

                                    доцент:

Шведов Денис Николаевич

 

 

 

                                                    Орел – 2013

Физиология эритроцитов.

Эритроциты (красные клетки крови) составляют основную массу клеток крови и выполняют ряд важнейших функций.

1) Транспортная. Перенос газов: О2 от легких к тканям, СО2 - в обратном направлении. Адсорбируя на своей поверхности некоторые вещества, содер-жащиеся в плазме крови, эритроциты транспортируют их к местам назначения. Такими веществами являются: ферменты, гормоны, нуклеотиды, пептиды, аминокислоты, липиды, яды, лекарства и другие вещества.

2) Гемостатическая. Эритроцитарные тромбопластические факторы участвуют в свертывании крови.

3) Гомеостатическая функция проявляется в том, что Нg, содержащийся в эритроцитах, выступает в роли основного буфера, участвуя тем самым в сохранении активной реакции крови на постоянном уровне.

Эритроцит человека представляет собой безъядерный двояковогнутый диск диаметром 7-8 мкм и толщиной 1,5-2,5 мкм, объем эритроцита 90 мкм3 (размеры важны для диагностики). Если их диаметр больше нормы, то говорят о макроцитозе (макроцитарное малокровие), если диаметр меньше нормы - о микроцитозе (микроцитарное малокровие).

Кроме эритроцитов нормальной формы - дискоцитов, встречается и другие формы эритроцитов - куполообразные, сферообразные. Форма дискоцита не случайна, она связана с транспортом О2 и СО2. Преимущество формы дискоцита по сравнению с шарообразной связано. Во-первых, с тем, что при такой форме эритроцита все молекулы Нg, участвующие в транспорте газов, максимально приближены к поверхности клетки и практически все обеспечивают газообмен. Во-вторых, возрастает относительная поверхность клетки на 20-30%, а чем больше поверхность, тем лучше газообмен. В-третьих, при такой форме эритроцит приобретает своеобразную пластичность, он может легко менять форму и проходить по капиллярам, имеющим меньший диаметр, чем у самого эритроцита (их движение по капиллярам напоминает движение гусеницы трактора).

Исчезновение ядра в эритроцитах человека и животных является не случайным, и связано с транспортной функцией О2. Известно, что окислительные процессы в клетках протекают преимущественно в ядре и в митохондриях, при этом потребляется много кислорода. Так как ядро и митохондрии в эритроцитах отсутствуют, то весь О2, связанный эритроцитом отдается тканям.

Эритроцит состоит из мембраны, обладающей избирательной проницаемостью для ионов. Поэтому солевой состав их значительно отличается от солевого состава плазмы. Например, в эритроцитах человека и многих животных наблюдается значительные различия между содержанием таких электролитов, как К+ и Na+. Обычно К+ они содержат в 5-10 раз больше, чем Na+. Неравномерное распределение этих ионов между эритроцитами и омывающей их плазмой поддерживается непрерывным движением катионов против концентрационных градиентов, требующим постоянного притока энергии в форме АТФ. Реализация энергии для активного транспорта осуществляется транспортной К+- или Na+ -АТФ-фазой.

Эритроцит на 70% состоит из воды и на 30% сухого остатка. Из сухого остатка 95% составляет Нg, 5% - глюкоза, соли, аминокислоты и другие вещества. Количество эритроцитов у взрослого человека колеблется в пределах (4-5)*1012 эритроцитов/л, у женщин количество эритроцитов несколько меньше - (3,5-4,5)*1012, у мужчин (4,5-5)*1012. Предполагается, что это различие связано с половыми гормонами, которые неодинаково влияют на кроветворение.

У высших млекопитающих - таких животных, как обезьяна, кролик и т. д. количество эритроцитов приближается к значениям, характерным для человека.

В среднем в организме человека одновременно циркулирует 25*1012  эритроцитов. Днем количество эритроцитов увеличивается по сравнению с ночью. Содержание эритроцитов меняется также в зависимости от региона проживания, климатических условий.

Увеличение содержания эритроцитов в организме называется эритроцитоз, уменьшение - эритропения. Физиологическое увеличение количества эритроцитов имеет место при подъеме на высоту, при мышечных нагрузках, эмоциональных напряжениях и приеме пищи. Это увеличение количества эритроцитов под влиянием указанных физиологических факторов носит относительный характер и связано с выходом дополнительного количества эритроцитов из кровяных депо (селезенка и др. органы), а не за счет стимуляции органов кроветворения.

Если человек продолжительное время живет на высоте, то у него усиливаются функция костного мозга и увеличивается образование красных клеток крови, носящее абсолютный характер.

Дыхательная функция крови осуществляется находящимся в эритроцитах гемоглобином (Нg) - сложным белком из класса глобулярных белков - хромопротеидов. Нg - красный кровяной пигмент, способный соединятся с О2 в капиллярах легких и освобождать его в сосудах тканей. Кроме этого, Нв играет роль в транспорте СО2 и Н+, образующихся в процессе клеточного метаболизма. Способность Нg связывать О2 обусловлена наличием в нем групп неполипептидного компонента - гема (4% объема молекулы гемоглобина). Гем определяет также красный цвет молекулы Нg.

Бóльшая часть молекулы Нg (96%) состоит из белкового компонента, специфической группы - глобина Этот белковый компонент представлен 4-мя отдельными полипептидными цепями, в состав которых входит 374 различных аминокислотных остатков. Аминокислотная последовательность в белковом компоненте Нg разных индивидуумов различна.

В состав молекулы Нg входят 4 одинаковых группы гема. Гем состоит из органической части, которая включает атом железа. Органическая часть - протопорфирин - образование из 4-х пиррольных групп. Четыре пиррола соединяются метиленовыми мостиками, образуя тетрапиррольное кольцо. Атом железа в геме присоединен к 4-м атомам азота в центре протопорфиринового кольца. Железо даёт еще две координационные связи с белковой частью Нв.

Железо в геме может быть в ферроформе (Fe2+) или в ферриформе (F3+). Соответствующие формы называются феррогемоглобином или ферригемоглобином. Только феррогемоглобин способен связывать О2. Аналогичная номенклатура применима и к миоглобину, облегчающему перенос О2 в мышцах и обеспечивающему его накопление в тканях. У миоглобина более компактная молекула, представленная одной полипептидной цепью с одним гемом. Молекулярная масса гемоглобина 65 тыс., миоглобина - 17 тыс. Красный цвет Нg обусловлен наличием Fe2+, если его заменить другим металлом, например, Сu, то кровь будет голубого цвета.

В процессе взаимодействия молекулы кислорода с гемом образуется обратимую связь. Нg, присоединивший О2, называют оксигемоглобином, при этом валентность железа не меняется (реакция оксигенации).

Присоединение О2 к железу идет за счет длинной координационной связи железа с белковой частью гема. 1 грамм Нg присоединяет строго определенное количество О2 - 1,34 см3). Эта величина называется константой Хюфнера. С помощью этой константы можно определить, какое количество О2 содержится в крови, зная общее количество Нg в крови.

Если на Нg в присутствии NaCI подействовать соляной кислотой, то от Нg отщепляется гем, который легко кристаллизуется в виде вытянутых ромбовидных кристаллов коричневого цвета. Они имеют название “кристаллы Тейхмана”. Эта проба Тейхмана используется в судебной медицине для установления присутствия крови.

Количество Нg крови здорового человека составляет в среднем 125-160 гр/л. Если количество эритроцитов у мужчин отличается от количества их у женщин, то и концентрация Нg у мужчин и женщин различны: у мужчин концентрация в крови Нg составляет 140-160 г/л, у женщин -- 125-140 г/л. Зная содержание в крови Нg и количество эритроцитов, можно определить степень насыщения эритроцитов Нg, что выражается отвлеченной величиной - цветным показателем. Цветной показатель (ЦП) рассчитывается по формуле:

ЦП = кол-во Нв (г/л) / первые три цифры числа эритроцитов (в 1 л крови).

В норме цветной показатель колеблется в пределах 0,8-1,0. Если ЦП >1,0, то говорят о гиперхромии. Если ЦП<0,8, то говорят о гипохромии. Отсюда и следует соответствующий вид малокровия: гиперхромное или гипохромное.

 

Виды гемоглобина.

 

Эмбрионы содержат примитивный гемоглобин (НgР)., на смену ему приходит плодовый или фетальный гемоглобин (НgF). Основным гемоглобином взрослого организма является НgА1 (98-100%) и НвА2 (до 2%), а также разновидность Нg - мышечный миоглобин.

Виды Нg отличаются друг от друга по степени химического сродства к О2. Так, НgF в физиологических условиях имеет более высокое сродство к О2, чем НвА. Эта важнейшая особенность НgF создает оптимальные условия для транспорта О2 кровью плода.

Соединения гемоглобина.

К основным соединениям гемоглобина относятся: ННg - восстановленный гемоглобин и НgСО2 - соединение с углекислым газом (карбогемоглобин). Они в основном находятся в венозной крови и придают ей темно-вишневый цвет. Можно более точно определить присутствие в растворе ННg (дезоксиформа) методом спектрального анализа. Спектр ННg имеет одну широкую полосу поглощения в желто-зеленой части.

НgО2 - оксигемоглобин – находится, в основном, в артериальной крови, придавая ей алый цвет. По данным спектрального анализа известно, что спектр НвО2 имеет две узкие полосы поглощения в желто-зеленой части спектра. НgО2 - чрезвычайно нестойкое соединение, его концентрация определяется парциальным давлением О2 (рО2): чем больше рО2, тем больше образуется НgО2 и наоборот. Все вышеперечисленные соединения гемоглобина относятся к физиологическим.

Однако, есть и патологические формы гемоглобина.

Карбоксигемоглобин (НgСО) - очень прочное соединение с угарным газом, обусловленное химическими свойствами угарного газа по отношению к Нg. Оказалось, что его родство к Нg в 400-500 раз больше, чем сродство О2 к Нg. Поэтому при незначительном повышении концентрации СО в окружающей среде образуется очень большое количество НgСО. Если в организме находится много НgСО, то возникает кислородное голодание. Фактически О2 в крови очень много, а клетки тканей его не получают, т.к. НgСО - прочное соединение с О2. При спектральном определении НgСО спектр НgСО имеет аналогичные характеристики с НgО2, т. е. две узкие полосы поглощения в желто-зеленой части спектра. В растворе НgСО имеет алую окраску.

Первая помощь при отравлении угарным газом - доступ свежего воздуха, создание высоких концентраций О2 (кислородная подушка). В случаях тяжелых отравлений проводятся обменные переливания крови. При кислородном голодании в первую очередь поражается ЦНС, и прежде всего корковые нейроны.

Метгемоглобин (MetНg) - окисленная форма Нg, крови придает коричневую окраску, его можно обнаружить, используя метод спектрального анализа. В спектре выявляется одна дополнительная полоса поглощения в красной части спектра. Образуется MetНg при действии на Нg любым окислителями: нитраты, перекиси, перманганат калия, красная кровяная соль и т.д. Это стойкое соединение, потому что железо из ферроформы (Fe2+) переходит в ферриформу (Fe3+), необратимо связывающую О2. При образовании в организме больших количеств MetНg также возникает кислородная недостаточность (гипоксия).

В физиологических условиях в организме тоже образуется небольшое количество метгемоглобина, так как ферроформа железа нестабильна и стремиться перейти в ферриформу. В эритроцитах присутствует специальный фермент - метгемоглобинредуктаза, которая постоянно переводит метгемоглобин в оксигемоглобин.

 

 

 

 

 

 

 

 

Жизненный цикл эритроцитов.

 

Жизненный цикл эритроцитов включает в себя три периода:

1) Период созревания эритроцитов - эритропоэз.

2) Период, связанный с нахождением  эритроцитов в кровяном русле  и выполнением ими транспортной  функции.

3) Разрушение эритроцитов - эритродиэрез.

Созревание эритроцитов – эритропоэз - происходит в клетках красного костного мозга, который находится в плоских и трубчатых костях (грудина, ребра, позвоночный столб, эпифиз трубчатых костей, череп). По теории Максимова, источником эритроцитов является единая материнская клетка, из которой образуются все клетки крови, причем в костном мозге одни клетки подвергаются пролиферации, т. е. размножаются, восполняя свои запасы, резервы в костном мозге, а другая группа клеток -дифференцируется, превращаясь в красные клетки крови - эритроциты. Чтобы развитие клеток шло по красному - эритроцитарному - ряду, необходимо наличие особого специфичного гормона-индуктора - эритропоэтина.

Рассмотрим процесс созревания эритроцитов - эритропоэз. Материнская клетка костного мозга получила название стволовой клетки. За стволовой клеткой идет клетка- предшественница, затем эритропоэтин-чувствительная клетка, на которую воздействует эритропоэтин через специальные рецепторы. Без эритропоэтина эритроциты не образуются.

По мере роста эритропоэтин-чувствительная клетка превращается в эритробласт. В этом типе клеток появляются первые глыбки гемоглобина. Эритробласт переходит в пронормоцит, пронормоцит - в нормоцит. Нормоциты существуют в виде базофильных, полихроматофильных, оксифильных формах, в зависимости от степени окрашивания основными или кислыми красками. Нормоцит переходит в ретикулоцит, у которого вместо ядра обнаруживается особая сетчатая структура. Поэтому, этот вид клеток получил название ретикулоцит, он занимает промежуточное место между ядерной и безъядерной формами эритроцитов.