Гемопоэз

Кровь снабжает клетки водой, электролитами, питательными веществами и гормонами и удаляет продукты жизнедеятельности. Клеточные элементы снабжают кислородом (эритроциты), защищают от чужеродных организмов и антигенов (лейкоциты) и инициируют коагуляцию (тромбоциты).

У млекопитающих примитивный гемопоэз начинается вне тела эмбриона в желточном мешке и вскоре после этого в области аорта-гонад-мезонефрос эмбриона. Обычными эмбриональными стволовыми клетками продуцируются небольшие скопления гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). Помимо ГСК, в желточных мешках грызунов также продуцируются коммитированные эритроидные и мегакариоцитарные клетки-предшественники, примитивные эритроциты, крупные примитивные сетчатые тромбоциты и редкие примитивные макрофаги. Окончательный эритропоэз, выраженный мегакариоцитопоэз и ограниченная продукция лейкоцитов также встречаются в желточных мешках кошек, при этом гемопоэз сохраняется дольше во время беременности, чем у грызунов.

Места производства клеток крови смещаются во время эмбрионального и внутриутробного развития по мере того, как в различных тканях создается оптимальная микросреда. Печень и, в меньшей степени, селезенка становятся основными органами кроветворения к середине беременности у плода. Производство клеток крови начинается в костном мозге и лимфоидных органах в середине беременности у млекопитающих, причем почти все клетки крови вырабатываются в этих органах во время рождения.

Эритроциты

Функция эритроцитов заключается в переносе кислорода к тканям под давлением, достаточным для его быстрой диффузии. Это достигается за счет следующих механизмов: молекула-носитель, гемоглобин (Hgb); транспортное средство (RBC), способное доставлять интактный Hgb на клеточный уровень; и метаболизм, направленный на защиту как эритроцитов, так и Hgb от повреждений. Нарушение синтеза или высвобождения Hgb, продукции или выживаемости эритроцитов или метаболизма вызывает заболевание.

Красные кровяные тельца. Hgb представляет собой сложную молекулу, состоящую из четырех единиц гема, присоединенных к четырем глобинам (два α- и два β-глобина). Железо добавляется на последней стадии ферментом феррохелатазой. Нарушение нормального производства гема или глобина приводит к анемии. Причины включают дефицит меди или железа и отравление свинцом. Единственной известной гемоглобинопатией животных является порфирия. Хотя он описан у нескольких видов, он наиболее важен как причина фотосенсибилизации у крупного рогатого скота.

Масса эритроцитов и, следовательно, способность переносить кислород остаются постоянными с течением времени у здоровых животных. Зрелые эритроциты имеют конечную продолжительность жизни; их производство и разрушение должны быть тщательно сбалансированы, иначе возникает болезнь.
Эритропоэз регулируется эритропоэтином, который увеличивается в присутствии гипоксии и регулирует продукцию эритроцитов. У большинства видов почки являются одновременно сенсорным органом и основным местом выработки эритропоэтина, поэтому хроническая почечная недостаточность связана с анемией. Эритропоэтин действует на костный мозг совместно с другими гуморальными медиаторами, увеличивая количество стволовых клеток, участвующих в образовании эритроцитов, сокращая время созревания и вызывая раннее высвобождение ретикулоцитов. Другими факторами, влияющими на эритропоэз, являются питательные вещества (например, железо, фолиевая кислота или витамин B12) и межклеточные взаимодействия между эритроидными предшественниками, лимфоидными клетками и другими компонентами гемопоэтического микроокружения. Факторы, которые могут подавлять эритропоэз, включают хронические изнурительные заболевания и эндокринные нарушения (такие как гипотиреоз или гиперэстрогения).

Существует два механизма удаления стареющих эритроцитов; оба сохраняют основные составляющие клетки для повторного использования. Удаление состарившихся эритроцитов обычно происходит путем фагоцитоза фиксированными макрофагами селезенки. По мере старения эритроциты могут изменяться антигенно, приобретая стареющие антигены и теряя свою гибкость из-за нарушения продукции АТФ. Оба эти изменения увеличивают риск того, что клетка застрянет в селезенке и будет удалена макрофагами. После фагоцитоза и последующего разрушения клеточной мембраны Hgb превращается в гем и глобин. Железо высвобождается из гема и либо хранится в макрофагах в виде ферритина или гемосидерина, либо высвобождается в кровоток для транспорта обратно в костный мозг. Оставшийся гем превращается в билирубин, который выделяется макрофагами в системный кровоток, где он образует комплексы с альбумином для транспорта в гепатоциты; там он конъюгируется и выводится с желчью. При экстраваскулярных гемолитических анемиях продолжительность жизни эритроцитов укорачивается, и те же механизмы проявляются с повышенной частотой.

Приблизительно 1% эритроцитов при нормальном старении подвергается гемолизу в кровотоке с высвобождением свободного Hgb. Он быстро превращается в димеры Hgb, которые связываются с гаптоглобином и транспортируются в печень, где метаболизируются таким же образом, как и продукты эритроцитов, удаляемые путем фагоцитоза. При внутрисосудистой гемолитической анемии в кровотоке разрушается больше эритроцитов (гемоглобинемия), чем может быть связано с гаптоглобином. Избыток Hgb и, следовательно, железа выводятся с мочой (гемоглобинурия).

Основным путем метаболизма эритроцитов является гликолиз, а основным источником энергии у большинства видов является глюкоза. Глюкоза поступает в эритроциты по инсулинонезависимому механизму, и большая ее часть метаболизируется с образованием АТФ и восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАД-Н). Энергия АТФ используется для поддержания мембранных насосов эритроцитов, чтобы сохранить форму и гибкость. Восстановительный потенциал НАД-Н используется через метгемоглобинредуктазный путь для поддержания железа в Hgb в его восстановленной форме (Fe 2+).

Глюкоза, не используемая в гликолизе, метаболизируется по второму пути - шунтированию гексозомонофосфатом (ГМП). Его основной эффект заключается в поддержании восстановительного потенциала в форме восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ-Н). В сочетании с системой глутатионредуктазы/пероксидазы НАДФ-Н поддерживает сульфгидрильные группы глобина в их восстановленном состоянии.

Некоторые нарушения являются прямым результатом аномального метаболизма эритроцитов и нарушения гликолиза. Наследственный дефицит пируваткиназы, ключевого гликолитического фермента, вызывает дефицит АТФ, что приводит к уменьшению продолжительности жизни эритроцитов и гемолитической анемии. Чрезмерный оксидантный стресс может перегрузить защитный шунт ГМП или пути метгемоглобинредуктазы, вызывая гемолиз с тельцами Хайнца или образование метгемоглобина соответственно. Примером этого механизма является гемолитическая анемия, вызванная лекарством, таким как ацетаминофен (парацетомол), у кошек.

Снижение массы эритроцитов (анемия) может быть вызвано кровопотерей, гемолизом или снижением продукции. При острой анемии с кровопотерей происходит потеря эритроцитов, но смертность обычно связана с потерей объема циркулирующей крови, а не с потерей эритроцитов. Железо является лимитирующим фактором хронической кровопотери. Гемолиз может быть вызван токсинами, инфекционными агентами, врожденными аномалиями или антителами, направленными против антигенов мембран эритроцитов. Снижение продукции эритроцитов может быть результатом первичных заболеваний костного мозга (например, апластической анемии, злокачественных новообразований кроветворной ткани или миелофиброза) или других причин, таких как почечная недостаточность, прием лекарств, токсинов или антител, направленных против предшественников эритроцитов. Злокачественность эритроцитов или их предшественников может быть острой (например, эритролейкемия) или хронической (например, истинная полицитемия). Животные с эритролейкемией анемичны, несмотря на то, что их костный мозг заполнен рубрибластами.

Лейкоциты

Фагоциты у животных. Основная функция фагоцитов заключается в защите от вторжения микроорганизмов путем их поглощения и уничтожения, тем самым способствуя клеточным воспалительным реакциям. Различают два типа фагоцитов: мононуклеарные фагоциты и гранулоциты. Мононуклеарные фагоциты возникают в основном из костного мозга и выделяются в кровь в виде моноцитов. Они могут циркулировать от нескольких часов до нескольких дней, прежде чем попасть в ткани и дифференцироваться в макрофаги. Гранулоциты имеют сегментированное ядро и классифицируются в соответствии с их характеристиками окрашивания как нейтрофилы, эозинофилы или базофилы. Нейтрофилы циркулируют всего несколько часов, прежде чем отправиться в ткани. Кроме того, многие фагоциты выполняют и другие специализированные функции. Моноциты образуют связь со специфической иммунной системой, обрабатывая антиген для презентации лимфоцитам и продуцируя такие вещества, как интерлейкин-1, который инициирует лихорадку и активацию лимфоцитов и стимулирует ранние гемопоэтические предшественники.

Эозинофилы, играя роль фагоцитов, также выполняют более специфические функции, включая обеспечение защиты от многоклеточных паразитов и модулирование воспалительного процесса. Они хемотаксически реагируют на гистамин, иммунные комплексы и эозинофильный хемотаксический фактор анафилаксии, вещество, высвобождаемое дегранулирующими тучными клетками. Базофилы не являются настоящими фагоцитами, но содержат большое количество гистамина и других медиаторов воспаления. Эозинофилия и базофилия могут наблюдаться в ответ на системные аллергические реакции и инвазию тканей паразитами.

Как и в случае с эритроцитами, продукция и количество циркулирующих фагоцитов жестко регулируются и контролируются различными гуморальными факторами, включая колониестимулирующие факторы и интерлейкины. Количество фагоцитов в крови отражает состояние тканей (например, воспаление), а также пролиферативную функцию костного мозга. Аномальная реакция, такая как нейтропения из-за недостаточности костного мозга, инфекций, лекарств или токсинов, может привести к вторичным бактериальным инфекциям. Некоторые случаи «идиопатической» нейтропении у собак могут иметь иммуноопосредованную причину.
Лимфоциты у животных. Лимфоциты отвечают как за гуморальный, так и за клеточный иммунитет. Производство лимфоцитов у млекопитающих происходит в костном мозге. Часть лимфоцитов, предназначенных для участия в клеточном иммунитете, мигрирует в тимус и далее дифференцируется под влиянием гормонов тимуса. Они становятся Т-клетками и отвечают за различные хелперные или цитотоксические иммунологические функции. Большинство циркулирующих лимфоцитов представляют собой Т-клетки, но Т-клетки также присутствуют в селезенке и лимфатических узлах. В-клетки мигрируют непосредственно в органы, не подвергаясь модификации в тимусе, и отвечают за гуморальный иммунитет (выработку антител).

В лимфатических узлах фолликулярные центры представлены преимущественно В-клетками, а парафолликулярные зоны — преимущественно Т-клетками. В селезенке большинство лимфоцитов красной пульпы представляют собой В-клетки, тогда как лимфоциты периартериолярных лимфоидных оболочек представляют собой Т-клетки.

Функция лимфоцитов в клеточной иммунной системе включает как афферентные (рецепторные), так и эфферентные (эффекторные) компоненты. Рецепторами являются долгоживущие Т-клетки периферической крови. В ответ на антигены, к которым они были ранее сенсибилизированы, они покидают кровоток и подвергаются бластной трансформации с образованием активированных Т-клеток, которые, в свою очередь, вызывают бластную трансформацию других Т-клеток как локально, так и системно. Стимулированные Т-клетки продуцируют лимфокины с широким спектром действия, таким как привлечение и активация нейтрофилов, макрофагов и лимфоцитов.

Гуморальная иммунная система состоит из В-клеток, которые продуцируют антитела нескольких классов. Когда сенсибилизированные В-клетки сталкиваются с антигеном, они делятся и дифференцируются в плазматические клетки, продуцирующие антитела. Молекулы антител (иммуноглобулины) делятся на несколько классов, каждый из которых имеет свои функциональные характеристики. Например, IgA — основное антитело респираторного и кишечного секрета, IgM — первое антитело, вырабатываемое в ответ на недавно распознанный антиген, IgG — основное антитело циркулирующей крови, а IgE — основное антитело, участвующее в аллергических реакциях.

Антитела выполняют свою функцию, соединяясь со специфическими антигенами, стимулировавшими их выработку. Комплексы антиген-антитело могут быть хемотаксическими для фагоцитов, или они могут активировать комплемент, процесс, который вызывает как лизис клеток, так и вещества, хемотаксические для нейтрофилов и макрофагов. Таким образом, гуморальная иммунная система связана с неспецифической иммунной системой и взаимодействует с ней.
Гуморальная иммунная система также связана как с неспецифической иммунной системой, так и с клеточной иммунной системой другими способами. Описаны как «хелперные», так и «цитотоксические» классы Т-клеток. Хелперные Т-клетки распознают процессированный антиген и активируют гуморальный иммунный ответ. Цитотоксические Т-клетки после сенсибилизации антигеном являются эффекторными клетками, что особенно важно в противовирусном иммунитете. Естественные клетки-киллеры, представляющие собой класс лимфоцитов, отличный от Т-клеток и В-клеток, разрушают чужеродные клетки (например, опухолевые клетки) даже без предварительной сенсибилизации. Процессинг антигена макрофагами предшествует распознаванию антигена лимфоцитами.

Реакция лимфоцитов при заболевании может быть адекватной (активация иммунной системы) или неадекватной (иммуноопосредованное заболевание и лимфопролиферативные злокачественные новообразования). Иммуноопосредованное заболевание возникает в результате неспособности иммунной системы распознавать ткани хозяина как собственные. Например, при иммуноопосредованной гемолитической анемии, антитела вырабатываются против собственных эритроцитов хозяина. Другой неадекватной реакцией иммунной системы является аллергия. У аллергиков IgE-антитела к аллергенам связываются с поверхностью базофилов и тучных клеток. Когда происходит воздействие аллергена, образуются комплексы антиген-антитело, а дегрануляция тучных клеток и базофилов высвобождает вазоактивные амины. Реакция на это может быть легкой (как при крапивнице или атопии) или опасной для жизни (как при анафилаксии).

Лимфоцитоз возникает у некоторых видов, особенно у кошек, в ответ на секрецию адреналина. Атипичные лимфоциты могут обнаруживаться в крови в ответ на антигенную стимуляцию (например, вакцинацию). Персистирующий лимфоцитоз у крупного рогатого скота, инфицированного вирусом лейкемии крупного рогатого скота , представляет собой доброкачественное поликлональное увеличение количества лимфоцитов. Лимфопролиферативные злокачественные новообразования включают лимфомы и острые лимфобластные и хронические лимфоцитарные лейкозы. Лимфопения чаще всего возникает как ответ на секрецию глюкокортикоидов.

Тромбоциты

Тромбоциты образуют начальную гемостатическую пробку всякий раз, когда происходит кровотечение. Они также являются источником фосфолипидов, которые необходимы для взаимодействия факторов свертывания крови с образованием фибринового сгустка. Тромбоциты образуются в костном мозге из мегакариоцитов под влиянием тромбопоэтина. Продукция тромбоцитов начинается с инвагинации клеточной мембраны мегакариоцитов и образования цитоплазматических каналов и островков. Цитоплазматические островки продуцируют тромбоциты путем фрагментации мегакариоцитов.

Зрелые циркулирующие тромбоциты упакованы плотными гранулами, содержащими АТФ, аденозиндифосфат (АДФ) и кальций, а также серотонин, лизосомы, гликоген, митохондрии и внутриклеточную канальцевую систему. В выработке энергии участвуют митохондрии и гликоген, а канальцевая система служит как транспортной системой для компонентов гранул, так и источником фосфолипидов, которые в высокой концентрации обнаруживаются в мембранной выстилке каналов.

Когда стенки сосудов повреждаются, коллаген и тканевой фактор обнажаются, а циркулирующие тромбоциты прикрепляются через фактор фон Виллебранда и претерпевают изменение формы с сопутствующим высвобождением АДФ. Локальная агрегация тромбоцитов стимулируется АДФ с окончательным образованием первичной тромбоцитарной пробки. Локальное скопление фибрина и тромбоцитов известно как гемостатическая пробка. Образовавшийся фибриновый сгусток уплотняется под действием сократительных белков тромбоцитов.

Тромбоцитарные нарушения бывают количественными (тромбоцитопения или тромбоцитоз) или качественными (тромбоцитопатия). Тромбоцитопения является одним из наиболее частых нарушений свертываемости крови у животных. Потребление, разрушение или секвестрация тромбоцитов вызывает тромбоцитопению, связанную с повышенной продукцией костным мозгом. Потребительская тромбоцитопения возникает при массивных кровоизлияниях или при диссеминированном внутрисосудистом свертывании, вторичном по отношению к различным заболеваниям. Разрушение происходит при иммуноопосредованной тромбоцитопении, при которой тромбоциты покрываются антитромбоцитарными антителами и удаляются из кровотока фиксированной системой фагоцитов. Чрезмерная секвестрация тромбоцитов увеличенной селезенкой (гиперспленизм) может наблюдаться при таких состояниях, как миелопролиферативные заболевания.

Снижение продукции тромбоцитов в костном мозге может быть вызвано лекарственными препаратами, токсинами или первичными заболеваниями костного мозга, такими как аплазия, фиброз или злокачественные новообразования кроветворной системы. При первичных заболеваниях костного мозга часто снижается более чем одна линия гемопоэтических клеток, что приводит к панцитопении.

Тромбоцитоз встречается редко и часто является идиопатическим. Это может быть связано с первичным заболеванием костного мозга, таким как мегакариоцитарный лейкоз. Это часто связано с хронической кровопотерей и дефицитом железа из-за повышенного образования тромбоцитов в костном мозге, реагирующего на продолжающееся потребление и потерю.

Тромбоцитопатии составляют плохо определенную группу заболеваний, при которых число тромбоцитов нормальное, но их функция нарушена. Болезнь фон Виллебранда характеризуется прежде всего нарушением адгезии тромбоцитов к эндотелию. Сами тромбоциты в норме. Описаны и другие наследственные нарушения функции тромбоцитов, но они встречаются относительно редко. Вероятно, наиболее распространенным нарушением функции тромбоцитов является необратимое ингибирование тромбоксана (необходимого для агрегации тромбоцитов), вызванное введением аспирина.

Ключевые моменты

• Производство эритроцитов регулируется эритропоэтином, который при необходимости высвобождается почками.
• Стареющие эритроциты удаляются главным образом макрофагами в селезенке.
• Анемия вызвана потерей, сокращением продолжительности жизни или снижением продукции эритроцитов.
• Фагоциты делятся на: гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы и базофилы), которые циркулируют кратковременно, а затем попадают в ткани и имеют короткую продолжительность жизни, и моноциты, которые могут длительное время сохраняться в тканях в виде макрофагов.
• Т-лимфоциты могут быть «вспомогательными» Т-клетками, которые процессируют антигены и взаимодействуют с продукцией гуморальных антител, или «цитотоксическими» Т-клетками, которые при сенсибилизации действуют против специфических антигенов.
• В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки и продуцируют антитела.
• Естественные лимфоциты-киллеры разрушают чужеродные клетки (например, неопластические клетки или клетки трансплантированных органов).
• Тромбоциты образуются из мегакариоцитов и образуют первую стадию свертывания при повреждении кровеносного сосуда. В присутствии агрегированных тромбоцитов образуется фибрин, образующий сгусток.
• Кровотечения, связанные с тромбоцитопенией, часто характеризуются петехиями, экхимозами или кровоизлияниями в слизистые оболочки.
• Нарушения функции тромбоцитов встречаются относительно редко и могут передаваться по наследству или иногда быть вызваны такими препаратами, как аспирин.