КРОВЬ, ТКАНЕВАЯ ЖИДКОСТЬ, ЛИМФА

7 КРОВЬ, ТКАНЕВАЯ ЖИДКОСТЬ, ЛИМФА

1842 — А. М. Филомафитский (Россия) проводил исследования по переливанию крови. 1860—е — И. И. Мечников (Россия) разработал учение о защитной роли лейкоцитов. 1884 — М. В. Ненцкий (М. Nencki, Польша) установил структуру гема.

1872 — А. А. Шмидт, П. Моравиа, (Россия) заложили основы ферментативной теории свертывания крови.

1880 — К. Бернар (С. Bernard, Франция) рассматривал постоянство внутренней среды как «условие свободной жизни организма».

1883 — С. П. Боткин (Россия) установил, что при раздражении нервов, идущих к костному мозгу, увеличивается число эритроцитов.

1900 — К. Ландштейнер (К. Landsteiner, Австрия) открыл группы крови АВО у человека (Нобелевская премия за 1930 г.).

1907 — Я. Янский (J. Jansky, Чехия) открыл у человека четвертую группу крови и предложил классификацию групп крови (I—IV).

1908 — И. И. Мечников и П. Эрлих (Р. Ehrlich, Германия) — Нобелевская премия за создание теории иммунитета (клеточного и гуморального, соответственно).

1913 — Ш. Рише (Ch. Richet, Франция) — Нобелевская премия за открытие анафилаксии (1902).

1919 — Ж. Борде (J. Bordet. Бельгия) — Нобелевская премия за открытие антигенной специфичности.

1927 — А. А. Максимов (СССР) создал унитарную теорию кроветворения.

1928 — В. Н. Шамов (СССР) предложил переливание трупной крови.

1929 — Л. С. Штерн (СССР) сформулировала понятие гистогематического барьера и ввела этот термин.

1929 — У. Кеннон (W. Саnnon, США) сформулировал теорию гомеостаза.

1934 — Дж. Уипл (G. Whipple, США), Дж. Майнот (G. Minot, США) и У. Мерфи (W. Murphy, США) — Нобелевская премия за открытие метода лечения анемий введением печеночных экстрактов (содержавших, как выяснилось позднее, витамин Biz).

1936 — У. Касл (W. Castle, США) назвал все количество эритроцитов, находящееся в кровеносных сосудах и в костном мозгу, «эритроном».

1936 — Г. Ф. Ланг (СССР) сформулировал понятие «система крови». 1940 — К. Ландштейнер и А. Виннер (A. Winner, США) открыли резус—фактор.

1960 — М. Бернет (М. Burnet, Австралия) и П. Медавар (Р. Medawar, Великобритания) — Нобелевская премия за открытие приобретенной иммунологической толерантности.

1980 — Б. Бенасерраф (В. Benacerraf, США). Ж. Доссе (J. Dausset, Франция) и Дж. Снелл (G. Snell. США) — Нобелевская премия за открытие способа заменять дефектные гены и создавать новые популяции иммунных клеток.

Термин внутренняя среда организма предложен французским физиологом К. Бернаром. В это понятие включена совокупность жидкостей — кровь, лимфа, тканевая (интерстициальная, внеклеточная), цереброспинальная, суставная, плевральная и другие жидкости, которые омывают клетки и околоклеточные структуры тканей, принимая тем самым непосредственное участие в осуществлении обменных реакций организма.

Основой внутренней среды является кровь, между тем роль непосредственной питательной среды выполняет тканевая жидкость. Ее состав и свойства специфичны для отдельных органов, соответствуют их структурным и функциональным особенностям. Поступление из крови составных частей тканевой жидкости и их обратный отток в лимфу и снова в кровь избирательно регулируются тканевыми барьерами. Определяя состав крови, лимфы, тканевой жидкости, можно судить об обменных процессах, происходящих в отдельных органах, тканях или в организме в целом. Внутренняя среда характеризуется динамическим постоянством — гомеостазом, что имеет особое значение в жизнедеятельности организма.

7.1. ЭВОЛЮЦИЯ ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА

У многоклеточных животных большая часть клеточных элементов не соприкасается непосредственно с внешней средой. Простейшие организмы, такие как губки, в процессе эволюции приобрели специальные каналы, по которым вода прокачивается через тело.

Следующим этапом являются кишечнополостные и низшие черви. У них возникает уже обособленная внутренняя среда, заполняющая межклеточные каналы тела. В этом случае окружающая животных вода заполняет пищеварительную полость и затем поступает в межклеточные каналы. Жидкость межклеточных каналов называют гидролимфой. По своему составу она мало отличается от окружающей среды. Таким образом, у этих организмов появляется уже гастроваскулярная система циркуляции.

Дальнейшее усложнение состава внутренней среды, ее обособленность и относительное постоянство отмечаются у членистоногих и моллюсков. С появлением незамкнутой (лакунарной) сосудистой системы и пульсации стенок сосудов находящаяся в них жидкость — гемолимфа — проталкивается по сосудам и заполняет межклеточные пространства. Эти пространства представляют специальные резервуары — лакуны.

Среди членистоногих, имеющих аппарат дыхания, гемолимфа осуществляет уже транспорт не только питательных веществ, но и газов. В ней присутствуют дыхательные пигменты, содержащие железо и медь (гемоглобин, гемоцианин). Дыхательных пигментов не обнаруживается в гемолимфе насекомых высокоорганизованных сложно устроенных животных, способных поддерживать высокий уровень метаболической активности. Тело их пронизано системой трахеальных трубочек, и проходящий по ним воздух отдает кислород непосредственно клеткам тканей. Главная же функция гемолимфы у них _ доставка питательных веществ, метаболитов и гормонов, которые у насекомых особенно важны для роста, линьки и т. д.

У олигохет, полихет, пиявок, форонид, немертин, головоногих моллюсков, голотурий, иглокожих, а также позвоночных животных возникает замкнутая система сосудов с циркулирующей в них гемолимфой или кровью.

Рис. 7.1 Классификация жидких сред

А — общие среды; Б — некоторые специализированные среды: I — внесосудистые (внутриклеточная и межтканевая жидкость), // — внутрисосудистые (кровь и лимфа).

Поэтому кровь и межклеточная тканевая жидкость по составу и функциям представляют две самостоятельные системы. Кровь содержит специализированные клетки, белки, органические вещества, дыхательные пигменты, соли. Тканевая жидкость играет роль посредника в обмене веществ между клетками тканей и циркулирующей кровью, в связи с чем состав ее непрерывно обновляется. У отдельных беспозвоночных (черви, осьминоги, морские звезды) гемолимфа вместе с тканевой жидкостью образуют гидравлический скелет, назначением которого является осуществление двигательных актов. Для того чтобы гидравлический скелет мог работать, жидкость должна быть заключена в ограниченное пространство и мышечная сила должна использоваться для создания давления в этой жидкости. Например, давление гемолимфы у осьминога достигает 80 мм. рт. ст.

Помимо двух названных систем позвоночным присущ еще третий тип жидкой внутренней среды — лимфы. Она циркулирует в специальной системе сосудов, в результате чего отделена от межклеточной тканевой жидкости эндотелиальной стенкой. Между всеми тремя жидкостями внутренней среды у позвоночных существует постоянный обмен, направленный на непрерывное поступление к клеткам необходимых веществ и удаление продуктов жизнедеятельности (рис. 7.1).

7.2. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОСТОЯНСТВА ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА. ПОНЯТИЕ О ГОМЕОСТАЗЕ

Более 120 лет назад великий физиолог Клод Бернар пришел к заключению, что «постоянство внутренней среды есть условие независимого существования». Иначе говоря, для того чтобы организм функционировал эффективно, составляющие его клетки должны находиться в строго регулируемой среде. Позже этот принцип нашел многочисленные подтверждения и стало ясно, что внутренняя среда организма животных регулируется множеством специальных механизмов. Благодаря этому состав среды поддерживается постоянным, изменяясь лишь в узких пределах.

Для описания этого состояния в 1929 г. Уолтер Кеннон ввел термин гомеостаз. Под гомеостазом сейчас понимают не только сами согласованные физиологические процессы, поддерживающие большинство устойчивых состояний организма, но и регулирующие механизмы, которые обеспечивают это состояние. Многие из отдельных механизмов, особенно касающихся регуляции внутри— и внеклеточных взаимоотношений, оказывают в ряде случаев уравновешивающие друг друга взаимопротивоположные воздействия. В конечном счете это приводит к установлению в организме подвижного физиологического фона, а также позволяет живой системе несмотря на сдвиги, возникающие в процессе жизнедеятельности и изменения в окружающей среде, поддерживать относительное динамическое постоянство. Границы гомеостаза могут быть жесткими и пластичными. Их показатели зависят от видовых, индивидуальных, половых и других условий. Жесткими константами являются параметры внутренней среды, которые определяют оптимальную активность ферментов, т. е. возможность осуществления обменных процессов.

Живой организм представляет собой открытую систему, непрерывно обменивающуюся материей и энергией с окружающей средой. В этом обмене и поддержании постоянства внутренней жизни участвует огромное число органов, систем, процессов, механизмов. К ним относятся такие как кожа, селезенка, печень, барьерная система, иммунная система и т. д.

Например, кожа обеспечивает защитную, обменную, выделительную, сенсорную и другие функции. Она является водным и жировым депо. В селезенке осуществляется кроветворение, депонирование электролитов, липидов, в ней образуются гемолизины. В печени обезвреживаются токсины, лекарственные вещества, разрушается ряд гормонов. Печень участвует в обмене белков, жиров, углеводов и воды, а также в выработке тепла в организме. В ней образуются желчь, компоненты системы свертывания крови и другие биологически активные вещества. Она является депо минералов и антианемического фактора.

Наряду с кожей, почками, органами дыхания и пищеварительным трактом печень входит в состав внешних барьеров, обеспечивающих защиту организма от неблагоприятных факторов окружающей среды, и внутренних барьеров, сохраняющих постоянство внутренней среды. К внутренним барьерам принято относить гистогематические: гематоэнцефалический, гематоулитковый и др. Их структурной основой является эндотелий капилляров.

7.3. ПОНЯТИЕ О СИСТЕМЕ КРОВИ

Под системой принято понимать упорядоченное и целостное множество взаимосвязанных элементов, объединенных выполнением общей цели. Главным свойством системы как единой совокупности взаимодействующих элементов является целостность, выражающаяся в несводимости свойств системы к сумме свойств составляющих ее частей.

В 1939 г. Г. Ф. Ланг предложил объединить кровь, регулирующий ее нейрогуморальный аппарат и органы, в которых происходит образование клеток крови и их разрушение, — костный мозг, вилочковую железу, лимфатические узлы, селезенку и печень — ввиду тесной их связи под общим понятием система крови. Компоненты этой системы осуществляют непосредственный контакт с кровяным руслом. Такое взаимоотношение обеспечивает не только транспорт клеток, но и поступление различных гуморальных факторов из крови в кроветворные органы.

Главным местом образования клеток крови у высших позвоночных является красный костный мозг позвоночника и плоских костей. Здесь находится основная масса кроветворных элементов. В нем же осуществляются и разрушение эритроцитов, утилизация железа, синтез гемоглобина, накопление резервных липидов. С костным мозгом связано происхождение популяции В—лимфоцитов, осуществляющих гуморальные реакции иммунитета, т. е. выработку антител.

Центральным органом иммуногенеза является вилочковая железа. В ней происходит дифференцировка Т—лимфоцитов, которые участвуют в клеточных реакциях иммунитета, направленных на отторжение ткани.

Кроме вилочковой железы ответственными за выработку иммунитета являются селезенка и лимфатические узлы. Селезенка участвует в лимфоцитопоэзе, синтезе иммуноглобулинов, разрушении эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, в депонировании крови. Лимфатические узлы продуцируют и депонируют лимфоциты.

В регуляции деятельности системы крови важную роль играют гуморальные факторы — эритропоэтины, лейкопоэтины, тромбоцитопоэтины. Кроме них действуют и другие гуморальные агенты, например андрогены. Медиаторы (ацетилхолин, адреналин) влияют на систему крови, не только вызывая перераспределение форменных элементов, но и путем прямого влияния на холино— и адренорецепторы клеток. Определенное влияние оказывает нервная система. Работами В. Н. Черниговского и А. Я. Ярошевского показана важная роль нервных факторов в регуляции деятельности системы крови.

7.3.1. Основные функции крови

Кровь — основная транспортная система организма. Она представляет собой ткань, состоящую из жидкой части — плазмы — и взвешенных в ней клеток (форменных элементов) (рис. 7.2). Ее главной функцией является перенос различных веществ, посредством которых осуществляется защита от воздействий внешней среды или регуляция деятельности отдельных органов и систем. В зависимости от характера переносимых веществ и их природы кровь выполняет следующие функции: 1) дыхательную, 2) питательную, 3) экскреторную, 4) гомеостатическую, 5) регуляторную, 6) креаторных связей, 7) терморегуляционную, 8) защитную.

Рис. 7.2 Состав крови.

Дыхательная функция. Эта функция крови представляет собой процесс переноса кислорода из органов дыхания к тканям и углекислого газа в обратном направлении. В легких и тканях обмен газов основан на разности парциальных давлений (или напряжений), в результате чего происходит их диффузия. Кислород и углекислый газ содержатся в основном в связанном состоянии и лишь в небольших количествах — в виде растворенного газа. Кислород обратимо связывается с дыхательным пигментом — гемоглобином, углекислый газ — с основаниями, водой и белками крови. Азот находится в крови только в растворенном виде. Его содержание невелико и составляет около 1,2% по объему,

Транспорт O₂ обеспечивается гемоглобином, который легко вступает с ним в соединение. Соединение это непрочно, и гемоглобин легко отдает кислород. У человека при парциальном давлений в легких около 100 мм рт. ст. (13,3 кПа) гемоглобин на 96—97% превращается в оксигемоглобин (НЬО₂). При значительно более низких парциальных давлениях О₂ в тканях оксигемоглобин отдает кислород и превращается в восстановленный гемоглобин, или дезоксигемоглобин (НЬ).

Способность гемоглобина связывать и отдавать 0₂ принято выражать кислородно—диссоциационной кривой. Чем больше изогнута кривая, тем больше разница между содержанием О₂ в артериальной и венозной крови, а следовательно больше О₂ отдано тканям. Возможность крови как переносчика О₂ характеризуется величиной ее кислородной емкости. Кислородной емкостью обозначают количество O₂, которое может быть связано кровью до полного насыщения гемоглобина. Она составляет около 20 мл О₂, на 100 мл крови. Способность гемоглобина связывать О₂ понижает постоянно образующийся в организме СО₂, в результате чего его накопление в тканях способствует отдаче гемоглобином кислорода.

Реагируя с водой, CO₂ образует слабую и неустойчивую двуосновную угольную кислоту. Она необходима для поддержания кислотно—щелочного равновесия, участвует в синтезе жиров, неогликогенезе. Вступая в соединения с основаниями, угольная кислота образует гидрокарбонаты. .

Углекислый газ вместе с гидрокарбонатом натрия образует важную буферную систему. В транспорте кровью СО₂ существенную роль играет гемоглобин. Содержание СО₂ в крови значительно выше, чем O₂, перепады его концентраций между артериальной и венозной кровью соответственно меньше. В венозной крови СО₂ диффундирует в эритроциты, в артериальной, напротив, выходит из них. При этом свойства гемоглобина как кислоты изменяются. В капиллярах ткани оксигемоглобин отдает O₂, в результате чего ослабевают его кислотные свойства. В этот момент угольная кислота отнимает у гемоглобина связанные с ним основания и образует гидрокарбонат. В капиллярах легких гемоглобин снова превращается в оксигемоглобин и вытесняет углекислоту из бикарбоната. Хорошая растворимость бикарбоната в воде и большая способность углекислоты к диффузии облегчают ее поступление из тканей в кровь и из крови в альвеолярный воздух.

Питательная функция. Питательная функция крови заключается в том, что кровь переносит питательные вещества от пищеварительного тракта к клеткам организма. Глюкоза, фруктоза, низкомолекулярные пептиды, аминокислоты, соли, витамины, вода всасываются в кровь непосредственно в капиллярах ворсинок кишки. Жир и продукты его расщепления всасываются в кровь и лимфу. Все попавшие в кровь вещества по воротной вене поступают в печень и лишь затем разносятся по всему организму. В печени избыток глюкозы задерживается и превращается в гликоген, остальная ее часть доставляется к тканям. Разносимые по всему организму аминокислоты используются как пластический материал для белков тканей и энергетических потребностей. Жиры, всосавшиеся частично в лимфу, попадают из нее в кровяное русло и, переработанные в печени до липопротеинов низкой плотности, вновь попадают в кровь. Избыток жира откладывается в подкожной клетчатке, сальнике и других местах. Отсюда он может вновь поступать в кровь и переноситься ею к месту использования.

Экскреторная функция. Экскреторная функция крови проявляется в удалении ненужных и даже вредных для организма конечных продуктов метаболизма, избытка воды, минеральных и органических веществ, поступивших с пищей. К их числу относится один из продуктов дезаминирования аминокислот — аммиак. Он токсичен для организма, и в крови его содержится немного.

Большая часть аммиака обезвреживается, превращаясь в конечный продукт азотистого обмена — мочевину. Образующаяся при распаде пуриновых оснований мочевая кислота также переносится кровью к почкам, а появляющиеся в результате распада гемоглобина желчные пигменты — к печени. Они выделяются с желчью. В крови имеются и ядовитые для организма ^вещества (производные фенола, индол и др.). Некоторые из них являются продуктами жизнедеятельности гнилостных микробов толстой кишки.

Гомеостатическая функция. Кровь участвует в поддержании постоянства внутренней среды организма (например, постоянства рН, водного баланса, уровня глюкозы в крови и др. — см. разд. 7.2).

Регуляторная функция крови. Некоторые ткани в процессе жизнедеятельности выделяют в кровь химические вещества, обладающие большой биологической активностью. Находясь постоянно в состоянии движения в системе замкнутых сосудов, кровь тем самым осуществляет связь между различными органами. В результате организм функционирует как единая система, обеспечивающая приспособление к постоянно меняющимся условиям среды. Таким образом, кровь объединяет организм, обусловливая его гуморальное единство и адаптивные реакции.

Функция креаторных связей. Она состоит в переносе плазмой и форменными элементами макромолекул, осуществляющих в организме информационные связи. Благодаря этому регулируются внутриклеточные процессы синтеза белка, клеточные дифференцировки, поддержание постоянства структуры тканей.

Терморегуляционная функция крови. В результате непрерывного движения и большой теплоемкости кровь способствует перераспределению тепла по организму и поддержанию температуры тела. Циркулирующая кровь объединяет органы, в которых вырабатывается тепло, с органами, отдающими тепло. Например, во время интенсивной мышечной деятельности в мышцах возрастает образование тепла, но тепло в них не задерживается. Оно поглощается кровью и разносится по всему телу, вызывая возбуждение гипоталамических центров терморегуляции. Это приводит к соответствующему изменению продукции и отдачи тепла. В результате температура тела поддерживается на постоянном уровне.

Защитная функция. Ее выполняют различные составные части крови, обеспечивающие гуморальный иммунитет (выработку антител) и клеточный иммунитет (фагоцитоз). К защитным функциям относится также свертывание крови. При любом, даже незначительном, ранении возникает тромб, закупоривающий сосуд и прекращающий кровотечение. Тромб образуется из белков плазмы крови под влиянием веществ, содержащихся в тромбоцитах.

Помимо названных, в эволюционном ряду выделяют еще и такую функцию, как передача силы. Ее примером может служить участие крови в локомоции дождевых червей, разрыве кутикулы при линьке у ракообразных, движениях таких органов, как сифон двустворчатых моллюсков, в разгибании ног у пауков, капиллярной ультрафильтрации почек.

7.3.2. Объем и состав крови

Кровь у высших животных и человека состоит из жидкой части плазмы — и взвешенных в ней форменных элементов. Между плазмой и форменными элементами существуют определенные соотношения — гематокритное число (гематокрит), согласно которому объем клеток составляет у человека 40—45% объема крови, остальной объем (55—60%) приходится на плазму. Показатель дает представление об общем объеме эритроцитов, характеризует степень гемоконцентрации или гидремии (повышенное содержание воды в крови). Различают красные кровяные тельца — эритроциты, белые кровяные тельца — лейкоциты и кровяные пластинки — тромбоциты. В норме в 1 мкл крови человека содержится примерно 4—5 млн. эритроцитов, 4—9 тыс. лейкоцитов и 180—320 тыс. тромбоцитов.

Данные об эволюционных преобразованиях указывают на то, что форменные элементы крови, транспортирующие кислород, у беспозвоночных отсутствуют и дыхательные пигменты растворены непосредственно в плазме. С появлением замкнутой системы циркуляции (уже у некоторых червей) эти пигменты перемещаются в форменные элементы. Таким образом, у позвоночных животных плазма крови оказывается свободной от кровяных пигментов.

Общее количество крови у высших животных различно и зависит от вида, пола, интенсивности обмена веществ. Чем выше обмен, тем выше потребность в кислороде, тем больше крови у животного. Например, количество крови у спортивных лошадей достигает 14—15% от массы тела, а у выполняющих обычную работу — 7—8%. У человека количество крови составляет приблизительно 6—8% массы тела (4—6 л). Количество крови в организме — величина довольно постоянная и тщательно регулируемая. Имеющаяся в организме кровь в обычных условиях циркулирует по сосудам не вся. Часть ее находится в так называемых депо: в печени — до 20%, селезенке — до 16%, в коже — примерно 10% от общего количества крови.

7.3.3. Физико—химические свойства крови

Кровь представляет собой коллоидно—полимерный раствор, растворителем в котором является вода, растворимыми веществами — соли и низкомолекулярные органические соединения, коллоидным компонентом — белки и их комплексы.

Плотность. Плотность крови колеблется в узких пределах и зависит в основном от содержания в ней форменных элементов, белков и липидов. Плотность крови составляет у рыб 1,035 г/мл, у птиц — 1,052, у грызунов — 1,051 у человека 1,060—1,064 г/мл. Плотность лейкоцитов и кровяных пластинок ниже, чем эритроцитов. При отстаивании в пробирке или центрифугировании несвернувшейся крови сверху располагается слой желтоватой жидкости, представляющий собой плазму, под ним находится тонкий беловатый пояс _ лейкоциты и кровяные пластинки, наконец, внизу толстый слой (40—45% объема) — эритроциты. Вязкость — еще один физический показатель крови. Она в 3—6 раз больше вязкости воды и находится в прямой зависимости от содержания в крови эритроцитов и белков. Вязкость возрастает при сгущении крови, наблюдаемом, например, при обильном потении.

Осмотическое давление. Клетки крови, а также клетки органов и тканей имеют полупроницаемые мембраны, способные пропускать воду и не пропускать различные растворенные в ней соединения. Таких соединений в плазме крови много. Это прежде всего соли, находящиеся в диссоциированном состоянии. Концентрация солей в крови у млекопитающих составляет около 0 9%. От их содержания главным образом и зависит осмотическое давление крови. Осмотическое давление — сила движения растворителя через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный.

Осмотическое давление играет значительную роль в поддержании концентрации различных веществ, растворенных в жидкостях организма, на физиологически необходимом уровне. Следовательно, осмотическое давление определяет соотношение воды между тканями и клетками. Растворы с осмотическим давлением, более высоким, чем осмотическое давление содержимого клеток (гипертонические растворы), вызывают сморщивание клеток вследствие перехода воды из клетки в раствор. Напротив, растворы с более низким, чем в клетках осмотическим давлением (гипотонические растворы) вызывают увеличение объема клеток в результате перехода воды из раствора в клетку. Растворы с осмотическим давлением, которое равно осмотическому давлению содержимого клеток (изотонические растворы), не вызывают изменения объема клеток. Все это свидетельствует о том, что даже незначительные изменения состава плазмы крови могут оказаться губительными для многих клеток организма и прежде всего самой крови.

Необходимость поддержания на постоянном уровне осмотического давления жидких сред организма возникла в процессе эволюции в связи с переходом животных к жизни в пресной воде и на суше. Так появились животные, которые смогли поддерживать осмотическое давление тканевых жидкостей на более низком и более высоком уровне, чем у окружающей среды (гипотоническая у некоторых морских животных и гипертоническая осморегуляция у пресноводных).

Осмотическое давление крови млекопитающих всегда находится на относительно постоянном оптимальном для обмена веществ уровне и составляет 7,3 атм (5600 мм рт. ст., или 745 кПа, что соответствует температуре замерзания — 0,54 °С). Для его поддержания существует совокупность специальных осморегуляторных механизмов, но прежде всего способностью к нормализации осмотического давления обладает сама кровь. Она может выполнять роль осмотического буфера при различных сдвигах либо в сторону осмотической гипертонии, либо гипотонии. Эта функция связана с перераспределением ионов между плазмой и эритроцитами, а также со способностью белков плазмы крови связывать и отдавать ионы.

Помимо этого, в стенках кровеносных сосудов, тканях, гипоталамусе находятся специальные осморецепторы, реагирующие на изменение осмотического давления. Их раздражение сопровождается рефлекторным изменением деятельности выделительных органов, приводящих к удалению избытка воды или поступивших в кровь солей. Такими органами являются почки и потовые железы.

Тонкие механизмы присущи только высшим позвоночным животным. Морские беспозвоночные не обладают такой способностью. У них осмотическое давление крови изменяется вместе с изменением осмотического давления окружающей морской воды.

Онкотическое давление. Помимо солей в плазме крови содержится много белков (7—8%). Белки также создают осмотическое давление, которое принято называть онкотическим. Это давление гораздо меньше создаваемого солями осмотического и составляет в среднем 30 мм рт. ст. Разница в величине давлений объясняется тем, что хотя белки и имеют огромную молекулярную массу, но они менее подвижны, чем ионы. Главным же условием создания осмотического давления является не масса, а число ионов и их подвижность. Этим условиям в большей степени отвечают растворенные в плазме соли.

Онкотическое давление является фактором, способствующим переходу воды из тканей в кровяное русло. Онкотическому давлению противодействует давление, под которым находится кровь в капиллярах, т. е. гидростатическое давление крови. В артериальной части капилляров оно достигает 35 мм рт. ст. и, следовательно, превышает величину онкотического давления плазмы. Поэтому здесь жидкость переходит из крови в окружающую капилляры ткань. Наоборот,

у венозного конца капилляра гидростатическое давление крови уже меньше онкотического и вода из тканей переходит обратно в кровь. Благодаря такому механизму, основанному на разности между онкотическим и гидростатическим давлениями, кровь находится в непрерывном обмене с тканевой жидкостью.

Реакция крови. Буферные функции. Важнейшим показателем постоянства внутренней среды организма является ее активная реакция, определяемая концентрацией водородных (Н⁺ и гидроксильных (ОН^—) ионов. Для оценки активной реакции крови применяют водородный показатель — рН (от фр. pouvoir hydrogene — сила водорода), являющийся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов. Активная реакция имеет исключительное значение, поскольку абсолютное большинство обменных реакций может нормально протекать только при определенных величинах рН.

В эволюционном ряду беспозвоночные и некоторые позвоночные животные характеризуются широким диапазоном колебаний рН внутренней среды. Например, у насекомых этот показатель находится в пределах 6,4—8 0. Кровь млекопитающих и человека имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови составляет 7,35—7,47, венозной — на 0,02 единицы ниже. Содержимое эритроцитов обычно на 0,1—0,2 единицы рН более кислое, чем плазма.

Несмотря на непрерывное поступление в кровь кислых и щелочных продуктов обмена, рН крови сохраняется на относительно постоянном уровне. Поддержание этого постоянства обеспечивается многочисленными физико—химическими биохимическими и физиологическими механизмами. В крови существует довольно постоянное отношение между кислыми и щелочными компонентами, его принято обозначать термином кислотно—щелочное равновесие (баланс).

Известны три главных пути поддержания рН на постоянном уровне: 1 — буферные системы жидкой внутренней среды организма и тканей; 2 — выделение СО₂ легкими; 2 — выделение кислых или удержание щелочных продуктов почками. В крови существуют следующие буферные системы: гемоглобиновая, карбонатная, фосфатная, белков плазмы крови.

Гемоглобиновая буферная система составляет примерно 75% всех буферов крови. Гемоглобин в восстановленном состоянии является очень слабой кислотой, в окисленном — его кислотные свойства усиливаются. Карбонатная буферная система (рис. 7.3) состоит из угольной кислоты (Н₂СО₃), гидрокарбонатов натрия и калия (NаНСОз, КНСОз). При поступлении в плазму крови более сильной кислоты, чем угольная, анионы сильной кислоты взаимодействуют с катионами натрия и образуют нейтральную соль. В то же время ионы водорода соединяются с анионами НСОз^—. При этом возникает малодиссоциированная угольная кислота. В легких под действием содержащегося в эритроцитах фермента карбоангидразы угольная кислота распадается на С0₂ и H₂O. Углекислый газ выделяется легкими, и изменения реакции крови не происходит.

При поступлении в кровь оснований они вступают в соединение с угольной кислотой. В результате образуются гидрокарбонаты и вода. Реакция снова остается постоянной. Роль этой системы в организме значительна, так как с ее помощью осуществляется выделение с выдыхаемым воздухом СО₂ и почти мгновенная нормализация реакции крови.

Фосфатная буферная система складывается из смеси однозамещенного и двузамещенного фосфорнокислого натрия (NаН₂Р0₄ и Na₂HP0₄). Первый слабо диссоциирует и обладает свойствами слабой кислоты, второй имеет свойства

Рис. 7.3 Ионный состав крови (А), межтканевой и внутриклеточной жидкостей (Б)

слабой щелочи. Поступившие в кровь кислоты и щелочи взаимодействуют с одним из компонентов системы, в результате рН крови сохраняется.

Белки плазмы крови осуществляют роль нейтрализации кислот и щелочей вследствие присущих им амфотерных свойств: с кислотами они вступают в реакцию как основания, с основаниями — как кислоты. В результате рН крови поддерживается на постоянном уровне.

Обычно в организме кислых продуктов образуется больше, чем щелочных. Существующая в результате этого опасность закисления крови предотвращается тем, что запасы щелочных веществ в крови, представленные в основном щелочными солями слабых кислот, во много раз превышают таковые кислых. В силу способности этих соединений нейтрализовать кислоты их рассматривают как щелочной резерв крови. Резервную щелочность измеряют количеством (СО₂ (мл), которое может быть связано 100 мл крови при напряжении СО₂ в плазме, равном 40 мм рт. ст.

Хорошая защищенность крови буферными системами все же не всегда может противодействовать изменению кислотно—щелочного равновесия. Если возникает сдвиг активной реакции в кислую сторону, то это состояние называют ацидозом, в щелочную — алкалозом. Различают их компенсированную и некомпенсированную формы. Как показывают результаты экспериментов на теплокровных животных и клинические наблюдения, крайние совместимые с жизнью пределы изменений рН крови составляют 7,0—7,8.

Помимо крови буферные системы существуют и в тканях. Это в основном белковые и фосфатные комплексы. У разных видов животных мощность буферных систем крови и ткани не одинакова. Она особенно значительна у животных, биологически приспособленных к интенсивной мышечной работе.

7.4. ПЛАЗМА КРОВИ

Плазма — жидкая часть крови, остающаяся после удаления форменных элементов и состоящая из растворенных в воде солей, белков, углеводов, биологически активных соединений (табл. 7.1), а также СО₂ и О₂. В плазме содержится около 90% воды, 7—8% белка, 1,1% других органических веществ и 0,9% неорганических компонентов. Осмотическое давление плазмы и сыворотки (плазма без фибриногена) крови составляет 7,6 атм, рН плазмы артериальной крови в среднем 7,4.

Таблица 7.1

Компоненты плазмы крови и их функции

Компоненты, присутствующие в постоянной концентрации
Вода
Основной компонент плазмы. Служит источником воды для клеток. Разносит по телу множество растворенных в ней веществ. Способствует поддержанию кровяного давления и объема крови
Белки плазмы
Белковая фракция		Средняя концентрация		Мол. масса, кДа	Изоэлектрическая точка	Физиологическое значение
электрофо—ретическая	иммуноэлектрофоре—тическая	г/л	мкмоль/л	Мол. масса, кДа	Изоэлектрическая точка	Физиологическое значение
Альбумин	Преальбумин	0,3	4,9	61	4,7	Связывание тироксина; онкотическое давление; транспортная функция; белковый резерв
Альбумин	Альбумин	40,0	579,0	69	4,9
α1—Глобу—лины	Кислый α1— гликопротеин	0,8	18,2	44	2,7	Продукт распада тканей?
α1—Глобу—лины	α1—Липопротеид («липопротеиды высокой плотности»)	3,5	17,5	2000	5,1	Транспорт липидов (в частности, фосфолипидов)
α2—Глобу—лины	Церулоплазмин	0,3	1,9	160	4,4	Обладает оксидазной активностью, связывает медь
	α—2—Макроглобулин	2,5	3,1	820	5,4	Ингибирует плазмин и протеиназы
	α2—Гаптоглобулин	1,0	11,8	8,5	4,1	Связывает гемоглобин и препятствует его выделению с мочой
(β—Глобу—лины	Трансферрин	3,0	33,3	90	5,8	Транспорт железа
(β—Глобу—лины	β—Липопротеид («липопротеиды низкой плотности»)	5,5	0,3—1,8	3000—20 000	—	Транспорт липидов (в частности, холестерина)
	Фибриноген	3,0	8,8	340	5,8	Свертывание крови
γ—Глобу—лины	IgG	12,0	76,9	156	5,8	Иммуноглобулины: антитела против бактериальных антигенов и чужеродных белков
	IgA	2,4	16,0	150	7,3
	IgM	1,25	1.3	960		Изогемагтлютинины
	IgE	0,0003	0,002	190		Антитела (реагины)
		Минеральные ионы
Na⁺, К⁺, Ca²⁺, Mg²⁺		Совместно участвуют в регуляции осмотического давления и рН крови
Н₂Р0₄^_, PO₄^—, Сl^—, НСО₃^— S0₄^2—		Оказывают ряд других воздействий на клетки организма; например, Са²⁺ может участвовать в свертывании крови, а также в регуляции мышечного сокращения и чувствительности нервных клеток, влияет на коллоидное состояние клеточного содержимого
Компоненты, концентрации которых изменяются
Растворимые продукты пищеварения. Растворимые продукты, подлежащие экскреции: витамины, гормоны		Постоянно транспортируются в клетки и выделяются из них

Плазма циркулирующей крови обеспечивает постоянство объема внутрисосудистой жидкости и кислотно—щелочного равновесия. Она также переносит биологически активные вещества и продукты метаболизма. Через большую поверхность стенок капилляров плазма обменивается веществами с межклеточной жидкостью (рис. 7.4). Обмен ионами, водой, небольшими молекулами происходит быстро, поэтому состав интерстициальной жидкости колеблется незначительно и существенно не отличается от состава плазмы. Различия касаются лишь белков, крупные молекулы которых не могут проходить через стенку капилляров.

Для сохранения функций ткани и клеток кроме объема жидких сред необходимо наличие определенных соотношений присутствующих ионов. Эти соотношения широко применяют для приготовления физиологических растворов, соответствующих по составу и содержанию солей плазме крови (табл. 7.2).

Рис. 7.4 Жидкостные пространства организма

Представлены округленные значения для человека массой 70 кг.

Таблица 7.2

Состав наиболее распространенных физиологических растворов, г/л

Физиологические растворы	NaCI	KCl	CaCI₂	NaHCO₃	MgCI₂	NaHP0₄	Глюкоза
Раствор Рингера для холоднокровных	6.5	0,14	0,1—0,12	0,2	—	—	—
Раствор Рингера—Локка для теплокровных	9,0	0,42	0,24	0,15	—	—	—
Раствор Тироде для теплокровных	8,0	0,2	0,2	1,1	0,1	0,05	1,0

7.4.1. Белки плазмы крови и их функциональное значение

Белковую фракцию плазмы составляет несколько десятков различных белков. Большая величина молекул дает основание относить их к коллоидам. Присутствие коллоидов в плазме обусловливает ее вязкость.

Белки плазмы различают по строению и функциональным свойствам. Их количественное и качественное определение производят специальными методами электрофореза, основанного на различной подвижности белков в электрическом поле, ультрацентрифугирования, иммуноэлектрофореза, при котором в электрическом поле передвигаются целые комплексы связанных со специфическими антителами молекул. В плазме крови человека содержится примерно 200—300 г белка. Белки плазмы делят на две основные группы: альбумины и глобулины. В глобулиновую фракцию входит фибриноген.

Альбумины. Альбумины составляют около 60% белков плазмы. Их высокая концентрация, большая подвижность при относительно небольших размерах молекулы, определяют онкотическое давление плазмы. Большая общая поверхность мелких молекул альбумина играет существенную роль в транспорте кровью различных веществ, таких как билирубин, соли тяжелых металлов жирные кислоты, фармакологические препараты (сульфаниламиды, антибиотики и др.). Известно, что, например, одна молекула альбумина может одновременно связать 25—50 молекул билирубина.

Глобулины. Эту группу белков электрофоретически, по показателям подвижности, разделяют на несколько фракций: α₁—, α₂—, β₃— и γ—глобулины. С помощью иммуноэлектрофореза эти фракции подразделяют на мелкие субфракции более однородных белков. Так, во фракции α₁—глобулинов имеются белки, простетической группой которых являются углеводы. Эти белки называются гликопротеинами. В составе гликопротеинов циркулирует около 60% всей глюкозы плазмы. Еще одна группа — мукопротеины — содержит мукополисахариды, фракцию аз составляет медьсодержащий белок церулоплазмин, в котором на каждую белковую молекулу приходится восемь атомов меди. Таким образом связывается около 90% всей содержащейся в плазме меди. В плазме имеются еще тироксинсвязывающий и другие белки.

β—глобулины. участвуют в транспорте фосфолипидов, холестерина, стероидных гормонов, металлических катионов. Они удерживают в растворе около 75% всех липидов плазмы. Металлсодержащий белок трансферрин осуществляет перенос железа кровью. Каждая молекула трансферрина несет два атома железа.

γ—глобулины характеризуются самой низкой электрофоретической подвижностью. В эту фракцию белков входят различные антитела, защищающие организм от вторжения вирусов и бактерий. Количество этой фракции возрастает при иммунизации животных. К γ—глобулинам относятся также агглютинины крови.

Фибриноген занимает промежуточное положение между фракциями β— и γ—глобулинов. Этот белок образуется в клетках печени и ретикулоэндотелиальной системы; обладает свойством становиться нерастворимым в определенных условиях (под воздействием тромбина), принимать при этом волокнистую структуру, переходя в фибрин. Содержание фибриногена в плазме крови составляет всего 0,3%, но именно его переходом в фибрин обусловливается свертывание крови и превращение ее в течение нескольких минут в плотный сгусток. Сыворотка крови по своему составу отличается от плазмы только отсутствием фибриногена.

Альбумины и фибриноген образуются в печени, глобулины в печени красном костном мозгу, селезенке, лимфатических узлах. При нормальном питании в организме человека за 1 сут вырабатывается около 17 г альбумина и

5 г глобулина. Период полураспада альбумина составляет 10—15 сут глобулина — 5 сут.

Белки плазмы вместе с электролитами являются ее функциональными элементами. С их помощью в значительной степени осуществляется транспорт веществ из крови к тканям. К числу транспортируемых компонентов относятся питательные вещества, витамины, микроэлементы, гормоны, ферменты а также конечные продукты обмена веществ.

Из питательных веществ самую большую часть составляют липиды. Их концентрация колеблется в широком диапазоне, но максимальное содержание отмечается после приема жирной пищи. На относительно постоянном уровне удерживаются переносимая плазмой глюкоза (44,4—66,6 ммоль/л) и аминокислотные остатки (4 мг%). Витамины могут переноситься либо в связанному белками, либо в свободном виде. Их уровень в плазме также подвержен колебаниям и зависит не только от их содержания в продуктах питания и синтеза кишечной флорой, но и от наличия особого фактора, облегчающего их всасывание в кишке.

Микроэлементы циркулируют в плазме в виде металлсодержащих белков (Со и др.) или белковых комплексов (Fe). Из конечных продуктов обмена наибольшей концентрации, особенно при тяжелой мышечной работе и недостатке кислорода, достигает молочная кислота. Не использованные организмом и подлежащие удалению конечные продукты обмена веществ (мочевина, мочевая кислота, билирубин, аммиак) доставляются плазмой к почкам, где и удаляются с мочой.

Белки плазмы в силу способности связывать большое число циркулирующих в плазме низкомолекулярных соединений участвуют, кроме того, в поддержании постоянства осмотического давления. Им принадлежит ведущая роль в таких процессах, как образование тканевой жидкости, лимфы, мочи, всасывание воды.

7.5. ФОРМЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КРОВИ

У позвоночных животных к форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (рис. 7.5). Объем их у человека составляет 40—45% общего объема крови. У большинства беспозвоночных животных нет эритроцитов. Лейкоциты распространены у всех многоклеточных, включая и кишечнополостных, не имеющих еще крови в привычном понимании этого слова. Лейкоциты являются единственными клетками в гемолимфе большинства беспозвоночных. Тромбоциты как исключение встречаются у некоторых видов беспозвоночных и получают полное развитие у млекопитающих. У птиц тромбоцитов нет.

Рис. 7.5 Форменные элементы крови

7.5.1. Эритроциты

Эритроциты составляют основную массу крови. Они и определяют ее красный цвет. В процессе филогенеза эритроциты возникли как специализированные клетки, осуществляющие перенос О₂ и СО₂. Этот перенос происходит благодаря наличию в эритроцитах дыхательных пигментов. У беспозвоночных эти пигменты находятся в гемолимфе, целомической жидкости и лишь у некоторых в клетках крови.

Эритроциты рыб, амфибий, рептилий и птиц представляют собой крупные клетки овальной формы, содержащие ядро. Эритроциты млекопитающих мельче, они лишены ядра, однако в ранних стадиях эмбриогенеза также являются ядерными. Эритроциты (рис. 7.6) имеют форму двояковогнутых дисков диаметром 7,2—7,5 мкм. Цитоплазма их гомогенна. Такая форма не только увеличивает поверхность клетки, но и способствует более быстрой и равномерной диффузии газов через клеточную мембрану. Эритроциты отличаются большой эластичностью. Они легко проходят по капиллярам, имеющим вдвое меньший диаметр, чем сама клетка. Общая площадь поверхности всех эритроцитов взрослого человека составляет примерно 3800 м², т. е. в 1500 раз превышает поверхность тела.

Эритроцит состоит из однородной электронно—оптически плотной цитоплазмы, содержащей гемоглобин. В нем отсутствуют органеллы. Клеточная мембрана является тем местом, где протекают важнейшие ферментативные процессы и осуществляются иммунные реакции. Она также несет информацию о группах крови и тканевых антигенах. Мембрана состоит из четырех слоев. Наружный образован гликопротеинами и содержит комплексы концевых отделов групповых антигенов (см. разд. 7.8.1). Средние два слоя образуют классическую двойную липидную мембрану. Обращенный к цитоплазме внутренний слой состоит из белков, с которыми связаны молекулы гликолитических ферментов и гемоглобина. Мембрана эритроцита обладает избирательной проницаемостью. Через нее проходят газы, вода, катионы H⁺ анионы ОН^—, Cl^—, НСОз^—; она малопроницаема для глюкозы, мочевины, катионов К⁺ и Na⁺. Через нее почти не проходит большинство катионов, и она совершенно не пропускает белков. Сухой остаток эритроцитов содержит около 95% гемоглобина, остальное приходится на долю липидов, углеводов, солей, ферментов. В эритроцитах больше ионов К⁺ чем Na⁺ (в плазме .наоборот).

Процесс разрушения эритроцитов, при котором гемоглобин выходит из них в плазму, называют гемолизом. Существуют сведения о том, что нарушение целостности эритроцитов при гемолизе не обязательно и что процесс может ограничиваться лишь функциональными изменениями эритроцитов с растяжением мембраны клетки и изменением ее проницаемости. Кровь после гемолиза эритроцитов представляет собой прозрачную жидкость красного цвета («лаковая» кровь). Гемолиз может возникать под влиянием ряда факторов разной природы. Его можно вызывать физическими воздействиями на эритроциты, химическими агентами, гемолитическими ядами растительного, животного и бактериального происхождения, добавлением сыворотки крови животных, не иммунизированных к эритроцитам.

Нормальными усредненными показателями содержания эритроцитов в 1 мкл крови, определяемыми с помощью счетных камер или электронных целлоскопов, принято считать для мужчин 4,0—5,0 млн., для женщин — 3,9—4,7 млн. У животных разных видов число эритроцитов в том же объеме не одинаково. У новорожденных число эритроцитов больше, чем у взрослых. Однако даже в

Рис. 7.6 Нормальные эритроциты. в форме двояковогнутого диска (А) и сморщенные эритроциты в гипертоническом солевом растворе (Б)

одном и том же организме количество эритроцитов в единице объема крови может меняться. Увеличение числа эритроцитов в результате их усиленного образования носит название истинного эритроцитоза, если же число эритроцитов возрастает из—за их поступления из депо крови — перераспределительного эритроцитоза. После кровопотерь, разрушения или пониженного образования эритроцитов происходит уменьшение их количества в крови — анемия.

Общее количество эритроцитов, циркулирующих в организме взрослого человека, в обычных условиях составляет 25 • 10¹² — 30 • 10¹². Эту совокупность эритроцитов всей крови называют эритроном. Понятие «эритрон» введено американцем У. Каслом для обозначения массы эритроцитов, находящихся в циркулирующей крови, в кровяных депо и костном мозге. Как известно, разрушение эритроцитов осуществляется преимущественно макрофагами за счет процесса, получившего название «эритрофагоцитоз». Возникающие при этом продукты разрушения и в первую очередь железо используются на построение новых клеток. Следовательно, эритрон является замкнутой системой, в которой количество разрушившихся эритроцитов соответствует числу вновь образовавшихся. В этом состоит принципиальная разница между эритроном и другими тканями организма.

Основной функцией эритроцитов является транспорт O₂ от легких к тканям и участие в переносе СО₂ от тканей к легким. Эритроциты переносят также адсорбированные на их поверхности питательные вещества в виде аминокислотных остатков, биологически активные вещества, обмениваются липидами с плазмой крови. Эритроциты участвуют в регуляции кислотно—щелочного равновесия в организме, а также ионного равновесия плазмы, водно—солевого обмена организма. Эритроциты принимают участие в явлениях иммунитета, адсорбируя различные яды, которые разрушаются затем клетками ретикулоэндотелиальной системы. Важную роль они играют также в регуляции активности свертывающей системы крови. Целые эритроциты, так же как и тромбоциты, влияют на образование тромбопластина. Появление в циркулирующей крови разрушенных эритроцитов может способствовать гиперкоагуляции и тромбообразованию.

7.5.2. Пигменты крови

Пигментами называются вещества различной химической структуры, обладающие определенным цветом и окрашивающие среду, в которой они находятся. Цвет пигментов обусловлен наличием в их молекулах хромофорных групп, поглощающих свет определенной длины волны. Выполняемые пигментами физиологические функции разнообразны. Основные из них — перенос и депонирование 0₂ и СО₂, участие в тканевом дыхании, в окислительно—восстановительных реакциях. В процессе эволюции внутренней среды появилось несколько типов таких пигментов. Все они являются белками, содержащими металл.

Рис. 7.7 Молекула гемоглобина и формула гема

Гемоглобин, миоглобин, гемеритин, хлоркруорин содержат железо, гемоцианин — медь, гемованадин — ванадий. Важнейшими из пигментов являются хромопротеиды. Это белки, молекула которых состоит из белка и окрашенной простетической группы. В качестве простетической группы многие пигменты содержат металлопроизводные порфиринов.

Порфирины привлекают особое внимание. Это связано с тем, что они входят в основной пигмент крови — гемоглобин и в зеленый пигмент растений — хлорофилл. В плазме крови беспозвоночных животных обнаружены железопорфирин—дыхательные пигменты. В крови и лимфе многих беспозвоночных имеются голубые или зеленовато—голубые дыхательные пигменты, содержащие медь. В состав окрашенного белка цитокупреина включены медь и цинк.

Гемоглобин. Гемоглобин является наиболее распространенным кровяным пигментом. Он содержится в эритроцитах всех позвоночных и некоторых беспозвоночных животных (черви, моллюски, членистоногие, иглокожие), а также в корневых клубеньках некоторых бобовых растений. Многие свойства гемоглобина зависят от особенностей его химического строения. Молекулярная масса гемоглобина эритроцитов человека составляет 64,5 кДа.

В одном эритроците находится около 400 млн. молекул гемоглобина. В состав гемоглобина входят соединенные между собой гистидиновым мостиком простои белок глобин и пигментная группа гем (рис. 7.7) в соотношении 96 и 4 % от массы молекулы соответственно. Молекула гемоглобина содержит четыре одинаковые группы гема. Глобин представляет собой белок типа альбумина. У разных видов животных он отличается по своему аминокислотному составу что определяет различие в свойствах гемоглобина. Строение гема одинаково у всех видов животных. Он построен из пиррольных колец и содержит двухвалентное железо (рис. 7.7). Именно железо играет ключевую роль в деятельности гемоглобина, являясь его активной прocmemuчecкoй группой. Одна из валентностей железа реализуется при связывании гема с глобином, ко второй присоединяется О₂ или другие лиганды — вода, С0₂, азиды. Белковая и простетическая части молекулы не только связаны, но и постоянно оказывают друг на друга сильное влияние. Глобин изменяет свойства гема определяя его способность к связыванию кислой рода. В свою очередь, гем обеспечивает устойчивость глобина к действию физических факторов, расщеплению ферментами и т. д.

Количество гемоглобина в крови подвержено индивидуальным колебаниям. Средней нормальной величиной у человека считают 140 г/л крови, что, например, для индивидуума массой 65 кг составляет более 600 г. Высчитано также что 1 г гемоглобина содержит 3,5 мг железа, и, таким образом, во всех эритроцитах организма его находится 2,1 г.

В процессе переноса кислорода гемоглобин превращается в оксигемоглобин (HbO₂). Для того чтобы специально подчеркнуть, что при этом соединении валентность железа не меняется, реакцию связывания кислорода с гемоглобином называют не окислением, а оксигенацией. Противоположный процесс именуют дезоксигенацией. В том случае, когда необходимо акцентировать внимание на том, что гемоглобин не связан с кислородом, широко употребляют термин дезоксигемоглобин.

Оксигемоглобин (НbО₂) имеет ярко—алый цвет, что и определяет цвет артериальной крови. Образование оксигемоглобина происходит в капиллярах легких, где напряжение 0₂ высоко. Количество гемоглобина в эритроцитах обусловливает кислородную емкость крови. Следовательно, кровь человека, содержащая около 600 г оксигемоглобина, будучи вся насыщена кислородом, может связать более 800 см³ O₂. Кислородную емкость выражают как количество кислорода, связываемое 1 см³ крови. Соответственно этому кислородная емкость нормальной крови, содержащей в каждом кубическом сантиметре 0,14 г гемоглобина, составляет около 0,190 см³ 0₂.

В отличие от капилляров легких, в капиллярах тканей кислорода меньше, его напряжение ниже и здесь оксигемоглобин распадается на гемоглобин и кислород. Гемоглобин, отдавший кислород, называют восстановленным, или редуцированным, гемоглобином (Нb). Именно он определяет вишневый цвет венозной крови. Следовательно, гемоглобин представляет собой своеобразное химическое вещество, вступающее в обратимое соединение с кислородом при любом его напряжении. Способность гемоглобина связывать и отдавать кислород отражается кислородно—диссоциационной кривой. Эта кривая характеризует процент насыщения гемоглобина кислородом в зависимости от его напряжения (Ро₂).

По мере того как кровь проходит через ткани и отдает 0₂, она попутно вбирает в себя конечный продукт окислительных обменных процессов в клетках — СO₂. Реакция связывания гемоглобина с СО₂. сложнее, чем присоединение 0₂. Это объясняется прежде всего ролью СO₂в создании кислотно—щелочного равновесия в организме. Механизмы, обеспечивающие транспорт газа, призваны также поддерживать и это равновесие. Гемоглобин, связанный с С0₂, называют карбогемоглобином.

Гемоглобин особенно легко соединяется с угарным газом — оксидом углерода — СО. Происходит образование карбоксигемоглобина (НЬСО), не способного к переносу 0₂. В этом случае закономерности его реакции те же, что и для кислорода, но химическое сродство СО к гемоглобину почти в 300 раз выше, чем к 0₂, Это означает, что достаточно в воздухе оказаться небольшому количеству СО, чтобы произошло образование значительного числа связанных молекул гемоглобина. Образовавшееся соединение — блокированный угарным газом гемоглобин — уже не может служить переносчиком кислорода. Так, при концентрации СО в воздухе, равной 0,1%, около 80% гемоглобина крови оказываются связанными не с кислородом, а с угарным газом. В результате в организме возникают тяжелые последствия кислородного голодания (рвота,

головная боль, потеря сознания).

Слабые отравления угарным газом являются процессом обратимым: СО постепенно отщепляется и выводится при дыхании свежим воздухом. Использование искусственного дыхания чистым кислородом ускоряет примерно в 20 раз эту реакцию. При концентрации СО, равной 1%, через несколько минут наступает гибель организма. В нормальных условиях на долю НЬСО приходится лишь 1% общего количества гемоглобина крови, у курильщиков его содержание достигает 3%, а после глубокой затяжки — 10%.

Гемоглобин, приведенный в соприкосновение с сильнодействующими окислителями (перманганат калия, бертолетова соль, нитробензол, анилин), образует соединение метгемоглобин (НЬОН), имеющее коричневый цвет. При этом происходит окисление железа и переход его в трехвалентную форму. В результате истинного окисления гемоглобин прочно удерживает кислород и в итоге перестает быть его переносчиком. При наследственной метгемоглобинемии происходит нарушение равновесия между процессами окисления гемоглобина и метгемоглобина и восстановления гемоглобина. Проявляется на первом году жизни синюшным цветом кожи (цианоз) и повышением содержания в крови метгемоглобина

Миоглобин. В скелетных и сердечной мышцах животных различных классов и групп находится мышечный гемоглобин — миоглобин (табл. 7.3). Это дыхательный пигмент красного цвета. По своей биохимической характеристике миоглобин близок к гемоглобину крови. Сходство выражается в наличии одной и той же простетической группы, одинакового количества железа в способности вступать в обратимые соединения с О₂ и CO₂. Однако кислородо—связывающие свойства миоглобина значительно отличаются от таковых гемоглобина. В связи с меньшей, чем у гемоглобина, плотностью у него резко возрастает сродство к кислороду. Поэтому миоглобин исключительно приспособлен к депонированию О₂. Это имеет большое значение для снабжения кислородом мышц, особенно производящих ритмические сокращения в течение длительных периодов времени: мышц крыльев птиц, мышц конечностей теплокровных животных, жевательных мышц, сердечной мышцы. При деятельности всех этих мышц в фазе сокращения происходит пережатие капилляров, так что кровоток через ткань в эту фазу фактически прекращается. Именно в этот момент миоглобин служит важным источником кислорода, так как он «запасает» О₂ при расслаблении и отдает его во время сокращения мышц. Благодаря высокому сродству к кислороду полунасыщение им миоглобина происходит в обычных условиях быстрее чем за 0,1 с.

В сердце теплокровного животного содержится около 0,5% миоглобина. При падении напряжения O₂ с 40 до 5 мм рт. ст. это количество высвобождает 2 мл O₂ на каждый 1 г ткани сердечной мышцы. Такого объема газа оказывается достаточно, чтобы покрыть потребности сердца в кислороде во время систолы.

У животных содержание миоглобина зависит от видовой принадлежности условий существования, типа мышцы и степени ее активности. Определенное значение имеет и трофическая иннервация автономной нервной системой.

Таблица 7.3

Содержание миоглобина в сердечных и скелетных мышцах некоторых классов позвоночных животных, г на 100 г сухой ткани

Класс, группа животных, человек	Мышца сердца	Скелетная мышца
Рыбы	0,2—0,5	0,1—0,4
Амфибии	0,1—0,6	0—0,1
Рептилии	0,8—2,6	0.2—2,4
Птицы домашние	1,0—2,0	0,9—1,8
Птицы дикие	2,1—6,5	0,7—5,3
Млекопитающие домашние	0,9—4,4	0,2—8,5
Млекопитающие дикие	1,1—6,2	0,02—5,13
Человек	1,5	1,4—3,9

Особенно высокое содержание миоглобина характерно для водных животных, некоторых беспозвоночных (красные мышцы моллюсков), птиц (гладкая мускулатура мышечного желудка). В нормальных условиях в крови и моче миоглобин отсутствует.

Спектральный анализ гемоглобина и его производных. Использование спектрографических методов при рассмотрении раствора оксигемоглобина выявляет в желто—зеленой части спектра между фраунгоферовскими линиями D и Е две системные полосы поглощения, у восстановленного гемоглобина в той же части спектра имеется лишь одна широкая полоса. Различия в поглощении излучения гемоглобином и оксигемоглобином послужили основой для метода изучения степени насыщения крови кислородом — оксигемометрии.

Карбгемоглобин по своему спектру близок к оксигемоглобину, однако при добавлении восстанавливающего вещества у карбгемоглобина появляются две полосы поглощения. Спектр метгемоглобина характеризуется одной узкой полосой поглощения слева на границе красной и желтой части спектра, второй узкой полосой на границе желтой и зеленой зон, наконец, третьей широкой полосой в зеленой части спектра.

7.5.3.Скорость оседания эритроцитов (СОЭ)

При помещении крови, лишенной возможности свертываться, в вертикально расположенную пипетку наблюдается способность эритроцитов к оседанию. Это происходит потому, что удельная плотность эритроцитов выше, чем плазмы (1,096 и 1,027). СОЭ (традиционно используется и термин «РОЭ» — реакция оседания эритроцитов) выражается в миллиметрах высоты столба плазмы, появившейся над слоем осевших эритроцитов за единицу времени (обычно за 1 ч). Эта реакция характеризует некоторые физико—химические свойства крови. СОЭ за первый час у здоровых мужчин составляет 5—9 мм, у женщин — 2—15 мм. Независимый от эритроцитов режим оседания имеют и лейкоциты. У разных видов животных СОЭ идет с различной скоростью. Реакция протекает наиболее быстро у непарнокопытных.

Механизм оседания эритроцитов является сложным процессом, зависящим от многих факторов, к которым относят количество эритроцитов, их морфологические особенности, величину заряда, способность к агломеризации, белковый состав плазмы.

На величину СОЭ влияет физиологическое состояние организма. Оседание значительно ускоряется во время беременности (до 45 мм), при большинстве острых воспалительных процессов. Низкие значения характерны для новорожденных. Усиленная мышечная тренировка замедляет эту реакцию.

7.5.4. Лейкоциты

Общие свойства. Лейкоциты являются форменными элементами крови, имеющим и ядро, и цитоплазму. Общее количество лейкоцитов в крови значительно меньше чем эритроцитов. У млекопитающих оно составляет примерно 0,1—0,2%, у птиц — около 0,5—1,0% от числа эритроцитов. У взрослого человека натощак в 1 мкл крови содержится 4000—9000 лейкоцитов. Однако их численность колеблется в зависимости от времени суток и функционального состояния организма. Увеличение количества лейкоцитов называется лейкоцитозом, уменьшение — лейкопенией.

Рис. 7.8 Изменение содержания лейкоцитов в крови

Различают физиологический и патологический (реактивный) лейкоцитоз (рис. 7.8). Первый чаще всего наблюдается после приема пищи, во время беременности, при мышечной работе, сильных эмоциях, болевых ощущениях. У животных особенно выражен алиментарный (пищеварительный) лейкоцитоз. Второй вид характерен для воспалительных процессов и инфекционных заболеваний. Физиологический лейкоцитоз по своей природе является перераспределительным. В нем чаще всего участвуют селезенка, красный костный мозг, легкие. Реактивный лейкоцитоз обусловлен повышением выброса клеток из органов кроветворения с преобладанием молодых форм клеток.

Лейкопения характеризует течение некоторых инфекционных заболеваний. Наблюдающаяся в последние годы неинфекционная лейкопения связана главным образом с повышением радиоактивного фона, применением ряда лекарственных препаратов и т. д. Особенно резкой она бывает при поражении красного костного мозга в результате лучевой болезни.

Все виды лейкоцитов обладают амебоидной подвижностью. Скорость их движения может доходить до 40 мкм/мин. При наличии определенных химических раздражителей лейкоциты могут выходить через эндотелий капилляров (диапедез) и устремляться к раздражителю: микробам, распадающимся клеткам данного организма, инородным телам или комплексам антиген—антитело. По отношению к ним лейкоциты обладают положительным хемотаксисом. Своей цитоплазмой лейкоциты способны окружить инородное тело и с помощью специальных ферментов переварить его (фагоцитоз). Один лейкоцит может захватывать до 15—20 бактерий. Помимо того, лейкоциты выделяют ряд важных для защиты организма веществ. К ним прежде всего относятся антитела, обладающие антибактериальными и антитоксическими свойствами, вещества фагоцитарной реакции и заживления ран.

В лейкоцитах содержится целый ряд ферментов, в том числе протеазы, пептидазы, диастазы, липазы, дезоксирибонуклеазы. В обычных условиях ферменты находятся в изолированном состоянии в лизосомах. Лейкоциты способны адсорбировать некоторые вещества и переносить их на своей поверхности. Более 50 % всех лейкоцитов располагается за пределами сосудистого русла, 30% _ в костном мозгу. Следовательно, по отношению к лейкоцитам кровь выполняет функцию переносчика, доставляя их от места образования к различным органам. В зависимости от того, содержит ли цитоплазма зернистость или она однородна, лейкоциты делятся на две группы: гранулоциты и агранулоциты (см. рис. 7.5).

Гранулоциты. Эти клетки составляют 72% всех лейкоцитов крови, время их жизни равно примерно 2 сут. Гранулоциты, в свою очередь, подразделяются на три вида. Клетки, гранулы которых окрашиваются кислыми красками (эозином), называют эозинофилами, основными красками — базофилами, наконец, клетки' способные воспринимать те и другие краски, называют нейтрофилами. Первые окрашиваются в розовый цвет, вторые — в синий, третьи — в розово—фиолетовый.

Увеличение числа эозинофилов называют эозинофилией. Это состояние наиболее часто сопутствует аллергическим реакциям или аутоиммунным заболеваниям, при которых в организме образуются антитела против собственных клеток.

Базофилы, как и тучные клетки соединительной ткани, продуцируют гепарин, препятствующий свертыванию крови. Кроме того, на мембране базофилов находятся специфические рецепторы, к которым присоединяются определенные глобулины крови. В результате образования такого иммунного комплекса из гранул высвобождается гистамин, который вызывает расширение сосудов,

спазм бронхов, зудящую сыпь.

Подавляющее большинство гранулоцитов приходится на долю нейтрофилов.

В зависимости от возраста нейтрофилы имеют ядро различной формы, поэтому их еще называют полиморфно—ядерными. У юных нейтрофилов ядро округлое, у молодых — в виде подковы или палочки (палочкоядерные). С возрастом клеток ядро перешнуровывается и разделяется на несколько сегментов, образуются сегментоядерные нейтрофилы. Нейтрофилы являются наиболее важными функциональными элементами неспецифической защитной системы крови, способными обезвреживать даже такие инородные тела, с которыми организм ранее не встречался. Нейтрофилы скапливаются в местах повреждения тканей или проникновения микробов, захватывают и переваривают их> Помимо того, нейтрофилы выделяют или адсорбируют на своей мембране антитела против микробов и чужеродных белков.

Агранулоциты. Эти клетки делят на лимфоциты и моноциты (см. рис. 7.5). Местом образования лимфоцитов являются многие органы (лимфатические узлы, миндалины, пейеровы бляшки, червеобразный отросток (аппендикс), селезенка, вилочковая железа, красный костный мозг), моноцитов — костный мозг. У всех млекопитающих лимфоциты составляют большую часть агранулоцитов. Для них характерно крупное ядро, окруженное пояском цитоплазмы. Лимфоциты делят на несколько подвидов. Состояние, при котором число лимфоцитов превышает обычный уровень их содержания, называется лимфоцитозом, падение ниже нормальной величины — лимфопенией.

В начале XX в. А. А. Максимовым была создана унитарная теория кроветворения, согласно которой все лимфоциты происходят из стволовых лимфоидных клеток красного костного мозга, затем они переносятся к тканям, где проходят дальнейшую дифференциацию (рис. 7.9). При этом одни лимфоциты развиваются и зреют в вилочковой железе (тимусе), превращаясь в иммунокомпетентные Т—лимфоциты, которые в дальнейшем вновь возвращаются в кровяное русло:

Другие клетки попадают в дорсальный мешковидный выступ заднего отдела клоаки птиц, называемый фабрициевой сумкой (по лат. bursa Fabricii) или выполняющую ее функцию лимфоидную ткань миндалин, аппендикса, пейеровых бляшек кишки у млекопитающих. Здесь они превращаются в зрелые В—лимфоциты. После созревания В—лимфоциты вновь выходят в кровоток и с ним разносятся к лимфатическим узлам, селезенке и другим лимфоидным образованиям.

Часть лимфоидных клеток не проходит дифференцировок в органах иммунной системы. Эти клетки образуют группу так называемых нулевых лимфоцитов, на долю которых приходится 10—20% лимфоидных клеток. Позже при необходимости они способны превращаться в Т— и В—лимфоциты. Лимфоциты могут превращаться и в моноциты, фибробласты, макрофаги, т. е. другие участвующие в восстановительных процессах организма клетки.

Благодаря наличию на наружной поверхности мембраны специфических рецепторов, способных возбуждаться при встрече с чужеродными белками, лимфоциты тонко дифференцируют белки собственных тканей и чужие. Эта

Рис. 7.9 Элементы, регуляции лейкопоэза

Главная функция лейкоцитов — фагоцитоз (клеточный иммунитет) и гуморальный иммунитет. 1 — грудина (красный костный мозг), г — леикопоэтинчувствительная стволовая клетка, 3 — вилочковая железа (тимус), 4 — фабрициева сумка (bursa), В — В—лимфоциты (производящие антитела), Т — Т—лимфоциты (клетки—киллеры, —хелперы и —супрессоры.

способность основана на их антигенных различиях. При этом Т—лимфоциты посредством ферментов самостоятельно разрушают эти белковые тела: бактерии, вирусы, клетки трансплантируемой ткани. Из—за этого качества они получили название киллеров — клеток—убийц.

Несколько иначе реагируют при встрече с инородным веществом В—лимфоциты. Они вырабатывают специфические антитела, которые нейтрализуют и связывают эти вещества, подготавливая тем самым процесс их последующего фагоцитоза. При видоизменении собственных белков организма лимфоциты способны принимать их за инородные; в этом случае возникают аутоиммунные заболевания.

Обычно в кровяном русле находится только часть лимфоцитов, постоянно переходящая в лимфу и возвращающаяся обратно (рециркуляция). Другие лимфоциты постоянно локализуются в лимфоидной ткани. Во время стрессорных состояний лимфоциты интенсивно разрушаются под влиянием гормонов гипофиза и кортикостероидов. Разрушение сопровождается высвобождением и выделением иммунных тел.

Лимфоциты являются центральным звеном иммунной системы, но, кроме того, они участвуют в процессах клеточного роста, дифференцировки, регенерации тканей; переносят макромолекулы информационных белков, необходимого для управления генетическим аппаратом других клеток.

Моноциты — самые крупные клетки крови (диаметр — 12—20 мкм); они имеют округлую форму с хорошо выраженной цитоплазмой (см. рис. 7.5, 7.9). Моноциты образуются в костном мозгу, лимфатических узлах, соединительной ткани. Эти клетки обладают амебоидным движением, характеризуются самой высокой фагоцитарной активностью. По своим свойствам они близки гистиоцитам соединительной ткани, купферовским клеткам печени, альвеолярным, перитонеальным и другим макрофагам.

Помимо перечисленных форм лейкоцитов в крови птиц содержатся крупные, с эксцентрично расположенным ядром и большим количеством цитоплазмы клетки. Этот вид лейкоцитов называют клетками Тюрка.

Продолжительность жизни лейкоцитов в целом небольшая, разная у каждого вида клеток. Гранулоциты живут максимум 8—10 сут, чаще часы и минуты. Среди лимфоцитов имеются короткоживущие и долгоживущие формы. К первым относятся В—лимфоциты. Срок их жизни от нескольких часов до одной недели. Ко вторым принадлежат Т—лимфоциты, живущие месяцы и даже годы. Они играют ведущую роль в трансплантационном иммунитете.

Лейкоцитарная формула. Количественные соотношения всех указанных видов лейкоцитов периферической крови называют лейкоцитарной формулой. Ее определяют на основании дифференциального подсчета 200 лейкоцитов в окрашенном мазке крови и последующего вычисления их процентного содержания. В нормальных условиях лейкоцитарная формула для человека довольно постоянна и представлена следующими соотношениями (%): базофилы — 0—1 эозинофилы — 0,5—5, палочкоядерные нейтрофилы — 1—6, сегментоядерные нейтрофилы — 47—72, лимфоциты — 19—37; моноциты — 3—11. В абсолютных цифрах в 1 мкл крови содержится: базофилов — 0—65, эозинофилов — 20—300, палочкоядерных — 40—300, сегментоядерных — 200—5500, лимфоцитов —1200—3000 моноцитов — 90—600. Отклонение лейкоцитарной формулы служит важным диагностическим признаком при различных заболеваниях. Лейкоцитарные формулы разных видов животных представлены в Приложении.

7.5.5. Тромбоциты

Тромбоциты (кровяные пластинки), — третьи самостоятельные клеточные элементы крови. У млекопитающих эти форменные элементы не имеют ядер, но у всех позвоночных, в том числе и птиц, они есть. Тромбоциты — двояковыпуклые клетки неправильной округлой формы диаметром 1—4 мкм. Они образуются в костном мозгу путем отщепления участков цитоплазмы от мегакариоцитов. Период созревания тромбоцитов составляет 8 сут, продолжительность пребывания в кровотоке — от 5 до 11 сут. Количество тромбоцитов у человека 180 000—320 000 на 1 мкл крови. У животных существует отчетливая видовая специфичность (см. Приложение). Число тромбоцитов возрастает при пищеварении, тяжелой мышечной работе, беременности. Имеют место и суточные колебания: днем тромбоцитов больше, чем ночью.

Функции тромбоцитов многообразны и определяются большим числом специфических свойств (способность к агглютинации, адгезивности, образованию псевдоподий). Тромбоциты характеризуются подвижностью и способностью продуцировать и выделять ферменты, участвующие во всех этапах свертывания крови. Благодаря способности фагоцитировать инородные тела, вирусы и иммунные комплексы тромбоциты участвуют в иммуннобиологической реакции организма. Они содержат большое количество серотонина и гистамина, оказывающих влияние на величину просвета и проницаемость мелких кровеносных сосудов.

7.6. ГЕМОСТАЗ (ОСТАНОВКА КРОВОТЕЧЕНИЯ)

Гемостаз является эволюционно сложившейся защитной реакцией организма, выражающейся в остановке кровотечения при повреждении стенки сосуда. Он возникает в результате спазма кровеносных сосудов и появления закупоривающего сосуд кровяного сгустка.

Для большинства членистоногих, многих моллюсков и асцидий характерна незамкнутая сосудистая система, в которой сердце прокачивает гемолимфу, часто называемую кровью. На этой стадии эволюции уже появляются первые структурно и функционально оформленные приспособления для остановки кровотечения. Например, у некоторых моллюсков в месте повреждения происходит сокращение кожно—мышечного слоя, механически предупреждающее потерю крови. У крабов появляется уже сформировавшийся нейрогенный и миогенный спазм кровеносных сосудов, а у. речного рака возникают ферментативные процессы свертывания гемолимфы, являющиеся прообразом сложных систем свертывания крови у позвоночных. В эволюционном ряду процесс совершенствования защитно—приспособительных реакций был направлен на срочную остановку кровотечения.

В гемостатической реакции млекопитающих и человека принимают участие окружающая сосуд ткань, стенка сосуда, плазменные факторы свертывания крови, все клетки крови, особенно тромбоциты. Важная роль в гемостазе принадлежит биологически активным веществам. Эти биологически активные вещества относятся к трем категориям: способствующие свертыванию крови, препятствующие свертыванию крови и, наконец, система веществ, определяющих разжижение уже свернувшейся крови. Они содержатся в плазме и форменных элементах крови, а также в тканях организма, особенно в сосудистой стенке.

7.6.1. Свертывание крови

Биологическое значение экстраваскулярных тканей сводится к образованию в них активного тканевого тромбопластина. Тромбопластин включается в цепь последующих реакций, конечным продуктом которых является фибрин. Окружающие сосуд ткани также механически препятствуют выходу крови из поврежденного сосуда. В самой стенке сосуда имеется ряд механизмов, оказывающих влияние на процесс свертывания крови. Так, при повреждении сосудистой стенки в связи с изменением электрического заряда (с отрицательного на положительный) отрицательно заряженные тромбоциты приклеиваются к месту повреждения. Происходит адгезия (прилипание) тромбоцитов.

Другим типом взаимодействия тромбоцитов является агрегация (объединение частиц в одно целое), способствующая образованию тромбоцитарной пробки.

Факторы свертывания. В интактном организме млекопитающих и человека факторы свертывания крови находятся в неактивном состоянии. Эти факторы по решению международного комитета обозначаются римскими цифрами в порядке хронологии их открытия. Схематически они могут быть представлены в следующем виде (рис. 7.10).

Фактор1—фибриноген, самый крупномолекулярный белок плазмы, во время свертывания крови он из состояния золя переходит в гель — твердый фибрин, что составляет сущность свертывания. Фактор II — протромбин — гликопротеин, неактивный фермент, предшественник тромбина, который превращается в активный фермент — тромбин. Протромбин синтезируется клетками печени при участии витамина К. тромбин взаимодействует с фибриногеном, в результате чего образуется фибрин. Фактор III — тромбопластин (тканевая тромбокиназа) — фосфолипид, входящий в состав мембран всех клеток организма, катализатор превращения протромбина в тромбин. Фактор IV — ионы Са²⁺; кальций — участник всех процессов активации ферментов. Факторы V и VI — проакцелерин и акцелерин. Ас—глобулин является ускорителем (акцелератором) превращения тромбопластина. Фактор VII — проконвертин, образуется в печени при участии витамина К; сходен с фактором VI, участвует в образовании тромбопластина. Фактор VIII — антигемофильный глобулин А, участвует в образовании кровяной протромбокиназы. Его генетический дефицит является причиной гемофилии А, проявляющейся частыми и длительными кровотечениями. Фактор IX — антигемофильный глобулин В (фактор Кристмаса); необходим в первой фазе гемокоагуляции, участвует в образовании тромбопластина; при генетической недостаточности наблюдается гемофилия В. Фактор Х — фактор Стюарта—Прауэра, входит в состав тканевой и кровяной протромбиназ; недостаточность фактора обусловливает развитие геморрагического диатеза (болезнь Стюарта—Прауэра). Фактор XI — плазменный предшественник тромбопластина (РТА). Его недостаток также служит причиной гемофилии. Фактор XII — фактор Хагемана. Его активность возникает при соприкосновении с инородной поверхностью. Отсюда второе название — контактный фактор. Он является активатором фактора XI. Фактор XIII — фибринстабилизирующий. Он участвует в образовании окончательного, или нерастворимого, фибрина.

Кроме перечисленных, в тромбоцитах имеется еще 12 факторов, которые называют тромбоцитарными и нумеруют арабскими цифрами. Из них наиболее важными являются: фактор 3 — тромбоцитарный тромбопластин, который высвобождается после разрушения тромбоцитов; фактор 4 — антигепариновый, ускоряющий процесс гемокоагуляци; фактор 5 — свертывающий, определяет адгезию и агрегацию тромбоцитов; фактор 10 — сосудосуживающий, представляющий собой серотонин; фактор 11 — фактор агрегации, обеспечивающий окучивание тромбоцитов в поврежденном сосуде. Ряд подобных ферментов локализуется в эритроцитах и тканях. Все факторы объединены в сложную свертывающую систему,

Рис. 7.10 Плазменные факторы свертывания крови (А) и различные состояния крови in vitro (Б)

их взаимодействие происходит в определенной последовательности. Эритроциты и лейкоциты в процессе гемостаза задерживаются в фибриновой сети, способствуя образованию кровяного сгустка и увеличению его массы. Участие тромбоцитов в этом процессе определяется содержанием в них собственных и адсорбированных факторов свертывания крови, биологически активных веществ, а также их адгезией и агрегацией.

Механизм активации системы свертывания крови (рис. 7.11). Соприкосновение с инородной поверхностью служит пусковым механизмом для активации системы свертывания крови. В этом случае на схемах активные факторы обозначаются добавлением к соответствующей римской цифре буквы «а». Величина повреждения сосуда, а также степень участия отдельных факторов определяют два основных механизма гемостаза: сосудисто—тромбоцитарный и коагуляционный.

Рис. 7.11 Этапы и фазы свертывания крови

Сосудисто—тромбоцитарный механизм гемостаза в остановке кровотечения опирается на ведущую роль сосудистой стенки и тромбоцитов. Этот механизм характерен для гемостаза в мелких сосудах с низким кровяным давлением — артериолах, прекапиллярах, венулах. Он состоит из ряда последовательных этапов.

1. Кратковременный спазм сосудов, возникающий под влиянием высвобождающихся из тромбоцитов адреналина, норадреналина, серотонина.

2. Адгезия тромбоцитов к раневой поверхности, происходящая из—за изменения потенциала стенки сосуда: в месте повреждения отрицательный заряд меняется на положительный. В результате тромбоциты крови, несущие на своей поверхности отрицательный заряд, начинают задерживаться у травмированного участка.

3. Накопление и окучивание (агрегация) тромбоцитов у места повреждения. Этому способствует выделение поврежденной стенкой сосуда и поверхностью тромбоцитов АТФ и АДФ. В результате образуется рыхлая тромбоцитарная пробка, через которую может проходить плазма крови.

4. Необратимая агрегация тромбоцитов. На этой стадии тромбоциты сливаются в однообразную массу, образуя пробку, непроницаемую для плазмы крови. Реакция происходит под влиянием тромбина, разрушающего мембрану тромбоцитов, что, в свою очередь, ведет к выходу из тромбоцитов физиологически активных веществ: серотонина, гистамина, нуклеотидов, ферментов и факторов свертывания крови. Их выделение способствует вторичному спазму сосудов. Фактор 3 посредством тромбоцитарной протромбиназы запускает механизм коагуляционного гемостаза.

5. Ретракция тромбоцитарного тромба. Фибриновые нити и последующая ретракция кровяного сгустка уплотняют тромбоцитарную пробку, закрепляя ее в поврежденном сосуде. Все это приводит к остановке кровотечения. В мелких сосудах гемостаз на этом заканчивается. Тромбоцитарный тромб, будучи непрочным, не выдерживает большого кровяного давления и вымывается. Поэтому в крупных сосудах на этой основе образуется уже более прочный фибриновый тромб. Для его образования включается еще один — ферментативный коагуляционный механизм.

7.6.2. Коагуляционный механизм

Этот механизм имеет место при травме крупных сосудов, когда после описанного выше первого этапа начинается процесс ферментативного свертывания крови. Основные элементы ферментативной теории были открыты профессором Дерптского (Тартуского) университета А. А. Шмидтом (1872) и уточнены П. Моравцем (1905). Коагуляционный процесс протекает в форме трех последовательных фаз.

В первой фазе происходит образование активного, или полного, тромбопластина (фактора III). Оно осуществляется путем взаимодействия предшественников со специфическими белками плазмы. Предшественники тромбопластина содержатся в форменных элементах крови и тканях. В зависимости от источника тромбопластин бывает кровяным и тканевым. Процесс образования активного тромбопластина представляет сложную последовательность событий. Он протекает в несколько стадий и требует непременного участия плазменных и тканевых факторов, таких как факторы V, VI, VIII, IX, X, XI, Са²⁺.

Возникновение кровяного тромбопластина начинается с активирования особого вещества плазмы фактора Хагемана (фактора XII). В крови он находится в неактивном состоянии из—за наличия в плазме препятствующего его активации антифактора. При соприкосновении с шероховатой поверхностью поврежденного сосуда антифактор разрушается, что позволяет фактору XII выйти из—под его контроля и активироваться. Одновременно с этим на той же шероховатой поверхности активируется и другое вещество — фактор XI (предшественник плазменного тромбопластина). Считают, что фактор XI, взаимодействуя с активированным фактором XII, образует так называемый контактный фактор. Контактный фактор в свою очередь активирует фактор VIII (антигемофильный глобулин А). Последний взаимодействует с фактором IX (антигемофильным глобулином В, или фактором Кристмаса), а также с Са²⁺. Факторы VIII, IX и ионы кальция (фактор IV) образуют кальциевый комплекс.

Под действием этого комплекса происходит склеивание и набухание кровяных пластинок. Из их гранул выделяется Тромбоцитарный фактор 3. Этот фактор вместе с кальциевым комплексом и контактным фактором образуют промежуточный продукт, который взаимодействует с фактором V (Ас—глобулином) и фактором Х (тромботропином). Следовательно, образование кровяного тромбопластина является результатом взаимодействия факторов плазмы и фактора 3 кровяных пластинок. Тканевой тромбопластин значительно активнее, чем кровяной. Его возникновение является результатом взаимодействия тканевых жидкостей с факторами V, VII, X, Са²⁺.

Таким образом, первая фаза свертывания крови с участием ферментативных механизмов заканчивается образованием кровяного и тканевого тромбопластинов.

Вторая фаза представляет собой активацию неактивного фермента плазмы протромбина (фактор II) и переход его в активный фактор тромбин.

Этот процесс осуществляется под воздействием образовавшегося в первой фазе «полного» тромбопластина. В превращении протромбина в тромбин участвуют факторы V, VI, VII, Са²⁺, а также факторы 1 и 2 тромбоцитов.

В третьей фазе происходит образование нерастворимого сгустка нитей фибрина из растворенного в плазме белка фибриногена (фактор I).

Процесс превращения идет под влиянием тромбина с участием Са²⁺ и факторов кровяных пластинок в два этапа. На первом, ферментативно—протеолитическом, этапе от фибриногена под влиянием тромбина отщепляются пептиды. Итогом этой реакции является образование промежуточного продукта профибрина — фибрин—мономера.

На втором, полимеризационном, этапе молекулы фибрин—мономера взаимодействуют между собой, образуя нерастворимый сгусток фибрина. Полимеризация осуществляется в присутствии ионов Ca²⁺ и XIII фактора (фибринстабилизирующего). В фибриновую сеть вовлекаются форменные элементы крови, формируется кровяной сгусток, который уменьшает или полностью предотвращает кровопотерю.

Образование сгустка фибрина не является конечным этапом свертывания крови. Спустя некоторое время в результате сокращения нитей фибрина тромб начинает уплотняться, из него удаляется сыворотка. Этот процесс называют ретракцией сгустка. Он происходит при участии тромбоцитов и Са²⁺. Благодаря ретракции тромб плотнее закупоривает поврежденный сосуд и сближает края раны.

Одновременно с ретракцией сгустка, хотя и с меньшей скоростью, начинается постепенное ферментативное растворение образовавшегося фибрина — фибринолиз. Это расщепление происходит под влиянием фибринолизина (плазмина). В обычных условиях фибринолизин находится в плазме крови в неактивном состоянии в форме профибринолизина. Под влиянием естественных активаторов плазмы он превращается в активный фермент — фибринолизин. Высвободившийся фибринолизин разрывает пептидные связи фибрина, в результате чего фибрин растворяется. Активаторы профибринолизина возникают в плазме особенно интенсивно после усиленной мышечной работы, эмоций. Они также появляются после смерти организма, в результате чего через несколько часов кровь снова становится жидкой.

Нарушение гемостаза происходит при недостатке или отсутствии хотя бы одного фактора или тромбоцитов. Примером такого состояния может служить давно известное наследственное заболевание — гемофилия. Оно встречается исключительно у мужчин, хотя передают его женщины. Гемофилия проявляется частыми и длительными кровотечениями, возникающими в результате пониженной способности крови к свертыванию. Заболевание обусловлено дефицитом либо фактора VIII, либо фактора IX, которые поэтому и называются антигемофильными. Аналогичное заболевание встречается у домашних и хозяйственно полезных животных. Болеют и передают болезнь самки и самцы. Заболевание может возникнуть также в результате кормления животных клевером, содержащим специфическое вещество дикумарин.

Усиление фибринолиза и укорочение времени свертывания крови при гипоксии, интенсивной мышечной работе, стрессе и других подобных состояниях связано с повышением тонуса симпатической нервной системы и, соответственно, выбросом в кровь катехоламинов. При этом посредством фактора Хагемана запускается механизм образования протромбиназы и фибринолиза, усиливается образование составных частей протромбина, а также происходит отрыв клеточных мембран, обладающих свойствами тромбопластина, от эндотелия. Последнее способствует резкому ускорению свертывания крови.

Ускорение свертываемости крови и усиление фибринолиза наблюдается также и при повышении тонуса парасимпатической нервной системы, равно как и при стимуляции блуждающего нерва, введении ацетилхолина, пилокарпина. В этом случае из эндотелия сердца и сосудов происходит выброс активаторов плазминогена и тромбопластина.

7.6.3. Противосвертывающие механизмы

Кровь в организме находится в жидком состоянии, хотя в ней содержатся все необходимые компоненты для свертывания. Это объясняется тем, что у животных и человека существуют специальные Противосвертывающие механизмы, включающие целый ряд веществ. К их числу относятся антитромбопластин, являющийся ингибитором фактора XII и ингибитором превращения протромбина в тромбин. Из последних наиболее активным является гепарин. Он образуется в тучных клетках тканей и базофилах крови. Много гепарина содержится в печени, мышцах, легких. Гепарин обладает многообразным действием, тормозит превращение протромбина в тромбин, препятствует образованию тромбопластина, угнетает процесс образования фибрина. В эту же группу входят ингибитор фактора VII и ингибитор фактора X. Кроме того, в крови имеются вещества, разрушающие тромбин, — антитромбины. Они адсорбируют на своей поверхности образовавшийся тромбин, способствуют возникновению комплексов с гепарином, блокируют активность и ускоряют распад тромбина.

В целом противосвертывающий механизм может быть кратко представлен в следующем виде. При небольших концентрациях тромбина в крови происходит его инактивация антитромбинами и гепарином плазмы, поглощение клетками мононуклеарной фагоцитарной системы. При быстром нарастании концентрации тромбина в крови этих механизмов уже недостаточно для предотвращения нарастающей угрозы тромбообразования и тогда включается следующая, более сложная — нейрогуморальная — противосвертывающая система. Повышенный уровень тромбина воспринимается хеморецепторами сосудистого русла и передается структурам продолговатого мозга. В результате в кровь рефлекторно выбрасываются гепарин и активаторы фибринолитического процесса.

Свертывающая и противосвертывающая системы находятся в организме в постоянной взаимосвязи и взаимодействии, в результате чего кровь в сосудистом русле пребывает в жидком состоянии.

Регуляция свертывания крови. Регуляция свертывания крови осуществляется посредством нейрогуморальных механизмов. Возбуждение симпатической нервной системы, возникающее при стрессовых ситуациях, страхе, боли, а также повышенная секреция адреналина мозговым слоем надпочечников резко ускоряют свертывание крови, вызывая состояние, называемое гиперкоагулемией. Тем самым организм в случае физического повреждения подготавливается к более быстрому тромбообразованию.

Основная роль в этом механизме принадлежит адреналину и норадреналину. Выбрасываемый в кровоток адреналин запускает ряд тканевых и плазменных реакций. Это, во—первых, высвобождение из сосудистой стенки тромбопластина,

Рис. 7.12 Влияние автономной нервной системы на свертывание крови и фибринолиз

Для упрощения опущены промежуточные этапы образования тромбина.

который быстро превращается в крови в протромбиназу, во—вторых, активация в крови фактора Хагемана, влияющего на образование кровяной протромбиназы в—третьих, стимуляция появления в крови тканевых липаз, которые расщепляют жиры и тем самым увеличивают количество жирных кислот и усиливают их тромбопластическую активность, в—четвертых, активация высвобождения фосфолипидов из эритроцитов и других форменных элементов крови.

Совокупность этих реакций приводит в итоге к расходу факторов свертывания крови, поэтому с прекращением действия раздражителя активируется противосвертывающая система, действие которой направлено на замедление свертывания крови — гипокоагуляцию. В это время наблюдается усиление фибринолиза, приводящее к расщеплению избытка фибрина.

Процесс свертывания крови может регулироваться условнорефлекторно через автономную нервную систему (рис. 7.12) и эндокринные механизмы. Путем многократного сочетания условного раздражителя, например метронома, с болевым вырабатывается условный рефлекс на метроном. После этого включение одного лишь метронома будет вызывать гиперкоагуляцию.

Процесс условнорефлекторной гиперкоагуляции также проходит в две фазы:

рефлекторную и рефлекторно—гуморальную. На начальном этапе импульсы из ЦНС поступают к кроветворным органам и кровяным депо, что сопровождается резким выходом тромбоцитов из печени, селезенки, кожи и активацией плазменных факторов. В результате происходит быстрое образование тромбопластина. Затем включаются гуморальные механизмы. Они поддерживают и продолжают активацию свертывающей системы и одновременно снижают действие противосвертывающей системы. Значение условнорефлекторной гиперкоагуляции состоит в подготовке организма к защите от кровопотери.

7.7. ГРУППЫ КРОВИ

Наука о группах крови, как один из разделов общей иммунологии, возникла на рубеже веков. В 1900 г. австрийский исследователь Карл Ландштейнер, смешивая эритроциты с нормальной сывороткой крови других людей, обнаружил, что при одних сочетаниях сыворотки и эритроцитов разных людей наблюдается агглютинация (склеивание и выпадение в осадок) эритроцитов, при других ее нет. Агглютинация возникает в результате взаимодействия присутствующих в эритроцитах антигенов — агглютиногенов — и содержащихся в плазме антител — агглютининов.

В мембрану эритроцитов встроен ряд полисахаридно—аминокислотных комплексов, обладающих антигенными свойствами. С ними реагируют специфические антитела плазмы, которые представляют собой фракции γ—глобулинов. Считают, что при реакции антиген—антитело молекула антитела образует своеобразную связь между двумя эритроцитами. Эта связь возникает вследствие того, что молекула антитела обладает как минимум двумя центрами связывания. Так, каждый из эритроцитов связывается с другими клетками, в результате чего происходит склеивание большого числа эритроцитов.

Главные агглютиногены эритроцитов — агглютиноген А и агглютиноген В, агглютинины плазмы — агглютинин а и агглютинин J3 (рис. 7.13).

Как было установлено К. Ландштейнером и Я. Янским, в крови одних людей совсем нет агглютиногенов (группа I), в крови других содержится только агглютиноген А (группа II), у третьих — только агглютиноген В (группа III), четвертые содержат оба агглютиногена: А и В (группа IV). Групповые антигены находятся в эритроцитах, но они найдены также в лейкоцитах и тромбоцитах.

В плазме крови было открыто соответственно два агглютинирующих агента:

агглютинин α и агглютинин β, — которые склеивают эритроциты. В крови разных людей существуют либо один, либо два, либо ни одного агглютинина, никогда не встречаются в организме одновременно агглютиноген А с агглютинином α и агглютиноген В с агглютинином β (табл. 7.4). Поэтому в организме не бывает агглютинации собственных форменных элементов.

Таким образом, существует четыре комбинации агглютиногенов и агглютининов системы АВО и, соответственно, выделено четыре группы крови. Их обозначают: 1(0) — α,β; II (А) — А, β; III (В) — В, α; IV (А, В). Принятию решения о переливании крови обязательно предшествует оценка возможности совместимости ее групп. Для этого пользуются строго определенным правилом:

среда реципиента должна быть пригодна для жизни эритроцитов донора. Такой средой является плазма реципиента. Стало быть, в ней должны учитываться агглютинины и гемолизины, тогда как у донора — агглютиногены, которые

Рис. 7.13 Групповые свойства крови

А — группы крови (распределение агглютиногенов эритроцитов и агглютининов плазмы), Б — представление об агглютинации.

Таблица 7.4

Серологический состав (верхняя часть) основных групп крови (система АВО) и совместимость (внизу) различных групп крови

Группа крови	Эритроциты	Плазма или сыворотка
Группа крови	агглютиногены	агглютинины	антиагглютинины
1(0)	0	α β	0
II(А)	А	β	А
III(B)	В	α	В
IV(AB)	АВ	—	АВ

Группа сыворотки	Группа эритроцитов
Группа сыворотки	1(0)	II(A)	III(B)	IV(AB)
lαβ	—	+	+	+
IIβ	—	—	+	+
IIIα	—	+	—	+
IV	—	—	—	—

Примечание. «+» — наличие агглютинации (группы несовместимы);

«—« —отсутствие агглютинации (группы совместимы).

содержатся в эритроцитах. Практически это осуществляется следующим образом. Исследуемую кровь смешивают с сывороткой, полученной от людей с различными группами крови. Агглютинация происходит при смешивании сыворотки I группы с эритроцитами II, III и IV групп, сыворотки II группы с эритроцитами III и IV групп, сыворотки III группы с эритроцитами II и IV групп.

7.7.1. Группы крови у человека

Согласно существующей статистике, принадлежность людей к той или иной группе крови по системе АВО выглядит следующим образом. Примерно 40% населения центральной Европы имеет I (0) группу, более 40% — II (А) группу 10% или более — III (В), около 6% — IV (АВ) группу. У 90% коренных жителей Северной Америки обнаружена принадлежность к I (0) группе. Учение о группах крови значительно усложнилось в связи с открытием новых агглютиногенов. Например, группа А оказалась состоящей из большого ряда подгрупп, помимо того, обнаружены и новые разновидности агглютиногенов _ М N S Р и т. д. Исходно в крови человека нет антител к этим факторам. После переливания иногрупной крови такие антитела появляются, что иногда становится причиной осложнении при повторных переливаниях крови.

Людей с I группой крови раньше считали универсальными донорами, т. е. их кровь могла быть перелита всем без исключения лицам. Однако теперь известно, что эта универсальность не абсолютна. Это связано с тем, что у людей с кровью I группы в довольно значительном проценте обнаружены иммунные анти—А— и анти—В—агглютинины. Переливание такой крови может привести к тяжелым последствиям и даже к летальному исходу. Эти данные послужили основанием к переливанию только одногрупной крови.

7.7.2. Резус—фактор

Одним из первых агглютиногенов крови человека, не входящих в систему АВО, был резус—агглютиноген, или резус—фактор, обнаруженный К. Ландштейнером и А. Виннером в 1940 г. Он был получен при введении крови обезьян макак—резусов кроликам, в крови которых вырабатывали соответствующие антитела к эритроцитам обезьян. Как оказалось, эта сыворотка иммунизированных кроликов дает резко положительную реакцию агглютинации эритроцитов не только макак, но и человека. В Европе 85% людей имеют в крови этот агглютиноген, из—за чего их называют резус—положительными (Rh⁺, а не содержащих его —резус—отрицательными (Rh^—) (рис. 7.14).

После переливания Rh⁺—крови Rh^——человеку у последнего образуются специфические антитела к резус—антигену — антирезус—агглютиногены. Поэтому повторное введение этому же человеку Rh⁺—крови может вызвать у него агглютинацию эритроцитов и тяжелый гемотрансфузионный шок.

Резус—фактор имеет большое значение в клинической практике, и определение свойств крови на резус—фактор теперь обязательно проводят вместе с обычным определением групп крови.

Особое значение приобретает определение резус—фактора во время вступления в брак. При резус—положительном отце и резус—отрицательной матери (вероятность таких браков около 60%) ребенок нередко наследует резус—фактор отца. В этом случае могут возникнуть серьезные осложнения, механизм которых состоит в следующем (рис. 7.15, 7.16).

У Rh^— матери, вынашивающей Rh⁺—плод, организм постоянно иммунизируется резус—антигеном плода, диффундирующим через плаценту. При этом у матери происходит образование Rh—агглютининов, которые через плаценту попадают в кровь плода и вызывают агглютинацию и гемолиз его эритроцитов.

Рис. 7.14 Резус—фактор (Rh)

А — процентное соотношение людей с резус—положительной и резус—отрицательной кровью. В — представление о возникновении «резус—конфликта»: / — введение резус—положительной крови резус—отрицательному реципиенту, II — выработка резус—антител в организме реципиента, III — повторное введение резус—положительной крови резус—отрицательному реципиенту вызывает агглютинацию

Рис. 7.15 Взаимодействие резус—несовместимых факторов матери и плода

I — введение резус—положительной крови резус—отрицательному реципиенту, II — выработка резус—антител в организме реципиента. III — повторное введение резус—положительной крови резус—отрицательному реципиенту вызывает агглютинацию.

Рис. 7.16 Механизм развития резус—конфликта и способ его предотвращения

Высокая концентрация Rh—агглютининов может привести к гибели плода или развитию тяжелого гемолитического заболевания. Особенно в тяжелой форме это проявляется при повторной беременности, поскольку в плазме матери остаются Rh—антитела, выработанные еще при предыдущей беременности.

В природе широко распространены вещества, сходные с групповыми антигенами человека. Они обнаружены у некоторых бактерий и могут быть причиной иммунизации. Это означает, что некоторые инфекции способны у людей стимулировать образование иммунных антител к эритроцитам. Данное обстоятельство имеет большое практическое значение.

Существование у человека той или иной группы крови является его индивидуальной биологической особенностью. Эта особенность начинает формироваться уже в раннем периоде эмбрионального развития и не меняется на протяжении всей последующей жизни. Некоторые групповые антигены содержатся не только в форменных элементах и плазме крови, они находятся и в других клетках, тканях и некоторых секретах, таких как слюна, желудочный и кишечный соки.

В эволюции позвоночных животных групповая принадлежность крови проявляется уже у отдельных видов рыб, которые имеют несколько групп крови. Четыре группы у копытных, три — у жвачных, разные группы имеют хищные и птицы. У этих животных отсутствует структура системы крови, аналогичная системе человека. Она появляется и обнаруживает относительное подобие лишь у человекообразных обезьян.

7.8. КРОВЕТВОРЕНИЕ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ

Кроветворение, или гемопоэз, — процесс, состоящий из серии клеточных дифференцировок, которые приводят к образованию зрелых форменных элементов крови. Это одна из наиболее рано возникающих функций организма, в которой в зависимости от вида клеток различают эритропоэз, лейкопоэз и тромбоцитопоэз. Существует эмбриональный гемопоэз, который происходит в зародышевый период и приводит к развитию крови как ткани, и постэмбриональный гемопоэз, представляющий собой систему физиологической регенерации крови.

У плодов млекопитающих образование и развитие клеток крови происходит в печени. К концу эмбрионального периода процесс в печени прекращается и центральным органом, осуществляющим универсальный гемопоэз, становится красный костный мозг. Он обеспечивает стволовыми клетками тимус, лимфатические узлы и другие гемопоэтические органы.

7.8.1. Эритропоэз

Предшественниками эритроцитов являются клетки красного костного мозга (рис. 7.17). В них осуществляется синтез гемоглобина.

Для образования гема используется железо двух белков: ферритина и сидерофилина. Суточная потребность организма в железе составляет 20—25 мг. Большая часть его поступает из отживших и уже разрушившихся эритроцитов, остальное доставляется с пищей. Для образования эритроцитов необходимы фолиевая кислота и витамин B₁₂. Всасывание витамина B₁₂ пищи сопровождается его взаимодействием с внутренним фактором Касла — гастромукопротеином, входящим в состав желудочного сока. Образующийся комплекс попадает в костный мозг (рис. 7.18), где стимулирует образование эритроцитов, способствуя синтезу глобулинов.

Рис. 7.17 Элементы стимуляции эритропоэза 1 — эритропоэтинчувствительные стволовые клетки, 2 грудина, 3 — эритроциты.

Рис. 7.18 Один из механизмов регуляции эритропоэза 1 — желудок, 2 — кровеносные сосуды, 3 — печень, 4 — грудина.

В эритропоэзе принимают также участие витамин С, активирующий синтез железосодержащей части молекулы гемоглобина, витамин В₆, влияющий на синтез гема, и витамин B₁₂, участвующий в образовании липидной стромы эритроцита.

В своем развитии эритроциты проходят несколько стадий. Предшественники зрелых форм — ретикулоциты — поступают в кровь и в течение нескольких часов превращаются в зрелые клетки. Ретикулоциты содержат хорошо выявляемые прижизненным окрашиванием гранулярные или нитевидные скопления базофильного вещества, исчезающие у зрелых форм. В обычных условиях количество ретикулоцитов в крови составляет, по разным данным, 1—10% от общего числа эритроцитов, что служит показателем эритропоэза.

Скорость эритропоэза может возрастать в несколько раз при обильных и быстрых кровопотерях, патологическом разрушении зрелых форм, несоответствии между потребностью тканей в кислороде и его поступлением (гипоксемия в любых формах ее проявления). В плазме крови в этих условиях появляются в значительных концентрациях особые ускоряющие эритропоэз вещества — эритропоэтины (см. рис. 7.17). Эритропоэтины представляют собой гормоны гликопротеиновой природы, синтезируемый преимущественно почками, а также в небольших количествах печенью и подчелюстными слюнными железами. Эритропоэтины в небольших концентрациях постоянно присутствуют в плазме человека и животных. Основной клеткой—мишенью для эритропоэтинов являются ядерные эритроидные предшественники в костном мозгу. Эритропоэтины увеличивают скорость образования гемоглобина. Помимо эритропоэтинов на кроветворение оказывают влияние андрогены и ряд медиаторов.

Значительное влияние на эритропоэз оказывают соединения, синтезируемые лимфоцитами, моноцитами, макрофагами и другими клетками. Эти соединения получили название «интерлейкины». Они обозначаются арабскими цифрами (ИЛ—1, ИЛ—2 и т. д.). Интерлейкины стимулируют фибробласты и эндотелиальные клетки, в результате чего усиленно продуцируется белковый фактор Стила, оказывающий непосредственное влияние на полипотентную стволовую клетку и способствующий ее дифференцировке. После того как родоначальники нескольких линий кроветворных клеток дифференцируются в родоначальники одной линии, в реакцию вступают позднедействующие гемопоэтические ростовые факторы и эритропоэтин.

Эритроциты живут относительно недолго, в среднем около 120 сут. При этом непрерывно образуются новые клетки и отмирают старые. Разрушение отживших эритроцитов происходит разными путями: одни гибнут от механического травмирования во время движения по сосудам; часть клеток фагоцитируется мононуклеарной фагоцитарной системой печени и селезенки; старые эритроциты гемолизируются непосредственно в кровяном русле.

При разрушении эритроцитов гемоглобин распадается на гем и глобин. От гема отделяется железо. Оно сразу же используется для создания новых молекул гемоглобина. Возникающий его избыток запасается впрок в печени, селезенке слизистой оболочке тонкой кишки. Железо вступает в соединение со специфическими белками, итогом чего является образование ферритина и гемосидерина.

7.8.2. Лейкопоэз. Тромбоцитопоэз

Лейкоцитопоэз и тромбоцитопоэз менее изучены, чем эритропоэз. Лейкопоэз находится в прямой зависимости от распада лейкоцитов: чем больше их распадается, тем больше образуется. Считается, что все лейкоциты образуются в красном костном мозгу из единой стволовой клетки, между тем родоначальницей миелопоэза (образование гранулоцитов, тромбоцитов и эритроцитов) является клетка—предшественница, или гранулоцитарно—моноцитарная бипотенциальная колониеобразующая единица. Для ее роста и дифференцировки необходим особый колониестимулирующий фактор (КСФ). Вырабатывается он моноцитарно—макрофагальными клетками, лимфоцитами и костным мозгом. Фактор является гликопротеидом и состоит из двух частей — стимулятора продукции эозинофилов и стимулятора продукции нейтрофилов и моноцитов. Оба они относятся к ранним гемопоэтическим ростовым факторам. Содержание их стимулируется Т—хелперами и подавляется Т—супрессорами.

В регуляции лейкопоэза важную роль играют интерлейкины (табл. 7.5). Они не только стимулируют гемопоэз, но, например, ИЛ—3 является фактором роста и развития базофилов, а ИЛ—5 необходим для роста и развития эозинофилов, ИЛ—2, ИЛ—4, ИЛ—6, ИЛ—7 кроме того еще и для дифференцировки Т— и В—лимфоцитов.

Известны два типа агранулоцитарных резервов лейкоцитов — сосудистый и костномозговой. Первый представляет собой большое количество гранулоцитов, расположенных вдоль стенок сосудистого русла, откуда они мобилизуются при повышении тонуса симпатической нервной системы. Число клеток второго, т. е. костномозгового гранулоцитарного резерва примерно в 50 раз превышает их количество в кровотоке. Как известно, лейкоциты являются наиболее «подвижной» частью крови, быстро реагирующей на различные изменения в окружающей среде и организме развитием лейкоцитоза, что и обеспечивается благодаря существованию двух типов клеточного резерва. Стимулирующее влияние на лейкопоэз оказывают нуклеиновые кислоты, гормоны гипофиза. Лейкопоэз возрастает также под влиянием продуктов распада тканей, микроорганизмов и их токсинов (см. рис. 7.9). Полагают, что эти вещества оказывают действие не прямо, а путем стимуляции лейкопоэтинов, которые «вмешиваются» в процесс дифференциации клеток костного мозга. Разрушение и появление новых лейкоцитов происходит непрерывно. Жизненный срок их различен. Они живут часы, дни, недели, часть лейкоцитов не исчезает на протяжении всей жизни

Та б л и ц а 7.5

Специфические гемопоэтические факторы роста

Название	Происхождение	Клетки—мишени
Тимозин	Тимус	Предшественники Т—лимфоцитов
Тимопоэтин	Тимус	Предшественники Т—лимфоцитов
Спленин	Селезенка	Предшественники В—лимфоцитов
Интерлейкин—1	Макрофаги	Лимфоциты и их предшественники
Интерлейкин—2	Т—индукторы	Т—лимфоциты
Интерлейкин—3	Т—лимфокиновые клетки (моноциты?)	Гемопоэтические стволовые клетки
Факторы роста В—клеток	Т—хелперы	В—лимфоциты
КСФ (колониестимулирующие факторы)	Лимфоциты, макрофаги и т. д.	Предшественники моноцитов и гранулоцитов
Эритропоэтин	Почки, печень (макрофаги?)	Предшественники эритроцитов
Тромбоцитопоэтин	Почки	Предшественники мегакариоцитов

человека или животного. Местом разрушения лейкоцитов является слизистая оболочка пищеварительного тракта, а также ретикулярная ткань.

Физиологическим регулятором процесса тромбоцитопоэза являются тромбоцитопоэтины (см. табл. 7.5). Химически они связаны с высокомолекулярной белковой фракцией, относящейся к γ—глобулинам. В зависимости от места образования и механизма действия различают тромбоцитопоэтины короткого и длительного действия. Первые образуются в селезенке, усиливают отшнуровку кровяных пластинок от мегакариоцитов и ускоряют их поступление в кровь. Они способствуют переходу предшественников гигантских клеток костного мозга в зрелые мегакариоциты. На активность тромбоцитопоэтинов непосредственное влияние оказывают ИЛ—6, ИЛ—11. Вторые содержатся в плазме крови и стимулируют образование тромбоцитов в костном мозгу. Особенно интенсивно тромбоциты вырабатываются после кровопотерь. Спустя несколько часов число их может удвоиться.

Фактов, свидетельствующих о существовании специализированной системы, регулирующей кроветворение, не существует. Однако обильная иннервация кроветворных тканей, наличие в них большого числа интероцепторов указывают на то, что эти органы включены в систему рефлекторных взаимодействий. Впервые идея нервной регуляции кроветворения и перераспределения форменных элементов крови была высказана С. П. Боткиным. Позднее это положение получило дальнейшее развитие в разнообразных методических условиях и было экспериментально подтверждено В. Н. Черниговским и А. Я. Ярошевским, показавшими наличие двусторонних связей кроветворных органов с центральными структурами нервной системы и возможность условнорефлекторного вызова гемопоэза.

7.9. ЛИМФА

Лимфа является производной крови. Кровь, тканевая жидкость, лимфа и ликвор вместе образуют внутреннюю среду организма.

Лимфа высших животных значительно отличается от гидролимфы кишечнополостных (медузы, гребневики), циркулирующей в их кишечнососудистой системе и непосредственно связанной со средой обитания, а также гемолимфы, которая заполняет сосуды и межклеточные пространства членистоногих и моллюсков, не имеющих замкнутой системы кровообращения.

У высших животных помимо лимфы существуют перилимфа и эндолимфа. Первая заполняет пространство между костью внутреннего уха и перепончатым лабиринтом, вторая составляет жидкое содержимое самого перепончатого лабиринта. Полости тела (плевральная, брюшинная и др.), выстланные серозными оболочками, также содержат жидкость (см. рис. 7.1). Прямых анатомических связей этих полостей с лимфатическими сосудами не найдено.

Образование лимфы и тканевой жидкости впервые было объяснено в середине прошлого столетия К. Людвигом. Согласно его фильтрационной теории, лимфообразоеание является результатом разницы между гидростатическим давлением в кровяных капиллярах и тканях. Позже эта теория была дополнена Э. Старлингом который считал, что кроме гидростатического давления важную роль играет разница в онкотическом давлении. Повышение гидростатического давления крови в капиллярах ведет к образованию лимфы, увеличение онкотического давления препятствует лимфообразованию. Из—за большой разницы давления крови в артериальном и венозном концах капилляров процесс фильтрации лимфы происходит в артериальном конце, возвращается лимфа в кровь в венозном. Возврату лимфы способствует и повышенное онкотическое давление венозного конца капилляров.

Функции лимфы, как и крови, направлены на поддержание относительного постоянства внутренней среды, т. е. гомеостаза. С помощью лимфы осуществляется возврат белков из тканевых пространств, в кровь, участие в перераспределении воды в организме, молокообразовании, пищеварении и обмене веществ. Посредством транспорта из лимфоидных органов макрофагов, лимфоцитов и антител лимфа участвует в иммунных реакциях организма. Она играет решающую роль во всасывании и транспорте жиров и жирорастворимых веществ в кишке. Функция лимфы состоит и в удалении из межклеточного пространства веществ, которые не реабсорбируются в кровеносных капиллярах. Способствуя удалению жидкости из тканевого пространства, лимфатическая система выполняет дренажную функцию.

Лимфа представляет собой прозрачную или слабо опалесцирующую жидкость соленого вкуса щелочной реакции (рН 7,35—9,0). Содержание лимфы в разных органах различно; оно соответствует их функции. Наибольшее количество лимфы образуется в печени, что связано с транспортом синтезирующихся здесь белков. На 1 кг массы органа приходится в печени 21—36 мл лимфы, сердце — 5—18, селезенке — 3—12, мышцах конечностей — 2—3 мл.

Находящаяся в тканях лимфа представляет собой депо жидкости, которая при необходимости используется для увеличения объема циркулирующей крови. У coбак массой 10 кг через грудной проток за 1 сут протекает 500—600 мл лимфы. В лимфе, полученной из грудного протока, находится около 60% белка по сравнению с его концентрацией в плазме крови. Это низкое содержание белка обусловливает меньшую по сравнению с кровью вязкость лимфы и более низкое коллоидно—осмотическое давление. Различие в содержании белков определяет диффузное равновесие между плазмой крови и внутриклеточной жидкостью, поддерживаемой лимфой (см. рис. 7.4). Лимфа имеет вместе с тем несколько более высокую концентрацию хлоридов и гидрокарбонатов, чем плазма крови. Количество и состав белков лимфы зависят от проницаемости кровеносных капилляров, поэтому концентрация белков в лимфе разных органов различна. Лимфа содержит фибриноген и протромбин, поэтому она свертывается. Более продолжительное, чем у крови, свертывание объясняется недостатком тромбоцитов. После свертывания лимфы образуется рыхлый желтоватый сгусток. Выступающую из него жидкость называют сывороткой.

На пути от тканей к венам лимфа проходит через биологические фильтры — лимфатические узлы. Здесь происходит задержка инородных частиц, микроорганизмов и их обезвреживание. Состав клеток лимфы не одинаков в разных участках лимфатического пути. В связи с этим различают периферическую, промежуточную и центральную лимфу.

К периферической относят лимфу, не прошедшую ни через один из узлов; к промежуточной — прошедшую через один—два узла; к центральной — лимфу, находящуюся в крупных лимфатических коллекторах, которые впадают в яремную вену и грудной лимфатический проток. В периферической лимфе клетки единичны, основную их массу составляют лимфоциты. В промежуточной лимфе число их возрастает в несколько раз. Здесь появляются нейтрофилы, эозинофилы, мало дифференцированные стволовые клетки. Больше всего форменных элементов в центральной лимфе. Так, в 1 мкл лимфы кошки содержится 1200 лимфоцитов, у кролика — 32 600, у обезьян — 20 400, у человека — от 2000 до 20 000.

Экстремальные воздействия, такие как травмы, ожоги, обильные кровопотери, сопровождаются интенсивным лимфообразованием. Его повышение происходит и под действием некоторых веществ (экстракты из пиявок, пептиды, гистамин), называемых лимфогенными. Механизм их действия основан на увеличении проницаемости стенки капилляров.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Кровь представляет собой жидкую ткань, осуществляющую в организме целый ряд функций, основными из которых являются: 1) транспорт питательных веществ, метаболитов, веществ, подлежащих экскреции, газов, гормонов, клеток, не выполняющих дыхательные функции; 2) перенос тепла, передача силы (например, для локомоции у дождевых червей); 3) поддержание внутренней среды и др. Объем крови у человека в среднем составляет 6—8% массы тела.

Кровь состоит из жидкой части (плазмы) и взвешенных в ней кровяных клеток (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Объем клеток достигает 45% объема крови. Кровь — коллоидно—полимерный раствор. Растворителем в нем является вода, растворенными веществами — соли и низкомолекулярные вещества плазмы, коллоидным компонентом — белки и их комплексы. В течение всей жизни в организме поддерживается относительное постоянство объема и состава крови, несмотря на непрерывное разрушение и обновление кровяных клеток.

Плазма крови — бесцветная жидкость, состоящая из 90—92% воды 8—10% органических и минеральных веществ. Основными белками плазмы являются альбумины, глобулины, фибриноген. Функция белков заключается в обеспечении распределения воды между кровью и тканевой жидкостью, участии в поддержании водно—солевого равновесия в организме, образовании иммунных тел, свертывании крови. Благодаря наличию белков плазма становится вязкой в связи с этим форменные элементы равномерно распределены в плазме и находятся во взвешенном состоянии. Одним из основных источников энергии для клеток организма является глюкоза плазмы. Помимо этих веществ в плазме содержатся жиры, аммиак, молочная кислота и др.

Из неорганических веществ плазмы большое значение имеют ионы натрия, кальция, калия, магния, хлора и др. Например, ионы Са²⁺ необходимы для свертывания крови, ионы Mg²⁺ — для углеводного обмена. От концентрации в плазме различных ионов зависит ее осмотическое давление, имеющее важное значение для распределения в тканях воды и растворенных веществ. Кроме различных ионов на величину осмотического давления влияют и другие вещества, например белки. Осмотическое давление, зависящее от содержания белков в плазме, называется онкотическим. Белки способствуют удержанию воды внутри сосудистой системы. Ионы входят в состав всех кислот, и поэтому от их концентрации зависит кислотность раствора (рН — отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов); рН артериальной крови равен 7,4, венозной — несколько ниже.

Поддержание постоянства рН крови и тканей обеспечивается наличием особых буферных систем. Из них наиболее важными являются: 1) буферная система гемоглобина; 2) буферная система белков плазмы; 3) карбонатная система, в состав которой входят угольная кислота и ее соли; 4) фосфатная система, деятельность которой связана с солями фосфорной кислоты. Системе гемоглобина

принадлeжит самая большая роль, так как на ее Долю приходится около 75% буферной способности крови. Постоянство рН крови и тканей обеспечивается легкими, почками, потовыми железами. Регуляция физико—химических свойств крови осуществляется сложными нейрогуморальными механизмами.

Эритроциты — красные кровяные клетки, их окраску определяет содержащееся в них вещество — гемоглобин. Гемоглобин состоит из белковой части — глобина — и небелковой — гема, содержащего двухвалентное железо.

Гемоглобин человека и животных различается только строением белковой части, которая для каждого вида животного специфична.

Гемоглобин легко связывает и отщепляет кислород. Присоединяя кислород, гемоглобин переходит в окисленную форму — оксигемоглобин; 1 г гемоглобина может связать 1,34 мл О₂. Эта реакция протекает в легких. При условии перехода всего гемоглобина в окисленную форму количество кислорода, которое может содержаться в 100 мл крови, называют кислородной емкостью крови. Отдавая кислород в капиллярах, оксигемоглобин превращается в восстановленный гемоглобин. В капиллярах тканей гемоглобин способен также образовывать непрочное соединение с углекислым газом. В капиллярах легких, где содержание СО₂ значительно меньше, последний отделяется от гемоглобина.

Лейкоциты — белые кровяные клетки, имеющие ядра разнообразной формы. Они неоднородны по своему строению и делятся на две группы: зернистые и незернистые. Между отдельными видами лейкоцитов существует определенное соотношение, называемое лейкоцитарной формулой. Важнейшая функция лейкоцитов — защитная. Они легко проникают через стенки сосудов к местам скопления инородных веществ, поглощают и отмершие клетки, освобождая от них организм.

Тромбоциты, или кровяные пластинки, участвуют в свертывании крови. При нарушении целостности органов и тканей под влиянием находящихся в тромбоцитах и плазме крови веществ происходит превращение жидкого белка плазмы — фибриногена — в гелеобразный фибрин. Вместе с кровяными клетками волокна этого белка образуют сгустки, которые задерживают и прекращают кровотечение. В свертывании крови принимает участие большое число различных факторов, к числу которых относятся ионы Са²⁺.

Кровь не соприкасается непосредственно с клетками организма; посредник между ними является тканевая жидкость, которая заполняет промежутки между клетками. Тканевая жидкость находится в постоянном движении и поступает вначале в лимфатические сосуды, а оттуда в кровь. Кровь вместе с лимфой и тканевой жидкостью составляют внутреннюю среду организма. Изменение состава крови тотчас же сказывается на составе тканевой жидкости. Постоянство состава внутренней среды является необходимым условием нормальной работы всех органов и тканей.

Для поддержания постоянства внутренней среды в организме существует большое число органов, систем, процессов и механизмов. Среди них выделяются внешние и внутренние барьеры организма. Внешними барьерами являются кожа, печень, селезенка, почки, органы дыхания, пищеварения.

Кожа выполняет множество важных функций, таких как защитная, дыхательная, абсорбционная, выделительная, пигментообразующая. Она принимает участие также в терморегуляции, в обменных процессах, сосудистых и нервно—рефлекторных реакциях. Помимо того, кожа играет роль своеобразного фильтра, препятствующего избыточному выделению воды из глубины на поверхность. В коже сосредоточено огромное количество нервных окончаний, посредством которых осуществляется связь организма с внешней средой.

В обеспечении постоянства внутренней среды важнейшее значение принадлежит также селезенке и печени, являющимся в эмбриональной жизни органами кроветворения. В постнатальном периоде селезенка вырабатывает лимфоциты и моноциты, разрушает старые форменные элементы, служит хранилищем эритроцитов, которые выбрасываются в сосудистое русло при кровопотерях, мышечной работе, эмоциях. Она играет также важнейшую роль в процессе иммунитета. Печень является своеобразным депо антианемического фактора, витаминов, железа, меди и других веществ, разрушает ряд гормонов, обезвреживает токсины и яды. В ней образуются вещества, участвующие в свертывании крови и в деятельности антисвертывающей системы.

Структурной основой внутренних, или гистогематических, барьеров служит эндотелий капилляров. В каждом из органов гистогематические барьеры характеризуются избирательной проницаемостью, в результате чего клетки органа находятся в специфической, именно им присущей среде. Эта избирательность наиболее выражена в гематоэнцефалическом барьере.

В сохранении постоянства внутренней среды огромное значение имеет способность организма защищаться от чужеродных тел и веществ. Эта защита осуществляется посредством иммунной системы, представленной группой органов (селезенка, вилочковая железа, красный костный мозг, лимфатические узлы), а также специальными клетками, распределенными по всему организму. Часть из них постоянно находится в крови, лимфе, проникая во все ткани, элиминируя чуждые организму вещества и продукты.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Актуальные проблемы гемостазиологии / Под ред. Б. В. Петровского и др. М., 1981

Андреенко Г.В. Фибринолиз: Биохимия, физиология, патология. М., 1979.

Баркаган З. С. Геморрагические заболевания и синдромы. М., 1988

Бышевский А. Ш., Зубаиров Д. М., Терсенов О. А. Тромбопластин. Новосибирск, 1993

Виноградова И. Л., Глазко Е. Н., Ичаловская Т. А. и др. Групповые системы крови человека и

гемотрансфузионные осложнения. М., 1989.

Иржак Л. И. Гемоглобины и их свойства. М., 1975.

Кассирский И. А.. Алексеев Г. А. Клиническая гематология. М., 1970.

Коробков А.В., Чеснокова С. А. Атлас по нормальной физиологии. М., 1986

Кудряшов Б.А. Биологические проблемы регуляции жидкого состояния крови и ее свертывания. М., 1975.

Кузник Б. И., Васильев В. Н., Цыбиков Н. Н. Иммуногенез, гемостаз и неспецифическая резистентность организма. М.,1989.

Проблемы и гипотезы в учении о свертывании крови / Под ред. О. К. Гаврилова. М.. 1981.

Прокоп О., Геллер В. Группы крови человека. М.,1991.

Ройт А. Основы иммунологии. М., 1991.

Руководство по гематологии. В 2 т. / Под ред. А. И. Воробьева. М., 1985.

Физиология системы крови. Физиология эритропоэза / Отв. ред. В. Н. Черниговский. Л., 1979.

Физиология человека. В 2 т. / Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. М 1997

Физиология человека. В 3 т. / Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. М., 1996.

Эккepm Р., Ренделл Д., Огастин Дж. Физиология животных. Механизмы и адаптация. В 2 т. М. 1991.

Компоненты плазмы крови и их функции

Компоненты, присутствующие в постоянной концентрации

β

Клетки—мишени