Рис. 7.2. Схема синтеза гемоглобина у человека в эритроидной клетке

Указаны ферменты, контролирующие этапы синтеза молекулы гема в митохондриях, а также хромосомы, ответственные за синтез цепей глобина А (р-цепи) и гемоглобинов плода (у- и 8- цепи). Пояснения в тексте.

Соединение гемоглобина с молекулой О₂ называется оксигемоглобином. Сродство гемоглобина к кислороду и диссоциация оксигемоглобина (отсо­единения молекул кислорода от оксигемоглобина) зависят от напряжения кислорода (РО₂), углекислого газа (РСО₂) в крови, pH крови, ее температу­ры и концентрации 2,3-ДФГ в эритроцитах. Так, сродство повышают уве­личение РО₂ или снижение РСО₂ в крови, нарушение образования 2,3- ДФГ в эритроцитах. Напротив, повышение концентрации 2,3-ДФГ, сни­жение РО₂ крови, сдвиг pH в кислую сторону, повышение РСО₂ и темпе­ратуры крови — уменьшают сродство гемоглобина к кислороду, тем самым облегчая ее отдачу тканям. 2,3-ДФГ связывается с p-цепями гемоглобина, облегчая отсоединение О₂ от молекулы гемоглобина. Увеличение концен­трации 2,3-ДФГ наблюдается у людей, тренированных к длительной физи­ческой работе, адаптированных к длительному пребыванию в горах. Окси­гемоглобин, отдавший кислород, называется восстановленным, или дезок­сигемоглобином. В состоянии физиологического покоя у человека гемогло­бин в артериальной крови на 97 % насыщен кислородом, в венозной — на 70 %. Чем выраженней потребление кислорода тканями, тем ниже насы­щение венозной крови кислородом. Например, при интенсивной физиче­ской работе потребление кислорода мышечной тканью увеличивается в не­сколько десятков раз и насыщение кислородом оттекающей от мышц ве­нозной крови снижается до 15 %. Содержание гемоглобина в отдельном эритроците составляет 27,5—33,2 пикограмма. Снижение этой величины свидетельствует о гипохромном (т. е. пониженном), увеличение — о гипер- хромном (т. е. повышенном) содержании гемоглобина в эритроцитах. Этот показатель имеет диагностическое значение. Например, гиперхромия эрит­роцитов характерна для В₁₂-дефицитной анемии, гипохромия — для желе­зодефицитной анемии.

7.1.3. Старение и разрушение эритроцитов в организме

Эритроциты у человека функционируют в крови максимум 120 дней, в среднем 60—90 дней. Старение эритроцитов связано с уменьшением обра­зования в эритроците количества АТФ в ходе метаболизма глюкозы в этой клетке крови. Уменьшенное образование АТФ, ее дефицит нарушает в эритроците процессы, обеспечиваемые ее энергией, — восстановление формы эритроцитов, транспорт катионов через его мембрану и защиту компонентов эритроцитов от окисления, их мембрана теряет сиаловые ки­слоты. Старение эритроцитов вызывает изменения мембраны эритроцитов: из дискоцитов они превращаются в эхиноциты, т. е. эритроциты, на по­верхности мембраны которых образуются многочисленные выступы, вы­росты (рис. 7.3).

Причиной формирования эхиноцитов помимо уменьшения воспроиз­водства молекул АТФ в эритроците при старении клетки является усилен­ное образование лизолецитина в плазме крови, повышенное содержание в ней жирных кислот. Под влиянием перечисленных факторов изменяется соотношение поверхности внешнего и внутреннего слоев мембраны эрит­роцита за счет увеличения поверхности внешнего слоя, что и приводит к появлению выростов на мембране.

По степени выраженности изменений мембраны и формы эритроцитов различают эхиноциты I, II, III классов и сфероэхиноциты I и II классов. При старении эритроцит последовательно проходит этапы превращения в эхиноцит III класса, теряет способность изменять и восстанавливать дис­ковидную форму, превращается в сфероэхиноцит и разрушается. Устране­ние дефицита глюкозы в эритроците легко возвращает эхиноциты I—II классов к форме дискоцита. Эхиноциты начинают появляться, например, в консервированной крови, сохраняемой в течение нескольких недель при 4 °C, или в течение 24 ч, но при температуре 37 °C. Это связано с уменьше­нием образования АТФ внутри клетки, с появлением в плазме крови лизо­лецитина, образующегося под влиянием лецитин-холестерол-ацетилтранс- ферразы, ускоряющих старение клетки. Отмывание эхиноцитов в свежей плазме от содержащегося в ней лизолецитина или активация в них глико­лиза, восстанавливающей уровень АТФ в клетке, уже через несколько ми­нут возвращает им форму дискоцитов.

Стареющие эритроциты становятся менее эластичными, вследствие чего разрушаются внутри сосудов (внутрисосудистый гемолиз) или же становят­ся добычей захватывающих и разрушающих их макрофагов в селезенке, купферовских клетках печени и в костном мозге (внесосудистый или внут­риклеточный гемолиз). Внутриклеточным гемолизом в сутки разрушается 80—90 % старых эритроцитов, содержащих 6—7 г гемоглобина, из которых освобождается в макрофагах до 30 мг железа. После отщепления от гемо-

Рис. 7.3. Схема формирования эхиноцитов и стоматоцитов из дискоцита (нормоци­та) при разных значениях pH, создаваемых in vitro.

I — сферостоматоцит, II — стоматоцит, III — дискоцит, IV — эхиноцит, V — сфероэхиноцит.

глобина гем превращается в желчный пигмент билирубин, который посту­пает с желчью в кишечник и под влиянием микрофлоры кишечника по­следовательно превращается в уробилиноген, а затем в стеркобилиноген. Оба соединения выводятся из организма с калом и мочой, под влиянием света и воздуха превращаясь в стеркобилин и уробилин. При метаболизме 1 г гемоглобина образуется 33 мг билирубина.

Внутрисосудистым гемолизом разрушается 10—20 % эритроцитов. При этом гемоглобин поступает в плазму, образует с плазменным гликопротеи­ном гаптоглобином комплекс гемоглобин—гаптоглобин. В течение 10 мин 50 % комплекса поглощается из плазмы паренхиматозными клетками пе­чени, что предупреждает поступление свободного гемоглобина в почки и тромбирование им их нефронов. У здорового человека в плазме содержит­ся около 1 г/л плазмы гаптоглобина, что оставляет несвязанным с ним в плазме крови не более 3—10 мг гемоглобина. Молекулы гема, высвобож­дающиеся из связи с глобином при внутрисосудистом гемолизе, связыва­ются белком плазмы — гемопексином, транспортируются им в печень и также поглощаются паренхиматозными клетками печени, где подвергаются ферментному разрушению до билирубина.

7.1.4. Роль ионов железа в эритропоэзе

В организме содержится 4—5 г железа в виде резервного ('/<) и функциональ­но-активного железа (³/₄). 62—70 % железа находится в гемоглобине эрит­роцитов, 5—10 % — в миоглобине, остальное — в тканях, где оно участвует во многих метаболических процессах: в составе металсодержащих энзи­мов—цитохромов обеспечивают митохондриальный транспорт электронов, синтез ДНК и деление клеток, метаболизм гормонов мозгового вещества надпочечников, детоксикационные механизмы, снижающие активность токсичных веществ под влиянием цитохрома Р₄₅₀, в состав которого входит железо; поддерживают активность глицерол-3-фосфатдегидрогеназы в по­перечно-полосатых мышцах, что сохраняет физическую работоспособность человека. Например, у людей, страдающих дефицитом железа, физическая работоспособность резко снижается, но восстанавливается после приема препаратов железа.

Резервное железо постоянно переходит в функциональное и обратно. Так, за счет повторного использования костный мозг получает ежесуточно 20—25 мг железа. Ионы железа (Fe⁺⁺) ежедневно всасываются в кишечни­ке из пищи. Fe²⁺ в кишечном содержимом вначале связывается с белком- рецептором на поверхности эпителия слизистой оболочки кишки (р₃-ин- тегрином), что необходимо для перехода его через мембрану клетки слизи­стой в цитозоль. Далее, образовав комплекс с цитозольным транспортным белком- мобилферрином, Fe²⁺ пересекает клетку эпителия слизистой ки­шечника оставаясь в этом комплексе вплоть до поступления Fe²⁺ в капил­лярную сеть кишечника. С выходом в кровоток двухвалентное железо окисляется до трехвалентного белком плазмы крови церрулоплазмином и присоединяется к трансферрину, гликопротеину плазмы крови. Трансфер­рином Fe³⁺ доставляется к тканям и используется в митохондриях эритроб­ластов для синтеза гема, депонируется в макрофагах в виде резерва. Плаз­ма содержит от 1,8 до 2,6 мг/л трансферрина, 1 мг которого связывает 1,25 мкг Fe. В общем объеме плазмы содержится около 3 мг Fe²⁺. В норме лишь 7з трансферрина плазмы насыщена железом. Количество железа, ко­торое может быть связано трансферрином, называется общей железосвязы­вающей способностью крови и в норме составляет 250—400 мкг % (45— 72 мкмоль/л). Концентрация железа в сыворотке крови у взрослых людей обоего пола колеблется от 50 до 160 мкг % (9—29 мкмоль/л). С мочой вы­водится за сутки 60—100 мкг железа.

Комплекс трансферрин—железо фиксируется на рецепторах мембран эритробластов. Количество этих рецепторов уменьшается за счет торможе­ния их синтеза в ходе созревания эритроидных клеток и исчезает после со­зревания ретикулоцитов, поэтому в зрелые эритроциты железо не включа­ется. Освобождение железа из комплекса трансферрин — железо обеспечи­вается энергией молекул АТФ, образуемых в эритробластах. Молекула трансферрина, отдавшая железо, смещается с мембранного участка моле­кулами трансферрина, связанными с железом, поскольку их сродство к ре­цепторам более сильное. Железо, поступившее в эритробласт, использует­ся в митохондриях для синтеза гема и депонируется в эритробласте в виде резерва. В макрофагах печени и костного мозга резервное железо депони­руется в молекуле ферритина. Внутри лизосом молекулы ферритина обра­зуют большие аморфные нерастворимые агрегаты — гемосидерин. Таким образом, ферритин и гемосидерин — это формы резервного железа в клет­ках. Из клеточного резерва железо освобождается в двухвалентном состоя­нии (благодаря энзиму ксантиноксидазе, аскорбиновой кислоте и др.), за­тем церулоплазмин окисляет Fe²⁺ до трехвалентного состояния, Fe³⁺ соеди­няется с трансферрином и транспортируется с плазмой крови к эритробла­стам.

Абсорбции железа эпителиальными клетками желудочно-кишечного тракта способствуют сниженное насыщение трансферрина железом и по­вышенная эритропоэтическая активность крови. Абсорбция снижается при увеличении концентрации железа в клетках слизистой оболочки кишечни­ка. В кишечнике более эффективна абсорбция Fe²⁺, чем Fe³⁺. Поэтому ас­корбиновая кислота, фруктоза, аминокислоты (цистеин, метионин) под­держивают двухвалентную форму железа и ускоряют его абсорбцию. В ки­шечнике лучше абсорбируется биодоступное железо, входящее в состав ге­ма (мясные продукты, кровяная колбаса), чем железо из пищи раститель­ного происхождения. Абсорбция Fe²⁺ в желудочно-кишечном тракте зави­сит от возраста человека, функционального сотояния его организма. Она наиболее высокая у детей первых месяцев жизни и достигает 57 %, у 7— 10-летних — 7,75—17,75 %, у взрослых мужчин и женщин — 1,1—11,2 % и у беременных женщин — 20 % от поступившего в желудочно-кишечный тракт железа. Отсюда ежедневная потребность в железе, абсорбируемом из пищи в организме человека, составляет: у детей от 0 до 4 мес жизни — 0,5 мг/день, от 1 года до 12 лет — 1,0 мг/день, женщины детородного перио­да— 2,8 мг/день (во время менструации потери железа составляют от 5 до 45 мг), молодые мужчины — 1 мг/день, старики — 0,9 мг/день, беременные женщины — 3—3,5 мг/день. В организм последних за время беременности должно поступать до 1 г железа (500 мг железа используется для синтеза дополнительного количества гемоглобина в организме беременной, 300 мг Fe²⁺ необходимо формирующемуся плоду и 200 мг Fe²⁺ компенсируют ес­тественные потери металла организмом беременной женщины). Дефицит железа в организме человека приводит к развитию гипохромной анемии.

7.7.5. Эритропоэз

Эритропоэз — процесс образования эритроцитов в костном мозге. Первой клеткой эритроидного ряда, образующейся из колониеобразующей клетки эритроцитарной (КОК-Э) — клетки-предшественницы эритроидного ряда, является проэритробласт, из которого в ходе 4—5 последующих удвоений и созревания образуется 16—32 зрелых эритроцита. Схема процесса: 1 про­эритробласт (удвоение) два базофильных эритробласта I порядка 4 базофильных эритробласта II порядка 8 полихроматофильных эритро­бластов I порядка 16 полихроматофильных эритробластов II поряд­ка -> 32 полихроматофильных нормобласта 32 оксифильных нормобла-