Eritropoeza

Eritrociti

Crvene krvne stanice (grc. Erythros, crven + kytos) imaju jezgru i ispunjene su hemoglobinom, bjelancevinom koja prenosi kisik. U normalnim uvjetima te stanice nikad ne napuštaju krvožilni sustav.

Vecina eritrocita sisara jesu bikonkavni diskovi bez jezgre. U izotonicnom okolišu eritrociti covjeka su promjera 7,5 μm, na rubu su debeli 2,6 μm, a u središtu 0,8 μm. Međutim kada se prilikom priređivanja rutinskog krvnog razmaza osuše i oboje, stisnu se na 7,2 – 7,4 μm u promjeru i na 1,9 μm debljine na rubu.

Bikonkavni oblik osigurava eritrocitu velik omjer površine prema volumenu, olakšavajuci time izmjenu plinova. Normalna koncentracija eritrocita u krvi otprilike je 3,9 – 5,5 miliona/μL kod žena i 4,1 – 6 miliona/μL kod muškaraca. Smanjena koncentracija crvenih krvnih stanica u krvi obicno je povezana s anemijom.

Njihov povecani broj (eritrocitoza ili policitemija) može biti fiziološka prilagodba. Nađen je, na primjer, u ljudi koji žive na velikim visinama, gdje je parcijalni tlak kisika nizak. Policitemija, koja je cesto povezana sa razlicitim teškim bolestima, povecava viskoznost krvi. U teškim slucajevima može ometati protok krvi kroz kapilare. Policitemija se može bolje oznaciti kao povecanje hematokrita, odnosno povecanje udjela erotrocita u volumenu krvi.

Eritrociti promjera veceg od 9 μm nazivaju se makrociti, a oni promjera manjeg od 6μm mikrociti.Prisutnost visokog postotka eritricita razlicitih velicina zove se anizocitoza. Eritrocit je prilicno savitljiv i to mu svojstvo omogucuje prilagodbu malom promjeru i napravilnim oblicima kapilara. Opažanja in vivo pokazuju da se eritrociti, koji sadržavaju normalni hemoglobin (HbA) odrasla covjeka, pri prolaženju kroz mjesta grananja kapilara lako izoblicuju i cesto poprimaju izgled šalice.

Eritrociti su okruženi stanicnom membranom, koja je zbog lake dostupnosti najbolje proucena stanicna membrana. Sastoji se od oko 40% lipida (fosfolipidi, kolesterol, glikolipidi itd.), 50% bjelancevina i 10% ugljikohidrata. Oko polovine tih bjelancevina premošcuje lipidni dvosloj, pa se nazivaju integralne membranske bjelancevine. Nekoliko perfernih bjelancevina povezano je s unutrašnjom površinom membrane eritrocita. Cini se da one služe kao skelet membrane, koji odreuje neobican oblik crvene krvne stanice.

One također omogucuju savitljivost membrane potrebnu prilikom velikih promjena oblika, koji se zbivaju za vrijeme prolaženja eritrocita kroz kapilare. Buduci da crvene krvne stanice nisu krute, viskoznost krvi u kapilari ostaje niska. U svojoj unutrašnjosti eritrociti sadržavaju 33% otopinu hemoglobina, bjelancevine prijenosnika kisika, koja ih cini acidofilnima. Uz to su prisutni i enzimi glikolitickog i heksozamonofosfatnog skracenog puta metabolizma glukoze.

Nasljedne promjene molekule hemoglobina odgovorne su za nekoliko patoloških stanja kao što je na primjer bolest srpastih stanica. Ovaj uroeni poremecaj uzeokuje mutacija jednog nukleotida baze DNA (tockasta mutacija) gena za b-lanac hemoglobina. Triplet GAA (za glutaminsku kiselinu) promjenjen je u GUA, što odreuje valin. Tako se sintetizira hemoglobin koji se od normalnoga razlikuje po prisutnosti valina na mjestu glutaminske kiseline. Posljedice te zamjene samo jedne aminokiseline su velike. Kada ovako promjenjeni hemoglobin (HbS) otpušta kisik, polimerizira se i stvara nakupine, koje eritrocitu daju karakteristcan srpasti izgled.

Eritriciti koji su tek napustili koštanu srž i ušli u optok krvi, cesto sadržavaju ribisomsku RNA (rRNA), koja se supravitalnim bojama (npr.briljantno krezilsko modrilo) može istaložiti i obojiti. Tada mlai eritrociti, nazvani retikulociti, imaju u citoplazmi nekoliko zrnaca ili mrežaste tvorbe. Retikulociti normalno cine oko 1% ukupnog broje crvenih krvnih stanica u optoku krvi. To je postotak dnevnog nadomještanja eritrocita iz koštane srži. Povecani broj retikulocita pokazuje da postoji povecana potreba za prenošenjem kisika. Tome može biti uzrok krvarenje ili nedavni uspon na veliku nadmirsku visinu.

Sazrijevajuci od retikulocita do zrelog eritrocita (tijekom 24-48 sati) crvene krvne stanice gube svoje mitohondrije, ribosome i brojne citoplazmatske enzime. U toj razgradnji organela i enzima ne sudjeluju lisosomski enzimi. Umjesto njih za išcezavanje proteina i organela tijekom razvoja eritrocita odgovorna je skupina citoplazmatskih enzima ovisnih o ATP-u. Izvor energije u eritrocitima je glukoza, od koje se 90% razgradi anaerobno od laktata. Ostatak od 10% iskoristi se aerobno preko skracenog puta heksoza monofosfata. Buduci da eritrociti namaju niti jezgre niti drugih organela potrebnuh za sintezu bjelancevina, oni ne sintetiziraju hemoglobin. Ertrociti covjeka preživljavaju u optoku oko 120 dana. Ovo je razdoblje izmjereno obilježavanjem mladih eritrocita. Makrofazi u slezeni i koštanoj srži uklanjaju iz optoka krvi istrošene eritrocite. Izgleda da je znak za uklenjanje pojava manjkavog kompleksa oligosaharida pripojenog integralnim membranskim bjelancevinama stanicne membrane. Katkad (vecinom tijekom bolesnih stanja) djelici jezgre (koji sadržavaju DNA) ostaju u eritrocitu i nakon izbacivanja jezgre, na kraju
razvoja eritrocita.

Stvaranje krvnih stanica

Zrele krvne stanice relativno su kratka vijeka , pa ih stalno nadomještaju potomci maticnih stanica koje nastaju u krvotvornim hematopoetskim organima. U najranijim razdobljima embriogeneze krvne stanice nastaju od mezoderma žumanjcane vrece. Malo kasnije jetra i slezena služe kao privremeni krvotvorni organi, a u drugom mjesecu razvoja zapocinje okoštavanje središta kljucne kosti i stvaranje koštane srži u njoj. Buduci da je okoštavanje preostalog dijela skeleta u prenatalnom razdoblju ubrzano, koštana srž postaje sve važnijim krvotvornim tkivim. Nakon roenja i tijekom djetinjstva, eritrociti, granulirani leukociti, monociti i trombociti nastaju od maticnih stanica u koštanoj srži. Nastajanje i sazrijevanje tih stanica naziva se eritropoeza, granulocitopoeza, monocitopoeza i megakariocitopoeza. U koštanoj srži nastaju i stanice koje se sele u limfne organe, u kojima se od njih razvijaju razlicite vrste limfocita. Prije nego što potpuno sazriju i uđu u krvotok krvne stanice prolaze kroz određene faze diferencijacije i sazrijevanja. Maticne stanice su nediferencirane stanice koje se mogu trajno dijeliti, a od njihovih stanica kceri nastaju specificne, ireverzibilno diferencirane vrste stanica. Smatra se da sve krvne stanice nastaju od jedne jedine vrste maticnih stanica u koštanoj srži. Buduci da se od nje razviju sve krvne stanice, naziva se pluripotentna maticna stanica.Te stanice proliferiraju i od njih nastaje jedna stanicna loza od koje ce nastati limfociti idruga loza, od koje ce nastati mijeloicne stanice koštane srži. Obje se ove vrste maticnih stanica nazivaju multipotentne maticne stanice. Tijekom svog ranog razvoja limfne stanice izlaze iz koštane srži i naseljavju se u limfnim cvorovima, slezeni i timusu, gdje se diferenciraju u limficite.

Proliferacijom multipotentnih maticnih stanica nastaju stanice kceri s ogranicenom razvojnom sposobnošcu. Od ovih unipotentnih ili bipotentnih prastanica nastaju zrele stanice (prekursorske stanice, blasti) koje prvi put imaju morfološka obilježja onih stanicnih vrsta u koje ce se razviti. Pluripotentne i multipotentne maticne stanice dijele se brzinom koja je dostatna da održi njihovu relativno malu populaciju. Ubrzana mitoza prastanica i nezrelih stanica dovodi do stvaranja velikog broja diferenciranih zrelih stanica (3×10-9 eritrocita i 0,85×10-9 granulocita/kg/dan u koštanoj srži covjeka). Dok se prastanice mogu dijeliti i stvarati nove prastanice i nezrele stanice, nezrele stanice stvaraju samo zrele krvne stanice. Hematopoeza je tako rezultat istdobne, trajne proliferacije i diferencijacije stanica nastalih od maticnih stanica, kojima se tijekom naprdovanja diferencijacije smanjuju razvojne sposobnosti.

Razvoj krvnih stanica ovisi o prisutnosti prikladnih uvjeta mikro okoline i cimbenika rasta. Mikro okolinu stvaraju stanice strome krvotvornih organa koje proizvode nuždan izvanstanicni matriks. Kada se stvore nužni uvjeti okoline, razvoj krvnih stanica ovisi o cimbenicima koji utjecu na proliferaciju i diferencijaciju stanica. Te se tvari nazivaju cimbenici rasta, cimbenici koji poticu kolonije ili hematopoetini. Cimbenici rasta su razlicita kemijskog sastava i složenih funkcija, koje se meusobno preklapaju. Oni djeluju uglavnom tako da poticu proliferaciju nezrelih stanica (uglavnom prastanica i prekursorskih stanica) i tako potpomažu diferencijaciju nezrelih stanica i pojacavaju funkcije zrelih stanica. Bolesti krvotvornih organa rijetko nastaju zbog poremecene funkcije njihove strome. Njih obicno uzrokuje smanjeno ili pojacano stvaranje nediferenciranih stanica praceno smanjenjem ili prekomjernim stvaranjem krvotvornoh stanica. Meutim u nekim bolestima može uzastopno ili istodobno doci do smanjenja ili povecanja proliferacije više vrsta maticnih stanica. U takvim se slucajevima nalazi smanjen broj nekih vrsta stanica (npr. Aplasticna anemija, poremecaj u kojemu je smanjeno stvaranje krvotvornih stanica) uz istodobno povecanje broja drugih (leukemija, nenormalna proliferacija bijelih krvnih stanica).

Koštana srž

Koštana srž (lat. Medulla ossium) jedan je od vecih organa tijela i glavni krvotvorni organ. U normalnim uvjetima stvaranje krvnih stanica u koštanoj srži potpuno je prilagoeno aktivnostima organizma. Prema zahtjevima organizma ona se vrlo brzo može mnogostruko povecati. Koštana srž se nalazi u šupljini dugih kosti i u šupljinama spužvastih kosti. Prema vanjskom izgledu razlikuju se dvije vrste koštane srži: crvena ili hematogena, u koje boja ovisi o prisutnosti krvi i krvotvornih stanica i žuta koštana srž, u koje boja ovisi o velikom broju masnih stanica. U novoroenceta je sva koštana srž crvena i zato aktivna u stvaranju krvnih stanica. Tijekom rasta djeteta veci dio koštane srži postepeno prelazi u žutu. U nekim stanjima, kao što su obilno krvarenje ili hipoksija, žuta koštana srž se može ponovo pretvoriti u crvenu. Osnovne funkcije crvene koštane srži su stvaranje krvnih stanica, razaranje crvenih krvnih stanica i nakupljanje željeza koje nastaje razgradnjom hemoglobina.

Eritropoeza

Eritropoeza predstavlja stvaranje crvenih krvnih stanica. Zrela stanica je ona koja se diferencirala toliko da može izvršiti sve svoje specificne funkcije. Osnovni proces tijekom sazrijevanja je sinteza hemoglobina i oblikovanje eritrocita. Tijekom sazrijevanja eritrocita zbivaju se neke važne promjene. Volumen stanice se smanjuje, a jezgre postaju manje sve dok ne postanu nevidljive svjetlosnim mikroskopom. Postepeno se smanjuje broj poliribosoma (bazofilija), a istdobno se povecava kolicina hemoglobina u citoplazmi (acidofilija). Mitohondriji postepeno išcezavaju. Potrebno je 3-5 stanicnih dioba da od proeritroblasta nastane zreli eritrocit. Najraniji stadij eritropoeze koji nastaje diferencijacijom iz pluripotentne maticna stanice može se dokazati samo in vitro u kulturi. Morfološki najnezrelija stanica eritrocitne loze koja se može prepoznati je proeritroblast.Kao sve nezrele stanice izrazito je bazofilan, velicine 14-19μm, s jezgrom koja zauzima najveci dio stanice. Bazofilija potjece od velike kolicne robonukleinske kiseline (RNA). Kromatin jezgre je nježan, ali gusto zrnat s nekoliko dobro vidljivih nukleola. U jezgru se vidi jedan blijei dio, tzv. polinuklearni halo. Sljedeca stanica u razvoju je bazofilni eritroblast, koji je nešto manji od proeritroblasta, a nukleoli se teže vide. Na tom se razvojnom stadiju pocinje u citoplazmi stvarati hemoglobin. Pa stanica gubi svoju bazofiliju i postupno prelazi u stanicu sa sivo-modrom citoplazmom polikromatofilni eritroblast i dalje u stanicu sa acidofilnom citoplazmom-acidofilni eritroblast. Stvaranjem hemoglobina i promjenom citoplazme mijenja se i jezgra. Jezgra postaje manja , kromatin gušci i piknotican. U stadiju acidofilnog eritroblasta stanica gubi jezgru (dolazi u kontakt sa makrofagom koji ekstrudiranu jezgru fagocitira). Stanica bez jezgre, retikulocit ili mladi eritrocit, sadrži još nešto rubonukleinske kiseline, koja se može dokazati vitalnim bojenjem u obliku mreže. Ta stanica ima sposobnost sinteze hemoglobina. Retikulocit napušta koštanu srž nakon 1-2 dana, te za 1-2 dana sazrijeva, pretežno u slezeni, pri cemu gubi RNA. Iz jednog proeritroblasta obicno nastaje 16 zrelih eritrocita. Eritroblasti su stanice koje su u koštanoj srži. Njihova pojava u krvi posljedica je bolesti ili eritropoeze izvan koštane srži (ekstramedularna eritropoeza). Generacijsko vrijeme eritropoeze, tj. vrijeme da se iz proeritroblasta stvori zreli eritrocit, iznosi 3-5 dana. Eritropoezom se na dan stvara oko 3,0×10-9 eritrocita na kg tjelesne mase. Eritrociti žive u krvi 110-120 dana. Tijekom svog života eritrocit pređe prosjecno put od 450 km. Temeljni zadatak eritrocita jest prijenos kisika i ugljikovog dioksida. Broj eritrocita je razlicit tijekom covjekova života. Najveci je prvih sati nakon roenja. Poslije toga naglo pada, i prvih je godina života ispod vrijednosti odrasle osobe. U doba pubertete, kad u djevojaka pocnu mjesecna krvarenja, pocinju se razlikovati vrijednosti eritrocita u žena i muškaraca. Muškarci pokazuju vece vrijednosti. Eritropoeza je regulirana eritropoetinom, hormonom molekularna mase 30.400 koji stvaraju peritubularne stanice bubrega. Eritropoetin je glikoprotein (39% ugljikohidrata uz polipeptid od 165 aminokiselina). Vrijeme poluživota u plazmi je 6-9 sati. Oko 90% hormona nastaje u bubregu, a 10% u jetri. Najjaci stimulus za stvaranje eritropoetina je hipoksija, tj. pad parcijalnog tlaka kisika u bubrežnom tkivu. Hipoksija uzrokuje povecanu sintezu eritropoetina koji stimulira eritropoezu. Za normalno odvijanje eritropoeze nije dovoljan samo eritropoetin. Potrebni su još: željezo, vitamin B12 i folna kiselina.

Eritrocit se sastoji od membrane, tvari koje sudjeluju u metabolickim procesima anerobne glikolize i heksoza-monofosfat šanta, te vode i hemoglobina. Membrana eritrocita se sastoji od bipolarnog lipidnog sloja koji sadrži strukturne i kontraktilne bjelancevine, te brojne enzime i površinske antigene. Bjelancevine cine 50%, masti 40%, a ugljikohidrati 10% membrane eritrocita. Lipidni dio se sastoji od fosfolipida, kolesterola i glikolipida. Fosfolipidi i glikolipidi kao strukturni dio membrane pokazuju nabijene skupine na vanjskom i unutarnjem dijelu membrane. Ugljikohidrati su iskljucivo na vanjskom dijelu membrane, dok cetiri bjelancevine (spektrin, aktin, protein 4.1 i ankirin) tvore s unutrašnje strane bjelancevinsku rešetku i time odreuju bikonkavan oblik eritrocita. Poremecaj bjelancevina može objasniti neke od promjena oblika eritrocita, npr. kod hereditarne sferocitoze ili eliptocitoze. Poremecaj lipidnog sastava, npr. pocana kolicina kolesterola i fosfolipida, uzrokuje pojavu ”terget” stanica (stanice poput cilja), dok izraziti selektivni porast kolesterola uzrokuje nastanak akantocita.