Эритроцитом называется форменный элемент крови, способный за счет гемоглобина транспортировать кислород к тканям, а углекислый газ — к легким. Это простая по структуре клетка, имеющая огромное значение для жизнедеятельности млекопитающих и других животных. Эритроцит является наиболее многочисленным типом клеток организма: примерно четверть всех клеток тела — это красные кровяные тельца.
Общие закономерности существования эритроцита
Эритроцит — клетка, произошедшая из красного ростка кроветворения. В сутки таких клеток вырабатывается порядка 2,4 миллиона, они попадают в кровоток и начинают выполнять свои функции. В ходе экспериментов определено, что у взрослого человека эритроциты, строение которых существенно упрощено по сравнению с другими клетками тела, живут 100-120 суток.
У всех позвоночных (за редким исключением) от органов дыхания к тканям кислород переносится посредством гемоглобина эритроцитов. Есть и исключения: все представители семейства «белокровных» рыб существуют без гемоглобина, хотя они могут его синтезировать. Поскольку при температуре их обитания кислород хорошо растворяется в воде и плазме крови, то более массивные его переносчики, которыми являются эритроциты, этим рыбам не требуются.
Эритропоэз
Развитие красных кровяных клеток, является жестко регулируемым процессом для поддержания достаточной доставки кислорода к ткани. Одной из важных физиологических функций костного мозга является эритропоэз. У здоровых взрослых в костном мозге в секунду вырабатывается около 2,4 миллиона эритроцитов, которые выделяются в периферическую кровь. В зависимости от спроса, производство эритроцитов можно существенно регулировать и повышать.
Сложная сеть кислородных сенсоров, цитокинов, таких, как эритропоэтин, и другие факторы, включая регуляторы метаболизма железа, участвуют в контроле устойчивого состояния и вызванного стрессом эритропоэза. Тем самым обеспечивая надлежащее снабжение кислородом периферических тканей. Эта регулирующая сеть может приспосабливаться к физиологическим требованиям, таким как концентрация кислорода или беременность, а также к патологическим состояниям, таким как потеря крови. Однако при некоторых патологических состояниях эта регуляторная сеть перегружена или не функционирует, что приводит к полицитемии или анемии.
Примечание! У пожилых костный мозг и другие органы подвергаются старению. В результате синтез эритропоэтина и производство эритроцитов могут снижаться. Однако даже у очень старых людей выработка эритроцитов и синтез эритропоэтина обычно достаточны для поддержания уровня гемоглобина в разумных пределах.
Каждую секунду в костном мозге образуется 2-3 миллиона эритроцитов, которые попадают в кровоток. Также известные как красные тельца, они являются значимым типом клеток, каждый кубический миллиметр крови содержит 4-6 миллионов клеток. Проверка количества эритроцитов обычно является частью полного анализа крови. Он может быть использован для поиска таких заболеваний как анемия, обезвоживание и лейкемия.
Эритроциты хордовых
У такой клетки, как эритроцит, строение различное в зависимости от класса хордовых. К примеру, у рыб, птиц и земноводных морфология этих клеток похожа. Они различаются только размерами. Форма эритроцитов, объем, размер и отсутствие некоторых органелл отличают клетки млекопитающих от других, которые есть у остальных хордовых. Существует и своя закономерность: эритроциты млекопитающих не содержат лишних органелл и клеточного ядра. Они намного мельче, хотя имеют большую поверхность соприкосновения.
Рассматривая строение эритроцитов лягушки и человека, общие особенности можно выявить сразу. Обе клетки содержат гемоглобин и участвуют в кислородном транспорте. Но клетки человека мельче, они овальные и имеют две вогнутые поверхности. Эритроциты лягушки (а также птиц, рыб и земноводных, кроме саламандры) шарообразные, они имеют ядро и клеточные органеллы, которые могут активироваться при необходимости.
В человеческих эритроцитах, как и в красных кровяных клетках высших млекопитающих, нет ядер и органелл. Размер эритроцитов козы — 3-4 мкм, человека — 6,2-8,2 мкм. У амфиумы (хвостатое земноводное) размер клеток составляет 70 мкм. Очевидно, что размер здесь является важным фактором. Человеческий эритроцит хоть и меньше, но имеет большую поверхность за счет двух вогнутостей.
Небольшой размер клеток и их большое количество позволили многократно увеличить способность крови связывать кислород, которая теперь мало зависит от внешних условий. И такие особенности строения эритроцитов человека очень важны, потому как они позволяют комфортно чувствовать себя в определенном ареале обитания. Это мера приспособления к жизни на суше, которая начала развиваться еще у земноводных и рыб (к сожалению, не все рыбы в процессе эволюции получили возможность заселить сушу), и достигла пика развития у высших млекопитающих.
Образование красных клеток
Производство красных кровяных клеток контролируется эритропоэтином, гормоном, который вырабатывается преимущественно почками. Красные кровяные клетки начинаются как незрелые клетки в костном мозге и после приблизительно семи дней созревания попадают в кровоток. Они являются клеточным компонентом крови, миллионы из которых в кровообращении позвоночных придают крови характерный цвет и переносят кислород из легких в ткани.
Зрелая красная кровяная тельца человека маленькая, круглая и двустворчатая, в профиле она выглядит в форме гантели. Клетка гибкая и принимает форму колокольчика при прохождении через очень маленькие кровеносные сосуды. Он покрыт мембраной, состоящей из липидов, не имеет ядра и содержит гемоглобин и богатый железом белок, связывающий кислород.
Строение эритроцитов человека
Строение кровяных телец зависит от функций, которые возложены на них. Оно описывается с трех ракурсов:
- Особенности внешнего строения.
- Компонентный состав эритроцита.
- Внутренняя морфология.
Внешне, в профиль, эритроцит выглядит как двояковогнутый диск, а в анфас — как круглая клетка. Диаметр в норме 6,2-8,2 мкм.
Чаще в сыворотке крови присутствуют клетки с небольшими различиями в размерах. При недостатке железа разбег уменьшается, и в мазке крови распознается анизоцитоз (много клеток с разными размерами и диаметром). При дефиците фолиевой кислоты или витамина В12 эритроцит увеличивается до мегалобласта. Его размер составляет примерно 10-12 мкм. Объем нормальной клетки (нормоцита) 76-110 куб. мкм.
Строение эритроцитов в крови — это не единственная особенность данных клеток. Куда важнее их количество. Маленькие размеры позволили увеличить их число и, следовательно, площадь контактной поверхности. Кислород активнее захватывается эритроцитами человека, нежели лягушки. И наиболее легко он в тканях отдается из человеческих эритроцитов.
Количество действительно важно. В частности, у взрослого человека в кубическом миллиметре содержится 4,5-5,5 миллиона клеток. У козы около 13 млн эритроцитов в миллилитре, а у пресмыкающихся — всего 0,5-1,6 млн, у рыб 0,09-0,13 миллиона в миллилитре. У новорожденного ребенка количество эритроцитов составляет около 6 миллионов в миллилитре, а у пожилого — меньше 4 млн на миллилитр.
Строение ККТ
У эритроцитов строение разительно отличается от других компонентов крови, так как здесь нет ядра и хромосом. Такая форма эритроцитов дает возможность протискиваться тельцам в самых тонких капиллярах и доносить кислород до любой клетки. Размер эритроцита — 7–8 мкм.
Химический состав телец выглядит следующим образом:
- 60 % воды;
- 40 % сухого остатка.
Сухой остаток компонента в крови на 90–95 % состоит из гемоглобина. Остальные 5–10 % занимают липиды, углеводы, жиры и ферменты, что и обеспечивает функцию эритроцитов в организме.
Строение эритроцитов
Функции эритроцитов
Красные кровяные тельца — эритроциты, количество, строение, функции и особенности развития которых описаны в данной публикации, очень важны для человека. Они реализуют некоторые очень важные функции:
- транспортируют кислород к тканям;
- переносят углекислый газ от тканей к легким;
- связывают токсические вещества (гликированный гемоглобин);
- участвуют в иммунных реакциях (невосприимчивы к вирусам и за счет активных форм кислорода способны губительно влиять на инфекции крови);
- способны переносить некоторые лекарственные вещества;
- участвуют в реализации гемостаза.
Продолжим рассмотрение такой клетки, как эритроцит, строение ее максимально оптимизировано для реализации вышеизложенных функций. Она максимально легкая и подвижная, имеет большую контактную поверхность для газовой диффузии и протекания химических реакций с гемоглобином, а также быстро делится и восполняет потери в периферической крови. Это узкоспециализированная клетка, заменить функции которой пока невозможно.
Образование клеток и жизненный цикл
Красные кровяные тельца образуются из предшествующих клеток, которые происходят из стволовых. Если по каким-то причинам костный мозг не в состоянии продуцировать ККТ, эти функции перенимают печень и селезенка.
Эритроциты зарождаются в плоских костях — черепе, ребрах, костях таза и грудине. Продолжительность жизни эритроцитов будет зависеть от общих показателей функционирования организма, поэтому однозначно ответить на вопрос, сколько живут красные кровяные тельца, нельзя. В среднем это 3–3,5 месяца.
Каждую секунду в организме человека распадается около 2 миллионов клеток, а взамен продуцируются новые. Разрушение клеток, как правило, происходит в печени и селезенке — вместо них образуются билирубин и железо.
Красные тельца могут распадаться не только из-за физиологического старения и смерти. Жизненный цикл может существенно сокращаться из-за таких факторов:
- под воздействием различных токсических веществ;
- из-за наследственных заболеваний — чаще всего причиной становится сфероцитоз.
Строение эритроцитов дискообразное, при распаде содержимое уходит в плазму. Но если гемолиз (процесс распада) будет слишком обширным, это может привести к снижению количества перемещающихся телец, что вызовет гемолитическую анемию.
Эритроцитарная мембрана
У такой клетки, как эритроцит, строение весьма простое, что не относится к ее мембране. Она 3-слойная. Массовая доля мембраны составляет 10% от клеточной. В ее составе 90% белков и только 10% липидов. Это делает эритроциты особенными клетками организма, так как почти во всех остальных мембранах липиды преобладают над белками.
Объемная форма эритроцитов за счет текучести цитоплазматической мембраны может меняться. Снаружи самой мембраны располагается слой поверхностных белков, имеющих большое количество углеводных остатков. Это гликопептиды, под которыми расположен бислой липидов, обращенных гидрофобными концами внутрь и наружу эритроцита. Под мембраной, на внутренней поверхности снова располагается слой белков, не имеющих углеводных остатков.
Рецепторные комплексы эритроцита
Функцией мембраны является обеспечение деформируемости эритроцита, что необходимо при капиллярном прохождении. При этом строение эритроцитов человека обеспечивает дополнительные возможности — клеточное взаимодействие и электролитный ток. Белки с углеводными остатками — это молекулы рецепторов, благодаря которым на эритроциты не «ведется охота» CD8-лейкоцитов и макрофагов иммунной системы.
Эритроциты существуют благодаря рецепторам и не уничтожаются собственным иммунитетом. А когда вследствие многократного проталкивания по капиллярам или из-за механических повреждений эритроциты теряют некоторые рецепторы, макрофаги селезенки «извлекают» их из кровотока и уничтожают.
Норма в крови
Следует понимать, что общее количество красных кровяных телец у женщин или у мужчин по возрасту и норма в системе кровообращения — не одно и то же.
В общее число входит три типа красных кровяных телец:
- те, которые еще развиваются в костном мозге;
- те, которые в ближайшее время выйдут из костного мозга;
- те, которые уже курсируют по кровяной системе.
Эритроциты в крови у женщин содержатся в меньшем количестве, что обусловлено потерей определенного количества крови во время менструального цикла. Содержание эритроцитов в норме в крови у женщин — 3,9–4,9×10^12/л.
Норма эритроцитов в крови у мужчин составляет 4,5–5×10^12/л. Более высокие показатели обусловлены выработкой мужских половых гормонов, которые и продуцируют их синтез.
У детей красные тельца в норме должны содержаться в таком количестве:
- у новорожденных — 4,3-7,6×10^12/л;
- у двухмесячного малыша — 2,7–4,9×10^12/л;
- к году — 3,6–4,9×10^12/л;
- в период с 6 до 12 лет — 4–,5,2×10^12/л.
В подростковом возрасте показатели количества красных кровяных телец сравниваются с нормами для взрослого человека. Более конкретные цифры по возрастам предоставит таблица, которую можно найти в Сети.
Внутренняя структура эритроцита
Что же представляет собой эритроцит? Строение его представляет не меньший интерес, нежели функции. Эта клетка похожа на мешочек с гемоглобином, ограниченный мембраной, на которой экспрессированы рецепторы: кластеры дифференцировки и разнообразные группы крови (по Ландштейнеру, по резусу, по Даффи и другим). Но внутри клетка особенная и очень отличается от других клеток организма.
Отличия таковы: эритроциты у женщин и мужчин не содержат ядра, у них нет рибосом и эндоплазматической сети. Все эти органеллы были удалены после наполнения цитоплазмы клетки гемоглобином. Затем органеллы оказались ненужными, ведь для проталкивания по капиллярам требовалась клетка с минимальными размерами. Потому внутри она содержит только гемоглобин и некоторые вспомогательные белки. Их роль пока не выяснена. Зато из-за отсутствия эндоплазматической сети, рибосом и ядра она стала легкой и компактной, а главное, может легко деформироваться вместе с текучей мембраной. И это самые важные особенности строения эритроцитов.
Эритроцитарный жизненный цикл
Главные особенности эритроцитов заключаются в их непродолжительной жизни. Они не могут делиться и синтезировать белок из-за удаленного из клетки ядра, а потому структурные повреждения их клеток накапливаются. В результате, эритроциту свойственно старение. Однако гемоглобин, который захвачен макрофагами селезенки во время смерти эритроцита, всегда будет отправлен на образование новых переносчиков кислорода.
Жизненный цикл эритроцита начинается в костном мозге. Этот орган присутствует в пластинчатом веществе: в грудине, в крыльях подвздошных костей, в костях основания черепа, а также в полости бедренной кости. Здесь из стволовой клетки крови под действием цитокинов образуется предшественница миелопоэза с кодом (КОЕ-ГЭММ). Она после деления даст родоначальницу гемопоэза, обозначаемую кодом (БОЕ-Э). Из нее образуется предшественница эритропоэза, которая обозначена кодом (КОЕ-Э).
Эту же клетку называют колониеобразующей клеткой красного кровяного ростка. Она чувствительна к эритропоэтину — веществу гормональной природы, выделяемому почками. Повышение количества эритропоэтина (по принципу положительной обратной связи в функциональных системах) ускоряет процессы деления и производства эритроцитов.
Количество эритроцитов
Подсчет эритроцитов — это анализ крови, который использует для определения количества красных телец в крови. Тест важен, потому что кровяные клетки содержат гемоглобин, который переносит кислород к тканям тела. Их величина влиять на то, сколько кислорода получают ткани, чтобы функционировать. Если слишком высокое или низкое их количество, могут возникнуть симптомы и осложнения.
Низкий уровень эритроцитов, симптомы могут включать:
- усталость;
- сбивчивое дыхание;
- головокружение, слабость;
- учащение пульса;
- головные боли;
- бледная кожа.
Высокий уровень эритроцитов, возникнуть такие симптомы:
- боль в суставах;
- зуд кожи, особенно после душа или ванны;
- нарушение сна.
Это интересно! Когда кровь центрифугируют, чтобы заставить клетки осесть, объем эритроцитов составляет от 42 до 54 % от общего объема у мужчин и от 37 до 47 % у женщин. Значения несколько ниже у детей.
Основные функции эритроцитов
Эритроциты играют важную роль в гемостазе и тромбозе, оба означают свертывание крови и могут действовать как прокоагулянт. Это означает, что он помогает в превращении неактивного протромбина в активный фермент тромбина, который необходим для свертывания крови.
Основные функции эритроцитов заключаются:
- В переносе кислорода из легких в ткани организма и углекислого газа в виде отходов, от тканей и обратно в легкие.
- Красные тельца также являются вторым по величине вкладом после натрия в осмолярности крови, что важно для баланса жидкости в организме.
- Дефицит эритроцитов может вызвать отек, потому что кровь тогда не может поглощать обычное количество воды из тканей вокруг капилляров.
Жизненный цикл эритроцитов
Продукция эритроцитов в костном мозге выполняется с ошеломляющей скоростью более 2 миллионов клеток в секунду. Для того, чтобы это производство происходило, количество сырья должно присутствовать в достаточных объемах. К ним относятся питательные вещества, необходимые для поддержания любой клетки, такие как глюкоза, липиды и аминокислоты.
Однако для производства эритроцитов также требуется несколько микроэлементов:
- Железо. Каждая гемовая группа в молекуле гемоглобина содержит ион микроэлемента железа. В среднем, менее 20 процентов потребляемого железа поглощается. Гемовое железо из продуктов животного происхождения, таких как мясо, птица и рыба, поглощается более эффективно, чем из растительной пищи. Костный мозг, печень и селезенка могут накапливать железо в белковых соединениях ферритин и гемосидерин. Ферропортин транспортирует железо через плазматические мембраны клеток кишечника и из его мест хранения в тканевую жидкость, где он попадает в кровь.
- Медь. Микроэлемент является компонентом двух белков плазмы, гепестина и церулоплазмина. Без них гемоглобин не может быть адекватно произведен. Расположенный в кишечных ворсинках, гефестин позволяет железу поглощаться клетками кишечника. В состоянии дефицита меди транспорт железа для синтеза гема уменьшается, в конечном итоге приводит к повреждению органов.
- Цинк. Он функционирует как кофермент, который облегчает синтез гемовой части гемоглобина.
- Витамины группы В. Они облегчают синтез ДНК. Имеют значение для синтеза новых клеток, в том числе эритроцитов.
На заметку! Эритроциты живут до 120 дней в кровообращении, затем изношенные клетки удаляются типом миелоидных фагоцитарных клеток, называемых макрофагами. Они расположены в основном внутри костного мозга, печени и селезенки.
Функции гемоглобина и его соединения
Гемоглобин – это дыхательный пигмент, который связывается с кислородом, либо с углекислым газом. Это позволяет доставлять кислород по всему телу к тканям и органам и выводить углекислый газ. Гемоглобин в основном состоит из железа, которое в сочетании с кислородом придает крови красный цвет. В артериальном кровообращении гемоглобин обладает высоким сродством к кислороду и низким сродством к углекислому газу, органическим фосфатам, а также к ионам водорода и хлора.
Когда эритроциты умирают, гемоглобин разрушается: железо переходит в костный мозг белками, называемыми трансферрины и снова используются в производстве новых кровяных клеток. Большая часть гемоглобина составляет основу билирубина, химическое вещество, которое выделяется с желчью и придает фекалиям характерный желто-коричневый цвет.
Соединения гемоглобина
Одна молекула гемоглобина содержит 4 гемовые группы, каждая из которых содержит один атом железа. Гем, который составляет всего 4 процента от массы молекулы, состоит из органического соединения в форме кольца, известного как порфирин, к нему присоединен атом железа. Он связывает кислород, когда кровь перемещается между легкими и тканями. В каждой молекуле гемоглобина содержится четыре атома железа, которые, соответственно, могут соединять четыре атома кислорода. Следующая часть молекулы гемоглобина является органической, содержащей несколько белковых цепей.
Уничтожение эритроцитов
Примерно 100-125 дней клетка циркулирует в крови, постоянно переносит кислород и удаляет продукты метаболизма из тканей. Она транспортирует связанный с гемоглобином углекислый газ и отправляет его обратно в легкие, попутно заполняя свои молекулы белка кислородом. И по мере получения повреждений теряет молекулы фосфатидилсерина и рецепторные молекулы. Из-за этого эритроцит попадает «под прицел» макрофага и уничтожается им. А гем, полученный со всего переваренного гемоглобина, снова направляется для синтеза новых эритроцитов.
