Физиология эритроцитов

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Орловский государственный университет»

Факультет Анатомии, физиологии, гигиены и экологии человека

Реферат

по предмету «Спецпрактика по физиологии человека и животных»

на тему:

Физиология эритроцитов

Выполнила: студентка 3 курса 2 группы,

направление подготовки: 020400.62 Биология

Чичерина Анна Юрьевна

Проверил: Шведов Денис Николаевич

Орел - 2013

1. Физиология эритроцитов

эритроцит кровь гемоглобин

Эритроциты (красные клетки крови) составляют основную массу клеток крови и выполняют ряд важнейших функций.

1) Транспортная. Перенос газов: О₂ от легких к тканям, СО₂ - в обратном направлении. Адсорбируя на своей поверхности некоторые вещества, содержащиеся в плазме крови, эритроциты транспортируют их к местам назначения. Такими веществами являются: ферменты, гормоны, нуклеотиды, пептиды, аминокислоты, липиды, яды, лекарства и другие вещества.

2) Гемостатическая. Эритроцитарные тромбопластические факторы участвуют в свертывании крови.

3) Гомеостатическая функция проявляется в том, что Нg, содержащийся в эритроцитах, выступает в роли основного буфера, участвуя тем самым в сохранении активной реакции крови на постоянном уровне.

Эритроцит человека представляет собой безъядерный двояковогнутый диск диаметром 7-8 мкм и толщиной 1,5-2,5 мкм, объем эритроцита 90 мкм³ (размеры важны для диагностики). Если их диаметр больше нормы, то говорят о макроцитозе (макроцитарное малокровие), если диаметр меньше нормы - о микроцитозе (микроцитарное малокровие).

Кроме эритроцитов нормальной формы - дискоцитов, встречается и другие формы эритроцитов - куполообразные, сферообразные. Форма дискоцита не случайна, она связана с транспортом О₂ и СО₂. Преимущество формы дискоцита по сравнению с шарообразной связано. Во-первых, с тем, что при такой форме эритроцита все молекулы Нg, участвующие в транспорте газов, максимально приближены к поверхности клетки и практически все обеспечивают газообмен. Во-вторых, возрастает относительная поверхность клетки на 20-30%, а чем больше поверхность, тем лучше газообмен. В-третьих, при такой форме эритроцит приобретает своеобразную пластичность, он может легко менять форму и проходить по капиллярам, имеющим меньший диаметр, чем у самого эритроцита (их движение по капиллярам напоминает движение гусеницы трактора).

Исчезновение ядра в эритроцитах человека и животных является не случайным, и связано с транспортной функцией О₂. Известно, что окислительные процессы в клетках протекают преимущественно в ядре и в митохондриях, при этом потребляется много кислорода. Так как ядро и митохондрии в эритроцитах отсутствуют, то весь О₂, связанный эритроцитом отдается тканям.

Эритроцит состоит из мембраны, обладающей избирательной проницаемостью для ионов. Поэтому солевой состав их значительно отличается от солевого состава плазмы. Например, в эритроцитах человека и многих животных наблюдается значительные различия между содержанием таких электролитов, как К⁺ и Na⁺. Обычно К⁺ они содержат в 5-10 раз больше, чем Na⁺. Неравномерное распределение этих ионов между эритроцитами и омывающей их плазмой поддерживается непрерывным движением катионов против концентрационных градиентов, требующим постоянного притока энергии в форме АТФ. Реализация энергии для активного транспорта осуществляется транспортной К⁺- или Na⁺ -АТФ-фазой.

Эритроцит на 70% состоит из воды и на 30% сухого остатка. Из сухого остатка 95% составляет Нg, 5% - глюкоза, соли, аминокислоты и другие вещества. Количество эритроцитов у взрослого человека колеблется в пределах (4-5)*10¹² эритроцитов/л, у женщин количество эритроцитов несколько меньше - (3,5-4,5)*10¹², у мужчин (4,5-5)*10¹². Предполагается, что это различие связано с половыми гормонами, которые неодинаково влияют на кроветворение.

У высших млекопитающих - таких животных, как обезьяна, кролик и т. д. количество эритроцитов приближается к значениям, характерным для человека.

В среднем в организме человека одновременно циркулирует 25*10¹² эритроцитов. Днем количество эритроцитов увеличивается по сравнению с ночью. Содержание эритроцитов меняется также в зависимости от региона проживания, климатических условий.

Увеличение содержания эритроцитов в организме называется эритроцитоз, уменьшение - эритропения. Физиологическое увеличение количества эритроцитов имеет место при подъеме на высоту, при мышечных нагрузках, эмоциональных напряжениях и приеме пищи. Это увеличение количества эритроцитов под влиянием указанных физиологических факторов носит относительный характер и связано с выходом дополнительного количества эритроцитов из кровяных депо (селезенка и др. органы), а не за счет стимуляции органов кроветворения.

Если человек продолжительное время живет на высоте, то у него усиливаются функция костного мозга и увеличивается образование красных клеток крови, носящее абсолютный характер.

Дыхательная функция крови осуществляется находящимся в эритроцитах гемоглобином (Нg) - сложным белком из класса глобулярных белков - хромопротеидов. Нg - красный кровяной пигмент, способный соединятся с О₂ в капиллярах легких и освобождать его в сосудах тканей. Кроме этого, Нв играет роль в транспорте СО₂ и Н⁺, образующихся в процессе клеточного метаболизма. Способность Нg связывать О₂ обусловлена наличием в нем групп неполипептидного компонента - гема (4% объема молекулы гемоглобина). Гем определяет также красный цвет молекулы Нg.

Бульшая часть молекулы Нg (96%) состоит из белкового компонента, специфической группы - глобина Этот белковый компонент представлен 4-мя отдельными полипептидными цепями, в состав которых входит 374 различных аминокислотных остатков. Аминокислотная последовательность в белковом компоненте Нg разных индивидуумов различна.

В состав молекулы Нg входят 4 одинаковых группы гема. Гем состоит из органической части, которая включает атом железа. Органическая часть - протопорфирин - образование из 4-х пиррольных групп. Четыре пиррола соединяются метиленовыми мостиками, образуя тетрапиррольное кольцо. Атом железа в геме присоединен к 4-м атомам азота в центре протопорфиринового кольца. Железо даёт еще две координационные связи с белковой частью Нв.

Железо в геме может быть в ферроформе (Fe²⁺) или в ферриформе (F³⁺). Соответствующие формы называются феррогемоглобином или ферригемоглобином. Только феррогемоглобин способен связывать О₂. Аналогичная номенклатура применима и к миоглобину, облегчающему перенос О₂ в мышцах и обеспечивающему его накопление в тканях. У миоглобина более компактная молекула, представленная одной полипептидной цепью с одним гемом. Молекулярная масса гемоглобина 65 тыс., миоглобина - 17 тыс. Красный цвет Нg обусловлен наличием Fe²⁺, если его заменить другим металлом, например, Сu, то кровь будет голубого цвета.

В процессе взаимодействия молекулы кислорода с гемом образуется обратимую связь. Нg, присоединивший О₂, называют оксигемоглобином, при этом валентность железа не меняется (реакция оксигенации).

Присоединение О₂ к железу идет за счет длинной координационной связи железа с белковой частью гема. 1 грамм Нg присоединяет строго определенное количество О₂ - 1,34 см³). Эта величина называется константой Хюфнера. С помощью этой константы можно определить, какое количество О₂ содержится в крови, зная общее количество Нg в крови.

Если на Нg в присутствии NaCI подействовать соляной кислотой, то от Нg отщепляется гем, который легко кристаллизуется в виде вытянутых ромбовидных кристаллов коричневого цвета. Они имеют название “кристаллы Тейхмана”. Эта проба Тейхмана используется в судебной медицине для установления присутствия крови.

Количество Нg крови здорового человека составляет в среднем 125-160 гр/л. Если количество эритроцитов у мужчин отличается от количества их у женщин, то и концентрация Нg у мужчин и женщин различны: у мужчин концентрация в крови Нg составляет 140-160 г/л, у женщин -- 125-140 г/л. Зная содержание в крови Нg и количество эритроцитов, можно определить степень насыщения эритроцитов Нg, что выражается отвлеченной величиной - цветным показателем. Цветной показатель (ЦП) рассчитывается по формуле:

ЦП = кол-во Нв (г/л) / первые три цифры числа эритроцитов (в 1 л крови).

В норме цветной показатель колеблется в пределах 0,8-1,0. Если ЦП >1,0, то говорят о гиперхромии. Если ЦП<0,8, то говорят о гипохромии. Отсюда и следует соответствующий вид малокровия: гиперхромное или гипохромное.

2. Виды гемоглобина

Эмбрионы содержат примитивный гемоглобин (НgР)., на смену ему приходит плодовый или фетальный гемоглобин (НgF). Основным гемоглобином взрослого организма является НgА₁ (98-100%) и НвА₂ (до 2%), а также разновидность Нg - мышечный миоглобин.

Виды Нg отличаются друг от друга по степени химического сродства к О₂. Так, НgF в физиологических условиях имеет более высокое сродство к О₂, чем НвА. Эта важнейшая особенность НgF создает оптимальные условия для транспорта О₂ кровью плода.

3. Соединения гемоглобина

К основным соединениям гемоглобина относятся: ННg - восстановленный гемоглобин и НgСО₂ - соединение с углекислым газом (карбогемоглобин). Они в основном находятся в венозной крови и придают ей темно-вишневый цвет. Можно более точно определить присутствие в растворе ННg (дезоксиформа) методом спектрального анализа. Спектр ННg имеет одну широкую полосу поглощения в желто-зеленой части.

НgО₂ - оксигемоглобин - находится, в основном, в артериальной крови, придавая ей алый цвет. По данным спектрального анализа известно, что спектр НвО₂ имеет две узкие полосы поглощения в желто-зеленой части спектра. НgО₂ - чрезвычайно нестойкое соединение, его концентрация определяется парциальным давлением О₂ (рО₂): чем больше рО₂, тем больше образуется НgО₂ и наоборот. Все вышеперечисленные соединения гемоглобина относятся к физиологическим.

Однако, есть и патологические формы гемоглобина.

Карбоксигемоглобин (НgСО) - очень прочное соединение с угарным газом, обусловленное химическими свойствами угарного газа по отношению к Нg. Оказалось, что его родство к Нg в 400-500 раз больше, чем сродство О₂ к Нg. Поэтому при незначительном повышении концентрации СО в окружающей среде образуется очень большое количество НgСО. Если в организме находится много НgСО, то возникает кислородное голодание. Фактически О₂ в крови очень много, а клетки тканей его не получают, т.к. НgСО - прочное соединение с О₂. При спектральном определении НgСО спектр НgСО имеет аналогичные характеристики с НgО₂, т. е. две узкие полосы поглощения в желто-зеленой части спектра. В растворе НgСО имеет алую окраску.

Первая помощь при отравлении угарным газом - доступ свежего воздуха, создание высоких концентраций О₂ (кислородная подушка). В случаях тяжелых отравлений проводятся обменные переливания крови. При кислородном голодании в первую очередь поражается ЦНС, и прежде всего корковые нейроны.

Метгемоглобин (MetНg) - окисленная форма Нg, крови придает коричневую окраску, его можно обнаружить, используя метод спектрального анализа. В спектре выявляется одна дополнительная полоса поглощения в красной части спектра. Образуется MetНg при действии на Нg любым окислителями: нитраты, перекиси, перманганат калия, красная кровяная соль и т.д. Это стойкое соединение, потому что железо из ферроформы (Fe²⁺) переходит в ферриформу (Fe³⁺), необратимо связывающую О₂. При образовании в организме больших количеств MetНg также возникает кислородная недостаточность (гипоксия).

В физиологических условиях в организме тоже образуется небольшое количество метгемоглобина, так как ферроформа железа нестабильна и стремиться перейти в ферриформу. В эритроцитах присутствует специальный фермент - метгемоглобинредуктаза, которая постоянно переводит метгемоглобин в оксигемоглобин.

4. Жизненный цикл эритроцитов

Жизненный цикл эритроцитов включает в себя три периода:

1) Период созревания эритроцитов - эритропоэз.

2) Период, связанный с нахождением эритроцитов в кровяном русле и выполнением ими транспортной функции.

3) Разрушение эритроцитов - эритродиэрез.

Созревание эритроцитов - эритропоэз - происходит в клетках красного костного мозга, который находится в плоских и трубчатых костях (грудина, ребра, позвоночный столб, эпифиз трубчатых костей, череп). По теории Максимова, источником эритроцитов является единая материнская клетка, из которой образуются все клетки крови, причем в костном мозге одни клетки подвергаются пролиферации, т. е. размножаются, восполняя свои запасы, резервы в костном мозге, а другая группа клеток -дифференцируется, превращаясь в красные клетки крови - эритроциты. Чтобы развитие клеток шло по красному - эритроцитарному - ряду, необходимо наличие особого специфичного гормона-индуктора - эритропоэтина.

Рассмотрим процесс созревания эритроцитов - эритропоэз. Материнская клетка костного мозга получила название стволовой клетки. За стволовой клеткой идет клетка-предшественница, затем эритропоэтин-чувствительная клетка, на которую воздействует эритропоэтин через специальные рецепторы. Без эритропоэтина эритроциты не образуются.

По мере роста эритропоэтин-чувствительная клетка превращается в эритробласт. В этом типе клеток появляются первые глыбки гемоглобина. Эритробласт переходит в пронормоцит, пронормоцит - в нормоцит. Нормоциты существуют в виде базофильных, полихроматофильных, оксифильных формах, в зависимости от степени окрашивания основными или кислыми красками. Нормоцит переходит в ретикулоцит, у которого вместо ядра обнаруживается особая сетчатая структура. Поэтому, этот вид клеток получил название ретикулоцит, он занимает промежуточное место между ядерной и безъядерной формами эритроцитов.

Ретикулоцит превращается в эритроцит. После первичной дифференцировки и становления эритроидного ряда с красными клетками происходит ряд трансформаций, в результате которых клетки теряют ядра, митохондрии и другие цитоплазматические органеллы. Одновременно происходит увеличение синтеза гемоглобина в общем балансе синтеза белков. Кроме того, эритроциты приобретают характерную двояковогнутую форму, уменьшаются в размерах и выходят в кровяное русло.

Такой тип кроветворения получил название нормобластического. В периферической крови можно обнаружить только две последние формы эритроцитов, причем на долю ретикулоцитов может приходится не более 0,5-1%, то есть не более 10 ретикулоцитов на 1000 эритроцитов. Если в периферической крови появляются ядерные формы эритроцита, это свидетельствует о какой-то патологии, чаще всего, системы крови.

Зрелые эритроциты выбрасываются из клеток костного мозга в сосудистое русло с помощью электрического поля. Этот своеобразный вид транспорта получил название “экструзия”.

Затем начинается второй период жизненного цикла эритроцитов - выполнение транспортной функции. Как известно, время жизни эритроцитов в кровяном русле ограничено - 100-120 дней, что вероятно генетически обусловлено для каждого вида.

В процессе выполнения своей основной физиологической функции эритроциты “стареют” и затем разрушаются (эритродиэрез). Исследование процесса старения эритроцитов обнаружило многочисленные изменения в них. Так, при старении эритроцитов уменьшается гликолитическая активность, снижается содержание катионов К⁺, в мембране старых эритроцитов содержится меньше фосфолипидов, чем в мембране молодых эритроцитов. При старении уменьшается объем эритроцитов, их удельный вес, кислотная стойкость, изменяется величина поверхностного заряда. До настоящего времени не ясно, что является определяющим в разрушении эритроцитов: структурные ли изменения или изменение метаболизма? Не существует четкого представления о механизме деструкции эритроцитов. Распространенным является мнение, что уменьшение содержания АТФ в красных клетках крови приводит к сферуляции эритроцитов и к разрушению сфероцитов ретикулярной системой. Возможно, что деструкция эритроцитов зависит от нескольких факторов. Около 10% эритроцитов разрушается в сосудах, при этом имеет место механический тип гемолиза, то есть, клетки, ударяясь друг о друга или о стенки сосуда, подвергаются гемолизу.

90% эритроцитов разрушаются путем гемолиза в клетках ретикулярной системы, которая обладает способностью захватывать эритроциты и подвергать их разрушению. Эта ретикулярная ткань имеется практически во всех органах и тканях: в коже, подкожно-жировой клетчатке, наибольшие ее скопления обнаруживаются в селезенки и печени. Поэтому основная масса эритроцитов подвергается гемолизу именно в этих органах. Иногда селезенку образно называют “кладбищем эритроцитов”.

При разрушении эритроцита из него выходит Нg и все дальнейшие разрушения связаны с различными превращениями Нg. Сначала от Нg отщепляется железо, которое используется организмом для образования новых эритроцитов, синтеза некоторых ферментов и других процессов. Оставшаяся часть молекулы Нg, лишившейся железа, получила название гематопорфирин. Гематопорфирин претерпевает ряд изменений с образованием таких форм, как холиглобин, вердеглобин. Затем, как правило, в печени от Нg отщепляется его белковая часть - глобин, гидролизующаяся до аминокислот, которые также используется организмом, удовлетворяя энергетические и пластические потребности. Оставшаяся часть гема без железа и глобина называется биливердин - промежуточный продукт распада гема, являющийся желчным пигментом зеленоватого цвета. Затем биливердин переходит в следующий пигмент - билирубин, имеющий желтовато-красноватый цвет. Билирубин попадает в печень, где переводится в менее токсичное и более растворимое в воде соединение благодаря присоединению к себе глюкуроновой кислоты. Коньюгат билирубина и двух молекул глюкуроната, называется или прямым или связанным билирубином, который транспортируется вначале в желчь, потом по желчным путям в кишечник.

В кишечники коньюгаты билирубина гидролизуются и в результате действия бактериальной флоры билирубин превращается вуробилиноген (мезауробилиноген). Уробилиноген затем переходит в уробилин (мезауробилин). Часть уробилина выделяется с каловыми массами в виде стеркобилиногена, который окисляется до стеркобилина. Однако, основная уробилина часть подвергается обратному всасыванию тонком кишечнике и по портальной системе поступает в печень. Печень разрушает уробилин до декапирролов. Кроме того, часть уробилина в нижней трети толстого кишечника попадает в систему нижней полой вены, затем переносится в почки и выделяется с мочой. Ежедневно здоровый человек выделяет около 10-15 мг желчных пигментов с мочой.

Возникает вопрос “Зачем нужно знать схему пигментного обмена?”. Пигментный обмен необходимо знать для правильного установления вида желтухи. Накопление желчных пигментов в плазме крови в достаточных количествах придает желтушную окраску коже и слизистых. При всех видах желтух исследуются пигменты кала, мочи и крови. Причем каждая форма желтухи характеризуется специфическими нарушениями пигментного обмена (гемолитическая, механическая и паренхиматозная). Находящиеся в сыворотке крови коньюгаты билирубина с белками плазмы образуют непрямой, свободный билирубин.

Размещено на Allbest.ru