ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ КРОВИ И КРОВООБРАЩЕНИЯ

Цельная кровь состоит из жидкой части (плазмы), содержащей соли и ряд других компонентов, и форменных элементов (кровяных телец). К последним относятся красные кровяные тельца (эритроциты), тромбоциты и белые кровяные тельца (лейкоциты). На долю форменных элементов приходится около 45% общего объема крови, а остальные 55% составляет плазма. К основным компонентам плазмы относятся Na⁺, К⁺, Р, Са^, глюкоза и белки — альбумины, глобулины, фибриноген, составляющие 6—7% объема плазмы. Фибриноген принимает участие в свертываемости крови. Альбумины и глобулины — высокомолекулярные соединения, практически не проходящие через полупроницаемую стенку капилляров, они способствуют поддержанию онкотического давления в кровяном русле. Это препятствует избыточному выходу жидкости в межклеточное пространство и является одним из механизмов поддержания водного баланса между кровью и тканями.

Поскольку содержание альбуминов в крови почти вдвое больше, чем глобулинов, они играют важную роль в поддержании онкотического давления крови, а также в связывании переносимых плазмой веществ — лекарственных препаратов, витаминов, гормонов и пигментов. Глобулины — антитела и защитные факторы организма. Белки плазмы выполняют функцию буферов, корректируя сдвиги кислотно-щелочного равновесия крови.

Важные компоненты крови — электролиты (Na, К, Са и Р), играющие существенную роль в возникновении биоэлектрических явлений.

Кроме особых функций кровь играет роль в процессах всасывания и переноса питательных веществ от пищеварительного тракта к тканям; переноса газов от легких к тканям и обратно; удаления метаболитов; транспорта гормонов; регуляции водного баланса тканей, pH и температуры тела; образования антител и других веществ, участвующих в борьбе с инфекцией.

Физические свойства крови. Кровь — вязкая жидкость с большим, чем у воды, удельным весом. Обмен жидкостью между тканью и кровью зависит от ее осмотического давления.

Количество плазмы крови у взрослого человека составляет в среднем 4,3—5% массы тела, т.е. около 3 л; на долю эритроцитов приходится примерно 2 л. Около 60—80% общего объема крови находится в венах, остальная часть — в полостях сердца, артериях и капиллярах.

Объем крови, как и других жидких сред, относительно постоянен. Кровопотеря сопровождается резким снижением объема крови, которое компенсируется выходом жидкости из тканевого пространства в кровь. При кровопотере включаются и другие механизмы, направленные на сохранение жидкости, например уменьшение испарения и выделения мочи. Потеря жидкой крови может быть восполнена обильным питьем, однако нормальная численность эритроцитов восстанавливается лишь через несколько дней.

Для изменения объема крови (плазмы) в кровоток вводят известное количество красителя (синька Эванса — Т 1824) и определяют его концентрацию после того, как он полностью смешается с циркулирующей кровью, но до того, как он из нее исчезнет. При этом вязкость крови примерно в 5 раз больше вязкости воды; на нее оказывает сильное влияние содержание эритроцитов и белков плазмы. При повышении вязкости увеличивается как сопротивление кровотоку, так и работа сердца. Удельный вес цельной крови зависит от числа эритроцитов и у человека колеблется от 1,0520 до 1,0610; он является одним из факторов, определяющих скорость оседания эритроцитов в цельной крови, помещенной в специальную пробирку. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) измеряют в мм/ч; она варьирует от 2 до 10. При некоторых заболеваниях СОЭ повышается.

Форменные элементы крови. К форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты и кровяные пластинки (тромбоциты). В 1 мм³ цельной крови содержится примерно 5 млн эритроцитов, 9000— 10 000 лейкоцитов и 300 тыс. тромбоцитов. Форменные элементы образуются в костном мозге, где они проходят несколько стадий клеточного деления, большинство исследователей признают, что форменные элементы происходят от одной недифференцированной стволовой клетки. Эта клетка дает начало четырем типам стволовых клеток, от которых в свою очередь происходят бластные клетки — предшественники зрелых форменных элементов. Из бластных клеток образуются юные формы клеток крови («циты»), превращающиеся в конечном счете в зрелые клетки. Зрелые эритроциты не имеют ядра, однако их предшественники — нормобласты, а также эритроциты более низкоорганизованных животных (птиц, рептилий) являются ядерными клетками. Нарушение развития эритроцитов может привести к состоянию эритробластоза плода, при котором у плода и новорожденного преобладают эритробласты, не развивающиеся в зрелые эритроциты.

Образование красных кровяных телец в костном мозге называется эритропоэзом. Эритропоэз регулируется гуморальными факторами; дефицит кислорода (гипоксия) вызывает повышение образования особого вещества, стимулирующего эритропоэз эритропоэтина (ЭРП). ЭРП представляет собой гликопротеин, вырабатываемый почками и циркулирующий в крови; действуя непосредственно на костный мозг, он стимулирует образование клеток эритроидного ряда (ретикулоцитов) и ускоряет их превращение в зрелые эритроциты.

Эритропоэз усиливается под действием андрогенов и гормонов коры надпочечников и уменьшается под влиянием эстрогенов. Образование эритроцитов зависит от достаточного поступления железа и белков, необходимых для синтеза гемоглобина, а также других веществ, например витаминов группы В и особенно В₁₂. Недостаток этих веществ и ряд других нарушений может привести к анемиям различного типа.

Средняя продолжительность жизни эритроцитов человека составляет 120 дней. Старые погибающие формы эритроцитов становятся хрупкими, мембрана разрывается, и клетка распадается; освобождающееся при этом железо вновь используется в костном мозге. Входящий в состав молекулы гемоглобина гем превращается в желчный пигмент билирубин, который впоследствии выводится печенью.

Гемолиз — разрыв эритроцитов с выходом содержащегося в них гемоглобина в плазму. Гемолиз наступает при замораживании, оттаивании и изменении осмотического давления крови. Гемолиз не происходит в растворе, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению крови; такие растворы называются изотоническими. Растворы с более низким осмотическим давлением называются гипотоническими, а с более высоким — гипертоническими. В гипотонических растворах эритроциты поглощают воду и разрываются; в гипертонических они теряют воду и сморщиваются.

Показателем прочности эритроцитов может быть их осмотическая резистентность в гипотонических растворах с известной концентрацией NaCl (концентрация изотонического раствора NaCl равна примерно 0,9%).

Эритроциты представляют собой двояковогнутые диски диаметром около 8,5 мкм. Такая форма и площадь поверхности способствуют максимальной диффузии и транспорту газов кровью. У взрослого мужчины число эритроцитов в кубическом миллиметре крови колеблется от 4 до 6 млн, составляя в среднем 5 млн, у женщин — в среднем около 4,5 млн.

На численность эритроцитов влияет ряд факторов: поступление железа, витаминов группы В, пищевого белка, гипоксия и мышечная работа. Недостаточное количество эритроцитов — признак анемии.

При макроцитарных и гиперхромных анемиях число эритроцитов уменьшено, но их размеры и содержание гемоглобина повышены — типичная картина пернициозной анемии, связанной с дефицитом внешнего фактора (витамин В₁₂) или внутреннего фактора, вырабатываемого слизистой оболочкой желудка.

Апластическая анемия связана с нарушением костномозгового кроветворения; может появиться в результате чрезмерного рентгеновского облучения или под действием неизвестных причин.

Серповидноклеточная анемия характеризуется неправильной формой эритроцитов и нарушением транспорта кислорода; эта форма анемии является наследственной.

Из-за пониженного количества гемоглобина при анемиях ухудшается снабжение тканей кислородом. Для больных анемией характерна слабость, быстрая утомляемость. При полицитемии, наблюдающейся в результате обезвоживания или гиперфункции костного мозга, число эритроцитов повышено. Оно значительно увеличивается также при гипоксии или пребывании в высотных районах, однако в норме при адаптации к высоте число эритроцитов уменьшается и может стать таким же, как и на уровне моря.

Тромбоциты бывают красными и белыми кровяными тельцами. Они являются частями специальных кровяных телец и формируются в костном мозге. Тромбоциты играют важную роль в обновлении поврежденных кровяных телец и сворачивании крови, например, при порезе. Когда кровяные сосуды повреждены, тромбоциты останавливают кровь. Они образуют слипшуюся корочку. Поврежденные тромбоциты заново формируются в костном мозге.

Тромбоциты (кровяные пластинки) человека представляют собой безъядерные цитоплазматические образования диаметром 2—4 мкм, развивающиеся из мегакариоцитов. Содержание тромбоцитов в крови варьирует от 200 тыс. до 400 тыс. в 1 мм³. Тромбоциты играют роль в остановке кровотечения (свертывания крови).

При свертывании крови образуется плотный сгусток из нитей фибрина (тромб). Фибрин представляет собой нерастворимый белок, образующийся из фибриногена в результате его активации ферментом тромбином; последний в свою очередь образуется из протромбина под действием ряда ускоряющих факторов.

Прозрачная сыворотка крови, лишенная, как и плазма, форменных элементов, не содержит белка фибриногена, израсходованного на образование сгустка.

Время свертывания крови. Под временем свертывания понимают промежуток времени, в течение которого кровь, помещенная в пробирку при температуре 37 °С, образует сгусток; в норме оно равно 3—8 мин. Лучшим показателем свертываемости служит протромбиновое время, т.е. время, за которое происходит свертывание крови при добавлении к ней известного количества кальция и тромбопластина. В норме протромбиновое время составляет 12—17 с. У лиц с недостатком некоторых факторов этот показатель увеличен.

Свертыванию крови препятствуют антикоагулянты. Некоторые вещества (оксалаты и цитраты) в пробирке предупреждают образование сгустка, удаляя (осаждая) кальций из крови. Образующийся в организме гепарин в норме препятствует свертыванию, подавляя активность тромбина, протромбина и тромбопластина. Для нормального свертывания необходим витамин К. Дикумарин — вещество, впервые найденное в доннике, препятствует утилизации витамина К и нарушает образование протромбина. Гепарин и дикумарин не дают при введении никаких побочных эффектов, тогда как введение в организм цитратов и оксалатов, осаждающих кальций, может приводить к серьезным осложнениям.

Функции тромбоцитов: принимают активное участие в процессе свертывания крови и фибринолиза; выполняют защитную функцию за счет склеивания (агглютинации) бактерий и фагоцитоза; вырабатывают ферменты (амилолитические, протеолитические и др.); оказывают влияние на состояние гистогематических барьеров, изменяя проницаемость стенки капилляров за счет выделения в кровоток серотонина и особого белка — протеина S.

Группы крови. В 1901 г. австрийский исследователь Ландштейнер установил существование в эритроцитах людей агглютиногенов (склеиваемое агглютинируемое вещество) и предположил наличие в сыворотке соответствующих агглютининов (склеивающее — агглютинирующее вещество). Были обнаружены два агглютиногена и два агглютинина. Первые обозначаются буквами латинского алфавита А и В, вторые — буквами греческого алфавита (альфа) и (бета). Агглютиногены — сложные вещества (гликолипиды), в их составе обнаружены углеводный и жироподобный компоненты. Агглютинины — белки глобулиновой фракции. Агглютинация происходит в том случае, если в крови человека встречается агглютиноген с одноименным агглютинином. В результате агглютинации эритроцитов и последующего их гемолиза (разрушения) развивается тяжелое осложнение — гемотрансфузионный шок, который может привести к смерти.

Резус-фактор (Rh-фактор) открыт Ландштейнером и Винером в 1940 г. с помощью сыворотки, полученной от кроликов, которым предварительно вводили эритроциты макак резусов. Идентичность нового фактора эритроцитов человека с эритроцитами макак резусов позволила дать ему название «резус-фактор» (Rh). Люди, в крови которых содержится резус-фактор, являются резус-положительными (Rh+), при отсутствии этого фактора — резус-отрицательными (Rh-).

Резус-агглютиноген находится в эритроцитах, не зависит от пола и возраста. В отличие от агглютиногенов А и В резус-фактор не имеет соответствующих агглютининов в сыворотке.

Резус-фактор следует учитывать при повторных переливаниях (гемотрансфузиях) крови. Если кровь резус-положительного донора перелить резус-отрицательному реципиенту, то в организме последнего начнут образовываться специфические антитела по отношению к резус-фактору (антирезус-агглютинины). При повторных гемотрансфузиях резус- положительной крови реципиенту у него разовьется тяжелое осложнение — резус-конфликт.

Перед переливанием крови необходимо выяснить, совместима ли кровь донора и реципиента по резус-фактору, и резус-отрицательным реципиентам вливать только резус-отрицательную кровь.

Несовместимость крови по резус-фактору играет определенную роль в происхождении гемолитических анемий плода и новорожденного (уменьшение количества эритроцитов в крови вследствие гемолиза) и, возможно, в гибели плода во время беременности.

Переливание крови (гемотрансфузия) в нашей стране получило широкое распространение. Организована сеть станций переливания крови, где хранят запасы крови и производят ее забор у лиц, пожелавших сдать кровь. В дальнейшем кровь донора переливают лицам, которым это необходимо: при больших кровопотерях, при отравлениях, с целью остановки кровотечения, повышения сопротивляемости организма болезнетворным микробам и по многим другим медицинским показаниям.

Переливание крови осуществляется при наличии стерильной системы для переливания крови. За процессом переливания крови обязательно следит врач. Перед переливанием определяют группу крови донора и реципиента, Rh-принадлежность крови, ставят пробу на индивидуальную совместимость. Кроме того, в процессе переливания крови производят пробу на биологическую совместимость.

Переливание крови осуществляют в зависимости от показаний ка- пельно (со скоростью 40—60 капель в минуту) или струйно. Во время переливания крови врач следит за состоянием реципиента и при ухудшении состояния больного (озноб, боль в пояснице, слабость и т.д.) гемотрансфузию прекращает.

Гемоглобиногенные пигменты. Гемоглобин — это кислород, переносящий пигмент эритроцитов. В легких он связывает кислород, а в тканях отдает его. Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц, каждая из которых содержит гем- и железосодержащее производное порфирина. Это производное связано с более сложной полипептидной структурой, часто называемой глобиновой частью молекулы. В нормальной крови человека присутствуют преимущественно два типа гемоглобина: тип А у взрослых и тип F у плода. Найдены и другие (аномальные) разновидности гемоглобина.

Миоглобин. В скелетной и сердечной мышцах находится мышечный гемоглобин — миоглобин. Его простетическая группа гем-идентична гему молекулы гемоглобина крови, а белковая часть — глобин обладает меньшей молекулярной массой, чем белок гемоглобина. Миоглобин человека связывает до 14% общего количества кислорода в организме. Он играет важную роль в снабжении кислородом работающих мышц.

Гемоглобин синтезируется в клетках красного костного мозга. Для нормального синтеза гемоглобина необходимо достаточное поступление железа. Разрушение молекулы гемоглобина осуществляется преимущественно в клетках мононуклеарной фагоцитарной системы (ретикуло- эндотелиальной системы), к которой относятся печень, селезенка, костный мозг, моноциты. При некоторых заболеваниях крови обнаружены гемоглобины, отличающиеся по химической структуре и свойствам от гемоглобина здоровых людей. Эти виды гемоглобина получили название аномальных гемоглобинов. Гемоглобин выполняет свои функции лишь при условии нахождения его в эритроцитах. Если по каким-то причинам гемоглобин появляется в плазме (гемоглобинемия), то он не способен выполнять свои функции, так как быстро захватывается клетками мононуклеарной фагоцитарной системы и разрушается, а часть его выводится через почечный фильтр (гемоглобинурия). Появление в плазме большого количества гемоглобина увеличивает вязкость крови, повышает величину онкотического давления, что приводит к нарушению движения крови и образованию тканевой жидкости.

Регуляция активной реакции крови или кислотно-щелочного состояния связана с тем, что гемоглобин обладает буферными свойствами. Гемоглобин, присоединивший к себе кислород, превращается в оксиге- моглобин (НЬ0₇). Кислород с гемом гемоглобина образует непрочное соединение, в котором железо остается двухвалентным (ковалентная связь). Гемоглобин, отдавший кислород, называется восстановленным, или редуцированным, гемоглобином (НЬ). Гемоглобин, соединенный с молекулой углекислого газа, называется карбгемоглобин (НЬС0₂). Углекислый газ с белковым компонентом гемоглобина также образует легко распадающееся соединение.

Гемоглобин может входить в соединение не только с кислородом и углекислым газом, но и с другими газами, например с угарным газом (СО). Гемоглобин, соединенный с угарным газом, называется карбок- сигемоглобин (НЬСО). Угарный газ, так же как и кислород, соединяется с гемом гемоглобина. Карбоксигемоглобин является прочным соединением, он очень медленно отдает газ. Вот почему отравление угарным газом крайне опасно для жизни.

При некоторых патологических состояниях, например при отравлениях фенацетином, амил- и пропилнитритами, в крови появляется прочное соединение гемоглобина с кислородом — метгемоглобин, в котором молекула кислорода присоединяется к железу гема, окисляет его, и железо становится трехвалентным (MetHb). В случаях накопления в крови больших количеств метгемоглобина транспорт кислорода к тканям становится невозможным, и человек погибает.

Лейкоциты — белые кровяные тельца, бесцветные клетки, содержащие ядро и протоплазму размером 8—20 мкм.

В крови здоровых людей в состоянии покоя количество лейкоцитов колеблется в пределах от 6,0x10⁹/л — 8,0х10⁹/л (6000—8000 в 1 мм³). Многочисленные исследования, проведенные в последнее время, указывают на несколько больший диапазон этих колебаний 4х10⁹/л— 10х 10⁹/л (4000—10 000 в 1 мм³).

Увеличение количества лейкоцитов в крови называется лейкоцитозом, уменьшение — лейкопенией.

Лейкоциты делятся на две группы: зернистые (гранулоциты) и незернистые (агранулоциты).

Зернистые лейкоциты отличаются от незернистых тем, что их протоплазма имеет включения в виде зерен, которые способны окрашиваться различными красителями. К гранулоцитам относятся нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Нейтрофилы по степени зрелости делятся на миелоциты, метамиелоциты (юные нейтрофилы), палочкоядерные и сегментоядерные. Основную массу в циркулирующей крови составляют сегментоядерные нейтрофилы (51—67%). Палочкоядерных может содержаться не более 3—6%. Миелоциты и метамиелоциты (юные) в крови здоровых людей не встречаются.

Агранулоциты не имеют в своей протоплазме специфической зернистости. К ним относятся лимфоциты и моноциты. В настоящее время установлено, что лимфоциты морфологически и функционально неоднородны. Различают Т-лимфоциты (тимусзависимые), созревающие в вилочковой железе, и В-лимфоциты, образующиеся в пейеровых бляшках (скоплениях лимфоидной ткани в кишечнике). Моноциты образуются в костном мозге и лимфатических узлах. Между отдельными видами лейкоцитов существуют определенные соотношения. Процентное соотношение между отдельными видами лейкоцитов получило название лейкоцитарной формулы.

При ряде заболеваний характер лейкоцитарной формулы меняется. Так, например, при острых воспалительных процессах (острый бронхит, воспаление легких) увеличивается количество нейтрофильных лейкоцитов (нейтрофилия). При аллергических состояниях (бронхиальная астма, сенная лихорадка) возрастает содержание эозинофилов (эозино- филия). Эозинофилия наблюдается при глистных инвазиях. Для вяло текущих хронических заболеваний (ревматизм, туберкулез) характерно увеличение количества лимфоцитов.

Лейкоциты обладают рядом важных свойств: амебовидной подвижностью, диапедезом, фагоцитозом. Амебовидная подвижность — это способность лейкоцитов к активному передвижению за счет образования протоплазматических выростов — ложноножек (псевдоподий). Под диапедезом следует понимать свойство лейкоцитов проникать через стенку капилляра. Кроме того, лейкоциты могут поглощать и переваривать инородные тела и микроорганизмы. Это явление, изученное и описанное И.И. Мечниковым, получило название фагоцитоза. Фагоцитоз протекает в четыре фазы: приближение, прилипание (аттракция), погружение и внутриклеточное переваривание (собственно фагоцитоз).

Лейкоциты, поглощающие микроорганизмы, называют фагоцитами (от греч.phagein — пожирать). Лейкоциты поглощают не только попавшие в организм бактерии, но и отмирающие клетки самого организма. Передвижение (миграция) лейкоцитов к очагу воспаления обусловлено рядом факторов: повышением температуры в очаге воспаления, сдвигом pH в кислую сторону, существованием хемотаксиса (движение лейкоцитов по направлению к химическому раздражителю — положительный хемотаксис, а от него — отрицательный хемотаксис). Хемотаксис обеспечивается продуктами жизнедеятельности микроорганизмов и веществами, образующимися в результате распада тканей.

Нейтрофильные лейкоциты, моноциты и эозинофилы — это фагоциты, лимфоциты тоже обладают фагоцитарной способностью.

Важнейшая функция лейкоцитов — защитная. Лейкоциты способны вырабатывать специальные вещества — лейкины, которые вызывают гибель микроорганизмов, попавших в организм человека. Некоторые лейкоциты (базофилы, эозинофилы) образуют антитоксины — вещества, обезвреживающие продукты жизнедеятельности бактерий и обладающие дезинтоксикационным свойством. Лейкоциты способны к выработке антител — веществ, нейтрализующих действие ядовитых продуктов обмена микроорганизмов, попавших в организм человека. При этом продукция антител осуществляется преимущественно В-лимфо- цитами после взаимодействия их с Т-лимфоцитами. Т-лимфоциты участвуют в клеточном иммунитете, обеспечивая реакцию отторжения трансплантата (пересаженного органа или ткани). Антитела могут длительное время сохраняться в организме как составная часть крови, поэтому повторное заболевание человека становится невозможным. Такое состояние невосприимчивости к заболеваниям получило название иммунитета. Следовательно, играя существенную роль в выработке иммунитета, лейкоциты (лимфоциты) выполняют защитную функцию. Наконец, лейкоциты (базофилы, эозинофилы) участвуют в свертывании крови и фибринолизе.

Лейкоциты выполняют и ферментативную функцию. Они содержат различные ферменты (протеолитические — расщепляющие белки, липолитические — жиры, амилолитические — углеводы), необходимые для осуществления процесса внутриклеточного пищеварения.