Состав крови
Различные компоненты, из которых состоит кровь. Плазма, лейкоциты, эритроциты, тромбоциты.
Введение
Если вы проколите свой палец или поцарапаете свое колено, вы увидите капельки крови. Может показаться, что эти капли состоят из однородной красной жидкости, похожей на пищевой краситель или краску. Однако если вы посмотрите на неё под микроскопом, то увидите, что ваша кровь на самом деле представляет собой смесь жидкости и клеток. И если бы вы могли ещё более увеличить масштаб, вы бы увидели, что в жидкости так же присутствует множество макромолекул (таких как белки) и ионов (таких как натрий). Все эти компоненты важны для роли, которую играет кровь в организме.
Что такое кровь?
Кровь, согласно определению, это жидкость, которая движется по сосудам системы кровообращения. У людей она включает в себя плазму (жидкую часть), клетки крови (в которые входят как красные, так и белые клетки) и фрагменты клеток, называемые тромбоцитами.
Плазма является основным компонентом крови и состоит в основном из воды, вперемешку с белками, ионами, питательными веществами и отходами.
Эритроциты отвечают за перенос кислорода и углекислого газа.
Тромбоциты отвечают за свертывание крови.
Лейкоциты являются частью иммунной системы и функционируют в иммунном ответе.
Клетки и тромбоциты составляют около 45% человеческой крови, в то время как плазма составляет остальные 55%. На приведенной ниже диаграмме показаны эритроциты, лейкоциты разных типов (крупные фиолетовые клетки) и тромбоциты.
Плазма
Плазму, жидкий компонент крови, можно изолировать, вращая пробирку заполненную кровью на высоких скоростях в центрифуге. Более плотные клетки и тромбоциты перемещаются к нижней части пробирки, образуя красный и белый слои, а плазма остается сверху, образуя желтый слой.
Плазма состоит на 90% из воды, а остальные 10% составляют ионы, белки, питательные вещества, отходы и растворенные газы. Ионы, белки и другие молекулы находящиеся в плазме, важны для поддержания кислотности крови и осмотического баланса, причем альбумин (основной белок в плазме человека), играет в этом особенно важную роль.
Некоторые молекулы, находящиеся в плазме, имеют более специализированные функции. Например, гормоны действуют как сигналы на дальние расстояния, антитела распознают и нейтрализуют патогены, а факторы коагуляции (свертывания крови) способствуют образованию кровяного тромба на месте ран. (Плазма, которая лишена фибриногена [факторов коагуляции], называется сывороткой крови). Липиды, такие как холестерин, также переносятся в плазме, но должны транспортироваться с сопровождающими белками, потому что они не растворяются в воде.
Красные кровяные клетки
Красные кровяные клетки или эритроциты, это специализированные клетки, циркулирующие по организму, и доставляющие кислород к тканям. У людей эритроциты небольшие и двояковогнутые (тоньше всего в центре, всего 7-8 мкм) и не содержат митохондрий или ядра, после созревания.
Эти характеристики позволяют эритроцитам эффективно выполнять свою задачу по транспортировке кислорода. Малый размер и двояковогнутая форма увеличивают отношение площади поверхности к объему, улучшая газообмен, а отсутствие ядра создает дополнительное пространство для гемоглобина – ключевого белка, используемого при транспортировке кислорода. Отсутствие митохондрий удерживает эритроциты от использования любого из атомов кислорода, который они переносят, максимизируя тем самым количество кислорода, доставляемого к тканям организма.
Модифицированная серповидная клетка
В легких, эритроциты поглощают кислород, и во время циркуляции по организму, они высвобождают кислород в окружающие ткани. Эритроциты также играют важную роль в транспортировке углекислого газа – отхода жизнедеятельности организма, из тканей обратно в легкие. Некоторые атомы углекислого газа связываются непосредственно с гемоглобином, а эритроциты также содержат фермент, который конвертирует углекислый газ в бикарбонат. Бикарбонат растворяется в плазме и транспортируется в легкие, где он конвертируется обратно в углекислый газ и высвобождается.
Средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет 120 дней. Старые или поврежденные эритроциты расщепляются в печени и селезенке, а новые производятся в костном мозге. Производство эритроцитов контролируется гормоном эритропоэтином, который выделяется почками в ответ на низкий уровень кислорода (в организме). Такой цикл обратной связи гарантирует, что количество эритроцитов в организме остается относительно постоянным на протяжении времени.
Тромбоциты и коагуляция
Кровяные пластинки, также называемые тромбоцитами, являются фрагментами клеток, участвующими в свертывании крови. Они производятся в то время, когда крупные клетки, называемые мегакариоцитами, разбиваются на кусочки, каждый из которых создаёт до 2000-3000 тромбоцитов, когда он разваливается. Тромбоциты имеют диско-образную неровную форму, диаметром около 2-4 мкм.
Когда повреждена оболочка кровеносного сосуда (например, если вы достаточно глубоко порезали свой палец, чтобы началось кровотечение), тромбоциты притягиваются к месту пореза, где они образуют липкую пробку. Тромбоциты начинают испускать сигналы, которые не только привлекают другие тромбоциты, заставляя их становиться липкими, но и активируют сигнальный каскад, который в конечном итоге конвертирует фибриноген – растворимый в воде белок, присутствующий в плазме крови, в фибрин (нерастворимый в воде белок). Фибрин образует волокна, которые укрепляют пробку тромбоцитов, создавая тромб, который предотвращает дальнейшую потерю крови.
Белые кровяные клетки
Белых клеток крови, также называемых лейкоцитами, гораздо меньше, чем эритроцитов, и они составляют менее 1% клеток в крови. Их роль тоже сильно отличается от роли эритроцитов: они в первую очередь участвуют в иммунных реакциях, распознавая и нейтрализуя оккупантов, таких как бактерии и вирусы.
Лейкоциты больше по размеру, чем эритроциты, и в отличие от лейкоцитов, у них есть ядро и митохондрии. Лейкоциты бывают пяти основных типов, и делятся на две разные группы, названные по свойству их выявления (по способности воспринимать красители) под микроскопом.
Одна группа, это гранулоциты, подразделяются на: нейтрофильные, эозинофильные и базофильные, каждые из которых имеют гранулы в своей цитоплазме, выявляемые в микроскопе при окрашивании.
Другая группа, агранулоциты, к ним относятся моноциты и лимфоциты, которые не имеют цитоплазмических гранул.
Каждый из типов лейкоцитов играет определенную роль в защите организма. Например, некоторые лейкоциты участвуют в поглощении и расщеплении патогенов, а другие распознают специфические микроорганизмы и запускают иммунные ответы против них. Различные типы лейкоцитов имеют разную продолжительность жизни, начиная от нескольких часов и заканчивая несколькими годами. Новые клетки производятся преимущественно в костном мозге (хотя некоторые из них производятся или созревают в тимусе, лимфоузлах и селезенке).
Стволовые клетки и гемопоэз
Эритроциты, лейкоциты и тромбоциты являются «потомками» общего предшественника: гемопоэтической стволовой клетки (ГСК) или гемоцитобласта.
Отличительной чертой стволовых клеток является то, что они делятся асимметрично. То есть одна дочерняя клетка остается стволовой клеткой того же типа, а другая дочерняя клетка приобретает новую идентичность. У ГСК (которые находятся в костном мозге), одна дочерняя клетка остается ГСК, а другая переходит в другой тип стволовых клеток: либо миелоидную стволовую клетку, либо лимфоидную стволовую клетку.
Гемопоэтическая система в костном мозге
Миелоидные стволовые клетки и лимфоидные стволовые клетки также делятся асимметрично, а их дочерние нестволовые клетки генерируют зрелые типы клеток крови. Миелоидные стволовые клетки приводят к появлению эритроцитов, тромбоцитов и некоторых типов лейкоцитов, а лимфоидные стволовые клетки дают начало лейкоцитам, классифицируемых как лимфоциты.
Гематопоэтические, миелоидные и лимфоидные стволовые клетки делятся на протяжении всей жизни человека, порождая новые клетки крови, чтобы заменять старые и изношенные.