Метаболизм и свойства мембран эритроцитов

Обмен веществ зрелых безъядерных эритроцитов направлен на обеспечение их функции как переносчиков кислорода, а также их участия в переносе

Глава 18. Функция крови 425

диоксида углерода. В связи с этим метаболизм эритроцитов отличается от метаболизма других клеток. Он должен прежде всего поддерживать способность эритроцита обратимо связывать кислород, для чего необходимо восстановление иона железа в составе гема. Двухвалентное железо в нем постоянно переходит в трехвалентное вследствие спонтанного окисления и, для того чтобы могло происходить связывание кислорода, Fe(III) должно быть восстановлено в Fe(II).

Содержащие ядро предшественники эритроцитов обладают обычным набором ферментов, необходимым как для получения энергии в результате окислительных процессов, так и для синтеза белков. В зрелых же эритроцитах может идти лишь гликолиз, основным субстратом которого служит глюкоза. Главным источником энергии в эритроцитах, как и в других клетках, является АТФ. Это вещество необходимо, в частности, для активного транспорта ионов через мембрану эритроцитов, т.е. для поддержания внутриклеточного градиента концентрации ионов. Наряду с синтезом АТФ в процессе гликолиза в эритроцитах происходит также образование восстановителей - НАДН (восстановленный никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФН (восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат, образующийся в пентозофосфатном цикле). НАДН используется для вышеупомянутого восстановления метгемоглобина в гемоглобин, способный связывать кислород, а НАДФН-для восстановления глутатиона. Легко окисляющийся глутатион защищает от окисления и инактивации ряд важных ферментов, содержащих SH-группы (в частности, ферменты, связанные с молекулой гемоглобина и клеточной мембраной).

Мембрана эритроцита представляет собой пластичную молекулярную мозаику, состоящую из белков, лило- и гликопротеинов и, возможно, чисто липидных участков. Толщина ее составляет около 10 нм; она примерно в миллион раз более проницаема для анионов, чем для катионов. Перенос веществ через мембрану совершается в зависимости от их химических свойств разными способами: либо гидродинамически (путем диффузии), когда вещества в виде раствора проходят через заполненные водой мембранные поры, либо, если вещества растворимы в жирах, путем проникновения через липидные участки. Некоторые вещества могут взаимодействовать со встроенными в мембрану молекулами-переносчиками, образуя с ними легкообратимую связь, и в дальнейшем либо пассивно, либо в результате так называемого активного транспорта проходить через мембрану (с. 14).

Особые физико-химические свойства эритроцитов

Пластичность. Нормальный эритроцит способен легко изменять свою форму под действием внешних сил. Именно благодаря этому эритроциты проходят через капилляры, внутренний диаметр которых

меньше поперечника свободного эритроцита (7,5 мкм). Вследствие такой пластичности эритроцитов относительная вязкость крови в мелких сосудах существенно меньше, чем в сосудах, диаметр которых намного превышает 7,5 мкм. Это свойство эритроцитов связано с наличием в них гемоглобина типа А (с. 606). При некоторых наследственных гемоглобинопатиях эритроциты становятся более жесткими, что ведет к нарушению кровотока.

Осмотические свойства. Содержание белков в эритроцитах выше, а низкомолекулярных веществ ниже, чем в плазме. Осмотическое давление, создаваемое высокой внутриклеточной концентрацией белков, в значительной степени компенсируется малой концентрацией низкомолекулярных веществ, поэтому осмотическое давление в эритроцитах лишь немногим выше, чем в плазме: величина его как раз достаточна для обеспечения нормального тургора этих клеток. Мембрана эритроцита в принципе проницаема для малых молекул и ионов (для разных в разной степени). По причине этой проницаемости ингибирование активного транспорта ионов (активно переносятся через мембрану Na⁺ и К⁺: Na⁺-m клетки, а К⁺ -в клетку; рис. 18.2) приводит к снижению их трансмембранных концентрационных градиентов. Высокое внутриклеточное содержание белков, которое при этом остается постоянным, перестает компенсироваться, и осмотическое давление в эритроците возрастает.

В результате вода начинает поступать в эритроцит; это продолжается до тех пор, пока его мембрана не лопнет и гемоглобин не выйдет в плазму. Процесс называется осмотическим (коллоидно-осмотическим) гемолизом. Если внеклеточная жидкость лишь умеренно гипотонична, эритроциты набухают и приобретают форму, близкую к сферической (сфероциты). Напротив, в гипертонической среде они теряют воду и сморщиваются (рис. 18.7).

Изучение осмотической резистеитности эритроцитов в средах с нарастающей гипотоничностью показало, что при ряде заболеваний (в частности, при некоторых видах анемий) их осмотическая резистентность изменяется. Из кривой на рис. 18.8 видно, что 50% эритроцитов здорового человека гемолизируются в растворе NaCl при его концентрации 4.3 г/л.

Осмотический гемолиз эритроцитов наступает также в изотонических растворах веществ, легко проникающих через их мембраны (например, в растворе мочевины). Мочевина равномерно распределяется между эритроцитом и внешней средой. Поскольку клеточная мембрана задерживает крупные молекулы внутри эритроцита, осмотическое давление в нем становится больше, чем во внешней среде; разница между внеклеточным и внутриклеточным осмотическим давлением в этом случае будет пропорциональна количеству поглощенной мочевины. В эритроцит начинает поступать вода, что принодит к разрыву мембраны. Гемолиз может наступить также в результате действия веществ, растворяющих жиры (например, хлороформа,

426 ЧАСТЬ V. КРОВЬ И СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ

Рис. 18.7. А. Нормальные эритроциты в форме двояковогнутого диска. Б. Сморщенные эритроциты в гипертоническом солевом растворе [5]

эфира и т.п.). Эти вещества вымывают липиды из мембраны эритроцита, оставляя в нем отверстия. Гемолитическое действие мыл, сапонинов и синтетических моющих веществ обусловлено тем, что они снижают поверхностное натяжение между водной и липидной фазами мембраны. Это приводит к эмульгированию жиров, вымыванию их из мембраны и образованию в ней отверстий, через которые выходит содержимое клетки.

Скорость оседания эритроцитов. Удельная масса эритроцитов (1096) выше удельной массы плазмы (1027), поэтому в пробирке с кровью, лишенной возможности свертываться, они медленно оседают на дно. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) у здорового мужчины за первый час составляет 3-6 мм, а у женщины-8-10 мм. При некоторых патологических состояниях (в частности, при воспалительных заболеваниях и при опухолях, сопровождающихся усиленным распадом тканей) СОЭ бывает повышена главным образом за счет тенденции эритроцитов образовывать агрегаты. Сопротивление таких агрегатов трению меньше, чем суммарное сопротивление составляющих их элементов, так как при образовании агрегатов снижается отношение поверхности к объему; в связи с этим они быстрее оседают.

На СОЭ влияет прежде всего белковый состав

плазмы крови. Эритроциты больного с повышенной СОЭ, как правило, оседают с нормальной скоростью в плазме крови той же группы от здорового человека. Напротив, эритроциты здорового индивида оседают в плазме больного с повышенной скоростью. СОЭ снижается при увеличении содержания в плазме альбумина и повышается при увеличении концентраций фибриногена, гаптоглобина, церулоплазмина и а- и ß-липопротеинов, а также парапротеинов - иммуноглобулинов, образующихся в избытке при некоторых патологических состояниях (см. учебники биохимии и иммунологии). Каждый из этих факторов может усиливать влияние другого. Белки плазмы, ускоряющие оседание эритроцитов, называются агломеринами. Тем, что альбумин и глобулины оказывают на СОЭ противоположные действия, объясняется давно известный эффект повышения СОЭ при сдвиге альбумин-глобулинового коэффициента в сторону увеличения количества глобулинов.

СОЭ повышается при значительном уменьшении числа эритроцитов (гематокрита), так как при этом снижается вязкость крови; при увеличении же гематокрита наблюдается обратная картина. Если форма эритроцитов либо изменена (например, при серповидноклеточной анемии), либо сильно варьирует (последнее состояние называется пойкилоцитозом и встречается, в частности, при пернициозной анемии), то агрегация эритроцитов подавляется и СОЭ снижается. Многие стероидные гормоны (эстрогены, глюкокортикоиды) и лекарственные вещества (например, салицилаты) вызывают повышение СОЭ.

Измерение СОЭ чаще всего производят по методу Вестергрена. Для этого шприцем на 2 мл, содержащим 0,4 мл 3,8%-ного раствора цитрата Na (для предупреждения свертывания), из локтевой вены берут 1,6 мл крови. Пробирку с внутренним диаметром 2,5 мм, отградуированную в миллиметрах на отрезке 200 мм (так называемую пробирку Вестергрена), заполняют полученным раствором до нулевой отметки и укрепляют в вертикальном положении Через некоторое время (обычно через I или 2 ч) отмечают высоту столбика жидкости, не содержащего эритроцитов (супернатанта).