ĆWICZENIE 11

Temat: FIZJOLOGIA UKŁADU CZERWONOKRWINKOWEGO

1. ROLA KRWI W ORGANIZMIE

• transportuje tlen z płuc do tkanek

• transportuje dwutlenek węgla z tkanek do płuc

• transportuje do wszystkich tkanek produkty energetyczne i budulcowe wchłonięte z przewodu pokarmowego

• transportuje wchłonięte z tkanek produkty przemiany materii do nerek, gdzie są one wydalane z organizmu z moczem

• transportuje hormony syntetyzowane w organizmie i witaminy wchłonięte w przewodzie pokarmowym

• wyrównuje ciśnienie osmotyczne we wszystkich tkankach

• wyrównuje stężenie jonów wodorowych, czyli pH, we wszystkich tkankach

• wyrównuje różnice temperatur występujące pomiędzy poszczególnymi narządami i tkankami

• tworzy zaporę przed inwazja drobnoustrojów, które po dostaniu się do środowiska wewnętrznego są stale pożerane przez krwinki białe

• eliminuje za pomocą przeciwciał i układu dopełniacza substancje obce, szczególnie o charakterze białkowym, np. produkty przemiany drobnoustrojów - toksyny

2. MORFOLOGIA KRWINEK CZERWONYCH

• 
  żyją 120 dni

• T1/2 = 28 dni

• wytwarzane w szpiku kostnym czerwonym

• średnica około 7,5 µm

• mają kształt dwuwklęsłego dysku, są bezjądrzaste o grubości ok. 2 µm

• w wąskich naczyniach mogą się wyginać w kształcie „rogalika”, zwróconego wypukłą częścią w kierunku przepływu

• są lekko owalne, z przejaśnieniami w strefie środkowej, która jest cieńsza

• KURCZĄ SIĘ w roztworach o ciśnieniu osmotycznym wyższym niż w prawidłowym osoczu

W niedokrwistościach spowodowanych niedoborem wit. B12 i/lub niedoborem kwasu foliowego erytrocyty są większe - MAKROCYTY, a w niedoborach żelaza są mniejsze - MIKROCYTY.

Erytrocyty małe, kuliste (bez przejaśnienia w środkowej części) - SFEROCYTY - w niedokrwistości hemolitycznej wrodzonej, tzw. SFEROCYTOZIE przedwcześnie ulegają hemolizie

3. HEMATOKRYT

• LICZBA HEMATOKRYTOWA - stosunek objętości krwinek czerwonych do całkowitej objętości krwi

• u mężczyzn : 40,0 - 54,0% [g/dL]

• u kobiet: 37,0 - 47,0% [g/dL]

• w pierwszym tygodniu życia: ok. 52%

• po kilku tygodniach życia: ok.42%

• po kilku miesiącach: ok 39% i stopniowo wzrasta do wartości u dorosłych

Jest niższy u kobiet ciężarnych (niedokrwistość pozorna) i w czasie intensywnego wysiłku fizycznego (spowodowane jest to zmniejszeniem objętości osocza).

Nadmierny wzrost liczby erytrocytów może być:

a) względny - zagęszczenie spowodowane np. wymiotami, biegunką

b) bezwzględny - nadmierne wytwarzanie erytrocytów wywołane niedotlenieniem tkanek, czerwienica prawdziwą ( na tle nowotworowej erytropoezy)

4. WARTOŚCI SŁUŻĄCE DO OCENY ERYTROCYTÓW

MCV (średnia objętość erytrocytów)

u dorosłych: 80 - 96 fL

u dzieci: 78 - 90 fL

MCH ( średnia masa Hb w erytrocycie)

u dorosłych: 27,5 - 33,2 pg/E

u dzieci: 25 - 30 pg/E

MCHC (średnie stężenie Hb w erytrocycie)

u dorosłych: 33,4 - 33,5 g/dL

RBC ( liczba erytrocytów na 1L krwi)

u mężczyzn: 4,5 - 5,9 *10¹²/L

średnio u mężczyzn: 5,4 * 10⁶/µL

u kobiet: 4,5 - 5,1 * 10¹²/L

średnio u kobiet: 4,8 * 10⁶/µL

u noworodków: 5 - 6 mln/ mm3

u niemowląt: 3,4 - 4,5 mln/ mm3

u starszych dzieci: 4 - 4,5 mln/ mm3

RDW (wskaźnik anizocytozy erytrocytów)

11,5 - 14,5 %

5. HEMOGLOBINA

• 
  wartość u mężczyzn: 16g/dL

• wartość u kobiet: 14 g/dL

• Budowa:

- białko sferyczne, w którego skład wchodzą 4 podjednostki hemu i globina

- łańcuchy polipeptydowe w globinie:

a) łańcuch α - 141 reszt aminokwasowych

b) łańcuch β - 146 reszt aminokwasowych

• Hb może zmieniac swoją konformację ze stanu ścisłego - T (zmniejszona odległość między dimerami, małe powinowactwo do tlenu) do rozluźnionego - R (zwiększona odległość między dimerami, duże powinowactwo do tlenu)

• Rodzaje Hb:

1. HbA₁ - 97% (α₂ ; β₂)

2. HbA₂ - 2,5% (α_{2 ;} δ₂)

3. HbF - płodowa - 90% ogólnej Hb u noworodków

• w 6 m- cu w ilościach śladowych

• α₂ ; γ₂

HbA₁ - glikozylowana - ilości śladowe (jej ilość wzrasta w cukrzycy)

HEMOGLOBINOPATIE:

- synteza nieprawidłowego łańcucha polipeptydowego globiny ( np. niedokrwistośc sierpowata)

- α i β talasemia

6. WIĄZANIE TLENU CZĄSTECZKOWEGO W HEMOGLOBINIE

• Hb utlenowana ( bo Fe⁺² - jon żelazawy - nie zmienia swojej wartościowości) - Hb₄O₈

• Karbaminohemoglobina - Hb + CO₂

• Methemoglobina - Hb + Fe⁺³(jon żelazowy) - nie ma zdolności transportu tlenu

• ma ciemne zabarwienie

• nie ma właściwości toksycznych

• dopuszczalna norma w organizmie: 0,7 - 1, 7%

• efekt nadmiernego spożycia azotynów

• gdy jest jej bardzo dużo, skóra nabiera ciemnej barwy, przypominającej sinicę

• w warunkach fizjologicznych tylko niewielka ilość HB utlenia się do Methemoglobiny

• dzięki obecności w erytrocytach enzymów, układu reduktazy methemoglobinowej, NADH methemoglobina zostaje z powrotem zmieniona na Hb - brak tych enzymów jest jedną z przyczyn wrodzonej methemoglobinemii

• Stopień wysycenia Hb (równowaga między wiązaniem tlenu przez Hb a uwalnianiem go przez oksyhemoglobinę) tlenem zależy od:

1. 
   prężności tlenu (pO₂) - wzrost prężności = wzrost wysycenia (przy pO₂ = 12,7 kPa -wysycenie = 97,5%)

2. temperatury - spadek powoduje wzrost wysycenia

3. pCO₂ - wzrost powoduje spadek wysycenia

4. pH - wzrost powoduje wzrost wysycenia

5. w naczyniach włosowatych gdy pO₂ wzrasta, temperatura = 35^°C, rośnie pH, a pCO₂ maleje, to wysycenie wynosi prawie 100%

f) rola bisfosfoglicerynianu- 2,3 DPG (difosfoglicerynian) odgrywa najważniejszą rolę w powinowactwie Hb do tlenu; miejsca jego wiązania - między 2 łańcuchami β; gdy ulegną zerwaniu, wzrasta powinowactwo Hb do tlenu;

W warunkach niedotlenienia w organizmie zwiększa się synteza 2,3-bisfosfoglicerynianu (BPG). Substancja ta, powstająca z 1,3-bisfosfoglicerynianu będącego produktem pośrednim glikolizy ma właściwość wiązania się z tetramerem hemoglobiny znajdującym się w stanie T i stabilizowania go.

W stanie T konformacja łańcuchów hemoglobiny umożliwia wniknięcie między nie jednej cząstki BPG, która następnie wytwarza po trzy (w sumie sześć) wiązań poprzecznych z każdym z łańcuchów β, a dokładniej z posiadającymi dodatni ładunek resztami waliny w pozycji NA1, lizyny EF6 oraz histydyny H21. Te dodatkowe wiązania utrudniają przejście ze stanu T o niższym powinowactwie do tlenu do stanu R, w którym hemoglobina jest mniej skłonna do uwalniania tlenu.

Ciekawym przystosowaniem ewolucyjnym jest zamiana histydyny H21 na serynę w łańcuchu γ, który zastępuje łańcuch β w hemoglobinie płodowej HbF. Dzięki temu BPG ma mniejszy wpływ na hemoglobinę płodową, a co za tym idzie przy niższym stężeniu tlenu HbF ma do niego większe powinowactwo niż HbA. Efekt ten umożliwia wymianę gazową między krwią płodu, a krwią matki zachodzącą w łożysku.

7. WYMIANA HAMBURGERA

• wnikanie jonu chlorkowego na miejsce wychodzącego z krwinki anionu wodorowęglanowego

• jony te przechodzą przez kanał anionowy utworzony w błonie erytrocytów przez białka prążka 3

• zwiększenie stężenia anionów chlorkowych w erytrocytach powoduje przesunięcie krzywej dysocjacji w prawo ( spadek wysycenia)

8. TRANSPORT DWUTLENKU WĘGLA

• na drodze fizycznej (rozpuszczone) i chemicznej (związane)

• 6% - na drodze fizycznej; 84% - w postaci wodorowęglanów; 10% - w postaci karbaminianów

• CO₂ związany z aminokwasami końca N białek tworzy KARBAMINIANY

• ok. 70% transportuje osocze w postaci:

a) dwuwęglanów

b) karbaminianów

c) rozpuszczonej

• ok. 30% transportują erytrocyty w postaci:

a) dwuwęglanów

b) rozpuszczonej

Hemoglobina transportuje około 15% z ogólnej ilości CO₂ przenoszonego przez krew. W momencie gdy z cząstki hemoglobiny zostaje uwolniony tlen, dwutlenek węgla wchodzi w reakcję z grupą α-aminową globiny, tworząc karbaminian, jednocześnie w wyniku tej reakcji powstają wolne protony równoważące protony zużywane w płucach przez efekt Bohra (dwa mole protonów na każdy mol CO₂). W wyniku powstania karbaminianu zmienia się ładunek grup na końcach łańcuchów globiny, co umożliwia tworzenie wiązań poprzecznych i przejście do stanu T.

W płucach natomiast, w momencie gdy dochodzi do przejścia ze stanu T do stanu R, w wyniku rozerwania wiązań poprzecznych, uwolnione zostają protony z atomów azotu pierścieni imidazolowych histydyny znajdującej się w pozycji HC3 (His 146) na łańcuchach β. Łączą się one z wodorowęglanami, co prowadzi do powstania kwasu węglowego, rozkładanego następnie przez anhydrazę węglanową zawartą w erytrocytach na wodę i dwutlenek węgla usuwany z krążenia.

W tkankach występuje niższe pH niż w płucach, w związku z czym protony wiążą się z histydyną HC3, sprzyjając przejściu hemoglobiny ze stanu T do stanu R.

9. EFEKT HALDANE'A

• ułatwione wiązanie CO₂ po odłączeniu tlenu od oksyhemoglobiny

• utrata tlenu przez oksyhemoglobinę powoduje oddawanie jonów H⁺, ponieważ Hb jest słabszym kwasem. Jch miejsce zajmują jony K⁺. Powstaje H₂CO₃^- i ułatwia wiązanie CO₂ w postaci HCO₃^-

• w płucach zachodzi reakcja przeciwna

10. KATABOLIZM HEMOGLOBINY

Hemoglobina Hem biliwerdyna

globina

żelazo bilirubina lumirubina

aminokwasy

powrót do osocza, urobilina i

do syntezy Hb sterkobilina

wiąże się w wątrobie

z kw. glukuronowym

wydalana z żółcią

do dwunastnicy

11.ŻELAZO

• niezbędne do budowy Hb oraz enzymów, np. cytochromów, katalazy, peroksydazy

• wartość u mężczyzn: 4g

• wartość u kobiet: 3,5g

• dzienne zapotrzebowanie: 30 - 36 mg

• pokarm zawiera 12 - 15 mg Fe⁺³, z czego 1/3 zostaje wchłaniana, a wydalone zostaje 0,5 - 1,5 mg/ dobę

• rozpad dzienny erytrocytów dostarcza 12 - 25 mg żelaza

• żelazo zapasowe: 1 - 1,5 g

• erytropoeza pochłania 20 - 36 mg żelaza na dobę

• RECEPTORY TRANSFERRYNOWE - na powierzchni białka we wszystkich komórkach; wiążą żelazo z zewnatrz komórki i przenoszą je do wewnątrz przy udziale (lub bez) transferryny;

• TRANSFERRYNA - wiąże 2 czasteczki żelaza; tylko 1/3 ulega saturacji, pozostałe 2/3 nie są związane z żelazem

• FERRYTYNA - białko magazynujące Fe⁺³; głównie w wątrobie, śledzionie, szpiku, erytrocytach, przewodzie pokarmowym oraz w osoczu; zbudowane z 24 podjednostek L lub H (im więcej H, tym trwalsze wiazanie Fe⁺²); gdy żelazo połączy się z białkiem wiążącym żelazo - APOFERRYTYNĄ - tworzy się FERRYTYNA

Żelazo w organizmie:

a) 60% żelaza w naszym organizmie jest związana z hemem

b) 20% jest zmagazynowane w komórce w postaci FERRYTYNY (Fe⁺³) lub HEMOSYDERYNY

c) 10% związane z enzymami

d) 0,15% w połączeniu z TRANSFERYNĄ (Fe⁺²) we krwi

12. ZNACZENIE KWASU FOLIOWEGO I WITAMINY B12 W ROZWOJU I DOJRZEWANIU KRWINEK CZERWONYCH

• potrzebne do prawidłowej syntezy DNA w puli komórek pnia i komórkach dzielących się układu erytrocytarnego

• witamina B₁₂ (kobalamina)

• dzienne zapotrzebowanie : ok. 5- 7 μg

• dzienne straty z moczem: ok. 0,1 - 0,2 μg

• zmagazynowana w ilości 3 mg wystarcza na 3 - 5 lat)

Zawartość kobalaminy we krwi: 118 - 164 pmol/L;

ilość ta zmniejsza się w :

a) chorobie Addisona - Biermera

b) zespołach złego wchłaniania

c) kilkuletnim niedoborze pokarmowym

• transport do krwi:

1)w żołądku kobalamina wiąże się ze swoistym bia/łkiem R

2) IF (czynnik wewnętrzny Castle'a) - potrzebny do jej wchłaniania w przewodzie pokarmowym, glikoproteina wydzielana przez komórki okładzinowe błony śluzowej żołądka; wymaga obojętnego pH i obecności Ca⁺²

3) proteazy trzustkowe odłączają białko R i wiążą kobalaminę z IF

4) połączenie kompleksu z receptorem, znajdującym się w błonie komórkowej enterocytów

5) wchłanianie w jelicie cienkim

6) we krwi wiązanie kobalaminy z białkami osocza( transkobalaminą I, II, III)

• znaczenie:

a) wchodzi w skład enzymu - transferazy - 5 - metylotetrahydrofolianowej, w obecności której dochodzi do powstanie aktywnej postaci kwasu foliowego

b) ułatwia przyswajanie folianów przez komórki

• kwas foliowy

a) wchłaniany w dwunastnicy i jelicie cienkim

b) zapotrzebowanie: 50 μg/ dobę

c) ilość zmagazynowana w wątrobie pokrywa zapotrzebowanie na 4 m- ce

13. ERYTROPOEZA

CFU- S BFU- E CFU- E

(jądrzaste komórki (komórka krwiotwórcza (komórka krwiotwórcza

regulujące erytropoezę) ukierunkowana linii ukierunkowana linii

erytrocytów wczesnego erytrocytów późnego

stadium) stadium)

PROERYTROBLAST

(dużo receptorów wrażliwych na erytropoetynę; okrągłe jądro;

1 - 2 jąderek; rozproszona chromatyna; mitochondria;

AG; polisomy; mało Hb , dzieli się)

ERYTROBLAST ZASADOCHŁONNY

(bardzo zbite jądro, polirybosomy, więcej hb, dzieli się)

ERYTROBLAST POLICHROMATOFILNY

(polirybosomy, jądro ,dużo Hb, dzieli się)

ERYTROBLAST ORTOCHROMATOFILNY (KWASOCHŁONNY)

(bardzo dużo Hb, ma jądro, nie dzieli się)

RETIKULOCYT

(brak jądra)

ERYTROCYT

14. CZYNNIKI REGULUJĄCE ERYTROPOEZĘ

• czynniki hamujące:

• wzrost liczby erytrocytów

• hormony płciowe (estrogeny)

• inhibitory erytropoezy

• czynniki pobudzające:

• hipoksja i niedokrwistość - pobudzają

• IL3

• Hormony tarczycy

• Erytropoetyna( EPO) - glikoproteina wykrywana w surowicy w stężeniu ok. 30 - 40 mU/mL; uwalniana w nerkach; główny humoralny regulator erytrocytów; inaktywowana przez wątrobę

15. OPORNOŚĆ OSMOTYCZNA KRWINEK CZERWONYCH

• początek hemolizy: 0, 46 -= 0, 42% ( minimum: 0 48%)

• hemoliza całkowita: 0, 34 - 0,3% ( max.: 0, 33%)

• 3% NaCl jest HIPERTONICZNY, zaś 1% NaCl jest HIPOTONICZNY

16. WŁAŚCIWOŚCI BŁONY KOMÓRKOWEJ ERYTROCYTÓW

• 40% - lipidy

• 60% - białka

• bariera osmotyczna

• przepuszczalna dla substancji rozpuszczalnych w tłuszczach

• przepuszczalna dla glukozy

• zawiera białko - SPEKTRYNĘ - nadaje błonie odporność na bodźce mechaniczne

Słowniczek:

Anizocytoza - występowanie we krwi erytrocytów o różnej wielkości; występuje w różnych odmianach niedokrwistości oraz innych chorobach układu krwiotwórczego ( np. Stany infekcyjne,powodujące uaktywnienie się szpiku kostnego i nasiloną produkcję nowych krwinek)

Rys. Wyraźna anizopoikilocytoza. Obecny megalocyt oraz liczne makro- i mikrocyty. Większość krwinek jest owalocytami, ponadto widoczne schistocyty.

Barwienie: MGG Powiększenie: x 1000

  1. megalocyt   2. makrocyt   3. mikrocyt   4. schistocyt

Anulocyty -  erytrocyty z przejaśnieniem centralnym, ostro odgraniczonym od zabarwionej cytoplazmy. Powstają wskutek spadku zawartości hemoglobiny w krwince lub jako artefakt.

Występowanie we krwi: prawidłowo < 5 % erytrocytów

Strzałka wskazuje jeden z trzech obecnych na zdjęciu anulocytów.

Barwienie: MGG Powiększenie: x 1000

Bariera szpikowa - czynnościowy mechanizm przechodzenie dojrzałych elementów komórek krwi do krwioobiegu

Eliptocyty (owalocyty) - erytrocyty o owalnym lub wydłużonym kształcie. Występowanie we krwi: prawidłowo < 10 % erytrocytów

Erytrocytoza - (czerwienica, policytemia, poliglobulia); wzrost liczby erytrocytów spowodowana nowotworowym rozrostem krwinek czerwonych, niedotlenieniem lub zwiększoną produkcją erytropoetyny; RBC powyżej 5T/L

Erytropenia - spadek liczby erytrocytów; RBC poniżej 3,8 T/L

HbS - hemoglobina występująca w anemii sierpowatej; erytrocyty przybierają sierpowaty kształt; łańcuchy β są nieprawidłowe, ponieważreszta kwasu glutaminowego jest zastąpiona przez resztę waliny

Hematokryt - stosunek objętości krwinek czerwonych do pełnej krwi

Hemoglobinopatie - wytwarzane są nieprawidłowe łańcuchy polipeptydowe

Hemoliza - całkowite lub częściowe przejście Hb przez błonę komórkową krwinek czerwonych do osocza krwi wywołane zniszczeniem erytrocytów, skrócenie czasu przezycia erytrocytów do kilku tygodni lub dni; jako zjawisko prawidłowe występuje w śledzionie

Czynniki powodujące hemolizę:

• fizyczne: konflikt serologiczny, nieprawidłowa budowa erytrocytów ( sferocytoza), mechaniczne uszkodzenie, hemoglobinopatie, defekty enzymów tych krwinek, żółtaczka noworodów, żółtaczka hemolityczna, niedokrwistość, zakażenia, niedob/ór glukozo 5 - fosforanu lipidy, mydła, czynniki termiczne

• biologiczne: toksyny bakteryjne, pasożytnicze, nowotworowe, leki, jady zwierząt, trucizny( np. Sole ołowiu)

• osmotyczne

Hipoksemia - zdolność erytrocytów ( starzejących się) do utleniania w miare wzrostu ilości methemoglobiny ; krew nabiera wtedy sinawej barwy

Krwinki tarczowate - erytrocyty zawierające ciemno barwiący się środek komórki, otoczony jasnym pierścieniem cytoplazmy pozbawionej hemoglobiny.

Występowanie we krwi: prawidłowo < 2 % erytrocytów. Niekiedy komórki te powstają in vitro, i zajmują duże obszary preparatu, odgraniczone od pozostałych pól zawierających erytrocyty o prawidłowym kształcie.

Na zdjęciu widocznych siedem krwinek tarczowatych.

Ponadto niewielka anizocytoza erytrocytów i płytek krwi.

Barwienie: MGG Powiększenie: x 1000

Makrocyty - wielkość komórki: 9- 12ၭm; Występowanie we krwi:
prawidłowo<10 % erytrocytów

Mikrocyty - wielkość komórki:  9 - 12 μm; występowanie we krwi:
prawidłowo < 10 % erytrocytów

Mioglobina - w mięśniach wolno kurczących się oraz w enzymie oddechowym - cytochromie c; białko globularne (stosunek liczbowy osi dłuższej (l) cząsteczki białka do osi krótszej (d) przekracza 10) o intensywnie czerwonej barwie zawierające hem. Występuje w mięśniach ssaków i to ono właśnie nadaje im charakterystyczną barwę. Odgrywa rolę magazynu i przekaźnika tlenu w mięśniach, przejmując go od hemoglobiny z krwi. W warunkach niedoboru tlenu np. podczas intensywnych ćwiczeń fizycznych, tlen utlenionej mioglobiny jest wykorzystywany w mitochondriach komórek mięśni do syntezy ATP. Mioglobina zbudowana jest ze 153 aminokwasów. Wiąże 1 cząsteczkę tlenu. 73% białka ma budowę helikalną.

Poikilocytoza - jednoczesne występowanie we krwi różnokształtnych erytrocytów

Polichromatofilia - przyjmowanie przez erytrocyty fioletowego odcienia cytoplazmy, co wynika z obecności resztek substancji chromatynowych. Komórki polichromatofilne są retikulocytami. Występowanie we krwi: prawidłowo < 1.5 % erytrocytów

Schistocyty - erytrocyty o nieregularnym kształcie; prawidłowo nie występują

Sferocyty - erytrocyty kształtu kulistego o mniejszej średnicy niż prawidłowe erytrocyty, pozbawione przejaśnienia centralnego i ciemniejsze od normocytów; prawidłowo nie występują

Talasemie - łańcuchy polipeptydowe mają prawidłową budowę, ale wytwarzane są w mniejszej ilości lub wcale, co jest spowodowane defektami genów globiny; są dwa rodzaje: α i β ( mniejszą ilość odpowiednich łańcuchów)

Opracowała: Katarzyna Czeczko

Bibliografia:

• Władysław Z. Traczyk, Andrzej Trzebski: „Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej”

• Władysław Z. Traczyk : „Fizjologia człowieka w zarysie”

• W. F. Ganong: „Fizjologia. Podstawy fizjologii lekarskiej”

---