Введение к работе
Актуальность проблемы.
Эритропоэз представляет собой процесс образования эритроцитов периферической крови. В организме существует динамическое равновесие между продукцией эритроцитов в костном мозге и их гибелью, преимущественно, в селезенке. Это равновесие регулируется воздействием на систему крови активирующих и ингибиругощих молекулярных и клеточных факторов. Так, неопровержимо доказано участие в регуляции эри-тропоэза гормона эритропоэтина (Федоров Н.А., Кахетелидзе М.Г., 1973;Erslev A.J., 1953; Goldwasser Е., 1975). Определена роль в модуляции эритропоэза других гормонов и цитокинов: интерлейкинов, колониестимулирующих факторов, гормона роста, инсулина, половых гормонов (Boissel J.-P. et al., 1994). В последние годы доказано участие в поддержании эритропоэза клеток стромы костного мозга, компонентов внеклеточного матрикса (Clark B.R., Keating А., 1995), подтверждена важная роль в обеспечении эритропоэза витаминов, железа и микроэлементов (Мосягина Е.Н. с соавт., 1976). Обобщающие сведения о роли этих факторов в регуляции и поддержании эритропоэза отражены в ряде обзоров (Захаров Ю.М. с соавт., 1994; Захаров ЮМ, 1998 б; Шкловская Е.В. с соавт., 1998).
Классическими приемами изучения эритропоэза в эксперименте являются его стимуляция при кровопотере и гемолитической, фенилгидразиновой анемии, или его подавление на фоне постгипоксической или постгрансфузионной поли-цитемии (Дымшиц Р.А., 1958; Ужанский ЯГ., 1968; Моисеева О.И., 1985; Федоров НА., 1977). Ранее было показано, что при посттрансфузионной полицитемии происходит торможение эритропоэза, включая уменьшение пролиферации и замедление созревания эритроидных клеток с уменьшением их количества в костном мозге, изменение стромаль-ного микроокружения с разрушением макрофагов костного мозга, уменьшением их количества и увеличением числа жировых клеток, замедление выхода ретикулоцитов
из костного мозга в циркуляцию со снижением их количества в периферической крови (Филимонов ВИ., 1972; Гудим В.И., Москалева Г.П., 1976; Москалева Г.П. с соавт., 1976; Неустроев Г.В., 1977; Новиков Н.М., 1977; Моисеева О.И., 1985; Krzymow-ski Т. et al., 1962, 1974; Croom A.C. et al., 1971; Przala J. et al., 1973; Chamberlain J.K., et al., 1975; Kotwica G. et al., 1978; Aoki M., Tavassoli M., 1981; Brookoff D., Weiss L., 1982). Механизмами развития этих изменений считают появление гуморальных ингибиторов эритропоэза - кейлонов (Филимонов В.И., 1972; Гудим В.И., Москалева Г.П., 1976; Krzymowski Т. et al., 1962; Kivilaakso Е., Rytomaa Т., 1971; Whitcomb W.H., 1971) и снижение титра эритропоэтина в плазме крови (Kilbridge et al., 1969; Whitcomb W.H., 1971; Alippi R.M. et al., 1983; Bozzini C.E. et al., 1994). Однако, клеточно-клеточные механизмы регуляции эритропоэза при полицитемии оставались неизученными.
Новый этап в изучении эритропоэза начался после обнаружения в костном мозге больных железодефицитной анемией многоклеточных образований - эритробластических островков (ЭО), представляющих собой группу эритроидных клеток, окружающих центральную клетку моноцитарного ряда (Bessis М., Breton-Gorius J. 1956 а, 1956 б). Выявление ЭО в селезенке и печени эмбрионов, новорожденных и взрослых млекопитающих (Grasso J.A. et al., 1962; Orlic D. et al., 1965; Berman I., 1967), a также выделение ЭО из костного мозга доноров и больных людей (Коробкин А.В., 1989; Рассохин А.Г., 1997) доказало универсальный характер данной организации эритропоэза у млекопитающих и человека, и ЭО получили название функционально-анатомических единиц эритропоэза (Bessis М., 1958,1976).
Дальнейший прогресс в понимании механизмов регуляции эритропоэза в ЭО был достигнут при изучении количественных и качественных характеристик ЭО при острой кровопотере и фенилгидразиновой анемии (Мельников И.Ю., 1988; Каюмова А.Ф., 1990; Волков А.В., 1991; Пушкарев В.П. с соавт., 1991; Крестьянинова ОТ., 1994; Тишевская Н.В., 1995; Рассохин А.Г.,
1997). Однако, ингибиция эритропоэза в ЭО и механизмы ее развития оставались мало изученными. Так, об угнетении эритропоэза в ЭО судили по снижению их количества в костном мозге полицитемичных крыс, которое отмечалось с 4 суток после трансфузии избытка эритроцитов (Zalcharov Y., Prenant М., 1982; Мельников И.Ю., 1988). Эти данные в дальнейшем послужили основанием для оценки распределения ЭО по классам зрелости и определения кинетических и цитохимических характеристик ЭО при посттрансфузионной полицитемии, начиная с 5 суток эксперимента (Мельников И.Ю., 1988; Волков А.В., 1991; Захаров Ю.М., Варыпаева Л.П., 1992; Тишевская Н.В., 1995; Рассохин А.Г., 1997). Однако, в ранние сроки посттрансфузионной полицитемии количественно-качественные изменения ЭО не изучали.
Показано, что при стимуляции и ингибиции эритропоэза в организме состояние эритропоэза в ЭО тесно связано с функциональной активностью их центральных макрофагов (Крашенинникова Е.А., 1987; Волков А.В., 1991; Крестьянинова О.Г., 1994; Захаров Ю.М. с соавт., 1991). Так, макрофаги ЭО, полученные от животных на 5 сутки полицитемии, выделяли в су-пернатант меньше эритропоэтинактивных соединений в сравнении с макрофагами ЭО контрольных животных (Zalcharov Y., Prenant М., 1983). У полицитемичных крыс макрофаги ЭО слабее фагоцитировали частицы латекса in vitro (Захаров Ю.М., Варыпаева Л.П., 1992) и обладали сниженной способностью синтезировать гликозаминогликаны по сравнению с макрофагами островков интактных крыс (Харченко М.Ф. с соавт., 1995; Тишевская Н.В., 1995). Однако, исследование функциональной активности центральных макрофагов островков в динамике угнетения эритропоэза в ЭО при посттрансфузионной полицитемии не проводилось. Кроме того, неизученным оставался вопрос о взаимосвязи эритропоэтической и фагоцитарной и других функций центральных макрофагов ЭО, выполняемых в отношении созревающих эритровдных клеток.
Показано, что при стимуляции и ингибиции эритропоэза в организме происходят изменения как в распределении ЭО по классам зрелости, так и цитохимических характеристик ЭО (Кресть-яниноваО.Г., 1994;ТишевскаяН.В., 1995; Рассохин А.Г., 1997). Однако, вклад цитохимических параметров ЭО разных классов зрелости в общую картину цитохимических изменений эритропоэза в ЭО ранее не учитывали.
Показано, что макрофаги ЭО являются субпопуляцией клеток системы мононуклеарных фагоцитов (Рассохин А.Г., 1997; Rich J.N. et al., 1994). Известно, что функции мононуклеарных фагоцитов во многом определяются их взаимодействием с лимфоцитами, тучными клетками и эозинофилами (Шевак И., 1989; Ackerman S.J., 1996; Costa J.J., Galli SI, 1996). В этой связи, можно было предположить, что функции центральных макрофагов ЭО зависят от их взаимодействия с клетками иных кроветворных линий. Ранее было показано, что ЭО контактируют с лимфоидными, тучными, эозинофильными клетками и нейтрофильными лейкоцитами (Коробкин А.В., 1989; Гольдберг Е.Д. с соавт., 1990; Тишевский И.А., 1996; Рассохин А.Г., 1997). Однако функциональная роль этих контактов осталась не расшифрована.
Цель исследования.
Целью работы явилось изучение характера изменений эритропоэза в эритробластических островках костного мозга при постгрансфузионной полицитемии и выявление механизмов их развития.
Задачи исследования.
-
Изучить количественные и качественные изменения ЭО костного мозга крыс в динамике постгрансфузионной полицитемии.
-
Исследовать состояние эритропоэза в ЭО при постгрансфузионной полицигемии.
-
Исследовать цитохимические показатели ЭО в динамике постгрансфузионной полицитемии.
4. Изучить фагоцитарную активность макрофагов ЭО при посттрансфузионной полицитемии и на фоне стимуляции эритро-поэза при гемолитической анемии.
-
Провести анализ межклеточных контактов ЭО при посттрансфузионной полицитемии и при кровопотере.
-
Разработать методику и определить количественные цитохимические показатели ЭО разных классов зрелости.
Научная новизна.
В работе впервые изучена динамика количественно-качественных изменений эритробластических островков костного мозга и состояние эритропоэза в ЭО при угнетении эри-тропоэза в организме, вызванного посттрансфузионной полици-темией.
Впервые исследованы количественные цитохимические показатели ЭО при посттрансфузионной полицитемии.
Впервые предложена оценка фагоцитарной активности центральных макрофагов ЭО по количеству фаголизосом с поглощенным биологическим субстратом - собственных поврежденных или гомологичных эритроцитов.
Получены доказательства независимости осуществления эритропоэтической и фагоцитарной функций макрофагов ЭО.
Впервые проведен сравнительный анализ межклеточных контактов ЭО в динамике посттрансфузионной полицитемии и кровопотери.
Впервые определены цитохимические параметры ЭО разных классов зрелости интактных животных.
Теоретическое и практическое значение работы.
Фундаментальное значение работы определяется раскрытием ранее неизвестной динамики и особенностей развития угнетения эритропоэза в ЭО костного мозга на модели посттрансфузионной полицитемии.
В работе впервые на примере изучения эритропоэтической и фагоцитарной функций центральных макрофагов ЭО показано, что макрофаги ЭО представляют особую субпопуляцию макро-
фагов костного мозга, выполняющих эритропоэтическую и фагоцитарную функции сопряженно, независимо одна от другой.
Впервые изученная динамика межклеточных контактов ЭО с эозинофилами и тучными клетками в норме, при стимуляции и угнетении эритропоэза в островках позволяет по-новому взглянуть на роль клеток различных гемопоэтических линий в модуляции эритропоэза в ЭО.
Впервые определенные нормы цитохимических показателей в ЭО разной степени зрелости дают возможность более точно определить вклад островков разных классов в общую картину изменений эритропоэза при его стимуляции и ингибиции.
Разработанные в эксперименте методики цитохимического анализа ЭО и оценки фагоцитарной активности центральных макрофагов позволяют применить их как дополнительные приемы изучения эритропоэза в ЭО.
Положения, выносимые на защиту.
1: Посттрансфузионная полицитемия приводит к снижению количества ЭО в костном мозге и угнетению эритропоэза в ЭО.
-
При посттрансфузионной полицитемии происходит функциональная перестройка центральных макрофагов островков с увеличением их фагоцитарной активности, изменением содержания нейтральных, кислых гликоконъюгатов, активности неспецифической эстеразы в ЭО.
-
Эритропоэтическая и фагоцитарная функции макрофагов ЭО в отношении эритроидных клеток осуществляются сопряженно и независимо друг от друга.
-
Посттрансфузионная полицитемия приводит к фазным изменениям межклеточных контактов ЭО с эозинофилами и тучными клетками.
-
В островках разных классов зрелости различны цитохимические параметры, что определяется состоянием эритропоэза в ЭО и функциональной активностью центральных макрофагов.
Внедрение результатов исследования в практику.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии планами НИР Челябинской государственной медицинской академии. Номер государственной регистрации исследования 01.9.40 000012, тема утверждена на заседании Специализированного ученого совета Д-084.04.01 23 октября 1998 года (протокол заседания №2).
Исследования носили комплексный характер и проводились в рамках Программы научно-исследовательской работы Южно-Уральского научного центра РАМН по теме: "Молекулярные и клеточные механизмы регуляции кроветворения, функций клеток крови и иммунитета в норме, при патологии и при экстремальных влияниях среды", утвержденных Отделением медико-биологических наук РАМН 9 декабря 1998.
Результаты исследования используются в лекционном курсе "Физиология системы крови" кафедры нормальной физиологии человека Челябинской государственной медицинской академии. Разработанные методики цитохимического анализа ЭО и оценки фагоцитарной функции центральных макрофагов используются в практике работы проблемной научно-исследовательской лаборатории "Экспериментальной и экологической физиологии системы крови, иммунитета и цитогенетики" ЮУНЦ РАМН. Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 170 страницах машинописного текста и иллюстрирована 18 таблицами, 4 графиками и 8 микрофотографиями. Работа состоит из введения, обзора литературы, главы материалов и методов исследования, глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и списка использованной литературы, включающего 420 источников, в том числе 107 отечественных и 313 иностранных.
Апробация работы. Материалы работы доложены на II съезде физиологов Уральского региона "Физиологические механизмы адаптации человека и животных" (Свердловск, 1990), конференции "Механизмы адаптации организма" (Томск, 1996), конференции "Актуальные проблемы регуляции кроветворения и неоангиогенеза", посвя-
щенной 100 - летаю профессора Р.А. Дымшица (Челябинск, 1998), на заседании Челябинского отделения всероссийского физиологического общества (Челябинск, 1999).
