ERYTROPOEZA: STADIA I ICH CHARAKTERYSTYKA, REGULACJA, UŻYWKI - BIOLOGIA - 2025

Erytropoezę jest procesem, w którym powstają czerwone krwinki lub erytrocyty. Te krwinki u ludzi mają średnią długość życia 4 miesiące i nie są w stanie rozmnażać się. Z tego powodu należy stworzyć nowe erytrocyty, aby zastąpić te, które umierają lub giną w wyniku krwotoków.

U mężczyzn liczba czerwonych krwinek wynosi około 54 milionów na mililitr, podczas gdy u kobiet jest nieco niższa (48 milionów). Codziennie ginie około 10 milionów erytrocytów, więc podobną ilość trzeba wymienić.

Ludzka krew, erytrocyty lub czerwone krwinki i dwa białe krwinki. Zrobione i zredagowane przez: Viascos.

Erytrocyty powstają z jądrzastych erytroblastów obecnych w czerwonym szpiku kostnym ssaków, podczas gdy u innych kręgowców powstają głównie w nerkach i śledzionie.

Kiedy dochodzą do końca swoich dni, rozpadają się; następnie obejmują je komórki zwane makrofagami. Te makrofagi są obecne w wątrobie, czerwonym szpiku kostnym i śledzionie.

Kiedy czerwone krwinki zostaną zniszczone, żelazo jest zawracane do ponownego użycia, podczas gdy reszta hemoglobiny jest przekształcana w barwnik żółci zwany bilirubiną.

Erytropoezę stymuluje hormon zwany erytropoetyną, ale proces ten jest regulowany przez różne czynniki, takie jak między innymi temperatura, ciśnienie tlenu.

Etapy i ich charakterystyka

U dorosłych organizmów erytropoeza występuje w wyspecjalizowanych miejscach w czerwonym szpiku kostnym zwanych wyspami erytroblastycznymi. Aby powstały erytrocyty, musi zajść kilka procesów, od proliferacji komórek do dojrzewania czerwonych krwinek, przechodzących przez różne etapy różnicowania komórek.

Gdy komórki ulegają podziałom mitotycznym, ich rozmiar i rozmiar jądra ulegają zmniejszeniu, podobnie jak kondensacja chromatyny i hemoglobinizacja. Dodatkowo oddalają się od obszaru pochodzenia.

W końcowych stadiach stracą jądro i inne organelle i wejdą do krążenia, migrując przez cytoplazmatyczne pory komórek śródbłonka.

Niektórzy autorzy dzielą cały proces erytropoezy na dwie fazy, pierwszą z nich jest proliferacja i różnicowanie komórek; podczas gdy inni dzielą proces na podstawie specyficznych cech komórki na każdym etapie, obserwowanych za pomocą barwienia Wrighta. Na podstawie tego ostatniego etapy erytropoezy to:

Jednostki tworzące kolonie 1-rozrywające

Są pierwszymi komórkami wrażliwymi na erytropoetynę, niektórzy autorzy nazywają je mieloidalnymi komórkami progenitorowymi lub też BFU-E, od angielskiego akronimu. Charakteryzują się ekspresją antygenów powierzchniowych, takich jak CD34, a także obecnością receptorów erytropoetyny w niewielkich ilościach.

Komórki tworzące kolonie 2-erytroidów

W języku angielskim skracane jako CFU-E, są zdolne do wytwarzania małych kolonii erytroblastów. Inną cechą charakterystyczną tych komórek jest to, że ilości receptorów erytropoetyny są znacznie wyższe niż w przypadku jednostek tworzących kolonie typu burst.

3-proerytroblasty

Uważany za pierwszy etap dojrzewania erytrocytów. Charakteryzują się dużym rozmiarem (według jednych od 14 do 19 µm, według innych do 25 µm). Jądro jest zaokrąglone i zawiera również jąderka i obfitą chromatynę.

Uważany za pierwszy etap dojrzewania erytrocytów. Charakteryzują się dużym rozmiarem (według jednych od 14 do 19 µm, według innych do 25 µm). Jądro jest duże, zaokrąglone, z chromatyną ułożoną w postaci włókienek i 2 lub 3 jąderkami.

Na tym etapie rozpoczyna się pobieranie żelaza w osoczu. Ich okres półtrwania wynosi 20 godzin, aby przejść przez mitozę do następnego etapu.

Erytroblasty 4-bazofilne

Nazywane również normoblastami, są mniejsze od swoich prekursorów. Komórki te wybarwiają się na niebiesko z witalnym wybarwieniem, to znaczy są zasadofilne. Jądro jest zagęszczone, jąderka zniknęły i mają dużą liczbę rybosomów. Na tym etapie rozpoczyna się synteza hemoglobiny.

Początkowo znane są jako erytroblasty zasadochłonne typu I, a po podziale mitotycznym przekształcają się w typ II, które pozostają bazofilami i wykazują większą syntezę hemoglobiny. Przybliżony czas trwania obu komórek razem jest podobny do czasu proerytroblastów.

Hemoglobina. Zrobione i zredagowane z: Zephyris w angielskiej Wikipedii.

5-polichromatofilne erytroblasty

Powstają w wyniku mitotycznego podziału zasadochłonnych erytroblastów typu II i są ostatnimi komórkami posiadającymi zdolność podziału na drodze mitozy. Ich wielkość waha się od 8 do 12 µm, a rdzeń jest zaokrąglony i zagęszczony.

Cytoplazma tych komórek jest zabarwiona na szaro ołowianą barwą Wrighta. Ma wysokie stężenie hemoglobiny, a liczba rybosomów pozostaje wysoka.

6-ortochromatyczne erytroblasty

Kolor tych komórek jest różowy lub czerwony ze względu na ilość hemoglobiny, którą mają. Jego rozmiar jest nieco mniejszy niż jego prekursorów (7 do 10 µm) i ma małe jądro, które zostanie wydalone przez egzocytozę, gdy komórki dojrzeją.

7-retikulocyty

Powstają w wyniku różnicowania erytroblastów ortochromatycznych, tracą organelle i wypełniają swoją cytoplazmę hemoglobiną. Pozostają w czerwonym szpiku kostnym przez dwa do trzech dni, aż migrują do krwi, gdzie zakończą dojrzewanie.

8-erytrocyty

Są to dojrzałe, uformowane pierwiastki, produkt końcowy erytropoezy, które powstają w wyniku dojrzewania retikulocytów. Mają kształt dwuwklęsły z powodu braku jądra i interakcji między cytoszkieletem erytrocytów a dwoma białkami zwanymi spektyną i aktyną.

Są to najbardziej obfite komórki krwi, powstają z retikulocytów. U ssaków mają kształt dwuwklęsły z powodu braku jądra i interakcji między cytoszkieletem erytrocytów a dwoma białkami zwanymi spektyną i aktyną. U innych kręgowców są zaokrąglone i zachowują jądro.

Proces erytropoezy. Zaczerpnięte i zredagowane przez A.mikalauskasa w litewskiej Wikipedii

Regulacja erytropoezy

Chociaż erytropoetyna stymuluje tworzenie czerwonych krwinek, aby poprawić zdolność krwi do przenoszenia tlenu, istnieje kilka podstawowych mechanizmów regulujących to tworzenie, w tym:

Ciśnienie tlenu

Stężenie tlenu we krwi reguluje erytropoezę. Kiedy to stężenie jest bardzo niskie w dopływie krwi do nerek, stymulowana jest produkcja czerwonych krwinek.

To niskie stężenie tkankowego O2 może wystąpić z powodu hipoksemii, anemii, niedokrwienia nerek lub gdy powinowactwo hemoglobiny do tego gazu jest wyższe niż normalnie.

Miescher w 1893 roku jako pierwszy zasugerował związek między niedotlenieniem tkanek a erytropoezą. Jednak ta hipoksja nie stymuluje bezpośrednio szpiku kostnego do wytwarzania czerwonych krwinek, jak sugerował Miescher. Raczej pobudza nerki do produkcji hormonu erytropoetyny.

Produkcja erytropoetyny w wyniku niedotlenienia tkanek jest regulowana genetycznie, a receptory wykrywające takie niedotlenienie znajdują się w nerkach. Wytwarzanie erytropoetyny jest również zwiększone z powodu spadku ciśnienia parcjalnego tlenu w tkankach po krwotoku.

Komórki wytwarzające erytropoetynę znajdują się w nerkach i wątrobie. Wzrost produkcji tego hormonu podczas anemii wynika ze wzrostu liczby komórek, które go produkują.

Testosteron

Testosteron pośrednio reguluje erytropoezę, regulując poziom żelaza we krwi. Hormon ten działa bezpośrednio na działanie białka cytoplazmatycznego zwanego BMP-Smad (białko morfogenetyczne kości - Smad od angielskiego akronimu) w hepatocytach.

Dzięki działaniu testosteronu następuje supresja transkrypcji hepcydyny. Ta hepcydyna zapobiega przenikaniu żelaza z komórek do osocza z makrofagów, które przetwarzają żelazo, co prowadzi do drastycznego spadku poziomu żelaza we krwi.

Kiedy wystąpi hipoferremia, nastąpi zahamowanie erytropoetyny, ponieważ nie będzie żelaza do produkcji erytrocytów.

Temperatura

Wykazano, że temperatura ma wpływ na erytripoezę. Narażenie na bardzo niskie temperatury powoduje konieczność wytworzenia ciepła w tkaninie.

Wymaga to zwiększenia ilości erytrocytów w celu dostarczania tlenu do tkanek obwodowych. Nie jest jednak do końca jasne, w jaki sposób odbywa się tego typu regulacja.

Regulacja parakrynna

Wygląda na to, że neurony ośrodkowego układu nerwowego wytwarzają erytropoetynę w celu ochrony przed uszkodzeniem niedokrwiennym i apoptozą. Jednak naukowcy nie byli jeszcze w stanie tego udowodnić.

Środki pobudzające erytropoezę

Czynniki stymulujące erytropoezę (ESA) to czynniki odpowiedzialne za stymulację produkcji erytrocytów. Erytropoetyna jest hormonem naturalnie odpowiedzialnym za ten proces, ale są też produkty syntetyczne o podobnych właściwościach.

Erytropoetyna jest hormonem syntetyzowanym głównie w nerkach. We wczesnych stadiach rozwoju wątroba bierze również udział w aktywnej produkcji erytropoetyny. Jednak wraz z postępem rozwoju ten ostatni organizm odgrywa mniejszą rolę w tym procesie.

Erytrocyt zaczyna rozpraszać receptory erytropoetyny na powierzchni błony. Erytropoetyna aktywuje szereg kaskad transdukcji sygnałów międzykomórkowych, które początkowo wytwarzają syntezę hemoglobiny i powodują szybsze działanie retikulocytów i ich uwalnianie do krwiobiegu.

Sztuczne PZE

Sztuczne PZE są podzielone na pokolenia (od pierwszej do trzeciej) w zależności od daty ich utworzenia i wprowadzenia na rynek. Są strukturalnie i funkcjonalnie podobne do erytropoetyny.

ESA pierwszej generacji są znane jako epoetyna alfa, beta i delta. Pierwsze dwa są wytwarzane w wyniku rekombinacji z komórek zwierzęcych i mają w organizmie okres półtrwania około 8 godzin. Z kolei epoetyna delta jest syntetyzowana z ludzkich komórek.

Darbepoetyna alfa to ESA drugiej generacji, wytwarzany z komórek chomika chińskiego przy użyciu technologii zwanej rekombinowanym DNA. Ma okres półtrwania ponad trzy razy dłuższy niż ESA pierwszej generacji. Podobnie jak w przypadku epoetyn, niektórzy sportowcy wyczynowi używali darbepoetyny jako środka dopingującego.

Ciągły aktywator receptora erytropoetyny (ang. Continuous Erythropoetin Receptor Activator) lub CERA od angielskiego akronimu to ogólna nazwa ESA trzeciej generacji. Nie próbują symulować struktury i funkcji erytropoetyny, ale działają poprzez stymulację jej receptora, zwiększając tym samym jej działanie.

Jego okres półtrwania to kilka tygodni zamiast godzin, jak w przypadku poprzednich leków. Używany komercyjnie od 2008 roku, jednak jego nielegalne wykorzystanie w działalności sportowej najwyraźniej sięga dwa do trzech lat przed legalną komercjalizacją.

Nieskuteczna erytropoeza

Nieefektywna lub nieskuteczna erytropoeza występuje, gdy utworzone krwinki czerwone są uszkodzone i są zwykle niszczone przed lub wkrótce po opuszczeniu szpiku kostnego.

Nieskuteczna erytropoeza może wynikać z defektów w syntezie kwasów nukleinowych, grupy hemu lub globin. Te wady powodują różne rodzaje anemii.

Defekty w syntezie kwasów nukleinowych

W takim przypadku występuje niedobór kwasu foliowego i kobalaminy, synteza DNA jest hamowana w jądrze komórek promotorowych erytrocytów, przez co nie są one w stanie dzielić się mitotycznie. Z kolei cytoplazma zwiększa swoją objętość (makrocytoza), dając początek dużej komórce zwanej megaloblastem.

W takich przypadkach powstaje seria anemii zwanych anemiami megaloblastycznymi, z których najczęstszą jest niedokrwistość złośliwa. W tej chorobie nie dochodzi do wchłaniania witaminy B12 w jelicie cienkim.

Inne przyczyny niedokrwistości megaloblastycznej obejmują choroby układu pokarmowego, zaburzenia wchłaniania, niedobór kwasu foliowego oraz stosowanie niektórych leków.

Objawy tego typu anemii obejmują nieprawidłową bladość, drażliwość, utratę apetytu, biegunkę, trudności w chodzeniu lub osłabienie mięśni. W zależności od przyczyny można go leczyć suplementami witaminowymi lub kwasem foliowym.

Wady syntezy grupy hemu

Nieskuteczna erytropoeza spowodowana niedoborem syntezy żelaza może powodować dwa rodzaje anemii; niedokrwistość mikrocytarna spowodowana niedoborem żelaza i niedokrwistością syderoblastyczną.

Niedokrwistość mikrocytarna jest znana jako grupa anemii charakteryzujących się małymi i bladymi krwinkami czerwonymi, mogą mieć różne pochodzenie, w tym talasemię i nieskuteczną erytropoezę.

W niedokrwistości syderoblastycznej poziomy żelaza i hemosyderyny są bardzo wysokie. Hemosiderin to żółty barwnik pochodzący z hemoglobiny, który pojawia się, gdy poziom metalu jest wyższy niż normalnie. Ten typ anemii powoduje śmierć bazofili w czerwonym szpiku kostnym i nie ma syntezy hemoglobiny.

Niedokrwistość z niedoboru żelaza. Zaczerpnięte i zredagowane przez: Erhabor Osaro (docent).

Nazywa się to niedokrwistością syderoblastyczną, ponieważ erytrocyty rozwijają się nieprawidłowo w wyniku gromadzenia się żelaza w postaci granulek, które otrzymują nazwę syderoblastów. Niedokrwistość syderoblastyczna może być wrodzona lub wtórna i mieć różne przyczyny.

Defekty w syntezie globiny

W takim przypadku dochodzi do anemii sierpowatej i talasemii beta. Anemia sierpowata jest również znana jako anemia sierpowata. Jest wytwarzany przez mutację genetyczną, która prowadzi do zamiany kwasu glutaminowego na walinę podczas syntezy beta globiny.

Z powodu tej substytucji zmniejsza się powinowactwo hemoglobiny do tlenu i zanika erytrocytów, uzyskując sierpowaty kształt zamiast normalnego dwuwklęsłego krążka. Pacjent z anemią sierpowatą jest podatny na mikrozawały i hemolizę.

Talasemia jest chorobą wywołaną nieodpowiednim kodowaniem genetycznym α- i β-globin, które prowadzi do przedwczesnej śmierci erytrocytów. Istnieje około stu różnych mutacji, które mogą powodować talasemię o różnym nasileniu.

Bibliografia

1. Erithropoiesis. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.
2. JP Labbrozzi (2015). Produkcja erytrocytów z komórek CD34 ⁺ krwi pępowinowej. Praca doktorska. Uniwersytet Autonomiczny w Barcelonie. Hiszpania.
3. H. Parrales (2018). Fizjologia erytropoezy. Odzyskany z cerebromedico.com.
4. Niedokrwistość. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.
5. Środek pobudzający erytropoezę. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.
6. Nieskuteczna eritropoeza. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.