Костный мозг
Фабрика всех клеток крови и иммунитета.
Что такое костный мозг
Костный мозг — мягкая ткань, расположенная внутри некоторых костей. Он не имеет отношения к спинному мозгу: спинной мозг относится к нервной системе, а костный мозг — это главная ткань кроветворения, то есть образования клеток крови.
У взрослого человека костный мозг также имеет большое значение для иммунной системы. В нём образуются все основные клетки крови: эритроциты, тромбоциты и лейкоциты. Среди лейкоцитов есть клетки врождённой защиты, B-лимфоциты, а также предшественники T-лимфоцитов и других лимфоидных клеток.
Костный мозг находится в полостях костей и состоит не только из развивающихся клеток крови. В его состав входят кроветворные клетки, жировые клетки, кровеносные сосуды, поддерживающие клетки и межклеточное вещество. Эта внутренняя среда создаёт условия, в которых клетки крови делятся, созревают и затем выходят в кровоток.
Красный и жёлтый костный мозг
Костный мозг условно разделяют на красный и жёлтый. Это не два полностью разных органа, а участки одной ткани с разным соотношением кроветворных клеток и жировых клеток.
Красный костный мозг содержит активно развивающиеся клетки крови, кровеносные сосуды и поддерживающие клетки. Красноватый цвет связан с большим количеством сосудов и кроветворной ткани. У взрослого человека он находится преимущественно в костях таза, телах позвонков, рёбрах, грудине и в губчатой части некоторых костей черепа, а также вблизи концов плечевых и бедренных костей.
Жёлтый костный мозг содержит много жировых клеток и в обычных условиях участвует в кроветворении значительно меньше. У взрослых он преобладает в костномозговых полостях диафизов — средних частей длинных костей.При некоторых тяжёлых состояниях в отдельных участках жёлтого мозга может усилиться кроветворная активность; это называют реактивацией кроветворения. Однако основным источником клеток крови у взрослых остаётся красный костный мозг.
У детей красный костный мозг занимает значительно большую часть костей, поскольку растущий организм быстро производит новые клетки крови. С возрастом часть красного мозга постепенно замещается жёлтым. При этом в осевом скелете — в тазу, позвоночнике, рёбрах и грудине — активный красный костный мозг сохраняется и у взрослых.
Где находится красный костный мозг
У взрослого человека наиболее важные участки активного красного костного мозга расположены:
- в костях таза, особенно в области подвздошных костей;
- в телах позвонков;
- в рёбрах;
- в грудине;
- в губчатой части некоторых костей черепа;
- вблизи верхних концов плечевых и бедренных костей.
Губчатая кость — это внутренняя часть кости, состоящая из тонких костных перекладин. Эти перекладины называют трабекулами. Между ними остаются пространства, в которых находятся костный мозг, кровеносные сосуды и поддерживающая ткань. Такое строение сочетает прочность с относительно небольшой массой кости.
Кроветворение: как образуются клетки крови
Кроветворение, или гемопоэз (от греческих слов «кровь» и «создание»), — это образование, созревание и постоянное обновление клеток крови. У взрослого человека оно происходит главным образом в красном костном мозге.
Все основные клетки крови происходят от кроветворной стволовой клетки. Она обладает двумя важными свойствами: может сохранять собственную популяцию при делении и давать начало клеткам-предшественникам. По мере развития потомки постепенно ограничивают свои возможности и направляются к определённой клеточной линии.
Миелоидная линия даёт начало эритроцитам, мегакариоцитам, нейтрофилам, эозинофилам, базофилам и моноцитам, а также нейтрофилам, эозинофилам, базофилам и моноцитам. Эти клетки участвуют в переносе кислорода, остановке кровотечения, воспалении и врождённой иммунной защите. Тромбоциты образуются как фрагменты цитоплазмы мегакариоцитов — крупных клеток костного мозга. Моноциты после выхода из крови могут превращаться в макрофаги и некоторые виды дендритных клеток.
Лимфоидная линия даёт начало B-лимфоцитам, T-лимфоцитам, NK-клеткам и другим лимфоидным клеткам. B-лимфоциты развиваются и созревают преимущественно в костном мозге. Предшественники T-лимфоцитов образуются в костном мозге, но покидают его и проходят основное созревание в тимусе. NK-клетки относятся преимущественно к врождённой иммунной защите: они распознают некоторые заражённые вирусами и опухолевые клетки и могут запускать их уничтожение. Другие лимфоидные клетки участвуют во врождённом или приобретённом иммунном ответе в зависимости от типа.
Основные клетки, образующиеся в костном мозге
Костный мозг производит клетки крови разных типов. После выхода в кровоток они либо сразу выполняют свою работу, либо перемещаются в ткани и дозревают там.
- Эритроциты — красные клетки крови, переносящие кислород от лёгких к тканям. Они также участвуют в переносе углекислого газа от тканей к лёгким, главным образом в форме, связанной с превращением углекислого газа в бикарбонат. Зрелые эритроциты человека не имеют ядра и живут в среднем около 120 дней.
- Тромбоциты — безъядерные фрагменты крупных клеток костного мозга, называемых мегакариоцитами. Они прикрепляются к повреждённой стенке сосуда, активируются и участвуют в образовании первичной тромбоцитарной пробки и последующего тромба.
- Нейтрофилы — многочисленные клетки врождённой защиты. Они быстро прибывают к очагу воспаления, особенно при бактериальных инфекциях, и могут поглощать и уничтожать микроорганизмы.
- Моноциты — клетки крови, способные выходить в ткани. Там они могут превращаться в макрофаги или некоторые виды дендритных клеток, участвующих в поглощении частиц и представлении антигенов лимфоцитам.
- B-лимфоциты — клетки приобретённого иммунитета. После активации часть из них превращается в плазматические клетки, производящие антитела, а часть — в клетки памяти.
- T-лимфоциты — клетки, которые проходят основное созревание в тимусе. Разные типы T-лимфоцитов координируют иммунный ответ, помогают другим клеткам или уничтожают заражённые и изменённые клетки.
- NK-клетки — естественные киллеры, лимфоидные клетки врождённой защиты. Они распознают некоторые заражённые вирусами и опухолевые клетки и могут запускать их уничтожение.
Как созревают клетки крови
Кроветворение идёт поэтапно. Стволовая клетка делится, её потомки получают сигналы от клеток костного мозга и постепенно приобретают признаки определённого типа: форму, набор белков поверхности, способность к движению и определённые функции.
- Самообновление. Часть стволовых клеток сохраняет свойства стволовых клеток, чтобы запас не исчерпался.
- Выбор клеточной линии. Другая часть потомков направляется в миелоидное или лимфоидное развитие. Это последовательный процесс, а не мгновенное разделение на две полностью независимые группы.
- Созревание. Клетки приобретают характерную форму, внутренние структуры, белки поверхности и способность выполнять свою работу.
- Выход в кровь. Зрелые клетки покидают костный мозг через специальные сосуды и поступают в кровоток. Некоторые иммунные клетки после этого перемещаются в ткани и там окончательно специализируются.
Скорость кроветворения регулируется потребностями организма. После кровопотери или при недостатке кислорода почки увеличивают выработку эритропоэтина — гормона, который стимулирует образование эритроцитов в костном мозге. При инфекциях и воспалении меняется производство и распределение лейкоцитов.
В этом участвуют цитокины — небольшие сигнальные белки, с помощью которых клетки иммунной системы и другие клетки обмениваются командами, — а также гемопоэтические факторы роста. Это белки, регулирующие деление, выживание и созревание определённых клеток крови.
Как костный мозг поддерживает иммунитет
Костный мозг служит для иммунной системы источником клеток и местом ранних этапов их развития. Здесь образуются миелоидные клетки, B-лимфоциты и предшественники T-лимфоцитов, NK-клеток и других лимфоидных клеток.
Полное созревание разных иммунных клеток происходит в разных местах. T-лимфоциты после выхода из костного мозга дозревают в тимусе. Моноциты и некоторые другие клетки приобретают часть своих свойств после выхода в ткани. B-лимфоциты созревают преимущественно в костном мозге, а затем могут активироваться в лимфоузлах, селезёнке и других лимфоидных органах.
Костный мозг также служит местом пребывания части долгоживущих плазматических клеток. Эти клетки образуются после активации B-лимфоцитов и могут продолжать вырабатывать антитела спустя длительное время после инфекции или вакцинации.
Что происходит при нарушениях
Апластическая анемия — состояние, при котором костный мозг резко снижает производство клеток крови. Возникает нехватка эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов, то есть панцитопения. Возможны слабость, одышка, частые инфекции, кровоточивость и синяки. Причины бывают иммунными, лекарственными, токсическими, инфекционными или неизвестными; диагноз устанавливают по результатам обследования.
Лейкозы — группа злокачественных заболеваний кроветворной ткани. Изменённые клетки бесконтрольно размножаются, нарушают нормальное созревание и могут вытеснять здоровые ростки кроветворения. Это приводит к анемии, инфекциям, кровоточивости и другим нарушениям, но проявления зависят от типа лейкоза.
Миелодиспластические синдромы — группа заболеваний, при которых клетки кроветворения созревают неправильно и часто производятся неэффективно. В анализе крови может снижаться число одного или нескольких типов клеток. Некоторые формы способны прогрессировать в острый миелоидный лейкоз.
Костный мозг может угнетаться химиотерапией, лучевой терапией, токсическими веществами, некоторыми инфекциями, дефицитами питательных веществ или опухолевым замещением. В результате снижается производство клеток крови, что отражается на переносе кислорода, иммунной защите и остановке кровотечений.
Стойкая слабость, частые или необычные инфекции, длительная температура, необъяснимые синяки, кровотечения, одышка или выраженная бледность требуют обращения к врачу. Общий анализ крови помогает выявить изменения количества клеток и некоторых показателей крови, но не всегда показывает причину. Для оценки костного мозга иногда нужны дополнительные исследования.
Аспирация костного мозга, которую часто называют пункцией, — забор небольшого количества жидкой части костного мозга специальной иглой. Трепанобиопсия — получение небольшого столбика костной ткани вместе с костным мозгом. Эти исследования проводят по медицинским показаниям, чтобы оценить клеточный состав, строение ткани и возможные нарушения кроветворения.
Связи с другими системами
- Кровь: костный мозг производит эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Подробнее — в статье Кровь.
- Клетки иммунитета: основные клетки иммунной системы происходят из кроветворных стволовых клеток, хотя их дальнейшее созревание и специализация происходят в разных местах. Подробнее — в статье Клетки иммунитета.
- Тимус: предшественники T-лимфоцитов покидают костный мозг и проходят основное созревание в тимусе. Подробнее — в статье Тимус.
- Селезёнка: селезёнка фильтрует кровь и удаляет старые эритроциты, а костный мозг производит новые. Железо из гемоглобина может возвращаться в обмен веществ и использоваться при образовании новых эритроцитов. Подробнее — в статье Селезёнка.
- Лимфатическая система: иммунные клетки перемещаются между кровью, лимфой и тканями по специализированным путям миграции. Подробнее — в статье Лимфатическая система.
Итак, костный мозг — это мягкая ткань внутри костей и главный орган кроветворения у взрослого человека. В нём из кроветворных стволовых клеток образуются эритроциты, тромбоциты и лейкоциты. Красный костный мозг содержит активную кроветворную ткань, а жёлтый — больше жировых клеток. Костный мозг даёт начало миелоидным и лимфоидным направлениям развития, но разные клетки проходят дальнейшее созревание в разных органах и тканях. Он поддерживает иммунитет, участвует в обновлении крови и хранит часть долгоживущих плазматических клеток. Нарушения его работы отражаются на переносе кислорода, иммунной защите и остановке кровотечений.