Костный мозг - Bone marrow

Костный мозг
Срез ткани костного мозга (окраска берлинской лазурью) .jpg
Срез ткани костного мозга
( окрашенный берлинской лазурью)
Подробности
Система Кроветворная система Иммунная система Лимфатическая система
Идентификаторы
латинский Медулла оссиум
MeSH D001853
TA98 A13.1.01.001
TA2 388
FMA 9608
Анатомическая терминология

Костный мозг - это полутвердая ткань, обнаруженная в губчатых (также известных как губчатые ) частях костей . У птиц и млекопитающих костный мозг является основным местом образования новых клеток крови (или гемопоэза ). Он состоит из кроветворных клеток , жировой ткани костного мозга и поддерживающих стромальных клеток . У взрослых людей костный мозг в основном расположен в ребрах , позвонках , грудины и костях таза . Костный мозг составляет примерно 5% от общей массы тела здоровых взрослых людей, так что у человека весом 73 кг (161 фунт) будет около 3,7 кг (8 фунтов) костного мозга.

Человеческий костный мозг производит около 500 миллиардов клеток крови в день, которые присоединяются к системному кровообращению через проницаемые синусоиды сосудистой сети внутри костномозговой полости . Все типы кроветворных клеток, включая миелоидные и лимфоидные линии , создаются в костном мозге; однако лимфоидные клетки должны мигрировать в другие лимфоидные органы (например, тимус ), чтобы завершить созревание.

Трансплантация костного мозга может проводиться для лечения тяжелых заболеваний костного мозга, включая определенные формы рака, такие как лейкемия . С костным мозгом связаны несколько типов стволовых клеток. Гемопоэтические стволовые клетки в костном мозге могут давать начало кроветворным клеткам, а мезенхимальные стволовые клетки , которые могут быть выделены из первичной культуры стромы костного мозга, могут давать начало костной , жировой и хрящевой тканям.

Состав

Состав костного мозга динамичен, поскольку смесь клеточных и неклеточных компонентов (соединительная ткань) изменяется с возрастом и в ответ на системные факторы. У людей костный мозг в просторечии характеризуется как «красный» или «желтый» костный мозг ( латинское : medulla ossium rubra , латинское : medulla ossium flava соответственно) в зависимости от преобладания гематопоэтических клеток по сравнению с жировыми клетками . Хотя точные механизмы, лежащие в основе регуляции костного мозга, не изучены, изменения в составе происходят в соответствии со стереотипными паттернами. Например, кости новорожденного ребенка содержат исключительно кроветворно активный «красный» костный мозг, и с возрастом происходит постепенное преобразование в «желтый» костный мозг. У взрослых красный костный мозг обнаруживается в основном в центральном скелете , таком как таз , грудина , череп , ребра , позвонки и лопатки , а также в различной степени обнаруживается в проксимальных эпифизарных концах длинных костей, таких как бедренная и плечевая кость . В условиях хронической гипоксии организм может преобразовать желтый костный мозг обратно в красный, чтобы увеличить производство клеток крови.

Кроветворные компоненты

Костный мозг аспирата , показывающая нормальный «trilineage гемопоэз»: миеломоноцитарная клетка (ые эозинофилы миелоцит маркированный), эритроидные клетки (ые ортохроматический эритробластов отмечены) и мегакариоцит клетка .
Гемопоэтические клетки-предшественники: промиелоцит в центре, два метамиелоцита рядом с ним и связующие клетки из аспирата костного мозга.

На клеточном уровне основной функциональный компонент костного мозга включает клетки-предшественники, которым суждено превратиться в клетки крови и лимфоидные клетки. Человеческий костный мозг производит около 500 миллиардов клеток крови в день. Костный мозг содержит гемопоэтические стволовые клетки, которые дают начало трем классам клеток крови, которые находятся в кровотоке: белые кровяные тельца (лейкоциты), красные кровяные тельца (эритроциты) и тромбоциты (тромбоциты).

Клеточная структура паренхимы красного костного мозга
Группа Тип ячейки Средняя
фракция
Контрольный
диапазон
Миелопоэтические
клетки
Миелобласты 0,9 0,2–1,5
Промиелоциты 3,3% 2.1–4.1
Нейтрофильные миелоциты 12,7% 8,2–15,7
Эозинофильные миелоциты 0,8% 0,2–1,3
Нейтрофильные метамиелоциты 15,9% 9,6–24,6
Эозинофильные метамиелоциты 1,2% 0,4–2,2
Нейтрофильные ленточные клетки 12,4% 9,5–15,3
Клетки эозинофильной группы 0,9% 0,2–2,4
Сегментированные нейтрофилы 7,4% 6,0–12,0
Сегментированные эозинофилы 0,5% 0,0–1,3
Сегментированные базофилы и тучные клетки 0,1% 0,0–0,2
Эритропоэтические
клетки
Пронормобласты 0,6% 0,2–1,3
Базофильные нормобласты 1,4% 0,5–2,4
Полихроматические нормобласты 21,6% 17,9–29,2
Ортохроматический нормобласт 2,0% 0,4–4,6
Другие
типы клеток
Мегакариоциты <0,1% 0,0-0,4
Плазматические клетки 1,3% 0,4–3,9
Ретикулярные клетки 0,3% 0,0-0,9
Лимфоциты 16,2% 11.1-23.2
Моноциты 0,3% 0,0-0,8

Строма

Стромы костного мозга включает в себя все ткани , непосредственно не участвующих в основной функции костного мозга о кроветворении . Стромальные клетки могут косвенно участвовать в кроветворении, обеспечивая микроокружение, которое влияет на функцию и дифференцировку кроветворных клеток. Например, они генерируют колониестимулирующие факторы , которые оказывают значительное влияние на кроветворение . Типы клеток, которые составляют строму костного мозга, включают:

Функция

Мезенхимальные стволовые клетки

Строма костного мозга содержит мезенхимальные стволовые клетки (МСК), которые также известны как стромальные клетки костного мозга. Это мультипотентные стволовые клетки, которые могут дифференцироваться в различные типы клеток. Было показано, что МСК дифференцируются in vitro или in vivo в остеобласты , хондроциты , миоциты , адипоциты костного мозга и клетки бета-островков поджелудочной железы .

Барьер костного мозга

В кровеносных сосудах костного мозга составляют барьер, ингибируя клетку крови незрелой покидать костный мозг. Только зрелые клетки крови содержат мембранные белки , такие как аквапорин и гликофорин , которые необходимы для присоединения и прохождения эндотелия кровеносных сосудов . Гемопоэтические стволовые клетки также могут преодолевать барьер костного мозга и, таким образом, могут быть взяты из крови.

Лимфатическая роль

Красный костный мозг является ключевым элементом лимфатической системы , являясь одним из основных лимфоидных органов, которые производят лимфоциты из незрелых гематопоэтических клеток-предшественников . Костный мозг и тимус составляют первичные лимфоидные ткани, участвующие в производстве и раннем отборе лимфоцитов. Кроме того, костный мозг выполняет функцию клапана, предотвращая обратный ток лимфатической жидкости в лимфатической системе.

Компартментализация

Внутри костного мозга очевидна биологическая компартментализация , поскольку определенные типы клеток имеют тенденцию к агрегации в определенных областях. Например, эритроциты , макрофаги и их предшественники имеют тенденцию собираться вокруг кровеносных сосудов , в то время как гранулоциты собираются на границах костного мозга.

Как еда

Костный мозг животных использовался в мировой кухне на протяжении тысячелетий, например, в знаменитом миланском оссобуко .

Клиническое значение

Болезнь

Нормальная архитектура костного мозга может быть повреждена или замещена апластической анемией , злокачественными новообразованиями, такими как множественная миелома , или инфекциями, такими как туберкулез , что приводит к снижению выработки клеток крови и тромбоцитов. Костный мозг также может быть поражен различными формами лейкемии , поражающей его гематологические клетки-предшественники. Кроме того, воздействие радиации или химиотерапии убивает многие из быстро делящихся клеток костного мозга, и , следовательно , приведет к депрессии иммунной системы . Многие симптомы радиационного отравления связаны с повреждением клеток костного мозга.

Для диагностики заболеваний костного мозга иногда выполняется его аспирация . Обычно это связано с использованием полой иглы для взятия образца красного костного мозга из гребня подвздошной кости под общей или местной анестезией .

Применение стволовых клеток в терапии

Стволовые клетки, полученные из костного мозга, находят широкое применение в регенеративной медицине.

Визуализация

Медицинская визуализация может предоставить ограниченный объем информации о костном мозге. Обычные рентгеновские лучи пленки проходят через мягкие ткани, такие как костный мозг, и не обеспечивают визуализации, хотя могут быть обнаружены любые изменения в структуре связанной кости. КТ имеет несколько лучшие возможности для оценки костного мозга костей, хотя и с низкой чувствительностью и специфичностью. Например, нормальный жировой «желтый» костный мозг в длинных костях взрослых имеет низкую плотность (от -30 до -100 единиц Хаунсфилда) между подкожно-жировой клетчаткой и мягкими тканями. Ткани с увеличенным клеточным составом, такие как нормальный «красный» костный мозг или раковые клетки в костномозговой полости, будут иметь более высокую плотность.

МРТ более чувствительна и специфична для оценки костного состава. МРТ позволяет оценить средний молекулярный состав мягких тканей и, таким образом, предоставляет информацию об относительном содержании жира в костном мозге. У взрослых людей «желтый» жировой мозг является доминирующей тканью в костях, особенно в (периферическом) аппендикулярном скелете . Поскольку молекулы жира обладают высокой T1-релаксацией , последовательности изображений, взвешенных по T1, показывают «желтый» жировой мозг как яркий (гиперинтенсивный). Более того, нормальный жировой мозг теряет сигнал о последовательности насыщения жира, аналогично подкожному жиру.

Когда «желтый» жировой мозг заменяется тканью с более клеточным составом, это изменение проявляется в уменьшении яркости на T1-взвешенных последовательностях. И нормальный «красный» костный мозг, и патологические очаги костного мозга (например, рак) темнее, чем «желтый» костный мозг на последовательностях T1-веса, хотя их часто можно различить при сравнении с интенсивностью МР-сигнала соседних мягких тканей. Нормальный «красный» костный мозг обычно эквивалентен или ярче, чем скелетные мышцы или межпозвоночный диск на T1-взвешенных последовательностях.

Изменение жирового костного мозга, обратное гиперплазии красного костного мозга , может происходить при нормальном старении, хотя его также можно увидеть при определенных методах лечения, таких как лучевая терапия . Диффузная гипоинтенсивность Т1 костного мозга без усиления контраста или разрыва кортикального слоя предполагает конверсию красного костного мозга или миелофиброз . Ложно нормальный костный мозг на Т1 можно увидеть при диффузной множественной миеломе или лейкемической инфильтрации, когда соотношение воды и жира не изменено в достаточной степени, что может наблюдаться при опухолях более низкой степени злокачественности или на более ранних стадиях процесса заболевания.

Гистология

Wright's окрашенных аспирата костного мозга мазок у пациента с лейкемией .

Исследование костного мозга - это патологический анализ образцов костного мозга, полученных при биопсии и аспирации костного мозга. Исследование костного мозга используется для диагностики ряда состояний, включая лейкоз, множественную миелому, анемию и панцитопению . Костный мозг производит клеточные элементы крови, включая тромбоциты , эритроциты и лейкоциты . Хотя много информации можно получить, исследуя саму кровь (взятую из вены путем флеботомии ), иногда необходимо исследовать источник клеток крови в костном мозге, чтобы получить больше информации о кроветворении; это роль аспирации и биопсии костного мозга.

Соотношение между миелоидным рядом и эритроидными клетками имеет отношение к функции костного мозга, а также к заболеваниям костного мозга и периферической крови , таким как лейкемия и анемия. Нормальное соотношение миелоида и эритроида составляет около 3: 1; это соотношение может увеличиваться при миелолейкозах , уменьшаться при полицитемиях и полностью изменяться при талассемии .

Донорство и трансплантация

Идет забор костного мозга.
Предпочтительные места для процедуры

При трансплантации костного мозга гемопоэтические стволовые клетки удаляются у человека и вводятся другому человеку ( аллогенные ) или тому же человеку в более позднее время ( аутологичные ). Если донор и реципиент совместимы, эти инфузированные клетки затем отправятся в костный мозг и инициируют производство клеток крови. Трансплантация от одного человека к другому проводится для лечения тяжелых заболеваний костного мозга, таких как врожденные дефекты, аутоиммунные заболевания или злокачественные новообразования. Собственный костный мозг пациента сначала уничтожается лекарствами или радиацией , а затем вводятся новые стволовые клетки. Перед лучевой терапией или химиотерапией в случаях рака некоторые из гемопоэтических стволовых клеток пациента иногда собирают, а затем вводят обратно, когда терапия завершается, для восстановления иммунной системы.

Стволовые клетки костного мозга могут стать нервными клетками для лечения неврологических заболеваний, а также потенциально могут быть использованы для лечения других заболеваний, таких как воспалительное заболевание кишечника . В 2013 году после клинических испытаний ученые предложили использовать трансплантацию костного мозга для лечения ВИЧ в сочетании с антиретровирусными препаратами; однако позже было обнаружено, что ВИЧ оставался в телах испытуемых.

Сбор урожая

Стволовые клетки обычно собирают непосредственно из красного костного мозга гребня подвздошной кости , часто под общим наркозом . Процедура малоинвазивная и в дальнейшем не требует наложения швов. В зависимости от состояния здоровья донора и реакции на процедуру, фактический забор может быть амбулаторным или может потребовать 1-2 дня восстановления в больнице.

Другой вариант - вводить определенные лекарства, которые стимулируют выброс стволовых клеток из костного мозга в циркулирующую кровь. В руку донора вводится внутривенный катетер , а затем стволовые клетки отфильтровываются из крови. Эта процедура аналогична той, что используется при сдаче крови или тромбоцитов. У взрослых костный мозг также может быть взят из грудины , тогда как большеберцовая кость часто используется при взятии проб у младенцев. У новорожденных стволовые клетки могут быть извлечены из пуповины .

Окаменелости

Костный мозг, возможно, впервые появился у Eusthenopteron , вида доисторических рыб, тесно связанных с ранними четвероногими .

Самое раннее окаменелое свидетельство костного мозга было обнаружено в 2014 году у Eusthenopteron , рыбы с лопастными плавниками, которая жила в девонский период примерно 370 миллионов лет назад. Ученые из Уппсальского университета и Европейского центра синхротронного излучения использовали рентгеновскую синхротронную микротомографию для изучения окаменелой внутренней части плечевой кости скелета и обнаружили организованные трубчатые структуры, похожие на костный мозг современных позвоночных. Eusthenopteron тесно связан с ранними четвероногими , которые в конечном итоге превратились в современных наземных млекопитающих и ящериц .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки