Менструации & Анемия. Научно обоснованные стратегии профилактики дефицита железа для женщин, регулярно теряющих кровь

Попробуйте ответить на вопрос: «Чем вы дышите?». Кто-то из вас сейчас подумал, что дышит воздухом, а кто-то, что дышит легкими. Оба ответа верны и неверны одновременно. На уровне тела мы действительно дышим воздухом, который, как насосом, втягиваем из окружающей среды с помощью легких. Но ведь не все компоненты воздуха необходимы нам для дыхания. В легких сквозь специальные мембраны внутрь организма, в кровь, проникает не весь воздух, а кислород. В крови этот газ не остается свободным, а связывается гемоглобином – белком, который содержится в специальных клетках – эритроцитах. Иначе их называют «красными клетками крови».

Эритроциты, насыщенные кислородом, с током артериальной крови из легких отправляются в путешествие по нашему организму. Они достигают самых отдаленных закоулков, отдавая связанный ими кислород всем другим клеткам и тканям, которым он нужен для дыхания. Там же, в тканях, отдавая кислород, гемоглобин присоединяет к себе молекулы углекислого газа, который образуется в процессе клеточного дыхания, как побочный продукт. Дальше эритроциты, бедные кислородом, потому что весь его отдали, но заполненные углекислым газом, с током венозной крови отправляются в обратный путь, в легкие, где молекулы углекислого газа отсоединяются от гемоглобина, проникают наружу через ту же самую мембрану в легких, через которую внутрь, в кровь, поступает кислород, а затем мы выдыхаем его в атмосферу. После чего цикл повторяется.

То есть на более глубоком, клеточном уровне мы дышим кислородом, который доставляют эритроциты. Перенос кислорода в ткани тела и перенос углекислого газа в обратную сторону – это одна из ключевых функций крови, которая движется по нашим сосудам с каждым ударом сердца, поддерживая в нас жизнь.

И эта кровь похожа на свет. Свет обладает двойственной природой, являясь и электромагнитной волной, и потоком частиц одновременно. Кровь тоже двойственна по природе. С одной стороны, кровь – это жидкость. Это подтвердит каждый ребенок, который хотя бы раз разбивал коленку и наблюдал, как она сочится из раны. Кровь действительно течет по нашим сосудам, как жидкость. Но в то же время она почти наполовину состоит из частиц, которых не видно невооруженным глазом, – отдельных живых клеток.

Если поместить кровь в специальный прибор, центрифугу, то можно разделить ее на жидкую часть, которая называется плазмой, и клетки крови. Соотношение клеток и плазмы называют гематокритом. Вы могли встречать это слово в бланке с результатами вашего общего анализа крови. Гематокрит у взрослого человека бывает разным в разных состояниях, но обычно в здоровом состоянии он варьирует от 35 до 50%. Это значит, что кровь на 35—50% состоит из клеток, а оставшееся составляет плазма.

В крови здорового человека встречаются три типа клеток: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Иначе их называют форменными элементами крови. Все они очень разные, а некоторые вовсе не являются клетками, а только их частью. Все они невероятно важны, и, если мы лишаемся хотя бы одного из трех типов, это имеет тяжелые последствия для здоровья. Но в этой книге речь пойдет только об одном из них – о красных клетках крови, или эритроцитах.

Эритроциты

Если посмотреть на каплю крови, окрашенную специальным красителем, в микроскоп, то сначала вам покажется, что все поле зрения покрывают маленькие красные кружочки, похожие на монетки. И это почти правда. Вы смотрите на красные клетки крови, или эритроциты. Их название происходит от греческих слов: эритро – красный, и цит – клетка. Этих клеток в крови больше всего, именно поэтому кровь красная.

Эритроциты не совсем обычные клетки. Дело в том, что большинство видов живых клеток в нашем организме имеют ядро. Это такое место внутри клетки, где хранятся молекулы ДНК, которые несут всю генетическую информацию об этой клетке и всех других клетках тела и их функциях. Считывая информацию из ДНК, клетка синтезирует нужные для ее жизни и работы молекулы. Например, клетки поджелудочной железы могут производить молекулы гормона инсулина, который регулирует обмен глюкозы в организме. А клетки слизистой оболочки рта точно так же, читая инструкцию в своей ДНК, вырабатывают ферменты, которые разрушают вредные для организма микробы, чтобы защитить нас от кариеса.

Но эритроциты, которые перемещаются по нашим сосудам, не имеют ядра. Они состоят практически полностью из гемоглобина, помещенного, как в мешочек, в клеточную оболочку. Это связано с тем, что главная функция эритроцита – переносить кислород из легких в ткани и нести обратно в легкие углекислый газ. Чем больше гемоглобина в эритроцит поместить, тем больше молекул кислорода он сможет присоединить в легких и тем больше заберет углекислого газа из тканей. Можно сказать, что эритроцит – это вершина клеточной специализации. В стремлении быть максимально эффективным он отказался от своего ядра, чтобы освободить больше места для гемоглобина. Но, поступив так, эритроцит принес в жертву одну из самых важных для живых клеток способностей: он больше никогда не сможет делиться, то есть производить себе подобные клетки. Ведь для деления необходимо ядро, хромосомы, ДНК и команды, которые поступают из ядра клетки и инициируют деление.

Так как ядра и почти всех остальных клеточных органов в эритроците нет, он не может обновлять и восстанавливать свои структуры при повреждении так, как могут, например, нервные клетки. Даже у взрослых людей нервные клетки, которые в большинстве своем не склонны делиться и размножаться, постоянно поддерживают свои оболочки и нервные окончания в работоспособном состоянии. Они обновляют молекулы, из которых состоят, вырабатывают молекулы, которые стимулируют их собственную работу и работу соседних клеток. Они способны вытягивать свои отростки в том направлении, откуда приходит сигнал, чтобы соединиться с другими нервными клетками и образовать нейронную сеть. Эритроциты могут только пассивно перемещаться с током крови по сосудам и связывать по очереди то кислород, то углекислый газ. И так до самой своей клеточной смерти.

Жизнь здорового эритроцита длится 120 дней. Когда он состарится, то попадет в специальный орган, который называется селезенкой, и там погибнет, точнее, будет поглощен и разрушен специальными клетками. Его оболочка лопнет, как воздушный шарик, который проткнули иголкой. А гемоглобин высыпется наружу, как конфеты из разбитой пиньяты.

Из чего сделан гемоглобин

Остановимся ненадолго и рассмотрим молекулы гемоглобина, которые выпадают из разрушенного эритроцита. Это сложные по строению молекулы, которые состоят из двух частей: гема и глобина. Гем – небелковая часть, которая, в свою очередь, состоит из молекулы порфирина и атома железа в ее сердцевине. Функцию связывания кислорода выполняет именно гем. А еще точнее, атомы железа в его составе.

Глобин – это белковая часть гемоглобина. Свойства глобина придают всей молекуле правильную форму и стабильность, именно глобин присоединяет в тканях углекислый газ, чтобы отнести его обратно в легкие.

После смерти эритроцита в селезенке гемоглобин разбирается на запчасти. От него отсоединяется белковая часть, которую специальные ферменты разбирают на отдельные аминокислоты – это простые молекулы, из которых состоят все белки нашего тела. Другие ферменты отсоединяют железо от порфирина и складывают его в специальное депо, где, как на счету в банке, хранятся все наши запасы этого микроэлемента. Затем все эти составные части отправляются на вторичное использование, то есть из них снова будут синтезированы молекулы гемоглобина, которые наполнят новые эритроциты, которые окажутся в крови, чтобы заменить те, которые уже состарились и разрушились, чтобы общий уровень красных клеток и гемоглобина оставался постоянным. Но куда именно отправляются аминокислоты и железо из селезенки? И откуда попадают в кровь эритроциты?

Откуда берутся эритроциты

Наша Вселенная стартовала когда-то с Большого взрыва. Взорвавшись и начав расширяться из бесконечно малой точки пространства 13,8 миллиарда лет назад, она простерлась на невообразимо большие расстояния во всех направлениях, по дороге создавая целые миры – огромные галактики с миллиардами светил. Эти миры рождались, жили и умирали в эпических взрывах сверхновых звезд, к которым мы еще вернемся в конце этой книги, ведь они имеют прямое отношение к ее теме, хотя пока это может быть неочевидным.

Время жизни каждой звезды во Вселенной, к сожалению, ограничено. Так же ограничено и время жизни каждой клетки в нашей крови. А раз клетки крови имеют свой конец, логично предположить, что у них есть начало или, точнее, место рождения. Таким местом в организме человека является костный мозг. Именно туда, в колыбель всех клеток крови, транспортные белки доставляют железо и аминокислоты, добытые при переработке старых эритроцитов в селезенке. И там эти вещества используются, чтобы синтезировать новый гемоглобин в новых эритроцитах. И это бережное, environment friendly с точки зрения организма производство повторяется цикл за циклом в течение всей нашей жизни. Клетки рождаются, живут, умирают и снова рождаются, как звезды из звездной пыли.

С точки зрения анатомии костный мозг – это ткань или сообщество клеток, расположенная внутри костей. Именно костей, а не какой-то конкретной кости, как, например, головной мозг, защищенный от повреждений костями черепа, или спинной мозг, расположенный в позвоночном канале. И именно внутри костей, а не просто в их окружении, как два вышеупомянутых мозга. В отличие от них костный мозг распределен внутри, то есть в полости большого количества костей. У младенцев его можно найти практически во всех костях, а у взрослых людей – в основном в костях таза, в телах позвонков, в грудине и ребрах.

Нам иногда представляется, что кость – это что-то твердое и «неживое», однако на самом деле кость очень хорошо кровоснабжается, внутрь костного мозга через слой костной ткани проникают довольно крупные кровеносные сосуды, которые в полости костного мозга разветвляются и приобретают особую форму очень широких капилляров. Через них новые клетки крови выходят из костного мозга и начинают свое путешествие по кровеносной системе. Стенка этих капилляров не сплошная, она имеет что-то вроде небольших дверок с молекулярным кодовым замком, благодаря которому из костного мозга в кровь могут выходить только зрелые, готовые к работе клетки, у которых есть нужный код, а более молодые остаются внутри костного мозга созревать и ждать своей очереди.

С точки зрения внешнего вида костный мозг, добытый из полости костей при пункции, похож на очень густую кровь, это темно-красная жидкость, напоминающая подтаявшее желе. Если каплю его распределить тонким слоем по предметному стеклу, под микроскопом в этом тонком слое можно увидеть обычные клетки крови (эритроциты, тромбоциты и разные виды лейкоцитов), но там вам встретятся и множество клеток, которых у здорового человека в крови не бывает. Это предшественницы клеток крови, их незрелые формы и их предки. Еще встречаются вспомогательные или стромальные клетки, жировые клетки, клетки костной ткани, которые поддерживают пространство и обеспечивают всем необходимым зреющие в костном мозге клетки крови. Но, пожалуй, самыми важными и знаменитыми клетками в костном мозге являются кроветворные стволовые клетки.

Стволовая клетка

Стволовые клетки – удивительные биологические объекты, они есть практически во всех тканях организма. Стволовые клетки, живущие в костном мозге и дающие начало всем клеткам крови и иммунной системы, называют кроветворными или гемопоэтическими стволовыми клетками.

У всех стволовых клеток, включая кроветворные, есть одно уникальное качество. Они умеют делиться почти бесконечно… ну или, по крайней мере, очень много раз. Процесс образования зрелых клеток крови из кроветворных стволовых клеток называют «гемопоэз», или «кроветворение».

Кроме деления, стволовые клетки практически ничего не умеют. Не умеют переносить кислород, как эритроциты, не умеют бороться с инфекциями, как лейкоциты, не умеют останавливать кровотечение, как тромбоциты. Зато стволовая клетка, как Ева или матриарх пчелиного улья, может стать родоначальницей целого «народа» и произвести в конечном итоге все виды и разновидности клеток крови, которые необходимы организму.

Мы точно не знаем, сколько у нас в костном мозге содержится стволовых клеток, по разным оценкам, от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Однако достоверно известно, что стволовых клеток в костном мозге значительно, в миллионы раз, меньше, чем зрелых клеток крови, которые из них получаются.

Математические расчеты говорят, что в течение нашей жизни в организме образуется около 6,5 квадриллионов клеток крови. Если бы каждая стволовая клетка, живущая в костном мозге, просто «превращалась» в один зрелый форменный элемент крови, например эритроцит или лейкоцит, то стоящая перед природой задача – обеспечить нас при рождении запасом стволовых клеток на всю жизнь – стала бы непосильной. Несмотря на их малый размер, общий вес такого количества клеток составил бы 6,5 тонн. Постоянно носить с собой 6,5 тонн деталей для регулярного обновления клеток крови было бы не очень эффективно. Поэтому природа придумала кое-что хитрое.

Дело в том, что стволовые клетки делятся так, что количество их «дочек» увеличивается в геометрической прогрессии. То есть каждая клетка делится на две, затем каждая ее «дочка» делится на две клетки и так далее. Через несколько делений дочерние клетки воспринимают биохимический сигнал организма и делают выбор, кем быть. Превращение потомков стволовой клетки в зрелые клетки крови называют дифференцировкой. Расчеты показывают, что в процессе деления и дифференцировки клеток-предшественниц всего из каждой стволовой клетки, данной нам к моменту рождения, формируется 30 миллиардов зрелых форменных элементов крови.

Как из стволовой клетки получаются эритроциты

Конечные форменные элементы крови, эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, которые получаются в процессе дифференцировки, очень сильно отличаются как от своих прародительниц – стволовых клеток, так и друг от друга по форме, размеру и способностям, хотя происходят от одного и того же общего предка. Превращение стволовой клетки в зрелый форменный элемент крови называется дифференцировкой. Его можно представить как процесс превращения гусеницы в бабочку через стадию куколки. Промежуточные варианты клеток, то есть куколки, различимые на пути от стволовой к зрелой клетке крови, и называют клетками-предшественницами. Одновременно дифференцировку зрелых клеток из незрелых предшественников можно сравнить с процессом получения профессионального образования в колледже или университете. Пришедшие на первый курс с одинаковыми базовыми знаниями школьники (клетки-предшественники) в процессе обучения выбирают факультет или кафедру и приобретают уникальные профессиональные знания и умения, так что выпускник (зрелая клетка крови) полностью готов выполнять какую-то определенную работу, правда, утратив при это способность переучиваться и получать иные профессиональные навыки.

То есть стволовая клетка не только изменяется буквально до неузнаваемости в процессе дифференцировки, но ее дочки еще и приобретают уникальные способности, которых у стволовой клетки не было. Каков же механизм этого превращения?

Все разнообразие тканей и клеток в нас происходит от одной единственной яйцеклетки, оплодотворенной сперматозоидом. В каждую клетку нашего тела, начиная с этой первой, заложена единая генетическая программа в момент зачатия. Эта генетическая программа или геном представляет собой длинную молекулу ДНК. В ДНК с помощью генетического кода записана информация о структуре каждого белка, который есть в организме. Небольшой участок ДНК, содержащий информацию об одном белке, называется ген. В геноме человека хранится информация примерно о 20 000 белков, записанная в генах. Но в каждой конкретной клетке одновременно вырабатывается лишь часть из них, скажем около 5 000. Некоторые белки универсальны: они есть во всех клетках. Другие эксклюзивны и вырабатываются в каком-то одном типе клеток. Так, гемоглобин есть только в эритроцитах, а иммуноглобулины умеют делать только лимфоциты. Для того чтобы в клетке вырабатывался определенный набор общих и уникальных белков, геном умеет «включать» и «выключать» определенные гены. Таким образом, внешний вид клетки, ее способности и функции целиком определяются тем, какой набор генов в ней «включен». Благодаря этому механизму одинаковый набор генов реализуется в тысячи разных вариантов внешнего вида и функций на уровне клетки. С биологической точки зрения дифференцировка клеток-предшественниц означает постепенное включение характерного набора генов и выработку белков, которые формируют зрелую, полностью дифференцированную клетку.

Этот процесс начинается с того, что каждая из предшественниц воспринимает биохимический сигнал, то есть контактирует с определенной молекулой, отправленной в костный мозг, чтобы сообщить, что где-то в организме требуются новые клетки крови. На поверхности предшественников есть разные рецепторы, то есть молекулы, которые, соединяясь с молекулой-биохимическим сигналом организма, передают команду в ядро клетки, туда, где находится ДНК. Повинуясь команде, в ДНК включаются нужные гены, которые управляют синтезом специфических для каждой клетки крови белков.

В случае эритроцита таким сигналом организма о потребности в красных клетках крови будет гормон эритропоэтин, который, контактируя с рецептором эритропоэтина на клетке-предшественнице запускает процесс синтеза главного их белка – гемоглобина, а также белков, которые будут встроены в оболочку будущей красной клетки и определят ее изящную форму.

Мы уже упомянули, что самые многочисленные форменные элементы в крови – это именно эритроциты. Они практически полностью сосредоточены на переносе газов – кислорода и углекислого газа – между легкими и всеми остальными органами и тканями. Для того чтобы поддерживать необходимое количество эритроцитов и гемоглобина в крови, из костного мозга взрослого человека в кровь выходит 200 миллиардов новых красных клеток в сутки. А при значительной потере крови это количество может быть резко увеличено до 1 триллиона клеток в сутки. Вероятно, процесс созревания эритроцитов в костном мозге – самый «масштабный» конвейер в организме. Для того чтобы этот конвейер работал бесперебойно, необходима оперативная доставка нужных нутриентов в костный мозг. Для эритроцитов ключевыми являются железо, витамин В12, фолиевая кислота, аминокислоты и жиры.

Перед каждым эритроцитом стоит задача переносить как можно больше кислорода за одно путешествие из легких к тканям, где работающие клетки интенсивно потребляют его в процессе производства энергии. Для этого все свободное пространство внутри эритроцита должно быть занято молекулами гемоглобина. В то же время эритроцит должен быть маленьким и очень пластичным, чтобы протискиваться через просвет капиллярных сосудов, толщиной в 1/20 от волоса человека. Для того чтобы кислородная грузоподъемность и пластичность достигли максимума, в процессе превращения клеток-предшественниц в зрелые эритроциты природа избавила их почти от всего, в том числе от самого важного элемента – клеточного ядра. При дифференцировке эритроцитов ядро, которое в стволовой клетке занимает большую часть пространства, постепенно уменьшается, становится маленьким плотным шариком. Одновременно предшественники эритроцитов поглощают из окружающего пространства костного мозга железо, витамины и аминокислоты и синтезируют из них гемоглобин, пока клетка не становится фактически маленьким мешочком с гемоглобином. Затем, отдав последние инструкции по синтезу гемоглобина, сморщенное ядро выталкивается из клетки. Только потеряв ядро, а с ним и способность создавать новые молекулы гемоглобина внутри себя, эритроидная клетка-предшественница получает право называться эритроцитом и возможность покинуть костный мозг, выйдя через молекулярную дверцу в кровеносный сосуд.