stringtranslate.com

Костный мозг

Костный мозг — это полутвердая ткань , находящаяся в губчатых (также известных как губчатые) частях костей . [2] У птиц и млекопитающих костный мозг является основным местом производства новых клеток крови (или кроветворения ). [3] Он состоит из кроветворных клеток , жировой ткани костного мозга и поддерживающих стромальных клеток . У взрослого человека костный мозг преимущественно расположен в ребрах , позвонках , грудине и костях таза . [4] Костный мозг составляет примерно 5% от общей массы тела здорового взрослого человека, так что у человека весом 73 кг (161 фунт) будет около 3,7 кг (8 фунтов) костного мозга. [5]

Человеческий костный мозг производит около 500 миллиардов клеток крови в день, которые присоединяются к большому кругу кровообращения через проницаемые синусоиды сосудистой сети в костномозговой полости . [6] Все типы гемопоэтических клеток, включая как миелоидные , так и лимфоидные клетки , создаются в костном мозге; однако лимфоидные клетки должны мигрировать в другие лимфоидные органы (например, тимус ), чтобы завершить созревание.

Трансплантацию костного мозга можно проводить для лечения тяжелых заболеваний костного мозга, включая определенные формы рака , такие как лейкемия . Несколько типов стволовых клеток связаны с костным мозгом. Гемопоэтические стволовые клетки в костном мозге могут давать начало гемопоэтическим клеткам, а мезенхимальные стволовые клетки , которые можно выделить из первичной культуры стромы костного мозга, могут давать начало костной, жировой и хрящевой ткани. [7]

Состав

Состав костного мозга динамичен, поскольку смесь клеточных и неклеточных компонентов (соединительной ткани) меняется с возрастом и в ответ на системные факторы. У людей костный мозг в просторечии характеризуется как «красный» или «желтый» костный мозг ( латынь : medulla ossiumrubra , латынь : medulla ossium flava соответственно) в зависимости от преобладания кроветворных клеток по сравнению с жировыми клетками . Хотя точные механизмы, лежащие в основе регуляции костного мозга, не изучены, [6] изменения состава происходят в соответствии со стереотипными закономерностями. [8] Например, кости новорожденного ребенка содержат исключительно гемопоэтически активный «красный» костный мозг, и с возрастом происходит прогрессивная конверсия в «желтый» костный мозг. У взрослых красный костный мозг обнаруживается в основном в центральном скелете , например, в тазе , грудине , черепе , ребрах , позвонках и лопатках , 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 выработку клеток крови. [9]

Гематопоэтические компоненты

Аспират костного мозга , демонстрирующий нормальный «трехлинейный гемопоэз»: миеломоноцитарные клетки ( отмечены эозинофильные миелоциты), эритроидные клетки ( отмечены ортохроматические эритробласты) и мегакариоцитарные клетки.
Гемопоэтические клетки-предшественники: промиелоцит в центре, рядом с ним два метамиелоцита и палочкоядерные клетки из аспирата костного мозга.

На клеточном уровне основным функциональным компонентом костного мозга являются клетки-предшественники, которым суждено созреть в клетки крови и лимфоидные клетки. Человеческий костный мозг производит около 500 миллиардов клеток крови в день. [10] Костный мозг содержит гемопоэтические стволовые клетки , которые дают начало трем классам клеток крови, которые находятся в кровообращении: лейкоцитам (лейкоцитам), эритроцитам (эритроцитам) и тромбоцитам (тромбоцитам). [11]

Строма

Строма костного мозга включает все ткани, не участвующие непосредственно в основной функции костного мозга - кроветворении . [6] Стромальные клетки могут косвенно участвовать в кроветворении, обеспечивая микроокружение, которое влияет на функцию и дифференцировку кроветворных клеток. Например, они генерируют колониестимулирующие факторы , оказывающие существенное влияние на кроветворение. Типы клеток, составляющих строму костного мозга, включают:

Функция

Мезенхимальные стволовые клетки

Строма костного мозга содержит мезенхимальные стволовые клетки (МСК), [11] , 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-панкреатических островков . [ нужна цитата ]

Костномозговой барьер

Кровеносные сосуды костного мозга образуют барьер, препятствующий выходу незрелых клеток крови из костного мозга. Только зрелые клетки крови содержат мембранные белки , такие как аквапорин и гликофорин , которые необходимы для прикрепления и прохождения через эндотелий кровеносных сосудов . [13] Гемопоэтические стволовые клетки также могут преодолевать костномозговой барьер и, таким образом, могут быть получены из крови. [ нужна цитата ]

Лимфатическая роль

Красный костный мозг является ключевым элементом лимфатической системы , являясь одним из основных лимфоидных органов , генерирующих лимфоциты из незрелых гемопоэтических клеток-предшественников . [14] Костный мозг и тимус составляют первичные лимфоидные ткани, участвующие в производстве и раннем отборе лимфоцитов. Кроме того, костный мозг выполняет клапаноподобную функцию, предотвращая обратный ток лимфатической жидкости в лимфатическую систему. [ нужна цитата ]

Компартиментализация

В костном мозге очевидна биологическая компартментализация : определенные типы клеток имеют тенденцию агрегироваться в определенных областях. Например, эритроциты , макрофаги и их предшественники имеют тенденцию собираться вокруг кровеносных сосудов , тогда как гранулоциты собираются на границах костного мозга. [11]

В качестве еды

Люди использовали костный мозг животных в кулинарии по всему миру на протяжении тысячелетий, как, например, в знаменитом миланском Оссобуко . [15]

Клиническое значение

Болезнь

Нормальная архитектура костного мозга может быть повреждена или смещена 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 поражаться различными формами лейкемии , поражающей его гематологические клетки-предшественники. [16] Кроме того, воздействие радиации или химиотерапии убивает многие быстро делящиеся клетки костного мозга и, следовательно, приводит к угнетению иммунной системы . Многие симптомы радиационного отравления обусловлены повреждением клеток костного мозга. [ нужна цитата ]

Для диагностики заболеваний, связанных с костным мозгом, иногда проводят аспирацию костного мозга . Обычно это предполагает использование полой иглы для взятия образца красного костного мозга из гребня подвздошной кости под общей или местной анестезией . [17]

Применение стволовых клеток в терапии

Стволовые клетки, полученные из костного мозга, имеют широкий спектр применения в регенеративной медицине. [18]

Визуализация

Медицинская визуализация может предоставить ограниченное количество информации о костном мозге. Обычные рентгеновские снимки проходят через мягкие ткани, такие как костный мозг, и не обеспечивают визуализацию, хотя могут быть обнаружены любые изменения в структуре соответствующей кости. [19] КТ имеет несколько лучшие возможности для оценки костномозговой полости костей, хотя и с низкой чувствительностью и специфичностью. Например, нормальный жировой «желтый» костный мозг длинных костей взрослого человека имеет низкую плотность (от -30 до -100 единиц Хаунсфилда) между подкожным жиром и мягкими тканями. Ткани с повышенным клеточным составом, такие как нормальный «красный» костный мозг или раковые клетки в костномозговой полости, будут иметь несколько более высокую плотность. [20]

МРТ более чувствительна и специфична для оценки состава кости. МРТ позволяет оценить средний молекулярный состав мягких тканей и, таким образом, предоставить информацию об относительном содержании жира в костном мозге. У взрослых людей «желтый» жировой костный мозг является доминирующей тканью в костях, особенно в (периферическом) аппендикулярном скелете . Поскольку молекулы жира имеют высокую Т1-релаксивность , последовательности Т1-взвешенных изображений показывают «желтый» жировой костный мозг как яркий (гиперинтенсивный). Кроме того, нормальный жировой костный мозг теряет сигнал о последовательности насыщения жиром, аналогично тому, как это происходит с подкожным жиром. [ нужна цитата ]

Когда «желтый» жировой мозг заменяется тканью с более клеточным составом, это изменение проявляется в уменьшении яркости на Т1-взвешенных последовательностях. Как нормальный «красный» костный мозг, так и патологические поражения костного мозга (например, рак) темнее «желтого» костного мозга на последовательностях Т1, хотя их часто можно отличить по сравнению с интенсивностью МР-сигнала соседних мягких тканей. Нормальный «красный» костный мозг обычно эквивалентен или ярче скелетных мышц или межпозвоночного диска на Т1-взвешенных последовательностях. [8] [21]

Изменение жирового костного мозга, противоположное гиперплазии красного костного мозга , может возникать при нормальном старении [22] , хотя его также можно наблюдать при некоторых видах лечения, таких как лучевая терапия . Диффузная гипоинтенсивность Т1 костного мозга без контрастного усиления или кортикальной неоднородности 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 недостаточно изменено, как это может наблюдаться при опухолях более низкой степени злокачественности или на более ранних стадиях заболевания. [23]

Гистология

Мазок аспирата костного мозга , окрашенный по Райту , пациента с лейкемией.

Исследование костного мозга — это патологический анализ образцов костного мозга, полученных с помощью биопсии и аспирации костного мозга. Исследование костного мозга используется для диагностики ряда заболеваний, включая лейкемию, множественную миелому, анемию и панцитопению . Костный мозг производит клеточные элементы крови, включая тромбоциты , эритроциты и лейкоциты . Хотя много информации можно получить путем анализа самой крови (взятой из вены путем флеботомии ), иногда необходимо исследовать источник клеток крови в костном мозге, чтобы получить больше информации о кроветворении; в этом заключается роль аспирации и биопсии костного мозга. [ нужна цитата ]

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 миелогенных лейкозах , уменьшаться при полицитемиях и меняться на противоположное при талассемии . [24]

Донорство и трансплантация

Идет сбор 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 позднее ( аутологичные ). Если донор и реципиент совместимы, эти введенные клетки затем попадут в костный мозг и инициируют выработку 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 случае рака некоторые гемопоэтические стволовые клетки пациента иногда собирают и позже вводят обратно, когда терапия закончена, для восстановления иммунной системы. [25]

Стволовые клетки костного мозга можно превратить в нервные клетки для лечения неврологических заболеваний [26] , а также потенциально использовать для лечения других заболеваний, таких как воспалительные заболевания кишечника . [27] В 2013 году, после клинических испытаний, ученые предположили, что трансплантацию костного мозга можно использовать для лечения ВИЧ в сочетании с антиретровирусными препаратами; [28] [29] однако позже было обнаружено, что ВИЧ остался в телах испытуемых. [30]

Сбор урожая

Стволовые клетки обычно получают непосредственно из красного костного мозга в гребне подвздошной кости , часто под общей анестезией . Процедура малоинвазивна и не требует наложения швов. В зависимости от здоровья донора и реакции на процедуру фактическое взятие крови может быть амбулаторным или потребовать 1–2 дней восстановления в больнице. [31]

Другой вариант — введение определенных препаратов, которые стимулируют выброс стволовых клеток из костного мозга в циркулирующую кровь. [32] Внутривенный катетер вводится в руку донора, а затем стволовые клетки отфильтровываются из крови . Эта процедура аналогична той, которая используется при сдаче крови или тромбоцитов. У взрослых костный мозг также можно брать из грудины , тогда как при взятии проб у младенцев часто используют большеберцовую кость . [17] У новорожденных стволовые клетки можно получить из пуповины . [33]

Стойкие вирусы

С помощью количественной полимеразной цепной реакции (кПЦР) и секвенирования нового поколения (NGS) было идентифицировано максимум пять ДНК-вирусов на человека. Включены несколько герпесвирусов, вирус гепатита B, полиомавирус клеток Меркеля и вирус папилломы человека 31. Учитывая реактивационный и/или онкогенный потенциал этих вирусов, их влияние на гемопоэтические и злокачественные заболевания требует дальнейших исследований. [34]

Окаменелости

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

Самые ранние окаменелости костного мозга были обнаружены в 2014 году у Eusthenopteron , лопастной рыбы , которая жила в девонский период примерно 370 миллионов лет назад. [35] Ученые из Уппсальского университета и Европейского центра синхротронного излучения использовали рентгеновскую синхротронную микротомографию для изучения окаменелой внутренней части плечевой кости скелета , обнаружив организованные трубчатые структуры, подобные современному костному мозгу позвоночных. [35] Эустеноптерон тесно связан с ранними четвероногими , которые в конечном итоге превратились в современных наземных млекопитающих и ящериц . [35]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шмидт, Ричард Ф.; Ланг, Флориан; Хекманн, Манфред (30 ноября 2010 г.). Какие органы иммунной системы? Институт качества и эффективности здравоохранения. стр. 3/7.
  2. ^ C., Фархи, Дайан (2009). Патология костного мозга и клеток крови (2-е изд.). Филадельфия: Wolters Kluwer Health/Lippincott William & Wilkins. ISBN 9780781770934. ОКЛК  191807944.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ Арикан, Хусейн; Чичек, Керим (2014). «Гематология амфибий и рептилий: обзор» (PDF) . Северо-Западный зоологический журнал . 10 : 190–209.
  4. ^ Кэтрин, Абель (2013). Официальное учебное пособие по сертификации CPC . Американская медицинская ассоциация.
  5. ^ Хиндорф, К.; Глаттинг, Г.; Кьеза, К.; Линден, О.; Флюкс, Г. (2010). «Руководство комитета по дозиметрии EANM по дозиметрии костного мозга и всего тела». Eur J Nucl Med Mol Imaging . 37 (6): 1238–1250. дои : 10.1007/s00259-010-1422-4. PMID  20411259. S2CID  9755621.
  6. ^ abc Бирбрайр, Александр; Френетт, Пол С. (1 марта 2016 г.). «Неоднородность ниши в костном мозге». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1370 (1): 82–96. Бибкод : 2016NYASA1370...82B. дои : 10.1111/nyas.13016. ISSN  1749-6632. ПМЦ 4938003 . ПМИД  27015419. 
  7. ^ Линдберг, Мэтью Р.; Лампы, Лаура В. (2018). "Костный мозг". Диагностическая патология: нормальная гистология . стр. 130–137. дои : 10.1016/B978-0-323-54803-8.50035-8. ISBN 9780323548038.
  8. ^ Аб Чан, Брайан Ю.; Гилл, Кара Г.; Ребсамен, Сьюзен Л.; Нгуен, Цзе К. (1 октября 2016 г.). «МРТ костного мозга у детей». Радиографика . 36 (6): 1911–1930. дои : 10.1148/rg.2016160056. ISSN  0271-5333. ПМИД  27726743.
  9. ^ Поултон, ТБ; Мерфи, штат Вашингтон; Дюрк, Дж.Л.; Чапек, CC; Фейглин, Д.Х. (1 декабря 1993 г.). «Реконверсия костного мозга у курильщиков: результаты МРТ». Американский журнал рентгенологии . 161 (6): 1217–1221. дои : 10.2214/ajr.161.6.8249729. ISSN  0361-803X. ПМИД  8249729.
  10. ^ Номбела-Арриета, Сезар; Г. Манц, Маркус (2017). «Количественная оценка и трехмерная микроанатомическая организация костного мозга». Кровь продвигается . 1 (6): 407–416. doi : 10.1182/bloodadvances.2016003194. ПМЦ 5738992 . ПМИД  29296956. 
  11. ^ abcd Рафаэль Рубин и Дэвид С. Стрейер (2007). Патология Рубина: клинико-патологические основы медицины. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 90. ИСБН 978-0-7817-9516-6.
  12. ^ Приложение A:IV в клинической гематологии Винтроба (9-е издание). Филадельфия: Леа и Фебигер (1993).
  13. ^ «Мембрана красных клеток: структура и патологии» (PDF) . Австралийский центр болезней крови/ Университет Монаша . Проверено 24 января 2015 г.
  14. ^ Лимфатическая система. Allonhealth.com. Проверено 5 декабря 2011 г.
  15. ^ Фабрикант, Флоренция. «Попрошайничество в отношении костей: новая тяга к костному мозгу». Нью-Йорк Таймс . 16 сентября 1998 г.
  16. ^ Бонне, Д; Дик, Дж. Э. (1997). «Острый миелоидный лейкоз человека организован как иерархия, берущая начало от примитивной кроветворной клетки». Природная медицина . 3 (7): 730–737. дои : 10.1038/nm0797-730. PMID  9212098. S2CID  205381050.
  17. ^ ab «Аспирация и биопсия костного мозга». Лабораторные тесты онлайн, Великобритания . Проверено 16 февраля 2013 г.
  18. ^ Махла РС (2016). «Применение стволовых клеток в регенеративной медицине и лечении заболеваний». Международный журнал клеточной биологии . 2016 (7): 1–24. дои : 10.1155/2016/6940283 . ПМЦ 4969512 . ПМИД  27516776. 
  19. ^ Эллманн, Стефан; Бек, Майкл; Куверт, Торстен; Удер, Майкл; Бауэрле, Тобиас (2015). «Мультимодальная визуализация костных метастазов: от доклинического к клиническому применению». Журнал ортопедического перевода . 3 (4): 166–177. дои : 10.1016/j.jot.2015.07.004. ПМЦ 5986987 . ПМИД  30035055. 
  20. ^ Нисида, Ю; Мацуэ, Ю; Суэхара, Ю; Фукумото, К; Фудзисава, М; Такеучи, М; Оучи, Э; Мацуэ, К. (август 2015 г.). «Клиническое и прогностическое значение аномалий костного мозга в аппендикулярном скелете, выявленных с помощью мультидетекторной компьютерной томографии всего тела у пациентов с множественной миеломой». Журнал рака крови . 5 (7): е329. дои : 10.1038/bcj.2015.57. ISSN  2044-5385. ПМЦ 4526783 . ПМИД  26230953. 
  21. ^ Поултон, ТБ; Мерфи, штат Вашингтон; Дюрк, Дж.Л.; Чапек, CC; Фейглин, Д.Х. (декабрь 1993 г.). «Реконверсия костного мозга у курильщиков: результаты МРТ». АЖР. Американский журнал рентгенологии . 161 (6): 1217–21. дои : 10.2214/ajr.161.6.8249729. ПМИД  8249729.
  22. ^ Шах, LM; Ханрахан, CJ (декабрь 2011 г.). «МРТ спинного костного мозга: часть I, методика и нормальные возрастные проявления». АЖР. Американский журнал рентгенологии . 197 (6): 1298–308. дои : 10.2214/апр.11.7005. PMID  22109283. S2CID  20115888.
  23. ^ Ванде Берг, Британская Колумбия; Лекуве, FE; Галант, С; Мальдаг, Бельгия; Мальгем, Дж. (июль 2005 г.). «Нормальные варианты и частые изменения костного мозга, которые имитируют поражения костного мозга при МРТ». Радиологические клиники Северной Америки . 43 (4): 761–70, ix. doi :10.1016/j.rcl.2005.01.007. ПМИД  15893536.
  24. ^ «Определение:« Соотношение M:E »». Медицинский словарь Стедмана на MediLexicon.com. 2006. Архивировано из оригинала 10 мая 2013 года . Проверено 20 декабря 2012 г.
  25. ^ «Трансплантация костного мозга». UpToDate.com . Проверено 12 апреля 2014 г.
  26. ^ «Антитела преобразуют стволовые клетки непосредственно в клетки мозга». Наука Дейли . 22 апреля 2013 года . Проверено 24 апреля 2013 г.
  27. ^ «Исследования подтверждают перспективность клеточной терапии заболеваний кишечника» . Баптистский медицинский центр Уэйк Форест . 28 февраля 2013 года. Архивировано из оригинала 8 августа 2017 года . Проверено 5 марта 2013 г.
  28. ^ «Костный мозг освобождает мужчин от лекарств от ВИЧ»». Би-би-си. 3 июля 2013 года . Проверено 3 июля 2013 г.
  29. ^ «Трансплантация стволовых клеток уничтожает ВИЧ у двух мужчин». ПопНаука . 3 июля 2013 года . Проверено 3 июля 2013 г.
  30. ^ «Возврат ВИЧ у двух мужчин, которых считали «вылеченными» с помощью трансплантации костного мозга» . Проверка реальности РХ. 10 декабря 2013 года . Проверено 10 декабря 2013 г.
  31. ↑ Руководство для доноров Национальной программы донорства костного мозга. Архивировано 8 сентября 2008 года в Wayback Machine . Marrow.org. Проверено 5 ноября 2012 г.
  32. ^ Донорство костного мозга: чего ожидать при донорстве. Клиника Майо. Проверено 16 февраля 2013 г.
  33. ^ МакГакин, CP; Форраз, Н.; Барадес, М.-О.; Навран, С.; Чжао, Дж.; Урбан, Р.; Тилтон, Р.; Деннер, Л. (2005). «Производство стволовых клеток с эмбриональными характеристиками из пуповинной крови человека». Пролиферация клеток . 38 (4): 245–255. дои : 10.1111/j.1365-2184.2005.00346.x. ПМК 6496335 . ПМИД  16098183. 
  34. ^ Топпинен, Мари; Саджантила, Антти; Пратас, Диого; Хедман, Клаус; Пердомо, Мария Ф. (2021). «Костный мозг человека является хозяином ДНК нескольких вирусов». Передний. Клетка. Заразить. Микробиол . 11 : 657245. дои : 10.3389/fcimb.2021.657245 . ПМК 8100435 . ПМИД  33968803. 
  35. ^ abc Санчес, С.; Таффоро, П.; Альберг, ЧП (2014). «Плечевая кость Eusthenopteron: загадочная организация, предвещающая появление костного мозга конечностей четвероногих». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 281 (1782): 20140299. doi :10.1098/rspb.2014.0299. ПМЦ 3973280 . ПМИД  24648231. 

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с костным мозгом .