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 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]
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 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:
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 ]
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 ]
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 ]
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]
Люди использовали костный мозг животных в кулинарии по всему миру на протяжении тысячелетий, как, например, в знаменитом миланском Оссобуко . [15]
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]
Стволовые клетки, полученные из костного мозга, имеют широкий спектр применения в регенеративной медицине. [18]
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]
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]
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]
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]
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]
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]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )