ERİTROSİTLERLÖKOSİTLER

Prof. Dr. Yıldız Dinçer

• Kan, kemik iliği ile birlikte vücutta homeostazın sağlanmasında önemli bir katkıda bulunan organ sistemini oluşturur.

• Homeostaz: Vücut iç ortamının normal bileşiminde sürdürülmesi

• Kan, su, proteinler, çeşitli besinsel bileşenler ve özel hücrelerden oluşan sıvı bir doku olarak kabul edilebilir

Kan hücreleri:

• Alyuvarlar (eritrositler) - Oksijen taşır, tamponlama yaparlar

• Akyuvarlar (lökositler) – İmmun savunmada görev alırlar

• Trombositler – Kan pıhtılaşmasında görev alırlar

• Kan hücreleri kemik iliğinde yer alan pluripotent (multipotent) kök hücrelerin bölünüp çoğalması ve farklılaşması ile oluşur

Hematopoez

• Fetal hayatın ortalarından itibaren ve postnatal dönemde aktif hematopoez organı kemik iliğidir. T lenfositlerin sentezi ise timustadır

• İnsanlarda postnatal yaşamda eritrositler, granülositler, monositler ve trombositler sadece kemik iliğinde yapılırlar

• Lenfositler ise kemik iliği ile birlikte timus bezinde yapılırlar

• Tüm hücre hatları vücudun yaşamı boyunca kendi kendisini yenileyen hücreler olan hematopoietik kök hücrelerinden inerler

• Hematopoietik kök hücreleri kemik iliğinin stromasında bulunur

• Pluripotent kök hücreleri iki major öncü hücre grubunu oluştururlar

• 1. Lenfoid kök hücresi (lenfoid seri; T ve • B lenfositler)• 2. Myeloid kök hücresi (myeloid seri; • eritrositler, trombositler, monositler, • granülositler)

• Uygun sinyallerin varlığında hematopoietik kök hücreleri çoğalır, farklılaşır ve kanı oluşturan herhangi bir hücre tipine olgunlaşır.

• Pluripotent kök hücrelerinden önce ‘committed progenitor’ hücre oluşur

• Committed progenitor hücreler in vitroda çözünür bir faktöre yanıt olarak koloni oluşturabilen hücrelerdir (CFU-M monosit; CFU-G nötrofil; CFU-E0 Eozinofil; CFU-E eritrosit……)

• Kemik iliğinde gelişmekte olan öncül hücreler ilik stroma hücreleri ile birlikte gelişirler

• İlik stroma hücreleri: fibroblastlar, endotel hücreleri, adipositler, makrofajlar

• Stroma hücreleri bir hücre dışı yatak oluşturur ve hematopoietik gelişimi düzenleyen biyomoleküller salgılarlar

Hematopoetik büyüme faktörleri

• Hematopoezin kontrolüne katkıda bulunan çözünür veya membrana bağlı biyokimyasal faktörlere hematopoetik büyüme faktörleri veya interlökinler adı verilir

• Bunlar fonksiyonel olarak farklı fakat yapıları korunmuş asidik glikoproteinlerdir

• Hematopoetik büyüme faktörleri:• 1) Eritropoietin (EPO)• 2) Trombopoietin• 3) Granülosit-monosit koloni stimüle edici faktör

(GM-CSF)• 4)Granülosit koloni stimüle edici faktör (G-CSF) • 5) Monosit-makrofaj koloni stimüle edici faktör

(M-CSF) • 6) Kit Ligand• 7) İnterlökinler• 8) Sitoadhezyon molekülleri

• Eritropoietin (EPO): Öncü hücrelerin proliferasyonunu, ve eritroid öncüllerin farklılaşmasını uyararak eritrosit sayısını arttıran, eritrosit oluşumunda primer düzenleyicidir. Megakaryositler üzerinde de zayıf etkisi vardır.

• Salınımı hipoksi ile uyarılır• Trombopoietin : Trombosit oluşumunda

primer düzenleyicidir. EPO ile ortak yapıdadır ve aynı kök hücreler üzerinde etkili olabilir.

Embriyonik ve fetal hematopoez

• Prenatal yaşamın ilk ayının başlangıcında embriyonik kesenin mezenşiminde embriyonun dışında ilk kan hücreleri kan adacıkları şeklinde meydana gelir

• Hücreler başlıca büyük ve megaloblastik ilkel eritroblastlardır

• Damar içinde oluşurlar, çekirdekleri vardır

• Gebeliğin 6. haftasında hematopoez kc’de başlar

• Kc fetal hayatın ilk ve orta döneminde ana hematopoez organıdır

• Tanımlanabilir eritroblast haline geldiklerinde ekstravasküler olarak kc’de çekirdeklerini kaybetmiş olurlar

• Bu aşamada az miktarda granülopoez ve megakaryositler de mevcuttur

• Fetal hayatın ortasında dalak ve daha az oranda olmak üzere lenf nodülleri hematopoezde rol oynar. Fakat major üretim kc tarafından gerçekleştirilir

• Fetal yaşamın ikinci yarısında kan hücrelerinin yapımında kemik iliği gittikçe daha önemli rol alır, kc’in rolü azalır

• Doğumdan kısa bir süre sonra kc’de hematopoez durur, kemik iliği kan hücresi üreten tek yer olur

• B lenfositler hem kemik iliği hem de segonder lenfoid organlarda, T lenfositler Kİ, timus ve segonder lenfoid organlarda yapılır

• Doğumda KI boşluğunun tümü aktif hematopoez yapan kırmızı ilik ile doludur

• Büyüme ile birlikte KI boşluğu artar, kalan boşluğu yağ hücreleri doldurur (sarı ilik)

• Çocuklukta sadece düzgün kemikler (kafatası, vertebra, toraks, omuz ve pelvis) ve uzun kemiklerin proksimal kısımları (femur) kan hücrelerinin oluştuğu esas yerdir

ERİTROPOEZ

• Normoblastik olgunlaşma (bazofilik normoblast, polikromatofilik normoblast, ortokromatofilik normoblast)

• Retikülosit• Eritrosit

• Dolaşımdaki eritrositler ve kemik iliğindeki eritrosit öncülleri hep birlikte eritron olarak adlandırılırlar. Eritron, O2 ve CO2 transportundan ve kan pH’ının düzenlenmesinden sorumlu bir organ gibi değerlendirilebilir.

• Eritroid seride ilk oluşan hücre pronormoblasttır

• En büyük çaplı eritroid öncül hücredir

• Çekirdek hücrenin %80 kadarını oluşturur

• Pronormoblast 72 saat içinde 4 mitoz geçirerek farklı morfolojilere sahip 4 tip normoblast oluşturur. Eritrosit içindeki Hb’nin %80 kadarı bu aşamada sentezlenir

Normoblastik olgunlaşma

• Normoblastik olgunlaşmanın başında sitozolde RNA çoktur. Son mitozdan sonra ortokromatik normoblast oluştuğunda çekirdek küçülür, yoğunlaşır, poliribozom, RNA azalır. Sitoplazmada Hb artar

• Sitoplazmik kontraksiyonlarla çekirdek ve sitoplazmanın bir kısmı ortokromatik normoblasttan ejeksiyonla uzaklaştırılır ve hücre artık retikülosittir.

• DNA yok, RNA sentezi durur, az miktarda RNA vardır, protein sentezi birkaç gün daha devam eder

• Bir pronormoblasttan 4 mitoz bölünme ile 16 retikülosit oluşur

• Retikülositler dolaşıma geçmeden önce Kİ stromasında birkaç gün kalır bu esnada hücrede organeller gitgide küçülerek hücre dışına atılır

• Eritroid öncüllerin proliferasyon ve olgunlaşması sırasında plazmadaki transferrinden normoblastik seri hücrelere demir transfer edilir

• Retikülositlerde Hb ve protein sentezi hücre RNA ve mitokondrisini tamamen kaybedene kadar devam eder

• Kemik iliğindeki retikülosit sayısı çekirdek içeren öncü hücre sayısına eşittir

• Retikülositler yavaşça Hb sentezleyerek, dolaşımda 1 gün kalırlar. Kalan organeller uzaklaştırılır ve eritrosit oluşur

• Eritrositler dolaşımda 120 gün kalırlar

• Yaşlanan eritrositlerde bazı enzim aktiviteleri azalır ve sonunda RES fagositik hücreleri tarafından parçalanırlar

Eritrosit yapımının düzenlenmesi

• Kandaki konsantrasyonları 3.5-5.5 milyon/mm3

• Kandaki eritrosit sayısı gerektiğinde eritrosit yapım hızı değiştirilerek düzenlenir

• Dokulara oksijen transportu bozulduğunda eritropoietin sentezi artar, eritrosit yapım hızı artar (anemi, hipoksi, yüksek rakım, kardiyak ve pulmoner bozukluklar)

• Hipertansiyon ve artmış oksijen basıncında eritrosit yapım hızı azalır

• ERİTROSİT YAPISI

Hücresel yapı ve kompozisyon

• İnsan eritrositi çapı 6-9 µm olan bikonkav disk şeklindedir

• Hücre membranının kalınlığı 6 nm’dir ve %49 protein, %44 lipid ve %7 karbonhidrat içerir

• Major katyonlar: K+, Na+, Ca2+, Mg2+

• Major anyonlar: Cl-, HCO3-, Hb ve

inorganik fosfat

• Eritrositler ortamın osmotik basıncına bağlı olarak şişer veya büzüşürler

• Hipotonik bir çözeltide eritrositler sıvı çekerek şişer ve hücre membranının parçalanmasıyla hemoliz olurlar. Hücre içeriği ortama yayılır. Geriye kalan membran parçaları ve onlara bağlı proteinler ghost adını alır

• Hücre içinin kompozisyonu enerji gerektiren mekanizmalarla sağlanır

• Eritrosit membranında ATP bağımlı iki adet pompa yer alır:

• Na+-K+ ATPaz (Hücre içinde Na+ve K+ konsantrasyonlarının belirli bir düzeyde olmasını sağlar)

• Ca2+ ATPaz (Hücre içi Ca2+

konsantrasyonunun 1 µM’dan düşük olmasını sağlar

• Eritrositler yaşlandıkça bu iyon pompalarının aktiviteleri azalır

• Hücre içinde Ca ve Na konsantrasyonları artarken, K konsantrasyonu azalır

• İyon konsantrasyonlarındaki bu tersine değişim hücre içindeki sitoskelaton yapısının bozulmasına neden olur. Sonuçta hücre esnekliğini kaybederek rijitleşir ve hücre normal yapısal özelliğini kaybeder ve yıkımı hızlanır

Eritrosit membranı

• Eritrosit membranları da diğer hücre membranlarında olduğu gibi çift tabaka lipid yapısı içerirler

• Eritrosit membranının lipid bileşimi:• %60 fosfogliseridler (sfingomiyelin, fosfaditil

kolin, fosfaditiletanolamin, fosfaditilserin; bunların büyük çoğunluğu dış yüzeye doğrudur)

• %5-10 glikolipid ve %25 kolesterol (iç yüzeyde)• Ve az miktarda ester kolesterol, serbest yağ

asidi, sülfatidler, triaçilgliseroller

Eritrosit membran proteinleri

• Integral proteinler: Membranı boydan boya katederler. Hidrofob etkileşimler aracılığı ile membrana bağlanırlar. Deterjanlarla muamele edildiğinde serbestleşirler

• -Band 3 (Anyon değişim proteini):Zıt yönlü Cl-HCO3

transportunu sağlar• -Glikoforin: Siyalik asitce zengindir, hücreye antijenik özellik

kazandırır

• Ekstrinsik proteinler: Integral membran proteinlerine hidrojen bağları ve elektrostatik etkileşimlerle non-kovalan bağlıdırlar. Asit veya alkali iyon şiddetinde membrandan serbetleşirler. Lipid çift tabakanın sitoplazmik yüzeyinde membrana non kovalan bağlı olan sitoskelaton yapısı ekstrinsik proteinlerden oluşmuştur

Sitoskelaton yapısı

• Mikrodolaşım sırasında eritrositler çok dar kapillerlerden geçmek zorundadır. Bu noktalardan geçerken eritrositler kolayca ve geri dönüşümlü olarak deformasyona uğrarlar

• Deformasyon özelliği membranın akışkan ve esnek olmasından kaynaklanır. Membranın bu özellikleri aynı zamanda gaz alışverişini kolaylaştıran bikonkav şeklin de korunmasını sağlar

• Membran akışkanlığını belirleyen membran lipidleridir

• Eritrositlerin bikonbav şekli ve deformabilite özelliğini sağlayan iç membrana non-kovalan bağlı olan sitoskelaton yapısıdır

• Sitoskelaton yapısı ekstrinsik proteinlerden oluşmaktadır

• Ghost proteinleri SDS-jel elektroforezi ile tek tek tanımlanmıştır. Her bir band bir ghost proteinine ait polipeptid zincirinin bir alt birimini göstermektedir

Sitoskelaton proteinleri

• Spektrin

• Ankrin

• Aktin

• Protein 4.1

• Minör proteinler (protein 4.9, addusin, tropomiyozin)

ERİTROSİT METABOLİZMASI

• Olgunlaşmamış eritrosit öncülleri metabolik olarak oldukça aktiftir.

• Eritrosit olgunlaştığında organeller kaybolduğundan metabolik faaliyetler büyük oranda sona erer

• Ancak tüm canlı hücreler gibi eritrositlerin de canlılık ve fonksiyonlarını sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaçları vardır. Bu enerji ihtiyacı diğer hücrelere göre oldukça düşüktür

Eritrositlerde işleyen metabolik yollar

• Glikoliz (%90)

• Pentozfosfat yolu (%10)

• Glikolitik yolda üretilen ATP ile hücrenin enerji ihtiyacı karşılanır

• Pentozfosfat yolu ile hücrenin indirgeme fonksiyonu için gerekli NADPH sağlanır

• Glikolizle üretilen enerji nerelerde kullanılır?

• a) Membranda yer alan iyon pompalarının (Na+-K+ ATPaz, Ca2+ ATPaz) çalışması

• b) Membran proteinlerinin fosforilasyonu, hücre içi proteinler ve Hb’nin tiol gruplarının oksidasyondan korunması, hücre membranının bütünlüğünün ve sitoskelaton fonksiyonunun korunması

• c) Glikolizin başlangıç reaksiyonları için kullanılır

• Eğer hücre içinde yeterli miktarda ATP ve NADPH yoksa;

• A) Hb yapısında yer alan Fe2+, Fe3+ formuna dönüşür ve oksijen bağlayamaz

• B) Hücre içinde Na+ ve Ca2+ konsantrasyonları artar, K+ konsantrasyonu azalır

• C) Hücre bikonkav şeklini kaybeder, küresel bir şekil alır ve hızla dolaşımdan uzaklaştırılır

• D) Hücre oksidatif strese maruz kalır

• Eritrositler, özellikle akciğerde oksijen bağlanması sırasında yüksek basınçta oksijene maruz kalırlar ve oksidatif stres oluşur

• Hemoglobin yapısında yer alan demir de bir radikal kaynağıdır

• Bu nedenle eritrositler antioksidan moleküllerce zengin hücrelerdir

• Eritrositlerde antioksidan savunma glutatyon (GSH), glutatyon peroksidaz, katalaz ve SOD tarafından gerçekleştirilir

Eritrositlerde enerji üretimi

• Eritrositlerin tek enerji kaynağı glukozdur• Glukoz eritrositlere kolaylaştırılmış

difüzyonla girer. Eritrositlere glukoz girişi insülinden bağımsızdır

• Glukoz eritrosite spesifik glukoz permeaz yoluyla kolaylaştırılmış difüzyon ile girer. Glukoz permeaz bir integral membran proteinidir

• Eritrositlerde glukozun büyük bir kısmı anaerobik glikolizle laktata dönüşürken, birazı pentoz fosfat yolunda kullanılır

• Glikoliz yolunda üretilen 2 ATP, Na+-K+ ATPaz ve Ca2+ ATPaz tarafından kullanılır

• Eritrosit içinde Hb’nin her gün %0.5 kadarı otooksidasyonla metHb’ne dönüşmekte ve bir bu kadarı da inhale edilen çevresel toksik maddeler tarafından oluşturulmaktadır

• Hb(Fe2+) + O2 metHb(Fe3+) + O2-

• Gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenaz basamağında üretilen NADH metHb’ni Hb’ne indirgemekte kullanılır

ERİTROSİTLERDE NADPH ÜRETİMİ VE KULLANIMI

• Pentoz fosfat yolunda üretilen NADPH hücre içinde GSH’ın uygun konsantrasyonlarda kalmasını sağlar

• GSH antioksidan özelliği sayesinde hücre içinde ve membranda bulunan proteinlerin tiol gruplarının indirgenmiş formda kalmalarını sağlar

• GSH + P-S-S-R PSH + G-S-S-R

• Oksitlenmiş glutatyon (G-S-S-R) NADPH bağımlı bir flavoprotein olan glutatyon redüktaz tarafından indirgenir

• G-S-S-G +NADPH +H+ 2GSH +NADP+

2,3 difosfogliserat• 2,3 difosfogliserat Hb’nin oksijene

afinitesini düzenleyen bir moleküldür• Eritrositlerde glikoliz yolu 2,3

difosfogliserat için öncü molekül sağlamaktadır. Ara basamakta oluşan 1,3 difosfogliserat, difosfogliseromutaz ile 2,3 difosfogliserata dönüşmektedir

• difosfogliseromutaz

• 1,3 difosfogliserat 2,3 difosfogliserat

• 2,3 difosfogliserat, difosfogliserat fosfataz tarafından 3 fosfogliserata hidroliz olur

• difosfogliserat fosfataz

• 2,3 difosfogliserat 3 fosfogliserat +Pi

• 2,3 difosfogliseratın sentezi ve yıkımı kan pH’ına oldukça duyarlıdır

• Eritrositlerde glikolizin 2,3 difosfogliserat üzerinden ilerlemesi ile ATP üreten bir basamak by-pass edilmiş olur ve glikoliz minimum enerji üretimi ile devam eder

Eritrostlerde sorbitol yolu

• Aldoz redüktaz Sorbitol dehidrogenaz

• Glukoz Sorbitol Fruktoz

• Sorbitol kolay difüzlenemeyen, su tutucu bir şeker alkolüdür

• Kan glukozu normal sınırlar içinde ise bu yol önem taşımaz

• Hiperglisemide, glukozun insülinden bağımsız olarak girdiği dokularda sorbitol birikir

• Eritrositlerde sorbitol birikimi eritrositin şişmesine neden olur, hemoliz artar

• Diğer dokularda sorbitol birikimi diyabetik komplikasyonlar için bir göstergedir