血细胞的生成和造血器官

一、血细胞的生成和造血器官

(一)血细胞的生成

出生后,血细胞来源于骨髓的造血多能干细胞(Multipotentialstemcell)。干细胞除具有增殖能力外,在一定的情况下尚能从骨髓造血组织中迁出,随血流到达髓外组织形成造血细胞小结,称为集落形成单位。每一个小结由许多同类型分化的细胞组成,这些细胞是由一个干细胞分裂分化而来。干细胞虽有自身复制和分化为各种血细胞的能力,但在一般情况下,并不处于增殖状态,而是处于休止的G0期。原始干细胞可分化为两大分支:一支是集落形成单位细胞(CFU-C),又称骨髓干细胞,它是红细胞、中性粒细胞、嗜酸细胞和血小板等系的多能干细胞。集落形成单位细胞主要来源于骨髓,在发育为红细胞、粒细胞与巨核细胞之前,要经过各系的定向干细胞阶段。另一支为淋巴样干细胞,又称淋巴干细胞,是高等动物免疫系统的发源地,其分化和发育过程与抗原的刺激作用密切相关。淋巴干细胞亦是多能干细胞,可分化为两种不同的定向干细胞,一为胸腺衍生的T 淋巴细胞或称T 细胞,一为骨髓依赖的B淋巴细胞或称B细胞,这两种细胞经过相应抗原的再刺激分别转化为原淋细胞和原浆细胞,然后逐步发育成熟,分别称为淋巴细胞和浆细胞。

总之,血细胞来源于骨髓的造血多能干细胞,首先由多能干细胞分化为集落形成单位细胞(骨髓干细胞)与淋巴样干细胞,再由骨髓干细胞分化为各系的定向干细胞,经过原始、幼稚等阶段,发育、增殖最后成熟为红细胞、粒细胞和单核细胞及血小板。淋巴样干细胞则经过原始、幼稚二阶段,发育增殖而成熟;在抗原的刺激下,再分别转化为原淋细胞和原浆细胞,并增殖、成熟为具有免疫活性的淋巴细胞和浆细胞。

血细胞的增殖是以分裂的方式进行的,但只有幼稚细胞才有分裂能力,一旦发育成熟到一定阶段后,增殖便告停止。一般细胞分裂的形式有2种:

1.有丝分裂(间接分裂)

在细胞分裂时,有特殊的丝体出现,故称为有丝分裂。有丝分裂是血细胞增殖的主要形式。正常人循环血中不出现有丝分裂细胞。有丝分裂细胞在造血组织中的数量,反映其增殖的程度和状态。分裂过程可分为4期,主要表现在核的变化上。

(1)前期(又称单丝球期):细胞开始分裂时,胞体变成球形,胞核膨大,核染色质聚集成单个柱状的染色体,核膜及核小体消失,形如丝球,细胞浆染色变浅,细胞器及包涵物暂时隐匿,中心体显示。

(2)中期(又称单星状期):中心体开始分裂,逐渐趋向两极,其间连有丝状体,形为纺锤,称纺锤体。细胞核染色体排列似星状或菊花状,在纺锤体中3 部的平面——赤道板上。

(3)后期(又称双星状期):每一染色体均匀分裂为二,丝状体收缩,使分裂后的染色体随中心体趋向细胞两端,分别排列为两个星状。细胞质开始收缩。

(4)末期(又称丝球期):趋于细胞两端的染色体开始聚集为丝球状,进而分散为染色质,构成两个新核的小细胞核,此时胞浆可形成哑铃状,最后胞浆分开,细胞分裂为二。

2.无丝分裂(直接分裂)

该分裂过程的表现形式较简单,通常是细胞的核小体首先开始分开,然后胞核表面出现收缩,随之逐渐加深而分解为二,继之胞浆分开,从而直接形成2 个子细胞。

(二)造血器官

在胚胎期及出生后的不同发育时期,主要的造血器官并不相同。

1.胚胎期的造血器官

可依次分为下列3个不同的造血期。

(1)中胚叶造血期:发生于胚胎的1~2个月。卵黄囊是最先出现的造血地点。卵黄囊壁上的中胚层间质细胞是造血系统的始基,最初血细胞产生于卵黄囊的血岛,血岛外周的细胞分化发育成原始血细胞,原始血细胞进一步分化为胞浆内具有血红蛋白的初级原始红细胞,即胚胎的血细胞。

(2)肝脏造血期:发生于胚胎的2~5个月。卵黄囊萎缩退化,由肝脏取代其造血功能,它不但能分化初级的原始红细胞,而且能分化为次级原始红细胞,这些细胞逐渐发育成熟为红细胞,经血窦进入血液。此时,肝脏的造血活动甚为活跃。脾脏在胎儿第3个月左右,亦参与造血,主要生成红细胞、粒细胞、淋巴细胞及单核细胞。至第5个月,脾脏造血机能逐渐减退,仅制造淋巴细胞及单核细胞,而这一造血活动则维持终生。

(3)骨髓造血期:此期始于胚胎的第4个月。胎儿开始出现骨髓造血组织,最初仅制造粒细胞,继之还制造红细胞和巨核细胞。在骨髓造血的同时,胸腺及淋巴结亦开始造血活动。胸腺生成淋巴细胞,至出生后仍保持此功能;淋巴结则主要生成淋巴细胞及浆细胞,早期也参与制造红细胞。

2.出生后的造血器官

(1)骨髓:骨髓是人体出生后唯一生成红细胞、粒细胞和巨核细胞的造血器官,同时也生成淋巴细胞和单核细胞。从新生儿到4岁的幼儿,全身骨髓具有活跃的造血功能。5~7岁时,在管状骨的造血细胞之间开始出现脂肪细胞。随着年龄的增长,管状骨中红髓的范围逐渐减少,脂肪组织逐渐增多,骨髓变黄色,称为黄骨髓。黄骨髓虽已不再造血,但仍保留有潜在的造血功能。在18~20岁,红髓仅局限于颅骨、胸骨、脊椎、髂骨等扁平骨以及肱骨与股骨的近端。红髓约占骨髓总量的一半。以后红髓的造血活动持续终身,但其活跃程度可随年龄的增长而稍有减少。

肉眼观察骨髓是一种海绵状、胶状或脂肪性的组织,封闭在坚硬的骨髓腔内。分为红髓(造血细胞)和黄髓(脂肪细胞)两部分。正常成人骨髓重量为1600~3700g,合体重的3.4%~5.9%,其中红髓的重量约1000g。骨髓有复杂和丰富的血管系统。人的骨髓中,主要靠营养动脉供应整个骨髓腔的毛细血管。骨髓的全部动脉都有神经束伴行,神经纤维来源于脊神经,和动脉共同自营养孔进入骨髓腔,与营养动脉平行分布于骨髓腔,并终止于动脉壁的平滑肌纤维。骨髓的血窦之间充满实质细胞,即造血细胞。骨髓造血多能干细胞向红系、粒系及巨核系的分化和造血微环境有关,造血微环境可能由血管、巨噬细胞、神经及基质等组成。若从其功能考虑,造血微环境应包括影响造血作用的全部因素,其中血管因素是很重要的,因为各种造血物质及其刺激物质都要通过血管进入骨髓,才能造血。造血部位和血液循环之间存在屏障,即骨髓血液屏障,它具有控制血细胞进出骨髓的作用。骨髓的血窦是成熟的血细胞进入血循环的场所,但血细胞的释放及其控制机制迄今尚未完全阐明。目前认为可能与下列因素有关:①细胞的成熟变形(才能穿过小孔)。②造血实质的容积和/或压力。③窦状隙的容积和/或压力。④窦状隙血中的“诱血物(attractant)”浓度(即释放因子的浓度)。

(2)胸腺:出生后至老年,胸腺经历了一定的变化。一般在出生时胸腺重10~15g,至青春期前可达30~40g;在青春期后开始萎缩,造血活动逐渐消失,为脂肪组织所代替至老年,胸腺仅重10~15g。

胸腺不但是胚胎时期的重要造血器官之一,而且出生后仍具有活跃的造血功能,特别在出生后两年内,腺体组织的生长较为迅速,造血活动也很旺。胸腺被结缔组织分隔成许多不完全的小叶。小叶的周围部分称皮质,中央部分称髓质。皮质充满密集的淋巴细胞,最浅层为较原始的淋巴细胞,中层为中等大小的淋巴细胞,深层为小淋巴细胞,从浅层到深层呈干细胞增殖分化成为胸腺依赖淋巴细胞(T 细胞)的过程。成年胸腺虽然萎缩,但由于T 细胞已在周围淋巴组织中定居,自己能够繁殖。胸腺除向周围淋巴组织输送T 淋巴细胞外,还由上皮性网状细胞分泌胸腺素,干细胞在胸腺激素的作用下,被诱导分化成熟为免疫活性T 淋巴细胞。

(3)脾脏:脾脏是人体最大的淋巴器官,其实质分为红髓和白髓两部分。白髓包括中央动脉周围淋巴鞘与脾小结。在中央动脉周围的是脾脏的胸腺依赖区,区内主要是T 淋巴细胞。而脾小结即脾内的淋巴小结,小结内有生发中心,主要是B淋巴细胞。脾脏除能产生淋巴细胞及单核细胞以外,尚具有贮血和破坏衰老红细胞的功能。

(4)阑尾及回肠的淋巴集结:骨髓的干细胞在此集结,能诱导增殖的干细胞分化为骨髓依赖淋巴细胞(B细胞),并播散于周围淋巴器官中。

(5)淋巴结:分为周围部分的皮质和中央部分的髓质。皮质浅层淋巴滤泡的中央为B细胞增殖的场所,称为生发中心或反应中心;皮质深层主要是由胸腺迁来的T 细胞构成,称胸腺依赖区;在抗原的刺激下,T 淋巴细胞可以增殖,产生大量致敏的小淋巴细胞,经血流直接作用于抗原。髓质主要由髓索(淋巴索)和淋巴窦构成。髓索的主要成分是B淋巴细胞、浆细胞及巨噬细胞等。

以上(2)(3)(4)(5)部位属淋巴器官造血。淋巴器官分为中枢淋巴器官和周围淋巴器官。胸腺及骨髓中的淋巴组织属中枢淋巴器官,为淋巴系定向干细胞聚集的场所;淋巴结、脾脏及其他淋巴组织为周围淋巴器官,是分化了的T 细胞及B 细胞所在的场所。

(6)网状内皮系统(RES):包括脾脏和淋巴结的网状细胞,覆盖在肝脏、骨髓、肾上腺皮质、脑垂体前叶的窦状隙上的内皮细胞以及其他器官内的游离组织细胞。其主要细胞成分为网状细胞,网状细胞能分化为吞噬性网状细胞。血中单核细胞,自髓生成后进入网状组织,则为组织细胞;在一定条件下,可转化为具吞噬功能的游离吞噬细胞,形成所谓的单核-巨噬细胞系统(MPS)。

在正常情况下,出生2个月后的婴儿绝不会有骨髓外造血。在病理状态下,骨髓以外的组织器官如脾、肝、淋巴结等都可出现造血灶,此即髓外造血,这是由于这些部位保留具有造血能力的间质细胞,恢复其胚胎时期的造血功能。