Szpik kostny - Bone marrow
| Szpik kostny | |
|---|---|
.jpg) Wycinek tkanki szpiku kostnego
( zabarwiony na niebiesko ) | |
| Detale | |
| System | Układ krwiotwórczy Układ odpornościowy Układ limfatyczny |
| Identyfikatory | |
| łacina | Rdzeń ossium |
| Siatka | D001853 |
| TA98 | A13.1.01.001 |
| TA2 | 388 |
| FMA | 9608 |
| Terminologia anatomiczna | |
Szpik kostny to półstała tkanka znajdująca się w gąbczastych (znanych również jako gąbczastych) częściach kości . U ptaków i ssaków szpik kostny jest głównym miejscem wytwarzania nowych krwinek (lub hematopoezy ). Składa się z komórek krwiotwórczych , tkanki tłuszczowej szpiku i podtrzymujących komórek zrębu . U dorosłych szpik kostny jest zlokalizowany głównie w żebrach , kręgach , mostku i kościach miednicy . Szpik kostny stanowi około 5% całkowitej masy ciała zdrowego dorosłego człowieka, tak że mężczyzna ważący 73 kg (161 funtów) będzie miał około 3,7 kg (8 funtów) szpiku kostnego.
Kostnego człowieka daje około 500 miliardów komórek krwi dziennie, które łączą się z krążenia ogólnego poprzez przepuszczalne naczyniowego sinusoid wewnątrz jamę szpikową . W szpiku kostnym powstają wszystkie typy komórek krwiotwórczych, w tym zarówno linie mieloidalne, jak i limfoidalne ; jednak komórki limfoidalne muszą migrować do innych narządów limfatycznych (np. grasicy ) w celu pełnego dojrzewania.
Przeszczepy szpiku kostnego mogą być przeprowadzane w celu leczenia ciężkich chorób szpiku kostnego, w tym niektórych postaci raka, takich jak białaczka . Kilka rodzajów komórek macierzystych jest powiązanych ze szpikiem kostnym. Hematopoetyczne komórki macierzyste w szpiku kostnym mogą dać początek krwiotwórczym komórkom linii, a mezenchymalne komórki macierzyste , które można wyizolować z pierwotnej hodowli zrębu szpiku kostnego, mogą dać początek tkance kostnej , tłuszczowej i chrzęstnej .
Struktura
Skład szpiku jest dynamiczny, ponieważ mieszanina składników komórkowych i niekomórkowych (tkanka łączna) zmienia się wraz z wiekiem oraz w odpowiedzi na czynniki ogólnoustrojowe. U ludzi, szpik potocznie określany jako „czerwony” i „żółty” szpiku ( łacińskiego : rdzenia ossium rubra , łacińskiego : rdzeń ossium flava , odpowiednio), w zależności od występowania komórek krwiotwórczych vs komórek tłuszczowych . Chociaż dokładne mechanizmy leżące u podstaw regulacji szpiku nie są zrozumiałe, zmiany składu zachodzą według stereotypowych wzorców. Na przykład kości noworodka zawierają wyłącznie aktywny hematopoetycznie „czerwony” szpik, a wraz z wiekiem następuje stopniowa konwersja w kierunku „żółtego” szpiku. U dorosłych, czerwony szpik znajduje się głównie w centralnym szkieletem , takie jak biodra , mostka , czaszki , żeber , kręgów i łopatkami oraz zmienny występujących w bliższym nasadowej końce kości długich , takich jak kość udowa oraz kości ramiennej . W warunkach przewlekłego niedotlenienia organizm może przekształcić żółty szpik z powrotem w czerwony, aby zwiększyć produkcję krwinek.
Składniki krwiotwórcze
Na poziomie komórkowym głównym funkcjonalnym składnikiem szpiku kostnego są komórki progenitorowe, których przeznaczeniem jest dojrzewanie do krwi i komórek limfoidalnych. Szpik ludzki wytwarza około 500 miliardów komórek krwi dziennie. Szpik zawiera hematopoetyczne komórki macierzyste, które dają początek trzem klasom komórek krwi, które znajdują się w krążeniu: krwinki białe (leukocyty), krwinki czerwone (erytrocyty) i płytki krwi (trombocyty).
| Grupa | Typ komórki | Średnia frakcja |
Zakres odniesienia |
|---|---|---|---|
|
komórki mielopoetyczne |
Mieloblasty | 0,9 | 0,2–1,5 |
| Promielocyty | 3,3% | 2,1–4,1 | |
| Mielocyty neutrofilowe | 12,7% | 8,2–15,7 | |
| mielocyty eozynofilowe | 0,8% | 0,2–1,3 | |
| Metamielocyty neutrofilowe | 15,9% | 9,6–24,6 | |
| Metamielocyty eozynofilowe | 1,2% | 0,4-2,2 | |
| Neutrofilne komórki zespołu | 12,4% | 9,5–15,3 | |
| Eozynofilowe komórki pasmowe | 0,9% | 0,2–2,4 | |
| Segmentowane neutrofile | 7,4% | 6,0-12,0 | |
| Segmentowane eozynofile | 0,5% | 0,0–1,3 | |
| Segmentowane bazofile i komórki tuczne | 0,1% | 0,0–0,2 | |
|
Komórki erytropoetyczne |
Pronormoblasty | 0,6% | 0,2–1,3 |
| Bazofilne normoblasty | 1,4% | 0,5-2,4 | |
| Polichromatyczne normoblasty | 21,6% | 17,9–29,2 | |
| Ortochromatyczny normoblast | 2,0% | 0,4-4,6 | |
| Inne typy komórek |
Megakariocyty | < 0,1% | 0,0-0,4 |
| Komórki plazmatyczne | 1,3% | 0,4-3,9 | |
| Komórki siatkowate | 0,3% | 0,0-0,9 | |
| Limfocyty | 16,2% | 11.1-23.2 | |
| Monocyty | 0,3% | 0,0-0,8 |
Stroma
Zrębu szpiku kostnego zawiera wszystkie tkanki nie są bezpośrednio zaangażowane w podstawowej funkcji szpiku dnia hematopoezy . Komórki zrębowe mogą być pośrednio zaangażowane w hematopoezę, zapewniając mikrośrodowisko, które wpływa na funkcję i różnicowanie komórek krwiotwórczych. Na przykład generują czynniki stymulujące tworzenie kolonii , które mają istotny wpływ na hematopoezę . Typy komórek, które tworzą zręb szpiku kostnego obejmują:
- fibroblasty ( tkanka łączna siatkowata )
- makrofagi , które przyczyniają się szczególnie do produkcji czerwonych krwinek , ponieważ dostarczają żelazo do produkcji hemoglobiny .
- adipocyty (komórki tłuszczowe)
- osteoblasty (syntetyzują kość)
- osteoklasty (resorbują kość)
- komórki śródbłonka , które tworzą sinusoidy . Pochodzą one ze śródbłonkowych komórek macierzystych , które są również obecne w szpiku kostnym.
Funkcjonować
Mezenchymalne komórki macierzyste
Zręb szpiku kostnego zawiera mezenchymalne komórki macierzyste (MSC), które są również znane jako komórki zrębowe szpiku. Są to multipotencjalne komórki macierzyste, które mogą różnicować się w różne typy komórek. Wykazano , że komórki MSC różnicują się in vitro lub in vivo w osteoblasty , chondrocyty , miocyty , adipocyty szpiku i komórki beta wysp trzustkowych .
Bariera szpiku kostnego
Do naczynia krwionośne szpiku stanowić barierę hamowania niedojrzałe komórki krwi opuszczania szpiku. Tylko dojrzałe komórki krwi zawierają białka błonowe , takie jak akwaporyna i glikoforyna , które są wymagane do przyłączenia się do śródbłonka naczyń krwionośnych i przejścia przez nie . Hematopoetyczne komórki macierzyste mogą również przekraczać barierę szpiku kostnego, a zatem mogą być pobierane z krwi.
Rola limfatyczna
Czerwony szpik kostny jest kluczowym elementem układu limfatycznego , będąc jednym z podstawowych narządów limfatycznych, które wytwarzają limfocyty z niedojrzałych krwiotwórczych komórek progenitorowych . Szpik kostny i grasica stanowią pierwotne tkanki limfoidalne zaangażowane w produkcję i wczesną selekcję limfocytów. Ponadto szpik kostny pełni funkcję zastawkową , zapobiegając cofaniu się płynu limfatycznego w układzie limfatycznym.
Kompartmentalizacja
Kompartmentalizacja biologiczna jest widoczna w szpiku kostnym, ponieważ pewne typy komórek mają tendencję do agregacji w określonych obszarach. Na przykład erytrocyty , makrofagi i ich prekursory mają tendencję do gromadzenia się wokół naczyń krwionośnych , podczas gdy granulocyty gromadzą się na granicach szpiku kostnego.
Jako jedzenie?
Szpik kostny zwierząt jest używany w kuchni na całym świecie od tysiącleci, tak jak słynne Milanese Ossobuco .
Znaczenie kliniczne
Choroba
Prawidłowa architektura szpiku kostnego może zostać uszkodzona lub przemieszczona przez niedokrwistość aplastyczną , nowotwory złośliwe, takie jak szpiczak mnogi lub infekcje, takie jak gruźlica , co prowadzi do zmniejszenia produkcji komórek krwi i płytek krwi. Szpik kostny może być również dotknięty różnymi postaciami białaczki , które atakują jego hematologiczne komórki progenitorowe. Co więcej, narażenie na promieniowanie lub chemioterapię zabije wiele szybko dzielących się komórek szpiku kostnego, a zatem spowoduje osłabienie układu odpornościowego . Wiele objawów zatrucia promieniowaniem jest spowodowanych uszkodzeniem komórek szpiku kostnego.
Aby zdiagnozować choroby obejmujące szpik kostny, czasami wykonuje się aspirację szpiku kostnego . Zwykle wiąże się to z użyciem wydrążonej igły w celu pobrania próbki czerwonego szpiku kostnego z grzebienia kości biodrowej w znieczuleniu ogólnym lub miejscowym .
Zastosowanie komórek macierzystych w lecznictwie
Komórki macierzyste pochodzące ze szpiku kostnego mają szerokie zastosowanie w medycynie regeneracyjnej.
Obrazowanie
Obrazowanie medyczne może dostarczyć ograniczonej ilości informacji dotyczących szpiku kostnego. Zwykłe zdjęcia rentgenowskie przechodzą przez tkanki miękkie, takie jak szpik, i nie zapewniają wizualizacji, chociaż można wykryć wszelkie zmiany w strukturze powiązanej kości. Obrazowanie CT ma nieco lepszą zdolność oceny jamy szpikowej kości, choć z niską czułością i swoistością. Na przykład, normalny tłuszczowy „żółty” szpik w dorosłych kościach długich ma niską gęstość (-30 do -100 jednostek Hounsfielda), pomiędzy podskórnym tłuszczem a tkanką miękką. Tkanka o zwiększonym składzie komórkowym, taka jak normalny „czerwony” szpik lub komórki rakowe w jamie szpikowej, będzie mierzyć zmiennie wyższą gęstość.
MRI jest bardziej czuły i specyficzny do oceny składu kości. MRI umożliwia ocenę średniego składu molekularnego tkanek miękkich, a tym samym dostarcza informacji o względnej zawartości tłuszczu w szpiku. U dorosłych ludzi „żółty” szpik tłuszczowy jest dominującą tkanką w kościach, szczególnie w (obwodowym) szkielecie wyrostka robaczkowego . Ponieważ cząsteczki tłuszczu mają wysoką relaksację T1, sekwencje obrazowania ważonego T1 pokazują „żółty” szpik tłuszczowy jako jasny (hiperintensywny). Ponadto normalny szpik tłuszczowy traci sygnał na sekwencjach nasycenia tłuszczem, podobnie jak tłuszcz podskórny.
Kiedy „żółty” szpik tłuszczowy zostaje zastąpiony przez tkankę o większym składzie komórkowym, zmiana ta jest widoczna jako zmniejszona jasność sekwencji ważonych T1. Zarówno normalny „czerwony” szpik, jak i patologiczne uszkodzenia szpiku (takie jak rak) są ciemniejsze niż „żółty” szpik w sekwencjach o masie T1, chociaż często można je odróżnić przez porównanie z intensywnością sygnału MR sąsiednich tkanek miękkich. Normalny „czerwony” szpik jest zwykle równoważny lub jaśniejszy niż mięsień szkieletowy lub krążek międzykręgowy w sekwencjach T1-zależnych.
Zmiany tłuszczowe szpiku, odwrotność przerostu szpiku czerwonego , mogą wystąpić wraz z normalnym starzeniem się, chociaż można je również zaobserwować w przypadku niektórych terapii, takich jak radioterapia . Rozlana hipointensywność T1 w szpiku bez wzmocnienia kontrastowego lub nieciągłości korowej sugeruje konwersję szpiku kostnego lub zwłóknienie szpiku . Fałszywie normalny szpik w T1 można zaobserwować w przypadku rozlanego szpiczaka mnogiego lub nacieków białaczkowych, gdy stosunek wody do tłuszczu nie jest wystarczająco zmieniony, co można zaobserwować w przypadku guzów o niższym stopniu złośliwości lub na wcześniejszym etapie choroby.
Histologia
Badanie szpiku kostnego to analiza patologiczna próbek szpiku kostnego uzyskanych w wyniku biopsji i aspiracji szpiku kostnego. Badanie szpiku kostnego jest stosowane w diagnostyce wielu schorzeń, w tym białaczki, szpiczaka mnogiego, anemii i pancytopenii . Szpik kostny wytwarza elementy komórkowe krwi, w tym płytki krwi , krwinki czerwone i krwinki białe . Chociaż wiele informacji można uzyskać, badając samą krew (pobraną z żyły przez upuszczanie krwi ), czasami konieczne jest zbadanie źródła komórek krwi w szpiku kostnym, aby uzyskać więcej informacji na temat hematopoezy; to jest rola aspiracji szpiku kostnego i biopsji.
Stosunek między szeregiem szpiku a komórkami erytroidowymi ma znaczenie dla funkcji szpiku kostnego, a także dla chorób szpiku kostnego i krwi obwodowej , takich jak białaczka i niedokrwistość. Normalny stosunek mieloidu do erytroidu wynosi około 3:1; stosunek ten może wzrosnąć w przypadku białaczek szpikowych , zmniejszyć policytemie i odwrócić w przypadku talasemii .
Darowizna i przeszczep
W przeszczepie szpiku kostnego , hematopoetyczne komórki macierzyste są pobierane od osoby i podawane innej osobie ( alogenicznie ) lub później tej samej osobie ( autologiczne ). Jeśli dawca i biorca są zgodni, te podane komórki przeniosą się do szpiku kostnego i zainicjują produkcję krwinek. Transplantacja od jednej osoby do drugiej przeprowadzana jest w celu leczenia ciężkich chorób szpiku kostnego, takich jak wady wrodzone, choroby autoimmunologiczne czy nowotwory złośliwe. Własny szpik pacjenta jest najpierw zabijany lekami lub promieniowaniem , a następnie wprowadzane są nowe komórki macierzyste. Przed radioterapią lub chemioterapią w przypadku raka , niektóre hematopoetyczne komórki macierzyste pacjenta są czasami zbierane, a następnie podawane z powrotem po zakończeniu terapii w celu przywrócenia układu odpornościowego.
Komórki macierzyste szpiku kostnego mogą być indukowane do przekształcenia się w komórki nerwowe do leczenia chorób neurologicznych, a także mogą być potencjalnie wykorzystywane do leczenia innych chorób, takich jak nieswoiste zapalenie jelit . W 2013 roku, po przeprowadzeniu próby klinicznej, naukowcy zaproponowali, że przeszczep szpiku kostnego może być stosowany w leczeniu HIV w połączeniu z lekami antyretrowirusowymi ; jednak później okazało się, że HIV pozostał w ciałach badanych.
Żniwny
Komórki macierzyste są zazwyczaj pobierane bezpośrednio z czerwonego szpiku w grzebieniu biodrowym , często w znieczuleniu ogólnym . Zabieg jest mało inwazyjny i nie wymaga późniejszego zakładania szwów. W zależności od stanu zdrowia dawcy i reakcji na zabieg, pobranie może być zabiegiem ambulatoryjnym lub może wymagać 1–2 dni rekonwalescencji w szpitalu.
Inną opcją jest podawanie pewnych leków, które stymulują uwalnianie komórek macierzystych ze szpiku kostnego do krążącej krwi. Do ramienia dawcy wprowadzany jest cewnik dożylny , a następnie komórki macierzyste są odfiltrowywane z krwi. Ta procedura jest podobna do tej stosowanej w przypadku dawstwa krwi lub płytek krwi. U dorosłych szpik kostny może być również pobrany z mostka , podczas gdy piszczel jest często używany podczas pobierania próbek od niemowląt. U noworodków komórki macierzyste można pobrać z pępowiny .
Zapis kopalny
Najwcześniejsze skamieniałe dowody na istnienie szpiku kostnego odkryto w 2014 roku w Eusthenopteron , rybie płetwiastej, która żyła w okresie dewonu około 370 milionów lat temu. Naukowcy z Uniwersytetu w Uppsali i Europejskiego Ośrodka Promieniowania Synchrotronowego wykorzystali rentgenowską mikrotomografię synchrotronową do zbadania skamieniałego wnętrza kości ramiennej szkieletu , odnajdując zorganizowane struktury rurkowe podobne do szpiku kostnego współczesnego kręgowca. Eusthenopteron jest blisko spokrewniony z wczesnymi czworonogami , które ostatecznie przekształciły się w żyjące na lądzie ssaki i jaszczurki .
Zobacz też
- National Marrow Donor Program , organizacja non-profit, która prowadzi rejestr dobrowolnych dawców komórek krwiotwórczych i jednostek krwi pępowinowej w Stanach Zjednoczonych
- Gift of Life Marrow Registry , amerykański rejestr transplantacji szpiku kostnego
Bibliografia
Dalsza lektura
- Nature Bone Marrow Transplantation ( Nature Publishing Group ) – specjalistyczne czasopismo naukowe z artykułami na temat biologii szpiku kostnego i zastosowań klinicznych.
- Cooper, B (2011). „Początki szpiku kostnego jako rozsadu naszej krwi: od starożytności do czasów Oslera” . Postępowanie Centrum Medycznego Uniwersytetu Baylor . 24 (2): 115-8. doi : 10.1080/08998280.2011.11928697 . PMC 3069519 . PMID 21566758 .
- Wang J, Liu X, Lu H, Jiang C, Cui X, Yu L, Fu X, Li Q, Wang J (2015). „Subpopulacja CXCR4(+)CD45(-) BMMNC jest lepsza od niefrakcjonowanych BMMNC pod względem ochrony po udarze niedokrwiennym u myszy” . Zachowanie mózgu. Odporność . 45 : 98–108. doi : 10.1016/j.bbi.2014.12.015 . PMC 4342301 . PMID 25526817 .