Oppimistavoitteet
Tämän jakson lopussa osaat:
- Seurata veren muodostuvien alkuaineiden syntymistä luuytimen kantasoluista
- Keskustella hemopoieettisten kasvutekijöiden roolista muodostuvien alkuaineiden tuotannon edistämisessä
Muodostuvien alkuaineiden elinkaari on hyvin lyhyt. Vaikka eräs muistisoluiksi kutsuttu leukosyyttityyppi voi elää vuosia, useimmat erytrosyytit, leukosyytit ja verihiutaleet elävät yleensä vain muutamasta tunnista muutamaan viikkoon. Näin ollen elimistön on muodostettava uusia verisoluja ja verihiutaleita nopeasti ja jatkuvasti. Kun luovutat verenluovutuskeräyksen aikana yhden veriyksikön (noin 475 ml eli noin 1 tuoppi verta), elimistösi korvaa luovutetun veriplasman yleensä 24 tunnin kuluessa, mutta verisolujen korvautuminen kestää noin 4-6 viikkoa. Tämä rajoittaa sitä, kuinka usein luovuttajat voivat luovuttaa vertansa. Prosessia, jossa tämä korvautuminen tapahtuu, kutsutaan hemopoieesiksi tai hematopoieesiksi (kreikankielisestä juuresta haima- = ”veri”; -poiesis = ”tuotanto”).
Hemopoieesin paikat
Ennen syntymää hemopoieesia tapahtuu useissa kudoksissa, alkaen kehittyvän alkion keltarauhasesta ja jatkuen sikiön maksassa, pernassa, imukudoksessa ja lopulta punaisessa luuytimessä. Syntymän jälkeen suurin osa verenmuodostuksesta tapahtuu punaisessa luuytimessä, joka on sidekudosta sienimäisen (sikiöisen) luukudoksen välissä. Lapsilla hemopoieesia voi tapahtua pitkien luiden medullaarisessa ontelossa; aikuisilla prosessi rajoittuu suurelta osin kallon ja lantion luihin, nikamiin, rintalastaan sekä reisiluun ja olkaluun proksimaalisiin epifyyseihin.
Maksa ja perna ylläpitävät koko aikuisiän ajan kykyä muodostaa muodostuneita elementtejä. Tätä prosessia kutsutaan ekstramedullaariseksi hemopoieesiksi (tarkoittaa hemopoieesia aikuisten luiden medullaarisen ontelon ulkopuolella). Kun sairaus, kuten luusyöpä, tuhoaa luuytimen ja aiheuttaa hemopoieesin epäonnistumisen, ekstramedullaarinen hemopoieesi voi käynnistyä.
muodostuneiden alkioiden erilaistuminen kantasoluista
Kaikki muodostuneet alkiot syntyvät punaisen luuytimen kantasoluista. Muistutetaan, että kantasolut käyvät läpi mitoosin ja sytokineesin (solunjakautumisen) synnyttääkseen uusia tytärsoluja: Toinen niistä pysyy kantasoluna ja toinen erilaistuu joksikin monista erilaisista solutyypeistä. Kantasolujen voidaan katsoa olevan hierarkkisessa järjestelmässä, jossa kyky monipuolistua menetetään jonkin verran jokaisella portaalla. Totipotentti kantasolu on zygootti eli hedelmöittynyt munasolu. Totipotentti (toti- = ”kaikki”) kantasolu synnyttää kaikki ihmiskehon solut. Seuraava taso on pluripotentti kantasolu, joka synnyttää useita kehon solutyyppejä ja joitakin sikiön tukikalvoja. Tämän tason alapuolella oleva mesenkymaalinen solu on kantasolu, joka kehittyy vain sidekudostyypeiksi, kuten kuitumaiseksi sidekudokseksi, luuksi, rustoksi ja vereksi, mutta ei epiteeliksi, lihakseksi tai hermokudokseksi. Yhden askeleen alempana kantasolujen hierarkiassa on hemopoieettinen kantasolu eli hemosytoblasti. Kaikki veren muodostuvat osat ovat peräisin tästä erityisestä solutyypistä.
Hemopoieesi alkaa, kun hemopoieettinen kantasolu altistuu sopiville kemiallisille ärsykkeille, joita kutsutaan hemopoieettisiksi kasvutekijöiksi ja jotka saavat sen jakautumaan ja erilaistumaan. Yksi tytärsolu jää hemopoieettiseksi kantasoluksi, jolloin hemopoieesi voi jatkua. Toisesta tytärsolusta tulee jompikumpi kahdesta erikoistuneemmasta kantasolutyypistä (kuva 1):
- Lymfaattiset kantasolut synnyttävät lymfosyyteiksi kutsuttuja leukosyyttien luokkia, joihin kuuluvat erilaiset T-solut, B-solut ja luonnolliset tappajasolut (NK-solut, natural killer solut), jotka kaikki toimivat immuniteetissa. Lymfosyyttien hemopoieesi etenee kuitenkin jonkin verran eri tavalla kuin muiden muodostuneiden elementtien prosessi. Lyhyesti sanottuna lymfaattiset kantasolut siirtyvät nopeasti luuytimestä imukudoksiin, kuten imusolmukkeisiin, pernaan ja kateenkorvaan, jossa niiden tuotanto ja erilaistuminen jatkuu. B-solut ovat saaneet nimensä, koska ne kypsyvät luuytimessä, kun taas T-solut kypsyvät kateenkorvassa.
- Myeloidiset kantasolut synnyttävät kaikki muut muodostuneet alkuaineet, mukaan lukien erytrosyytit; megakaryosyytit, jotka tuottavat verihiutaleita; ja myeloblastilinjan, joka synnyttää monosyyttejä ja kolmea erilaista granulaarista leukosyyttiä: neutrofiilejä, eosinofiilejä ja basofiilejä.
Kuvio 1. Rakkulat. Luuytimen hematopoieettinen järjestelmä Hemopoieesi on veren muodostuneiden alkioiden lisääntymistä ja erilaistumista.
Lymfaattiset ja myelooiset kantasolut eivät heti jakaudu ja erilaistu kypsiksi muodostuneiksi alkioiksi. Kuten kuvasta 1 näkyy, esiasteiden (kirjaimellisesti esiasteiden) soluissa on useita välivaiheita, joista monet voidaan tunnistaa niiden nimistä, joissa on pääte -blast. Esimerkiksi megakaryoblastit ovat megakaryosyyttien esiasteet, ja proerythroblasteista tulee retikulosyyttejä, jotka irrottavat tumaansa ja useimmat muut organellit ennen kypsymistään erytrosyyteiksi.
Hemopoieettiset kasvutekijät
Kehitys kantasoluista esiasteiden soluihin ja kypsiksi soluiksi käynnistyy taas hemopoieettisten kasvutekijöiden avulla. Näitä ovat muun muassa seuraavat:
- Erytropoietiini (EPO) on glykoproteiinihormoni, jota munuaisten interstitiaaliset fibroblastisolut erittävät vasteena alhaiselle happipitoisuudelle. Se käynnistää erytrosyyttien tuotannon. Jotkut urheilijat käyttävät synteettistä EPO:ta suorituskykyä parantavana lääkkeenä (ns. veridoping) kasvattaakseen punasolujen määrää ja lisätäkseen siten hapen kulkeutumista kudoksiin koko kehossa. EPO on kielletty aine useimmissa järjestäytyneissä urheilulajeissa, mutta sitä käytetään myös lääketieteellisesti tiettyjen anemioiden, erityisesti tiettyjen syöpätyyppien laukaisemien, ja muiden sairauksien hoidossa, joissa punasolujen määrän ja happipitoisuuden lisääminen on toivottavaa.
- Trombopoietiinia, toista glykoproteiinihormonia, tuottavat maksa ja munuaiset. Se käynnistää megakaryosyyttien kehittymisen verihiutaleiksi.
- Sytokiinit ovat glykoproteiineja, joita erittävät monenlaiset solut, kuten punainen luuydin, leukosyytit, makrofagit, fibroblastit ja endoteelisolut. Ne toimivat paikallisesti autokriinisinä tai parakriinisinä tekijöinä, stimuloivat progenitorisolujen proliferaatiota ja auttavat stimuloimaan sekä epäspesifistä että spesifistä vastustuskykyä tautia vastaan. Sytokiineilla on kaksi päätyyppiä, jotka tunnetaan nimellä koloniaa stimuloivat tekijät ja interleukiinit.
- Koloniaa stimuloivat tekijät (CSF) ovat glykoproteiineja, jotka toimivat paikallisesti autokriinisina tai parakriinisina tekijöinä. Jotkut käynnistävät myeloblastien erilaistumisen granulaarisiksi leukosyyteiksi eli neutrofiileiksi, eosinofiileiksi ja basofiileiksi. Näitä kutsutaan granulosyyttien CSF:ksi. Erilainen CSF indusoi monosyyttien tuotantoa, joita kutsutaan monosyyttien CSF:ksi. GM-CSF stimuloi sekä granulosyyttejä että monosyyttejä; multi-CSF stimuloi granulosyyttejä, monosyyttejä, verihiutaleita ja erytrosyyttejä. Näiden hormonien synteettisiä muotoja annetaan usein eri syöpämuotoja sairastaville potilaille, jotka saavat solunsalpaajahoitoa, WBC-arvojen elvyttämiseksi.
- Interleukiinit ovat toinen sytokiinisignaalimolekyylien luokka, joka on tärkeä hemopoieesissa. Alun perin ajateltiin, että vain leukosyytit erittävät niitä ja että ne kommunikoivat vain muiden leukosyyttien kanssa, ja ne nimettiin sen mukaisesti, mutta nykyään tiedetään, että niitä tuottavat useat eri solut, kuten luuydin ja endoteeli. Tutkijat epäilevät nyt, että interleukiineilla voi olla muitakin tehtäviä elimistön toiminnassa, kuten solujen erilaistuminen ja kypsyminen sekä immuniteetin ja tulehduksen tuottaminen. Tähän mennessä on tunnistettu yli tusina interleukiineja, ja lisää on todennäköisesti tulossa. Ne on yleensä numeroitu IL-1, IL-2, IL-3 jne.
Everyday Connection: Veridoping
Alkuperäisessä tarkoituksessaan termiä veridoping käytettiin kuvaamaan käytäntöä, jossa yksilölle annettiin verensiirron avulla ylimääräisiä punasoluja, yleensä urheilusuorituksen parantamiseksi. RBC:t toimittaisivat enemmän happea kudoksiin, jolloin saataisiin lisää aerobista kapasiteettia, jota kliinisesti kutsutaan VO2 max -arvoksi. Solut saatiin joko vastaanottajalta itseltään (autologinen) tai luovuttajalta, jolla oli yhteensopiva veri (homologinen). Tätä käytäntöä auttoivat pitkälle kehitetyt tekniikat kerätä, konsentroida ja pakastaa punasoluja, jotka voitiin myöhemmin sulattaa ja ruiskuttaa, mutta jotka säilyttivät silti toimintakykynsä. Näitä käytäntöjä pidetään laittomina käytännöllisesti katsoen kaikissa urheilulajeissa, ja niihin liittyy infektioriski, koska ne lisäävät merkittävästi veren viskositeettia ja veren välityksellä tarttuvien taudinaiheuttajien mahdollista leviämistä, jos veri on kerätty toiselta henkilöltä.
Synteettisen EPO:n kehittämisen myötä 1980-luvulla tuli mahdolliseksi tuottaa lisää RBC:tä stimuloimalla keinotekoisesti RBC:n tuotantoa luuytimessä. Alun perin anemiasta, munuaisten vajaatoiminnasta tai syöpähoidosta kärsivien potilaiden hoitoon kehitetty EPO voidaan tuottaa suuria määriä rekombinantti-DNA-tekniikalla. Synteettinen EPO ruiskutetaan ihon alle, ja se voi nostaa hematokriittiä useiden viikkojen ajan. Se voi myös aiheuttaa polysytemiaa ja nostaa hematokriitin 70:een tai korkeammaksi. Tämä lisääntynyt viskositeetti nostaa veren vastusta ja pakottaa sydämen pumppaamaan voimakkaammin; ääritapauksissa se on johtanut kuolemaan. Muiden lääkkeiden, kuten koboltti II-kloridin, on osoitettu lisäävän luonnollisen EPO-geenin ilmentymistä. Veridopingista on tullut ongelmallista monissa urheilulajeissa, erityisesti pyöräilyssä. Seitsemän Tour de France -kilpailua ja monia muita pyöräilymestaruuksia voittanut Lance Armstrong riisuttiin voitoistaan ja hän myönsi käyttäneensä veridopingia vuonna 2013.
Veridopingin haittavaikutukset
Perusteena voi olla pelkkä veren punasolujen lukumäärän kasvattaminen veressä, johon voi liittyä hyperviskositeettioireyhtymä (hyperviskositeettioireyhtymä), jolle on ominaista, että veri viskositeettiä kasvatetaan ja että sen myötä sydämen ulostulovirtaama laskee eikä sydämen verenkierron nopeus vähene, mikä puolestaan johtaa perifeerisen hapen kuljetuksen vähenemiseen. Tämä lisää sydänkohtauksen, aivohalvauksen, laskimotulehduksen ja keuhkoembolian mahdollisuutta, joka on havaittu tapauksissa, joissa verenkiertoon on palautettu liikaa verta. Koska veridoping lisää punasolujen määrää, se johtaa tehokkaasti tilaan nimeltä polysytemia, joka on verisairaus, jolla on tunnettuja haittavaikutuksia, kuten sydänkohtauksia tai aivohalvauksia. Veren saastuminen valmistuksen tai varastoinnin aikana on toinen ongelma. Kontaminaatiota havaittiin 1:ssä 500 000:sta punasolusiirrosta vuonna 2002. Veren saastuminen voi johtaa verenmyrkytykseen eli infektioon, joka vaikuttaa koko elimistöön.
-Wikipedia
Kun pyöräilijä Lance Armstrong myönsi käyttäneensä suorituskykyä parantavia lääkeaineita, veridopingkäytäntö nousi tiedotusvälineiden valokeilaan. Mutta miten se tarkalleen ottaen lisää suorituskykyä? Mayo Clinicin asiantuntijat selvittävät seuraavassa videossa veridopingin taustalla olevaa tiedettä.
Luuydinnäytteenotto ja -siirrot
Joskus terveydenhuoltohenkilökunta määrää luuydinbiopsian, joka on diagnostinen koe punaisesta luuytimestä otetusta näytteestä, tai luuydinsiirron, eli hoidon, jossa luovuttajan tervettä luuydintä – ja siihen sisältyviä kantasoluja – käytetään potilaan viallisen luuytimen tilalle. Näitä testejä ja toimenpiteitä käytetään usein avuksi erilaisten vaikeiden anemioiden, kuten suuren talassemian ja sirppisoluanemian, sekä joidenkin syöpätyyppien, erityisesti leukemian, diagnosoinnissa ja hoidossa.
Viime aikoina, kun luuydinnäyte tai luuydinsiirto oli välttämätön, toimenpiteen suorittaminen olisi edellyttänyt suurikokoisen neulan työntämistä lantion lantionpohjan harjan läheisyydessä olevalle alueelle (os coxae). Tätä sijaintia pidettiin parempana, koska se sijaitsee lähellä kehon pintaa, joten siihen pääsee helpommin käsiksi, ja se on suhteellisen eristyksissä useimmista elintärkeistä elimistä. Valitettavasti toimenpide on melko kivulias.
Nyt suoraa luuydinnäytteenottoa voidaan usein välttää. Monissa tapauksissa kantasolut voidaan eristää vain muutamassa tunnissa potilaan verinäytteestä. Eristetyt kantasolut kasvatetaan sitten viljelyssä käyttäen sopivia hemopoieettisia kasvutekijöitä, ja ne analysoidaan tai joskus jäädytetään myöhempää käyttöä varten.
Elinsiirtoa tarvitsevalle henkilölle sopiva luovuttaja on välttämätön, jotta immuunijärjestelmä ei tuhoaisi luovuttajan soluja – ilmiö tunnetaan nimellä kudoshyljintä. Luuydinsiirtopotilaiden hoitamiseksi on ensin tuhottava potilaan oma sairas luuydin säteilyn ja/tai kemoterapian avulla. Luovuttajan luuytimen kantasolut infusoidaan sitten suonensisäisesti. Verenkierrosta ne asettuvat vastaanottajan luuytimeen.
Luvun katsaus
Verenkierron (hemopoieesin) prosessin avulla veren muodostuneita alkuaineita tuotetaan jatkuvasti, ja ne korvaavat suhteellisen lyhytikäiset erytrosyytit, leukosyytit ja verihiutaleet. Hemopoieesi alkaa punaisesta luuytimestä hemopoieettisista kantasoluista, jotka erilaistuvat myelooisiin ja lymfaattisiin linjoihin. Myeloidisista kantasoluista syntyy suurin osa muodostuneista alkuaineista. Lymfaattiset kantasolut synnyttävät vain erilaisia lymfosyyttejä, joita kutsutaan B- ja T-soluiksi, sekä NK-soluja. Hemopoieettiset kasvutekijät, kuten erytropoietiini, trombopoietiini, pesäkkeitä stimuloivat tekijät ja interleukiinit, edistävät muodostuneiden alkioiden lisääntymistä ja erilaistumista.
Self Check
Vastaamalla alla oleviin kysymyksiin näet, kuinka hyvin ymmärrät edellisessä osiossa käsitellyt aiheet.
Kriittisen ajattelun kysymykset
- Myelofibroosi on sairaus, jossa tulehdus ja arpikudoksen muodostuminen luuytimessä haittaavat hemopoieesia. Yksi merkki on suurentunut perna. Miksi?
- Voisitko odottaa, että potilaalla, jolla on syöpämuoto nimeltä akuutti myelogeeninen leukemia, olisi heikentynyt erytrosyyttien tuotanto tai heikentynyt lymfosyyttien tuotanto? Selitä valintasi.
Sanasto
luuydinbiopsia: diagnostinen tutkimus punaisesta luuytimestä otetusta näytteestä
luuydinsiirto: hoito, jossa luovuttajan terve luuydin kantasoluineen korvaa potilaan sairaan tai vaurioituneen luuytimen
kolonioita stimuloivat tekijät: glykoproteiinit, jotka käynnistävät myeloblastien lisääntymisen ja erilaistumisen rakeisiksi leukosyyteiksi (basofiileiksi, neutrofiileiksi ja eosinofiileiksi)
sytokiinit: luokka proteiineja, jotka toimivat autokriinisinä tai parakriinisinä signaalimolekyyleinä; sydän- ja verisuonijärjestelmässä ne stimuloivat progenitorisolujen proliferaatiota ja auttavat stimuloimaan sekä epäspesifistä että spesifistä vastustuskykyä tautia vastaan
erytropoietiini (EPO): glykoproteiini, joka käynnistää luuytimen tuottamaan RBC:tä; munuaisten erittämä vaste alhaiselle happipitoisuudelle
hemosytoblasti: hemopoieettinen kantasolu, joka synnyttää veren muodostuneita osia
hemopoieesi: veren muodostuneiden elementtien tuottaminen
hemopoieettiset kasvutekijät: kemialliset signaalit, mukaan lukien erytropoietiini, trombopoietiini, koloniaa stimuloivat tekijät ja interleukiinit, jotka säätelevät tiettyjen veren esisolujen erilaistumista ja lisääntymistä
hemopoieettinen kantasolu: pluripotenttien kantasolujen tyyppi, joka synnyttää veren muodostuneita osia (hemosytoblastit)
interleukiinit: signaalimolekyylejä, jotka voivat toimia hemopoieesissa, tulehduksessa ja tietyissä immuunivasteissa
lymfaattiset kantasolut: hemopoieettisten kantasolujen tyyppi, joka synnyttää lymfosyyttejä, mukaan luettuina erilaiset T- solut, B- solut ja NK- solut, jotka kaikki toimivat immuniteettitekijöinä
myeloidiset kantasolut: Hemopoieettisten kantasolujen tyyppi, joka synnyttää joitakin muodostuneita osia, mukaan lukien erytrosyytit, megakaryosyytit, jotka tuottavat verihiutaleita, ja myeloblastilinja, joka synnyttää monosyyttejä ja kolmea erilaista rakeisten leukosyyttien muotoa (neutrofiilit, eosinofiilit ja basofiilit)
pluripotentti kantasolu: kantasolu, joka on peräisin totipotentista kantasolusta ja joka kykenee erilaistumaan moniksi mutta ei kaikiksi solutyypeiksi
totipotentti kantasolu: alkion kantasolu, joka kykenee erilaistumaan kaikiksi elimistön soluiksi; mahdollistaa elimistön täysimittaisen kehityksen
trombopoietiini: maksan ja munuaisten erittämä hormoni, joka käynnistää megakaryosyyttien kehittymisen trombosyyteiksi (verihiutaleiksi)
.