ERİTROSİTLER LÖKOSİTLER 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.

Normoblastik olgunlaşma 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 olgunlaşmanın başında sitozolde RNA çoktur 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 3 fosfogliserat +Pi 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