Структура и функция костномозгового кроветворения: механизмы ответа на воздействие ионизирующего излучения

Цель настоящего обзора — рассмотреть особенности структуры и функции костномозгового кроветворения, имеющие значение для механизмов его ответа на воздействие ионизирующего излучения. Основная задача костномозгового кроветворения — поддерживать постоянный уровень различных типов клеток крови в периферической крови: эритроцитов, гранулоцитов, тромбоцитов, лимфоцитов и др. Каждый тип клеток характеризуется собственной кинетикой обновления (например, ежедневно образуется 120 × 10^9 гранулоцитов, 200 × 10^9 эритроцитов или 150 × 10^9 тромбоцитов), обладает относительной автономностью механизмов регуляции в стабильном состоянии и зависит от пожизненного поступления зрелых клеток из пула стволовых клеток с неограниченным потенциалом к самовоспроизведению и плюрипотентной дифференцировке. Современные представления об обновлении клеток кроветворной системы сформировались благодаря многолетним фундаментальным экспериментальным и клиническим исследованиям с применением радионуклидов в различных метаболических формах, в том числе (59)Fe, (32)P (DF (32)P), (51)Cr, (131)I, (60)Co, (3)H ((3)HTdR) и (14)C ((14)CTdR). Для понимания физиологии, а особенно радиационной патофизиологии, необходимо детально знать устройство костного мозга как самостоятельной структурной единицы. Для пожизненного образования клеток необходимы капсула костного мозга — кортикальный слой кости, артериальное кровоснабжение, связанное с синусоидальной микрососудистой сетью, включающей извилистые и прямые синусоиды, а также центральные синусоиды, собирающие клетки. Важно также учитывать нервную регуляцию кровотока, обеспечиваемую миелинизированными и немиелинизированными нервными волокнами. Особое строение клеток, выстилающих синусоиды, обеспечивает миграцию клеток между кроветворной паренхимой и кровью. Это невозможно без попеременного открытия и закрытия сегментов синусоидов; для этого необходима прочная протяжённая капсула, обеспечивающая постоянство общего объёма каждой единицы костного мозга. При воздействии ионизирующего излучения на единицу костного мозга нарушается равновесие между давлением клеточного роста и динамикой кровотока. В результате возникают особый вид кровоизлияния в костный мозг и «избыточная потеря клеток», которые могут привести к истощению пула стволовых клеток без развития тромбоцитопении. Важно понять, благодаря каким механизмам костномозговое кроветворение функционирует как единая система обновления клеток, хотя единицы костного мозга распределены более чем по 100 участкам скелета. То, что «костный мозг» действует и реагирует как «единый орган», обеспечивается регуляторными механизмами: гуморальными факторами (эритропоэтинами, гранулопоэтинами, тромбопоэтинами и др.), нервными факторами (центральной нервной регуляцией) и клеточными факторами (непрерывной миграцией стволовых клеток через кровь, поддерживающей их достаточное количество в каждой «субъединице» костного мозга). Следует учитывать, что костный мозг функционирует как физиологическая химера и формируется в эмбриогенезе в результате гематогенного заселения стволовыми клетками мезенхимального матрикса. Восстановление костного мозга после облучения части тела, выраженно неравномерного облучения или облучения всего тела с последующей трансплантацией стволовых клеток можно рассматривать как повторение эмбриогенеза костномозгового кроветворения. Ключевой этап этого процесса — миграция стволовых клеток с током крови к участкам стромы, подготовленным к их приёму и заселению, где клетки начинают размножаться и дифференцироваться, если позволяет качество микроокружения. Таким образом, для понимания радиобиологии костномозгового кроветворения необходимо досконально знать физиологию и патофизиологию его структуры, функции и регуляции — не только процессов обновления клеток, но и сложного устройства костного мозга.