ERTROSTLER LKOSTLER Prof Dr Yldz Diner Kan kemik

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 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-E 0 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, O 2 ve CO 2 transportundan ve kan p. H’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. 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/mm 3 • 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+, Ca 2+, Mg 2+ • Major anyonlar: Cl-, HCO 3 -, 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) • Ca 2+ ATPaz (Hücre içi Ca 2+ 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-HCO 3 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 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, Ca 2+ 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 Fe 2+, Fe 3+ formuna dönüşür ve oksijen bağlayamaz • B) Hücre içinde Na+ ve Ca 2+ 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 Ca 2+ ATPaz tarafından kullanılır • Eritrosit içinde Hb’nin her gün %0. 5 kadarı otooksidasyonla met. Hb’ne dönüşmekte ve bir bu kadarı da inhale edilen çevresel toksik maddeler tarafından oluşturulmaktadır • Hb(Fe 2+) + O 2 met. Hb(Fe 3+) + O 2 - • Gliseraldehid 3 -fosfat dehidrogenaz basamağında üretilen NADH met. Hb’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+ 2 GSH +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, difosfogliserat fosfataz tarafından 3 fosfogliserata hidroliz olur • difosfogliserat fosfataz • 2, 3 difosfogliserat 3 fosfogliserat +Pi • 2, 3 difosfogliseratın sentezi ve yıkımı kan p. H’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