Delenie, rozmnožovanie a dozrievanie krvných buniek

Rozmnožovanie predstavuje jednu zo základných životných funkcií všetkých živočíchov, ktorá zabezpečuje pokračovanie rodu a prispieva k evolúcii druhu. Tento proces zahŕňa rôzne etologické, fyziologické a morfogenetické deje a prebieha rôznymi spôsobmi v závislosti od konkrétneho živočícha. Rozmnožovanie živočíchov možno rozdeliť na dva základné typy: nepohlavné (asexuálne, vegetatívne) rozmnožovanie, pri ktorom nový jedinec vzniká priamo z materského organizmu, buď jeho rozdelením, alebo zo somatických buniek, a pohlavné (sexuálne) rozmnožovanie, ktoré zahŕňa splynutie dvoch pohlavných buniek (gamét), ktoré vznikajú v špecializovaných rozmnožovacích orgánoch.

Bunkový cyklus je najčastejšie riadený prostredníctvom chemických látok. Tieto látky delenie buniek stimulujú alebo inhibujú. Všetky regulátory bunkového delenia ovplyvňujú priebeh bunkového cyklu v G1 fáze, kde je kontrolný uzol. Regulácia bunkového cyklu je jedným z hlavných mechanizmov zabezpečujúcich celistvosť mnohobunkového organizmu. V mnohobunkových organizmoch teda bunkový cyklus riadia regulačné mechanizmy, ktoré zabezpečujú zodpovedajúci počet buniek vo všetkých tkanivách a orgánoch.

Život bunky, ktorý predstavuje bunkové delenie a interfáza, sa nazýva bunkový cyklus. Bunkové delenie zabezpečuje aj regenerácia poškodených tkanív, resp. pletív, orgánov a náhradu opotrebovaných buniek. Obdobie, keď sa bunka nedelí, nazýva sa interfáza. Delenie bunky pozostáva z dvoch od seba nezávislých procesov, a to delenie jadra - karyokinéza a delenie bunky - cytokinéza.

Bunkový cyklus

Bunkový cyklus sa skladá z niekoľkých fáz:

G1-fáza (postmitotická): Začína najčastejšie v okamihu rozdelenia po vzniku novej bunky, bunka sa zotavuje z delenia, začínajú syntetické procesy - tvoria sa látky potrebné pre replikáciu DNA. V G1 fáze sa nachádza kontrolný uzol bunkového cyklu, v ňom sa bunkový cyklus zastavuje pri regulácii bunkového delenia v prípade nepriaznivých podmienok alebo pod vplyvom inhibítorov. Trvá asi 1/4 cyklu, prebieha syntéza látok v bunke, ale najmä replikácia DNA.
G2 fáza (postsyntetická, predmitotická): Bunka ďalej rastie a pripravuje sa na rozdelenie jadra. Pokračuje syntéza bielkovín, najmä tých, ktoré sa podieľajú na tvorbe mitotického aparátu.
M fáza (mitotická): Prebehne karyokinéza - rozdelenie jadra, a po nej cytokinéza - rozdelenie bunky na dve dcérske.

Bunka, ktorá sa napr. v ľudskom organizme nedelí, je v G1 fáze (takéto zastavenie bunkového cyklu sa nazýva aj G0 fáza). U buniek, ktoré natrvalo stratili schopnosť delenia, je kontrolný uzol v G1 fáze natrvalo zablokovaný.

Spôsoby delenia buniek

Sú dva známe spôsoby delenia bunky: mitóza - nepriame delenie, meióza - redukčné delenie.

Mitóza

Mitóza je najčastejší spôsob delenia buniek. Prostredníctvom mitotického aparátu sa zabezpečuje presné rozdelenie chromozómov do dcérskych buniek. Takto sa zachováva genetická zhoda materských a dcérskych buniek. Vlastnému deleniu buniek predchádzajú zložité syntetické procesy. V S-fáze sa znásobuje genetický materiál bunky t.j. DNA a hmota celého chromozómu na dvojnásobok. Každý jednochromatidový chromozóm sa zdvojuje na dvojchromatidový, spojený v mieste centroméry. Súčasne sa syntetizujú aj bielkoviny deliaceho vretienka. Chromozómy majú v tomto štádiu nitovitý tvar - sú dešpiralizované, pod mikroskopom nerozlíšiteľné.

Základné fázy mitotického delenia sú - profáza, metafáza, anafáza a telofáza.

Profáza: Chromozómy sa skracujú, hrubnú, špiralizujú sa, stávajú sa tak rozlíšiteľné. Rozpúšťa sa jadrová membrána, zaniká jadierko a objavuje sa deliace vretienko.
Metafáza: Vrcholí špiralizácia, chromozómy sa skracujú, sú najlepšie pozorovateľné. Dvojchromatidové chromozómy zoradené do centrálnej roviny sa postupne pozdĺžne rozdelia na dve dcérske chromatidy spojené centromérou, na ktorú sa upínajú mikrotubuly deliaceho vretienka.
Anafáza: Skracovaním mikrotubúl deliaceho vretienka a úplným rozdelením centroméry na dve časti pokračuje oddeľovanie a rozchádzanie dcérskych chromatíd každého chromozómu na protiľahlé póly bunky. Vzniknutý dcérsky chromozóm je jednochromatidový až do novej S-fázy.
Telofáza: Zaniká deliace vretienko, jednochromatidové dcérske chromozómy sa postupne dešpiralizujú a vytvorí sa okolo nich nová jadrová membrána.

Karyokinéza (delenie jadra) končí obnovením štruktúry jadra a nasleduje cytokinéza - rozdelenie materskej bunky na dve samostatné dcérske bunky s tým istým počtom chromozómov, ako mala dcérska bunka. Ak bola diploidná, budú aj dcérske diploidné, ak bola haploidná, budú dcérske haploidné.

Meióza

Meióza je redukčné delenie, pri ktorom dochádza k redukcii - zmenšeniu počtu chromozómov na polovicu. Je to jediný spôsob vzniku pohlavných buniek - gamét, ale aj výtrusov, peľových zrniek a vaječných buniek vyšších rastlín. Prebieha v dvoch po sebe nasledujúcich deleniach.

Prvé delenie (heterotypické): Charakteristické redukciou počtu chromozómov na polovicu.
Profáza I. (meiózy): Stráca sa jadrová membrána, zviditeľňujú sa chromozómy, vytvára sa deliace vretienko. Homologické chromozómy sa párujú, vytvárajú dvojice - bivalenty. Priblížením homologických chromozómov môže nastať ich prekríženie (crossing over), pri ktorom si môžu vymeniť zodpovedajúce časti chromatíd.
Anafáza I.: Dvojchromatidové páry homologických chromozómov sa rozdelia - jeden z dvojice ide k jednému pólu a druhý k druhému pólu bunky.
Telofáza I.: Dvojchromatidové chromozómy sú sústredené na póloch bunky, nastáva rekonštrukcia jadra, dochádza k cytokinéze - rozdeleniu bunky.
Druhé delenie (homeotypické): Počet chromozómov sa v jeho priebehu nemení, prebieha ako normálna mitóza. Pri homeotypickom delení sa chromozómy pozdĺžne delia, oddeľujú sa chromatidy a vznikajú jednochromatidové chromozómy.

Výsledkom meiózy sú 4 bunky s polovičným - haploidným počtom jednochromatidových chromozómov.

Krv a jej zloženie

Krv je hlavnou súčasťou vnútorného prostredia organizmu. Tvorí okolo 7% telesnej hmotnosti, asi 4,5-5 litrov, u žien niečo menej. Krv je suspenzia bunkových elementov - krvných doštičiek, červených a bielych krviniek v krvnej plazme.

Krvná plazma

Krvná plazma je nažltlá tekutina, obsahujúca množstvo anorganických a organických látok. Hodnota pH plazmy je tak ako celej krvi 7,4. Objem plazmy je u dospelého človeka asi 2,8-3,5 litra. Asi 90% plazmy tvorí voda. Vo vode sú rozpustené soli, najmä chlorid sodný a uhličitan sodný. Dôležitou zložkou plazmy je vápnik.

Z organických látok sú na prvom mieste plazmatické bielkoviny. Ich množstvo je 60-80 g/liter. Rozdeľujeme ich na albumíny, globulíny a fibrinogén. Albumíny tvoria najväčší podiel plazmatických bielkovín, okolo 40g/l, globulíny okolo 26 g/l (z toho imunoglobulíny asi 15-16g/l) a fibrinogén asi 4g/l plazmy. Väčšina bielkovín, s výnimkou gamaglobulínov, sa syntetizuje v pečeni.

Funkcie plazmatických bielkovín:

Podiel na udržovaní stáleho objemu plazmy (onkotický tlak).
Transportná funkcia (viažu a transportujú vitamíny, hormóny, niektoré anorganické látky, lipidy).
Udržovanie pH (fungujú ako nárazník).
Obrana organizmu (gamaglobulíny - imunoglobulíny).
Hemokoagulácia (fibrinogén).

Plazma prenáša veľký počet organických látok, predovšetkým glukózu (glykémia cca 3,3-6,1 mmol/l), ktorá je hlavným energetickým substrátom. Obsahuje tiež dusíkaté látky (močovinu, kyselinu močovú, kreatinín), ktoré predstavujú katabolity bielkovinného metabolizmu. V plazme sú transportované i lipidy.

Krvné bunky

Červené krvinky - erytrocyty

Červená krvinka - erytrocyt je bezjadrová bunka, ktorá počas svojho individuálneho vývoja stratila bunkové jadro. Táto strata je účelová, pretože erytrocyt transportuje dýchacie plyny (kyslík a oxid uhličitý). Erytrocyt má bikonkávny tvar, čo zväčšuje jeho povrch a tým i transportnú plochu pre plyny. Zrelá bunka (normocyt) má priemer 7,4 um. Počet červených krviniek sa líši u mužov (4,3 - 5,3x10¹²/l) a žien (3,8 -4,8x10¹²/l). Bikonkávny tvar, pružná membrána a neprítomnosť jadra dovoľujú erytrocytom prispôsobovať sa tvarom kapiláram. Červená krvinka starne a zaniká rozpadom (hemolýzou) po 90-120 dňoch života. Staré krvinky sú vychytávané v slezine, pečeni alebo kostnej dreni.

Hematokrit (HTK) označuje percentuálne zastúpenie objemu erytrocytov v celkovom objeme krvi. U dospelého zdravého muža je HTK 44 %, u žien 39 %.

Hemoglobín

Červené krvinky majú svoj názov od červeného krvného farbiva hemoglobínu (Hb). Molekula Hb sa skladá zo 4 podjednotiek, z ktorých každá je tvorená z dvoch zložiek: farebného hemu (obsahuje železo) a proteínového reťazca (globínu). Množstvo Hb je u mužov 135-170 g/l, u žien 120 - 158 g/l krvi. Hb je schopný reverzibilne viazať kyslík (1 gram Hb viaže 1,39 ml O₂). Arteriálna krv môže prenášať asi 200 ml O₂ v 1 litri krvi. Hb viažúci kyslík (oxyhemoglobín) odovzdáva na periférii kyslík tkanivám. Efekt uvoľňovania kyslíka má i vyššia teplota, vyššie pCO₂ a nižšie pH (Bohrov efekt). Hb prenáša i CO₂ vo väzbe na aminokyselinu proteínového reťazca (karbaminohemoglobín). Nebezpečnou väzbou je väzba s oxidom uhoľnatým CO (karboxyhemoglobín), pretože táto väzba je 200 krát silnejšia ako väzba s kyslíkom.

Počas vývoja človeka dochádza ku zmenám typov Hb. V intrauterinnom vývoji má plod k dispozícii tzv. fetálny hemoglobín (HbF), ktorý má vyššiu afinitu viazať kyslík. Po narodení sa postupne HbF vymieňa za HbA.

Biele krvinky - leukocyty

Biele krvinky (leukocyty) sú bunky s jadrom a majú rôzny tvar. V krvi je ich okolo 6-8 tisíc/mm³, ale pri chorobe sa ich počet zvyšuje. Biele krvinky sa tvoria v kostnej dreni, lymfocyty aj v slezine a lymfatických uzlinách. Ich životnosť závisí od druhu - 10 dní až 5 mesiacov. Leukocyty sú súčasťou obranného systému tela.

Granulocyty sa nazývajú aj polymorfonukleárne leukocyty. Aktívne sa pohybujú, majú schopnosť meniť tvar, môžu prenikať cez steny vlásočníc mimo krvný obeh - diapedéza - a fagocytujú. Podľa farbenia sa delia na granulocyty neutrofilné, bazofilné a eozinofilné.

Agranulocyty delíme na lymfocyty a monocyty. Lymfocyty dodávajú telu odolnosť voči chorobám, vytvárajú protilátky. Činnosťou granulocytov a monocytov pri kontakte s choroboplodnými baktériami vzniká zápalová reakcia.

Krvné doštičky - trombocyty

Trombocyty nie sú pravé bunky. Vznikajú v červenej kostnej dreni oddeľovaním časti cytoplazmy z veľkých buniek. Majú tvar hladkých okrúhlych diskov o priemere 2-4 um. Počet trombocytov sa pohybuje v rozpätí 150-400x10⁹/l krvi. Ich životnosť je krátka - asi 9-12 dní. Doštičky obsahujú početné granule, ktoré obsahujú kalcium, serotonín, ATP a faktory potrebné k hemokoagulácii. Najdôležitejšou funkciou doštičiek je ich úloha v ochrane organizmu pred stratami krvi.

Hemostáza (zástava krvácania) spočíva v súhre týchto dejov:

Reakcia ciev v mieste poranenia (vazokonstrikcia).
Činnosť trombocytov (tvorba provizórnej hemostatickej zátky).
Hemokoagulácia (zrážanie krvi).
Fibrinolýza (odstránenie fibrínu, zhojenie a spriechodnenie cievy).

Erytropoéza

Tvorba erytrocytov je veľmi náročný a zložitý dej. Vlastnou „materskou“ bunkou, z ktorej postupne vznikajú červené krvinky, je pluripotentná kmeňová bunka v kostnej dreni. Tesne pred dozretím erytrocytu, posledným vývojovým štádiom je štádium retikulocytu. Fyziologické rozmedzie retikulocytov v krvi je 0,5-1%.

Erytropoéza je okolo 6. embryonálneho týždňa situovaná v pečeni, postupne prechádza do sleziny a až potom do kostnej drene. Najdôležitejšie substráty pre fyziologický priebeh erytropoézy sú: dostatok príslušných aminokyselín (proteínov), železa a vitamínov skupiny B (vitamín B₁₂, kyselina listová, vitamín B₆, vitamín C).

Erytropoézu riadi hormón erytropoetín, ktorý je produkovaný obličkami. Jeho produkcia je regulovaná spätnoväzobným mechanizmom tak, že pri tkanivovej hypoxii sa zvyšuje jeho produkcia a tým sa zvyšuje počet erytrocytov.