§ 40. Эритроциты

Определения и обозначения

Эритроцит — безъядерная клетка крови, переносящая кислород и часть углекислого газа. Его главная задача — доставлять кислород от лёгких к клеткам тела, которым он нужен для получения энергии. Часть углекислого газа эритроциты помогают переносить в обратном направлении — к лёгким.

Гемоглобин — белок эритроцитов, способный обратимо связывать кислород. Это значит, что он может присоединять кислород, а затем освобождать его, поэтому газ удаётся доставить от лёгких к тканям. Именно гемоглобин придаёт крови красный цвет.

Оксигемоглобин — соединение гемоглобина с кислородом, образующееся в лёгких. В составе такого соединения кислород переносится кровью, но связь остаётся непрочной и может распадаться. В тканях кислород отделяется от гемоглобина и поступает к клеткам.

Эритропоэз — процесс образования эритроцитов в красном костном мозге. Он нужен для постоянного пополнения крови новыми клетками, поскольку старые эритроциты постепенно разрушаются. Если организму требуется больше кислорода, образование клеток может усиливаться.

Как это устроено

Эритроцит имеет форму двояковогнутого диска: его середина тоньше краёв. Благодаря этому площадь поверхности клетки велика по отношению к её объёму, а путь от поверхности к внутренней части короче, чем у шарообразной клетки. Газы быстрее проходят через тонкий слой, поэтому кислород и углекислый газ эффективнее обмениваются между кровью и окружающей средой.

Зрелый эритроцит теряет ядро и большинство органоидов по мере развития из клетки-предшественника. Освободившееся внутреннее пространство занимает гемоглобин, и клетка может переносить больше кислорода. Отсутствие ядра означает, что зрелая клетка не делится и не может долго восстанавливать свои части. Поэтому эритроциты имеют ограниченный срок жизни и нуждаются в постоянной замене.

В лёгких концентрация кислорода высока, поэтому он проходит через стенки лёгочных пузырьков и капилляров в кровь. Там кислород связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин, и переносится кровотоком. В тканях кислорода меньше, и гемоглобин отдаёт его; газ переходит из крови в клетки, где используется в жизненных процессах.

Переносимый кислород эритроцитам самим почти не нужен для получения энергии: в зрелых клетках нет митохондрий, где кислород используется при клеточном дыхании. Вместо этого эритроцит расщепляет глюкозу без участия кислорода и получает необходимую энергию таким способом. Это позволяет клетке не расходовать груз, который она доставляет тканям, хотя энергии от такого процесса образуется меньше.

Эритроциты образуются в красном костном мозге, а в крови живут в среднем около 120 дней. Старые клетки захватываются и разрушаются главным образом в селезёнке и печени; их составляющие организм частично использует повторно. Постоянное обновление необходимо, потому что эритроциты изнашиваются и теряют способность нормально выполнять свою работу. При кровопотере или недостатке клеток органы получают меньше кислорода, а усиление эритропоэза помогает постепенно восстановить их число.

Строение, свойства и функции эритроцитов

В таблице удобно сопоставлять особенности эритроцита с тем, какую пользу они дают организму. Например, форма клетки связана с обменом газов, а отсутствие ядра — с вместимостью гемоглобина. Пользуйтесь третьим столбцом, чтобы объяснять не только строение, но и его значение.

Разбор задач

1. Почему двояковогнутая форма эритроцита лучше подходит для переноса газов, чем шарообразная?

Сравним не только внешний вид клеток, но и то, как газы проходят через их поверхность. Чтобы кислород попал внутрь, а затем связался с гемоглобином, он должен пройти путь диффузии. Чем больше поверхность и короче путь, тем быстрее может идти обмен.

1. У двояковогнутого диска площадь поверхности относительно объёма больше, чем у шара сопоставимого размера. Поэтому больше кислорода может одновременно переходить через поверхность клетки.
2. Центр диска тонкий, и газу нужно пройти меньшее расстояние к гемоглобину. У шара центральная часть толще, поэтому путь диффузии был бы длиннее.
3. Следовательно, двояковогнутая форма помогает эритроциту быстрее принимать кислород и отдавать его тканям. Она также позволяет клетке деформироваться при прохождении через узкие капилляры.

Ответ: двояковогнутая форма увеличивает поверхность эритроцита и сокращает путь диффузии газов по сравнению с шарообразной.

2. Определите, сколько эритроцитов содержится в 5 л крови, если в 1 мм³ крови находится 5 миллионов эритроцитов.

Число клеток дано для маленького объёма — одного кубического миллиметра, поэтому сначала нужно выразить весь объём крови в тех же единицах. Затем умножим число эритроцитов в единице объёма на общее количество таких единиц. Не забудем, что один литр равен миллиону кубических миллиметров.

1. Переведём литры в кубические миллиметры: 1 л = 1 000 000 мм³, значит, 5 л = 5 000 000 мм³.
2. В каждом кубическом миллиметре содержится 5 000 000 эритроцитов. Умножим концентрацию на объём: 5 000 000 × 5 000 000 = 25 000 000 000 000.
3. Проверим порядок величины: при увеличении объёма в миллионы раз общее число клеток должно оказаться намного больше пяти миллионов. Полученное число соответствует этому условию.

Ответ: в 5 л крови содержится 25 000 000 000 000 эритроцитов, если принять указанную концентрацию постоянной.

3. После большой кровопотери у человека уменьшилась способность крови переносить кислород. Объясните причину и назовите процесс, который постепенно восстанавливает число эритроцитов.

Для ответа нужно связать перенос кислорода с количеством клеток и гемоглобина. После кровопотери часть крови теряется, а вместе с ней уменьшается число эритроцитов и общий запас гемоглобина. Значит, кровь может связать и доставить тканям меньше кислорода, чем до потери.

1. Установим причину: в эритроцитах находится гемоглобин, который переносит кислород. Если эритроцитов становится меньше, суммарное количество гемоглобина в крови тоже снижается.
2. Свяжем это с тканями: к клеткам поступает меньше кислорода, необходимого для получения энергии. Поэтому могут возникать слабость и быстрая утомляемость.
3. Назовём восстановительный процесс: новые эритроциты образуются в красном костном мозге. Этот процесс называется эритропоэзом и постепенно пополняет их число.

Ответ: кровопотеря уменьшает количество эритроцитов и гемоглобина, поэтому кровь переносит меньше кислорода; восстановлению числа клеток способствует эритропоэз.

Типичные ошибки

Эритроцит иногда называют органом или многоклеточным организмом, но это клетка крови. Ошибка возникает, если путать отдельную клетку с органом, который состоит из разных тканей, или с целым организмом. Проверьте себя вопросом: есть ли у объекта собственные органы и ткани? У эритроцита их нет.

Зрелому эритроциту приписывают ядро, смешивая его с клетками-предшественниками, из которых он развивается. На стадии созревания ядро исчезает, поэтому перенос кислорода выполняет безъядерная клетка. Проверяйте, о какой стадии идёт речь: зрелый эритроцит ядра не имеет.

Говорить, что гемоглобин переносит только кислород, — неполно: он участвует и в переносе части углекислого газа. Углекислый газ переносится кровью несколькими способами, поэтому нельзя считать, что весь его объём находится в гемоглобине. Для проверки уточните формулировку: эритроциты переносят кислород и часть углекислого газа.

Образование эритроцитов иногда путают с их разрушением. Причина ошибки — процессы относятся к одним и тем же клеткам, но происходят в разных местах: новые клетки образуются в красном костном мозге, старые разрушаются главным образом в селезёнке и печени. Проверяйте направление процесса: костный мозг создаёт клетки, а селезёнка и печень удаляют старые.

Связь с другими темами

Для понимания эритроцитов пригодятся знания о составе крови, строении клеток, диффузии и газообмене в лёгких и тканях. Тема связывает работу дыхательной системы, где кровь получает кислород, с сердечно-сосудистой системой, которая доставляет его по организму. Позже эти знания помогут разобраться в анемии, кровопотере и приспособлении к недостатку кислорода. Перенос кислорода важен и для обмена веществ: он участвует в клеточном дыхании, при котором клетки получают энергию.

Что запомнить

• Эритроцит — безъядерная клетка крови двояковогнутой формы.
• Главное содержимое эритроцита — гемоглобин.
• В лёгких гемоглобин связывает кислород, а в тканях отдаёт его.
• Зрелые эритроциты не имеют ядра и большинства органоидов.
• Эритроциты образуются в красном костном мозге.
• Старые эритроциты разрушаются главным образом в селезёнке и печени.
• Уменьшение числа эритроцитов или содержания гемоглобина снижает перенос кислорода.