Что такое группа крови?

Кровные узы, кровное родство, кровная месть − кровь неспроста оказалась в этих выражениях. Тип крови наследуется от родителей, как форма носа или подбородка, и передается детям. У кого-то кровь самой частой первой группы, у кого-то − самой редкой четвертой. Кровь заполняет каждый сосуд тела − от аорты до мельчайших капилляров. Постоянно циркулируя, она выполняет ряд важных для организма функций. Зачем нужна кровь? Чем определяется группа крови и сколько их всего насчитывается? Какую кровь можно переливать от одного человека к другому, а какую − нельзя ни при каких обстоятельствах? В статье вы найдете ответы на эти вопросы. Какие же проекты с участием трансгенных растений человечество разрабатывает сегодня?

            Будь у доктора под рукой несколько литров пригодной для переливания крови, кровотечение героини не было бы таким пугающим. Но безопасное переливание крови стало возможным лишь после того, как в 1901 г. австрийский исследователь Карл Ландштайнер (KarlLandsteiner) обнаружил, что кровь разных людей неодинакова.

Карл Ландштайнер (1868-1943) — австрийский исследователь, впервые описал группы крови человека

Ландштайнер обнаружил, что при смешивании крови двух разных людей происходит свертывание — образование сгустков (научный термин для обозначения этого процесса — агглютинация. Если вы видели, как сворачивается молоко при скисании или при добавлении кислоты — например, лимона — с образованием простокваши и сыворотки, вам будет легко представить, что такое агглютинация).

Это, казалось бы, простое открытие и последующая работа Ландштайнера были высоко оценены современным ему научным сообществом, и в 1930 г. были отмечены Нобелевской премией по медицине.

Чтобы лучше понять суть открытия Ландштайнера и его ценность, давайте разберемся, что такое кровь, из чего она состоит и зачем нужна.

Мужчина весом около 70 кг имеет примерно 5 литров крови. Именно такое количество жидкости должно заполнять сосуды и циркулировать по организму.

Кровь — это жидкость красного цвета (многие, конечно видели, как кровь вытекает из ссадины или пореза). Назвать кровь красной — обобщение, потому-что артериальная кровь имеет ярко-алый цвет, а венозная — темно-вишневый.

Кровь состоит из двух основных компонентов — плазмы и клеточных элементов (попросту говоря, клеток). Плазма — это прозрачная жидкость бледно-желтого цвета, состоящая из воды и растворенных в ней питательных веществ — глюкозы и других сахаров, аминокислот, холестерина и триглицеридов, ионов натрия, кальция, хлора, и разнообразных белков: гормонов, факторов свертывания крови, сигнальных молекул, а также продуктов обмена, которые надо вывести из тканей.

К клеткам крови относятся эритроциты (красные кровяные клетки) и лейкоциты (белые кровяные клетки). К клеточным элементам относят и тромбоциты, которые на самом деле являются безъядерными обломками гигиантских клеток — мегакариоцитов.

Как образуется кровь? Жидкость поступает в сосуды из клеток, благодаря разнице осмотического давления, которое создают белки внутри просвета сосуда. Концентрация белков внутри сосуда больше, но выйти из сосуда в нормальных условиях они не могут. В результате вода устремляется в просвет сосуда. Если концентрация белков в крови снизится, жидкость устремится в межклеточные пространства тканей, вызывая отеки — именно такой процесс происходит при длительном голодании, заболеваниях почек.

У взрослого человека все клетки крови образуются в красном костном мозге, заполняющем изнутри длинные трубчатые кости (например, бедренную, плечевую, большую берцовую). Лейкоциты могут дополнительно образовываться в вилочковой железе, лимфатических узлах, селезенке.

У многих народов сохранилось представление о том, что кровь — это душа человека. Приписывание крови таких свойств не случайно, ведь это одна из самых важных и вместе с тем хрупких структур организма. Кровь обеспечивает постоянный транспорт внутри организма:поступление к тканям кислорода, глюкозы, гормонов и сигнальных молекул, выведение из организма карбоната, мочевины и мочевой кислоты. Кроме того, кровь является буфером организма, поддерживающим постоянство рН, водного и солевого баланса тканей (вместе с почками и легкими), температуры тела. И, наконец, кровь выполняет защитную функцию, перенося клетки иммунной системы — лимфоциты и имеющиеся в плазме антитела к месту вторжения инфекции.

Давайте рассмотрим каждую функцию поближе. Транспорт различных веществ осуществляют и плазма, и клеточные элементы. Самого подробного внимания заслуживает транспорт кислорода и углекислого газа. Кислород переносится эритроцитами. Углекислый газ переносится плазмой. Один эритроцит — это безъядерная клетка размером примерно 7 мкм (именно такой диаметр у самых маленьких капилляров). Эритроцит содержит гемоглобин — белок, состоящий из 4 полипептидных цепей и 4 молекул гема, каждая из которых содержит один ион Fe²⁺ и может связать одну молекулу кислорода О₂. Таким образом, одна молекула гемоглобина может связать 4 молекулы кислорода.

В эритроцитах взрослого человека обнаруживается А (лат. adultus – взрослый) гемоглобин и немного (менее 5%) F-гемоглобина (лат. Fetus – плод). F-гемоглобин в большом количестве обнаруживается в эритроцитах плода. Он имеет большее сродство к кислороду, чем А-гемоглобин (Рис.1)

Рис.1 Молекула гемоглобина, состоящая из 4 субъединиц глобина (каждая выделена своим цветом) и 4 гемов с Fe²⁺

Когда кровь по малому кругу кровообращения достигает легочных артериол (Рис.2), гемоглобин присоединяет 4 молекулы кослорода и превращается в оксигемоглобин. Когда кровь, богатая кислородом, по большому кругу кровообращения достигает тканей организма, кислород отсоединяется от гемоглобина, и последний превращается в восстановленный гемоглобин. Гемоглобин может присоединить к себе молекулу СО₂, однако таким способом переносится лишь незначительное количество углекислого газа.

Рис.2 «Монетные стобики» — эритроциты, проходящие по капиллярам, выстраиваются в столбики.

Основная масса СО2 переносится плазмой крови. Когда СО2 поступает в плазму крови из клеток, он диффундирует через мембрану эритроцита. Внутри эритроцита фермент угольная ангидраза ускоряет образование угольной кислоты из углекислого газа и воды. Угольная кислота быстро диссоциирует с образованием гидрокарбоната. Ионы гидрокарбоната выходят из эртроцита в плазму по градиенту концентрации (ведь в плазме их гораздо меньше!), а для того, чтобы распределение зарядов вокруг мембраны эритроцита не поменялось, внутрь заходят ионы хлора. Этот процесс называется хлоридным сдвигом.

Когда кровь течет по легким, концентрация углекислого газа окружающих тканях и плазме падает, и равновесие сдвигается в сторону образования углекислого газа из протонов и гидрокарбоната. Гидрокарбонат устремляется в эритроциты, а ионы хлора выходят наружу. Углекислый газ выходит из эритроцитов и диффундирует через альфеолярную стенку в воздух.

Как мы сказали, кровь поддерживает постоянство рН среды нашего организма. Буферные свойства крови обеспечиваются, прежде всего, гемоглобином.

KHb+H+=HHb+K+

Оксигемоглобин присутствует в эритроците в виде калиевой соли. При взаимодействии калиевой соли гемоглобина с ионами водорода образуется восстановленный гемоглобин и ион калия. Благодаря этому рН крови остается постоянной при поступлении в кровь кислых продуктов.

Карбонатная буферная система (H2CO3/NaHCO3) по своей мощности занимает второе место. Ее функции осуществляются следующим образом: NaHCO3 диссоциирует на ионы Na+ и НСОз-. Если в кровь поступает кислота более сильная, чем угольная, то происходит обмен иона натрия на ион водорода с образованием слабодиссоциированной и легко растворимой угольной кислоты, что предотвращает повышение концентрации ионов Н+ в крови. Увеличение же концентрации угольной кислоты приводит к ее распаду (это происходит под влиянием фермента карбоангидразы, находящегося в эритроцитах) на воду и углексилый газ, который поступает в легкие и выделяется в окружающую среду. Если в кровь поступает основание, то оно реагирует с угольной кислотой, образуя натрия гидрокарбонат (NaНСОз) и воду, что препятствует сдвигу рН в щелочную сторону.

Фосфатная буферная система образована натрия дигидрофосфатом (NaH2PO4) и натрия гидрофосфатом (Na2HPO4). Первое соединение ведет себя как слабая кислота, второе — как соль слабой кислоты. Если в кровь попадает более сильная кислота, то она реагирует с Na2HPO4, образуя нейтральную соль, и увеличивает количество слабодиссоциируемого

(H+)+NaHPO4-=Na+ + H2PO4-

Избыточное количество натрия дигидрофосфата при этом будет удаляться с мочой, благодаря чему соотношение NaH2PO4/Na2HPO4 не изменится.

Белки плазмы крови играют роль буфера, так как обладают амфотерными свойствами: в кислой среде ведут себя как основания, а в основной — как кислоты.

Теперь рассмотрим защитную функцию крови. В плазме крови имеется огромное количество антител — иммуноглобулинов (в первую очередь иммуноглобулины IgG и IgM). Иммуноглобулины синтезируются клетками иммунной системы — лимфоцитами, при встрече с чужеродными агентами — бактериями, вирусами, чужеродными белками и клетками. Иммуноглобулины свободно плавают в крови, и связываются с «мишенями» — белками и гликопротеидами, расположенными на поверхности вирусов, бактерий и чужеродных организму клеток (такие белки на поверхности чужеродных объектов называют антигенами). Представьте себе ключ и замок, к которому он подходит. Так вот, каждый тип антител реагирует только на определнный антиген, подходя к нему как ключ к замку.

Антигены есть не только у чужеродных организму клеток. Дело в том, что каждая клетка любого организма имеет множество антигенов. Чтобы лучше понять эту идею, вспомним, как устроена клеточная мембрана (Рис.3).

Рис.3 Схема мембраны клетки. Липидный бислой с встроенными в него белками.

Мембрана любой клетки нашего организма — это липидный бислой, в который погружены белки. Одни белки погружены только частично, другие пронизывают мембрану насквозь. Представьте себе плитку шоколада с цельными орехами. Одни орехи видны только с «лицевой стороны», другие же пронизывают всю толщу шоколадки. Точно также выглядит и мембрана клетки.

Как правило, белки, пронизывающие мембрану, выполняют функции насосов для транспорта ионов, или являются рецепторами.

Когда с наружной частью белка-рецептора связывается молекула, на которую он настроен, внутрення часть белка изменяет свою структуру, запуская каскад внутриклеточных реакций, например, синтез циклического АМФ (аденозинмонофосфата), что может приводить к открытию ионных каналов, секреции сигнальных веществ или экспрессии генов.

Так вот все белки, которые пронизывают мембрану и «торчат» снаружи клетки, являются антигенами. Благодаря антигенам клетки узнают друг друга точно также, как мы узнаем своих друзей по росту, цвету глаз, манере разговора. Набор антигенов для каждой клетки — это ее паспорт, который определяет ее принадлежность к тому или иному органу. У клеток печени есть свой набор антигенов, а у клеток сердечной мышцы — другой, характерный именно для нее. Антигенами могут быть также цепи полисахаридов, прикрепляющиеся к наружной части клеточной мембраны.

К антигенам могут вырабатываться антитела — иммуноглобулины (Рис.4). Антитело связывается с антигеном (это по сути два белка, подходящие друг другу так, что при встрече они прочно соединяются друг с другом) и блокирует его функцию. Тогда клетка погибает.

Может происходить и более элегантный процесс — антитело связывается с антигеном, и само становится антигеном для клеток иммунной системы, которые встречая такой антиген, буквально проглатывают клетку, которая его содержит. (К своим собственным антигенам здоровый организм, как правило, не вырабатывает антитела, а вот к чужим — обязательно. Правда, есть заболевания, при которых образуются антитела к собственным антигенам организма — например, системная красная волчанка, а при нарушении работы иммунной системы прекращается выработка антител к чужеродным антигенам в нужном количестве).

Рис.4 Иммуноглобулины IgGсвязываются с антигенами

Антигены есть и у клеток крови. Как мы уже сказали, как правило, здоровый организм не вырабатывает антител к собственным анигенам. Поэтому кровь здорового человека — жидкая, без сгустков клеток. Когда кровь жидкая, эритроциты спокойно доплывают до мельчайших сосудов, протискиваются по капиллярам (Рис.4), отдавая кислород клеткам тканей организма. Если же в крови имеются антитела, способные связывать эритроциты — образуются сгустки эритроцитов, к которым притягиваются другие клетки и белки сыворотки. В результате образуется комок из клеток и белков, закрывающий просвет сосуда. А закрытие просвета сосуда — катастрофа для тех органов, которые он снабжал кровью.

Карл Ландштайнер обнаружил, что в лабораторных условиях, invitro(лат. в пробирке), свертывание крови происходит только тогда, когда смешиваются эритроциты отдного человека и сыворотка другого (Рис.5). Это позволило исследователю сделать вывод о том, что в чужой сыворотке плавают иммуноглобулины, а на поверхности эритроцитов имеются антигены, с которыми могут связываться сывороточные антитела. Позднее выяснилось, что это особый тип иммуноглобулинов IgM.

Рис.5 Агглютинация IgMс эритроцитами

Ландштайнер увидел, что на эритроцитах может находиться один из двух типов антигенов — А и В, или может не иметься ни одного из антигенов. В сыворотке же имеется один из двух типов антител α (альфа) и β (бета), или же оба типа.

Обобщая полученные результаты, Ландштайнер назвал систему групп крови АВО (в русскоязычной традиции произносится «а-бэ-ноль»).

• Кровь первой группы крови (I, 0) содержит антитела α, β, а на эритроцитах нет антигенов.
• Кровь второй группы (II, A) содержит антитела β, а на эритроцитах имеются антигены А.
• Кровь третьей группы (III, B) содержит антитела α, а на эритроцитах имееются антигены В.
• В крови четвертой групы (IV, AB) нет антител, а на эритроцитах имеются антигены А и В.

Как видно, группы крови названы по тому антигену, который обнаруживается на эритроцитах.

Сформулировав эту классификацию, Ландштайнер практически открыл эру переливания крови в медицине. Теперь стало понятным, от чего зависит исход переливания крови, и как можно избежать возможных осложнений — определение группы крови стало рутинной процедурной в медицинских лабораториях.

Позднее была разработана схема допустимых переливаний крови, стало принято считать, что кровь первой группы можно переливать людям со всеми остальнымы группами, а людям с четвертой группой крови можно переливать кровь любой другой группы. Однако, современный взгляд на проблему переливания крови сложнее: врачи стараются переливать пациентам кровь только одноименной группы. Кроме того, перед переливанием всегда стараются убедиться в том, что переливаемая кровь не содержит и других антител, способных привести к агглютинации.

Интересным оказался механизм наследования группы крови. Оказалось, что ген, который отвечает за группу крови (за тот антиген, который будет в течение всей жизни человека присутсвовать на эритроцитах его крови), имеет три аллеля (подвида гена): J^A, J^B, J^O. При этом в организме могут одновременно быть только два аллеля этого гена. Первая группа крови определяется только генотипом J^OJ^O, вторая группа крови определяется как генотипом J^АJ^А, так и генотипом J^OJ^А. Похожая ситуация и с третьей группой крови: генотип J^OJ^В, так  же как и генотип  J^OJ^В определяют наличие на мембране эритроцита агглютиногена В. Что касается четвертой группы крови, то она определяется лишь генотипом J^АJ ^В. Как вы думаете, какие группы крови возможны у детей, если у родителей вторая и третья группа крови? (Помните, что возможны два варианта генотипов для каждой группы).

А теперь рассмотрим еще одну важную систему групп крови. Вторым по активности антигенов после группы АВО является резус-фактор. Резус-фактор — это обобщенное название для более чем 40 типов антигенов, встречающихся на поверхности эритроцитов. Резус-фактор впервые был обнаружен Карлом Ландштайнером у макак-резусов, и поэтому имеет такое название. Самыми частыми резус-антигенами являются D, C, E. Резус-фактор имеется примерно у 85% европейцев. Кровь таких людей называется резус-положительной. У остальных резус-антигенов нет, и их кровь называется резус-отрицательной. В норме антител к резус-фактору нет ни у резус-положительных людей, ни у резус-отрицательных. Однако, при переливании крови от резус-положительного человека к резус-отрицательному, в организме реципиента (принимающего кровь) вырабатываются антитела. Тот же процесс происходит, если резус-отрицательная мать вынашивает ребенка, унаследовавшего резус-положительную кровь. В организме матери начинают вырабатываться антитела к эритроцитам плода.

Конечно, это далеко не все антигены и антитела, имеющиеся в крови. После резус-фактора другими значимыми группами крови стали Келл, Кидд, Даффи, Льюис, MNS. В основу этих классификаций также положены наличие антигенов на эритроцитах и антител в плазме крови.

Обратим особое внимание на то, что группы крови − это классификация, разработанная исследователями на основе состава белков крови (антител в плазме и белков антигенов на мембране эритроцитов), и созданию ее послужили именно практические цели переливания крови от одного человека к другому. При разработке этой классификации ни Ландштайнер, ни его последователи не проводили каких либо параллелей с особенностями личности, характером или интеллектуальными способностями. Нет таких данных и у современных исследователей-гематологов. Поэтому давайте смотреть на группы крови как на инструмент, позволяющий правильно оценить, какая кровь (или плазма, или только эритроцитарная масса) нужна пациенту и подобрать ее максимально правильно с тем, чтобы переливание принесло только пользу.