Лабораторная работа № 9: воздействие мощного лазерного излучения на биоткани

 

Цель работы: Изучение параметров, влияющих на биоткани при воздействии мощного лазерного облучения. Изучение реакции биоткани на воздействие мощного лазерного излучения.

Краткая теория

Процессы, характеризующие виды взаимодействий лазерного излучения с биообъектами, можно разделить на три группы. К первой относятся все, не возмущающие взаимодействия, ко второй – процессы, в которых проявляется фотохимическое действие, и к третьей – процессы, приводящие к фоторазрушению. В области небольшой длительности импульсов и высокой плотности мощности возникает новый класс процессов, которые явно отличаются от чисто термических или фотохимических воздействий лазерного излучения на материю, так называемые нелинейные процессы. Во-первых, это процесс фотоабляции (фотодекомпозиции) с помощью УФ лазерного излучения, который приобрел значение в связи с прецизионным снятием материала при совершенно незначительной термической нагрузке на окружающие ткани. Во-вторых, при более высокой интенсивности излучения (около 10⁹ Вт/см²) возможен еще один процесс – "оптический пробой". При этом из-за очень высокой электрической напряженности поля лазерного излучения материал ионизируется, что приводит к образованию плазмы и к механическим ударным волнам (фоторазрушение).

Под тепловым воздействием лазерного излучения в медицине понимают, в основном, испарение и коагуляцию биоткани. Это касается различных лазеров с интенсивностью излучения от 1 до 10⁷ Вт/см² и с продолжительностью облучения от миллисекунд до нескольких секунд.

Различные тепловые воздействия описываются на основе достигнутой путем лазерного облучения температуры и длительности этого температурного действия. В зависимости от оптических свойств биоткани при применяемой длине волны лазера эти температуры в ткани могут быть достигнуты с различными уровнями мощности и длительности облучения.

При достаточно больших потоках излучения нагрев ткани, вызванный поглощением излучения, приводит к термической денатурации и (или) деактивации протеина и фермента (термокоагуляция) или к испарению материала. Возникающие вследствие этого возможности коагулирования, резания и испарения в настоящее время образуют важнейшую область применения лазерной техники в медицине. Для описания еще малоисследованных тепловых эффектов при лазерном облучении оправдала себя модель на основе поглощения, рассеяния, переноса тепла (теплопроводность, конвекция), а также термохимических реакций ткани.

Воздействие лазерного излучения. Тепловое воздействие лазерного излучения в биоткани основывается на поглощении излучения и преобразовании его энергии в тепло. В зависимости от коэффициента поглощения в ткани поглощается определенная мощность на объем и в зависимости от длительности облучения – определенная энергия на объем. Коэффициент поглощения зависит от ткани и от длины волны лазерного излучения. В ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной области спектра лазерное излучение поглощается в основном, электронами атомов и затем преобразуется в тепло при безызлучательной релаксации. В ИК области спектра излучение поглощается из-за возбуждения вращательного и колебательного состояния молекул. Посредством атомарного и молекулярного поглощения и последующей релаксации возбужденных частиц оптическая энергия преобразуется в тепловую энергию. В зависимости от теплоемкости материала достигается та или иная температура.

Значительная часть энергии излучения лазеров, генерирующих в видимой и инфракрасной областях спектра, превращается в тепло. Если использовать такие лазеры для облучения тканей животного (например, кожи) при постоянном повышении плотности энергии (мощности) излучения, то в конце концов на поверхности кожи возникает очаг поражения, обычно в виде ожога; степень повреждения ткани в этом очаге уменьшается по мере удаления от центра облученного участка. Дальнейшее увеличение плотности энергии излучения приводит к увеличению выраженности повреждения ткани. Это линейное соответствие между энергией излучения и интенсивностью поражения сохраняется до того момента, когда ткань не может нагреваться далее без закипания жидкой фазы и ее испарения. Следовательно, с первого взгляда, процесс развивается так, как это мог бы предсказать физик на основании опыта работы с однородными неживыми объектами. Однако при глубоком изучении облученного очага обнаруживаются факты, необъяснимые в рамках этих простых представлений.

При гистологическом исследовании выявляют значительно более сильное повреждение участков ткани, прилегающих к волосяным фолликулам, где находятся скопления меланиновых гранул. Эти интенсивно пигментированные микроучастки поглощают больше энергии лазерного излучения, что обусловливает их более интенсивное повреждение по сравнению с окружающими областями облученной зоны. Кроме того, через определенный период времени с момента облучения четкая картина очага поражения с постепенным ослаблением его интенсивности к периферии оказывается смазанной за счет вторичной воспалительной реакции. Из этого следует, что анализ термического эффекта лазерного облучения не может быть чисто физическим и должен включать биологические исследования ответной реакции организма. Таким образом, проблема теплового воздействия лазерного излучения может быть представлена как состоящая из четырех последовательно решаемых задач:

v описание распределения энергии лазерного излучения;

v получение абсорбционных характеристик биологического материала;

v анализ распределения температур в облученной ткани;

v исследование биологических (биохимических, физиологических) изменений в тканях, развивающихся в результате повышения температур.

Количество поглощенного излучения уменьшается с глубиной, поэтому тепловая энергия и температура уменьшается с глубиной ткани. Если лазерное излучение с радиальным распределением интенсивности излучения I(r) проникает в биологический материал, то интенсивность уменьшается вследствие поглощения излучения с расстоянием z от поверхности по закону Бугера-Ламберта-Бера

                      .                                       (1)

Коэффициент поглощения a (или глубина проникновения z_Е = 1/a) зависит от длины волны лазерного излучения. Однако это уравнение, вообще говоря, не выполняется, поскольку параметр материала a из-за разнородности биологической ткани не является постоянным, а может изменяться в процессе обработки. Кроме того, влиянием упругого рассеяния на распределение интенсивности I (r, z) можно пренебречь только при сильном поглощении, а при больших глубинах проникновения оно становится решающим и должно учитываться. Поглощенная в объеме взаимодействия энергия излучения переходит, в конце концов, в тепловую. Выделяющуюся при этом в каждой точке пространства (r, z) (предполагается цилиндрическая симметрия) в единице объема и в единицу времени тепловую энергию можно описать с помощью тепловых источников q(r, z, t), где t – время воздействия. Распределение тепловых источников пропорционально интенсивности излучения, которая, в свою очередь, определяется поглощением и рассеянием в точке (r, z)

Путем решения уравнения теплопроводности при известных параметрах материала (коэффициент теплопроводности l, удельная теплоемкость с, и плотность r, типичные значения для слизистой оболочки: rс = 4,19 Дж/(К×см³), l/rс = 1,3×10^-3 см²/с) можно вычислить температуру ткани Т в зависимости от местоположения и времени t. Реакция ткани в точке (r, z) является функцией температуры – времени в этой точке. Вследствие многократного рассеяния значительная часть света поглощается в стороне от первоначального направления распространения пучка.

В ходе определения температурных изменений учитывают термические свойства биологического материала и вовлекаемые механизмы переноса тепла. При коротких лазерных импульсах основным из них является диффузия тепла или теплопроводность. Одновременно тепло отводится вследствие тока (циркуляции) крови и испарения. Таким образом, возникает температурный градиент, как по глубине, так и в перпендикулярном направлении.

Оптические и термические свойства той или иной ткани играют решающую роль для достижения определенной температуры ткани с помощью лазерного излучения.

Реакции биоткани, зависящие от температуры. Классификация теплового воздействия в зависимости от температуры показана в приведенной ниже таблице 1.

Таблица 1.

Температура, С	Эффект в биоткани
37	Не имеется необратимых процессов
40 – 45	Активация ферментов, образование отеков, изменение мембран в зависимости от времени, смерть клеток
60	Денатурация протеина, начало коагуляции и некрозы
80	Денатурация коллагена, дефекты мембран
100	Обезвоживание
свыше 150	Обугливание
300>	Выпаривание, газообразование

 

При температуре до 45⁰С не ожидается каких-либо необратимых повреждений ткани, при температуре около 60⁰С наступает коагуляция, а при температуре свыше 300⁰С ткань испаряется и может быть разрезана.

Последовательно могут возникать следующие эффекты:

v ускорение физиологических процессов;

v дегидрирование с обычно обратимым сморщиванием ткани;

v необратимая денатурация белка (коагуляция);

v взрывное испарение воды ткани вследствие термомеханического эффекта, причем разрушается структура ткани;

v термолиз (обугливание);

v испарение материала ткани.

Но при этом следует учитывать, что продолжительность температурного воздействия на ткань, т.е. в сущности время применения лазерного излучения, также обусловливает эффект на ткани, что показано на рисунке 1, на примере необратимого разрушения ткани. Так при кратковременном нагревании (t = 1с) до Т = 70⁰С биоткань разрушается, как и при нагревании в течение t = 10с до температуры T = 58⁰С.

Рис.1. Влияние температуры и времени на необратимое разрушение ткани

 

 

Далее следует учитывать, что оптические, механические и термические свойства тканей изменяются во время лазерного облучения и нагревания ткани. Так, например, обугливание имеет большое значение для параметра поглощения, так как при этом наступает повышенное поглощение лазерного излучения и в результате, быстро достигаются высокие температуры. То же самое достигается при обезвоживании ткани, поскольку сильно ослабляется теплопроводность и образуется накопление тепла. Правда, различные тепловые воздействия лазерного излучения на ткань никогда не наблюдаются по отдельности, а, как, например, при рассечении, все одновременно. Когда излучение попадает на гомогенную биоткань, оно проникает при ослаблении мощности в глубину ткани, где частично поглощается и рассеивается. В соответствии с этим образуется температурный градиент ткани. В области, в которой температура составляет более 300⁰С, ткань испаряется; к этой области примыкает зона, в которой температура достигает более 150⁰С и ткань обугливается, а в следующем слое ткань коагулирует. Во внешней зоне ткань только немного нагревается и не происходит необратимых повреждений.

Это показано в отношении различных термических эффектов на рисунке 2.

Рис. 2. Изменение оптических, термических и механических свойств тканей во время лазерного облучения

 

Как схематично показано на рисунке 3, все термические эффекты проявляются при снижающейся температуре в глубину и ширину ткани.

Рис.3. Различные зоны воздействия при разрезании ткани

Протяженность отдельных зон, ширина разреза, кромка обугливания, кромка коагуляции и зона обратимого изменения ткани зависят в значительной степени от глубины проникновения излучения применяемой длины волны и от многих других параметров. На рисунке 4 эти параметры указаны по отдельности.

 

Рис.4. Различные параметры, влияющие на воздействие на ткань при лазерном облучении

 

Продукты выгорания во многом определяют ширину кромки обугливания и зоны коагуляции. Если продукты выгорания выдуваются газовой струей из канала рассечения, то образования кромки обугливания не происходит, что обеспечивает очень узкую кромку коагуляции. Также проявление термических эффектов зависит от того, является ли поверхность биоткани сухой, влажной или покрытой кровью, от типа ткани и ее оптических и термических свойств.

Имеет значение в импульсном или в непрерывном режиме, и с какой мощностью в импульсе работает лазер. В отличие от других термических поражений, для ожога от воздействия импульсных лазеров характерна резкая граница между поврежденной областью и окружающей интактной тканью. Это обусловлено кратковременностью лазерного импульса: мгновенно выделяющееся тепло не успевает распространиться путем теплопроводности и конвекции за пределы облученного участка. Первоначально резкие очертания очага поражения в дальнейшем могут быть смазаны из-за развития вторичных процессов (воспалительная экссудация, возникновение геморрагий, регенерационная активность и др.), не имеющих строгой локализации. Особенностью является также расположение наиболее значительно поврежденных участков вокруг пигментированных структур, оказавшихся в зоне облучения, которые становятся центрами повышенного светопоглощения и, следовательно, выступают в роли своеобразных термогенераторов, т.е. нагрев тканей, являясь функцией поглощения энергии, зависит от их пигментации. По той же причине отчетливо проявляется зависимость интенсивности нагревания ткани от длины волны лазерного излучения.

Для эффективности лечения лазерным излучением решающим является размер необратимо поврежденной области ткани. При лазерном рассечении ткани зона коагуляции резаных краев должна быть такой ширины, чтобы был обеспечен бескровный разрез, а послеоперационное заживление раны не должно задерживаться. Для эффективного свертывания и загустения также желательно иметь более глубокий некроз ткани. Целесообразность применения лазера (резание или коагуляция) можно оценить на основе распределения тепловых источников, сильно зависящего от поглощения в ткани. На рисунке 5 схематически показаны такие распределения для двух случаев.

В случае сильного поглощения ткани (рис. 5а) лазерный луч действует как плоский источник (или точечный источник при сфокусированном пучке), который охватывает области, расположенные вблизи поверхности, а их боковая протяженность в значительной степени совпадает с диаметром пучка. Поскольку энергия лазерного излучения преобразуется только в весьма тонком поверхностном слое (z_Е), то уже при относительно низкой мощности лазерного излучения хорошо проявляется эффект удаления ткани (испарение, сублимация), т.е. режущее действие. Термическое повреждение близлежащих тканей происходит только за счет теплопроводности, которая в биологических тканях невелика. Поэтому омертвляется только тонкая краевая зона вне разреза. С помощью расфокусированного пучка можно коагулировать, правда, более значительные поверхностные области, однако достаточного по глубине действия можно достигнуть за счет более сильной тепловой нагрузки (термолиза) на приповерхностную область. При малых коэффициентах поглощения, напротив, действие лазерного облучения адекватно действию объемных тепловых источников (рис. 5,б). Заслуживающим внимания является то обстоятельство, что в результате обратного рассеяния тепловое воздействие испытывают также области вблизи поверхности, расположенные вне непосредственно облучаемых участков. Поскольку энергия излучения распределяется по большому объему взаимодействия, то в этом случае имеет место образование обширного некроза ткани. 

Напротив, эффект удаления ткани при относительно высокой мощности лазерного излучения незначителен. 

Грубо оценить глубину рассечения в результате испарения можно из следующих соображений. Если исходить из простого предположения, что энергия, необходимая для испарения единицы объема ткани, не зависит от параметров ткани, то глубина рассечения посредством термически воздействующего лазерного луча должна быть пропорциональна времени воздействия и излучаемой плотности мощности (интенсивности)

                                            .                                   (2)

Здесь Т(х, у) и I(x, y, t) – соответственно, глубина рассечения и плотность мощности в точке (х, у), t – время облучения (рис.6).

При сверлении (скорость рассечения υ=0) и при постоянной по времени плотности мощности выражение (2) преобразуется к виду

 

                                  .                                             (3)

 

В этом случае глубина отверстия пропорциональна плотности мощности в лазерном луче. Если изменяют диаметр фокального пятна сфокусированного через линзу с фокусным расстоянием f лазерного пучка, например, до двойного диаметра с помощью линзы с фокусным расстоянием 2f, то плотность мощности снижается на одну четверть.

Этим измененным лучом лазера можно выполнить отверстие на четверть глубины, но с двойным диаметром.

Обычно взаимосвязь между диаметром фокального пятна, плотностью мощности и глубиной отверстия d выражается таким образом

                                                        .                                 (4)

При рассечении (υ ¹ 0) плотность мощности I(x, y, t) в точке (х, у) ткани действительно является функцией времени, даже если плотность мощности в лазерном луче постоянна.

Если в выражение (2) подставить dt = dx/v, то получаем при v = const ¹ 0:

                                      / υ .                                   (5)

Если, как описано выше, величину фокусного расстояния лазерного луча изменяют линзами с различными фокусными расстояниями, то это можно представить как размывание интенсивности в направлениях х и у. Глубина рассечения зависит только от размывания в направлении у.

Из этого следует, что глубина рассечения

                                            .                                 (6)

В противоположность уравнению (3) глубина рассечения при резании обратно пропорциональна ширине рассечения и не пропорциональна плотности мощности или 1/ d².

При определении практически достижимой глубины рассечения ткани следует иметь в виду, что ткань является биологической субстанцией, структура которой варьируется и которая деформируется при лазерном воздействии. Именно при очень узком и глубоком разрезе не достигается теоретически ожидаемая глубина рассечения, поскольку из-за изменения формы ткани дополнительно снимается материал на стенках сечения. Этот эффект еще более усиливается при рассечении с использованием наконечника из-за дрожания руки. Для резания и испарения должен использоваться лазер, излучение которого сильно поглощается обрабатываемой тканью.

Для коагулирования и глубокого омертвления следует выбирать излучение с незначительным поглощением в ткани. Другими критериями, влияющими на выбор подходящего лазера, являются:

v максимально генерируемая мощность или энергия (скорость резания);

v возможность гибкой передачи излучения без значительных потерь;

v экономические факторы (эксплуатационные и инвестиционные расходы).

В настоящее время основными лазерами, действие которых основано на термических эффектах, являются:

v СО₂-лазер,                     (l: 10,6 мкм / 9,6 мкм);

v Nd: YAG-лазер,            (l: 1,06 мкм);

v аргоновый лазер,           (l: 488 нм / 514 нм);

v лазер на красителе,        (l: 490 - 790 нм).

Характер воздействия лазерного излучения во многом определяется коэффициентом поглощения на определенной длине волны или обратно пропорциональной ему глубиной проникновения.

Таблица 2

Параметр	СО2-лазер	Nd: YAG-лазер	Аргоновый лазер
Длина волны, мкм	10,6	1,06	0,5
Типичная выходная мощность, Вт	100	60 – 100	3 – 10
КПД,%	10	1	0,1
Коэффициент поглощения, см^-1 α печени, почки α желудка α воды	200   950	12 – 15 9 0,29	50 – 60 28 2,3ּ10^-4

 

 Контрольные вопросы

 

1. Какие эффекты воздействия мощного лазерного излучения являются наиболее значимыми?
2. Перечислите изменения оптических, термических и механических свойств тканей во время лазерного облучения.
3. Перечислите параметры, влияющие на воздействие мощного лазерного излучения на ткани.

4. Как можно оценить глубину рассечения с помощью испарения (сверление, резка)?

1. Перечислите возможные опасности, которые могут привести к поражениям организма человека, работающего с лазерным излучением.

библиографический список

 

4. Годжаев Н.М. Оптика. М., Высшая школа, 1977.

5. Ландсберг Г.С. Оптика. М., Наука, 1976.

6. Руководство для врачей. Лазеры в клинической медицине /Под ред. проф. С.Д. Плетнева, М., Медицина, 1996.

7. Учебное и справочное пособие. Прикладная лазерная медицина /Под ред. Х.-П. Берлиена, Г.Й. Мюллера, М., Интерэкперт, 1997.

8. Приезжев А.В. Лазерная диагностика в биологии и медицине /А.В.Приезжев, В.В.Тучин, Л.П.Шубочкин, М., Наука, 1989.

9. http://www.reik.ru

10. http://www.irtcem.ru

11. http://www.vitta-ag.ru

12. http://www.oftalm.ru

13. http://www.stormoff.ru

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Структура крови.

Кровь – жидкая ткань красного цвета, слабощелочной реакции, постоянно движущаяся по кровеносным сосудам живого организма. Кровь – осуществляет в организме транспорт химиче­ских веществ, в т.ч. кислорода и углекислого газа. Кроме того, кровь выпол­няет защитную, регуляторную, терморегуляторную и др. функции. Общее количество крови у человека в норме составляет 6–8% от массы тела т.е. около 4,5–6 литров.

Кровообращение – функция организма, направленная на поддержание гомеостаза, т.е. обеспечение тканей и органов кислородом и различными питательными веществами, удаление углекислоты и шлаков, поддержание метаболизма и оптимального температурного уровня.

Кровь сложная многокомпонентная дисперстная система. Она состоит из жидкой части – плазмы и взвешенных в ней клеточных элементов – форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов).

На долю форменных элементов приходится 40–45% крови, а на долю плазмы – 55–60% (рис. 3).

Основные константы крови человека представлены в таблице 1.

                                                                                                                   Таблица 1

Количество крови	Вода	Плотность	Вязкость	рН-	Общий белок (альбумины, глобулины, фибриноген)	Катионы
						Na^+	K^+	Ca^+
7 %	90–91 %	1,056 – 1,060 г/см^3	4–5 отн. ед. (по отношению к воде)	7,35 – 7, 45	65 – 85 г/л	1,8 – 2,2 г/л	1,5 – 2,2 г/л	0,04 – 0,08 г/л

 

Благодаря несколько большей плотности форменных элементов, чем плазмы после непродолжительного стояния в условиях обычной гравитации или после центрифугирования кровь разделяется на две основные фракции: плазму и более тяжелые, чем плазма, форменные элементы (клетки крови – эритроциты, лейкоциты и кровяные пластинки – тромбоциты).

 Гематокритное число или гематокрит – это отношение объема эритроцитов (иногда определяется как отношение всех форменных элементов (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты) к общему объему крови) к объему плазмы. Гематокрит — это основной признак недостатка или избытка эритроцитов в крови. Гематокрит (Ht или Н) выражается в литрах на литр (л/л), также гематокрит выражают в процентах.

 Гематокрит в норме у женщин составляет 0,36-0,42 л/л, у здоровых мужчин норма 0,40-0,52 л/л, у новорожденных гематокрит – 0,54-0,68 л/л. У маленьких детей гематокрит примерно на 10 % ниже, чем у взрослого. Повышенный гематокрит у новорождённых по отношению к взрослому примерно на 20 % – норма.

Среди форменных элементов суммарный объём эритроцитов примерно в 50 раз превышает объем лейкоцитов и тромбоцитов, в соответствии с чем, реологическое поведение крови определяют количество и механические свойства эритроцитов. Плазма крови содержит 90–92% воды и 8–10% сухого вещества, главным образом белки и соли. Любое вещество, содержащееся в плазме крови, имеет определенное и важное значение. Белки – строительный материал нашего организма, жиры и углеводы – источник энергии. Соли, щелочи и кислоты поддерживают постоянство внутренней среды, изменение которой опасно для жизни. Ферменты, витамины и гормоны обеспечивают правильный обмен веществ в организме, его рост, развитие и взаимное влияние органов и систем.

Схема созревания клеток крови (рис. 4.).

Плюрипотентные стволовые клетки – предшественники всех типов зрелых клеток – находятся в костном мозге. Плюрипотентность – возможность развития по разным сценариям, плюрипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток, кроме внешних эмбриональных тканей Первым этапом созревания является их разделения на два главных ряда: лимфоидный (включающий лимфоциты) и миелоидный (включающий остальные лейкоциты и эритроциты). Затем под влиянием сигналов, роль которых играют специальные белки, из каждой клетки предшественника, претерпевающей дифференцировку, развиваются зрелые клетки определенного типа.

Различные типы клеток крови имеют специфические функции (рис. 5).

Форменные элементы (клетки) крови

1. Эритроциты (красные клетки крови) представляют собой безъядерную клетку имеющую форму двояковогнутого диска ) с максимальным диаметром около 7 мкм и толщиной около 1 мкм в центре и 2 мкм на краях. Объем клетки – 90 ку­бических мкм., площадь – 142 квадратных мкм. Наибольшая толщина – 2,4 мкм, наименьшая – 1 мкм. Относительно крупные размеры эритроцитов обуславливают неравновесность системы, в которой компоненты дисперсной фазы имеют постоянную тенденцию к выделению и осаждению из суспензии в виде клеточных агрегатов.

Сухое вещество эритроцита содержит около 95% гемоглобина – сложного белка, осуществляющего перенос кислорода и углекислого газа, 5% приходится на долю других веществ. Эритроциты, благодаря присутствию в них гемоглобина, переносят кислород из легких в ткани организма и несут в легкие из тканей углекислый газ. В альвеолах легких эритроциты осуществляют газообмен – насыщаются кислородом и отдают углекислоту. Эритроциты – имеют внутреннюю вязкость, которая определяется вязкостью содержащегося в нем гемоглобина. Внутренняя вязкость эритроцита может меняться в больших пределах.

Особо важную роль с точки зрения реологии крови играет фибриноген. Он обладает свойством превращаться в нерастворимый фибрин, а также является нативным индуктором агрегации эритроцитов.

Зрелые эритроциты живут примерно 120 дней. Ежедневно в организме погибает около 200 млрд. эритроцитов. В норме эритроцитов у мужчин – (4–5) млн., у женщин – (3,9–4,7) млн. в 1 мкл. крови.

Форма и строение эретроцитов. Образование эритроцитов происходит в костном мозге путем эритропоэза. Образование идет непрерывно, потому что каждую секунду макрофаги селезенки уничтожают около двух миллионов отживших эритроцитов, которые нужно заменить.

 Кровь снабжается клетками в основном при помощи красного костного мозга (тельца миелоидного происхождения). Поэтому у детей практически весь костный мозг-красный, в то время как у взрослого человека его процент составляет только половину, и только в определенных костях производится кровь.

Популяция эритроцитов неоднородна по форме и размерам. В нормальной крови человека основную массу (80—90 %) состав­ляют эритроциты (нормоциты) двояковогнутой формы — дискоциты Кроме того, имеют­ся планоциты (с плоской поверхностью) и стареющие формы эритроци­тов — шиловидные эритроциты, или эхиноциты (- 6 %), куполообраз­ные, или стомотоциты (~ 1—3 %), и шаровидные, или сфероциты (~ 1 %) (рис.2). Процесс старения эритроцитов идет двумя путями — кренированием (образование зубцов на плазмолемме) или путем инвагинации участ­ков плазмолеммы (рис. 8).

При  кренировании образуются эхиноциты с различной степенью формирова­ния выростов плазмолеммы, впоследствии отпадающих, при этом формируется эритроцит в виде микросфероцита. При инвагинации плазмолеммы эритроцита об­разуются стоматоциты, конечной стадией которых также является   микросфероцит.

Одним из проявлений процессов старения эритроцитов является их ге­молиз, сопровождающийся выхождением гемоглобина; при этом в крови обнаруживаются «тени» (оболочки) эритроцитов.Обязательной составной частью популяции эритроцитов являются их молодые формы (1–5 %), называемые ретикулоцитами, или полихроматофильными эритроцита­ ми. В них сохраняются рибосомы и эндоплазматическая сеть, формирующие зернистые и сетчатые структуры.

При заболеваниях могут появляться аномальные формы эритроцитов, что чаще всего обусловлено изменением структуры гемоглобина (Нb). Заме­на даже одной аминокислоты в молекуле Нb может быть причиной измене­ния формы эритроцитов. В качестве примера можно привести появление эритроцитов серповидной формы при серповидно-клеточной анемии, ког­да у больного имеет место генетическое повреждение в β-цепи гемоглоби­на. Процесс нарушения формы эритроцитов при заболеваниях получил на­звание пойкилоцитоз.

Лейкоциты

Лейкоциты — это общее название гранулоцитов (нейтрофилы, эозинофилы и базофилы) и агранулоцитов (моноциты и лимфоциты). Гранулоциты получили свое название из-за наличия гранул в цитоплазме. Агранулоциты гранул не имеют (частица а означает отрицание).

Лейкоциты (белые клетки крови) – крупные клетки от 9 до 15 мкм. Они циркулируют в крови несколько часов, а затем перемещаются в ткани. Общим признаком лейкоцитов является специфическая зернистость, которая проявляется после специального окрашивания перед микроскопическим исследованием. Функции лейкоцитов – захват и поглощение чужеродных частиц или капель жидкости, переваривание их и обезвреживание. Лейкоциты образуются в разных органах тела: в костном мозге, селезенке, тимусе, подмышечных лимфатических узлах, миндалинах и пластинках Пэйе, в слизистой оболочке желудка.

Выде­ляют нейтрофильные, эозинофильные, базофильные лейкоциты. Эти виды лейкоцитов при микроскопических исследованиях крови красятся разными красителями и имеют некоторые отличия в своем строении.

Процесс образования лейкоцитов, известный как лейкопоэз, может быть различным. С одной стороны, происходит процесс, порождающий гранулоциты: унопотентная материнская клетка претерпевает первое преобразование и превращается в миелобласт, с почти круглым ядром, а затем делится на миелоциты, с собственными признаками, которые приведут соответственно к образованию базофилов, нейтрофилов и эозинофилов.

 Моноциты всегда сохраняют признаки первичной клетки, поэтому они могут образовываться как при последовательных преобразованиях унопотентной материнской клетки, так и непосредственно из полипотентной материнской клетки.

 Лейкоциты делятся на две большие группы: гранулоциты и агранулоциты в зависимости от того, наблюдается или нет зернистость в их цитоплазме.

У первых имеется ядро различных форм, они осуществляют фагоцитоз. Самые многочисленные и активные - это нейтрофилы (70% от общего числа); кроме них имеются базофилы (1%) и эозинофилы (4%).

 Незернистые лейкоциты - это моноциты, большего размера и с большой фагоцитарной активностью, и лимфоциты, подразделяющиеся на малые (90%) и большие (остальные 10%).

Лейкоцитов (белых кровяных телец) в норме содержится 4-9 тысяч в одном микролитре крови. Осуществление защитной функции различными видами лейкоцитов происходит по-разному

Нейтрофилы являются самой многочисленной группой. Основная их функция – фагоцитоз бактерий и продуктов распада тканей с последующим перевариванием их при помощи лизосомных ферментов (протеазы, пептидазы, оксидазы, дезоксирибонуклеазы). Нейтрофилы первыми приходят в очаг повреждения. Так как они являются сравнительно небольшими клетками, то их называют микрофагами. Нейтрофилы оказывают цитотоксическое действие, а также продуцируют интерферон, обладающий противовирусным действием. Активированные нейтрофилы выделяют арахидоновую кислоту, которая является предшественником лейкотриенов, тромбоксанов и простагландинов. Эти вещества играют важную роль в регуляции просвета и проницаемости кровеносных сосудов и в запуске таких процессов, как воспаление, боль и свертывание крови.

По нейтрофилам можно определить пол человека, так как у женского генотипа имеются круглые выросты – “барабанные палочки”.