Кроветворение – сложный процесс, включающий в себя много стадий клеточных дифференцировок, итогом которых является выход в кровеносное русло таких форменных элементов, как лейкоциты, эритроциты и тромбоциты. Основная функция эритроцитов заключается в транспорте кислорода, углекислого газа, белков, углеводов, аминокислот, гормонов, ферментов, микроэлементов в органы и ткани. Они принимают участие в процессе остановки кровотечения, в формировании иммунитета, тем самым осуществляя защитную функцию.

Лейкоциты вырабатывают антитела, которые разрушают вредные антигены, попавшие в организм человека, тем самым принимая участие в иммунных реакциях.

Наиболее значимой функцией тромбоцитов является обеспечение остановки кровотечения путем образования тромбоцитарной пробки.

Количество эритроцитов в крови взрослого человека составляет примерно 25 × 10¹²/л, количество лейкоцитов – 3 × 10⁹/л, тромбоцитов – 15 × 10⁹/л. Объем форменных элементов крови составляет около 40% от всего объема крови, а остальные 60% приходятся на плазму, т. е. на жидкую часть крови. При отсутствии патологии продолжительность жизни эритроцитов в системном кровотоке составляет около 100–120 дней. Длительность циркуляции нейтрофила в кровеносном русле выражается временем полувыведения радиоактивной метки и составляет в среднем от 4 до 10 ч. По прошествии указанного временного промежутка нейтрофил поступает в ткани организма, где продолжительность его жизни также исчисляется несколькими часами. Период полувыведения радиоактивной метки моноцита составляет примерно 72 ч. После этого данный форменный элемент крови переходит в ткани. Там моноцит имеет возможность превратиться в фиксированный либо в блуждающий макрофаг, сохраняющий способность к делению. Указанное свойство является отличительной особенностью моноцитов: зрелые гранулоциты не способны к делению. Продолжительность жизни тканевого макрофага остается невыясненной. Длительность пребывания эозинофилов в кровотоке составляет около 5 ч, после чего они, так же как и вышеуказанные форменные элементы крови, мигрируют в ткани. Продолжительность нахождения в кровеносном русле таких форменных элементов, как базофилы, не установлена. Лимфоциты являются неоднородной группой кровяных клеток: они подразделяются на Т-лимфоциты и В-лимфоциты. При этом продолжительность жизни различных лимфоцитов неодинакова: одни клетки живут часы, другие – несколько лет. Длительность циркуляции в крови тромбоцитов – 8–9 дней.

Различные форменные элементы крови могут различаться по степени своей зрелости. В различных условиях из органов, принимающих участие в процессе кроветворения, могут выходить как вполне зрелые, так и только еще созревающие, но уже осуществляющие свою первостепенную задачу клетки. Они могут фагоцитировать (поглощать и переваривать) чужеродные частицы, участвовать в переносе кислорода, формировать первичный тромб. Также в системном кровотоке возможно присутствие совсем незрелых клеточных элементов. Такими структурами могут являться предшественники эритропоэза, которые по своим морфологическим характеристикам ничем не отличаются от лимфоцитов. Необходимо помнить о том, что предшественники всех возможных ростков кроветворения обладают внешними признаками, полностью идентичными таковым у лимфоцита. В этой связи различать данные клетки по внешним морфологическим критериям не представляется возможным.

Созревание форменных элементов в каждом из ростков кроветворения повторяет филогенез кроветворения. В процессе эволюции ядросодержащие эритроциты птиц и рыб трансформировались в безъядерные эритроциты млекопитающих. При этом созревание клеток красного ряда у человека включает в себя стадии ядросодержащих эритрокариоцитов в костном мозге, что повторяет их строение у рыб и птиц, а в кровоток выходят зрелые безъядренные эритроциты. Из вышеуказанного следует, что эмбриогенез крови в отличие от остальных органов и систем происходит непрерывно в течение всей жизни человека.

Изучение процесса кроветворения проходило в направлении от уже дифференцированных зрелых форменных элементов крови к их предшественникам. Стадии, которые различные по своему строению кровяные клетки проходят в процессе своей дифференцировки, можно проследить на регенерирующем кроветворении. Такой процесс наблюдают после опустошения кроветворения посредством воздействия цитостатиков либо при иммунном агранулоцитозе (отсутствии в крови агранулоцитов). В конце дифференцировки (созревания) клетки-предшественницы трансформируются в зрелые элементы крови.

В 1961 г. иностранными учеными-гематологами был разработан метод селезеночных колоний. Он основывался на том, что после трансплантации смертельно облученным мышам донорского костного мозга отмечается появление в их селезенке очагов кроветворных клеток, видимых невооруженным глазом. Применив хромосомные маркеры, представляющие собой стабильно измененные после облучения хромосомы, установили, что всякая подобная колония представляет собой клон, т. е. потомство всего лишь одной клетки, являющейся колониеобразующей единицей селезенки – КОЕс. При этом образование колонии из такого типа клетки происходит путем продукции миллионов дифференцированных клеток-потомков.

Применяя методику селезеночных колоний, а также комбинируя ее с методом радиационных маркеров, установили, что на поверхности лимфоцитов располагаются те же маркеры, что на поверхности кроветворных клеток селезеночной колонии. Итогом данных исследований было доказано существование в костном мозге организма полипотентной клетки, являющейся общим предшественником всех возможных ростков кроветворения. Данная клетка получила название стволовой.

При трансплантации участка костного мозга от здоровой мыши к смертельно облученной стволовая клетка может стать предшественницей всех форменных элементов крови. Впоследствии от данной мыши-реципиента ткань костного мозга можно трансплантировать другим мышам, получившим смертельную дозу облучения. В результате таких экспериментов сформировалось ошибочное мнение о том, что КОЕс – родоначальная стволовая клетка, имеющая морфологическую структуру большого лимфоцита и, с одной стороны, обладает способностью к практически абсолютному самоподдержанию, а с другой – к дифференцировке во всех возможных направлениях гемопоэза.

Последующие эксперименты по трансплантации костного мозга от здоровой к облученной мыши установили, что КОЕс теряют имеющуюся у них первоначальную возможность повторений с каждой последующей трансплантацией. При этом было замечено, что через 2–3 пассажа у реципиента в составе колоний уже не возникают полипотентные стволовые клетки.

Биологический смысл существования класса стволовых клеток заключается в способности их при возникновении определенных условий практически мгновенно переключать кроветворение на какое-либо одно из необходимых в данный момент времени направление, в чем также играют немаловажную роль механизмы регуляции.

Помимо колониеобразующих клеток селезенки, в культуре костного мозга присутствуют также клетки, обладающие высокой пролиферативной активностью. Такие клетки имеют способность дифференцироваться в направлении миелопоэза и лимфопоэза. Имеются сведения о наличии в организме особого вида клеток, располагающихся в классе стволовых выше КОЕс. Применяя довольно активные факторы стимуляции кроветворения, у мышей выявили клетки, образующие колонии из не подвергающихся дифференцировке бластных элементов.

Данные полипотентные клетки, способные дифференцироваться по пяти различным направлениям, получили название колониеобразующей единицы гранулоцитарно-эритроцитарно-макрофагально-мегакариоцитарной (КОЕ-ГЭММ).