血液の組成と抗体産生

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血液(Blood)は、体中の血管の中を循環して酸素をはじめとして栄養分や代謝物などさまざまな物質を運搬したり、外敵から体を守る働きがあります。血液は成人男子で約5リットルあります。

血液

血液の遠心分離と組成

血液は赤く見えますが、単一の赤い液体ではなく、赤血球などの細胞のほかにイオンや蛋白質などが混合されたものです。血液に抗凝固剤を入れて遠心分離すると血球成分液体成分に分離します。そのうち約45%は血球成分でそのほとんどは赤血球が占め、残りは白血球血小板が占めます。残り55%は血漿と呼ばれる液体成分で水、蛋白質、イオンなどを含みます。

ヘマトクリット

血液の中で細胞成分の占める割合をヘマトクリットと呼びます。成人男子で約45%、女子で約40%です。

赤血球沈降速度 (ESR)

血液とクエン酸ナトリウムをまぜて、血沈棒と呼ばれるガラス管にいれ、1~2時間後に血球がどの程度沈降したかを測定します。

赤血球 (Erythrocyte)

赤血球は中心がへこんだ円板状をしている細胞で直径が7μm程度の細胞です。1立方ミリメートル(一辺が1mmの立方体)中に男性で500万個、女性で450万個含まれています。赤血球には核がないので分裂はしません。赤血球は骨髄で作られ、その寿命は120日ぐらいです。赤血球は変形して細い毛細血管を通過することができますが、古くなって変形能を失ったものは肝臓や脾臓で破壊されます。

赤血球

赤血球膜

赤血球は膜につつまれており、その膜はスペクトリンという構造蛋白質によって形態を維持しています。この膜の構造維持には赤血球内の酵素が関係しています。

血液型 (Blood type)

ヒトの血液型にはA、B、AB、O型などがありますが、この血液型を決定する物質(糖脂質)が赤血球膜上にあります。ひとはH鎖糖鎖という血液型(抗原)を決定するための共通の糖鎖を赤血球膜上に持ちますが、その先に別の糖鎖、すなわちA型抗原をつくるN-アセチルガラクトサミンB型抗原をつくるDガラクトースを結合する酵素(転移酵素)をそれぞれ持つひとと持たないひとがいます。前者の酵素を持つ人はA型、後者を持つ人はB型、両方持つ人はAB型、両方持たない人はO型です。これら血液型を決定する抗原は赤血球以外にも白血球、唾液、胃液、尿、汗等にも存在します。ABO式血液型以外にもRhや他の多くの血液型があり、輸血の際には重要になります。

赤血球内にはヘモグロビンや各種酵素、水分などがあります。

ヘモグロビン (Hemoglobin)

赤血球はヘモグロビンと呼ばれるを含む赤い色の蛋白質(血色素)を持っています。血液が赤く見えるのはヘモグロビンのためです。ヘモグロビンは4量体蛋白質で、周囲の酸素濃度によって構造を変えてその鉄イオンに酸素を結合したり離したりする性質をもっています。ヘモグロビンには身体中の約60%の鉄が含まれています。

酸素解離曲線

ヘモグロビンは周囲の酸素分圧が高い(酸素がたくさんある)状態、たとえば肺では、酸素を結合しようとします。逆に周囲の酸素分圧が低い(酸素が少ない)状態、たとえば末梢組織では、酸素を解離して周囲の組織に酸素を放出しようとします。これは肺で酸素を受け取り、末梢組織に供給するのに重要な性質です。この酸素分圧とヘモグロビンの酸素結合度(飽和度)の関係のグラフを酸素解離曲線といいます。

ヘモグロビンの酸素解離曲線

図のように酸素分圧が高い(ピンク点線)では、多くの酸素がヘモグロビンに結合していて、酸素分圧が低い(緑の点線)ではヘモグロビンが酸素を離していることがわかります。
ヘモグロビンは酸素を結合すると鮮紅色のオキシヘモグロビンとなり、酸素を解離すると暗赤色のデオキシヘモグロビンになります。

また、エリスロポエチンは腎臓で産生され、赤血球の成熟を促進します。

病態

貧血 (Anemia):何らかの原因で赤血球の数が減少すると貧血になります。貧血では末梢組織に酸素が十分に供給されないため低酸素状態になり、息切れ、疲労感等があらわれます。ヘモグロビンには鉄が必要なため、鉄が欠乏すると鉄欠乏性貧血になりますし、ビタミン欠乏による巨赤芽球性貧血、骨髄の障害による再生不良性貧血などがあります。

マラリア (Malaria)ハマダラカによってPlasmodiumという原虫が人に感染し、赤血球に進入、破壊します。高熱発作を繰り返し、貧血、腎、肝不全等を起こします。

白血球 (WBC)

血液中には1立方ミリメートルあたり6000~8000個の白血球が含まれています。白血球には顆粒球と単球、リンパ球があります。

白血球

顆粒球

名前のとおり細胞内に多数の顆粒を含みます。顆粒球はギムザ染色による細胞内顆粒の染色性の違いから、好中球、好酸球、好塩基球に分類されます。好中球食作用がさかんで、けがをするとその部分にあつまり、体内に侵入した細菌などを食べて分解します。好酸球アレルギーの際にヒスタミンを中和したり、寄生虫を破壊したりします。好塩基球は顆粒中にヘパリンやヒスタミンを含みます。

リンパ球 (Lymphocyte)

リンパ球は細菌や外来異物からの防御機構(免疫)に重要です。リンパ球には抗体を産生し液性免疫に関するB細胞(約30%)とサイトカインを分泌したり標的を直接攻撃するT細胞(約70%)による細胞免疫があります。T細胞はさらにヘルパーT細胞、サプレッサーT細胞、キラーT細胞等に分類されます。

抗体産生の仕組み

体内に侵入した細菌などの異物は免疫反応により破壊されなければなりません。抗体産生はその機構の1つです。異物が侵入するとマクロファージによって貪食、分解され、その小片(抗原)が細胞膜上に提示されます。提示された抗原に対してヘルパーT細胞B細胞が働き、この抗原に対して特異的な抗体を産生するB細胞(形質細胞)が増殖します。

ここでもし、1つのB細胞が最初から1つの抗体しか作れないとするとおびただしい数の抗原に対してあらかじめたくさんのB細胞が必要ですし、変異等によって新しく登場する抗原に対しては対処できないということになります。

抗体の構造と遺伝子再編成

抗体はイムノグロブリンという蛋白質でできています。イムノグロブリンはL鎖とH鎖という蛋白がL鎖のC末端付近で2つずつジスルフィド結合(S-S結合)したものであり、Y字型の構造をしています。

イムグロブリンの模式図

Y字の上端2箇所に相当する部分は抗原結合部位(Antigen binding site)と呼ばれ、文字通り抗原に結合します。結合する抗原が異なれば、この抗原結合部位のアミノ酸配列および構造は異なります。イムノグロブリンには IgA、IgD、IgE、IgG、IgM の5種類のクラスがありますが、いずれもこのY字型の基本単位が 1~5個集まって一つの分子を構成しています。

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