Μυελός των οστών

Ο μυελός των οστών είναι ρευστός ιστός που βρίσκεται στο εσωτερικό των οστών. Στον ενήλικα άνθρωπο, ο μυελός των οστών αποτελεί το κύριο αιμοποιητικό όργανο, καθώς εκεί παράγονται τα περισσότερα κύτταρα του αίματος του οργανισμού. Ο μυελός των οστών αποτελεί περίπου το 4% του βάρους ενός ανθρώπου (έτσι για παράδειγμα σε έναν ενήλικα βάρους 75kg, ο μυελός των οστών ζυγίζει 3kg). Ο μυελός των οστών παράγει περίπου 500 δισεκατομμύρια κύτταρα του αίματος την ημέρα, τα οποία μέσω της αγγείωσης του μυελού εισέρχονται στην κυκλοφορία. Ο μυελός των οστών αποτελεί επίσης τμήμα του λεμφικού συστήματος που με τη σειρά του αποτελεί τμήμα του ανοσοποιητικού συστήματος.

Οι μεταμοσχεύσεις μυελού των οστών πραγματοποιούνται για τη θεραπεία σοβαρών ασθενειών του μυελού των οστών και του αίματος όπως μορφές καρκίνου του αίματος και αναιμίες. Επιπρόσθετα, βλαστικά κύτταρα προερχόμενα από τον μυελό των οστών έχουν επιτυχώς διαφοροποιηθεί τεχνητά προς κύτταρα του νευρικού συστήματος, και θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία άλλων ασθενειών όπως ασθένειες φλεγμονώδους εντέρου (όπως η νόσος του Κρον και η ελκώδης κολίτιδα).

Ο μυελός των οστών (αιμοποιητικό όργανο) δεν θα πρέπει να συγχέεται με το νωτιαίο μυελό (δομή του νευρικού συστήματος).

Σχηματική απεικόνιση μυελού των οστών. Διακρίνονται ερυθροβλάστες (normoblasts) και μυελοκύτταρα (myelocyte), μερικά σε φάση διαίρεσης (dividing), μεγάλα πολυπύρηνα μυελοκύτταρα (myeloplaxe), ηωσινόφιλα κοκκιοκύτταρα (eosinophil cell), όλα σε περιβάλλον πλούσιο σε λίπος (fat).

Τύποι μυελού των οστών

Διατομή κεφαλής μηριαίου οστού όπου φαίνεται εξωτερικά ο φλοιός αποτελούμενος από φλοιώδες οστό, και εσωτερικά, όπου βρίσκεται ο μυελός των οστών, φαίνεται δομή από δοκιδωτό οστό (trabecular bone). Στην εικόνα είναι ορατός τόσο ο ερυθρός (red marrow) όσο και ο ωχρός μυελός (κέντρο, yellow marrow). Επίσης, είναι ορατή και η εξωτερική επιφάνεια του οστού (outer surface of bone).

Οι δύο τύποι μυελού των οστών είναι ο ερυθρός (medulla ossium rubra), που αποτελείται κυρίως από αιμοποιητικό ιστό, και ο ωχρός ή κίτρινος (medulla ossium flava), που αποτελείται κυρίως από λιποκύτταρα. Ερυθροκύτταρα, αιμοπετάλια, και τα περισσότερα λευκοκύτταρα παράγονται στον ερυθρό μυελό. Και οι δύο τύποι μυελού των οστών διαθέτουν πλούσια αιμάτωση μέσω μεγαλύτερων, αλλά και τριχοειδών, αγγείων. Κατά τη γέννηση, όλος ο μυελός των οστών βρίσκεται στη μορφή ερυθρού μυελού που με την πάροδο του χρόνου μετατρέπεται σε ωχρό. Στους ενήλικες περίπου ο μισός μυελός των οστών είναι ερυθρός. Ο ερυθρός μυελός των οστών εντοπίζεται κυρίως στις επιφύσεις των μακρών οστών όπως του μηριαίου οστού και του βραχιόνιου, καθώς και στα επίπεδα οστά όπως αυτά της λεκάνης, του στέρνου, του κρανίου, των πλευρών, των σπονδύλων και της ωμοπλάτης. Ο ωχρός μυελός εντοπίζεται κυρίως στη μυελική κοιλότητα των μακρών οστών (ανάμεσα στα δύο άκρα). Σε περιπτώσεις μεγάλης απώλειας αίματος ο οργανισμός διαθέτει τη δυνατότητα να μετατρέψει ωχρό μυελό σε ερυθρό προκειμένου να αυξήσει την αιμοποιητική του ικανότητα.

Στρώμα

Ως στρώμα του μυελού των οστών θεωρείται ο ιστός που δεν συμμετέχει άμεσα στην αιμοποίηση. Ο ωχρός μυελός των οστών αποτελεί το μεγαλύτερο τμήμα του στρώματος, ενώ υπάρχουν στρωματικά κύτταρα και εντός του ερυθρού. Το στρώμα συμμετέχει έμμεσα στην ερυθροποίηση μέσω της παραγωγής παραγόντων διέγερσης αποικιών (colony stimulating factors). Παρόλο που δεν είναι τόσο ενεργό όσο ο παρεγχυματικός ερυθρός μυελός, το στρώμα συμμετέχει στην αιμοποίηση, καθώς παρέχει στα παρεγχυματικά κύτταρα του ερυθρού μυελού το απαραίτητο αιμοποιητικό μικροπεριβάλλον.

Στους κυτταρικούς τύπους που αποτελούν το στρώμα του μυελού των οστών περιλαμβάνονται:

• ινοβλάστες
• λιποκύτταρα
• οστεοβλάστες
• οστεοκλάστες
• ενδοθηλιακά κύτταρα, τα οποία σχηματίζουν πολύ μκρά αγγεία (sinusoids). Προέρχονται από ενδοθηλιακά στελεχιαία κύτταρα που επίσης βρίσκονται εντός του μυελού των οστών.
• μακροφάγα, που συμβάλλουν στην ωρίμανση των ερυθροβλαστών προς ερυθροκύτταρα, καθώς συνδέονται με αυτά σε δομές γνωστές ως ερυθροβλαστικές νησίδες και τους παρέχουν σίδηρο προς παραγωγή αιμοσφαιρίνης.

Παρέγχυμα ερυθρού μυελού

Κυτταρικά συστατικά

Αιματοποιητικά κύτταρα προγεννήτορες (προμυελοκύτταρο στο κέντρο, και δύο μεταμυελοκύτταρα δίπλα του) σε δείγμα μυελού των οστών. Τέσσερα νεαρά ουδετερόφιλα (band cells) (με πυρήνα σε σχήμα ανοιχτού δαχτυλιδιού) διακρίνονται στο αριστερό τμήμα της εικόνας.

Κυτταρικές αναλογίες στο παρέγχυμα ερυθρού μυελού των οστών

Κατηγορία	Κυτταρικός τύπος	Μέσος όρος	Εύρος τιμών
Μυελοποιητικά κύτταρα	Μυελοβλάστες	0.9%	0.2-1.5
	Προμυελοκύτταρα	3.3%	2.1-4.1
	Ουδετερόφιλα μυελοκύτταρα	12.7%	8.2-15.7
	Ηωσινόφιλα μυελοκύτταρα	0.8%	0.2-1.3
	Ουδετερόφιλα μεταμυελοκύτταρα	15.9%	9.6-24.6
	Ηωσινόφιλα μεταμυελοκύτταρα	1.2%	0.4-2.2
	Νεαρά ουδετερόφιλα (band cells)	12.4%	9.5-15.3
	Νεαρά ηωσινόφιλα	0.9%	0.2-2.4
	Τετμημένα ουδετερόφιλα (segmented neutrophils)	7.4%	6.0-12.0
	Τετμημένα ηωσινόφιλα (segmented eosinophils)	0.5%	0.0-1.3
	Τετμημένα βασεόφιλα (segmented basophils) και σιτευτικά κύτταρα (mast cells)	0.1%	0.0-0.2
Ερυθροποιητικά κύτταρα	Προερυθροβλάστες	0.6%	0.2-1.3
	Βασεόφιλοι ερυθροβλάστες	1.4%	0.5-2.4
	Πολυχρωματόφιλοι ερυθροβλάστες	21.6%	17.9-29.2
	Ορθοχρωματικοί ερυθροβλάστες	2.0%	0.4-4.6
Άλλοι κυτταρικοί τύποι	Μεγακαρυοκύτταρα	< 0.1%	0.0-0.4
	Πλασματοκύτταρα	1.3%	0.4-3.9
	Δικτυοκύτταρα (Reticular cells)	0.3%	0.0-0.9
	Λεμφοκύτταρα	16.2%	11.1-23.2
	Μονοκύτταρα	0.3%	0.0-0.8

Επιπρόσθετα, ο μυελός των οστών περιέχει πολυδύναμα αιμοποιητικά στελεχιαία κύτταρα (βλαστοκύτταρα) που μπορούν να διαφοροποιηθούν προς έναν από τους τρεις τύπους κυττάρων που υπάρχουν στην κυκλοφορία: λευκοκύτταρα, ερυθροκύτταρα και αιμοπετάλια (θρομβοκύτταρα)

Λειτουργία

Μεσεγχυματικά στελεχιαία κύτταρα

Το στρώμα του μυελού των οστών περιέχει μεσεγχυματικά στελεχιαία κύτταρα τα οποία είναι πολυδύναμα και μπορούν κατά συνέπεια να διαφοροποιηθούν προς πλήθος κυτταρικών τύπων. Έχει δειχθεί τόσο in vitro όσο και in vivo ότι μπορούν να διαφοροποιηθούν προς οστεοβλάστες, χονδροκύτταρα, μυοκύτταρα, λιποκύτταρα και β-κύτταρα των νησίδων του παγκρέατος.

Φραγμός μυελού των οστών

Τα αγγεία του μυελού των οστών σχηματίζουν έναν φραγμό ο οποίος δεν επιτρέπει σε ανώριμα κύτταρα του αίματος να εξέλθουν στην κυκλοφορία. Μόνο ώριμα κύτταρα που φέρουν τις κατάλληλες μεμβρανικές πρωτεΐνες μέσω των οποίων συνδέονται, διαπερνούν το ενδοθήλιο και μπορούν να περάσουν. Παρόλα αυτά, αιμοποιητικά στελεχιαία κύτταρα (βλαστοκύτταρα) έχουν τη δυνατότητα να περάσουν το φραγμό και έτσι καθίσταται εφικτή η απομόνωσή τους από ολικό αίμα.

Λεμφικός ρόλος

Ο ερυθρός μυελός των οστών είναι βασικό στοιχείο του λεμφικού συστήματος, αποτελώντας ένα από τα πρωτεύοντα λεμφοΐδή όργανα που παράγουν λεμφοκύτταρα από ανώριμα αιμοποιητικά κύτταρα προγεννήτορες. Ο μυελός των οστών και ο θύμος αδένας αποτελούν τις κύριες περιοχές λεμφοποίησης. Επιπρόσθετα, ο μυελός των οστών εκτελεί και ρόλο βαλβίδας που αποτρεπεί την αντίστροφη ροή διαμέσου του λεμφικού συστήματος.

Διαμερισματοποίηση

Στο μυελό των οστών παρατηρείται κυτταρική διαμερισματοποίηση με ορισμένους τύπους κυττάρων να τείνουν να συγκεντρώνονται σε συγκεκριμένες περιοχές. Για παράδειγμα, τα ερυθροκύτταρα, τα μακροφάγα, και τα κύτταρα προγεννήτορές τους συγκεντρώνονται συνήθως γύρω από τα αγγεία, ενώ τα κοκκιοκύτταρα συνήθως βρίσκονται στα όρια του μυελού των οστών.

Κλινική σημασία

Ασθένειες του μυελού των οστών

Η φυσιολογική δομή του μυελού των οστών μπορεί να διαταραχθεί λόγω απλαστικής αναιμίας, καρκινικών παθήσεων όπως το πολλαπλό μυέλωμα και οι διάφορες μορφές λευχαιμίας, καθώς και λόγω μολύνσεων όπως συμβαίνει σε περιπτώσεις φυματίωσης. Επιπρόσθετα, έκθεση σε ιονίζουσα ακτινοβολία ή λήψη χημειοθεραπευτικής αγωγής θα μειώσει τον αριθμό των ταχέως διαιρούμενων κυττάρων του μυελού των οστών οδηγώντας σε αναιμίες και καταστολή του ανοσοποιητικού συστήματος. Πολλά από τα συμπτώματα που παρατηρούνται σε ασθενείς που έχουν εκτεθεί σε ραδιενέργεια οφείλονται στη σημαντική ζημιά που έχουν υποστεί τα κύτταρα του μυελού των οστών τους.

Για τη διάγνωση ασθενειών που σχετίζονται με δυσλειτουργία του μυελού των οστών, συχνά είναι απαραίτητη η αναρρόφησή του. Αυτή πραγματοποιείται υπό ολική ή τοπική αναισθησία με τη χρήση ειδικής βελόνας προκειμένου να ληφθεί δείγμα ερυθρού μυελού των οστών συνήθως από τη λαγόνια ακρολοφία της λεκάνης.

Εξέταση

Δείγμα μυελού των οστών από ασθενή με λευχαιμία βαμμένο με χρώση Wright.

Η εξέταση μυελού των οστών αφορά την ανάλυση δειγμάτων που ελήφθησαν μέσω αναρρόφησης μυελού των οστών, και στόχο έχει τη διάγνωση μιας ποικιλίας παθολογικών καταστάσεων όπως λευχαιμία, πολλαπλό μυέλωμα, αναιμία, και πανκυτταροπενία. Όπως προαναφέρθηκε, ο μυελός των οστών παράγει τα κυτταρικά συστατικά του αίματος όπως τα ερυθροκύτταρα, τα αιμοπετάλια και τα λευκοκύτταρα. Παρόλο που πολλές πληροφορίες μπορούν να παρθούν μέσω μιας εξέτασης περιφερικού αίματος (με λήψη από κάποια φλέβα), μερικές φορές είναι απαραίτητη η εξέταση της πηγής των κυττάρων του αίματος μέσω αναρρόφησης μυελού των οστών και βιοψίας προκειμένου να διαγνωστούν με μεγαλύτερη ακρίβεια διαταραχές της αιμοποίησης.

Η αναλογία μεταξύ μυελοειδών και ερυθροειδών κυττάρων έχει μεγάλη σημασία για την ομαλή λειτουργία του μυελού των οστών, καθώς και για τη διάγνωση ασθενειών τόσο του μυελού των οστών όσο και του αίματος όπως οι διάφορες μορφές λευχαιμίας και αναιμίας. Η κανονική αναλογία μυελοειδών-ερυθροειδών κυττάρων είναι περίπου 3:1 και μπορεί να αυξηθεί σε περιπτώση μυελογενούς λευχαιμίας, να μειωθεί σε περίπτωση πολυκυτταραιμίας και να αντιστραφεί σε 1:3 σε περιπτώσεις θαλασσαιμίας.

Δωρεά και μεταμόσχευση

Λήψη μυελού των οστών από δότη για μεταμόσχευση.

Κατά τη διάρκεια μεταμόσχευσης μυελού των οστών, αιματοποιητικά στελεχιαία κύτταρα αφαιρούνται από ένα άτομο και εγχέονται σε ένα άλλο (αλλογενής μεταμόσχευση) ή και στο ίδιο άτομο σε μελλοντικό χρόνο (αυτόλογη μεταμόσχευση). Εάν ο δότης και ο δέκτης είναι συμβατοί, τότε τα εγχεόμενα κύτταρα θα κατευθυνθούν στα οστά και θα ξεκινήσουν την αιμοποίηση. Η μεταμόσχευση από άτομο σε άτομο πραγματοποιείται για την αντιμετώπιση σοβαρών παθήσεων του μυελού των οστών όπως εκ γενετής ασθένειες, αυτοάνοσα νοσήματα, και αιματολογικούς καρκίνους. Πρώτα, καταστρέφεται με κατάλληλα φάρμακα ή /και ραδιοθεραπεία, ο μυελός των οστών του ασθενούς και κατόπιν εισάγονται τα στελεχιαία κύτταρα του δότη.

Στελεχιαία κύτταρα του μυελού των οστών μπορούν να υποστούν επαγωγή προς νευρικά κύτταρα για την αντιμετώπιση νευρολογικών ασθενειών, ενώ πιθανότατα μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την αντιμετώπιση άλλων ασθενειών όπως η νόσος του φλεγμονώδους εντέρου.

Λήψη μυελού των οστών για μεταμόσχευση

Τα στελεχιαία κύτταρα συνήθως λαμβάνονται απευθείας από τον ερυθρό μυελό της λαγόνιας ακρολοφίας της λεκάνης, συχνά υπό γενική αναισθησία. Η διαδικασία δεν θεωρείται ιδιαίτερα παρεμβατική προς τον δότη και δεν απαιτούνται ράμματα στο σημείο της λήψης. Ανάλογα με τη γενική κατάσταση της υγείας του δότη, η όλη διαδικασία δύναται να γίνει αυθημερόν σε εξωτερικά ιατρεία ή ενδέχεται να απαιτηθεί η παραμονή του δότη για 1-2 ημέρες σε νοσοκομείο προκειμένου να ανακτήσει τις δυνάμεις του. Στους ενήλικες μυελός των οστών μπορεί να ληφθεί και από το στέρνο, ενώ στα βρέφη (ηλικία 1 έως 12 μηνών) συχνά χρησιμοποιείται το οστό της κνήμης. Όσον αφορά τα νεογέννητα, στελεχιαία κύτταρα μπορούν να ληφθούν από τον ομφάλιο λώρο.

Μια άλλη επιλογή αφορά τη χορήγηση στο δότη συγκεκριμένων φαρμάκων τα οποία διεγείρουν την απελευθέρωση στελεχιαίων κυττάρων από το μυελό των οστών στην κυκλοφορία του αίματος. Το αίμα του δότη στη συνέχεια φιλτράρεται καθώς περνάει μέσα από ενδοφλέβια γραμμή που τοποθετείται στο χέρι του, και τα στελεχιαία κύτταρα κατακρατούνται, ενώ το υπόλοιπο αίμα επιστρέφει στην κυκλοφορία του δότη. Η διαδικασία αυτή είναι παρόμοια με αυτή που ακολουθείται κατά τη δωρεά αίματος ή αιμοπεταλίων.

Ως τροφή

Ο μυελός των οστών είναι το γνωστό μεδούλι που θεωρείται ιδιαίτερο έδεσμα και στην Ελλάδα. Χρησιμοποιείται ως τροφή σε πλήθος εθνικών κουζίνων.

Εξέλιξη

Ο μυελός των οστών μπορεί να πρωτοεξελίχθηκε στο Eusthenopteron, ένα είδος αρχαίου ψαριού που εικάζεται ότι σχετίζεται με την εμφάνιση των πρώτων τετραπόδων.

Οι παλαιότερες ενδείξεις ύπαρξης μυελού των οστών ανακαλύφθηκαν το 2014 στο Eusthenopteron, ένα ψάρι με λοβοειδή πτερύγια που έζησε κατά τη διάρκεια του Δεβόνιου πριν από περίπου 370 εκατομμύρια χρόνια. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα και το Ευρωπαϊκό ερευνητικό κέντρο European Synchrotron Radiation Facility χρησιμοποίησαν μικροτομογραφία ακτινών Χ προκειμένου να μελετήσουν το απολιθωμένο εσωτερικό του βραχιόνιου οστού του και εντόπισαν οργανωμένες σωληνοειδείς δομές παρόμοιες με αυτές που απαντώνται στο μυελό των οστών σύγχρονων σπονδυλωτών. Το Eusthenopteron θεωρείται συγγενικό των πρώιμων τετραπόδων, τα οποία στη συνέχεια εξελίχθηκαν σε όλες τις γνωστές μορφές αμφιβίων, ερπετών, πτηνών και θηλαστικών.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Nature Bone Marrow Transplantation (Nature Publishing Group) – specialist scientific journal with articles on bone marrow biology and clinical uses.
• Cooper, B (2011). «The origins of bone marrow as the seedbed of our blood: from antiquity to the time of Osler». Baylor University Medical Center Proceedings 24 (2): 115–8. PMID 21566758. PMC 3069519. http://baylorhealth.edu/proceedings/24_2/24_2_Cooper.pdf.