Ο μυελός των οστών ( Εικ. 1 ) καταλαμβάνει τους χώρους μεταξύ των δοκίδων της σπογγώδους μοίρας των οστών. Μακροσκοπικά, ανάλογα με την εμφάνισή τους έχουν περιγραφεί δύο τύποι: ο ερυθρός ή ενεργός μυελός των οστών, που το χρώμα του οφείλεται στην παρουσία πολλών ερυθροκυττάρων και των πρόδρομων μορφών τους και ο κίτρινος μυελός των οστών , πλούσιος σε λιποκύτταρα, που δεν παράγει κύτταρα του αίματος (~50% του μυελού των οστών στους ενήλικες είναι κίτρινος). Ο κίτρινος μυελός των οστών διατηρεί το αιμοποιητικό του δυναμικό. Έτσι, σε παθολογικές καταστάσεις, όπως σε περιπτώσεις σοβαρής αιμορραγίας, υποξυγοναιμίας ή υπερβολικής καταστροφής ερυθροκυττάρων, ο κίτρινος μυελός των οστών μπορεί επαγωγικά να μετατραπεί σε ερυθρό μυελό των οστών. Στα νεογνά όλος ο μυελός των οστών είναι ερυθρός, αλλά από το 6ο έτος της ηλικίας σταδιακά αντικαθίσταται από κίτρινο μυελό των οστών. Έως το 10ο έτος της ηλικίας ο ερυθρός μυελός των οστών βρίσκεται στους σπονδύλους, στις πλευρές, στο κρανίο, στην πύελο και στα κεντρικά τμήματα του μηριαίου και του βραχιονίου οστού. Στους ενήλικες η παραγωγή των κυττάρων του αίματος από το μυελό των οστών επαρκεί για τις φυσιολογικές ανάγκες του οργανισμού.

Εξωμυελική αιμοποίηση σε ασθένειες: Στους ενήλικες η ερυθροποίηση, κοκκιοκυτταροποίης και θρομβοποίηση σε περιοχές εκτός του μυελού των οστών θεωρείται μη φυσιολογική. Όταν ο μυελός των οστών νοσεί και δεν μπορεί να ανταποκριθεί στις ανάγκες του οργανισμού για το σχηματισμό νέων κυττάρων του αίματος, το ήπαρ, ο σπλήνας ή οι λεμφαδένες πιθανόν να αναλάβουν εκ νέου την εμβρυϊκή αιμοποιητική τους δραστηριότητα.

Ερυθρός μυελός των οστών

Ο ερυθρός μυελός των οστών αποτελείται από διακλαδιζόμενα τριχοειδικά κολποειδή και δικτυωτό υπόστρωμα . Οι διάμεσοι χώροι ανάμεσα στα κολποειδή καταλαμβάνονται από τις αιμοποιητικές χορδές, που περιέχουν αρχέγονα και πρόδρομα κύτταρα του αίματος, τα οποία βρίσκονται σε διάφορα στάδια διαφοροποίησης και ωρίμανσης. Το δικτυωτό υπόστρωμα, που αποτελεί ένα πλέγμα στήριξης των αιμοποιητικών κυττάρων, αποτελείται από ένα τρισδιάστατο δίκτυο δικτυωτών κυττάρων με κυτταρολογικά χαρακτηριστικά παρόμοια των ινοβλαστών και από ένα λεπτό πλέγμα δικτυωτών ινών.

Επιπρόσθετα, ο μυελός των οστών εκτός από την αιμοποιητική λειτουργία διαθέτει, όπως ο σπλήνας και το ήπαρ, ακίνητα μακροφάγα που απομακρύνουν από την κυκλοφορία τα γηρασμένα ή ελαττωματικά ερυθρά αιμοσφαίρια. Στα μακροφάγα αποθηκεύεται επίσης ο σίδηρος που προέρχεται από την αποδόμηση της αιμοσφαιρίνης. Τέλος, ο μυελός των οστών συμμετέχει ενεργά στο ανοσοποιητικό σύστημα γιατί αποτελεί τη θέση ωρίμανσης των Β λεμφοκυττάρων.

Ο μυελός των οστών αιματώνεται από τους μυελικούς κλάδους της τροφοφόρου αρτηρίας του οστού, η οποία αφού διαπεράσει το φλοιό διαμέσου ενός «θρεπτικού καναλιού», διακλαδίζεται σε μια σειρά αγγείων που εφοδιάζουν με αίμα τόσο το φλοιακό, όσο και το μυελικό οστό. Η αγγείωση αυτή εμπλουτίζεται με μικρότερα αγγεία με προέλευση από το μυϊκό ιστό και το περιόστεο και τα οποία διαπερνούν με παρόμοιο τρόπο το φλοιό. Το τριχοειδικό δίκτυο αποτελείται από κολποειδή με λεπτά τοιχώματα, που καταλήγουν σ' ένα κεντρικό κόλπο, ο οποίος εκβάλλει στην εκφορητική φλέβα, που εξέρχεται από το ίδιο θρεπτικό κανάλι.

Τα κολποειδή του μυελού των οστών σχηματίζονται από μια στιβάδα θυριδωτών ενδοθηλιακών κυττάρων , τα οποία επικάθηνται σε μια ασυνεχή βασική μεμβράνη. Το κυτταρόπλασμα σε μερικά σημεία είναι τόσο λεπτό ώστε ο ενδοθηλιακός φραγμός είναι λίγο παχύτερος από το πάχος της κυτταρικής μεμβράνης του ενδοθηλίου. Τα ώριμα κύτταρα προσκολλώνται στο κολποειδικό ενδοθήλιο του μυελού πριν απελευθερωθούν στην κυκλοφορία . Η μετανάστευση των ώριμων κυττάρων από το μυελό των οστών στην κυκλοφορία ρυθμίζεται από απελευθερωτικούς παράγοντες, που παράγονται ανάλογα με τις ανάγκες του οργανισμού. Έχουν περιγραφεί αρκετές τέτοιες ουσίες, όπως ο παράγοντας C 3 του συμπληρώματος (μια σειρά ανοσολογικά ενεργών πρωτεϊνών του αίματος), διάφορες ορμόνες (γλυκοκορτικοειδή και ανδρογόνα) και μερικές βακτηριακές τοξίνες.

Στηρικτικά κύτταρα

Τα δικτυωτά (στηρικτικά) κύτταρα του μυελού των οστών παίζουν σημαντικούς ρόλους στην αιμοποίηση. Τα κύτταρα αυτά χορηγούν ένα εκτεταμένο δίκτυο κυτταροπλασματικών αποφυάδων, που καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος (πάνω από 50%) της εξωτερικής επιφανείας του τοιχώματος των κολποειδών. Οι αποφυάδες αυτές διακλαδίζονται επίσης δημιουργώντας με τον τρόπο αυτό ένα πλέγμα στήριξης των αιμοποιητικών κυττάρων. Επίσης, τα δικτυωτά κύτταρα συνθέτουν κολλαγόνες ίνες (κολλαγόνο τύπου Ι), δικτυωτές ίνες (κολλαγόνο τύπου ΙΙΙ), στοιχεία της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας, όπως ινονεκτίνη, λαμινίνη, πρωτεογλυκάνες (θειϊκή χονδροϊτίνη, υαλουρονικό οξύ και θεϊκή ηπαράνη) και μια ουσία που συνδέεται με τα κύτταρα και ονομάζεται αιμονεκτίνη. Η τελευταία αλληλεπιδρά με τους κυτταρικούς υποδοχείς και διευκολύνει την προσκόλληση των αναπτυσσόμενων αιμοποιητικών κυττάρων στη θεμέλια ουσία του μυελού των οστών, μια διεργασία σημαντική για την αιμοποίηση. Οι πρωτεογλυκάνες θεωρείται πιθανόν ότι συνδέονται με αυξητικούς παράγοντες που ελέγχουν την αιμοποίηση. Τέλος, τα δικτυωτά κύτταρα είναι αυτά που συσσωρεύουν λιπίδια και μετασχηματίζονται σε λιποκύτταρα του μυελού των οστών.

Μικροπεριβάλλον και αυξητικοί παράγοντες

Η αιμοποίηση εξαρτάται από τις κατάλληλες συνθήκες του μικροπεριβάλλοντος του μυελού των οστών και από την παρουσία των αυξητικών παραγόντων .

Οι κατάλληλες συνθήκες του μικροπεριβάλλοντος δημιουργούνται από τα κύτταρα του υποστρώματος των αιμοποιητικών οργάνων, τα οποία παράγουν επαρκή ποσότητα εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας. Τα κύτταρα του υποστρώματος είναι σημαντικά για τον έλεγχο της διαφοροποίησης και ωρίμανσης των αιμοποιητικών κυττάρων. Σημαντικό ρόλο στην αιμοποίηση παίζουν οι διακυτταρικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αναπτυσσόμενων κυττάρων του αίματος και του υποστρώματος των αιμοποιητικών οργάνων. Η διεργασία αυτή δεν είναι πλήρως κατανοητή και τα μηνύματα (σηματοδοτικά μόρια) που μεσολαβούν στις διακυτταρικές επαφές είναι άγνωστα προς το παρόν. Επίσης είναι πολύ σημαντικές για την αιμοποίηση. οι κυτταρικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πολυδύναμων προγονικών κυττάρων.

Ο καλύτερα κατανοητός μηχανισμός ελέγχου της αύξησης των διαφόρων τύπων αιμοποιητικών αρχέγονων κυττάρων περιλαμβάνει τη δράση των αυξητικών παραγόντων. Τα προγονικά και τα πρόδρομα κύτταρα δεν είναι ικανά να πολλαπλασιαστούν και να διαφοροποιηθούν χωρίς τη συνεχή διέγερσή τους. Η ενεργοποίησή τους εξαρτάται, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αφενός μεν από την επαφή τους με τα κύτταρα του υποστρώματος και από τα σηματοδοτικά μόρια που απελευθερώνονται από αυτά (τα στρωματικά κύτταρα) και αφετέρου από τους αιμοποιητικούς αυξητικούς παράγοντες, που είναι επίσης γνωστοί ως αιμοποιητικές κυτοκίνες Αυτές οι ουσίες είναι γλυκοπρωτεϊνες και παράγονται στο μυελό των οστών από τα δικτυωτά κύτταρα του στρώματος , τα μακροφάγα , τα ενδοθηλιακά κύτταρα και τα αναπτυσσόμενα λεμφοκύτταρα . Αιμοποιητικοί αυξητικοί παράγοντες σχηματίζονται επίσης και εκτός του μυελού τω οστών.

Υπάρχουν τρεις κύριες κατηγορίες αιμοποιητικών αυξητικών παραγόντων:

•  Διεγερτικοί παράγοντες αποικιών ( Colony - stimulating factors - CSF ).

(Ονομάζονται έτσι γιατί διεγείρουν τα προγονικά κύτταρα να σχηματίζουν in vitro αποικίες κυττάρων)

•  Ερυθροποιητίνη και θρομβοποιητίνη

•  Ιντερλευκίνες

Παράγονται από τα λευκοκύτταρα (κυρίως από τα λεμφοκύτταρα) και επηρεάζουν άλλα λευκοκύτταρα (παρακρινής μηχανισμός) ή τα ίδια τα κύτταρα από τα οποία προέρχονται (αυτοκρινής μηχανισμός)

Οι αυξητικοί αυτοί παράγοντες εκκρίνονται συστηματικά ή τοπικά και ελέγχουν τρεις πλευρές της κυτταρικής αύξησης:

•  Τον πολλαπλασιασμό

•  Τη διαφοροποίηση

•  Την ωρίμανση

Τα ονόματα και οι δράσεις των κυριότερων αυξητικών παραγόντων αναφέρονται στον Πίνακα 2. Είναι προφανές ότι κάθε παράγοντας έχει περισσότερο από μία δραστηριότητα, αφού μερικοί δρουν συνεργικά, για να προωθήσουν μια ειδική πλευρά της κυτταρικής ανάπτυξης. Πολλές από αυτές τις ουσίες τώρα μπορούν να παραχθούν συνθετικά και χρησιμοποιούνται στη θεραπεία νόσων του αίματος.

Αξιοσημείωτη είναι επίσης η δράση των CSFs σε επείγουσες περιπτώσεις- όπως π. χ. στις βακτηριακές μολύνσεις. Σε περιοχές που παρατηρείται κάποια μόλυνση από παθογόνο-εισβολέα, οι βακτηριακές τοξίνες άμεσα ενεργοποιούν τα γονίδια των μονοκυττάρων, των μακροφάγων και των Τ λεμφοκυττάρων συνδεδεμένων με αντιγόνο για τη σύνθεση των CSFs . Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των επιπέδων των CSFs με αποτέλεσμα να ενεργοποιείται η παραγωγή των κυτταρικών τύπων υπεύθυνων για την άμυνα του οργανισμού έναντι των βακτηρίων. Μερικοί CSFs (π. χ. GM - CSF ) δρουν ως χημειοτακτικές ουσίες και προσελκύουν ουδετερόφιλα , μονοκύτταρα, μακροφάγα και ηωσινόφιλα στη περιοχή της βακτηριακής μόλυνσης, αυξάνοντας έτσι τη λειτουργική δραστηριότητα των κυττάρων αυτών.