Сколько клеток в человеческом теле: актуальные данные

Раньше считалось, что количество клеток, составляющих ткани органов, и бактерий в организме человека составляет около 10¹⁵. В 2016 году учёные пересмотрели старые исследования и предоставили более современные и точные оценки в исследовании. Рассказываем подробнее, как производился расчёт и что новые данные значат для науки. 

О микробах и бактериях

В ранних исследованиях количество бактерий (в исследовании слова «микробы» и «бактерии» являются синонимами, следуя первоисточнику, мы также оставляем их взаимозаменяемыми) в желудочно-кишечном тракте человека оценивали примерно в 100 миллиардов на грамм содержимого кишечника. Умножив это число на объём кишечника (около 1 литра или 1 килограмма), получали общую оценку — около 100 триллионов бактерий. В качестве наиболее подходящей группы для изучения всегда выступали мужчины в возрасте от 20 до 30 лет, весом 70 кг и ростом 170 см. 

Авторы новой работы также взяли за основу исследования мужчин с подобными параметрами как пример «стандартного человека», однако оценивать количество бактерий решили другим способом. 

Оценить общее количество микробов в теле — сложная задача, так как они живут на всех тканях: на коже, во рту, в слюне, на слизистых оболочках, но в основном — в желудочно-кишечном тракте. Если учесть, что основная их масса сосредоточена в толстом кишечнике, расчёты становятся проще: в новом исследовании эксперты не принимали в расчёт остальные органы.

Содержимое толстой кишки весит примерно 0,4 кг, и около половины этого веса (то есть 0,2 кг) приходится на бактерии. Поскольку в других частях тела их гораздо меньше, общая масса бактерий в организме составляет примерно 0,2 кг.

Если учитывать только сухое вещество (без воды), то бактерии весят 50–100 грамм. Эти цифры подтверждаются и другим расчётом: если взять средний вес одной кишечной бактерии (~5 пикограмм) и умножить на их общее количество, получится примерно тот же результат.

Таким образом, отличие нового исследования состоит в том, что в нём в расчёт брали не весь объём ЖКТ, равный 1 л, а только объём толстой кишки. Благодаря этому учёные получили более точный результат.

О человеческих клетках

В организме человека бактерий примерно в 10 раз больше (38 триллионов), чем наших собственных клеток с ядрами (3 триллиона). Но это сравнение никогда прежде не учитывало эритроциты, безъядерные клетки крови, которых — по результатам нового исследования — в теле подавляющее большинство: 

• эритроциты — 70%; 
• глиальные клетки (вспомогательные клетки нервной системы) — 8%;
• эндотелиальные клетки — 7%;
• дермальные фибробласты — 5%;
• тромбоциты — 4%;
• клетки костного мозга — 2%. 

Эти шесть типов клеток составляют 97% от общего числа клеток, оставшиеся 3% не были приняты в расчёт. Эти уточнения стали возможными благодаря пересмотру количества некоторых типов клеток:

• Ранее считалось, что количество глиальных клеток составляет 3·10¹². Эта оценка основана на соотношении 10:1 между глиальными клетками и нейронами в мозге и считалась общепринятой. Однако недавний анализ показал, что в мозге, учитывая разные отделы, содержится 8,5·10¹⁰ глиальных клеток и аналогичное количество нейронов (в связи с этим соотношение изменилось и составило 1:1).
• Количество эндотелиальных клеток в организме ранее оценивалось как 2,5·10¹². При новых расчётах исследователи вывели общую длину каждого типа сосудов (артерии, вены, капилляры и т. д.), высчитали площадь поверхности и разделили на среднюю площадь поверхности одной эндотелиальной клетки. Общая оценка — 6·10¹¹ клеток.
• Ранее количество дермальных фибробластов оценивалось в 1,85·10¹² на основе умножения общей площади поверхности человеческого тела на поверхностную плотность дермальных фибробластов. Исследователи также включили толщину дермы в расчёт (сосочковый слой дермы (около 10% от общей толщины) и ретикулярного слоя дермы (остальные 90%). В сумме получилось 2,6·10¹⁰ клеток.

Как было установлено, большую долю в общем числе клеток человека составляют эритроциты. Расчёт их количества производился следующим образом: 

Средний объём крови (4,9 л) × среднее количество эритроцитов 5,0·10¹² клеток/л.

Нормальные значения эритроцитов находятся в диапазоне 4,6–6,1·10¹² клеток/л для мужчин и 4,2–5,4·10¹² клеток/л для женщин. Это проверяется с помощью общего анализа крови.

Таким образом, почти 90% всех клеток человеческого тела (примерно 26 триллионов) не имеют ядра. В основном это эритроциты (красные кровяные тельца) и тромбоциты. Лишь оставшиеся 10% (около 3 триллионов) — это обычные клетки с ядром, которые и учитывались в прошлых исследованиях.

Учёные пришли к следующим выводам:

• Эритроциты формально являются клетками, но по сути это просто «контейнеры» гемоглобина.
• Тромбоциты тоже можно учитывать, хотя их вклад невелик.
• Включение или исключение этих клеток меняет соотношение бактерий и человеческих клеток в теле.

Процентное соотношение клеток в организме человека. Источник. 

Другие возрастные категории

В следующей таблице представлено, как меняется количество клеток в зависимости от пола и возраста. Среди испытуемых — взрослая женщина (1,63 м, 60 кг), младенец (возраст 4 недели), младенец (возраст 1 год), пожилой человек (66 лет) и человек, страдающий ожирением (140 кг).

Ключевые параметры, влияющие на соотношение бактерий к клеткам человека:

1. Объём толстой кишки — основной «резервуар» бактерий (около 70% от общего количества);
2. Плотность бактерий в толстой кишке — в среднем 10 миллиардов бактерий на грамм содержимого.
3. Объём крови — определяет количество эритроцитов (безъядерных клеток);
4. Гематокрит (доля эритроцитов в крови) — влияет на общее число человеческих клеток.

Чтобы понять, как пол, возраст и состояние здоровья влияют на соотношение бактерий и клеток, исследователи проанализировали, как меняются эти показатели у разных групп людей. Так, например, по данным таблицы, у женщины, (63 кг) по сравнению с мужчиной (70 кг), объём крови и количество эритроцитов меньше, но масса бактерий в толстой кишке выше. 

Зависимость объёма клеток от пола и возраста. Источник. 

Результаты исследования

Согласно последним данным, исследователи пришли к следующим выводам:

• Количество человеческих клеток (с учётом безъядерных эритроцитов и тромбоцитов) составляет около 30 триллионов.
• Количество бактериальных клеток составляет около 38 триллионов.
• Соотношение бактерий к клеткам человека составляет около 1,3:1.
• Погрешность оценки — 25%, индивидуальные вариации в популяции — до 53%. Это соотношение значительно ниже прежних оценок (10:1 или 100:1). 

Таким образом, новые данные меняют понимание микробиома и подчёркивают более сбалансированное соотношение микроорганизмов и клеток тела.

Почему новые цифры важно знать? Количественный анализ клеточного состава тканей и органов имеет ключевое значение в понимании, насколько они уязвимы к онкологическим заболеваниям. Применяя точные методы подсчёта клеток и статистический анализ, можно выявлять закономерности деления клеток, и это открывает новые возможности для профилактики и ранней диагностики онкологических заболеваний.

Автор Анна Ширбанова