studenikina t m red gistologiya tsitologiya i embriologiya

ГИСТОЛОГИЯ, ЦИТОЛОГИЯ И ЭМБРИОЛОГИЯ Под редакцией Т.М. Студеникиной Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по медицинским специальностям Минск «Новое знание» Москва «ИНФРАМ» 2013 УДК [611.018+611.013](075.8) ББК 28.70я73 Г51 Авторы: Т.М. Студеникина, Т.А. Вылегжанина, Т.И. Островская, И.А. Стельмах Реценз е нты: кафедра цитологии, гистологии и эмбриологии Витебского государственного медицинского университета; зав. кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии Гродненского государственного медицинского университета, доктор медицинских наук, профессор С.М. Зиматкин Г51 Гистология, цитология и эмбриология : учеб. пособие / Т.М. Студеникина [и др.] ; под ред. Т.М. Студеникиной. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2013. — 574 с. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат). ISBN 978-985-475-563-2 (Новое знание) ISBN 978-5-16-006767-4 (ИНФРА-М) Пособие охватывает основные темы курса «Гистология, цитология и эмбриология». Учебный материал изложен таким образом, чтобы у студентов сложилась цельная картина строения тканей и органов. Особое внимание уделено раскрытию неразрывного единства структурных и функциональных характеристик клеток, тканей и органов. Терминология приведена в соответствие с Международной гистологической терминологией, рекомендованной к использованию в 2009 г. Для студентов, магистрантов, аспирантов и специалистов, изучающих морфологические дисциплины. УДК [611.018+611.013](075.8) ББК 28.70я73 ISBN 978-985-475-563-2 (Новое знание) ISBN 978-5-16-006767-4 (ИНФРА-М) © ООО «Новое знание», 2013 Оглавление От авторов........................................................................................................12 Список сокращений..........................................................................................14 Часть I. ГИСТОЛОГИЯ: ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ, СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ 1. Гистология как наука (Т.М. Студеникина).....................................18 2. Объекты и методы исследования в гистологии (Т.М. Студеникина).......................................................................................20 Объекты исследования в гистологии.......................................................20 Принципы методов исследования в гистологии........................20 Методы исследования в гистологии...............................................21 Количественные методы исследования.........................................29 Методы серийных срезов и трехмерной реконструкции микроскопических объектов..............................................................29 Метод генетического маркирования клеток................................30 Определение возраста эмбриона......................................................30 Часть II. ЦИТОЛОГИЯ 3. Клетка и неклеточные структуры (И.А. Стельмах)...................32 Основы клеточной теории............................................................................32 Система промежуточного обмена..............................................................35 4. Клеточная мембрана (И.А. Стельмах)............................................36 Строение мембран...........................................................................................36 Рецепторная функция мембран.................................................................39 Транспортная функция мембран...............................................................42 Межклеточные соединения.........................................................................44 5. Органеллы и включения цитоплазмы (И.А. Стельмах)...........47 Классификация органелл.............................................................................47 Система синтеза и внутриклеточного транспорта..............................48 Система внутриклеточного переваривания...........................................50 4 Оглавление Система энергообеспечения........................................................................52 Опорно-двигательная система....................................................................54 Клеточные включения...................................................................................59 6. Клеточное ядро. Жизненный цикл клетки (И.А. Стельмах)..............................................................................................60 Ядро клетки.......................................................................................................60 Жизненный цикл клетки..............................................................................62 Реактивные свойства клеток.......................................................................65 Старение и гибель клеток............................................................................66 Часть III. ЭМБРИОЛОГИЯ 7. Общая эмбриология (Т.М. Студеникина).......................................70 Общее понятие об эмбриологии................................................................70 Прогенез. Половые клетки...........................................................................70 Оплодотворение...............................................................................................72 Дробление...........................................................................................................72 Гаструляция.......................................................................................................75 Дифференцировка зародышевых листков ............................................76 Органогенез и гистогенез.............................................................................78 Внезародышевые органы..............................................................................78 Желточный мешок.................................................................................79 Амниотическая оболочка....................................................................79 Аллантоис..................................................................................................79 Серозная оболочка. Хорион. Плацента ........................................80 8. Ранний эмбриогенез человека (Т.М. Студеникина)...................82 Характеристика половых клеток...............................................................82 Этапы эмбриогенеза.......................................................................................84 Составные компоненты и механизмы регуляции эмбриогенеза....84 Оплодотворение...............................................................................................88 Дробление. Строение бластулы.................................................................91 Имплантация.....................................................................................................91 Гаструляция.......................................................................................................92 Дифференцировка зародышевых листков.............................................95 Гистогенез и органогенез..............................................................................99 Оглавление 5 Внезародышевые органы человека........................................................ 102 Желточный мешок.............................................................................. 102 Аллантоис............................................................................................... 104 Амниотическая оболочка. Пуповина........................................... 105 Хорион. Плацента............................................................................... 106 Критические периоды развития.............................................................. 112 Часть IV. ОБЩАЯ ГИСТОЛОГИЯ 9. Учение о тканях (И.А. Стельмах)................................................... 116 Классификация тканей............................................................................... 116 Ткань как система клеток и их производных.................................... 117 Стволовые клетки......................................................................................... 119 Гистогенез и регенерация.......................................................................... 122 10. Структурные основы гомеостаза (Т.А. Вылегжанина)........ 125 11. Эпителиальные ткани (И.А. Стельмах)...................................... 129 Общая характеристика и классификация........................................... 129 Покровные эпителии................................................................................... 132 Однослойные эпителии.................................................................... 133 Многослойные эпителии.................................................................. 136 Сосудистый эндотелий............................................................................... 139 Железистый эпителий................................................................................ 142 Экзокринные железы......................................................................... 144 Эндокринные железы........................................................................ 146 12. Соединительные ткани (Т.А. Вылегжанина)............................ 147 Общая морфофункциональная характеристика............................... 147 Гистогенез. Мезенхима............................................................................... 148 13. Кровь и лимфа (Т.М. Студеникина)............................................ 150 Общая характеристика крови.................................................................. 150 Эритроциты.................................................................................................... 153 Кровяные пластинки................................................................................... 155 Лейкоциты....................................................................................................... 157 Зернистые лейкоциты....................................................................... 159 Незернистые лейкоциты................................................................... 164 6 Оглавление Гемоцитопоэз.................................................................................................. 168 Эмбриональный гемоцитопоэз....................................................... 168 Постэмбриональный гемоцитопоэз.............................................. 170 14. Собственно соединительные ткани (Т.А. Вылегжанина)..... 178 Классификация собственно соединительных тканей..................... 178 Рыхлая волокнистая соединительная ткань...................................... 178 Клетки..................................................................................................... 179 Механоциты.......................................................................................... 180 Клетки — потомки стволовой кроветворной клетки............. 183 Межклеточное вещество................................................................... 186 Взаимодействие рыхлой соединительной ткани и клеток крови в воспалительных реакциях организма......................... 190 Плотная волокнистая соединительная ткань.................................... 192 Соединительные ткани со специальными свойствами.................. 194 Ретикулярная ткань........................................................................... 194 Пигментная ткань............................................................................... 195 Слизистая ткань.................................................................................. 195 Жировая ткань..................................................................................... 195 15. Скелетные ткани (Т.А. Вылегжанина)........................................ 198 Хрящевые ткани............................................................................................ 198 Клетки хрящевой ткани.................................................................... 198 Межклеточное вещество хрящевой ткани................................. 200 Виды хрящевой ткани....................................................................... 201 Хрящ как орган.................................................................................... 204 Гистогенез хрящевой ткани............................................................. 205 Суставной хрящ................................................................................... 206 Костные ткани............................................................................................... 208 Клетки костной ткани....................................................................... 209 Межклеточное вещество................................................................... 212 Виды костной ткани........................................................................... 213 Кость как орган.................................................................................... 214 Гистогенез костной ткани................................................................ 216 16. Мышечные ткани (Т.М. Студеникина)....................................... 223 Общая характеристика............................................................................... 223 Оглавление 7 Скелетная мышечная ткань...................................................................... 225 Симпласт................................................................................................ 225 Скелетная мышца как орган........................................................... 231 Сердечная мышечная ткань...................................................................... 232 Гладкая мышечная ткань мезенхимального происхождения....... 236 Гладкая мышечная ткань эктодермального происхождения..................................................................................... 239 Гладкая мышечная ткань нейрального происхождения....... 240 17. Нервная ткань (Т.И. Островская) . ............................................. 241 Общая характеристика и гистогенез..................................................... 241 Источники развития и гистогенез нервной ткани........................... 241 Нейрон.............................................................................................................. 244 Классификация нейронов................................................................ 246 Регенерация........................................................................................... 248 Нейроглия....................................................................................................... 249 Макроглия.............................................................................................. 249 Микроглия............................................................................................. 253 Нервные волокна.......................................................................................... 254 Безмиелиновые нервные волокна................................................. 254 Миелиновые нервные волокна...................................................... 255 Классификация нервных волокон................................................ 256 Регенерация нервных волокон....................................................... 257 Нервные окончания..................................................................................... 258 Рецепторные нервные окончания................................................. 258 Эффекторные нервные окончания............................................... 260 Межнейрональные синапсы............................................................ 263 Часть V. ЧАСТНАЯ ГИСТОЛОГИЯ 18. Введение в частную гистологию (Т.А. Вылегжанина)......... 268 19. Нервная система (Т.А. Вылегжанина)........................................ 271 Общая характеристика............................................................................... 271 Основные принципы организации нервной системы .......... 272 Развитие нервной системы.............................................................. 274 Центральная нервная система................................................................. 275 Спинной мозг........................................................................................ 275 8 Оглавление Головной мозг....................................................................................... 281 Ствол мозга. Общая характеристика........................................... 281 Кора полушарий большого мозга................................................. 288 Периферическая нервная система.......................................................... 294 Автономная (вегетативная) нервная система.................................... 296 Симпатическая нервная система................................................... 297 Парасимпатическая нервная система.......................................... 298 20. Органы чувств (Т.М. Студеникина)............................................. 302 Общая характеристика............................................................................... 302 Первично чувствующие органы.............................................................. 304 Орган обоняния................................................................................... 304 Орган зрения......................................................................................... 306 Вторично чувствующие органы.............................................................. 316 Орган вкуса........................................................................................... 316 Общая характеристика органа слуха и равновесия . ............ 317 Орган слуха........................................................................................... 318 Орган равновесия................................................................................ 322 21. Сердечно-сосудистая система (Т.И. Островская)................. 326 Общая характеристика............................................................................... 326 Кровеносные сосуды.................................................................................... 326 Артерии................................................................................................... 329 Сосуды микроциркуляторного русла.......................................... 333 Вены......................................................................................................... 340 Лимфатические сосуды.............................................................................. 342 Сердце............................................................................................................... 344 Эндокард................................................................................................. 345 Миокард.................................................................................................. 347 Эпикард................................................................................................... 352 Особенности кровоснабжения сердца......................................... 352 Иннервация сердца............................................................................. 353 22. Органы кроветворения и иммунопоэза (Т.М. Студеникина).................................................................................... 355 Принципы структурной организации органов кроветворения.... 355 Понятие об иммунитете и иммуноцитах............................................. 358 Взаимодействие клеток в иммунных реакциях................................ 361 Оглавление 9 Первичные (центральные) лимфоидные органы............................. 364 Красный костный мозг...................................................................... 364 Тимус........................................................................................................ 367 Вторичные (периферические) лимфоидные органы....................... 374 Лимфатические узлы......................................................................... 374 Селезенка................................................................................................ 377 Лимфоидные узелки слизистых оболочек................................ 381 Миндалины............................................................................................ 384 Червеобразный отросток.................................................................. 386 23. Эндокринная система (Т.А. Вылегжанина).............................. 387 Общая характеристика............................................................................... 387 Гормоны................................................................................................... 387 Эндокринные железы........................................................................ 389 Центральные органы эндокринной системы...................................... 391 Гипоталамус........................................................................................... 391 Гипофиз................................................................................................... 394 Гипоталамо-гипофизарная система.............................................. 399 Эпифиз.................................................................................................... 401 Периферические органы эндокринной системы............................... 403 Щитовидная железа........................................................................... 403 Околощитовидные железы.............................................................. 407 Надпочечники....................................................................................... 409 Дисперсная эндокринная система.......................................................... 412 24. Пищеварительная система (Т.И. Островская)........................ 415 Общая характеристика............................................................................... 415 Общий план строения пищеварительного канала........................... 417 Ротовая полость............................................................................................ 420 Губы.......................................................................................................... 422 Щеки........................................................................................................ 422 Десна........................................................................................................ 423 Твердое и мягкое нёбо....................................................................... 423 Язык......................................................................................................... 424 Зубы......................................................................................................... 427 Слюнные железы................................................................................. 435 Глотка................................................................................................................ 440 10 Оглавление Пищевод........................................................................................................... 442 Желудок........................................................................................................... 445 Тонкая кишка................................................................................................. 451 Гастроэнтеропанкреатическая система . .............................................. 461 Толстая кишка................................................................................................ 463 Червеобразный отросток.................................................................. 465 Прямая кишка...................................................................................... 466 Поджелудочная железа............................................................................... 467 Экзокринная часть.............................................................................. 469 Эндокринная часть............................................................................. 471 Печень............................................................................................................... 473 Желчный пузырь и желчевыводящие пути........................................ 480 25. Дыхательная система (Т.М. Студеникина)............................... 483 Общая характеристика............................................................................... 483 Развитие органов дыхания........................................................................ 486 Воздухопроводящие пути.......................................................................... 487 Носовая полость.................................................................................. 487 Гортань..................................................................................................... 488 Трахея...................................................................................................... 488 Бронхи, конечные бронхиолы........................................................ 492 Бронхиальный секрет и мукоцилиарный транспорт............. 494 Респираторный отдел.................................................................................. 495 Респираторные бронхиолы.............................................................. 495 Альвеолы................................................................................................ 496 Сурфактантная система легких..................................................... 499 26. Общий покров (Т.М. Студеникина)............................................. 502 Общая характеристика............................................................................... 502 Эпидермис....................................................................................................... 504 Дерма................................................................................................................. 507 Гиподерма........................................................................................................ 508 Структурнофункциональные особенности кожи............................ 509 Производные кожи....................................................................................... 510 Железы.................................................................................................... 510 Волосы..................................................................................................... 511 Ногти........................................................................................................ 513 Оглавление 11 27. Мочевыделительная система (Т.И. Островская)................... 514 Развитие органов мочевыделительной системы............................... 514 Почки................................................................................................................ 517 Кровоснабжение почки..................................................................... 518 Нефрон.................................................................................................... 520 Собирательные протоки................................................................... 528 Структурные основы эндокринной функции почек.............. 529 Мочевыводящие пути................................................................................. 532 Мочеточники, мочевой пузырь...................................................... 532 Мужская и женская уретра............................................................. 533 28. Половая система (И.А. Стельмах, Т.М. Студеникина)....... 535 Развитие органов половой системы...................................................... 535 Мужская половая система........................................................................ 541 Семенник................................................................................................ 541 Регуляция функций семенника..................................................... 548 Семявыносящие пути........................................................................ 549 Добавочные железы............................................................................ 551 Половой член........................................................................................ 554 Женская половая система......................................................................... 555 Яичник..................................................................................................... 555 Циклические изменения в яичнике, их регуляция................ 560 Маточные трубы (яйцеводы).......................................................... 563 Матка....................................................................................................... 564 Влагалище.............................................................................................. 567 Молочные железы............................................................................... 568 Литература.................................................................................................... 570 Памяти нашего учителя Анатолия Сергеевича ЛЕОНТЮКА посвящается От авторов Изучение гистологии — увлекательное занятие. Немногие из студентов ранее всерьез занимались микроскопией и изучением тонкого строения организма. Гистология открывает возможность увидеть новый мир — мир двухмерных плоскостных объектов, которые при внимательном изучении и осмыслении складываются в четкую и интересную картину, поражающую изумительным изяществом и глубоким внутренним смыслом. Изучая гистологию, не устаешь удивляться, насколько рационально, последовательно, согласованно работают все структуры, как четко налажена связь между регуляторными «центрами» и рабочей «периферией», когда любая команда целесообразна, а ответ адекватен. Только познавая микромир, студент сможет понять причины изменений на макроуровне, объяснить и удивительные возможности компенсации, и легкую уязвимость, и хрупкость организма. Надеемся, что наша увлеченность гистологией не оставит равнодушными читателей, и данное учебное пособие станет первой ступенькой в огромный мир неизвестного, подготовит и даст толчок к самостоятельной работе с дополнительной литературой. Объем материала, составляющего предмет изучения гистологии, огромен и продолжает увеличиваться, а время, которое отводится на его изучение, не изменяется. Поэтому ни на лекциях, ни на практических занятиях невозможно охватить все необходимое. И даже в пределах учебного пособия нельзя отразить все то, что нам хотелось бы. В настоящем учебном пособии мы не просто старались перечислить известные факты, а попытались изложить необходимый материал таким образом, чтобы студенты уяснили значение и место каждого факта и у них сложилась цельная картина строения тканей и органов. Мы создавали учебное пособие в расчете на то, что оно в последующем станет надежным другом, к помощи которого можно обращаться вновь и вновь при изучении смежных и клинических дисциплин. Пособие содержит 5 частей и 28 глав, в которых рассматриваются современные сведения о предмете гистологии и ее методах, От авторов 13 цитологии, эмбриологии, общей и частной гистологии. Над книгой работал коллектив авторов, и мы сохранили стиль и своеобразие изложения каждого из них. Терминология, по возможности, приведена в соответствие с Международной гистологической терминологией, рекомендованной к использованию в 2009 г. Вместе с тем в тексте оставлен ряд синонимов, которые помогут нашим читателям ориентироваться в литературе разных лет издания. В заключение мы выражаем глубокую признательность заведующему кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии Витебского государственного медицинского университета профессору Олегу Даниловичу Мядельцу и заведующему кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии Гродненского государственного медицинского университета профессору Сергею Михайловичу Зиматкину, которые взяли на себя огромный труд по рецензированию данного учебного пособия. Мы благодарим коллег за критические замечания, интересную дискуссию, доброжелательное отношение и желаем дальнейших творческих успехов. Мы выражаем благодарность за работу над рукописью, поддержку и помощь нашим внутренним рецензентам — заслуженному деятелю науки, лауреату Государственной премии Республики Беларусь, доктору медицинских наук, профессору кафедры нормальной анатомии Белорусского государственного медицинского университета Петру Иосифовичу Лобко и кандидату медицинских наук, доценту кафедры морфологии человека Белорусского государственного медицинского университета Евгении Ивановне Большовой. Авторы благодарят старшего преподавателя кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии Игоря Александровича Мельникова, принявшего участие в написании двух глав пособия, и лаборанта кафедры Любовь Григорьевну Хатковскую, оказавшую неоценимую помощь в работе с иллюстративным материалом. Авторы будут признательны за все критические замечания и предложения, касающиеся трудных для понимания мест пособия. Список сокращений АВА – АГБ – АДГ – АГ – АКТГ – АПК – АСБ – АТ – аЭПС, аЭПР – БАВ – ВЛО – ВИП – ГАГ – ГКГС, ГКГ – ГМК – ГСК – ГЭБ – ГЭП-система– гЭПС, гЭПР – артериоло-венулярные анастомозы аэрогематический барьер антидиуретический гормон антиген адренокортикотропный гормон антигенпрезентирующая клетка андрогенсвязывающий белок антитело агранулярная эндоплазматическая сеть (ретикулум) биологически активные вещества вторичные лимфоидные органы вазоактивный интестинальный полипептид гликозаминогликаны главный комплекс гистосовместимости гладкомышечная клетка гемопоэтическая стволовая клетка гематоэнцефалический барьер гастроэнтеропанкреатическая система гранулярная эндоплазматическая сеть (ретикулум) ДЭС – дисперсная (диффузная) эндокринная система ЖКТ – желудочно-кишечный тракт ИЛ – интерлейкин ИФР – инсулиноподобный фактор роста ККМ – красный костный мозг КМЦ – кардиомиоцит КСФ – колониестимулирующий фактор КФК – колониеформирующая клетка КФК-ГМ – колониеформирующая клетка гранулоцитов и макрофагов КФК-ГЭММ – колониеобразующая единица гранулоцитов, эритроцитов, мегакариоцитов, макрофагов КФК-МГЦ — колониеобразующая единица мегакариоцитов КФК-Л – колониеобразующая единица лимфоцитов КФК-Эр – колониеобразующая единица эритроцитов Список сокращений КФК ЛДГ ЛГ МАП МВТ МКА МСГ МЦР МЦТ НЭК НЭТ ОПТ ПЛО ПНС ПСК РВСТ СДГ СМЖ ССС СТБ СТГ СЭМ Тк ТкР ТТГ ТЭМ УПК ФНО ФР ФРН ФРФ ФСГ ХГТ ЦНС ЦТБ ЭПС (ЭПР) ЭФР ЯЦО – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – креатинфосфокиназа лактатдегидрогенеза лютеинизирующий гормон межальвеолярная перегородка мультивезикулярные тельца молекулы клеточной адгезии меланоцитстимулирующий гормон микроциркуляторное русло мукоцилиарный транспорт нейроэндокринная клетка нейроэндокринное тельце осмиофильные пластинчатые тельца первичные лимфоидные органы периферическая нервная система полустволовая клетка рыхлая волокнистая соединительная ткань сукцинатдегидрогеназа спинномозговая жидкость сердечно-сосудистая система симпластотрофобласт соматотропный гормон сканирующая электронная микроскопия Т-киллер Т-клеточный рецептор тиреотропный гормон трансмиссионная электронная микроскопия унипотентная клетка фактор некроза опухолей фактор роста фактор роста нервов фактор роста фибробластов фолликулостимулирующий гормон хорионический гонадотропин центральная нервная система цитотрофобласт эндоплазматическая сеть (ретикулум) эпидермальный фактор роста ядерно-цитоплазматическое отношение 15 16 Список сокращений APUD�� – �� amino� precursor� �� uptake� �� and� �� decarboxylation�� – система клеток, осуществляющих поглощение предшественников аминов и их декарбоксилирование CD – claster of differentiation – кластер дифференцировки Ig – иммуноглобулин MHC�� – �� major� �� histocompatibility� �� complex�� – главный комплекс гистосовместимости NK – натуральный (естественный) киллер Тс – цитотоксический Т-лимфоцит Th – Т-хелпер Тm – Т-клетка памяти Ts – Т-супрессор ZP-белки – белки прозрачной оболочки овоцита I часть Гистология: ее содержание, связь с другими науками 1. Гистология как наука 2. Объекты и методы исследования в гистологии 1. ГИСТОЛОГИЯ КАК НАУКА Гистология (от греч. histos — ткань, logos — наука) — фундаментальная медико-биологическая наука, изучающая закономерности развития, микроскопического строения, жизнедеятельности тканей и их взаимодействие в составе органов. Традиционно гистология относится к группе морфологических наук, изучающих структуру объекта. Как учебная дисциплина гистология представляет собой объединение нескольких наук. В нее входят: цитология — наука о строении и жизнедеятельности клеток; эмбриология — наука, рассматривающая биологию развития организма; общая гистология — наука о развитии, строении и жизнедеятельности тканей; частная гистология — наука о развитии, строении и гистофизиологии органов и систем организма. Все сложные многоклеточные организмы имеют несколько уровней организации: макромолекулы — органеллы — клетки — ткани — органы — системы органов — организм. Каждый из этих уровней обладает известной автономностью и включает в себя структурные единицы предыдущих уровней. Структурные компоненты разных уровней организации являются объектом изучения разных наук. Основным предметом гистологии являются ткани, закономерности их гистогенеза (развития), морфофункциональной организации, реактивности (способности адекватно реагировать на внешние воздействия) и регенерации (восстановления). Поскольку все уровни организации живого взаимосвязаны и взаимодействуют в составе сложной, иерархически соподчиненной системы, то гистология не может не использовать данные смежных наук. Так, цитология, генетика, биофизика, молекулярная биология, биохимия изучают субмикроскопический и макромолекулярный уровни организации живого. Гистология использует данные этих наук о структуре и функции клеток. Еще Рудольф Вирхов постулировал, что клетка — единица жизнедеятельности, единица функционирования, единица патологических изменений. В основе нормальной жизни и патологических состояний лежат жизнедеятельность и изменения клетки. Поэтому познание клеточного 1. Гистология как наука 19 уровня организации находится в поле зрения и биолога, и морфолога, и патолога. Гистология, будучи морфологической наукой, тесным образом связана с физиологией. Изучать структуру и функцию отдельно друг от друга бессмысленно. Гистология исследует структуру клетки или ткани для того, чтобы определить возможность выполнения ими определенных функций, т.е. изучает взаимосвязь структуры и функции. В свою очередь, физиология не может не затрагивать структурную основу функций. Гистология — наука динамичная, поэтому она рассматривает структуру тканей в процессе развития. Представление о гистоструктуре в процессе эмбриогенеза и постнатального развития дает ключ к пониманию не только особенностей детского и стареющего организма, но и многих патологических процессов. Восстановление тканей после повреждения сродни процессам гистогенеза — процесса развития тканей. Гистогенез накладывает отпечаток и на характер озлокачествления тканей, имеет значение в процессах опухолевого роста. Исследования в области эмбриологии показали поистине безграничные возможности эмбриональной стволовой клетки, открыли широкие горизонты для использования стволовых клеток в регенерационно-пластической медицине. Анатомия, патологическая анатомия, патологическая физиология, иммунология, нейробиология также взаимодействуют с гистологией в решении важных теоретических и прикладных проблем. В связи с этим можно утверждать, что гистология — интегральная наука, гармонично сочетающая данные смежных наук. Глубокие знания структуры организма на всех уровнях крайне важны для современного врача, поскольку только на основе фундаментальных знаний можно квалифицированно проанализировать течение заболевания, поставить диагноз, назначить обоснованную терапию. Морфологические дисциплины, взаимно дополняя друг друга, обеспечивают фундаментальную подготовку врача с глубокими теоретическими знаниями, способствуют выработке практических навыков в работе, поиску эффективных, зачастую нестандартных решений в практической деятельности. 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ГИСТОЛОГИИ Объекты исследования в гистологии Объектами исследования в гистологии служат живые и мертвые (фиксированные) клетки, ткани, фрагменты органов, а также их изображения, полученные с помощью микроскопа и средств регистрации микроскопического изображения, например фото- или телекамеры. Принципы методов исследования в гистологии Методы, применяемые для современных гистологических исследований, основаны на достижениях физики (микроскопия в диапазоне видимого света и других диапазонах электромагнитного излучения, ультразвуковая микроскопия, различные виды электронной микроскопии, атомная силовая микроскопия и др.), химии (цито- и гистохимия), иммунологии (иммуногистохимия), генетики (генетическое маркирование клеток) и других наук. Широкое распространение получила количественная морфология, включающая измерения органов, их структурно-функциональных зон, тканевых элементов, отдельных клеток и их компонентов, статистическую обработку и математическое моделирование. К последнему примыкает трехмерное компьютерное моделирование микроскопических объектов. Диапазон увеличений световых микроскопов — от нескольких десятков до 1000–2000 раз. Дальнейшее наращивание увеличения оптического прибора бесполезно, поскольку упирается в предел его разрешающей способности (1/2 длины волны синего света — 0,2 мкм). Ультрафиолетовая микроскопия позволяет уменьшить этот предел в несколько раз, а рентгеновская микроскопия — в 100 раз. Электронные микроскопы дают возможность различать детали строения клетки размером в 100–1000 раз меньше, чем световой микроскоп, т.е. им доступны увеличения в 105–106 раз. Атомный силовой микроскоп по разрешению близок к электронному. 2. Объекты и методы исследования в гистологии 21 Методы исследования в гистологии Световая микроскопия. Наиболее широко распространенным методом исследования в гистологии является световая микроскопия — совокупность методов изучения мелких объектов с помощью световых (оптических) микроскопов. Эти методы зависят от типа объектива микроскопа, вида микрообъекта, способа подготовки его для наблюдения, а также от характера его освещения при наблюдении. Исследование живых клеток и тканей. Группа методов прижизненного исследования: с помощью рутинной просвечивающей микроскопии (изучение капиллярной сети брыжейки, выведенной из брюшной полости); метод исследования образца ткани внутри стеклянной камеры, находящейся в организме, впоследствии названный микроскопией в камерах; метод микроскопии через прозрачные среды организма, например через роговицу для ткани, помещенной в переднюю камеру глаза; метод контактной микроскопии, при котором передняя линза объектива специальной конструкции соприкасается с живой тканью. Существуют и другие методы прижизненного исследования. Клеточная, тканевая и органная культуры. Методы культивирования применяют для исследования функции изолированных живых клеток и тканей вне влияния регуляторных механизмов целостного организма. Кусочки ткани измельчают, обрабатывают гидролитическими ферментами (трипсин, коллагеназа, гиалуронидаза и др.), после чего клетки могут быть разделены в зависимости от их размеров и массы путем центрифугирования. Их помещают в питательную среду, которая содержит аминокислоты, витамины, гормоны, факторы роста, углеводы, антибактериальные и антигрибковые препараты и другие добавки. Выделяют следующие типы культур: клеточная культура — содержит суспензию клеток или клетки, прикрепившиеся к субстрату. Культивирование проводят в стеклянной или пластиковой посуде, поверхность которой предварительно покрывают желатином, полилизином, коллагеном и другими компонентами внеклеточного матрикса. Культивируемые клет- 22 Часть I. Гистология: ее содержание, связь с другими науками ки формируют монослой или отдельные клеточные колонии — клоны; клеточная линия. Клетки, полученные для культивирования из ткани или органа, сначала составляют небольшую популяцию — п е р в и ч н у ю к у л ь т у р у. При длительном культивировании и многочисленных пересевах из нее может быть получена к л е т о ч н а я л и н и я — клетки, способные многократно размножаться. Линии трансформированных клеток неопределенно долго хранятся в жидком азоте, их в любое время можно использовать для получения клеточных культур и проведения различных исследований. Например, клетки линии HeLa широко применяют для исследования влияния на них фармакологических препаратов, токсических агентов, тератогенов, бактерий, вирусов и т.д.; клеточная линия Hep-2 необходима при определении аутоантител в диагностике системной красной волчанки; тканевая и органная культуры — культивируют фрагменты тканей или органов. Метод часто используют для исследования механизмов эмбриональной дифференцировки и морфогенеза. Исследование клеточной, тканевой или органной культур применяется для изучения функций клеток и их взаимодействий в условиях изоляции от влияния организма (особенности метода: питательная среда и оптимальная температура для клеток, стерильность, а для исследования — специальный инвертированный микроскоп). Витальное окрашивание — избирательное окрашивание клеток определенного типа, например макрофагов, красителем, введенным в организм. Суправитальное окрашивание — окрашивание клеток, только что выделенных из организма, например ретикулоцитов крови. Метод трансплантации, например, в смертельно облученный организм вводят клетки красного костного мозга для изучения колоний, которые образуют эти клетки в селезенке. Исследование мертвых (фиксированных) клеток и тканей. В исследовательской и учебной работе фиксированные клетки и ткани используются значительно чаще, чем живые. При этом объектами изучения являются постоянные препараты: тотальный препарат — мелкий организм, эмбрион, маленький орган или его часть, кусочек ткани, пленка эпителия и другие, 2. Объекты и методы исследования в гистологии 23 которые укладывают на предметное стекло целиком и заключают в среду под покровное стекло; тонкий срез органа толщиной 5–10 мкм или гистологический препарат (наиболее часто используется в гистологических исследованиях); мазок делается на стекле из биологического материала, имеющего жидкую или полужидкую консистенцию, например из образца крови, взвеси клеток в жидкой культуральной среде, капли красного костного мозга и т.п.; отпечаток — поверхность свежего среза органа, например печени, прижимают к предметному стеклу и затем анализируют морфологию клеток, прилипших к нему; пленочный препарат изготавливают из тонкослойных биологических объектов, например эпителиального пласта, прослойки соединительной ткани, мозговой оболочки и т.п. Техника приготовления гистологического препарата включает следующие основные операции. Взятие материала. Материал должен быть свежим, не подвергшимся аутолизу. Обычно рекомендуют брать кусочек материала размером 1×1×0,5 см и в любом случае объемом не более 1–2 см3. Его вырезают с учетом цели исследования и немедленно фиксируют. Фиксация необходима для максимального сохранения структуры клеток и тканей, инактивации ферментов лизосом, остановки обменных процессов, уничтожения микроорганизмов. Различают х и м и ч е с к и е (с помощью реактивов) и ф и з и ч е с к и е (замораживание, нагревание, высушивание, микроволновая обработка) способы фиксации. В гистологической практике чаще используются химические способы или замораживание. Примеры простых химических фиксаторов — 10 % формалин, 70–96 % спирт, сложных фиксаторов — смеси различных веществ (например, спирт, хлороформ, уксусная кислота). Продолжительность фиксации (от нескольких минут до нескольких недель) зависит от размеров объекта, используемого фиксатора и цели исследования. Для удаления фиксатора проводится промывка образца в проточной воде длительностью от нескольких часов до одних суток. 24 Часть I. Гистология: ее содержание, связь с другими науками Обезвоживанием подготавливают ткани к пропитыванию парафином. Для этого материал помещают в спирты восходящей крепости (50, 60, 70, 80, 90, 96, 100 %), выдерживая его в каждом растворе по 12–24 ч, а затем — в смесь спирта с хлороформом. Уплотнение придает исследуемому образцу достаточную плотность, чтобы обеспечить получение срезов толщиной до 5–10 мкм. Пропитывание проводят сначала в растворе парафина в хлороформе, затем в расплавленном парафине. Пропитанный кусочек органа быстро переносят в небольшую емкость и немедленно заливают расплавленным парафином Приготовление срезов. После охлаждения парафиновый блок режут с помощью микротома на срезы. Парафиновые срезы наклеивают на стекло и после депарафинирования окрашивают гистологическими красителями. Окрашивание позволяет выявить малоконтрастные структуры в клетках, тканях и органах. Для обзорной окраски общего назначения часто используют красители с различными химическими свойствами, например, сочетание слабой кислоты — эозина и слабого основания — гематоксилина. Эозин окрашивает цитоплазму в розовый цвет (оксифильно) ввиду амфотерности ее белков. Гематоксилин окрашивает ядро в сине-фиолетовый цвет (базофильно) из-за высокой концентрации нуклеиновых кислот. Гистологический срез, окрашенный этим методом, способен сохранять свой цвет и контраст несколько десятков лет. Заключение срезов в бальзам. После обезвоживания и просветления на срез наносят каплю бальзама и накрывают покровным стеклом. В бальзаме между стеклами срез остается прозрачным и пригодным для исследования многие годы. Для срочного исследования биопсийный материал, полученный во время операции, быстро замораживают и режут в криостате (замораживающем микротоме), окрашивают, заключают в желатин и просматривают под микроскопом, экономя время на фиксации, обезвоживании и уплотнении, но качество морфологической картины в этом случае уступает парафиновым срезам. Микроскопирование и анализ структуры гистологических препаратов. Микроскопирование гистологических препаратов требует определенной подготовки. Стандартный гистологический 2. Объекты и методы исследования в гистологии 25 препарат — это плоский срез объемного объекта. Переход от трехмерного к двухмерному образу ведет к необратимой потере информации о форме объекта. Восстановление потерянной информации является сложной задачей для неопытного исследователя или студента, особенно если изучается незнакомый объект. Для наглядности приведем несколько примеров. Человек, никогда не видевший куриного яйца, с трудом может представить его истинную трехмерную форму по предложенным продольным и поперечным срезам (рис. 2.1). а б в г Рис. 2.1. Яйцо на поперечных (a, б) и продольных (в, г) срезах разных уровней [52] В каждом органе находятся кровеносные сосуды. Срез через них может пройти в продольном, косом и поперечном направлениях (рис. 2.2), в каждом случае формируя разное изображение в плоскости среза. В организме эмбриона имеется множество трубчатых структур, например в составе пищеварительной системы. В зависимости от а в б г д Рис. 2.2. Прямая трубка [52]: а, б, в – продольные срезы на разных уровнях; г – поперечный срез; д – косой срез 26 Часть I. Гистология: ее содержание, связь с другими науками а б в Рис. 2.3. Изогнутая трубка [52]: а, б, в – поперечные срезы на разных уровнях Рис. 2.4. Объект, разделенный перегородками (апельсин) [52]: А – поперечный срез; Б – косой срез; В – продольный срез уровня среза петля тонкой кишки будет выглядеть на срезе поразному (рис. 2.3). Паренхиматозные органы часто имеют перегородки, разделяющие орган на дольки, сходные по размерам и форме. Моделью различий срезов долек в зависимости от положения плоскости сечения может послужить пример с рассеченным апельсином (рис. 2.4). В паренхиматозных органах встречаются полостные структуры шаровидной формы (фолликулы щитовидной железы, яичника). При касательном срезе через верхушку такого объекта мы увидим на препарате округлый объект, при срезе через полость — несколько окружностей разного диаметра. Если срез фолликула яичника не содержит сечения яйцеклетки, то это может привести к ошибочному выводу об отсутствии овоцита в фолликуле. Ошибка того же рода возможна при анализе пространственных отношений в парах клетка—ядро и ядро—ядрышко. Внешний вид сечений пучков продольно вытянутых структур, например нервов, сухожилий, также зависит от направления среза (рис. 2.5). Задача восстановления формы объекта на основании изучения его срезов решается несколькими путями. Во-первых, используется метод трехмерной реконструкции, т.е. прямая «сборка» модели отдельного трехмерного объекта из серии его последовательных срезов. Материалом для «сборки» могут служить парафиновые пластины, листы картона, фотографиче- 2. Объекты и методы исследования в гистологии 27 Рис. 2.5. Объект, состоящий из вытянутых изолированных структур (электрический провод) [52]: А – поперечный срез; Б – косой срез; В – почти продольный срез ской бумаги, обрезанные по контуру изображения объекта (ручные методы реконструкции), а также цифровые фотографии срезов объекта (компьютерный метод реконструкции). Во-вторых, на основе анализа множества разнообразных сечений объектов одного типа на случайных срезах можно сформировать мысленное представление о форме объекта данного типа (например, классической дольки печени). В-третьих, можно контрастировать (выделить каким-либо способом) исследуемый объект, обесцветить окружающие ткани и изучать форму объекта (например, ветвление сосудистого дерева или отростков нервной клетки) на толстых срезах. Таким образом, успешное микроскопирование и адекватный анализ гистологических препаратов обеспечиваются применением специальных методов исследования, знанием строения исследуемого объекта, развитым пространственным воображением и учетом законов стереометрии. Важную роль в понимании пространственной структуры гистологического препарата играет микроскопия препарата при малом увеличении, которая позволяет сформировать целостное представление об исследуемом объекте. Более того, прежде чем поместить препарат на предметный столик микроскопа, следует рассмотреть его невооруженным глазом. При этом можно получить первое представление об исследуемом объекте. Например, участок трубчатого органа представлен оболочками, состоящими из разных тканей, которые окрашены по-разному: эпителий и мышечные ткани — более интенсивно, соединительная ткань — бледнее. Участок паренхиматозного органа содержит ярко окрашенные дольки, разделенные слабо окрашенными прослойками соединительной ткани. Некоторые препараты имеют неповторимый и узнаваемый 28 Часть I. Гистология: ее содержание, связь с другими науками внешний вид: поперечный срез спинного мозга имеет форму бабочки, срез через кору мозжечка — веточки туи (arbor vitae). После того как препарат помещен на предметный столик, его следует как можно лучше изучить на малом увеличении. Одно из достоинств малого увеличения в том, что оно позволяет увидеть сразу большой участок препарата. Нередко самое главное указание, характерная черта препарата (при диагностике препарата на занятиях по гистологии) или патологически измененная структура (в патологической анатомии) содержатся лишь в одном маленьком участке среза и могут легко остаться незамеченным, если не начать с предварительного просмотра всего препарата на малом увеличении. Наряду с этим обзорное исследование дает возможность точно выбрать подходящий участок среза для углубленного изучения на большем увеличении, а также быстро распознать препарат, что бывает затруднительно при микроскопировании на большом увеличении. Электронная микроскопия. Просвечивающая (трансмиссивная) электронная микроскопия. Характерной особенностью этого метода является использование пучка электронов, получивших ускорение в вакууме за счет высокого напряжения, для просвечивания тонкого среза ткани. Фокусирующими линзами служат магнитные поля, экраном — слой вещества, чувствительного к воздействию электронов. Диапазон увеличения от 2–3 до 100–300 тысяч раз, что позволяет детально изучать структуру клеточного ядра, ядрышка, хромосом, органелл, а также наблюдать крупные полимерные молекулы, например ДНК. Сканирующая электронная микроскопия. От просвечивающей электронной микроскопии отличается тем, что на поверхность объекта исследования в вакууме напыляется тонкий слой металла, а затем производится облучение объекта пучком электронов. Изображение формируется электронами, отраженными от металлизированной поверхности и напоминает трехмерную картину реального макромира. Другие виды микроскопии. Помимо различных вариантов световой (поляризационная, интерференционная, фазоконтрастная, темнопольная, люминесцентная, конфокальная лазерная микроскопия) и электронной микроскопии для исследования гистологических объектов используются ультрафиолетовая, рентгеновская, ультразвуковая, атомная силовая и другие виды микро- 2. Объекты и методы исследования в гистологии 29 скопии. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки и применяется для решения узкоспециальных исследовательских задач. Цито- и гистохимия. Большая группа цитохимических и гистохимических методов основана на принципе проведения химической реакции непосредственно на гистологическом срезе и получения продуктов реакции в виде цветных осадков. Последующий анализ распределения и количества этих продуктов позволяет сделать вывод о физиологических и биохимических процессах, протекающих в клетках и тканях. Этими методами можно выявлять локализацию в тканях белков и отдельных аминокислот, гликогена, гликозаминогликанов, липидов, ДНК и РНК, разнообразных ферментов, витаминов, пигментов (гемоглобина, меланина, липофусцина, билирубина), неорганических элементов — Fe, Ca, K, Zn и др. Иммуноцито- и иммуногистохимия. Подобно предыдущей группе методов, применяется на гистологических срезах. Метод основан на специфическом взаимодействии активных центров меченых красителями иммуноглобулинов и антигенов белков, а также других веществ, воспринимаемых иммунной системой как антигены. Специфичность метода очень высока — он позволяет различить два белка, отличающиеся друг от друга на одну аминокислоту. Широко применяется для выявления и определения локализации разнообразных белков в клетках и тканях. Количественные методы исследования Измерения микроскопических объектов применялись еще в XIX в., однако только современный уровень развития компьютерной техники позволил резко уменьшить их трудоемкость. Целью количественных методов является построение математической модели, которая может иметь не только описательные, но и прогностические возможности (см. Определение возраста эмбриона на с. 30). Методы серийных срезов и трехмерной реконструкции микроскопических объектов Иногда целью эмбриологического, гистологического или цитологического исследования является анализ трехмерных взаимоотношений микроскопических и субмикроскопических объектов 30 Часть I. Гистология: ее содержание, связь с другими науками или определения их формы. Для этого необходимо получить изображения серии последовательных срезов объекта, затем, соблюдая масштаб увеличения, копировать их контуры на материальный носитель (лист картона, слой парафина) и собрать из них увеличенную модель микрообъекта. Такой метод, требующий больших затрат рабочего времени, называется пластической реконструкцией, современной модификацией которого является компьютерная трехмерная реконструкция. Она менее трудоемка и более практична. Данным методом удалось выявить, например, что митохондрии в клетках представлены не отдельными сферическими или овальными тельцами, а единой древовидной структурой — митохондриальным ретикулумом, пронизывающим всю цитоплазму. Метод генетического маркирования клеток Метод основан на использовании фрагментов нуклеиновых кислот, меченных, например, люминесцентным красителем, и комплементарных гену, экспрессированному в исследуемых клетках или тканях. При этом картина тканевого распределения клеток, в которых проявляется активность данного гена, наблюдается в люминесцентном микроскопе. Определение возраста эмбриона В судебно-медицинской практике, научных исследованиях иногда необходимо определить возраст эмбриона или плода. Это можно сделать на основании морфологического исследования степени развития его органов и систем. Однако на практике применяются приблизительные, но быстрые и менее трудоемкие методы, например измерение теменно-копчиковой (ТКД), теменно-пяточ ной (ТПД) длины, взвешивание и др. Вывод о возрасте делается на основании сравнения результатов измерений с нормативными данными, полученными предшествующими исследователями. II часть Цитология 3. Клетки и неклеточные структуры 4. Клеточная мембрана (плазмолемма) 5. Органеллы и включения цитоплазмы 6. Клеточное ядро. Жизненный цикл клетки 3. КЛЕТКА И НЕКЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ Основы клеточной теории Цитология — это учение о закономерностях развития, строения и жизнедеятельности клетки животных и растительных организмов. В качестве самостоятельного научного направления она выделилась из биологических наук благодаря достижениям в молекулярной биологии, генетике, биохимии, морфологии и биофизике. Впервые клетка была открыта Робертом Гуком в 1665 г. В организме человека содержится более 200 типов эукариотических клеток, которые характеризуются сходством строения, но отличаются друг от друга цитофизиологическими характеристиками. Различают соматические клетки, формирующие тело организма, и половые клетки, обеспечивающие воспроизведение орга низма. Клетка — это основная структурная, функциональная и генетическая единица живой материи, состоящая из трех основных компонентов (ядра, цитоплазмы и плазматической мембраны), которые регулируют ее непрерывный избирательный обмен с ок ружающей средой. Фундаментом современной цитологии, объединившей все знания о клетке, является клеточная теория (Т. Шванн и М. Шлейден, 1839 г.), которая развивалась длительно и постепенно в результате микроскопического изучения строения многих растений и животных организмов. Она слагается из следующих основных положений: 1) клетка является элементарной структурно-функциональной единицей живой материи. Жизнь существует только в форме клеток, ее проявления выражаются в трансформации энергии, метаболизме, саморегуляции, изменчивости и адаптации в клеточной популяции; 2) клетки разных организмов сходны (гомологичны) по основным морфологическим структурам и признакам в связи с выполнением главных цитологических функций: поддержание жизни и воспроизводство (рис. 3.1). Клеточная индивидуальность выра- 3. Клетка и неклеточные структуры 5 6 33 7 89 4 10 3 2 3 1 11 12 4 13 Рис. 3.1. Схема строения клетки [15]: 1 — ядро; 2 — гранулярная эндоплазматическая сеть; 3 — митохондрии; 4 — агранулярная эндоплазматическая сеть; 5 — плазмолемма; 6 — микроворсинки; 7 — аппарат Гольджи; 8 — экзоцитоз секрета; 9 — центриоль и микротрубочки; 10 — цитоплазматические пузырьки; 11 — лизосомы; 12 — микрофиламенты; 13 — рибосомы жается в разнообразии формы, размеров, наличии специальных клеточных структур (органелл), которые отражают функциональную специализацию клеток; 3) эукариотические клетки воспроизводятся путем деления исходной материнской клетки, в которой происходит удвоение генетического материала (репродукция ДНК), что отражает теорию о непрерывности жизни; 4) клетки как целостные живые организмы формируют многоклеточный организм, который объединяет их в системы тканей и органов. Эта интеграция является не простой совокупностью клеток, а характеризуется проявлением качественно новых свойств и признаков для выполнения специфических функций. В системах органов и тканей живого организма кроме клеток имеются другие морфологические элементы: симпласты — крупные структуры, состоящие из цитоплазмы и большого количества ядер, которые образовались в результате 34 Часть II. Цитология слияния клеток при ацитокинетическом митозе без цитотомии, например мышечные волокна; синцитии — структуры, в которых при митозе клеток временно сохраняются цитоплазматические контакты в форме каналов между соседними клетками, например в процессе сперматогенеза; межклеточное вещество — продукт жизнедеятельности клеток (волокна и основное вещество, например, в соединительной ткани); постклеточные сруктуры — элементы, имеющие в своем составе только клеточную мембрану и цитоплазму, потерявшие ядро в процессе дифференцировки, например эритроциты крови. Значение клеточной теории. Клеточная теория обосновала единство органического мира и выявила общие закономерности строения живого. Понимание цитофизиологических нарушений позволяет выяснить патогенез заболеваний, прогнозировать течение болезни и целенаправленно лечить целостный организм. На современном этапе клеточная теория объединяет представления о клетке как единственной структурной, генетической и функциональной единице животных и растительных организмов. Интеграция клеток в комплексы (ткани и органы) реализуется на каждом из уровней организации и ведет к возникновению новых, более высоких в качественном и количественном плане уровней функциональной активности. Клетка может являться одноклеточным организмом. Как обособленная единица живого, она обладает признаками индивидуального целого, самостоятельно осуществляющего все процессы жизнедеятельности. В многоклеточном организме человека существуют специализированные системы клеток (структуры) для обеспечения процессов пищеварения, дыхания, выделения, движения, размножения и регуляции. Клетка имеет свои внутриклеточные структуры, с помощью которых она обеспечивает все процессы жизнедеятельности. Такими структурами клетки являются плазмолемма, ядро и органеллы цитоплазмы, контактно или дистантно взаимосвязанные и образующие единую систему для обеспечения необходимых ей функций. В этом проявляется принцип системности в организации клетки, исходя из которого целесообразно рассматривать не отдельные внутриклеточные структуры, а их объединения в структурно-функциональные (структурно-метаболические) системы, среди которых принято выделять: 3. Клетка и неклеточные структуры 35 систему сохранения, воспроизведения и�� реализации генетической информации (ядро); рецепторно-барьерно-транспортную систему (плазмолемма); систему синтеза и�� внутриклеточного транспорта биополимеров (рибосомы, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи); систему внутриклеточного переваривания (эндосомы, лизосомы, пероксисомы); систему энергообеспечения (митохондрии); опорно-двигательную систему (цитоскелет); систему промежуточного обмена (гиалоплазма). Система промежуточного обмена (гиалоплазма) Гиалоплазма представляет собой внутреннюю среду клетки (матрикс цитоплазмы) и составляет до 55 % ее объема. Является прозрачной коллоидной сложной системой, в которой локализуются и перемещаются различные биополимеры: белки, ферменты, углеводы, нуклеиновые кислоты, ионы и др. В зависимости от функции клетки эта система может переходить из жидкого (золеобразного) состояния в гелеобразное, и наоборот. При этом отдельные зоны гиалоплазмы могут менять свое состояние и образовывать различные глобулярные и фибриллярные комплексы белковой природы. В ней выявляется сеть из тонких фибрилл, элементов цитоскелета, пересекающих гиалоплазму в различных направлениях. Совместно с мембранными органеллами эта сеть формирует отсеки (биокомпартменты) цитоплазмы, с которыми связаны внутриклеточные рецепторы. С участием рибосом и полирибосом в них протекает синтез белков для нужд самой клетки. В гиалоплазме происходит большая часть реакций промежуточного обмена с помощью ферментов метаболизма аминокислот, углеводов, липидов и др., при этом скорость этих реакций и перемещение продуктов метаболизма в цитоплазме постоянно изменяется. Продукты метаболизма могут временно накапливаться в гиалоплазме и формировать включения эндо- или экзогенного происхождения (см. гл. 5. Органеллы и включения цитоплазмы). 4. КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА (ПЛАЗМОЛЕММА) Строение мембран Биологические мембраны классифицируются: а) на ограничивающие клетку снаружи (плазмолемма); б) внутриклеточные, разделяющие гиалоплазму клетки на отсеки. В их состав входят 40 % липидов, 50 белков и 10 % углеводов. Основные функции мембран: барьерная; транспортная; взаимодействие с сигнальными молекулами. Мембраны имеют толщину 7—10 нм. Основу мембраны составляет липопротеиновый бислой, c которым связаны молекулы глобулярных белков (рис. 4.1). Липиды мембран образуют бимолекулярный слой полярных липидов (преимущественно фосфолипидов — лецитин, цефалин, Рис. 4.1. Компоненты плазматической мембраны [16]: A — холестерин; B — олигосахарид в составе гликопротеина на наружной поверхности; C — интегральный белок; D — полуинтегральный белок; E — молекулы фосфолипидов; F — хвосты жирных кислот в составе фосфолипидов; G — полярные головки фосфолипидов; H — периферический белок 4. Клеточная мембрана (плазмолемма) 37 а также молекулы холестерина), который формирует направленные внутрь гидрофобные «хвосты» (отделенные от водных сред гиалоплазмы и окружающей внешней среды) и гидрофильные «головки», расположенные в сторону содержащих воду фаз. В этих участках мембрана малоэластична и не участвует в процессах эндо- и экзоцитоза. Обращенные в межклеточную среду головки фосфолипидов связаны с молекулами полисахаридов, которые формируют элементы гликокаликса. Липидные молекулы обеспечивают текучесть мембраны и свободное перемещение ее составляющих молекул. Белки мембран составляют 50 % массы мембраны. По локализации в мембране различают: интегральные (трансмембранные) — насквозь пронизывают билипидный слой; полуинтегральные — частично погружены в билипидный слой; примембранные — не встроенные в билипидный слой, располагаются на внутренней или внешней поверхности мембраны. В липидном бислое белки расположены асимметрично (мозаично) и обладают способностью легко перемещаться в пределах мембраны. Белковые компоненты выполняют структурные, рецепторные, транспортные и ферментативные функции. Сближенные мембраны клеток и их фрагменты способны самозамыкаться, формируя везикулы. Рост мембран происходит путем расширения поверхности за счет включения в нее нового материала в виде готовых замкнутых везикул. Структура мембран зависит от функционального состояния клетки. Цитоплазматическая мембрана (плазмолемма) ограничивает клетку снаружи и формирует ее рецепторно-барьернотранспортную систему. Она образована клеточной мембраной, над- и субмембранными комплексами (см. рис. 4.1). Функции плазмолеммы: сохранение постоянства внутренней клеточной среды; поддержание обмена веществ с окружающей ее микросредой; восприятие, трансформация и передача информационных сигналов внутрь клетки с помощью рецепторного аппарата; 38 Часть II. Цитология создание гидрофобного окружения для проявления специфической активности мембраносвязанных ферментов; поддержание трансмембранной разности электрических потенциалов; перенос веществ в клетку и из клетки в окружающую среду на основе избирательной проницаемости; обеспечение движения клетки за счет образования псевдои филоподий, которые формируются при связывании плазмолеммы с сократимыми белками цитоскелета клетки. Надмембранный комплекс, или гликокаликс, содержится у всех клеток, образован углеводными участками гликолипидов и гликопротеинов плазмолеммы толщиной 3—4 нм. Выполняет рецепторную функцию (в нем находится внемембранная часть клеточных рецепторов), обеспечивает пристеночное пищеварение за счет белков-ферментов, распознавание других клеток или компонентов межклеточного вещества, адгезионные свойства клетки, транспорт веществ в цитоплазму и из нее, движение клетки за счет образования псевдо- и филоподий. Субмембранный комплекс располагается во внутреннем кортикальном периферическом слое цитоплазмы, в котором локализуются ферменты и элементы цитоскелета (микрофиламенты и микротрубочки), сократительные элементы, связанные с плазмолеммой и обеспечивающие процессы эндо- и экзоцитоза. Внутриклеточные мембраны формируют органеллы, разделяющие ее на специальные изолированные зоны цитоплазмы клетки — отсеки (компартменты). Каждый отсек — высокоактивная зона, способная выполнять специализированные функции за счет содержащихся в ней уникальных наборов ферментов, катализирующих жизненно важные процессы клетки. Отсеки обеспечивают упорядоченное распределение ферментов и других веществ, препятствуют их смешиванию, что позволяет клетке одновременно осуществлять много несовместимых друг с другом биохимических реакций. В клетке формируется семь основных отсеков: ядро, гранулярная и агранулярная эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы и пероксисомы. 4. Клеточная мембрана (плазмолемма) 39 Рецепторная функция мембран Клетки постоянно обмениваются информацией и взаимодействуют разными способами: путем синтеза и�� выделения химических веществ, улавливаемых другими клетками; с помощью специальных сигнальных молекул, связанных с плазматической мембраной и влияющих на другие клетки при их непосредственном контакте; путем формирования контактов, которые соединяют цитолеммы взаимодействующих клеток. Рецепторная функция клетки сформировалась в процессе эволюции для реагирования на сигналы внешней и внутренней среды, позволяющие клетке адаптироваться к изменяющимся условиям существования. Роль сигналов выполняют разнообразные молекулы (лиганды), вырабатывающиеся в самом организме (гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, цитокины), или раздражители, передающие информацию из окружающей среды (химические — вкусовые, пахучие молекулы; физические — свет, звук, температура, электрические потенциалы; физико-химиче ские — осмотическое давление, концентрация ионов, напряжение О2 или СО2; механические — давление). Клеточные рецепторы — это макромолекулы белков, липои гликопротеинов, локализованные в различных областях клетки и воспринимающие специфические сигналы (лиганды). Рецепторы локализуются в плазмолемме или внутри клетки на мембранах органелл и ядерной мембране. Структура рецепторов плазмолеммы стандартна и состоит из трех доменов (частей): внемембранного, обеспечивающего взаимодействие с�� лигандом; трансмембранного, пронизывающего мембрану, закрепляющего рецептор в мембране и осуществляющего перенос сигнала; эндоплазматического, расположенного в субмембранном слое. Механизм работы рецептора осуществляется последовательно в несколько стадий: 40 Часть II. Цитология 1) рецепторы комплементарно связываются с сигнальными молекулами, которые являются первым посредником («узнают» сигналы и раздражители) между клеткой и окружающей средой; 2) белок-рецептор изменяет свою конформацию; 3) изменение конформации белка-рецептора непосредственно или через систему вторичных посредников запускает каскад биохимических превращений. Вторичный посредник — специальные внутриклеточные белки-ферменты, образующиеся внутри клетки и связанные с цитоплазматической частью рецептора (цАМФ, цГМФ, Са2+ , инозитолтрифосфат, ГТФаза или G-белки); 4) обеспечивается конкретный физиологический ответ клетки на воздействие сигнала. Типы рецепторов плазмолеммы (рис. 4.2): 1) первого типа, односегментные,— интегральные мембранные белки, один раз прошивающие мембрану. Связывание лиганда (инсулина, ростовых факторов, цитокинов) с внеклеточным доменом ведет к димеризации трансмембранной части рецептора и активации его цитоплазматического домена, который обладает ферментативной активностью. Запускается каскад реакций, которые изменяют метаболизм клетки; 2) второго типа, лигандзависимые ионные каналы, — интегральные мембранные белки, которые образованы несколькими белковыми субъединицами, специфически пропускающие ионы. Связывание лиганда (нейромедиаторов, глютаминовой кислоты, g-аминомасляной кислоты, глицина, циклических мононуклеотиа в б 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Рис. 4.2. Схема структурной организации клеточных рецепторов [13]: а — односегментный рецептор; б — семисегментный рецептор; в — канало образующий рецептор; 1 — внеклеточный лигандсвязывающий домен; 2 — внутримембранный фиксирующий домен; 3 — внутриклеточный домен 4. Клеточная мембрана (плазмолемма) 41 дов цАМФ и цГМФ) приводит к изменению конформации трансмембранного домена. При этом ионный канал открывается, изменяется ионная проницаемость плазмолеммы и распределение электрических зарядов на мембране; 3) третьего типа, семисегментные,— интегральные мембранные белки, которые семь раз прошивают плазмолемму, образуя спиральные сегменты и внутриклеточные петли, содержащие центры связывания G-белка. Связывание лиганда (гормонов пептидной природы, квантов света) приводит к изменению конформации рецептора и связыванию с вторичным посредником. Его активация, например G-белка, изменяет активность белков-эффекторов, расположенных рядом в цитолемме. Это приводит к открытию или закрытию ионных каналов, активации или ингибированию других вторичных посредников. В результате работы любого из трех видов рецепторов происходит изменение активности ферментов, а значит, изменение метаболизма клетки (внутриклеточный уровень). Это ведет к перемещению внутриклеточных структур, адгезии или миграции клеток (надклеточный уровень). Таким образом, мембранные рецепторы участвуют в изменении метаболизма в клетке, активации и регуляции сокращения, активации и регуляции секреции, модуляции электрического потенциала за счет изменения проницаемости ионных каналов. Внутриклеточные рецепторы — неполярные молекулы липофильных гормонов (стероидные гормоны, тироксин, ретиноевая кислота) и ряда других биологически активных веществ, легко проникают через плазмолемму в цитоплазму клетки, поэтому рецепторы для таких биологически активных веществ локализуются внутри клетки, в частности в цитозоле, мембранах органелл и ядре. Например, гормон-рецепторный комплекс в форме димера связывается с ядерным рецептором, затем с хроматином ядра инициирует транскрипцию определенных генов. Усиление или подавление синтеза мРНК влечет за собой изменение концентрации специфических белков (ферментов), определяющих ответ клетки на сигнал. Таким образом, ядерные рецепторы участвуют в изменении процессов экспрессии и супрессии генов, контроле синтеза ферментов, рецепторных молекул, регуляции клеточного цикла и дифференцировки клеток, контроле апоптоза. 42 Часть II. Цитология Транспортная функция мембран Транспорт веществ через плазмолемму обеспечивает поддержание клеточного гомеостаза в условиях постоянно меняющихся факторов окружающей среды и протекает в двух направлениях: в клетку (эндоцитоз) и из клетки (экзоцитоз). В клетку вещества проникают следующим образом (рис. 4.3). 1. Неполярные вещества (холестерин, стероидные гормоны, тиреоидные гормоны, ретиноиды, жирные кислоты, бензол, этанол, диэтиловый эфир, некоторые наркотические вещества, О2, N2) свободно проникают через мембраны (простая диффузия). 2. Полярные вещества транспортируются в клетку: через поры по градиенту концентрации (Н2О, СО2, мочевина, NH3); путем облегченной диффузии по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков (глюкоза, аминокислоты и пр.) или ионных каналов (Na+, K+, Ca2+, Cl—, водные каналы) (рис. 4.3, а); путем активного транспорта против электрохимического градиента, с затратой энергии АТФ и с помощью интегральных белков (насосов): Na—K, K—H, Ca (рис. 4.3, б); путем эндоцитоза или транспорта веществ в мембранной упаковке. а 3 1 Рис. 4.3. Транспорт через плазматическую мембрану[13]: 2 б Na Na Na Na Na К P К а — облегченная диффузия через канал, открывающийся на короткое время при деполяризации мембраны; 1 — поляризованная мембрана (нормальное состояние); 2 — деполяризованная мембрана; 3 — транспортируемые молекулы; б — активный транспорт через калиево-натриевый насос 4. Клеточная мембрана (плазмолемма) Рис. 4.4. Опосредуемый рецепторами экдоцитоз [23]: 1 — лиганд; 2 — рецептор; 3 — плазматическая мембрана; 4 — клатрин; 5 — окаймленная ямка; 6 — эндоцитозный пузырек, окруженный клатрином; 7 — встраивание клатрина в клеточную мембрану; 8 — эндоцитозный пузырек без оболочки; 9 — эндосома; 10 — встраивание рецепторов в клеточную мембрану; 11 — перинуклеарная эндосома; 12 — мультивезикулярное тельце; 13 — продукты деградации; 14 — остаточное тельце 43 2 3 1 5 4 6 7 8 14 13 9 12 10 11 Выделяют два механизма эндоцитоза: а) неспецифический пиноцитоз — поглощение жидкости или коллоидных частиц с образованием небольших пиноцитозных пузырьков (везикул); фагоцитоз — захват и поглощение крупных и плотных микрочастиц (микроорганизмов, инородных частиц, погибших клеток); б) опосредуемый рецепторами эндоцитоз — поступление веществ внутрь клетки в форме пузырьков, окруженных мембранами (рис. 4.4). При этом молекулы переносимого вещества (липопротеины низкой плотности, факторы роста, иммуноглобулины, трансферрин) комплементарно связываются с мембранными рецепторами. Опосредуемый рецепторами эндоцитоз увеличивает скорость поглощения специфических лигандов в 1000 раз. Процесс такого эндоцитоза состоит из нескольких последовательных этапов: 1) связывание лиганда с рецептором; 2) миграция комплекса лиганд—рецептор и инвагинация цитолеммы. Поступление порции вещества происходит не в случайных участках плазмолеммы, а в тех, которые со стороны цитоплазмы содержат тонкий слой белка клатрина, но не содержат холестерин. В связи с этим мембрана в таких местах неподатлива к инвагинации, поэтому когда от мембраны отшнуровывается пиноцитозный пузырек (везикула), он окружается со всех сторон слоем белка клатрина и его называют окаймленным. По мере продвижения по цитоплазме окаймленные пузырьки теряют клатрин и способны сливаться друг с другом и с лизосомами; 44 Часть II. Цитология 3) образование транспортных везикул; 4) отделение лиганда от рецептора, после чего лиганды разрушаются, а рецепторы возвращаются в плазмолемму и могут использоваться повторно. Из клетки вещества выделяются путем экзоцитоза. Выводимые из клетки продукты метаболизма, непереваренные и вредные вещества называются экскретами, а продукция железистых клеток — секретами. Экзоцитозные везикулы приближаются к плазмолемме, затем сливаются с ней (встраиваются в плазмолемму) и содержимое везикулы выделяется на поверхность клеточной мембраны (при этом площадь плазмолеммы увеличивается). Если секреторная везикула выпячивает поверхность плазмолеммы, а затем отшнуровывается вместе с ее фрагментом в окружающую среду (отпочкование), площадь плазмолеммы уменьшается. Экзоцитоз может быть конститутивный (непрерывный) или регулируемый (временный, только в ответ на стимуляцию лигандами). Межклеточные соединения (контакты) Межклеточные соединения — это специализированные структурные связи, объединяющие клетки в ткани, создающие барьеры и обеспечивающие межклеточную коммуникацию. Выделяют несколько типов соединений (рис. 4.5), отличающихся друг от друга строением и функцией. а б в г Рис. 4.5. Схема структурной организации клеточных соединений [13]: а — зубчатый контакт (по типу замка); б — десмосомы; в — плотный контакт; г — щелевой контакт (нексус) 4. Клеточная мембрана (плазмолемма) 45 Плотные (замыкающие) соединения механически связывают клетки и препятствуют прохождению молекул между ними. В зоне плотных контактов мембраны клеток сближаются на расстояние до 5 нм. Построен плотный контакт с помощью сшивающих трансмембранных белков (клаудин, окклюдин). Плотные контакты различны по своей эффективности. Одни из них полностью непроницаемы, так как формируют сплошные полосы слияния мембран — замыкающие пластинки, где отсутствует гликокаликс (например, энтероциты в тонкой кишке), другие — могут быть проницаемы для ионов из-за небольшого количества точек соприкосновения (проксимальные канальцы почки). Адгезионные контакты механически связывают клетки между собой, но являются проницаемыми для ряда веществ. Это десмосомы (точечные, полудесмосомы, опоясывающие) и зубчатые соединения. Точечная десмосома — самый распространенный и наиболее сложно организованный тип межклеточных контактов. Прилегающие участки мембраны разделены пространством шириной 25 нм с электронно-плотной полоской по средней линии. Десмосома состоит из пластинок прикрепления, которые построены из уплотненных участков плазмолемм двух соседних клеток. Это место сцепления интегральных Са-связывающих белков (десмоглеин, десмоколлин). С внутренней стороны мембраны эти интегральные белки посредством других белков (плактоглобин, десмоплакин) связаны с промежуточными филаментами. Десмосомы поддерживают структурную целостность ткани, скрепляя клетки между собой (кардиомиоциты, кератиноциты). Полудесмосомы представляют собой 1/2 десмосомы и располагаются, например, на базальной поверхности эпителиоцитов для соединения с базальной мембраной. Опоясывающая десмосома окружает по периметру апикальные части прилегающих эпителиоцитов в форме пояска. По строению она напоминает точечную десмосому, но отличается по молекулам белков, входящих в ее состав. В области ее формирования на плазмолемме образуются листки прикрепления, которые содержат актинсвязывающие белки α-актинин, винкулин и плактоглобин. К этим пластинкам прикрепляются элементы цитоскелета — актиновые микрофиламенты. Межклеточная щель расширена до 46 Часть II. Цитология 15—20 нм и заполнена умеренно плотным веществом, в состав которого входит трансмембранный гликопротеин кадгерин, обеспечивающий в присутствии ионов кальция связь между клетками. Эти контакты не только скрепляют мембраны соседних клеток, но и стабилизируют их цитоскелет (например, каемчатый эпителий кишки). Зубчатые межклеточные соединения не содержат специальные структуры, в местах контактов клетки сближаются на расстояние 15—20 нм, а их прикрепление обеспечивается изгибами (интердигитациями) плазмолеммы, за счет которых увеличивается площадь и прочность соединений между двумя клетками (например, между эпителиоцитами). Специальные межклеточные соединения являются коммуникационными контактами между клетками для передачи малых молекул или химических веществ. Различают нексусы и синапсы. Нексусы (щелевые контакты) формируются двумя мембранами контактирующих клеток, которые сближаются на расстояние 2—3 нм. В каждой мембране интегральные белки коннексины формируют коннексон — полую трубочку. Коннексон одной клетки плотно стыкуется с подобным коннексоном другой и образуется сообщающийся сквозной канал. В результате мелкие молекулы переходят напрямую из одной клетки в другую без выхода их в межклеточное пространство (низкомолекулярные вещества, регулирующие рост и развитие клеток; ионы для активации сокращения кардиомиоцитов и гладких миоцитов). Синапсы характерны для нервной ткани, где обеспечивают одностороннюю передачу химических веществ (нейромедиаторов) от одного нейрона на другой или от нейрона на мышечное волокно для возбуждения/торможения структур синапса. 5. ОРГАНЕЛЛЫ И ВКЛЮЧЕНИЯ ЦИТОПЛАЗМЫ Классификация органелл Органеллы цитоплазмы — постоянно присутствующие и обязательные микроструктуры, специализированные на выполнении определенных функций клетки. Включения — непостоянные компоненты клетки. Органеллы подразделяются на органеллы общего назначения (митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, клеточный центр и компоненты цитоскелета) и специального назначения (реснички, жгутики, микроворсинки, тонофиламенты, миофибриллы). Органеллы общего назначения обязательны для всех клеток. Органеллы специального назначения характерны для специализированных клеток. В состав многих органелл входит биологическая мембрана, поэтому различают органеллы: мембранные (митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы); немембранные (свободные рибосомы и полисомы, клеточный центр, микротрубочки и микрофиламенты цитоскелета). Жизнеспособность клетки обеспечивается взаимодействием всех структур клетки, прежде всего ее органеллами, что можно изучить на примере синтеза белков и небелковых веществ, в котором участвуют ядро и органеллы цитоплазмы. При синтезе белков в ядре происходят процессы транскрипции ДНК и образуется иРНК. В ядрышке формируются рибосомальные РНК, которые выходят в гиалоплазму и формируют большую и малую субъединицы рибосом. В цитоплазме рибосомы соединяются с мембранами эндоплазматической сети или располагаются свободно. Свободные рибосомы обеспечивают синтез структурных белков для самой клетки, а рибосомы, связанные с гЭПС,— синтез белков, идущих на экспорт. Из гЭПС белки поступают в аппарат Гольджи, где преобразуются в сложные соединения. Например, они соединяются с углеводами и упаковывают- 48 Часть II. Цитология ся в мембрану в виде гранул. Последние отщепляются от комплекса Гольджи и, перемещаясь в цитоплазме с помощью компонентов цитоскелета, выводятся с помощью плазмолеммы из клетки наружу (экзоцитоз) или формируют лизосомы и остаются в цито плазме. В синтезе небелковых веществ (липиды, углеводы) участвуют ДНК ядра, иРНК, свободные рибосомы, на которых синтезируются ферменты биосинтеза небелковых веществ. Ферменты поступают в гладкую эндоплазматическую сеть или в гиалоплазму, где участвуют в синтезе углеводов или липидов. Эти вещества направляются в аппарат Гольджи, где включаются в состав гранул. В целенаправленном перемещении веществ участвуют компоненты цитоскелета и плазмолеммы клетки. Энергия для осуществления синтетических процессов (белков и небелковых веществ) образуется в митохондриях в виде АТФ. Система синтеза и внутриклеточного транспорта Рибосомы — плотные округлые немембранные органеллы, имеющие диаметр 15—25 нм и состоящие из двух асимметричных субъединиц. Малая субъединица содержит 1 молекулу рРНК и 27 различных молекул белка. Большая субъединица включает 2 молекулы рРНК и 40 молекул белка. Рибосомы располагаются в гиалоплазме свободно или в комплексах — полирибосомах, связанных нитью иРНК и фиксированных на мембранах ЭПС. Функция рибосом — синтез белка. Во время синтеза рибосомы движутся вдоль нити иРНК, которая расположена в углублении малой субъединицы, считывают генетическую информацию и получают аминокислоты, доставляемые тРНК. Большая субъединица функционирует в качестве центра связывания тРНК и удержания растущей полипептидной цепи. Свободные рибосомы и полисомы синтезируют белки, необходимые для самой клетки. Эндоплазматическая сеть — это мембранная органелла общего назначения, состоит из системы анастомозирующих цистерн, мешочков, трубочек (рис. 5.1). В зависимости от наличия или от- 5. Органеллы и включения цитоплазмы 49 Рис. 5.1. Схема взаимодействия мембранных органелл [13]: 1 — гранулярная ЭПС; 2 — цистерны комплекса Гольджи; 3 — транспортные пузырьки; 4 — секреторные гранулы; 5 — пиноцитоз; 6 — первичные лизосомы; 7 — фагоцитоз; 8 — остаточное тельце; 9 — аутофагосома; 10 — транссторона комплекса Гольджи; 11 — циссторона комплекса Гольджи 4 5 7 8 10 6 3 11 9 1 2 сутствия на ее поверхности рибосом она делится на гранулярную (гЭПС) и агранулярную (аЭПС). В мембране гранулярной ЭПС находятся белки, обеспечивающие прикрепление и связывание рибосом. В ней по программе иРНК создается полипептидная цепь из аминокислот, поступающих при помощи тРНК. На первом этапе синтеза белка иРНК связывается с рибосомами и образует «сигнальный участок», который прикрепляется к мембране, а затем проходит через нее внутрь цистерны. Здесь он отрезается с помощью ферментов, а молекула белка подвергается конформации. В дальнейшем белок транспортируется в комплекс Гольджи, а оттуда в виде окруженных мембраной пузырьков — за пределы клетки (на экспорт). Таким же образом синтезируются белки лизосом и интегральные белки мембран. Гранулярная ЭПС сильно развита в клетках, которые активно синтезируют белки (фибробласты, плазматические клетки, гепатоциты и др.). Для белоксинтезирующих клеток характерным признаком является базофилия цитоплазмы. В агранулярной ЭПС синтезируются липиды и гликоген. Кроме того, аЭПС участвует в метаболизме холестерина, в нейтрализации (дезинтоксикации) некоторых эндогенных и экзогенных веществ (например, лекарственных препаратов), депонировании ионов кальция. Хорошо развита в клетках, которые синтезируют стероидные гормоны (половые железы, надпочечники), депонируют ионы Са (мышечная ткань). Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс) — сеть анастомозирующих пластинок, мешочков или цистерн, собранных вместе на расстоянии 20 нм друг от друга. В каждой цистерне раз- 50 Часть II. Цитология личают проксимальный (формирущийся) цис-полюс, обращенный к ЭПС, и дистальный (сформированный) транс-полюс, обращенный к плазмолемме клетки. В центре цистерны ее мембраны сближены, а на периферии формируют расширения или ампулы, от которых отшнуровываются мембранные пузырьки. Около 5—10 пакетов плоских цистерн формируют диктиосому. Из гЭПС и аЭПС продукты синтеза переносятся к цис-поверхности комплекса Гольджи транспортными пузырьками (см. рис. 5.1). В комплексе Гольджи происходит перестройка и созревание олигосахаридов и присоединение их к полипептидам, концентрация и упаковка секреторного продукта, образование секреторных гранул и лизосом, выведение готовых секретов из клетки. Гранулы, наполненные секретом, непрерывно отделяются от транс-поверхности, подходят к плазмолемме и выделяют содержимое за пределы клетки. Транспорт белков происходит в двух направлениях: в гидролазные пузырьки цитоплазмы (первичные лизосомы); в форме секреторных гранул за пределы клетки (на экспорт). Система внутриклеточного переваривания Система внутриклеточного переваривания — это система мембранных пузырьков (эндосом) с кислым содержимым и лизосом, которые обеспечивают катаболические процессы в клетке. Их объединение основано на наличии в их мембранах АТФ-зависимого протонного насоса, создающего закисление среды внутри этих органелл. Функция этой системы состоит в регулируемом внутриклеточном расщеплении макромолекул внеклеточного или внутриклеточного происхождения. Процесс внутриклеточного переваривания осуществляется последовательно: ранняя эндосома — поздняя эндосома — лизосома. Эндосомы — мембранные пузырьки с постепенно закисляющимся содержимым. Функция: частичный или полный гидролиз макромолекул, предшествующий лизосомальному гидролизу. Ранние эндосомы — мембранные пузырьки, расположенные под плазмолеммой, в которых с помощью протеаз в слабокислой сре- 5. Органеллы и включения цитоплазмы 51 де осуществляется ограниченное и регулируемое переваривание макромолекул. Например, при рецепторно-опосредованном эндоцитозе макромолекула лиганда отщепляется от рецепторов и частично гидролизуется. Поздние эндосомы — достигают размера 600—800 нм и содержат плотный матрикс. Их внутренняя среда более кислая, поэтому ферменты поздних эндосом полностью переваривают макромолекулы. Оставшиеся ферменты и продукты гидролиза перемещаются в лизосомы и формируют их внутреннее содержимое. Лизосомы — мембранные пузырьки размерами 0,2—0,4 мкм в диаметре, заполненные гидролитическими ферментами (основным из них является кислая фосфатаза, которая расщепляет биополимеры и служит маркером лизосом). Выделяют четыре типа лизосом: первичные (гидролазные пузырьки), вторичные (фаголизосомы, аутофаголизосомы и остаточные тельца) лизосомы. П е р в и ч н ы е л и з о с о м ы — это мелкие гидролазные пузырьки диаметром 0,5—1,0 мкм, содержащие около 40 ферментов в неактивной форме. Их перемещение в гиалоплазме происходит с участием микротрубочек цитоскелета. В т о р и ч н ы е л и з о с о м ы — это мембранные органеллы диаметром 0,5—2 мкм, образующиеся при слиянии первичных лизосом с поздними эндосомами. Осуществляют конечные этапы внутриклеточного гидролиза макромолекул, разрушая их до мономеров, которые используются для обменных процессов в клетке. При слиянии поздней эндосомы с лизосомой образуется ф а г о л и з о с о м а или г е т е р о ф а г о л и з о с о м а. При этом материал, захваченный клеткой извне, переваривается. Функция гетерофагии заключается в обеспечении нормального гидролиза различных веществ для жизнедеятельности клетки. Если гидролитическому расщеплению подвергаются собственные структуры клетки, формирующийся комплекс называется а у т о ф а г о л и з о с о м о й . Роль аутофагии состоит в удалении клеточных структур, подвергшихся старению или разрушению. О с т а т о ч н о е т е л ь ц е — лизосомы, содержащие непереваренный материал, который долго может находиться в цитоплазме клетки, например пигмент «старения» липофусцин. 52 Часть II. Цитология При отсутствии или недостаточной активности лизосомальных ферментов нерасщепленный материал накапливается в клетке, что приводит к хроническим воспалительным заболеваниям. Пероксисомы — органеллы, по своему строению сходны с лизосомами. Представлены мембранными сферическими или овальными пузырьками диаметром 0,05—1,0 мкм, содержащие умеренно плотный однородный матрикс и уплотненную кристаллоподобную сердцевину. Пузырьки образуются путем отпочковывания от аЭПС, а содержащиеся в пероксисомах ферменты синтезируются на свободных рибосомах цитоплазмы. Мембрана пероксисом обладает высокой проницаемостью для ионов и веществ с низкой молекулярной массой. Матрикс содержит до 15 ферментов (пероксидаза, каталаза, оксидаза для окисления аминокислот, уратоксидаза). Маркером пероксисом служит пероксидаза. Сердцевина соответствует области конденсации ферментов. Функции пероксисом: являются центром утилизации кислорода; разрушают перекись водорода под действием каталазы; осуществляют реакции детоксикации в клетке — разрушают органические соединения, этиловый спирт; участвуют в глюконеогенезе; участвуют в образовании холестерола и желчных кислот. Генетические нарушения ферментной активности пероксисом ведут к тяжелым повреждениям нервной системы (пероксисомные болезни). Система энергообеспечения Преобразователями энергии, или «силовыми станциями», для всех внутриклеточных реакций являются митохондрии — мембранные полуавтономные органеллы, обеспечивающие клетку энергией, запасаемой в виде макроэргических связей АТФ и получаемой благодаря процессам окисления этих фосфатных связей. Кроме того, митохондрии участвуют в начальных этапах синтеза стероидов, нуклеиновых кислот, окисления жирных кислот. Форма митохондрий различна (эллипсовидная, овальная, сферическая, дискоидальная и пр.), размеры составляют от 0,2 до 5. Органеллы и включения цитоплазмы 53 2 мкм в ширину и от 2 до 10 мкм в длину. Число митохондрий за висит от функциональной активности клетки. В цитоплазме они распределены, как правило, в зонах максимального функциониро вания — в области синтетического и двигательного аппаратов клетки, вблизи ионных насосов. Все митохондрии в клетке объе диняются под названием хондриом. В одних клетках он представ лен отдельными органеллами, в других — митохондрии объединя ются в сеть для обеспечения очень высоких энергозатрат (мито хондриальный ретикулум вокруг миофибилл) или связываются в цепь (например, в кардиомиоцитах), в третьих — хондриом со стоит из одной гигантской митохондрии, например в сперматозо идах, где митохондрия закручена вокруг осевой части жгутика. Митохондрии состоят из наружной и внутренней мембран, разделенных межмембранным пространством, и содержат внутрен ний матрикс (рис. 5.2). 1 2 4 3 Рис. 5.2. Схема строения митохондрии [13]: 1 — митохондрия с пластинчатыми кристами; 2 — участок кристы с элемен тарными частицами; 3 — АТФ-синтетазный комплекс; 4 — митохондрия с ве зикулярными кристами. Наружная мембрана представляет собой мембранную струк туру с ровной поверхностью. Она обладает высокой проницаемо стью и содержит молекулы транспортных белков, на ее поверхно сти находятся рецепторы для белков. Межмембранное пространство накапливает ферменты и ионы Н+. 54 Часть II. Цитология Внутренняя мембрана проницаема лишь для мелких ионов, аминокислот, органических фосфатов, содержит белки — переносчики АТФ и АДФ, а также ферменты дыхательной цепи и АТФ-синтетазные комплексы. В целях увеличения площади поверхности внутренняя мембрана формирует складки, или кристы, количество которых в одной митохондрии составляет несколько десятков. Форма кристы у большинства клеток пластинчатая, в некоторых клетках содержатся везикулярные кристы (в эндокринных клетках, продуцирующих стероидные гормоны). На кристах находятся элементарные грибовидные частицы, обеспечивающие сопряжение процессов окисления и фосфорилирования. При распаде фосфатных связей АТФ освобождается большое количество энергии, необходимое для жизнедеятельности клетки. Митохондриальный матрикс — гомогенное мелкозернистое вещество умеренной плотности, заполняет внутреннюю полость митохондрий, содержит ферменты цикла Кребса, окисления жирных кислот и некоторых других систем. Обнаруживаются гранулы с Са2+ и Mg2+ , рибосомы и ДНК. Особенностью митохондрий является наличие в матриксе собственного генома, представленного митохондриальной ДНК (мтДНК), которая включает 37 генов и обеспечивает синтез 5—6 % белков митохондрии, в основном для транспортной системы и синтеза ферментов. Синтез других белков и репликация митохондрий контролируются ядерной ДНК. Наследование мтДНК у человека происходит только от матери. В связи с тем что в матриксе митохондрий постоянно протекают окислительные процессы, часто встречаются мутации мтДНК, проявляющиеся в качестве митохондриальных болезней. Жизненный цикл митохондрий составляет около 10 суток. По окончании этого промежутка времени они подвергаются разрушению аутофагией, новые органеллы формируются путем перешнуровки (деления) зрелых митохондрий. Опорно-двигательная система Опорно-двигательную систему клетки формирует цитоскелет. С деятельностью этой системы связано выполнение почти всех функций клетки, она создает каркас клетки и обеспечивает адек- 5. Органеллы и включения цитоплазмы 55 ватное взаимодействие с внешними факторами, легко перестраивается и является наиболее динамичной структурно-функцио нальной частью цитоплазмы. Цитоскелет — это трехмерная цитоплазматическая сеть разнообразных волокнистых и трубчатых структур, выполняющая опорную функцию, обеспечивающая подвижность и сохранение формы клетки, а также внутриклеточный транспорт. Эти функции обеспечивают немембранные органеллы: микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки, а также связанные с ни ми белки, которые способны к самопроизвольной сборке в сложную динамичную сеть белковых нитей. Микрофиламенты — фибриллярные опорные структуры толщиной 5—7 нм, состоящие из сократительных белков (актина, а также миозина, тропомиозина в мышечной ткани). Актиновые микрофиламенты имеют толщину 5—6 нм, миозиновые — около 10 нм. Они входят в состав микроворсинок, формируют субмембранный опорно-сократительный аппарат клетки. В цитоплазме расположены поодиночке, в виде сетей или пучками. Функции микрофиламенты: движение клеток немышечной природы (нейтрофилов, макрофагов); 1 сокращение миоцитов и�� мышеч2 ных волокон; 7 3 экзо- и эндоцитоз; формирование микроворсинок, 6 межклеточных соединений, перемещение клеточных органелл и�� поддержа4 ние формы клеток; фиксация интегральных белков мембран. 5 Микроворсинки представлены тонкими (0,1 мкм) и длинными (около 1 мкм) выростами верхушечной (апикальной) части клеток (рис. 5.3). Вну- Рис. 5.3. Микроворсинка [16]: три каждой микроворсинки располо- 1 — электроноплотный материал; 2 — актин; 3 — виллин; жен пучок актиновых микрофиламен- 4 — фодрин; 5 — промежуточтов в количестве 20—40. На апикаль- ные филаменты; 6 — фимном полюсе микроворсинки филаменбрин; 7 — миозин 56 Часть II. Цитология ты прикреплены к плазмолемме белком минимиозином, а между собой соединяются белками фимбрина и виллина. На нижнем (базальном) полюсе они вплетаются в терминальную сеть цитоплазмы клетки, в которой имеются миозиновые филаменты. Взаимодействие актиновых и миозиновых филаментов по механизму скользящих нитей обусловливает их укорочение или удлинение, т.е. высоту и форму микроворсинок. Функция — увеличение площади поверхности клетки с целью всасывания веществ (эпителиоциты кишечника, почечных канальцев). Видоизмененные длинные микроворсинки, улавливающие колебания эндолимфы в полукружных каналах органа равновесия (стереоцилии), также содержат актиновые филаменты. Промежуточные филаменты каркаса клетки — наиболее стабильные канатовидные волокна толщиной 8—10 нм. В большинстве клеток они образуют скопления вокруг ядра, откуда в пучках фибрилл тянутся к периферии клетки. Выполняют опорную функцию, поэтому их много в клетках, подвергающихся механическим воздействиям: в миоцитах, клетках эпидермиса, местах формирования десмосом. Состоят из белков (виментина, кератина, ламина и др.) и имеют белковую специфичность в разных тканях. Например, в эпителии они имеют кератиновую природу (тонофиламенты), в клетках мезенхимного происхождения состоят из виментина, в мышцах — из десмина и скелетина и т.д. Функции промежуточных филаментов: опорная (образуют ядерную мембрану, фиксируя ядро внутри клетки); придание механической прочности эпителиальной и мышечной тканям; образование межклеточных контактов; участие в процессах ороговения; поддержание формы клетки и ее отростков. Микротрубочки — наиболее крупные компоненты цитоскелета, представляют собой длинные полые цилиндры толщиной 25 нм, образованные полимеризованными молекулами белка тубулина. В цитоплазме существует равновесие между микротрубочками и растворенным в цитозоле тубулином, поэтому микротрубочки постоянно находятся в процессе сборки и деполимеризации. Источником образования и роста микротрубочек является 5. Органеллы и включения цитоплазмы 57 клеточный центр. В цитоплазме они располагаются поодиночке, в виде пучков (кинетохорные микротрубочки), дуплетов (аксонема киноцилий или жгутика), триплетов (базальное тельце, центриоль). Функции микротрубочек: обеспечение механизмов клеточного деления; поддержание формы клеток; участие в эндо- и экзоцитозе; внутриклеточный транспорт и распределение органелл, секреторных гранул, синаптических пузырьков, везикул; распределение мембранных рецепторов и передача информационных носителей в клетку. Клеточный центр (центросома) — органелла немембранной природы, является местом образования микротрубочек и их сборки из тубулиновых субъединиц. Состоит из центриолей и центро сферы. Центриоли — центр образования микротрубочек, ахроматического веретена деления, ресничек и жгутиков. Представляют собой полые цилиндрические структуры, расположенные взаимно перпендикулярно и состоящие из микротрубочек. Стенку центрио ли образуют 9 триплетов частично слившихся микротрубочек А, В и С, расположенных по окружности и связанных поперечными белковыми мостиками — динеиновыми «ручками». В цент ральной части центриоли микротрубочки отсутствуют. Каждый триплет связан с сателлитами — сферическими тельцами диаметром 75 нм, которые являются местом сборки микротрубочек. Расходящиеся от сателлитов микротрубочки образуют центросферу. Микротрубочки формируют реснички (рис. 5.4) и жгутики, которые являются органеллами специального значения, участвующими в процессах движения клетки. Представляют собой выросты цитоплазмы, основу которых составляют микротрубочки, формирующие осевую нить или аксонему, образованную 9 периферическими парами микротрубочек и одной центральной парой. Эта центральная пара микротрубочек окружена центральной оболочкой, от которой к периферическим дуплетам расходятся радиальные спицы. Периферические дуплеты связаны друг с другом белком нексином, а к соседнему дуплету отходят «ручки» из белка 58 Часть II. Цитология a б 4 3 1 6 12 2 11 10 5 7 8 9 Рис. 5.4. Ресничка [16]: а — общий вид; б — строение поперечного среза аксонемы; 1 — аксонема; 2 — базальное тельце; 3 — периферические пары микротрубочек; 4 — нексин; 5 — субфибрилла В; 6 — субфибрилла А; 7 — наружная динеиновая ручка; 8 — внутренняя динеиновая ручка; 9 — радиальная спица; 10 — центральная капсула; 11 — плазматическая мембрана; 12 — центральные одиночные микротрубочки динеина, который обладает активностью АТФазы. Длина ресничек 2—10 мкм, а их количество на поверхности одной клетки достигает нескольких сотен. В единственной клетке сперматозоиде содержится только один жгутик длиной 50—70 мкм. В основании каждой реснички или жгутика располагается базальное тельце, сходное по строению с центриолью и состоящее из 9 триплетов микротрубочек с «ручками» на периферии и одной пары микротрубочек в центре. Аксонема и базальное тельце структурно связаны друг с другом и составляют единое целое. Свободные клетки, имеющие реснички и жгутики, обладают способностью к движению (сперматозоид), а неподвижные клетки движением ресничек могут перемещать жидкость и корпускулярные частицы (эпителиоциты воздухопроводящих и половых путей). Реснички в своем составе не содержат сократительных белков и совершают однонаправленные биения, не изменяя своей длины. Роль сократительного белка выполняет белок «ручек» динеин, который связывается с АТФ и меняет свою конформацию, перемещаясь вдоль микротрубочек и удлиняя их. 5. Органеллы и включения цитоплазмы 59 Клеточные включения Продукты метаболизма могут временно накапливаться в гиалоплазме и формировать включения эндо- или экзогенного происхождения. Клеточные включения — необязательные компоненты клетки — по функции делятся на секреторные, экскреторные, трофические и пигментные. По биохимическому составу они бывают белковые, углеводные, липидные и смешанные. Секреторные включения формируются из секретируемой клетки биологически активных продуктов (проферментов, гормонов и др.), имеют форму пузырьков, окруженных мембраной. Экскреторные включения сходны по строению с секреторными, но их пузырьки содержат вредные продукты метаболизма, подлежащие удалению из клетки. Трофические включения в зависимости от накапливаемого продукта классифицируют на белковые, углеводные и липидные. Из углеводных наиболее распространен гликоген (полимер глюкозы), который формирует в гиалоплазме скопления плотных гранул и используется клеткой в качестве энергетического источника. Липидные включения имеют форму отдельных липидных капель или сливающихся вместе, формируя крупные вакуоли. В них содержатся вещества, используемые для последующих синтетических и энергетических нужд клетки. Пигментные включения формируют в гиалоплазме мембранные гранулы или скопления диффузных мелких плотных частиц пигментов, которые могут попадать в клетку экзогенно (пылевые частицы, красители, каротин и др.) или эндогенно (синтезироваться самой клеткой), например гемоглобин эритроцитов, меланин пигментных клеток, липофусцин старых клеток и т.д. Эндогенные пигментные включения выполняют в клетке определенные функции (например, гемоглобин переносит кислород из крови в ткани). 6. КЛЕТОЧНОЕ ЯДРО. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ Ядро клетки Ядро — важнейший и обязательный структурный компонент эукариотической клетки, содержащий генетический материал. Функции ядра: 1) хранение генетической информации в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах; 2) реализация генетической информации, контролирующей разнообразные процессы в клетке; 3) синтез информационной, транспортной, рибосомальной РНК и их транспорт в клетку; 4) регуляция дифференцировки и функции клетки, координация деятельности всех цитоплазматических структур. Формы ядра зависят от формы и функционального состояния клетки, например палочковидное, овальное, плоское, многодолевое, полиморфное и т.д. Большой объем ядра отмечается при усилении функции клетки, маленький — при ее уменьшении. Для дифференциальной диагностики клеток злокачественных новообразований в медицинской практике используют измерение ядерноцитоплазматического отношения (ЯЦО). Для одноядерной соматической клетки оно составляет от 1 : 5 до 1 : 8, а в малодифференцированных и в клетках злокачественных опухолей ЯЦО резко сдвинуто в сторону ядра, что свидетельствует о преобладании в ядрах синтетических процессов. В половых клетках ЯЦО отличается от соматических клеток: в сперматозоиде оно составляет 1 : 0,4 — 1 : 0,5, в яйцеклетке — 1 : 500. Обычно в клетке одно ядро, но встречаются многоядерные (мышечное волокно) или безъядерные структуры (эритроцит). Ядро состоит из следующих структурных элементов (рис. 6.1). Хроматин представляет собой неравномерно закрученную цепь хромосом, состоящую из белковых (гистоновых и негистоновых) молекул, которые связаны с ДНК. С помощью гистоновых белков (аргинина и лизина) молекулы ДНК компактно упаковываются в объеме ядра в нуклеосомные нити и хроматиновые фи- 6. Клеточное ядро. Жизненный цикл клетки 61 Рис. 6.1. Схема строения интерфазного ядра [15]: 1 — наружная ядерная мембрана; 2 — фибриллярный компонент ядрышка; 3 — внутренняя ядерная мембрана; 4 — гранулярный компонент ядрышка; 5а — периферический конденсированный хроматин: 5б — околоядрышковый конденсированный хроматин; 6 — эухроматин; 7 — поры в ядерной оболочке; 8 — фибриллярная сеть ядерного матрикса; 9 — кариоплазма; 10 — перинуклеарное пространство 9 10 1 2 3 4 5б 5а 6 8 6 7 бриллы. В G1-периоде хроматиновые волокна рыхло и неравномерно спирализуются. В зависимости от степени деспирализации (конденсации) различают гетерохроматин (спирализованные участки хромосом, которые интенсивно окрашиваются) и и эухроматин (зоны полной деконденсации хромосом, слабо окрашиваются). Чем больше эухроматина в интерфазном ядре, тем интенсивнее протекают в клетке процессы синтеза. Ядро при полном подавлении его функции (ороговение эпителиальных клеток) резко уменьшается в размерах (этот процесс назвается кариопикнозом) и содержит только гетерохроматин. В клетках женского организма обнаруживается тельце Барра, представляющее собой скопление гетерохроматина, соответствующее одной Х-хромосоме, которая плотно скручена и неактивна, имеет вид маленькой добавочной дольки ядра в форме барабанной палочки. Выявление тельца Барра используется для определения генетического пола. Ядрышко — самая плотная структура ядра размером 1—5 мкм. Образовано специализированными участками (петлями) хромосом, которые называются ядрышковыми организаторами. Количество и размеры ядрышек в клетках зависят от их функциональной активности. Главная функция ядрышка состоит в синтез рибосомальных РНК и образовании предшественников большой и малой субъединиц рибосом. Однако их окончательное формирование происходит за пределами ядрышка в гиалоплазме. Содержит РНК 62 Часть II. Цитология в форме трех компонентов — гранулярного, фибриллярного и аморфного. Снаружи ядрышко окружено конденсированным хроматином. Кариоплазма — жидкий компонент ядра, в котором располагаются хроматин и ядрышко. Содержит воду и растворенные в ней различные белки и соединения, которые участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и других веществ (РНК, гликопротеины, ферменты гликолиза, ионы, метаболиты). Все функциональные процессы, происходящие в ядрах, обеспечиваются энергией, получаемой в процессе гликолиза в кариоплазме. Оболочка ядра содержит две мембраны (наружную и внутреннюю), разделенные перинуклеарным пространством шириной 14—40 нм. Наружная мембрана составляет единое целое с мембранами гЭПС, содержит рибосомы. Со стороны цитоплазмы окружена сетью промежуточных (виментиновых) микрофиламентов. Внутренняя мембрана гладкая, связана с хромосомным материалом ядра. Играет важную роль в поддержании формы ядра, в сборке хроматина и формировании комплексов поры, которые образуются при слиянии двух ядерных мембран. Внутри поры заполнены глобулярными и фибриллярными белками, что обеспечивает избирательный транспорт веществ между ядром и гиалоплазмой. Поры занимают 3—35 % поверхности ядерной оболочки. При этом чем интенсивнее функциональные процессы в клетках, тем больше пор в кариолемме. Они отсутствуют в ядерной оболочке сперматозоидов. Ядрерный матрикс формирует каркас ядра и образован белковыми фибриллами, способными перестраиваться в процессе жизнедеятельности клетки. Жизненный цикл клетки Жизненный цикл клетки — совокупность процессов в клетке от одного деления до другого (митотический цикл) или между ее образованием и смертью (с последовательными процессами роста, дифференцировки, функционирования, старения и смерти). Разным клеткам генетически предопределены разные пути развития и разная продолжительность жизни. 6. Клеточное ядро. Жизненный цикл клетки 63 Дифференцированные клетки не размножаются, они стареют и погибают. В митотическом цикле выделяют два периода: 1) деление клеток посредством митоза — митотический период (М); 2) интерфаза, которая включает три последовательные фазы. Периоды интерфазы: 1) постмитотический (пресинтетический) период G1, который наступает сразу после митотического деления; в этом периоде происходит рост клеток за счет накопления белков, синтезируется иРНК, образуются ферменты синтеза нуклеотидов, клетка достигает нормальных размеров и восстанавливает необходимый набор органелл. Это самая продолжительная фаза — от нескольких часов до нескольких дней. При этом клетки могут выйти из цикла и находиться в фазе G0, после чего могут окончательно дифференцироваться, например кардиомиоциты; 2) синтетический период (S) (в течение 8—12 ч) — происходит удвоение содержания ДНК, синтез белков гистонов, которые поступают в ядро и обеспечивают нуклеосомную упаковку вновь синтезированной ДНК, что приводит к удвоению числа хромосом и центриолей; 3) постсинтетический период (G2) (в течение 2—4 ч) — клетка подготавливается к делению. Происходит синтез иРНК и белков митотического веретена (тубулинов), необходимых для прохождения митоза. Далее следует митотический период (М). Митоз — это непрямое деление, является универсальным способом деления ядросодержащих клеток и завершает клеточный цикл. Обычно протекает непрерывно и продолжается от 1 до 3 ч, обеспечивает равномерное распределение генетического материала в дочерние клетки. В G1-периоде цикла клетка содержит 2 центриоли, расположенные под прямым углом одна к другой. В течение S-периода возле каждой предыдущей создается новая (дочерняя центриоль), в результате в G2-периоде клетка содержит две пары центриолей, обеспечивающих процесс митоза. Митоз включает четыре фазы. 1. Профаза — клетка теряет десмосомы и тонофиламенты, конденсируется хроматин, ядрышко и ядерная оболочка исчезают, кариоплазма смешивается с цитоплазмой. Пары центриолей рас- 64 Часть II. Цитология ходятся к противоположным полюсам клетки. От них навстречу друг другу быстро растут микротрубочки, которые формируют веретено деления. Вокруг центриолей из трубочек создается лучистая зона. Веретено деления занимает центр клетки, а хромосомы расходятся по цитоплазме, укорачиваются и утолщаются. 2. Метафаза — хромосомы максимально конденсируются, еще больше укорачиваются и утолщаются. Центромеры всех хромосом располагаются в одной (экваториальной) плоскости и формируют «материнскую звезду». В области центромер возникает вторая группа микротрубочек (хромосомные или кинетохорные). Сестринские хроматиды к концу этой фазы отделяются, но остаются связанными друг с другом в области центромеры. 3. Анафаза — хромосомы расщепляются на сестринские хроматиды в области центромеры и, теряя связь друг с другом, расходятся к противоположным полюсам клетки. 4. Телофаза — начинается с остановки разошедшихся хромосом и восстановления нового ядра. Микротрубочки митотического аппарата исчезают. Хромосомы дочерних клеток включаются в синтетические процессы и приобретают вид хроматиновых зерен. Создается ядерная оболочка, активизируется ядрышковый организатор на хромосомах и появляются ядрышки. Затем происходит цитотомия — разделение клеточного тела путем перешнуровки цитоплазмы и формирование двух дочерних клеток с равномерным распределением органелл. После этого клетка переходит в интерфазу. Мейоз — редукционное деление клеток, в результате которого образуются половые клетки с гаплоидным набором хромосом. Состоит из двух делений, которые происходят как обычный митоз, но отличаются тем, что в профазе первого деления происходит конъюгация гомологичных хромосом с кроссинговером (обменом генами). Однако между первым и вторым делениями отсутствует интерфаза, в связи с чем редупликация хромосом в дальнейшем не происходит. Эндорепродукция — способ образования соматических клеток с увеличенным содержанием ДНК, которые называются полиплоидными. Это связано с блокадой или незавершенностью отдельных митотических периодов. В организме есть нормальные гаплоидные клетки (с одним набором хромосом), например половые. При 6. Клеточное ядро. Жизненный цикл клетки 65 оплодотворении и слиянии таких клеток образуется диплоидная клетка (с двумя наборами хромосом) — зигота. В течение S-периода митотического цикла клетки могут иметь не только диплоидный набор хромосом, но и тетраплоидный, например, в начале G1 периода дочерняя клетка содержит диплоидное количество ДНК. Полиплоидность (большое количество наборов хромосом с 8, 16 и даже 32 количеством хромосом) возникает в результате того, что удвоение хромосом в S-периоде происходит, а дальнейшие этапы блокируются. При этом в клетке образуется одно полиплоидное ядро. Способом эндорепродукции образуются специализированные и дифференцированные полиплоидные клетки, например в красном костном мозге (мегакариоциты). Реактивные свойства клеток Клетки организма постоянно подвергаются воздействию различных факторов, что вызывает их ответную стереотипную реакцию. Факторы, воздействующие на клетки, могут быть экзо- или эндогенными; по механизму влияния — биогенные, химические или физические. Реакция клетки зависит от длительности и интенсивности воздействия, морфологического и функционального состояния клетки и проявляется в форме адаптации (приспособление), компенсации (восстановление функции) или декомпенсации (нарушение структуры и функции). В основе процесса реактивности клеток лежит изменение экспрессии генов ядра. Это выражается в усиленном синтезе стрессорных белков HSP (Heat Shock protein), которые защищают клетку от повреждений, и препятствует их гибели. Если воздействие длительное или неблагоприятное, то в клетках возникают дегенеративные изменения: ядро подвергается сморщиванию (кариопикноз), растворению (кариолизис) или расщеплению (кариорексис). Цитоплазма вакуолизируется, нарушается структура и функции органелл, при этом ферменты лизосом поступают в гиалоплазму, что приводит к аутолизу всей клетки. Например, при воздействии ионизирующей радиации в гиалоплазме клеток происходит процесс ионизации воды и денатурация 66 Часть II. Цитология ее белков. Вследствие накопления метаболических продуктов возникает повреждение структуры и функции органелл. Митохондрии и эндоплазматическая сеть являются наиболее чувствительными органеллами к воздействию радиации, в них снижаются синтетические процессы за счет разрушения рибосом. В матриксе происходит просветление, разрушение и укорочение крист, которые могут полностью распадаться. В ядрах клеток разрушается ядерная мембрана, происходит конденсация хроматина и кариорексис. Нарушаются процессы митоза, изменяются формы хромосом, возникает полиплоидизация. Подобные изменения в ядрах могут вызвать развитие злокачественных клеток (малигнизация), которые быстро и неограниченно размножаются, в них нарушаются процессы дифференцировки, формируются злокачественные опухоли. В то же время ответная реакция лизосом выражается в увеличении их количества и усилении активности лизосомальных ферментов, что может привести к аутолизу клеток. Старение и гибель клеток У соматических клеток имеется генетически запрограммированный период жизнедеятельности, после чего клетка стареет и погибает. Этим процессам подвергаются дифференцированные клетки. Считают, что клеточное старение является способом защиты организма от малигнизации путем ограничения размножения клеток и стабилизации размеров взрослого организма. Молеку лярно-генетическая концепция старения клетки связывает этот процесс с ограничением количества митотических делений клетки до 50 раз (предел Хайфлика) и с наличием в ядре фермента РНКтеломерной трансферазы. В результате при каждом митотическом делении молекула ДНК укорачивается в области теломера (концевого участка хромосомы с генетической информацией). После ря да последовательных делений теломер укорачивается до критической величины, и митоз клетки прекращается. Дочерним клеткам передаются уже укороченные хромосомы в связи с тем, что РНКтеломераза в них не функционирует. 6. Клеточное ядро. Жизненный цикл клетки 67 Структурно-функциональные признаки старения клетки выражаются в уменьшении ее объема, редукции мембранных органелл, вакуолизации и дегенерации ядра. При этом увеличивается количество полиплоидных клеток. В ядрах возрастает количество гетерохроматина, а в ядерной оболочке увеличивается количество ядерных пор, перинуклеарное пространство расширяется. Гиалоплазма становится более плотной, в клеточных мембранах снижается текучесть билипидного слоя и уменьшаются процессы возбудимости, рецепции, транспорта через плазмолемму. Наибольшей дегенерации подвергаются митохондрии, ЭПС и лизосомы. В связи с этим снижаются энергетические и синтетические процессы клеток, усиливаются процессы аутофагии за счет ферментов лизосом, выявляется накопление пигментных и жировых включений (липофусцина). Старение клетки неизбежно вызывает необратимые прекращения всех процессов жизнедеятельности, что приводит ее к последующей смерти. В организме наблюдается динамическое и гомеостатическое равновесие между размножением клеток и их гибелью. Выделяют две формы клеточной гибели: апоптоз и некроз, которые отличаются причинами их развития и структурными изменениями в клетках. Апоптоз — это физиологическое или запрограммированное самоуничтожение клеток. Этот процесс контролируется «киллерными» генами, действие которых разрушает клетки. Им противодействуют гены-«спасатели», которые защищают клетки от гибели. Апоптоз протекает асинхронно в отдельных клетках и обладает тканевой специфичностью, протекает очень быстро (от нескольких минут до 1—3 ч). Именно апоптозу принадлежит главная роль в гибели старых клеток. Наблюдается этот процесс в эмбриогенезе, в различных тканях в норме или в ответ на повреждающие факторы, при злокачественных заболеваниях и иммунных дисбалансах. Сигналами, запускающими программу апоптоза, являются воздействие на организм разнообразных повреждающих физических и химических факторов (облучение, гипоксия, гипертермия и др.); вирусные инфекции; нарушение регуляторных взаимоотношений (дефицит гормонов, цитокинов, факторов роста); потеря контактов с другими клетками. Многие гормоны, вырабатываю- 68 Часть II. Цитология щиеся в организме в норме, могут стать физиологическими индукторами апоптоза (фактор некроза опухоли, гамма-интерферон, фактор роста-B, гормоны коры надпочечника). Структурные изменения при апоптозе проявляются в отделении клетки от соседних в результате гибели межклеточных контактов и уплотнении ядра без разрушения кариоплазмы и кариолизиса. В дальнейшем ядро фрагментируется. В цитоплазме происходит резкая конденсация и уменьшение ее объема, однако органеллы сохраняют свою целостность. При прогрессировании программы апоптоза форма клетки изменяется, образуются многочисленные выпячивания и углубления, в которых содержатся фрагменты ядра и жизнеспособные органеллы. Эти образования отшнуровываются от клетки и образуют апоптозные тела, окруженные мембраной. Они быстро захватываются фагоцитами окружающей соединительной ткани, воспалительная реакция которой не развивается. Некроз возникает в клетках под воздействием сильных повреждающих факторов: гипоксии (недостаток кислорода), нарушениях кровоснабжения (ишемии), температурных (гипер- и гипотермия), механических травм, метаболических ядов, химических препаратов. Структурные изменения при некрозе: в цитоплазме клеток повышается концентрация ионов кальция и активация протеолитических ферментов в связи с блокадой ионных каналов плазмолеммы. В связи с этим ускоряется процесс разрушения клеточных структур: в ядре уменьшается и еще больше уплотняется хроматин (кариопикноз), а затем ядро распадается на фрагменты (кариорексис) и лизируется (кариолизис). В органеллах цитоплазмы возникают обширные повреждения мембран, лизис митохондрий, полирибосом, расширяются цистерны ЭПС. В финале программы некроза разрушаются клеточные границы, клетка распадается на фрагменты, которые поглощаются фагоцитами окружающей соединительной ткани, при этом всегда развивается воспалительная реакция. III часть Эмбриология 7. Общая эмбриология 8. Ранний эмбриогенез человека 7. ОБЩАЯ ЭМБРИОЛОГИЯ Общее понятие об эмбриологии Эмбриология ( от греч. embryon — зародыш, logos — наука) — наука, изучающая закономерности развития организма. Эмбрио� нальный период является этапом индивидуального развития — онтогенеза. Онтогенез — история индивидуального развития организма, включающая последовательные биохимические, мор� фологические и функциональные преобразования, происходящие в организме от его зарождения до смерти. В онтогенезе выделяют следующие фазы: 1) прогенез — образование и формирование половых клеток в гонадах родительских особей; 2) эмбриональное развитие — период от оплодотворения до формирования организма, способного к самостоятельному суще� ствованию; 3) постэмбриональное развитие — период от рождения (выхо� да из яйцевых оболочек, метаморфоза) до смерти. Собственно период эмбрионального развития включает в себя: оплодотворение — соединение двух половых клеток с�� фор� мированием одноклеточного организма — зиготы; дробление — процесс быстро следующих друг за другом ми� тотических делений зиготы, в�� результате чего формируется много� клеточный организм — бластула; гаструляция — процесс направленного перемещения клеток с формированием многослойного организма — гаструлы; органо- и�� гистогенез — окончательное формирование орга� нов и тканей. Прогенез. Половые клетки Прогенез — период, предшествующий развитию нового орга� низма, в течение которого в гонадах родительских особей происхо� дит образование половых клеток с гаплоидным набором хромосом (гаметогенез): в семеннике — сперматозоидов, в яичнике — яйце� клеток (см. гл. 28. Половая система). 7. Общая эмбриология 71 Сперматозоид — подвижная жгутиковая клетка. Яйцеклетка — неподвижная, округлая клетка, значительно превышает по размеру сперматозоид, поскольку кроме всех обязательных органелл (за исключением клеточного центра) несет трофические включения, окружена защитными оболочками. Половые клетки отличаются от соматических: гаплоидным набором хромосом; резко измененным ядерно-цитоплазматическим отношением (в обычных соматических клетках человека ЯЦО составляет 1 : 6—1 : 10, у сперматозоида — 1 : 0,2—1 : 0,5, у яйцеклетки — 1 : 500); сниженным уровнем метаболизма. Нормальный метаболизм клетки может осуществляться только при тесном взаимодействии ядра и цитоплазмы. При наличии гаплоидного набора хромосом и�� необычного ЯЦО у�� половых клеток резко сниженный обмен веществ; высокой специализацией. Половые клетки обладают специальными, выработавшимися в процессе эволюции структурами для выполнения особых функций: встреча и�� соединение гамет, защита зиготы; наличием вспомогательных структур. Из-за высокой специфичности и необычного обмена веществ эти клетки нуждаются в особых условиях обитания, защитных и трофических структурах — жидкая часть спермы, оболочки яйцеклетки. Так, овоцит человека окружен блестящей (прозрачной) оболочкой и слоем фолликулярных клеток (лучистый венец). Кроме того, женские половые клетки отличаются значительным количеством желточных трофических включений. Их количество и распределение в клетке лежат в основе классификации овоцитов. Овоциты классифицируют по следующим признакам: 1) количество желтка — зависит от продолжительности развития и от того, развивается ли зародыш в материнском организме или вне его. По этому признаку выделяют: полилецитальные яйцеклетки�� — большое количество желточных включений (рыбы, пресмыкающиеся, птицы, большинство членистоногих); мезолецитальные�� — среднее количество (амфибии, осетровые рыбы); 72 Часть III. Эмбриология олиголецитальные — малое количество (черви, моллюски, ланцетник, млекопитающие); 2) распределение желтка — зависит от его количества: чем больше желтка, тем более неравномерно он распределен. Существуют следующие виды: телолецитальные�� — желточные включения распределены неравномерно, скапливаются у одного полюса яйцеклетки, который называется вегетативным. Другой полюс, в котором располагается ядро, органеллы и другие включения, называется анимальным. Яйцеклетки могут быть умеренно телолецитальными (амфибии) или резко телолецитальными (рыбы, птицы); изолецитальные — желточные включения распределены относительно равномерно (ланцетник, морской еж). У�� млекопитающих яйцеклетка вторично изолецитальная, так как в процессе эволюции в связи с утратой необходимости запасать питательные вещества желточные включения постепенно исчезают с�� вегетативного полюса; центролецитальные�� — желток скапливается в�� центре (насекомые). Оплодотворение Оплодотворение представляет собой процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, в результате чего возникает зигота, генетические потенции которой берут начало от обоих родителей. При оплодотворении происходит восстановление диплоидного набора хромосом. В процессе оплодотворения выделяют несколько этапов: фаза дистантного взаимодействия, контактного взаимодействия и синкариона (подробное описание этих этапов см в гл. 8. Ранний эмбриогенез человека). Дробление Дробление — это многократные митотические деления зиготы, в результате которых организм становится многоклеточным и получает название бластула. Клетки, формирующиеся при дроблении, — бластомеры. 7. Общая эмбриология 73 Основные характеристики дробления и его отличие от обычного митотического деления: разделившиеся клетки зародыша не растут. Это связано с отсутствием при дроблении G1-периода. Из-за того, что бластомеры не растут, их суммарный объем не превышает объем зиготы; отсутствие увеличения объема бластомеров ведет к восстановлению примерно тех величин ЯЦО, которые свойственны соматическим клеткам данного вида, а значит, к восстановлению обычного метаболизма; главный итог периода дробления — увеличение числа клеток. Если число клеток зародыша не достигнет определенного критического уровня, то невозможными будут адекватные перемещения клеток, составляющие основу гаструляции. В зависимости от количества и распределения желтка в яйцеклетке выделяют следующие типы дробления: 1) полное или неполное. Полным называется дробление, при котором любая борозда дробления проходит через всю зиготу. Такой тип дробления характерен для организмов с олиго- и мезолецитальными яйцеклетками (ланцетник, иглокожие, моллюски, амфибии, млекопитающие). При неполном дроблении из-за большого количества желтка (полилецитальная яйцеклетка) борозды не разделяют полностью зародыш, и большая часть желтка оказывается вне дробления (костистые рыбы, пресмыкающиеся, птицы); 2) равномерное или неравномерное: при равномерном дроблении формируются одинаковые по размеру и количеству желтка бластомеры. Это характерно для организмов с равномерным распределением желтка в изолецитальной яйцеклетке: морские ежи, ланцетник. У остальных видов животных со вторично изолецитальными (млекопитающие), с умеренно и резко телолецитальными яйцеклетками дробление неравномерное. Когда борозда дробления доходит до основной массы желтка, ее дальнейшее продвижение замедляется настолько, что последующие клеточные деления начинаются на анимальном полюсе прежде, чем на вегетативном успевает закончиться первое дробление. В результате помех делению на вегетативном полюсе клетки этого полушария оказываются гораздо крупнее, чем анимального; 3) синхронное или асинхронное. Для синхронного дробления характерны одинаковые темпы деления клеток в разных частях за- 74 Часть III. Эмбриология родыша. Синхронно дробятся зиготы морского ежа, ланцетника, на ранних стадиях — амфибии. У большинства видов животных дробление асинхронное. Таким образом, зигота ланцетника дробится полностью, равномерно и синхронно, зигота амфибии — полностью, но неравномерно и асинхронно, зигота рыб и птиц — не полностью, неравномерно и асинхронно, зигота млекопитающих — полностью, неравномерно и асинхронно. Бластула — организм, формирующийся к концу дробления. Строение бластулы, так же как и тип дробления, зависит от количества и распределения желтка в яйцеклетке. Самая простая по строению бластула (например, у некоторых гидроидных полипов) представляет собой плотный шар, образованный тесно сближенными бластомерами и не имеющий полости,— морула. Бластула ряда животных на ранних стадиях развития сходна с морулой. В большинстве бластул есть полость (бластоцель), окруженная бластодермой — наружным слоем клеток. В бластуле выделяют также крышу, состоящую из мелких бластомеров (анимальный полюс), и дно, содержащее более крупные нагруженные желтком клетки (вегетативный полюс). Граница между крышей и дном называется краевой зоной. Целобластула — шар с полостью правильной сферической фор мы и оболочкой из одного слоя бластомеров — формируется у морского ежа и ланцетника. У амфибий и губок формируется амфибластула, где бластоцель расположен эксцентрично, имеет форму полусферы, крыша ее состоит из нескольких слоев мелких, а дно — из нескольких слоев крупных, содержащих желток бластомеров. Полилецитальные зиготы птиц и рыб дробятся только на анимальном полюсе. В результате образуется состоящий из нескольких клеточных слоев диск, лежащий на нераздробленной массе желтка. Диск несколько выгибается над желтком, и между диском и желтком возникает щелевидная полость — бластоцель. Это дискобластула. Иным образом организована бластула млекопитающих, в том числе и человека. Она похожа на целобластулу, где центрально расположенный бластоцель окружен одним слоем клеток — тро- 7. Общая эмбриология 75 фобластом. У одного из полюсов бластулы расположена немногочисленная группа клеток — эмбриобласт, из которого будет развиваться зародыш, в то время как трофобласт обеспечивает его защиту и питание. Такая бластула называется бластоцистой. Гаструляция Гаструляция — это период эмбрионального развития, при котором происходит размножение, рост, перемещение и дифференцировка отдельных клеток и обширных клеточных пластов. Главным отличием гаструляции от предшествующих периодов эмбриогенеза является приобретение клетками способности к направленным перемещениям, которые приводят к глубокой перестройке зародыша. Если результатом дробления было формирование многоклеточности, то гаструляция приводит к образованию многослойного зародыша. Перемещения клеток отличаются в бластулах разных классов животных. Основными типами гаструляции являются: 1. Инвагинация — это впячивание части стенки бластулы внутрь бластоцеля. Такой способ гаструляции характерен для ланцентика. 2. Эпиболия — обрастание мелкими, быстро делящимися клетками крупных, медленно делящихся клеток, перегруженных желтком, поэтому не обнаруживающих способности к перемещениям. Этот способ гаструляции наблюдается у амфибий, рыб. 3. Деламинация — расщепление бластодермы на два слоя. Элементы деламинации встречаются при гаструляции рыб, птиц, млекопитающих. 4. Иммиграция — активное выселение части клеток стенки бластулы внутрь бластоцеля. Это также довольно распространенный способ гаструляции и встречается у многих позвоночных (рыбы, птицы, млекопитающие). Для удобства рассмотрения хода гаструляции и ее результатов у позвоночных весь процесс условно разделен на два этапа: ранняя и поздняя гаструляция. В течение ранней гаструляции первоначально единый пласт клеток бластулы, реорганизуясь любым из приведенных выше 76 Часть III. Эмбриология способов, образует два слоя. Наружный слой клеток называют эпибластом (у низших — эктодерма), а внутренний — гипобластом (у низших — энтодерма). У низших позвоночных при этом формируется новая полость — гастроцель. Отверстие, ведущее в гастроцель, называют бластопором (первичным ртом), а его края — гу бами. Таким образом, в результате ранней гаструляции формируются двухслойный зародыш и бластопор (или его аналог у высших животных), а у млекопитающих кроме этого еще и некоторые внезародышевые органы. При поздней гаструляции образуются третий зародышевый листок — мезодерма, комплекс осевых органов и внезародышевые органы. После появления мезодермы и определенных преобразований в эпи- и гипобласте эти слои называют соответственно эктои энтодермой. Осевые органы — это хорда, нервная и кишечная трубки. Первой образуется хорда — плотный клеточный тяж, расположенный по средней линии зародыша между экто- и энтодермой. Под ее влиянием в наружном зародышевом листке начинает формироваться нервная трубка. В последнюю очередь энтодерма образует кишечную трубку. Дифференцировка зародышевых листков Зародышевый листок — это совокупность клеток, занимающих определенное положение и имеющих определенные тенденции развития. Четко заданный, хотя и довольно широкий, круг потенций развития окончательно определяется (детерминируется) к концу гаструляции. Таким образом, каждый зародышевый листок развивается в заданном направлении, принимает участие в возникновении определенных тканей и зачатков органов. Каждый отдельно взятый зародышевый листок — это не автономное образование, а часть целого. Зародышевые листки способны дифференцироваться, только взаимодействуя и находясь под воздействием интегрирующих влияний организма как целого. 7. Общая эмбриология 77 Эктодерма делится на две части: нейроэктодерму, которая образует нервную трубку и дифференцируется главным образом в нервную ткань; покровную эктодерму, которая образует многослойный эпителий кожи, ротовой и анальной бухт. Дифференцировка мезодермы. Дорсальные участки мезодермы, лежащие вдоль хорды, разделяются соответственно сегментам нервной трубки на отдельные плотные кубовидные сегменты — сомиты. Каждый сомит разделяется на три части — дерматом, миотом, склеротом, из которых в ходе гистогенеза будут формироваться соединительная ткань кожи, скелетные мышечная и соединительная ткани соответственно. Вентральные отделы мезодермы не сегментируются, а расщепляются на два листка — висцеральный и париетальный (листки спланхнотома), между которыми находится вторичная полость тела (целом). В течение второго месяца эмбриональный целом делится на перикардиальную, плевральную и перитонеальную полости. Листки спланхнотома дают начало однослойному плоскому эпителию (мезотелию), выстилающему эти полости. Участок мезодермы, связывающий сомиты со спланхнотомом, делится на сегменты — сегментные ножки (нефрогонотом). В каудальной части тела зародыша этот участок не сегментируется, а образует нефрогенный тяж. Нефрогонотом дает начало эпителию почек и гонад. Дифференцировка энтодермы. Энтодерма образует эпителий среднего отдела пищеварительного тракта и его желез. Мезенхима — эмбриональная соединительная ткань. Клетки мезенхимы выселяются преимущественно из мезодермы (дерматома и склеротома), также из эктодермы (нейромезенхима) и энтодермы головного отдела кишечной трубки. Мезенхима образована отростчатыми клетками, соединенными между собой цитоплазматическими мостиками (синцитий) и межклеточным веществом. Она рассматривается как полипотентный зачаток, дающий начало различным типам тканей (соединительные и гладкая мышечная ткани). 78 Часть III. Эмбриология Органогенез и гистогенез Органогенез — это процесс формирования органов, а гистогенез — процесс возникновения тканей из малодифференцированного клеточного материала эмбриональных зачатков. Несмотря на то что ткани являются строительным материалом органа и, в известном смысле, подчиненными структурами, процессы гистогенеза редко предшествуют, а, как правило, следуют или сопутствуют формированию зачатков органов. Вместе с тем тканевая детерминация наступает раньше органной. Органогенез можно представить такими формообразующими процессами, как формирование изгибов клеточного пласта, образование складок (например, жаберных), образование последовательных вздутий и перетяжек (пузыри головного мозга), метамеризация мезодермы, формирование узелков, фолликулов, трабекул, канальцев и пр. Элементарными компонентами гистогенеза являются клеточное размножение, клеточный рост, клеточные перемещения, дифференцировка клеток и неклеточных производных, межклеточные и межтканевые взаимодействия и отмирание клеток. Внезародышевые органы Внезародышевые (временные, провизорные) органы формируются в период эмбрионального развития вне тела зародыша, но принимают активное участие в процессах роста и развития эмбриона и перестают функционировать при рождении. Первым в филогенезе внезародышевым органом появляется желточный мешок у рыб. Он необходим для сохранения питательных веществ при удлиненном, по сравнению с предшествующими формами, времени развития. С выходом на сушу возникла потребность создания водной среды вокруг зародыша как среды более термостабильной, предохраняющей наружные покровы от высыхания и механических повреждений, химически менее инертной. По этой причине возникает амниотическая оболочка. Для дыхания и выделения продуктов метаболизма также необходимы вспомогательные органы. 7. Общая эмбриология 79 Желточный мешок У всех видов животных, кроме млекопитающих, основной функцией желточного мешка является трофическая. Желток, который хранится в этом провизорном органе, расщепляется специальными ферментами клеток внезародышевой энтодермы и по сосудистой системе поступает в организм зародыша. В стенке желточного мешка всех видов животных формируются первые клетки крови и кровеносные сосуды, которые устанавливают связь с сосудистой системой плода. Из стенки желточного мешка в организм зародыша по кровеносной системе поступают клетки крови и первичные половые клетки. Амниотическая оболочка Эпителий этого внезародышевого органа продуцирует и резорбирует жидкость, наполняющую амниотическую полость. Околоплодные воды служат защитой от возможных внешних повреждений, нежные части растущего зародыша не травмируются друг о друга, не высыхают и не срастаются. Амниотическая жидкость имеет сложный химический состав, изменяющийся в ходе эмбриогенеза. Она необходима для дифференцировки клеток наружной поверхности зародыша, имеет значение для формообразовательных процессов: создает необходимое давление для развития ротовой и носовой полостей, легких. Вещества, которые секретируются амниотической оболочкой, необходимы для становления функции полостных органов. Аллантоис Аллантоис развивается как выпячивание стенки задней кишки. У птиц и рептилий аллантоис проникает под серозную оболочку, разрастается и выполняет вместе с ней дыхательную функцию. Кроме того, он работает как орган выделения — до вылупления зародыша в аллантоисе накапливаются продукты метаболизма. Аллантоис млекопитающих небольших размеров и его роль сводится к проведению сосудов от зародыша в хорион и, значит, к плаценте. 80 Часть III. Эмбриология Серозная оболочка. Хорион. Плацента Самой наружной внезародышевой оболочкой, примыкающей к скорлупе или к стенке матки и поэтому служащей местом обмена между зародышем и окружающей средой, является серозная оболочка (рептилии, птицы) или хорион (млекопитающие). Серозная оболочка разрастается под скорлупой и принимает участие в дыхании. Хорион млекопитающих участвует в формировании плаценты и играет основную роль в дыхании, питании эмбриона, выделении продуктов метаболизма, синтезе веществ. Формирование хориона начинается с того момента, когда трофобласт внедряется в стенку матки. Для увеличения площади соприкосновения с тканями матери хорион образует выросты — ворсинки. Ворсинчатый хорион и часть стенки матки образуют плаценту. В зависимости от степени разрушения стенки матки и типа питания зародыша у млекопитающих выделяют следующие типы плацент: эпителиохориальная — ворсинки хориона врастают внутрь маточных желез, при этом эпителий ворсин контактирует с эпителием матки (лошадь, свинья, дельфин, кит); десмохориальная — эпителий маточных желез разрушается, и хорион вступает в контакт с соединительной тканью (корова, овца). В плацентах этих типов хорион поглощает из материнских тканей белки и расщепляет их; синтез белков, необходимых эмбриону, происходит в его печени. Новорожденные этих видов животных достаточно быстро приспосабливаются к самостоятельной жизни; эндотелиохориальная — ворсинки хориона разрушают эпителий и соединительную ткань и контактируют с эндотелием сосудов (кошачьи, псовые, тюлени, моржи); гемохориальная — ворсинки хориона разрушают эпителий, соединительную ткань и стенки сосудов матки и непосредственно контактируют с кровью матери (крот, летучая мышь, крыса, кролик, человек). 7. Общая эмбриология 81 В плацентах последних двух видов хорион усваивает из материнских тканей аминокислоты и сам синтезирует эмбриоспецифические белки. Новорожденные этих видов животных длительное время не способны к самостоятельной жизни. Плацента выполняет множество функций. Прежде всего она обеспечивает насыщение крови плода кислородом и перенос в кровь матери углекислоты из-за разности парциального давления этих газов в крови матери и плода (дыхательная функция). Плацента обеспечивает трофику плода: через трофобласт путем диффузии поступают питательные вещества из крови матери, а обратно — продукты обмена веществ плода (трофическая и выделительная функции). Газы и питательные вещества проходят через плацентарный барьер. Этот же барьер выполняет защитную функцию: препятствует проникновению в кровь плода некоторых микроорганизмов, ряда ядовитых веществ и др. Кроме того, плацента продуцирует гормоны (эндокринная функция). При изучении внезародышевых органов необходимо помнить, что их дифференцировка идет по ускоренному пути, они выполняют специфические функции, в то время как сам зародыш представлен еще малодифференцированными эмбриональными зачатками, и прекращают свое существование, деградируют в ходе эмбрионального развития или к моменту рождения. 8. РАННИЙ ЭМБРИОГЕНЕЗ ЧЕЛОВЕКА Характеристика половых клеток Сперматозоид — подвижная клетка, состоящая из головки и жгутика (рис. 8.1). Длина сперматозоида — 60—70 мкм, при этом длина головки составляет всего 4—5 мкм. В головке находится ядро с гаплоидным набором хромосом и акросома, содержащая набор ферментов, участвующих в оплодотворении. Между головкой и хвостом располагается шейка — короткий (1—1,5 мкм) участок, в котором находятся 2 центриоли, от одной из них начинается аксонема — осевая нить хвоста. Хвост делится на 3 части: промежуточный отдел (5—7 мкм), главный (40—45 мкм) и концевой (5—10 мкм). Промежуточный отдел содержит аксонему, окруженную специфическими элементами цитоскелета, так называемыми наружными фибриллами, а снаружи — митохондриальную спираль. Энергия АТФ обеспечивает волнообразные изменения формы хвоста сперматозоида и перемещения гаметы со скоростью 30—66 мкм/с. В главном отделе хвоста отсутствует митохондриальная спираль, а концевом отделе исчезают и специфические элементы цитоскелета, аксонема покрыта лишь мембраной. 1 10 2 4 9 8 6 3 7a 7 5 6 Рис. 8.1. Схема строения сперматозоида [65]: 1 — головка; 2 — шейка; 3 — промежуточный отдел; 4 — концевой отдел; 5 — главный отдел; 6 — элементы цитоскелета; 7 — митохондрия; 7а — митохондриальная спираль; 8 — аксонема; 9 — плазматическая мембрана; 10 — центриоль 8. Ранний эмбриогенез человека а б 83 в б 5 9 ZP2 1 10 4 2 3 9 4 2 в 6 ZP1 7 ZP3 8 3 Рис. 8.2. Овоцит человека [12]: а — схема строения овоцита [65]; б — схема участка овоцита с фолликулярными клетками; в — схема молекулярного строения прозрачной оболочки; 1 — овоцит; 2 — ядро овоцита; 3 — цитоплазма овоцита; 4 — прозрачная оболочка; 5 — фолликулярные клетки; 6 — кортикальные гранулы; 7 — структуры, содержащие морфогены; 8 — кортикальный слой; 9 — митохондрии овоцита; 10 — отростки фолликулярных клеток; ZP — белковые части гликопротеиновых молекул прозрачной оболочки Овоцит человека имеет диаметр около 130 мкм, содержит ядро с гаплоидным набором хромосом (рис. 8.2). В цитоплазме развит аппарат синтеза белка, имеется небольшое количество желточных гранул, распределенных равномерно. В кортикальном (периферическом) слое цитоплазмы располагаются кортикальные гранулы, содержащие протеолитические ферменты, полисахариды и белки. Ферменты и полисахариды во время оплодотворения препятствуют полиспермии; другие белки и полисахариды участвуют в формировании оболочки оплодотворения. Овоцит имеет две оболочки: прозрачную (блестящую) и фолликулярную (лучистый венец). Вокруг оволеммы располагается прозрачная оболочка, являющаяся продуктом секреции половой и фолликулярных клеток. Прозрачная оболочка состоит из густой сети тонких гликопротеиновых нитей и белков ZP1, ZP2, ZP3. Сперматозоиды имеют рецепторы к ZP3, после связывания с которым начинается акросомная реакция. ZP2 — вторичный рецептор сперматозоида, дополнительно связывающий мужскую половую клетку. Прозрачная оболочка окружена снаружи лучистым венцом из фолликулярных эпителиоцитов, которые связаны с овоцитом по- 84 Часть III. Эмбриология средством щелевых контактов и десмосом. Фолликулярные клетки выполняют трофическую и защитную функции. Яйцеклетка человека олиголецитальная и вторично изолецитальная. Этапы эмбриогенеза Эмбриональное развитие человека делится на четыре этапа: 1) оплодотворение (продолжительность этого этапа около 24 ч); 2) дробление (с начала 2-х до конца 5-х сут.); 3) гаструляция (с начала 6-х до 20—21-х сут.); 4) гисто- и органогенез (с начала 4-й до конца 40-й нед.). В течение первых двух недель (герминативный период) развивающийся организм получает название концептуса, с начала 3-й до конца 9-й недели (эмбриональный или зародышевый период) — эмбриона (зародыша), с начала 10-й до конца 40-й недели или до родов (плодный или фетальный период) — плода. Составные компоненты и механизмы регуляции эмбриогенеза Процесс развития — это процесс формирования из относительно однородного материала зиготы сложного организма с большим разнообразием элементов и их функций. Этот процесс контролируется и наследственно заложенными факторами — геномом, и эпигенетическими механизмами, в том числе и случайными. Основными компонентами эмбрионального развития, обеспечивающими усложнение структуры, являются: 1) пролиферация; 2) миграция; 3) адгезия; 4) детерминация; 5) дифференцировка; 6) рост клеток; 7) гибель клеток. Пролиферация — размножение клеток путем митотического деления. Деление клеток в процессе эмбриогенеза происходит очень быстро; клетки накапливаются, формируется оптимальная численность клеток, необходимых для создания определенных структур (критическая масса клеток). 8. Ранний эмбриогенез человека 85 Миграция. Начиная с периода гаструляции, в формирующемся организме происходит перемещение клеток и клеточных потоков, поскольку каждая клетка должна занять свое место в формирующемся организме. Миграция клеток вместе с их пролиферацией в эмбриогенезе способствует формообразованию органов (образование пластов, складок, ямок). Миграция клеток характерна для развития органов центральной и периферической нервной системы, мигрируют гонобласты из стенки желточного мешка, из сомитов — будущие миобласты, хондробласты, остеобласты и пр. Вначале клетки мигрируют пассивно (выталкиваются увеличивающимся объемом соседних клеток), но по мере развития организма они выбирают направление миграции с помощью определенных рецепторов на своей поверхности. В этом случае клетки обладают позиционной информацией (набор рецепторов определяет позицию, «место поселения»). В этом случае миграция невозможна без адгезии. Адгезия (от лат. adhаesio — прилипание) — взаимодействие клеточных поверхностей соседних клеток или поверхностей клетки и элементов межклеточного матрикса. Этот контакт осуществляется за счет комплементарного взаимодействия белков плазмолемм соседних клеток или белков плазмолеммы и элементов межклеточного матрикса. Благодаря определенному набору белков клеточной поверхности клетки обладают способностью к избирательному узнаванию других клеток, прикрепляясь к одним и мигрируя по поверхности других. Избирательное взаимодействие соседствующих клеток приводит к тому, что клетки разных типов располагаются определенным образом, формируя разные ткани и органы. Детерминация — это выбор и закрепление конкретного пути развития клетки в результате постепенной экспрессии одних генов и репрессии других. При детерминации происходит ограничение возможностей развития в разных направлениях, остается лишь один путь. Ограничение возможностей развития в других направлениях вследствие уже сделанного выбора (детерминации) называется коммитированием. Детерминация клетки незаметна, никаких явных изменений в ней не обнаруживается, так как детерминация происходит на уровне транскрипции, процессинга и сплайсинга. В ядрах клеток, 86 Часть III. Эмбриология имеющих одинаковый генотип, в ходе детерминации происходит репрессия определенной части генома, которая в дальнейшем уже не будет активна. Существует много теорий, объясняющих данный процесс. Например, это существование тканеспецифических энхансеров или энхансеров, которые активируются только на определенных этапах развития. Так, образование HbE (embryon — эмбрионального), HbF (fetus — плодного), HbA (adult — взрослого) зависит от появления специфических энхансеров в определенный период. В ходе процессинга удаление интронов из про-мРНК также дает возможность получения разных мРНК для синтеза разных белков. Например, миобласты и некоторые немышечные клетки содержат одинаковую про-мРНК, но только в ядрах миобластов происходит ее процессинг с образованием конечной мРНК для синтеза миозина. Детерминация в ходе нормального эмбриогенеза является необратимым процессом. Дифференцировка — приобретение клеткой специальных структур и способности выполнять определенные функции на основе прошедшей детерминации. Детерминированные клетки следуют только по определенному пути дифференцировки. Последовательно протекающие этапы дифференцировки детерминируют друг друга, определяя направление развития. В отличие от детерминации дифференцировка обнаруживает себя появлением каких-либо новых макромолекул или структур, поскольку происходит на уровне трансляции и посттрансляционных модификаций путем активации или разрушения факторов инициации трансляции либо путем маскировки мРНК белками или другими способами. Благодаря этим процессам в разных клетках происходит синтез разных веществ, образование специфических органелл. Клетка приобретает свои структурно-функциональные особенности — дифференцируется. В ходе эмбриогенеза условно выделяют четыре этапа дифференцировки: оотипическую, бластомерную, зачатковую, тканевую. Оотипическая дифференцировка протекает в ходе оплодотворения и представляет собой процесс, в результате которого возникают различия между отдельными участками зиготы. Одним из 8. Ранний эмбриогенез человека 87 механизмов оотипической дифференцировки является сегрегация цитоплазмы яйцеклетки (перемещение ее органелл, включений при проникновении ядра сперматозоида). Перераспределение мРНК и белков обеспечивает биохимическую неоднородность разных локусов зиготы, а значит, будущих бластомеров. Бластомерная дифференцировка — это процесс формирования разнородных бластомеров (например, эмбрио- и трофобласта). Дифференцировка бластомеров предопределена оотипической дифференцировкой — бластомеры разнородны, так как формируются из разных по свойствам локусов зиготы. Кроме того, появление разных бластомеров обеспечивается новым механизмом — межклеточными взаимодействиями, благодаря которым клетки обмениваются веществами и информацией. Бластомерная дифференцировка предопределяет, детерминирует процессы гаструляции. В ходе гаструляции имеет место третий этап дифференцировки — зачатковая дифференцировка. Основными механизмами дифференцировки на этом этапе остаются межклеточные взаимодействия. На их основе появляется новый механизм — индукция. Индукция — это влияние одних структур на прилегающие к ним другие, в результате чего они развиваются в направлении ином, чем они развивались бы без этого воздействия. Индукторами могут быть самые обычные факторы, такие как питательные вещества или кислород, уровень рН, определенная концентрация солей, а на более поздних стадиях развития — гормоны, медиаторы и множество еще не установленных химических веществ. Таким образом, и н д у к ц и я — это влияние микроокружения, которое приводит к репрессии или экспрессии генов, компетентных реагировать на данные факторы. П е р в и ч н а я э м б р и о н а л ь н а я и н д у к ц и я — это влияние хорды на вышележащий клеточный пласт эктодермы с формированием нервной пластинки. В ходе органо- и гистогенеза происходит окончательная детерминация клеток и дифференцировка большинства из них в дефинитивные ткани в составе определенных органов — тканевая дифференцировка. Как из клеток формируются ткани? Почему клетки мигрируют в строго определенные участки? Как ткани объединяются в органы? Почему органы образуются в строго определенном месте? Все эти вопросы касаются аспектов про- 88 Часть III. Эмбриология странственной организации клеток, происходящей в процессе органо- и гистогенеза. Основные механизмы, обеспечивающие тканевую дифференцировку, принципиально не отличаются от таковых при зачатковой: это межклеточные и индукционные взаимодействия. Однако в отличие от предыдущих этапов дифференцировки в ходе органо- и гистогенеза и те и другие взаимодействия происходят между клеточными группами, которые принадлежат разным зародышевым структурам, а в дальнейшем — разным тканям. Например, для формирования некоторых органов (слюнные железы, почка, легкие и пр.) необходимо, чтобы пласт эпителиальных клеток взаимодействовал с группой мезенхимных клеток. Ни эпителий без мезенхимы, ни мезенхима без эпителия не образуют специфических структур (концевых отделов, нефронов, трубочек или гладких миоцитов, хрящей соответственно). Поэтому межклеточные взаимодействия групп клеток обычно называют б л и ж н и м и т к а н е в ы м и в з а и м о д е й с т в и я м и или в т о р и ч н о й и н д у к ц и е й. Существуют и дальние тканевые взаимодействия посредством факторов роста, гормонов, кейлонов. Именно ближние и дальние тканевые взаимодействия лежат в основе координированного развития тканей и органов. Рост клеток — увеличение массы и размеров структуры за счет пролиферации клеток или возрастания их объема. Происходит на всех этапах развития. Гибель клеток в эмбриогенезе лежит в основе развития многих органов и систем, без нее невозможно нормальное развитие. Примерами апоптоза в эмбриогенезе может служить гибель эпителиальных структур межпальцевых промежутков, гибель центральной части эпителия при образовании полостей и канальцев, рассасывании мембран (ротовая, анальная мембрана) и пр. Оплодотворение Оплодотворение представляет собой процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида, в результате чего возникает зигота, генетические потенции которой берут начало от обоих родителей. При оплодотворении происходит восстановление диплоидного набора 8. Ранний эмбриогенез человека 89 хромосом. Оплодотворение происходит в ампулярной части маточной трубы и делится на несколько фаз: дистантного взаимодействия, контактного взаимодействия и синкариона. Фаза дистантного взаимодействия. Основное значение фазы дистантного взаимодействия — обеспечение встречи гамет. В женском организме существуют механизмы и повышающие, и снижающие вероятность встречи гамет: «режим наибольшего благоприятствования» для транспорта клеток в период овуляции, физические и химические «препятствия» в остальное время цикла, непродолжительная жизнеспособность и/или способность к оплодотворению у половых клеток, защита от генетически чужеродного вмешательства; различные заболевания как общего характера, так и половой сферы. Основным фактором сближения гамет считается хемотаксис — направленное движение сперматозоида по градиенту концентрации веществ, выделяемых овоцитом. Такое привлечение сперматозоидов доказано для многих животных. Очевидно, подобный механизм характерен и для человека, однако природа аттрактантов точно не установлена. Вещества, которые привлекают, активируют или подавляют движение сперматозоидов, объединяют под общим названием — гамоны. Другим немаловажным фактором встречи гамет является движение сперматозоида против тока секрета в половых путях (положительный реотаксис). Ток жидкости в яйцеводах является результатом мерцания ресничек эпителиоцитов и сокращения мышечной оболочки, чему способствует достаточный уровень эстрогенов и некоторые другие факторы. Секреторные эпителиоциты маточных труб выделяют белки и гликозаминогликаны и принимают участие в важном процессе — капацитации — приобретении сперматозоидом оплодотворяющей способности: при перемещении спермия по маточным трубам с его поверхности удаляются соединения, блокирующие активные центры рецепторных молекул, способных узнавать ZP-белки прозрачной оболочки овоцита. Фаза контактного взаимодействия. Основное значение этой фазы — удаление оболочек овоцита. Эта фаза начинается с удаления наружной оболочки овоцита — лучистого венца. Совместное действие секрета эпителия яйцеводов и ферментов неко- 90 Часть III. Эмбриология торого количества сперматозоидов индуцирует разрушение межклеточных контактов фолликулярных клеток лучистого венца. В результате биения жгутиков сперматозоидов яйцеклетка совершает вращательные движения вокруг своей оси. При этом с поверхности овоцита удаляются уже не связанные между собой клетки лучистого венца (денудация овоцита). После удаления лучистого венца обнажается прозрачная оболочка. Для преодоления этой оболочки необходимо, чтобы рецепторные молекулы на мембране сперматозоида комплементарно соединились с ZP-белками прозрачной оболочки. Их взаимодействие запускает акросомную реакцию, которая представляет собой слияние плазмолеммы сперматозоида с мембраной акросомы, а значит, выход из клетки ферментов акросомы. Эти ферменты расщепляют прозрачную оболочку, в ней формируется узкий канал, по которому сперматозоид вплотную подходит к цитолемме овоцита. При контакте мембран овоцита и сперматозоида начинается экзоцитоз кортикальных гранул (кортикальная реакция). Высвободившиеся из кортикальных гранул протеолитические ферменты разрушают ZP-белки прозрачной оболочки, что блокирует полиспермию. Выделенные полисахариды и белки видоизменяют прозрачную оболочку (некоторые авторы считают ее новой оболочкой — оболочкой оплодотворения). Фаза синкариона. Последняя фаза оплодотворения включает формирование и сближение пронуклеусов гамет. Когда пронуклеусы приходят в соприкосновение, их оболочки разрушаются, хромосомы конденсируются, образуют единую материнскую звезду — начинается первое митотическое деление. Зигота — диплоидная клетка, которая формируется в результате оплодотворения и представляет собой не просто сумму двух гаплоидных гамет. Это качественно новый организм, отличающийся, прежде всего, своими широкими перспективами, возможностью дать начало совершенно уникальному организму и всем составляющим его структурам, а также активным метаболизмом. Зигота существует небольшой промежуток времени — от сближения пронуклеусов (синкарион) до формирования единой материнской звезды хромосом (начало митотического деления). 8. Ранний эмбриогенез человека 91 Дробление. Строение бластулы Дробление — это многократные митотические деления зиготы, в результате которых зародыш становится многоклеточным и получает название бластулы. Клетки, формирующиеся при дроблении, называются бластомерами. Дробление зиготы человека полное, неравномерное, асинхронное. Процесс дробления начинается в маточной трубе. Первое дробление длится около 30 ч, в результате образуются два несколько отличных по величине бластомера. К 3-м суткам после оплодотворения дробление ускоряется, концептус достигает стадии морулы и состоит из 12—16 бластомеров. На 4-е сутки он выходит в полость матки, где еще двое суток (5 и 6-е) находится в свободном состоянии. С 4-х суток внутри концептуса образуется полость. С этого времени концептус называется бластулой (бластоцистой), в которой выделяют две части. Внутренняя клеточная масса, состоящая из темных крупных, медленно делящихся клеток, называется эмбриобластом; из него будут развиваться зародыш и некоторые внезародышевые органы. Периферические светлые клетки, более мелкие и быстро делящиеся, окружают полость бластулы и эмбриобласт и образуют трофобласт, который обеспечивает питание и защиту зародыша. Когда число клеток достигает определенного критического уровня, разрушается прозрачная оболочка (оболочка оплодотворения). Это происходит на 6-е сутки после оплодотворения. Имплантация Имплантация бластоцисты в стенку матки происходит на 6—7-е сутки после оплодотворения, что соответствует 21—22-му дню менструального цикла (секреторная фаза). К началу имплантации трофобласт достигает определенной стадии дифференцировки и разделяется на два слоя: внутренний цито- (ЦТБ) и наружный симпластотрофобласт (СТБ). СТБ синтезирует протеолитические ферменты, необходимые для инва- 92 Часть III. Эмбриология зии в стенку матки, и многие биологически активные вещества, например хорионический гонадотропин — гормон, который синтезируется с 10—12-го дня эмбриогенеза и необходим для продолжения функционирования желтого тела (желтого тела беременности). Имплантацию условно делят на три фазы: противостояния (аpposition), прикрепления, или прилипания (attachment, adhesion) и внедрения, или инвазии (invasion). В ходе противостояния бластоциста некоторое время находится во взвешенном состоянии у места будущей имплантации. Очевидно, в это время происходит оценка готовности трофобласта и эпителия матки в процессе обмена сигнальными молекулами. Во второй фазе имплантации — фазе прилипания — трофобласт посредством молекул клеточной адгезии прикрепляется к поверхностным эпителиальным клеткам эндометрия и дифференцируется на ЦТБ и СТБ. В фазе инвазии СТБ выделяет протеолитические ферменты, которые разрушают эпителий, затем соединительную ткань и стенки сосудов слизистой оболочки матки, что обеспечивает внедрение концептуса и питание за счет разрушенных децидуальных клеток. Если до 7-х суток концептус питался за счет собственных продуктов (аутотрофное питание), то с 7-х до 14-х суток развития трофобласт доставляет клеткам эмбриобласта питательные вещества из разрушенных материнских тканей (гистиотрофный тип питания). В течение 7—8-х суток после оплодотворения концептус целиком погружается в слизистую оболочку матки. Гаструляция Гаструляция — это период эмбрионального развития, при котором происходит не только размножение, но и рост, перемещение и дифференцировка отдельных клеток, обширных клеточных пластов и формируются зародышевые листки и зачатки органов. Первый этап гаструляции у человека начинается с 6-х суток и осуществляется путем деламинации: эмбриобласт расще- 8. Ранний эмбриогенез человека 93 пляется на два слоя — эпибласт (слой цилиндрических клеток, прилежащий к трофобласту) и гипобласт (слой плоских клеток, обращенный к бластоцелю). Эпибласт и гипобласт образуют двухслойную структуру — зародышевый (эмбриональный) диск (рис. 8.3). а 10 11 5 6a 6 3 б 11 12 10 6 4 9 2 10 8 7 5 1 4 9 Рис. 8.3. Ранняя гаструляция [65]: а — 8-е сутки эмбриогенеза (формирование желточного и амниотического пузырьков); б — 10-е сутки эмбриогенеза (формирование слоев внезародышевой мезодермы возле эпителиальных выстилок внезародышевых органов); 1 — эмбриональный диск; 2 — эпибласт; 3 — гипобласт; 4 — цитотрофобласт; 5 — симпластотрофобласт; 6 — амниотическая полость; 6а — внезародышевая эктодерма амниотического пузырька; 7 — стенка желточного мешка; 8 — внезародышевая мезодерма; 9 — эпителий матки; 10 — маточные железы; 11 — капилляры матки; 12 — лакуны 94 Часть III. Эмбриология Особенностью гаструляции у человека является раннее формирование внезародышевых органов. В течение первого этапа гаструляции из эпи- и гипобласта выселяются клетки, которые участвуют в образовании этих органов. Второй этап гаструляции — миграция — начинается с 14— 15-х суток. Миграционные процессы происходят главным образом в эпибласте. Клетки, расположенные по периферии эпибласта, начинают перемещаться к одному из его полюсов — будущему заднему концу зародыша. Клеточные потоки, встретившись у этого полюса, поворачивают и продолжают движение по срединной линии к центру эпибласта. По ходу их миграции формируется центрально расположенное утолщение — первичная полоска, которая намечает переднезаднюю ось зародыша. На переднем конце первичной полоски в центре зародышевого диска формируется округлое утолщение — первичный узелок (рис. 8.4). Следующим этапом является миграция клеток эпибласта через первичные узелок и полоску. Эти структуры состоят из непрерывно сменяющих друг друга клеточных потоков. Так, клеточные потоки, мигрирующие через первичный узелок, движутся вперед по срединной линии между эпи- и гипобластом. Они формируют хорду. Эти клетки (хорда) перемещаются кпереди, пока не встретят на своем пути прехордальную пластинку — утолщение эпибласта в головном отделе. Клетки в области первичной полоски по всей ее длине инвагинируют под эпибласт и разделяются на два потока. Один движет5 Рис. 8.4. Поздняя гаструляция [65]: 1 — хорда; 2 — первичный узелок; 3 — первичная полоска; 4 — каудальный конец зародышевого щитка; 5 — головной конец зародышевого щитка; — пути миграции клеток через первичный узелок и первичную пластинку на 15—16-е сутки эмбриогенеза 1 2 3 4 8. Ранний эмбриогенез человека 95 ся вентрально и вытесняет гипобласт на периферию, за границы зародышевого диска. Из этого клеточного потока формируется зародышевая энтодерма. Второй мигрирующий поток распространяется между эпи- и гипобластом и дает начало мезодерме зародыша. Оставшиеся после миграции клетки эпибласта образуют экто дерму. Сформированная хорда является организатором, который опре деляет судьбу вышерасположенного участка эктодермы. В ходе первичной эмбриональной индукции происходит детерминация клеток, дающих начало нервной ткани. Под действием нейрализующего фактора хорды дорсальная эктодерма утолщается, клетки, расположенные над хордой, удлиняются, становятся призматическими — формируется нервная пластинка, начинается нейруляция — процесс закладки органов нервной системы, который начинается в середине 3-й и в основном завершается в середине 4-й недели эмбриогенеза. На 20—21-е сутки боковые края зародышевого диска подворачиваются книзу так, что замыкают зародышевую энтодерму в трубку. Формируется третий осевой зачаток — кишечная трубка. Таким образом, к окончанию гаструляции формируется организм, состоящий: из трех зародышевых листков (экто-, мезо- и энтодермы; их источник — эпибласт); трех осевых зачатков органов (хорды, нервной и кишечной трубок); внезародышевых органов (амнион, желточный мешок, аллантоис, хорион). Дифференцировка зародышевых листков Дифференцировка эктодермы. С 16-х суток первичная эктодерма, лежащая над хордальным отростком, образует нервную пластинку, затем желобок и замыкается в нервную трубку, погружаясь под эктодермальный пласт. Тем самым эктодерма подразделяется на две части: 96 Часть III. Эмбриология нейроэктодерму, состоящую из (а) нервной трубки и (б) нервного гребня, лежащего между нервной трубкой и покровной эктодермой. Из нервной трубки формируются органы ЦНС. Клетки нервного гребня мигрируют и образуют нервные и глиальные клетки спинномозговых и вегетативных ганглиев, мозговое вещество надпочечников и пигментные клетки; покровную эктодерму, которая также состоит из двух частей: (а) кожной эктодермы и (б) эктодермальных плакод. Кожная эктодерма образует эпителий кожи, ротовой и анальной бухт. Эктодермальные плакоды — парные утолщения эктодермы по бокам головы, которые в ходе развития, погружаясь, теряют связь с наружным покровом. Из эктодермальных плакод формируется хрусталик глаза и слуховой пузырек. Дифференцировка мезодермы начинается с 20-х суток эмбриогенеза. Мезодерма с каждой стороны зародышевого диска делится на три части: дорсальная (или параксиальная), промежуточная и вентральная (или латеральная). В непосредственной близости от нервной трубки и хорды клетки мезодермы образуют плотные скопления. Это дорсальная мезодерма, которая сегментируется на отдельные сомиты. Первые сомиты образуются в будущей затылочной области эмбриона и формируются в каудальном направлении (примерно по 3 пары сомитов в день). К концу 5-й недели развития уже сформированы 42—44 пары сомитов. Сомиты приподнимают поверхность эмбриональной эктодермы и хорошо видны при световой микроскопии, поэтому подсчет их количества используется как один из критериев определения возраста эмбриона. Сомиты определяют сегментацию хорды, нервной трубки, промежуточной мезодермы. Они являются предшественниками элементов осевого скелета и связанных и ним мышц и кожи. Клетки сомитов мигрируют и служат источником развития разных структур. Так, в каждом сомите вентрально расположенные клетки (склеротом) после активной пролиферации и миграции образуют осевой скелет (кости черепа и позвоночного столба, ребра, грудину). После завершения миграции клеток склеротома оставшиеся клетки сомитов разделяются на наружные — дерматом и внутренние — миотом. Из них в дальнейшем развиваются дерма и скелетная мышечная ткань соответственно. 8. Ранний эмбриогенез человека 97 Промежуточная мезодерма — это участок, связывающий сомиты с вентральной мезодермой. Она также разделяется на сегментные ножки (нефрогонотом). На заднем конце тела зародыша промежуточная мезодерма не сегментируется, а образует нефрогенный тяж. Нефрогонотом дает начало эпителию всех трех генераций почек и гонад. Вентральные отделы мезодермы не сегментируются, а расщепляются на два листка — висцеральный и париетальный (листки спланхнотома), между которыми находится вторичная полость тела (целом). В течение второго месяца эмбриональный целом делится на перикардиальную, плевральную и перитонеальную полости. Листки мезодермы дают начало эпителиальной ткани (мезотелию), выстилающей эти полости, а также корковому веществу надпочечников, сердечной мышечной ткани. Дифференцировка энтодермы. Энтодерма образует однослойный эпителий среднего отдела пищеварительного тракта (желудка, тонкого и толстого кишечника) и его желез (печени и поджелудочной железы). Мезенхима — эмбриональная соединительная ткань. Клетки мезенхимы выселяются главным образом из мезодермы (дерматома и склеротома), эктодермы (нейромезенхима) и энтодермы головного отдела кишечной трубки. Мезенхима образована отростчатыми клетками, соединенными между собой цитоплазматическими мостиками (синцитий), и межклеточным веществом. Она рассматривается как плюрипотентный зачаток, дающий начало крови, сосудам, соединительным и гладкой мышечной тканям. Подробно дифференцировка зародышевых листков представлена в табл. 8.1. Пигментные клетки Мозговое вещество надпочечников, хромаффинная ткань Спинальные и вегетативные ганглии, периферические нервы ЦНС, эпифиз, задняя доля гипофиза Сетчатка, нейроны органа обоняния Нервный гребень Нервная трубка Нейроэктодерма Эпителий трахеи, бронхов, альвеол Эпителий передней доли гипофиза Эпителий органов ротовой полости и ее желез, глотки, пищевода и его желез Прехордальная пластинка Эпителий желудка, кишечника, их желез, печени, желчного пузыря и желчевыводящих путей, поджелудочной железы Энтодерма Энтодерма Эпителий барабанной полости, евстахиевой трубы, щиЭмаль зубов товидной, Переходный, паращитовидной, вилочковлагалищвой желез ный эпителий Эпителий преддверия ротовой полости, анального отдела прямой кишки Эпителий внутреннего уха, роговицы, хрусталик Эпидермис, волосы, ногти, эпителий желез Кожная Эктодерма Хрящевая и костная ткани Скелетная мышечная ткань Дерма кожи Сомиты Эпителий почек, семявыводящих путей, матки и яйцеводов Нефротом Листки спланхнотома Гладкая мышечная ткань Соединительная ткань внутренних органов Сосуды, эндокард Кровь, лимфа Мезенхима Таблица 8.1 Сердечная мы- Микроглия шечная ткань Корковое вещество надпочечника Эпителий гонад Эпителий серозных полостей Мезодерма Основные производные зародышевых листков 98 Часть III. Эмбриология 8. Ранний эмбриогенез человека 99 Гистогенез и органогенез Органогенез — это процесс формирования органов, а гистогенез — процесс возникновения тканей из малодифференцированного клеточного материала эмбриональных зачатков. Несмотря на то что ткани являются строительным материалом органа и, в известном смысле, подчиненными структурами, процессы гистогенеза редко предшествуют, а, как правило, сопутствуют формированию зачатков органов или следуют за ним. Фактически гисто- и органогенез начинаются еще в периоде гаструляции (3-я неделя), когда формируется комплекс зачатков осевых органов, обособляются покровная эктодерма и нейроэктодерма, начинается формирование органов нервной и сердечнососудистой систем (табл. 8.2). Таблица 8.2 Сроки закладки основных органов в эмбриогенезе человека Срок Конец 3-й недели 4-я неделя Органы Происходящие процессы НС Замыкание нервной трубки ССС Формирование сокращающейся сердечной трубки ЖКТ Формирование кишечной трубки; закладка печени МочС Закладка предпочки НС Образование трех мозговых пузырей ОЧ Образование слуховых и хрусталиковых плакод ССС Закладка клапанов сердца и перегородок ДС Закладка трахеи и легкого ЖКТ Закладка ротовой бухты, языка, пищевода, желудка, поджелудочной железы ИмС Закладка тимуса ЭС Закладка гипофиза, щитовидной и паращитовидной желез МочС Закладка первичной почки 100 Часть III. Эмбриология Окончание табл. 8.2 Срок 5-я неделя 6-я неделя 7-я неделя 8-я неделя Органы Происходящие процессы ДС Закладка долей легкого ЭС Закладка эпифиза МочС Закладка окончательной почки ПС Закладка половых валиков ОЧ Закладка наружного уха и глазного яблока ССС Образование четырех камер сердца ДС Закладка бронхиального древа ИмС Закладка лимфоузлов ЭС Закладка коры надпочечников ПС Заселение половых валиков гоноцитами ИмС Закладка селезенки ЭС Закладка мозгового вещества надпочечников ИмС Закладка ККМ ПС Дифференцировка по мужскому и женскому типам Нейруляция — это процесс закладки органов нервной системы, который начинается в середине 3-й и в основном завершается в середине 4-й недели эмбриогенеза. Нейруляция начинается с образования нервной пластинки на 16-е сутки эмбриогенеза. Края утолщения приподнимаются, и формируется нервный желобок (18-е сутки). С 18—22-х суток формируются нервные валики. С 22-х суток в области будущего ствола мозга начинается соединение валиков — формирование нервной трубки, которое продолжается в каудальном направлении (краниокаудальный градиент). Замыкание передней части нервной пластинки задерживается из-за активной пролиферации клеточного материала, необходимого для формирования зачатка головного мозга. К 25-м суткам нервная трубка полностью замыкается, с внешней средой сообщаются только два отверстия на переднем и заднем концах — нейропоры, которые закрываются на 30—31-е сутки эмбриогенеза. После слияния нервных валиков по- 8. Ранний эмбриогенез человека 101 верхностная эктодерма смыкается над нервной трубкой и между ними формируется нервный гребень, клетки которого мигрируют и формируют элементы периферической нервной системы, некоторые эндокринные клетки. В конце 2-й недели развития начинается ангиогенез в стенке желточного мешка, аллантоиса и хориона. Сосуды эмбриона начинают развитие на 1—2 дня позже. Ранний ангиогенез является следствием развития из олиголецитальной яйцеклетки и необходимости доставки питательных веществ. Клетки крови образуются в сосудах стенки желточного мешка на 3-й неделе. В теле эмбриона кроветворение не происходит до 5-й недели эмбриогенеза. Сердце и крупные сосуды формируются в области прехордальной пластинки. Парные закладки образуются в течение 3-й недели из мезенхимы (будущий эндокард) и участка висцерального листка спланхнотома (будущие миокард и эпикард) и при слиянии формируют сердечную трубку. Сердечная трубка сливается с кровеносными сосудами эмбриона, а те, в свою очередь, с сосудами желточного мешка, аллантоиса (амниотической ножки), хориона, и таким образом формируется примитивная сердечнососудистая система эмбриона. В конце 3-й недели (21-й день) сердце начинает сокращаться, а кровь циркулировать по сосудам. Однако наиболее интенсивно процессы гисто- и органогенеза протекают на 4—8-й неделях развития (2-й месяц эмбриогенеза), когда происходит закладка всех основных органов и систем: пищеварительной системы — на 4-й неделе, органов кроветворения — на 4—5-й неделе, дыхательной системы, органов мочевыделения и половой системы — на 5-й неделе, некоторых эндокринных желез — на 5—6-й неделе. Неодновременная закладка различных систем органов, а в пределах системы отдельных органов связана: со значимостью этой системы (органа) в конкретный момент эмбриогенеза; наличием необходимых условий и регуляторных механизмов для развития; отсутствием необходимости выполнения специализированных функций (например, органы дыхания и половой системы свои главные функции выполняют только в постнатальном периоде жизни). 102 Часть III. Эмбриология Подробно процессы гистогенеза описаны в части IV. Общая гистология, процессы органогенеза — в части V. Частная гистология. Внезародышевые органы человека Внезародышевые органы формируются в период эмбрионального развития вне тела зародыша, но принимают активное участие в процессах роста и развития эмбриона и плода и перестают функционировать до или при рождении. Дифференцировка тканей внезародышевых органов идет сокращенно и ускоренно по сравнению с зародышевыми, поэтому провизорные органы формируются гораздо раньше и начинают активно функционировать уже в то время, когда клетки самого зародыша только вступили на путь дифференцировки. Старение тканей внезародышевых органов происходит очень быстро. Кроме того, провизорные ткани отличаются от дефинитивных следующими свойствами: эпителий выполняет сразу несколько функций, свойственных разным дефинитивным эпителиальным тканям: покровную, гормонпродуцирующую, всасывающую, секреторную; соединительная ткань не отличается разнообразием клеточного состава и содержит много аморфного вещества, богатого гликозаминогликанами. Внезародышевые органы начинают формирование на 2-й неделе эмбриогенеза. В это время концептус представляет собой сферу, стенкой которой является трофобласт. У одного из полюсов трофобласта располагается зародышевый диск. Из зародышевого диска выселяются клетки внезародышевой мезенхимы. Они выстилают изнутри трофобласт, соединяют его с зародышевым диском (соединяющий их тяж называется амниотической ножкой), участвуют в образовании стенок внезародышевых органов. Желточный мешок Желточный мешок формируется с 9—10-х суток эмбриогенеза и на этом сроке представляет собой полусферу под зародышевым щитком. Его стенка состоит из эпителия (гипобласт) и соединительной ткани (внезародышевая мезенхима). Зрелый желточный 8. Ранний эмбриогенез человека 6 5 3 103 2 11 12 13 14a 14б 15 4 1 10 7 8 9 Рис. 8.5. Схема взаимоотношений зародыша, внезародышевых органов и оболочек стенки матки [15]: 1 — миометрий; 2 — базальная децидуальная оболочка; 3 — полость амниона; 4 — полость желточного мешка; 5 — полость хориона; 6 — сумчатая децидуальная оболочка; 7 — пристеночная децидуальная оболочка; 8 — полость матки; 9 — шейка матки; 10 — эмбрион; 11 — ворсинки хориона; 12 — аллантоис; 13 — пуповина; 14а — кровь плода в ворсинках хориона; 14б — кровь матери в лакунах; 15 — гладкий хорион мешок представляет собой грушевидную структуру около 5 мм в диаметре, связан со средней кишкой желточным стебельком и входит в состав пуповины (рис. 8.5). К концу 3-го месяца желточный стебелек и мешок полностью облитерируются. На второй неделе эмбриогенеза в мезенхиме желточного мешка появляются кровяные островки. Периферические клетки островков образуют стенку капилляра, центральные — первичные стволовые кроветворные клетки, которые по сосудам поступают в организм зародыша. В качестве кроветворного органа желточный мешок функционирует до 7—8-й недели эмбриогенеза. 104 Часть III. Эмбриология Кроме того, в эпителии желточного мешка обнаруживаются первичные половые клетки. На 4-й неделе эмбрионального развития они мигрируют в зачатки гонад, где дифференцируются в гаметы. Аллантоис К началу 3-й недели эмбрионального развития задняя стенка желточного мешка формирует аллантоис — небольшой вырост, который врастает в амниотическую ножку (тяж внезародышевой мезенхимы, который тянется от зародышевого диска к трофобласту; рис. 8.6). Стенка аллантоиса состоит из эпителия (гипобласт) и соединительной ткани (внезародышевая мезенхима). У человека аллантоис остается недоразвитым и играет роль проводника сосудов: вдоль аллантоиса проходят кровеносные сосуды от тела эмбриона к хориону, а значит, к плаценте. На 2-м месяце эмбриогенеза аллантоис атрофируется и превращается в тяж клеток, который вместе с редуцированным желточным мешком входит в состав пупочного канатика (см. рис. 8.5). 2 4 8 7 4а 6 3 5 1 9 Рис. 8.6. Формирование хориона [65] (14-e сутки эмбриогенеза), формирование вторичных ворсинок хориона, амниотической ножки: 1 — зародыш; 2 — амнион; 3 — желточный мешок; 4 — амниотическая ножка; 4а — аллантоис; 5 — хорион; 6 — цитотрофобласт; 7 — симпластотрофобласт; 8 — внезародышевая мезодерма; 9 — вторичные ворсинки (эпителий и соединительная ткань) 8. Ранний эмбриогенез человека 105 Амниотическая оболочка. Пуповина Амнион формируется с 9—10-х суток эмбриогенеза и представляет собой купол над зародышевым щитком, стенка которого представлена эпителием (эпибласт) и соединительной тканью (внезародышевая мезенхима) (см. рис. 8.3). К концу 2-й недели эмбриогенеза амнион и желточный мешок отодвигаются от быстро растущего трофобласта, но остаются связанными с ним посредством соединительнотканного тяжа — амниотической ножки (рис. 8.6). К концу 3-й — началу 4-й недели эмбрион приподнимается над желточным мешком, боковые края щитка подворачиваются книзу так, что зародышевая энтодерма, служившая крышей желточного мешка, втягивается в тело зародыша, и формируется зачаток кишки. Эмбрион вдавливается в полость амниона, который формирует складки, окружающие зародыш снизу. Складки амниона сдвигают желточный мешок вплотную к амниотической ножке и окружают эти внезародышевые органы — формируется пупочный канатик (пуповина). Пупочный канатик (см. рис. 8.5) снаружи покрыт эпителием, переходящим с одной стороны в эпидермис кожи плода, а с другой — в эпителий амниотической выстилки. Внутри пупочного канатика находится слизистая соединительная ткань, в которой располагаются остатки желточного мешка, аллантоиса и кровеносные сосуды (две пупочные артерии и одна вена), связывающие плод и плаценту. Таким образом, на 2-м месяце развития эмбрион оказывается окруженным амниотической оболочкой, основная функция которой — продукция и резорбция амниотической жидкости. По мере роста эмбриона и увеличения полости амниона наружная соединительнотканная часть его стенки подрастает к соединительной ткани, лежащей под трофобластом, и срастается с ней. Формируется оболочка, изнутри выстланная эпителием амниона, снаружи покрытая эпителием трофобласта с общей соединительной тканью между ними. Это и есть оболочка (в акушерской практике чаще оболочки) плода. Она образует стенку резервуара, заполненного постоянно сменяющейся амниотической жидкостью, в которой находится плод человека. Источники амниотической жидкости: эпителий амниона, продукты диффузии из интерстиция плаценты, 106 Часть III. Эмбриология продукты секреции дыхательных путей плода, моча плода (фактически — фильтрат плазмы, не содержащий продуктов метаболизма, так как функцию удаления метаболитов выполняет плацента). Пути удаления амниотической жидкости: резорбция эпителием амниона и заглатывание плодом. Околоплодные воды — коллоидный раствор сложного биохимического состава, который полностью обновляется за 3 часа. 99 % амниотической жидкости — это вода. В ней находятся органические и неорганические соединения, эпителиальные клетки с поверхности кожи. Значение амниотической жидкости: смягчает внешние воздействия на плод; обеспечивает симметричный рост эмбриона и�� плода и�� предотвращает прирастание амниона к коже плода; создает условия для двигательной активности плода; служит барьером для инфекций; способствует формообразовательным процессам при развитии легких, ротовой полости и пищеварительной системы плода; участвует в�� поддержании постоянной температуры, гомеостаза жидкости и электролитов. Хорион. Плацента В процессе имплантации трофобласт образует выросты — первичные ворсинки, которые увеличивают площадь контакта трофобласта вначале со слизистой оболочкой матки, затем — с кровью матери. На 9—11-е сутки в первичные ворсинки трофобласта врастает внезародышевая мезенхима. Таким образом формируются вторичные ворсинки. Они равномерно покрывают всю поверхность контакта, образуется ворсинчатая оболочка — хорион (см. рис. 8.6). Вторичные ворсинки снаружи покрыты СТБ, под ним залегает в 1—2 слоя ЦТБ (эпителиальный слой), а сердцевину составляет внезародышевая мезенхима (соединительнотканная строма ворсинки). В строме вторичных ворсинок хориона в начале 3-й недели начинается ангиогенез. Ворсинки с кровеносными сосудами называются третичными. Вначале ворсинки покрывают весь хорион, но продолжают развиваться лишь те, которые обращены к миометрию (ворсинча- 8. Ранний эмбриогенез человека 107 тый хорион). Те, которые обращены к полости матки, подвергаются обратному развитию, поверхность хориона становится гладкой (гладкий хорион). Вдоль аллантоиса по амниотической ножке сосуды третичных ворсинок прорастают по направлению к эмбриону и объединяются с его сосудами. С началом сердечных сокращений начинается кровоток в сосудах эмбриона и ворсинок. Поскольку ворсинки разрушили слои слизистой оболочки матки и погрузились в материнскую кровь, то через стенку ворсинки начинается обмен веществ между кровью матери и эмбриона. Кислород и питательные вещества, диффундирующие из материнской крови в сосуды ворсинок, поступают к эмбриону, а углекислый газ и продукты метаболизма — обратно. Гистиотрофный тип питания сменяется гематотрофным — начинается плацентарное кровообращение. Плацента — внезародышевый орган, обеспечивающий связь плода с материнским организмом, дисковидной формы, к концу беременности достигающий диаметра 15—20 см, толщины 2—3 см, веса 500—600 г. Общая поверхность хориальных ворсинок — около 16 м2. Развитие плаценты начинается с 3-й недели, заканчивается к 12-й неделе. Структурно в плаценте выделяют две части: плодную — это ворсинчатый хорион и прилегающая к нему амниотическая оболочка; материнскую — видоизмененный функциональный слой эндометрия, отторгающийся при родах (базальная часть децидуальной оболочки). Плодная часть плаценты. Ворсинчатый хорион зрелой плаценты представляет собой совокупность крупных ветвящихся ворсинок, покрытых снаружи эпителием трофобласта, заполненных слизистой соединительной тканью с многочисленными кровеносными сосудами (рис. 8.7). Крупная стволовая ворсинка вместе со своими разветвлениями и сосудами образует котиледон — структурно-функциональную единицу плаценты. В сформированной плаценте обнаруживается около 200 стволовых ворсинок. От плаценты к плоду по вене течет артериальная кровь, содержащая необходимые плоду продукты, а в обратном направлении — от плода к плаценте по двум артериям идет венозная кровь, несущая подлежащие удалению вещества. Эти сосуды расположены в составе пупочного канатика (рис. 8.7). Покидая пупочный ка- 108 Часть III. Эмбриология 5 3 4 17 16 15 18 1 2 14 6 7 8 9 10 11 12 13 Рис. 8.7. Схема строения зрелой плаценты [65]: 1 — пупочные артерии; 2 — пупочная вена; 3 — хориальная пластинка; 4 — стволовая ворсинка; 5 — гладкий хорион; 6 — септа; 7 — базальный слой эндометрия; 8 — decidua basalis (функциональный слой эндометрия); 9 — миометрий; 10 — вены эндометрия; 11 — артерии эндометрия; 12 — цитотрофобластическая выстилка; 13 — место «заякоривания» стволовой ворсинки; 14 — участок перехода ЦТБ с поверхности decidua basalis на хориальную пластинку; 15 — decidua parietalis; 16 — амниотическая оболочка; 17 — сосуды стволовой ворсинки; 18 — межворсинчатое пространство натик, они ветвятся в хориальной пластинке — прослойке соединительной ткани между амниотическим эпителием, покрывающим плацентарный диск, и эпителием трофобласта, покрывающим хорион (рис. 8.7). Далее сосуды хориальной пластинки отдают ветви в стволовую часть ворсин, а затем ветвятся до капилляров 1-го типа, на уровне которых и происходит обмен между кровью плода, расположенной в капиллярах ворсин, и материнской кровью, омывающей ворсинки. Поэтому в норме не существует непосредственной связи между материнской и плодной кровью — их разделяет плацентарный барьер, толщина и строение которого изменяются в зависимости от срока беременности. К 12-й неделе он состоит из СТБ, ЦТБ, базальной мембраны трофобласта, соединительной ткани ворсин- 8. Ранний эмбриогенез человека 109 ки, базальной мембраны капилляра ворсинки и его эндотелия. Во второй половине внутриутробного развития начинается истончение трофобласта и смещение капилляров к периферии ворсинки, поэтому истончается и плацентарный барьер, который в это время представлен СТБ, базальной мембраной трофобласта, базальной мембраной капилляра и его эндотелием. Кроме того, во второй половине беременности и особенно в ее конце ворсинки покрываются фибриноподобной массой (фибриноид Лангханса), являющейся продуктом свертывания плазмы и распада трофобласта. Предположительно, фибриноид Лангханса регулирует площадь обменной поверхности, контролирует рост ворсинчатого древа путем окутывания новых ворсинок, которые вызывают межворсинчатый стаз или турбуленцию материнской крови, оказывает иммуномаскирующее действие по отношению к материнским лимфоцитам. Толщина плацентарного барьера составляет от 2 до 60 мкм. Материнская часть плаценты — это та часть функционального слоя эндометрия, где имплантировалась бластоциста, и которая называется основной, или базальной, отпадающей (децидуальной), оболочкой. Кроме базальной, выделяют еще две части отпадающей во время родов оболочки — капсулярную и пристеночную (см. рис. 8.5). К 13-м суткам эмбриогенеза эндометрий полностью смыкается над имплантированным зародышем и отделяет его от полости матки. Часть функционального слоя эндометрия, которая регенерирует в месте имплантационной ямки и в процессе роста плода выпячивается в полость матки, называется капсулярной отпадающей (децидуальной) оболочкой. В остальных участках полость матки выстлана пристеночной отпадающей (децидуальной) оболочкой. К 18-й неделе пристеночная децидуальная оболочка срастается с подрастающей к ней капсулярной, эпителий обеих оболочек исчезает, и в конце беременности сросшиеся капсулярная и пристеночная оболочки представляют собой узкую прослойку соединительной ткани с несколькими слоями децидуальных клеток. Базальная децидуальная оболочка (см. рис. 8.7) представлена соединительной тканью функционального слоя эндометрия с большим количеством децидуальных клеток и спиральных артерий. Децидуальные клетки — производные фибробластов, большие 110 Часть III. Эмбриология округлые, светлые, с овальным, центрально расположенным ядром. Предполагается, что часть децидуальных клеток имеет костномозговое моноцитарное происхождение. На ранних этапах эмбриогенеза децидуальные клетки обеспечивают гистиотрофное питание, затем участвуют в продукции пролактина и простагландинов и, очевидно, в иммунных взаимодействиях матери и плода. По направлению к плацентарному диску от децидуальной оболочки отходят септы — перегородки, которые отделяют котиледоны друг от друга и являются границами лакун. Стволовые ворсинки располагаются в лакунах не свободно, они фиксированы к соединительной ткани эндометрия с помощью ЦТБ — уникального соединения тканей, принадлежащих организмам с разным геномом. С места «заякоривания» стволовой ворсинки ЦТБ распространяется вдоль соединительной ткани эндометрия и формирует выстилку лакун, по краю плацентарного диска переходит на поверхность хориальной пластинки, поэтому материнская кровь, циркулирующая в лакунах, не изливается в полость матки. 80—100 зияющих маточно-плацентарных спиральных артерий изливают свою кровь в лакуны, в которых находятся ворсинки хориона. Затем из межворсинчатых пространств кровь собирается в материнские вены и краевой синус на границе плаценты и отсюда попадает в вены миометрия. Межворсинчатое пространство зрелой плаценты содержит 150 мл крови, которая полностью обновляется 3—4 раза в минуту. Плацента выполняет следующие функции: 1. Транспортная функция включает дыхательную (транспорт газов), питательную (транспорт глюкозы, аминокислот, жирных кислот, воды, электролитов, витаминов), экскреторную (транспорт билирубина, мочевины и других продуктов обмена) функции, транспорт антител и гормонов. Транспорт веществ от матери к плоду и обратно осуществляется через плацентарный барьер и обеспечивается за счет простой, облегченной диффузии, активного транспорта, пиноцитоза (например, некоторые белковые молекулы). 2. Защитная функция — наличие плацентарного барьера препятствует проникновению в кровь плода некоторых микроорганизмов, токсинов, ряда ядовитых веществ, а также антигенов плода в кровь матери. Тем не менее, плацента человека проницаема 8. Ранний эмбриогенез человека 111 для большого количества веществ, среди которых лекарственные препараты (антибиотики, гормоны, витамины), токсины, вирусы, бактерии, алкоголь, продукты курения. В связи с этим принято считать, что барьерная функция плаценты весьма относительна и зависит от свойств агента, срока беременности, состояния организма матери и плода. Частью защитной функции плаценты является создание иммунологически привилегированного участка для развития эмбриона и плода. Плод представляет собой аллогенный «трансплантат», содержащий чужеродные антигены отца, который, однако, не отторгается до окончания внутриутробного развития. При этом конфликта между иммунными системами матери и плода в норме не происходит. Роль буфера между двумя иммунными системами выполняет плацента посредством индукции состояния толерантности организма матери к чужеродным антигенам плода. 3. Эндокринная функция плаценты осуществляется в основном трофобластом (большей частью — СТБ), а также децидуальными клетками. Одним из первых синтезируется хорионический гонадотропин ХГТ, концентрация которого быстро нарастает на 2—3-й неделе гестации, достигая максимума на 8—10-й неделе. ХГТ стимулирует эндокринную функцию материнского желтого тела и клеток Лейдига плода мужского пола. Плацентарный лактоген обладает активностью пролактина и ЛГ. Он также поддерживает стероидогенез в желтом теле, принимает участие в метаболизме углеводов и белков. Этот гормон совместно с материнским и плодным пролактином играет определенную роль в продукции легочного сурфактанта и др. И трофобласт, и децидуальные клетки принимают участие в синтезе прогестерона и прегнандиола. Плацента вырабатывает прогестерон с 5—6-й недели, после 3-го месяца полностью обеспечивая организм этим гормоном. Этот гормон подавляет сокращения матки, стимулирует ее рост. СТБ синтезирует также хорионические соматотропин, тиротропин, АКТГ, соматостатин, меланоцитстимулирующий гормон, эстрогены, релаксин и др. 112 Часть III. Эмбриология Критические периоды развития Развитие организма представляет собой сложное, хорошо скоординированное сочетание таких процессов, как деление клеток, их рост, миграция, дифференцировка, взаимодействие, гибель. Любое воздействие, нарушающее эти процессы, может вызвать пороки развития организма. Агенты различной природы, вызывающие аномальное развитие, называются тератогенами. Решающим фактором, от которого зависит тяжесть повреждения, является период развития, во время которого действовали тератогены. Периоды более высокой чувствительности развивающегося организма к действию повреждающих факторов называются критическими периодами развития (КПР). Впервые понятие критического периода предложил У.Р. Стоккард (1907). Советский эмбриолог П.Г. Светлов (1960) сформулировал теорию критических периодов развития. Современная интерпретация этой теории заключается в том, что в развитии отдельных органов и организма в целом существуют периоды детерминации (окончательная экспрессия одной и репрессия другой части генома), пролиферации (перемещение генетического материала) и дифференцировки (образование специфических структур) клеток. Эти процессы отличаются такой точностью, что даже несущественное отклонение приводит к каскаду нарушений и в последующем к грубым поломкам всей системы. Именно поэтому в эти периоды развивающийся организм наиболее восприимчив к любому воздействию, выходящему за пределы физиологического оптимума. Во время роста система находится в более стабильном состоянии, менее подвержена внешним влияниям. Следовательно, начало эмбриогенеза — более чувствительный период, чем его конец, так как за относительно короткий промежуток (1—8 недель) сменяются несколько этапов детерминации и дифференцировки, а после 24-й недели основным процессом является рост отдельных органов и организма в целом. В первые две недели большинство тератогенов действуют по принципу «все или ничего», в эмбриональном периоде их влияние ведет к множественным порокам, в плодном периоде — последовательно от грубых нарушений отдельных органов, незначительных пороков до функциональных нарушений, задержки внутриутробного развития. 8. Ранний эмбриогенез человека 113 Критическими периодами являются: прогенез — нарушение в геноме половых клеток приводит к развитию наследственных заболеваний; оплодотворение — в этот период происходит сегрегация цитоплазмы, активизируются обменные процессы, т.е. происходит самая ранняя детерминация и дифференцировка развивающегося материала (оотипическая дифференцировка и бластомерная детерминация); имплантация — этот период является критическим потому, что зародыш меняет тип питания с аутотрофного на гистиотрофный; плацентация (3—8-я неделя, это также период смены типа трофики на гематотрофный) и закладка основных органов (4—8-я неделя) — в это время начинают анатомически обособляться и гистологически формироваться основные органы. Для любого органа наиболее критическим периодом является время образования специфических структур. Различные органы имеют различные критические периоды, хотя период между 15 и 60-ми сутками беременности — критический для многих органов. Вместе с тем мозг и скелет чувствительны к вредным факторам постоянно, начиная с 3-й недели после зачатия до конца беременности; стадия усиленного роста головного мозга (15—20-я неделя) — существенное значение имеет повреждение нервной системы как регулирующей. Нарушение других регулирующих систем (эндокринной, иммунной) в эмбриогенезе может компенсироваться со стороны материнского организма и в полной мере проявиться лишь после рождения; начало функционирования основных систем (20—24-я неделя); рождение — с момента рождения организм переходит в новую среду обитания, начинают функционировать органы дыхания и малый круг кровообращения; период новорожденности (0—28 дней) — это период, в течение которого (в особенности в первую неделю — период адаптации) организм ребенка впервые сталкивается с огромным количеством новой информации, инфекционными агентами, начинает самостоятельно осуществлять пищеварение; период полового созревания (11—16 лет) — в это время включаются новые гуморальные факторы регуляции. Факторы, влияющие на развитие организма, разделяют на эндо- и экзогенные. 114 Часть III. Эмбриология Эндогенными факторами считают соматические заболевания матери, чаще возникшие до наступления беременности и влияющие на ее ход: эндокринные заболевания, нарушения со стороны органов дыхания, сердечно-сосудистой, мочеполовой систем и пр. Классическими тератогенами между тем принято считать факторы, которые попадают в организм женщины извне, поэтому и называются экзогенными: лекарственные препараты, бытовые наркотики, индустриальные и сельскохозяйственные тератогены, микроорганизмы (вирусы краснухи, простого герпеса, цитомегаловирус, возбудители токсоплазмоза, сифилиса и пр.), радиационное влияние. Так, установлено, что причиной возникновения примерно 2 % врожденных аномалий является прием лекарственных препаратов. Применение любых препаратов во время беременности — рискованный шаг. Курение беременных — точно установленная причина задержки внутриутробного развития (ЗВУР). Никотин сужает сосуды матки, приводя к снижению маточного кровотока, что вызывает недостаток кислорода и питательных веществ в крови плода. Высокий уровень карбоксигемоглобина влияет на способность крови транспортировать кислород. В результате хроническая гипоксия плода ведет к нарушению роста и развития плода. Особенно заметно снижение массы плода на последних 6—8 неделях беременности. Низкий вес плода (2000 г и менее) часто является причиной смерти. Алкоголь — один из наиболее распространенных тератогенов. Количество потребляемого алкоголя коррелирует со степенью вредного воздействия на плод. Алкоголь влияет на сигнальные пути, контролирующие клеточную пролиферацию. Снижение пролиферативной активности затрудняет и дробление, и органогенез. Алкоголь нарушает рост плода, приводит к развитию аномалий сердца, скелета, но особой тропностью обладает в отношении органов нервной системы. В настоящее время прием алкоголя беременными женщинами является основной причиной задержки интеллектуального развития и умственной отсталости среди населения развитых стран. Развитие мозга занимает продолжительный период, в настоящее время нет данных о безопасной дозе потребления алкоголя во время беременности, поэтому наиболее безопасным является полный отказ от алкоголя на протяжении всей беременности. IV часть Общая гистология 9. Учение о тканях 10. Структурные основы гомеостаза 11. Эпителиальные ткани 12. Соединительные ткани 13. Кровь и лимфа 14. Собственно соединительные ткани 15. Скелетные ткани 16. Мышечные ткани 17. Нервная ткань 9. УЧЕНИЕ О ТКАНЯХ Классификация тканей Ткань — эволюционно сложившаяся совокупность взаимодействующих между собой клеток и неклеточных образований, имеющих единое строение, как правило, общее происхождение, и объединенная выполняемой функцией. Все сложные многоклеточные организмы имеют несколько уровней организации: макромолекулы — органеллы — клетки — ткани — органы — системы органов — организм. Ткани занимают в этой иерархической структуре промежуточное положение — они построены из клеток и, в свою очередь, являются частью органа. Морфологическая организация тканей характеризуется особенностями конкретных тканей и общими принципами строения. В 50-е гг. XIX в. немецкие гистологи Ф. Лейдиг и А. Келликер предложили морфофункциональную классификацию тканей, согласно которой выделяют четыре типа тканей: 1) эпителиальные ткани, обеспечивающие разграничение от внешней среды; 2) соединительные ткани (кровь, лимфа, волокнистые соединительные ткани, соединительные ткани со специальными свойствами, скелетные соединительные ткани), поддерживающие гомеостаз в организме; 3) мышечные ткани, отвечающие за движение; 4) нервная ткань, отвечающая за раздражимость и проводимость. Приведенную классификацию существенно дополняет гистогенетическая, предложенная Н.Г. Хлопиным и В.П. Михайловым. Согласно ей выделяют следующие типы тканей в зависимости от происхождения в ходе фило- и онтогенеза: эктодермальный; энтодермальный; нейроэктодермальный; мезенхимальный; мезодермальный; целонефродермальный; хордальный тип и пр. 9. Учение о тканях 117 Даже в пределах одной и той же ткани (например, эпителиальной) в зависимости от происхождения обнаруживаются существенные отличия строения, функционирования, характера патологических изменений или озлокачествления. Ткань как система клеток и их производных Главный структурно-функциональный элемент всех тканей — клетки. Несмотря на то что каждая отдельная клетка является самостоятельной структурой, в тканях клетки не существуют сами по себе, а взаимосвязаны друг с другом. Более того, клетки способны взаимодействовать с клетками соседних тканей внутри органа, взаимно регулируя свои функции. Комплекс взаимодействующих клеточных реакций обеспечивает жизнедеятельность ткани как целостной системы. Все элементы тканевой системы упорядочены в пространстве, согласованно функционируют друг с другом и формируют сообщества. Выделяют следующие сообщества клеток: 1) клеточная популяция — совокупность клеток, близких по какому-либо одному или нескольким рассматриваемым признакам. Этими признаками могут быть структура и главная функция клеток, иногда какой-то второстепенный элемент организации. Например, популяция нейронов, фибробластов и т.д. В узком смысле под клеточной популяцией можно понимать совокупность клеток, единых по строению, происхождению и функции. Например, пирамидные нейроны, нейтрофильные гранулоциты; 2) клеточный тип — это клетки с идентичным набором разрешенных к экспрессии генов (вне зависимости от того, транскрибируются ли они), относящиеся к одному клеточному типу (по Э.Г.�� Улумбекову, Ю.А.�� Челышеву). Например, нейроны, эритроциты, гепатоциты, эндотелиоциты. В организме человека определяют около 200 клеточных типов. Популяция, как правило, более широкое понятие, чем тип (например, популяция эпителиоцитов тонкого кишечника, в которую входят несколько типов); 3) клон — группа клеток, образовавшихся из одной клеткипредшественницы. Клон составлен родственными клетками, клет- 118 Часть IV. Общая гистология ки внутри клона отличаются выраженным морфологическим и функциональным сходством. Например, изогенная группа клеток в хряще; 4) дифферон — совокупность клеток одного гистогенетического ряда, составляющего линию дифференцировки, т.е. клеточное сообщество в процессе его становления. Дифферон более широкое понятие, чем клон. В диффероне выделяют клетки разной степени зрелости: стволовые клетки — наименее дифференцированные, способные делиться и самообновляться; полустволовые клетки-предшественники — частично детерминированные в определенном направлении развития клетки; унипотентные клетки-предшественники — полностью детерминированные в определенном направлении развития клетки; бластные — малодифференцированные клетки, сохраняющие способность к делению; созревающие — накапливающие специфические признаки, характерные для зрелых клеток; зрелые — выполняющие специфические функции; стареющие — постепенно погибающие путем апоптоза, аутолиза или некроза клетки. Многие ткани содержат не один, а несколько клеточных дифферонов, которые взаимодействуют. В связи с этим выделяют ткани монодифферонные (хрящевые ткани, мышечные и пр.) и полидифферонные (рыхлая волокнистая соединительная ткань и др.). Кроме клеток в состав тканей входят их производные — компоненты тканей, которые в процессе дифференцировки частично или полностью утратили признаки, характерные для клеток. Среди производных клеток выделяют межклеточное вещество, надклеточные и постклеточные структуры. Межклеточное вещество — это совокупный продукт, сформированный из секрета клеток и компонентов плазмы крови и лимфы. Межклеточное вещество состоит из волокон (коллагеновых, эластических, ретикулярных) и основного или аморфного вещества (протеогликаны, гликопротеиды, гликозаминогликаны). Волокна образуют пучки различной толщины, которые формируют опорный каркас, капсулы вокруг клеток, входят в состав ба- 9. Учение о тканях 119 зальных мембран, обеспечивают прочность или эластичность ткани. Состояние аморфного вещества зависит от соотношения и количества входящих в него органических и неорганических веществ, и поэтому может иметь консистенцию золя или геля (волокнистые соединительные ткани), быть плотным (хрящи) или твердым, минерализованным (кости). Функции: интегрирует работу клеточных элементов ткани как системы и формирует их микроокружение. Надклеточные структуры: симпласт — структура, образованная в результате слияния клеток, разрушения их границ и формирования единой цитоплазматической массы с большим количеством ядер (мышечное волокно). У симпласта более высокие функциональные возможности, чем у клеток. Синцитий — структура, возникшая в результате неполной цитотомии при делении клеток. Ее элементы связаны друг с другом посредством цитоплазматических мостиков (мужские половые клетки в процессе сперматогенеза, мезенхима). Кроме того, выделяют понятие «функциональный синцитий». Этот термин применяют по отношению к кардиомиоцитам, которые друг с другом связаны нексусами, что обеспечивает одновременность сокращения всех кардиомиоцитов одной камеры сердца одновременно, т.е. функционирование как единого целого. Постклеточные структуры — высокодифференцированные производные клеток, частично или полностью утратившие ядра и органеллы (эритроциты, тромбоциты, ороговевшие пластинки эпидермиса — корнеоциты). Стволовые клетки Стволовые клетки (СК) — самоподдерживающая популяция клеток, способных дифференцироваться в нескольких направлениях и формировать различные клеточные типы. Они при определенных условиях способны длительное время воспроизводить себе подобные клетки и в течение жизни давать начало специализированным клеткам. Понятие о стволовых клетках ввел выдающийся русский гистолог А.А. Максимов в 1908 г. Долгое время считалось, что СК 120 Часть IV. Общая гистология существуют в организме только в раннем эмбриогенезе, а во взрослом организме отсутствуют или сохраняются в красном костном мозге в ничтожно малых количествах. В 70-х гг. ХХ в�� .�� русский гистолог А.Я.�� Фриденштейн открыл в строме костного мозга стромальные (мезенхимальные) СК, что затем позволило проводить трансплантацию костного мозга при ряде гематологических заболеваний. Развитие этого направления привело к обнаружению СК практически во всех тканях человека. В настоящее время выделяют следующие разновидности СК: 1) в зависимости от степени детерминации: тотипотентные СК — способны развиться в целостный организм (от лат. totus — целый, единый, potency — возможность) — зигота и бластомеры (до 8 бластомеров) на первых стадиях дроб ления; плюрипотентные СК — способны дифференцироваться в клетки любого органа и ткани (клетки эмбриобласта, клетки полового валика — эмбриональные СК); мультипотентные (полипотентные) СК — способны дифференцироваться в клетки органов и тканей в пределах одного эмбрионального листка, образовывать специализированные клетки нескольких родственных типов (эпителиальные клетки печени — гепатоциты и клетки желчных протоков), дифференцироваться в пределах одной клеточной линии (клетки крови); унипотентные СК — дифференцируются только в специализированные клетки определенного типа; 2) по месту локализации: эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) — это клетки эмбриобласта 5-дневной бластоцисты. ЭСК способны пролиферировать и дифференцироваться в клетки многих типов (плюрипотентны). В своем развитии они проходят ряд этапов, приводящих к формированию региональных СК в развивающемся организме. К ЭСК можно отнести эмбриональные половые клетки (первичные половые клетки из зачатков гонад у 4–5-недельного эмбриона человека), стволовые клетки плода (фетальные, ФСК) и клетки, выделяемые из пуповинной крови; стволовые клетки взрослого организма (региональные, РСК) — обнаружены практически во всех тканях детского и взрослого организма; 9. Учение о тканях 121 в паренхиме красного костного мозга и в периферической крови гемопоэтические стволовые клетки (ГСК); в строме костного мозга мезенхимные стволовые клетки (МезСК); стволовые клетки эпителия пищеварительного тракта, печени и поджелудочной железы; стволовые клетки костей и хрящей, кожи и волос; нейральные стволовые клетки (располагаются в субвентрикулярной зоне переднего мозга). Они формируют в процессе гисто- и органогенеза камбиальный (восстановительный) клеточный пул, который способен поддерживать клеточный гомеостаз и замещать дефекты, возникающие в тканях и органах в силу различных обстоятельств. Например, гемопоэтическая стволовая клетка (ГСК) напоминает малый лимфоцит, имеет диаметр от 7 до 12 мкм. Ядро клетки эухроматиновое, большое, содержит 1–2 больших ядрышка. Ядерно-цитоплазматическое отношение сдвинуто в сторону ядра. В узком базофильном ободке цитоплазмы содержится небольшое количество митохондрий и умеренное количество свободных рибосом. Комплекс Гольджи и гранулярная эндоплазматическая сеть развиты минимально или отсутствуют. Получение ГСК возможно из донорского материала (аллогенные СК) или из собственных тканей (аутологичные СК). Содержание ГСК в тканях организма невелико, например, в красном костном мозге встречаются с частотой 1:20 000, а в периферической крови 1:100 000. Все РСК обладают рядом специфических свойств: не имеют специфических органелл, позволяющих выполнять определенные функции (не дифференцированы); более устойчивы к действию повреждающих факторов по сравнению с дифференцированными клетками; обладают способностью к самоподдержанию — образованию дочерних клеток путем деления, не отличающихся от родительских способностью к делению; способны к длительному размножению и продукции большого количества клеток. Они редко делятся. При делении СК возможны три варианта: симметрично с образованием дочерних клеток, идентичных родительским; симметрично с образованием двух коммитированных полустволовых клеток; асимметрично 122 Часть IV. Общая гистология (путем митоза) с образованием одной стволовой и одной коммитированной полустволовой клетки; способны к дифференцировке. Они обладают плюрипотентностью, образуют все виды клеток данного тканевого типа; индивидуальны для каждого тканевого типа; обладают уникальной для малодифференцированных клеток способностью мигрировать в кровь; обеспечивают регенерацию зрелых клеток после их физиологической (возрастной) гибели или при повреждении. Эти свойства РСК позволяют использовать их в практической медицине для трансплантации при лечении ряда заболеваний человека: лейкозов, бесплодия, наследственных заболеваний сердца, поджелудочной железы, нервной системы, печени, при замещении некоторых структур глаза, восстановлении костей, хрящей, связок и сухожилий. К перспективе использования эмбриональных стволовых клеток в практической медицине следует подходить осторожно, так как еще не изучены все механизмы, контролирующие баланс между процессами их самоподдержания, дифференцировки и апоптоза. Не решены этические, моральные и юридические вопросы, связанные с использованием стволовых клеток человека в научных исследованиях и для лечебных целей. Исключительно важным направлением практического использование СК является создание криобанка СК и организация донорской службы. Наиболее реальным и практически неограниченным источником донорских СК является пуповинная кровь. При ряде заболеваний крови, иммунной системы, кожи, мышц, сердца, эндокринных органов и тому подобного возможно использование для трансплантации собственных СК, которые исключат иммунную реакцию отторжения. Опыт такого рода накапливается. Гистогенез и регенерация Гистогенез — это процесс образования тканей в ходе эмбрионального развития. От того, в каком месте бластулы расположена клетка, зависит, куда она будет мигрировать в ходе гаструляции, в составе какого зародышевого листка окажется. Каждый зароды- 9. Учение о тканях 123 шевый листок развивается в определенном направлении в определенные виды тканей. Эмбриональный гистогенез включает пролиферацию, миграцию, адгезию, детерминацию, дифференцировку, рост и гибель клеток (см. часть III. Эмбриология). Пролиферация — увеличение количества клеток за счет размножения малодифференцированных СК. Высокодифференцированные клетки утрачивают способность к пролиферации (эритроциты, нейроны). Миграция — перемещение клеток из мест образования в места окончательной локализации. Адгезия — способность клеток прикрепляться к соседним клеткам или элементам межклеточного матрикса с помощью интегральных белков плазмолеммы — молекул клеточной адгезии. Их появление или исчезновение на плазмолемме обеспечивает клетке получение информации, контролирует миграцию и образование клеточных сообществ. Детерминация — выбор СК пути дальнейшего развития. Дифференцировка — приобретение клеткой специальных свойств. Зависит от влияния микроокружения, которое изменяет активность генома. Рост — увеличение массы морфофункциональных единиц тканей за счет увеличения количества клеток. Гибель — путем апоптоза, является важным процессом на ранних этапах онтогенеза (гибель нейробластов, примордиальных фолликулов яичника, регрессия межпальцевых участков при формировании конечностей). В постнатальном онтогенезе гистогенез продолжается. В процессе жизнедеятельности тканей происходит изнашивание и гибель клеток, поэтому в организме существует механизм их обновления. Такой вид гистогенеза, происходящий постнатально и связанный не с процессом образования ткани, а с необходимостью ее обновления, называется регенерацией. Регенерация — способность ткани восстанавливать свои элементы. Она бывает физиологической и репаративной. Физиологическая регенерация — это восстановление в результате естественной убыли, обновление ткани в ходе нормальной жизнедеятельности; репаративная — восстановление после повреждения. К физи- 124 Часть IV. Общая гистология ологической регенерации относятся постоянная регенерация клеток крови, покровных и железистых эпителиев и т.д. Возможность и скорость регенерации зависят от уровня дифференцировки и кровоснабжения ткани, возраста организма. Более высокий уровень дифференцировки ведет к меньшей способности к регенерации. Регенерация может происходить на внутриклеточном (восстановление и обновление органелл) и клеточном (размножение клеток путем митоза) уровне. Более высокими уровнями регенерации являются тканевый, органный и организменный. В зависимости от способности и скорости регенерации (по К. Леблону) все ткани делят: на ткани с высоким уровнем регенерации, обновляющиеся, лабильные. В таких тканях происходит непрерывное обновление клеток, поскольку в них наряду со специализированными и, как правило, короткоживущими клетками находятся быстро делящиеся бластные клетки. Например, эпидермис, эпителий желудочнокишечного тракта, кровь. Регенерация в�� таких популяциях происходит и на внутриклеточном, и на клеточном уровнях; ткани с низким уровнем регенерации, растущие. В таких тканях содержатся в�� основном специализированные клетки, которые в�� обычных условиях регенерируют на внутриклеточном уровне. Однако при необходимости эти клетки способны делиться и восстанавливать численность популяции (например, эпителий печени, почек, щитовидной железы, гладкая мышечная ткань и т.д.); ткани без способности к�� клеточной регенерации, стабильные. Такие ткани построены из долгоживущих, высокодифференцированных клеток, не способных к�� делению, например кардиомиоциты и�� нейроны. Такие популяции способны лишь к�� внутриклеточной регенерации, потеря части клеток ведет к гипертрофии оставшихся клеток и�� замещению погибших фиброзным или глиальным рубцом. 10. СТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ ГОМЕОСТАЗА Гомеостаз означает постоянство различных физиологических констант организма. Понятие гомеостаза также включает адаптацию и координацию физиологических процессов, обеспечивающих единство организма не только в норме, но и при изменяющихся условиях его существования. Реакции гомеостаза могут быть направлены: на поддержание стабильности организации и функционирования биологических систем; устранение или ограничение действия вредоносных факторов; выработку и сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования. Способность к поддержанию постоянства внутренней среды представляет собой свойство организма, выработавшееся в процессе эволюции и наследственно закрепленное. Различают генетический, метаболический и структурный гомеостаз. Генетический гомеостаз включает: особенности организации генетического материала, обеспечивающего его собственную структурно-функциональную стабильность, т.е. гомеостаз генотипа; генетический контроль гомеостаза организма. Все проявления гомеостаза организма генетически детерминированы. Нарушения гомеостаза организма могут возникать в результате как количественных изменений в генотипе, так и отдельных мутаций. Метаболический гомеостаз обеспечивает постоянство жидких сред организма — крови, лимфы, межтканевой жидкости, поддерживая в них оптимальный уровень питательных веществ, газов, биологически активных веществ (гормонов), осмотического давления, ионный и кислотно- щелочной состав, продуктов промежуточного и конечного обмена. Структурный гомеостаз осуществляет взаимосвязь между непрерывным обновлением структур организма и его способностью поддерживать оптимальный уровень жизнедеятельности в меняющихся условиях внешней среды, т.е. является материальной основой физиологических реакций организма. Основой струк- 126 Часть IV. Общая гистология турного гомеостаза являются процессы физиологической и репаративной регенерации. Он реализуется на внутриклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном и организменном уровнях и обеспечивает адаптацию организма к изменяющимся условиям внешней среды. Внутриклеточный гомеостаз — это сохранение оптимальных взаимоотношений составных частей клетки при непрерывном изменении ее функциональной активности, связанной с влиянием окружающей среды. Он предполагает количественные и качественные изменения ядерных и цитоплазматических структур, которые обеспечивают адаптивные колебания активности клетки. Эти колебания направлены не только на поддержание постоянства их внутренней среды, но и на обеспечение оптимальных условий жизнедеятельности организма. Поддержание функциональной активности клетки обеспечивается: изменениями количества активно функционирующих ультраструктур из числа имеющихся в норме; новообразованием (гиперплазией) ультраструктур и ядерного аппарата, а также увеличением размеров органелл (их гипертрофией); адаптивной перестройкой ферментных систем. Тканевый гомеостаз — сохранение специфического свойства ткани, ее структурно-функциональной организации. Структурными основами тканевого гомеостаза являются: изменение количества активно функционирующих клеток; их гипертрофия; увеличение их числа путем митотического деления (гиперплазия); дифференцировка малоспециализированных клеток в зрелые, специализированные. При этом имеет значение оптимальное соотношение между числом делящихся, дифференцированных и гибнущих клеток в составе ткани. При реализации тканевого гомеостаза существенно поддержание необходимого объема межклеточного вещества. Межклеточный матрикс является важным звеном в реализации тканевого гомеостаза, поскольку в нем происходит клеточное обновление, взаимодействие клеток, процессы метаболизма. 10. Структурные основы гомеостаза 127 Различают внутритканевые и общие механизмы регуляции тканевого гомеостаза. Внутритканевая регуляция обеспечивает поддержание численности клеточной популяции с помощью кейлонов — специфических веществ. Кейлоны вырабатываются дифференцированными клетками, действуют только в пределах одной ткани, контролируя митотическое деление определенной популяции клеток по принципу обратной связи, влияя, вероятно, на G1, G2 фазы клеточного цикла. К внутрисистемным механизмам регуляции относятся также внутритканевые факторы — цитокины, факторы роста�� —�� фактор роста нервов, эпителиальный фактор роста. Общими механизмами регуляции тканевого гомеостаза являются: нервные механизмы — тормозят или активируют процессы, происходящие в тканях, оказывают на них трофические влияния; гормональные механизмы — регулируют деление, дифференцировку и рост клеток, а также изменяют функциональные процессы клеток-мишеней; иммунные компоненты гомеостаза — сводятся к защите постоянства внутренней среды организма от микроорганизмов и экзогенных веществ, несущих признаки генетически чужеродной информации, и от соматических мутаций. Органный гомеостаз поддерживает оптимальное взаимоотношение составных частей органа, построенного из нескольких типов тканей, при непрерывном изменении его функциональной активности в системе целостного организма. При изменении внешних условий в органе происходит колебание его функциональной активности и сохранение постоянства его внутренней среды. Основу органного гомеостаза составляют механизмы внутриклеточного, клеточного и тканевого гомеостаза. Для органного гомеостаза также характерно поддержание определенного соотношения между различными типами тканей в системе органа. Например, для нормального функционального состояния органа важно соотношение его стромальных и паренхиматозных элементов. Организменный гомеостаз — следствие согласованной работы всего комплекса физиологических систем. Реализация организменного гомеостаза осуществляется сложными межсистемными механизмами с участием регуляторных систем: нервной, эндо- 128 Часть IV. Общая гистология кринной, иммунной. При этом наблюдается соподчинение всех гомеостатических уровней — внутриклеточного, клеточного, тканевого, органного. Гомеостаз каждого уровня вносит свой вклад в поддержание стабильности структуры и тем самым формирует следующий уровень организации со своими собственными, уже более мощными гомеостатическими механизмами. Таким образом, на основе взаимодействия систем органов, построенных из клеток и тканей, проявляется структурная целостность организма. Таким образом, на всех уровнях организации (внутриклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном, организменном) колебания функциональной активности и нормализация нарушенных функций обеспечиваются на основе принципиально единых, стереотипных структурных изменений. В основе всех изменений лежит непрерывное обновление клеток и внутриклеточных структур. Реакции, направленные на поддержание структурного гомеостаза, являются компенсаторно-приспособительными, при патологии они развертываются на той же материальной основе, что и в норме, но с большей, чем обычно, интенсивностью. 11. ЭПИТЕЛИАЛЬНЫЕ ТКАНИ Общая характеристика и классификация Эпителиальные ткани образуют наружный покров тела, выстилку полостей и трубчатых органов, а также формируют железы. Функции эпителиальных тканей: барьерная (защитная) — отделяют внутреннюю среду организма от внешней и покрывают поверхности тела, выстилают слизистые оболочки; транспортная — переносят вещества из внешней среды во внутреннюю, и наоборот; всасывательная — обеспечивают всасывание питательных веществ; экскреторная — удаляют токсические вещества и конечные продукты обмена; секреторная — синтезируют ряд веществ: ферментов, гормонов и т.д.; рецепторная — воспринимают сигналы из внешней и внутренней среды. Согласно функциональным особенностям выделяют два типа эпителиальных тканей (функциональная классификация): 1) покровные эпителии, располагающиеся на внешней или внутренней границе органа или всего организма, защищая, покрывая или выстилая его; 2) железистые эпителии, главной функцией которых является секреторная. За счет железистых эпителиев образуются эндокринные и экзокринные железы. По источникам происхождения выделяют следующие виды эпителиев (онтофилогенетическая классификация): 1) эпидермальный (из эктодермы); 2) энтодермальный (из энтодермы); 3) целонефродермальный (из мезодермы); 4) эпендимоглиальный (из нервной трубки); 5) ангиодермальный, сосудистый (из мезенхимы в области ангиобласта). 130 Часть IV. Общая гистология Структурная характеристика эпителиев. 1. Эпителии занимают пограничное положение, отделяя внутреннюю среду организма от внешней или различные внутренние среды организма. 2. Клетки эпителия (эпителиоциты) образуют непрерывные (сплошные) клеточные пласты. 3. Между клетками нет межклеточного вещества, они тесно связаны друг с другом с помощью различных типов контактов (плотных и адгезионных). 4. Эпителиоциты располагаются на базальной мембране (неклеточной структуре), которая создает основу для эпителия и отграничивает его от подлежащей соединительной ткани. Она имеет толщину около 20–100 нм и состоит из аморфного вещества и фибриллярных структур. На ультраструктурном уровне в составе базальной мембраны выделяют три пластинки: светлую, плотную (темную) и ретикулярную. С в е т л а я п л а с т и н к а прилежит к эпителиоциту со стороны его базального полюса, содержит гликопротеины (ламинин) и протеогликаны (гепарансульфат). От полудесмосом эпителиоцитов в глубь этой пластинки внедряются тонкие якорные филаменты, которые способствуют прикреплению базальной части эпителиальных клеток. П л о т н а я п л а с т и н к а представлена сетью переплетающихся якорных коллагеновых волокон, образованных коллагеном IV, V, VII типов, которые связаны между собой адгезионными молекулами гликопротеина (фибронектина). Она располагается под светлой пластинкой и обращена в сторону подлежащей соединительной ткани. Именно эта пластинка обеспечивает опорномеханические и барьерные функции эпителиальной ткани. Через эту часть свободно проникают низкомолекулярные и некоторые высокомолекулярные вещества, но не проходят макромолекулярные комплексы и другие клетки. Р е т и к у л я р н а я п л а с т и н к а содержит коллаген I и III типов, формирующий ретикулярные фибриллы, связывает якорные фибриллы плотной пластинки с коллагеновыми волокнами подлежащей соединительной ткани с помощью адгезионных молекул фибронектина. Ретикулярная пластинка придает эпителиям дополнительную прочность, по толщине превосходит светлую и плотную пластинки базальной мембраны. 11. Эпителиальные ткани 131 Функции базальной мембраны: поддержание нормальной архитектоники и поляризации эпителия; регуляция процессов пролиферации и дифференцировки эпителия; обеспечение плотной связи эпителия с подлежащей соединительной тканью; избирательная проницаемость для питательных веществ, поступающих в эпителий из кровеносных сосудов подлежащей соединительной ткани. 5. Для эпителиоцитов характерна апикально-базальная полярность (анизоморфность). Они имеют свободный апикальный полюс, связанный с базальной мембраной базальный полюс и латеральные (боковые) полюса, которые отличаются друг от друга по составу органелл. В б а з а л ь н о й части клетки обычно располагаются органеллы синтеза веществ и ядро, она может образовывать инвагинации — базальную исчерченность. На а п и к а л ь н о м п о л ю с е располагаются такие органеллы специального назначения, как реснички, стереоцилии, микроворсинки, секреторные пузырьки (см. Опорно-двигательная система в гл. 5). С базальным и латеральными полюсами связаны другие органеллы специального назначения — тонофиламенты. Они относятся к промежуточным филаментам, образованы из белков цитокератинов, которые являются специфичными для разных видов и даже для отдельных слоев эпителиев. Тонофиламенты формируют между эпителиоцитами на латеральных поверхностях плотные контакты (десмосомы, интердигитации), а между базальной частью эпителиоцитов и базальной мембраной — полудесмосомы. 6. Эпителий не содержит кровеносных сосудов, питание диффузное через базальную мембрану из подлежащей соединительной ткани. 7. Многие покровные эпителии хорошо иннервированы. 8. Большинство эпителиев обладают высокой способностью к регенерации. Физиологическая и репаративная регенерация осуществляются благодаря стволовым и малодифференцированным (камбиальным) клеткам, которые в однослойных эпителиях рас- 132 Часть IV. Общая гистология полагаются в специализированных зонах, а в многослойных — в базальном слое эпителиоцитов. Активатором пролиферации эпителиоцитов является эпидермальный фактор роста, ингибитором — эпидермальный кейлон. Железистый эпителий регенерирует хуже покровного. Покровные эпителии Покровные эпителии (рис. 11.1) образуют наружный покров тела, выстилку полостей и трубчатых органов, а также выполняют защитную и транспортную функции. а д ж б з в г е Рис. 11.1. Виды покровного эпителия [16]: а — однослойный плоский; б — однослойный кубический; в — однослойный цилиндрический каемчатый; г — однослойный цилиндрический многорядный мерцательный; д — многослойный плоский неороговевающий; е — многослойный переходный в растянутом состоянии; ж — многослойный переходный в обычном состоянии; з — многослойный плоский ороговевающий 11. Эпителиальные ткани 133 Согласно морфологической классификации выделяют: однослойные эпителии, в которых все клетки лежат на базальной мембране. Соответственно онтофилогенетической классификации однослойными эпителиями являются энтодермальный, целонефродермальный, мезодермальный, эпендимоглиальный и ангиодермальный; многослойные эпителии, в которых с базальной мембраной связан лишь один нижний слой клеток. Эти эпителии имеют эктодермальное и целонефродермальное происхождение. Однослойные эпителии К однослойным эпителиям относятся однослойные однорядные и однослойные многорядные эпителии. В однослойном однорядном эпителии все клетки имеют одинаковую форму и ядра всех клеток лежат на одном уровне (изоморфный). По форме клеток этот вид эпителия делится на плоский (а), кубический (б) и призматический (цилиндрический) (в). Однослойный плоский эпителий выстилает серозные полости (мезотелий — мезодермального происхождения) и полости сосудов и сердца (эндотелий — ангиодермального происхождения), альвеолы (энтодермального происхождения), капсулу нефрона и тонкие канальцы почек (мезодермального происхождения). Состоит из одного слоя уплощенных клеток с одним или двумя (тремя) ядрами, расположенными эксцентрично. Эпителиоциты контактируют друг с другом при помощи плотных контактов и десмосом. На апикальной свободной поверхности клеток имеются единичные микроворсинки. Основная масса органелл располагается вокруг ядра и представлена гранулярной ЭПС, небольшим количеством рибосом и митохондрий, слабо развитым комплексом Гольджи. Ядросодержащая часть клеток утолщена. От ядра расходятся периферические истонченные участки цитоплазмы, содержащие единичные органеллы. Камбиальные элементы располагаются диффузно между эпителиоцитами. Вследствие малой толщины эпителиального пласта через него транспортируются газы, питательные вещества и различные метаболиты. 134 Часть IV. Общая гистология Однослойный кубический эпителий (целонефродермального происхождения) входит в состав проксимальных и дистальных канальцев, собирательных трубочек почек. Выполняет функцию обратного всасывания (реабсорбции) веществ из первичной мочи в кровь. Встречается также в фолликулах щитовидной железы (синтезирует компоненты гормонов), а также в выводных протоках печени и поджелудочной железы (всасывательная и секреторная функции). На апикальной поверхности эпителиоцитов кубической формы почечных канальцев имеются микроворсинки в форме щеточной каемки. На базальном полюсе клеток формируется базальная исчерченность, состоящая из глубоких складок плазмолеммы, в которых концентрируются митохондрии. Ядро клеток сферической формы, в цитоплазме развиты все обязательные органеллы, сконцентрированные в основном на базальном полюсе. Камбиальные клетки расположены диффузно. Однослойный призматический эпителий (энтодермального происхождения) формирует выстилку среднего отдела желудочнокишечного тракта, желчного пузыря, ряда протоков печени и поджелудочной железы. Эпителиоциты имеют резко выраженную полярность: ядро эллипсоидной формы расположено вдоль оси клеток и смещено к базальному полюсу, в цитоплазме развиты все органеллы. На апикальной поверхности клеток кишечника большое количество микроворсинок, формирующих щеточную каемку. В желудке все эпителиоциты являются железистыми, продуцирующими слизь, а также всасывающими в кровь воду и некоторые соли. В тонкой кишке эпителиоциты выполняют функцию активного всасывания за счет хорошо выраженной щеточной каемки, которая обеспечивает пристеночное пищеварение и всасывание расщепленных продуктов в кровь и лимфу. Наряду с каемчатыми эпителиоцитами в пласте эпителиоцитов тонкой кишки содержатся бокаловидные (выделяют слизь), эндокринные (синтезируют гормоны для регуляции функции органов пищеварительного тракта), апикально-зернистые (синтезируют дипептидазы и бикарбонаты) и камбиальные клетки. Однослойный столбчатый эпендимоглиальный эпителий (нейрального происхождения) выстилает центральный канал спинного мозга и все желудочки головного мозга. В процессе гистогенеза клетки дифференцируются из нервной трубки и формиру- 11. Эпителиальные ткани 135 ют слой эпителиоподобных клеток, которые выполняют покровную и опорную функции. Одни из них имеют вытянутую форму в ядросодержащей части. От базальных поверхностей клеток отходят длинные отростки, образующие поверхностную пограничную мембрану, разделяющую нервную ткань от других тканей. На апикальных поверхностях хорошо выражены реснички, которые своим мерцанием способствуют циркуляции спинномозговой жидкости. Эти реснички постепенно утрачиваются в постэмбриональном периоде. Вторая разновидность эпендимоцитов выполняет секреторную функцию, выделяя различные активные вещества в полость мозговых желудочков или кровь. Они имеют кубическую форму, с ресничками на апикальном полюсе клеток, которые позднее редуцируются. На базальном полюсе цитоплазма образует многочисленные глубокие складки. В цитоплазме содержатся крупные митохондрии и различные включения (жир, пигмент и др.). В однослойном многорядном эпителии ядра клеток лежат на разных уровнях из-за разной высоты клеток. Однослойный многорядный столбчатый эпителий (энтодермального происхождения) входит в состав выстилки воздухопроводящих путей. В состав эпителиального пласта воздухоносных путей, образующегося из первичной жаберной кишки, входит несколько типов клеток: 1) реснитчатые (мерцательные), составляющие основную массу эпителиоцитов и являющиеся наиболее дифференцированными. Имеют длину около 15 мкм, ширину до 7 мкм. На апикальном полюсе находится до 270 ресничек длиной 5–10 мкм и микроворсинки длиной 0,8–1 мкм. Узкой базальной частью клетки контактируют с базальной мембраной. В цитоплазме хорошо развита гранулярная ЭПС и все обязательные органеллы. Каждая ресничка содержит микротрубочки, формирующие аксонему диаметром 250 нм, у основания которой находится базальное тельце. Реснички мерцают автоматически, благодаря их работе человек удаляет от 3 до 40 г пылевых частиц; 2) бокаловидные, вырабатывают слизь, которая покрывает и увлажняет поверхность мерцательного эпителия; 3) низкие (вставочные), имеют самые маленькие размеры и являются камбиальными клетками; 136 Часть IV. Общая гистология 4) высокие вставочные (промежуточные, малодифференцированные клетки, способные превращаться в реснитчатые и слизистые клетки). Однослойный двурядный призматический эпителий (мезодермального происхождения) встречается в протоке придатка яичка, семявыносящем протоке, выводных протоках предстательной железы, семенных пузырьков и в яйцеводах. В составе эпителиального пласта содержатся бокаловидные, реснитчатые и вставочные клетки. Многослойные эпителии Многослойные эпителии (см. рис. 11.1) состоят из нескольких пластов клеток, только нижний базальный слой эпителиоцитов столбчатой формы расположен на базальной мембране. Клетки других слоев смещаются выше, изменяют форму и отличаются друг от друга функциями и строением (плоский, кубический, цилиндрический). Это явление называется вертикальной анизотропией. Многослойные эпителии, в свою очередь, делятся на три вида: многослойный ороговевающий; многослойный неороговевающий; многослойный переходный. Многослойный ороговевающий эпителий (эктодермального происхождения) по форме поверхностного слоя называется многослойным плоским ороговевающим эпителием. Он покрывает поверхность тела и называется эпидермисом. В нем происходит процесс ороговения (трансформация клеток в роговые чешуйки — очень прочные постклеточные структуры, образующие роговой поверхностный слой эпителия). При этом клетки из нижних перемещаются в вышележащие слои эпителиоцитов. В нем выделяют пять слоев: 1) базальный слой — образован клетками призматической формы, расположенными на базальной мембране. В базофильной цитоплазме эпителиоцитов хорошо развиты все органеллы, выявляются многочисленные специализированные органеллы — кератиновые тонофиламенты. Ядро клеток овальной формы с одним или двумя ядрышками. Между эпителиоцитами расположены камбиальные эпителиоциты, способные к пролиферации и диффе- 11. Эпителиальные ткани 137 ренцировке, которые осуществляют процессы регенерации эпителия. Поэтому базальный слой называют ростковым. С соседними клетками эпителиоциты связаны десмосомами, щелевыми и плотными контактами, а с базальной мембраной — полудесмосомами, что обеспечивает плотное прикрепление эпителия к подлежащей соединительной ткани; 2) шиповатый слой — состоит из клеток многоугольной формы, которые прочно связаны друг с другом многочисленными десмосомами. В месте контактов у клеток имеются мелкие выросты цитоплазмы («шипы»), направленные навстречу друг другу. В цитоплазме многочисленные тонофиламенты образуют пучки, которые формируют тонофибриллы. Кроме эпителиоцитов в базальном и шиповатом слоях присутствуют меланоциты (пигментные клетки, содержащие включения черного пигмента меланина), дендритные клетки Лангерганса и лимфоциты, формирующие местную иммунную систему; 3) зернистый слой — образован тонкими плоскими клетками с уплощенным конденсированным ядром, расположенными в 3–4 ряда. В цитоплазме содержатся многочисленные тонофиламенты и гранулы двух типов: а) крупные (0,5 — 1 мкм) базофильные кератогиалиновые, содержащие белок профилаггрин, гистидин и цистеин, протеогликаны и гликопротеины; б) пластинчатые мелкие (250 нм), удлиненной формы кератиносомы, содержащие ферменты и липиды, которые выделяются из эпителиоцитов и обеспечивают барьерную функцию и водонепроницаемость эпителия; 4) блестящий слой — образован плоскими клетками, в цитоплазме которых содержится комплекс кератогиалина с тонофибриллами, сильно преломляющий свет. Этот слой сильно выражен только в эпителии толстой кожи, покрывающей ладони и подошвы, и является зоной перехода от живых клеток зернистого слоя к чешуйкам рогового слоя; 5) роговой слой — отличается упругостью и плохой теплопроводностью, что имеет значение для терморегуляции и механической защиты от внешних воздействий. Более выражен в коже пальцев, ладоней, подошв. Состоит из роговых чешуек в форме плоских многогранников, заполненных роговым веществом кератином, состоящим из плотно упакованных кератиновых фибрилл и пузырьков воздуха. 138 Часть IV. Общая гистология Многослойный неороговевающий эпителий по форме клеток поверхностного слоя делят на плоский, кубический, призматический. Многослойный плоский неороговевающий эпителий формирует выстилку переднего и заднего отделов желудочно-кишечного трактов, поверхность роговицы, влагалища, части мочеиспускательного канала. Состоит из трех слоев клеток: 1) базальный слой — формируют эпителиоциты призматической формы, расположенные на базальной мембране. Среди них содержатся камбиальные клетки, способные к пролиферации. Их цитоплазма включает большое количество свободных рибосом и полисом, а гранулярная ЭПС развита не очень сильно; 2) шиповатый (промежуточный) слой — расположен над базальным слоем. Состоит из 7–10 рядов крупных полигональных клеток с сильно утолщенной плазмолеммой. Их цитоплазма содержит многочисленные тонофиламенты, которые не образуют тонофибриллы, а расположены диффузно. Встречаются включения кератогиалина в форме мелких округлых гранул. Между латеральными поверхностями эпителиоцитов хорошо развиты десмосомы и другие виды контактов; 3) поверхностный слой — образован плоскими клетками. Количество органелл в их цитоплазме снижено, но выявляется большое количество диффузно распределенных цитокератиновых филаментов. Ядро светлое или темное с уплотненным хроматином (пикнотизированное). Ороговения клеток не наступает, но в наружных плоских эпителиоцитах происходят деструктивные процессы, и они постоянно удаляются с поверхности эпителия механизмом десквамации. Многослойный кубический (призматический) эпителий у человека встречается редко, он выстилает выводные протоки эктодермальных желез (слюнных, сальных, потовых, молочных), стенку зрелых фолликулов яичника, некоторые участки мочеиспускательного канала. Он похож по строению на многослойный плоский неороговевающий эпителий, но поверхностные клетки имеют кубическую или призматическую форму. Многослойный переходный эпителий (целонефродермального происхождения) образует выстилку мочевыводящих путей (чашечки, лоханки, мочеточники, мочевой пузырь и часть уретры). 11. Эпителиальные ткани 139 Форма клеток и толщина всего эпителиального пласта зависят от степени растяжения органа при заполнении его мочой. Образован тремя слоями клеток: 1) базальный слой — расположен на базальной мембране, состоит из кубических и цилиндрических клеток с мелкими круглыми ядрами. Среди этих клеток находятся стволовые (камбиальные) клетки, обеспечивающие регенерацию эпителиального пласта. Встречаются дендритные клетки Лангерганса, выполняющие функции иммунной защиты слизистой оболочки; 2) промежуточный слой — состоит из эпителиоцитов полигональной формы, накладывающихся друг на друга; 3) поверхностный слой — образован крупными двухъядерными или полиплоидными клетками куполообразной формы. Плазмолемма эпителиоцитов имеет толщину 12 нм (что отличает ее от плазмолеммы других клеток), поэтому она непроницаема для воды и ионов. Поверхностные клетки в наибольшей степени изменяют свою форму (от круглой до плоской) при растяжении эпителиального пласта. Этому способствуют многочисленные инвагинации плазмолеммы на апикальном полюсе эпителиоцитов и наличие в плазмолемме дискоидных везикул, которые являются резервом плазмолеммы, так как они встраиваются в нее во время растяжения под давлением накапливающейся мочи. В апикальных полюсах клеток находятся многочисленные микрофиламенты, которые препятствуют разрывам цитоплазматических мембран при растяжении органа. На латеральных полюсах поверхностных эпителиоцитов хорошо развиты плотные контакты. Сосудистый эндотелий Сосудистый эндотелий (эпителий) образуется из мезенхимы в области ангиобласта и выстилает внутренние поверхности стенки кровеносных, лимфатических сосудов и сердца. Образован одним слоем плоских клеток — эндотелиоцитов, расположенных на базальной мембране и образующих барьер на границе с внутренней средой организма — кровью или лимфой. Эндотелиоцит — полигональная плоская одноядерная клетка длиной 20–120 мкм и шириной 10�� –�� 20 мкм, имеющая тонкие (100�� –�� 300 нм) цитоплаз- 140 Часть IV. Общая гистология матические отростки, через которые обеспечивается двухсторонний транспорт веществ из крови (лимфы) в ткань и обратно. Ядро находится в центральной зоне клетки, его форма овальная с многочисленными инвагинациями кариолеммы, которые образуются при растяжении или сокращении сосудистой стенки, их количество зависит от различных условий гемодинамики и метаболизма в сосудах и сердце. Ядросодержащая часть эндотелиоцита включает небольшое количество органелл, над ядром расположен комплекс Гольджи. В уплощенных цитоплазматических отростках располагаются множественные пиноцитозные везикулы (70–75 нм), которые могут сливаться, формируя кавеолы. Эти структуры отражают трансэндотелиальный перенос различных веществ и метаболитов. В клетках хорошо развита гранулярная ЭПС, много митохондрий со светлым матриксом и небольшим количеством крист. Выявляются включения гликогена и АТФаза. Цитоскелет клетки образован промежуточными филаментами (виментиновыми, тубулиновыми, актиновыми) и микротрубочками, обеспечивающими поддержание формы и подвижность эндотелиоцитов. Клетки ориентированы в направлении тока крови (лимфы). В них различают три функциональные поверхности: внутренняя (свободная) — обращена в просвет сосуда, имеет одиночные микроворсинки и покрыта слоем гликопротеинов, образующих гликокаликс. На мембране эндотелиоцитов содержатся рецепторы для многих гормонов: адренорецепторы, холинорецепторы, простагландиновые, гистаминовые, брадикининовые, инсулиновые и др.; наружная (базальная) — контактирует с базальной мембраной, через нее происходит обмен между кровью (лимфой) и тканью, миграция в ткани форменных элементов крови (лейкоцитов); латеральная — содержит зубчатые и плотные точечные контакты. В местах соединений эндотелиоцитов имеются также щелевидные пространства, заполненные гликопротеинами и играющие важную роль в межклеточной проницаемости, особенно для ионов. Пласт эндотелиоцитов имеет выраженную органоспецифичность: в составе различных органов клетки имеют непрерывные цитоплазматические отростки (например, в легких), истонченные или фенестрированные (например, в почках) или фрагментиро- 11. Эпителиальные ткани 141 ванные или пористые (например, в печени); информация более подробно изложена в гл. 21. Сердечно-сосудистая система. Функции эндотелия: транспортная — участвует в двустороннем обмене веществ между кровью (лимфой) и тканями через эндотелиоциты путем диффузии, пиноцитоза или через межклеточные щели; барьерная — осуществляет избирательный транспорт для частичного или беспрепятственного проникновения через него ряда биологически активных веществ и форменных элементов крови; вазомоторная — регулирует сосудистый тонус за счет синтеза веществ, вызывающих сосудосуживающий (эндотелины) или сосудорасширяющий эффекты (окись азота); рецепторная — имеет на внутренней поверхности эндотелиоцитов рецепторы для обмена вазоактивных веществ (ангиотензина, брадикинина, биогенных монаминов); тромборезистентная — внутренняя поверхность клеток обладает антитромбогенными свойствами за счет синтеза как прокоагулянтов (тромбоксан, фактор свертывания V�� I�� ), так и антикоагулянтов (активатор плазминогена, простациклин, антитромбин III); метаболическая — участвует в обмене липидов, так как содержит рецепторы для липопротеинов низкой плотности, в обмене вазоактивных веществ (ангиотензина, брадикинина, биогенных моноаминов); секреторная — синтезирует ряд факторов роста и цитокинов, регулирующих регенерацию пласта эндотелиоцитов и фибробластов, пролиферацию гладких мышечных клеток сосудистой стенки, процессы кроветворения, дифференцировки Т- и В-лим фоцитов и тромбоцитов в кроветворных органах. Регенерация эндотелиоцитов выражена слабо, так как в составе пласта клеток не выявлены малодифференцированные камбиальные клетки, а сами эндотелиоциты являются обратимыми постмитотическими клетками, находящимися в периоде G0 клеточного цикла. Усиленная гибель эндотелиоцитов отмечается в зонах ответвлений сосудов, поэтому при определенных условиях сосудистые эпителиоциты могут перейти к размножению, хотя эти участки эпителиального пласта нельзя назвать камбиальными. 142 Часть IV. Общая гистология Железистый эпителий Железистый эпителий образует железы, которые выполняют секреторную функцию. Железы построены из паренхимы и стромы. Паренхима состоит из эпителия, а строма — из соединительной ткани с сосудами и нервами. Железистые эпителиоциты (гландулоциты) вырабатывают и выделяют разнообразные вещества (секреты) в двух направлениях: на поверхность кожи, слизистых оболочек (в полости внутренних органов) — экзокринные гландулоциты; во внутреннюю среду организма — в кровь, межклеточное вещество — эндокринные гландулоциты. Секреты имеют очень важное значение для процессов пищеварения (слюна, желудочный и кишечный сок, желчь), для роста и дифференцировки других клеток организма (факторы роста, регуляторы белкового и углеводного обмена, половые гормоны). Гландулоциты могут располагаться: эндоэпителиально: в составе эпителиальных пластов покровных эпителиев, например, бокаловидные клетки в кишечнике; экзстраэпителиально: формируют самостоятельные органы — железы, например поджелудочная железа, печень, щитовидная железа. Секреторные клетки: расположены на базальной мембране и могут формировать тяжи клеток (трабекулы), островки или пузырьки (фолликулы). Форма клеток разнообразная (от призматической до плоской, вплоть до полного разрушения клетки) и меняется в зависимости от функционального состояния (фазы секреции). В экзокринных секреторных клетках ярко выражена полярность: ядро и органеллы смещены к базальному полюсу цитоплазмы, а в апикальном — располагаются секреторные гранулы и транспортные пузырьки. В эндокринных секреторных клетках такая полярность может отсутствовать, поскольку секреция в межклеточное вещество может происходить с любого полюса. Ядро клетки больших размеров, с преобладанием эухроматина и крупным ядрышком. Его положение в клетке и форма могут изменяться в разные фазы секреции (при накоплении секрета в цитоплазме ядро сильно уплощается и смещается к базальному 11. Эпителиальные ткани 143 полюсу, например в клетках слюнных желез). В цитоплазме сильно развиты синтетический и транспортный аппараты: большое количество рибосом, гранулярной ЭПС (при синтезе белковых секретов) и агранулярной ЭПС (при синтезе углеводных или липидных секретов). Сильно развит комплекс Гольджи, который расположен ближе к тому полюсу клетки, через который выводится секрет. Очень много митохондрий с пластинчатыми или везикулярными кристами. В цитоплазме содержится много секреторных гранул, но их число, строение и размер зависят от химического состава и фазы секреции. Секреторный цикл клетки состоит из следующих фаз: 1) поглощение исходных веществ. Эта фаза предполагает активный транспорт исходных мономеров (аминокислот, моносахаров и пр.), необходимых для образования секрета; 2) синтез секрета — эта фаза проходит в гЭПС или аЭПС; 3) созревание секрета происходит в комплексе Гольджи; 4) накопление секрета в секреторных гранулах; 5) выделение секрета. Процесс выведения секрета контролируется нервной и эндокринной системами и происходит тремя различными способами: мерокриновым, апокриновым или голокриновым (рис. 11.2). При мерокриновом (эккриновом) способе железистые клетки полностью сохраняют свою структуру (например, слюнные железы); при апокриновом — вместе с секретом отделяются апикальные части клеток (молочные, потовые железы); при голокриновом — происходит полное разрушение железистых клеток, фрагменты которых входят в состав секрета (сальные железы кожи); восстановление структуры клетки заключается в восстановлении размеров и органелл клетки после выделения секрета. В жев а б Рис. 11.2. Типы секреции эпителиальных клеток [18]: а — мерокриновый; б — апокриновый; в — голокриновый 144 Часть IV. Общая гистология лезистых клетках с мерокриновым или апокриновым способом секреции восстановление структуры клеток происходит путем внутриклеточной регенерации или за счет пролиферации клеток камбиального резерва, в голокриновых — только за счет размножения стволовых клеток. Эти фазы могут происходить последовательно одна за другой, но иногда совершаются одновременно. Когда секреторные клетки располагаются экзоэпителиально, то они формируют анатомически обособленные органы — железы. Выделяют железы внешней секреции (экзокринные) и железы внутренней секреции (эндокринные). Экзокринные железы Экзокринные железы вырабатывают секреты, выделяющиеся во внешнюю среду (на поверхность кожи или в полости органов) — ферменты, слизь, пот, кожное сало и пр. В эмбриогенезе экзокринные железы образуются из эктодермы (слюнные, молочные железы) или энтодермы (печень, поджелудочная железа) путем инвагинации пластов эпителиоцитов в мезенхиму. Из дистальных отделов закладки образуются концевые (секреторные) отделы, а из проксимальных формируется система выводных протоков. Поэтому их структурно-функциональные единицы состоят из двух частей: секреторных (концевых) отделов и выводных протоков (рис. 11.3). Экзокринные железы классифицируют: 1) по строению: по ветвлению выводного протока — простые, имеют один неветвящийся выводной проток, и сложные, у которых главный выводной проток ветвится; ветвлению секреторного отдела — неразветвленные, у которых в выводной проток открывается один концевой отдел, и разветвленные, когда в выводной проток либо в его ветви открывается несколько концевых отделов; форме секреторных отделов — трубчатые, когда концевой отдел имеет форму трубочки, альвеолярные — форму мешочка (альвеолы) и альвеолярно-трубчатые (смешанные); 11. Эпителиальные ткани 1 145 2 4 3 5 6 7 8 Рис. 11.3. Классификация экзокринных желез [4]: 1 — простая неразветвленная трубчатая; 2 — простая неразветвленная альвеолярная; 3 — простая разветвленная трубчатая; 4 — простая разветвленная альвеолярная; 5 — сложная разветвленная трубчатая; 6 — сложная разветвленная альвеолярная; 7 — выводные протоки; 8 — концевые отделы 2) по химическому составу секрета экзокринные железы бывают белковые (серозные), слизистые (мукоидные), смешанные (белково-слизистые), сальные, синтезирующие соли и кислоты. Сероциты, синтезирующие белковый секрет, имеют базофильную окраску цитоплазмы из-за большого количества гЭПС, сильного развития комплекса Гольджи и белковых секреторных гранул. Ядро округлой формы расположено ближе к базальному полюсу клетки. Слизистые клетки, синтезирующие смесь полисахаридов и гликопротеинов (слизь), имеют светлую оксифильную цитоплазму из-за слабой окраски слизистых включений и уплощенное конденсированное ядро, расположенное у мембраны базального полюса клетки. В секреторных клетках сильно развит комплекс Гольджи, гЭПС значительно меньше, в апикальном полюсе клеток обильное накопление секрета. Сальные железы состоят из секреторных клеток, использующих для синтеза секрета липиды (холестерин). Клетки имеют светлую окраску, смещенное к базальному полюсу пикнотизированное ядро. В цитоплазме большое количество липидных включений, гЭПС и комплекс Гольджи развиты слабо. Гландулоциты, секретирующие соли и кислоты, содержат внутриклеточные канальцы с многочисленными микроворсинками. В цитоплазме 146 Часть IV. Общая гистология большое количество митохондрий и аЭПС. Комплекс Гольджи развит слабо, а гЭПС практически не выявляется. В железах эктодермального происхождения (слюнных, молочных, потовых) в составе аденомеров кроме секреторных клеток имеются отростчатые миоэпителиальные клетки, которые содержат сократительный аппарат (актиновые и миозиновые миофиламенты). Они охватывают своими отростками концевые отделы и выводные протоки желез, при их сокращении облегчается выделение секрета на поверхность тела или в полости внутренних органов. В энтодермальных железах миоэпителиоциты не выявлены. Эндокринные железы Эндокринные железы, или железы внутренней секреции, вырабатывают и выделяют секреты (гормоны или биологически активные вещества) во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, межклеточное вещество). В эмбриогенезе они, как и экзокринные железы, образуются путем инвагинации пластов эпителиоцитов в мезенхиму, но затем теряют связь с внешним эпителиальным пластом. Поэтому их структурно-функциональные единицы содержат только секреторные (концевые) отделы. Выводных протоков в эндокринных железах нет. Эндокринные железы классифицируют: 1�� ) по строению — по форме концевого отдела: секреторные отделы образуют пузырьки (фолликулярная железа), в просвете которых накапливается секрет или тяжи (трабекулярная железа); 2�� ) по химическому составу секрета выделяют железы, секретирующие белки и полипептиды, производные аминокислот и стероидные гормоны (см. гл. 23. Эндокринная система). 12. СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ТКАНИ Общая морфофункциональная характеристика Соединительные ткани представляют собой группу тканей с разнообразной структурно-функциональной организацией. Они возникают на самых ранних этапах развития, формируют внутреннюю среду организма и обеспечивают ее постоянство — гомеостаз. Особенности соединительных тканей: развиваются из общего источника — мезенхимы; не граничат с внешней средой; являются многокомпонентными системами, состоящими из рыхло расположенных клеток и преобладающего межклеточного вещества; характеризуются гетерогенностью и аполярностью клеток; обладают высокой способностью к регенерации. Ткани внутренней среды, несмотря на их разнообразие, выполняют похожие функции: трофическая — обеспечение других тканей питательными веществами, поддержание метаболического гомеостаза; регуляторная — участие в регуляции деятельности других тканей в составе органов за счет выделяемых биологически активных веществ; защитная — участие в развитии воспалительных, иммунных реакций; механическая, опорная, формообразовательная — образование стромы органов (капсулы, табекул); является ведущей тканью в формировании опорных и защитных элементов в организме — сухожилий, связок, хрящей и костей; пластическая — обеспечение процессов регенерации; депонирующая — накопление веществ, необходимых организму. Соединительные ткани делятся: 1) на кровь, лимфу (трофические); 2) собственно соединительные ткани (опорно-трофические): а) волокнистые: 148 Часть IV. Общая гистология •• рыхлая неоформленная волокнистая соединительная ткань; •• плотная волокнистая соединительная ткань — оформленная и неоформленная; б) соединительные ткани со специальными свойствами: ••ретикулярная; ••жировая; ••пигментная; ••слизистая; 3) скелетные ткани (опорные): а) хрящевая; б) костная. Гистогенез. Мезенхима Все типы соединительных тканей независимо от их физикохимических свойств развиваются из общего эмбрионального источника — мезенхимы, которая является полипотентным и гетерогенным зачатком. Мезенхима возникает главным образом из клеток среднего зародышевого листка — мезодермы. Клеточные элементы мезенхимы образуются в процессе дифференцировки дерматома, склеротома, висцерального и париетального листков спланхнотома. Кроме того, часть клеток мигрирует из производной эктодермы — ганглиозной пластинки. Морфологически все клетки мезенхимы практически не отличаются друг от друга. Это многоотростчатые клетки, контактирующие друг с другом и образующие трехмерную сеть — синцитий. Клетки располагаются между зародышевыми листками в гомогенном матриксе межклеточного вещества. Мезенхимальные клетки содержат крупные овальные ядра, базофильную цитоплазму. Относительная однородность мезенхимы у зародышей сохраняется недолго и вскоре в различных участках тела возникают мезенхимные производные. При этом нарушаются межклеточные контакты, клетки свободно перемещаются, делятся и дифференцируются в различные клеточные популяции. Для соединительных тканей характерно наличие в их составе разнообразных клеток, расположенных в межклеточном веществе. 12. Соединительные ткани 149 Клетки соединительных тканей представляют собой обновляющиеся клеточные популяции и образуются в результате дивергентной дифференцировки: стволовых кроветворных клеток (подвижные клетки) — клетки крови, макрофаги, тучные клетки соединительной ткани, плазмоциты; стволовых стромальных (мезенхимальных) клеток — фибробласты, хондробласты, остеобласты. Каждый тип клеток обеспечивает выполнение определенной функции ткани. Например, фибробласты, хондробласты, остеобласты продуцируют межклеточное вещество, т.е. играют тканеообразующую роль. Макрофаги, плазматические клетки, тучные клетки реализуют защитные функции ткани. Межклеточное вещество является совокупным продуктом клеток соединительной ткани и состоит из двух компонентов: 1) волокнистого или фибриллярного — по этому признаку различают три типа волокон (коллагенновые, ретикулярные, эластические), каждый из которых обладает особыми морфологическими, механическими и биохимическими свойствами. Их количество, распределение и соотношение варьирует в различных соединительных тканях. В крови и лимфе этот компонент отсутствует; 2) аморфного или основного вещества — волокна и клетки погружены в основное вещество, которое в зависимости от вида соединительных тканей имеет различную консистенцию. В костных и хрящевых тканях твердость межклеточного вещества обеспечивает выполнение этими тканями опорной функции. Гелеобразная консистенция рыхлой соединительной ткани представляет собой среду, в которой происходит обмен питательными веществами и метаболических продуктов между клетками и плазмой крови. В этой среде реализуются защитные реакции и другие разнообразные функции этой ткани. Молекулы основного вещества соединительной ткани служат резервуаром гормонов, контролирующих рост и дифференцировку клеток. В крови и лимфе основное вещество представляет собой жидкость. Таким образом, существенные различия типов соединительных тканей связаны с различным соотношением трех ее компонентов — клеток, волокон и основного вещества. 13. КРОВЬ И ЛИМФА Общая характеристика крови Система крови включает кровь, лимфу, органы кроветворения и иммунопоэза, которые обеспечивают постоянство состава и количества циркулирующей крови, динамическое равновесие, сбалансированность и относительную стабильность всех элементов крови. Система крови — это часть внутренней среды организма, она подчиняется общим законам нейрогуморальной регуляции. Компоненты системы крови имеют общее мезенхимное происхождение, взаимосвязаны гистогенетически и функционально. Кровь — жидкая соединительная ткань, состоящая из циркулирующих по системе кровеносных сосудов форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов) и жидкой межклеточной субстанции (межклеточного вещества или плазмы). В организме человека кровь составляет 5–9 % массы тела (около 5 л). Объем плазмы — 55–60 %, а форменных элементов — 40–45 %. Отношение объемов форменных элементов и плазмы крови называется гематокрит, он составляет в норме у женщин 41 %, мужчин 47 %. Форменные элементы крови — это различные по строению и функциям клетки и постклеточные структуры. К форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты и тромбо циты. Плазма крови — это своеобразное межклеточное вещество. Содержит 90–93 % воды и 7–10 % сухого вещества. В сухом остатке 1,5–2 % составляют низкомолекулярные вещества (анионы, катионы, глюкоза, мочевина) и 6,6–8,5 % — белки, среди которых выделяют пять фракций: альбумины, α1, α2, β, γ-глобулины. Часто в отдельную фракцию выделяют фибриноген, который является одним из белков фракции β-глобулинов. Плазма, лишенная фибриногена, называется сывороткой. Белки плазмы обеспечивают онкотическое давление, поддерживают рН крови, ее вязкость, участвуют в транспорте веществ (см. ниже), защитных реакциях, свертывании крови, служат резервом аминокислот. Все белки плазмы крови синтезируются 13. Кровь и лимфа 151 в печени. Исключение составляют γ-глобулины (антитела или иммуноглобулины), которые синтезируются потомками В-лимфо цитов — плазматическими клетками и участвуют в иммунных реакциях. Электролиты участвуют в поддержании осмотического давления. Кроме неорганических компонентов и белков, обеспечивающих функции плазмы, в ней присутствует и другая группа компонентов — вещества, которые просто переносятся плазмой: питательные вещества, всосавшиеся в желудочно-кишечном тракте: липиды, углеводы, аминокислоты, витамины, микроэлементы. Эти вещества, как правило, связаны в плазме с белками и формируют липопротеины, гликопротеины и пр.; промежуточные продукты метаболизма: молочная, пировиноградная кислота и пр.; гормоны, ферменты; конечные продукты обмена: мочевина, мочевая кислота, креатинин, билирубин, аммиак. Абсолютное содержание форменных элементов в расчете на 1 л крови называется гемограммой. Число эритроцитов составляет (4,5–5)×1012, лейкоцитов — (3,8–9,0)×109, тромбоцитов — (200– 400)×109 в 1 л крови. В гемограмму входят также такие показатели, как гематокрит (0,4–0,45), скорость оседания эритроцитов (СОЭ 4–12 мм/ч); содержание гемоглобина (120–140 г/л) и некоторые другие параметры. Главная функция крови — транспортная. В зависимости от вида транспортируемого продукта выделяют следующие функции: 1) защитную — транспорт клеток и веществ для обеспечения генетического гомеостаза, защиты от чужеродных продуктов; 2) регуляторную — поддержание постоянства химических и физических характеристик (констант) внутренней среды организма, транспорт гормонов, других биологически активных веществ, микроэлементов и пр.; 3) дыхательную — доставка кислорода и удаление углекислого газа; 4) трофическую — транспорт питательных веществ; 5) экскреторную (выделительную) — доставка продуктов метаболизма к органам выделения. 152 Часть IV. Общая гистология Лимфа — жидкая соединительная ткань, состоящая из циркулирующих по системе лимфатических сосудов форменных элементов и жидкой межклеточной субстанции (плазмы). Образуется в тканях и поступает в лимфокапилляры, затем в периферические сосуды, проходит через лимфатические узлы, поступает в крупные лимфососуды и через грудной проток попадает в кровь. Форменные элементы лимфы — это главным образом лимфоциты (один из видов лейкоцитов). Иногда встречаются другие виды лейкоцитов. Межклеточное вещество лимфы образуется из тканевой жидкости. Лимфоплазма близка по составу к плазме крови, но отличается более низким содержанием белка, большей концентрацией липидов. Из тканевой жидкости в лимфу попадают инородные частицы, бактерии, опухолевые клетки. Состав оттекающей от тканей лимфы весьма динамичен и характеризует особенности обмена в органах. Лимфа, выходящая из лимфатических узлов, освобождается от чужеродных структур и обогащается иммунными белками. Функция лимфы — транспортная. В зависимости от транспортируемых веществ выделяют: 1) трофическую: транспорт липидов и других питательных веществ для пластических целей; 2) защитную: транспорт Ig, иммунных комплексов, чужеродных частиц; 3) регуляторную: транспорт биологически активных веществ, гормонов и пр.; 4) дренаж тканевой жидкости и ее перераспределение в организме. Значение исследований крови в диагностике заболеваний. Количественные параметры плазмы крови и ее форменных элементов (лейкоцитарная формула и гемограмма в целом) изменяются при заболеваниях. Эти изменения в значительной степени зависят от характера заболевания, поэтому исследование крови имеет важное значение для постановки диагноза, оценки тяжести заболевания, контроля эффективности лечения и прогноза. 13. Кровь и лимфа 153 Эритроциты Эритроциты, или красные кровяные тельца, представляют собой безъядерные постклеточные структуры в форме двояковогнутого диска. Количество эритроцитов у мужчин (3,9–5,5)×1012 в 1 л крови, у женщин — (3,7–4,9)×1012 в 1 л крови. Увеличение количества эритроцитов называют эритроцитозом, снижение — эритроцитопенией. Эритроциты обычно имеют форму двояковогнутых дисков и называются дискоцитами (75–80 %). Такая конфигурация обеспечивает, во-первых, пластичность эритроцита (способность к деформации при прохождении по узкому капилляру), во-вторых, максимальную площадь соприкосновения со стенками капилляра для обеспечения эффективного газообмена. Общая площадь поверхности всех эритроцитов циркулирующей крови — около 3800 м2. Встречаются и другие формы эритроцитов, свидетельствующие о старении клеток: планоциты (с плоской поверхностью), стоматоциты (куполообразные), сфероциты (шаровидные), эхиноциты (шиповидные). В норме их доля составляет не более 25 %. Превышение этого показателя называют пойкилоцитозом. Диаметр эритроцитов у человека — 7–8 мкм, толщина по периферии составляет 1,9 мкм, в центре — менее 1 мкм, площадь поверхности — около 140–145 мкм2, объем — 85–90 мкм3. Это нормоциты, доля которых обычно составляет не менее 75 %. Если диаметр эритроцита больше 8 мкм — клетки называют макроцитами (12,5 %), если меньше 7 мкм — микроцитами (12,5 %). В норме их суммарная доля не превышает 25 %. Увеличение содержания таких клеток более 25 % имеет название анизоцитоз. Наряду со зрелыми эритроцитами в крови содержится около 1 % молодых эритроцитов — ретикулоцитов (см. Гемоцитопоэз в гл. 13). Выявляют их с помощью окраски мазка крови красителем бриллиантовым крезиловым голубым. Наружная поверхность плазмолеммы эритроцита несет антигены резус-фактора, групп крови, рецепторы многих веществ, транспортные белки. Клеточная мембрана эритроцита (рис. 13.1) очень эластична, гибка и прочна за счет непредельных углеводородов и цитоскелета, белки которого связаны с периферическими 154 Часть IV. Общая гистология Рис. 13.1. Плазматическая мембрана и субмембранный цитоскелет эритроцита [13]: 1 — плазматическая мембрана; 2 — главный трансмембранный белок; 3 — актин; 4 — анкирин; 5 — нити спектрина; 6 — спектрин и трансмембранными белками. Основными белками цитоскелета являются спектрин и актин, которые образуют сетевидную структуру под мембраной, а белок полосы 4.1 и анкирин связывают эту сеть с клеточной мембраной. Главными трансмембранными белками являются гликофорины и белок полосы 3. Благодаря эластичности мембраны и специфическому устройству цитоскелета эритроцит характеризуется высокой степенью пластичности и способен проходить через капилляры, диаметр просвета которых меньше его диаметра. Являясь постклеточной формой, эритроцит не содержит ядра и органелл. В цитоплазме эритроцитов содержится 66 % воды и 33 % сухого остатка. 95 % сухого остатка составляет дыхательный фермент — гемоглобин. Молекула гемоглобина состоит из четырех цепей глобина, каждая из которых связана с одной молекулой гема. В центре гема находится атом железа, который в восстановленном состоянии Fe2+ присоединяет и отделяет кислород. Основная функция гемоглобина — перенос кислорода. СО2 транспортируется плазмой преимущественно в виде бикарбонат иона НСО3–, который образуется в эритроците из CO2 под влиянием карбоангидразы и выходит в плазму. Существует несколько типов гемоглобина, образующихся на разных сроках развития и различающихся строением цепей глобина и сродством к кислороду. Эмбриональный HbЕ определяется в первых эритроцитах эмбриона. Фетальный HbF появляется во второй половине эмбриогенеза. После рождения его количество постепенно снижается и к 8 месяцам составляет 1 %. Дефинитивный HbА составляет основное количество гемоглобина эритроцитов взрослого человека, при этом эритроциты содержат и 0,5–1 % HbF. 13. Кровь и лимфа 155 Сухой остаток кроме гемоглобина составляют глюкоза, АТФ, ферменты, поддерживающие гемоглобин в восстановленном состоянии, необходимом для связывания кислорода. Когда ферментные системы восстановления гемоглобина снижают активность, эритроцит стареет. Этот процесс связан также с расходом глюкозы, уменьшением АТФ, а значит, недостатком энергии для поддержания двояковогнутой формы, равновесия электролитов. Стареющие эритроциты не могут проходить через узкие поры в эндотелии сосудов селезенки, распознаются по дополнительным признакам и фагоцитируются макрофагами. Продолжительность жизни эритроцитов — до 120 дней. Функции эритроцитов: дыхательная — транспорт гемоглобином кислорода; регуляторная и защитная — перенос на поверхности ряда биологически активных веществ, в том числе иммуноглобулинов, иммунных комплексов, компонентов комплемента; транспорт аминокислот, токсинов, лекарственных веществ, связанных с гликокаликсом мембраны эритроцита; участие в поддержании буферных свойств крови. Кровяные пластинки (тромбоциты) Кровяные пластинки (тромбоциты, тромбопластинки) — мелкие дисковидные двояковыпуклые безъядерные постклеточные структуры диаметром 2–4 мкм, толщиной 0,5–0,75 мкм, объемом 5–10 мкм3, циркулирующие в крови взрослого в количестве (200–400)×109/л. В норме в крови циркулируют 2/3 общего числа тромбоцитов, а 1/3 находится вне циркуляции в красной пульпе селезенки. Увеличение количества тромбоцитов называют тромбоцитозом, уменьшение — тромбоцитопенией. На поверхности тромбоцита расположен толстый гликокаликс, который участвует в образовании мостиков между мембранами тромбоцитов при их агрегации (склеивании). Среди интегральных белков мембраны присутствуют антигены групп крови, рецепторы адгезии и агрегации. Цитоплазма тромбоцита (рис. 13.2) состоит из гиаломера — периферической зоны тромбопластинки, и грануломера — гранул, лежащих в центре или рассеянных по гиаломеру. 156 Часть IV. Общая гистология 6 Рис. 13.2. Схема строения тромбоцита [16]: 2 5 1 2 3 1 — трубочки плотной тубулярной системы; 2 — краевые мембранные канальцы; 3 — α-гранула; 4 — λ-гранула; 5 — круговые пучки микротрубочек; 6 — включения гликогена 4 Гиаломер характеризуется хорошо развитым цитоскелетом, в состав которого входят: пучки микротрубочек, ориентированные циркулярно: они обеспечивают сохранение формы тромбоцита; сократительные (контрактильные) белки (актин, миозин и др.), ориентированные вдоль мембраны и участвующие в уменьшении размера тромбоцита и ретракции тромба. Кроме цитоскелета гиаломер тромбоцита содержит краевые мембранные канальцы, открывающиеся во внеклеточную среду. Очевидно, они участвуют в секреции содержимого a-гранул и захвате факторов свертывания. В цитоплазме находятся также мембранные трубочки, содержащие пероксидазу, которые составляют плотную тубулярную систему. Грануломер имеет 4 типа различных гранул. В основном это a-гранулы с факторами свертывания крови (фибриноген, фактор Виллебранда и пр.), факторами роста (тромбоцитарный фактор роста, трансформирующий фактор роста-b), гликопротеинами, участвующими в адгезии тромбоцитов. Выделяют также δ-гранулы с гистамином, серотонином, АТФ, ионами Са. Наконец, λ-гранулы (лизосомы) содержат литические ферменты, АТФазу, пероксидазу, которые могут участвовать в растворении тромба. Четвертый вид гранул — микропероксисомы. Тромбоциты содержат в большом количестве органеллы: ЭПС, митохондрии, элементы комплекса Гольджи, рибосомы, а также гранулы гликогена. 13. Кровь и лимфа 157 Основной функцией тромбоцитов является остановка кровотечения при повреждении стенки сосудов — первичный гемостаз. Совместно с эндотелием сосудов и плазмой крови тромбоциты принимают участие в каскадной реакции свертывания крови, формировании тромба, его ретракции и разрушении — гемокоагуляция, вторичный гемостаз. Кроме того, тромбоциты принимают участие: в заживлении поврежденной сосудистой стенки путем секреции ангиогенных факторов; реакциях воспаления; обеспечении нормального функционирования эндотелиальной выстилки сосудов; обмене биогенных аминов. В популяции тромбоцитов различают 5 основных видов: 1) юные (4,2 %) — базофильные, с небольшим количеством органелл; 2) зрелые (88 %) — оксифильные, с хорошо развитым грануломером; 3) старые (4,1 %); 4) дегенеративные (до 2 %), которые окрашиваются в серый цвет и содержат мало гранул; 5) гигантские (2 %), размер которых составляет 6–8 мкм. Продолжительность жизни составляет 9–10 суток. Лейкоциты Лейкоциты (белые кровяные клетки) — это подвижные форменные элементы крови, содержащие ядра. В отличие от эритроцитов и тромбоцитов лейкоциты в кровеносном русле, как правило, не функционируют. Кровь для них — лишь путь для перемещения к месту функционирования. Лейкоциты мигрируют через стенку кровеносных сосудов (посткапиллярных венул) и осуществляют свою функцию в окружающей соединительной ткани. При движении по венулам: лейкоцит случайным образом касается поверхности эндотелиоцитов и взаимодействует с ней с помощью рецепторов плазмолеммы; на поверхности эндотелия под влиянием выделившихся в тканях цитокинов, медиаторов воспаления и других факторов 158 Часть IV. Общая гистология формируются адгезионные молекулы. Их комплементарное взаимодействие с рецепторами лейкоцитов ведет к прилипанию лейкоцитов к стенке сосуда; лейкоцит распластывается по поверхности эндотелия сосуда, образует псевдоподии и перетекает на другую сторону сосудистой стенки; под влиянием медиаторов воспаления в тканях происходит дальнейшая перестройка цитоскелета, миграция лейкоцитов, выполнение ими специфических функций. Таким образом, лейкоциты функционируют в тканях, их главное назначение — защита организма от всего чужеродного: они участвуют в уничтожении микроорганизмов, иных инородных структур, продуктов распада тканей. В крови лейкоциты имеют шарообразную форму, бесцветны. У взрослого человека в 1 л крови содержится (3,8–9,0)×109 лейкоцитов. Увеличение количества лейкоцитов называют лейкоцитозом, уменьшение — лейкоцитопенией. По строению лейкоциты делятся на две группы: зернистые — имеют сегментированные ядра и специфическую зернистость в цитоплазме. Форма ядер является особенностью гранулоцитов. Она изменяется по мере созревания клеток от бобовидной (юные) до палочковидной и сегментированной (зрелые). Изменения структуры ядер являются необратимыми. Все лейкоциты имеют в цитоплазме неспецифические гранулы — лизосомы, содержащие гидролитические ферменты, состав которых одинаков у всех лейкоцитов. Кроме того, у гранулоцитов имеются специфические гранулы, определяющие функциональные возможности клеток. По способности специфических гранул к окраске выделяют эозинофилы, базофилы и нейтрофилы; незернистые — не имеют специфической зернистости, а ядро несегментировано. Среди них существуют два типа клеток — лимфоциты и моноциты. При проведении клинического анализа крови осуществляется подсчет относительного содержания отдельных видов лейкоцитов. Процентное содержание разных видов лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой. В норме для лейкоцитарной формулы характерны следующие соотношения клеток: нейтрофилы — 65– 75 % (среди них: юные — 0–0,5 %, палочкоядерные — 3–5 %, сег- 13. Кровь и лимфа 159 ментоядерные — 60–65 %), эозинофилы — 1–5 %, базофилы — 0–1 %, лимфоциты — 20–40 %, моноциты — 6–8 %. Подсчет общего числа лейкоцитов на единицу объема крови и соотношения между лейкоцитами (лейкоцитарная формула) имеют большое диагностическое значение. Например, сдвиг лейкоцитарной формулы влево (увеличение доли юных и палочкоядерных форм нейтрофилов) свидетельствует о выходе в кровь молодых клеток — компенсаторная реакция на потерю крови либо реакция на появление очага воспаления, где гибнут зрелые клетки. Сдвиг лейкоцитарной формулы вправо (увеличение количество сегментоядерных нейтрофилов, отсутствие молодых клеток) обнаруживается при угнетении кроветворения. Кроме того, обычные соотношения между лейкоцитами могут изменяться при воздействии природных и промышленных факторов, в ходе онтогенеза. Зернистые лейкоциты (гранулоциты) Гранулоциты — это лейкоциты, содержащие сегментированное ядро и специфические гранулы в цитоплазме. Если специфические гранулы в цитоплазме окрашиваются кислыми красителями (эозином), лейкоциты называются эозинофильными; если основными красителями — базофильными, если и теми, и другими — нейтрофильными (рис. 13.3). Нейтрофильные лейкоциты, нейтрофилы — наиболее многочисленный тип лейкоцитов (2,0–5,5)×109/л крови, 65–75 % оба 4 б 3 2 5 6 1 3 4 2 1 в 5 2 3 6 1 6 5 Рис. 13.3. Зернистые лейкоциты [7]: а — нейтрофил; б — базофил; в — эозинофил; 1 — ядро; 2 — ЭПС; 3 — специфические гранулы; 4 — лизосомы; 5 — комплекс Гольджи; 6 — митохондрии 160 Часть IV. Общая гистология щего числа лейкоцитов). Нейтрофилия — повышение, нейтропения — снижение количества нейтрофилов в крови. Размеры нейтрофилов в мазке крови — 9–12 мкм, диаметр нейтрофила, мигрирующего в тканях, увеличивается почти до 20 мкм. Нейтрофилы образуются в красном костном мозге в течение 7 сут., через 4 сут. выходят в кровоток и находятся в нем 8–12 ч. Продолжительность жизни в тканях около 5–9 сут. Форма ядра зависит от степени дифференцировки клеток: юные имеют ядро бобовидной формы, палочкоядерные (более зрелые) — в виде изогнутой палочки, сегментоядерные (полностью зрелые) содержат ядро из 3–5 сегментов. В ядрах много гетеро хроматина. В нейтрофилах у женщин один из сегментов ядра представлен выростом в форме барабанной палочки — тельце Барра. В цитоплазме слабо представлены органеллы общего назначения, хорошо развитый цитоскелет обеспечивает подвижность клеток, имеются включения гликогена и липидов. Нейтрофилы содержат два типа гранул: азурофильные (неспецифические) и нейтрофильные (специфические, мелкие розово-фиолетовые), которые окрашиваются как основными, так и кислыми красителями. Азурофильные гранулы окрашиваются азуром, крупные, появляются первыми в процессе развития, составляют около 20 % гранул. Часто рассматриваются как обычные лизосомы, но в отличие от них содержат гораздо больший набор антимикробных веществ (лизоцим, миелопероксидаза, кислые гидролазы, катионные антимикробные белки и пр.). Нейтрофильные гранулы составляют около 80 % всех гранул, мелкие содержат бактериостатические и бактерицидные вещества — лизоцим (разрушает полисахариды бактериальной стенки), щелочную фосфатазу и пероксидазу (разрушают ДНК микробной клетки), лактоферрин (последний связывает ионы железа, что способствует склеиванию бактерий), коллагеназу, активатор плазминогена и пр. Нейтрофилы — главные клеточные элементы неспецифической защиты организма, первый барьер на пути чужеродного агента. Функции нейтрофилов: 1) обладают способностью к захвату и фагоцитозу микробов. После присоединения бактерии к рецепторам нейтрофила в клет- 13. Кровь и лимфа 161 ке резко увеличивается поглощение кислорода и быстро расходуется значительное его количество. Это явление известно как респираторный (кислородный) взрыв. При этом образуются токсичные для микроорганизмов перекись водорода, супероксид и гидроксильный радикал. После распознавания бактерии происходит образование фагосомы и слияние ее со специфическими гранулами — образуется фаголизосома. В дополнение к имеющимся ферментам в фаголизосому поступают супероксид О2–, гидроксильный радикал ОН–, перекись водорода Н2О2, образующиеся при респираторном взрыве. После уничтожения бактерии фаголизосома сливается с неспецифической гранулой и происходит переваривание материала. После единственной вспышки активности нейтрофил погибает. Такие нейтрофилы составляют основной компонент гноя. Благодаря выполнению этой функции нейтрофилы называют микрофагами; 2) могут обеспечивать уничтожение микроорганизмов без поглощения — внеклеточно; 3) разрушают и переваривают собственные поврежденные клетки и тканевый детрит в очаге повреждения; 4) способны секретировать цитокины (для привлечения в очаг воспаления других клеток), пирогенные вещества (повышающие температуру тела), интерферон, кейлоны. Выделяют три пула нейтрофилов: резервный (зрелые нейтрофилы костного мозга), циркулирующий (пассивно переносимые кровью клетки), пограничный (связанные с эндотелиальными клетками сосудов ряда органов, особенно легких и селезенки, около 60 % клеток). При инфицировании организма в течение 24–48 ч количество циркулирующих нейтрофилов в крови возрастает в несколько раз за счет пограничного пула и выхода резервных клеток из костного мозга. В последующем происходит выход нейтрофилов из крови в ткани, направленная миграция в очаги воспаления под влиянием хемотаксических факторов, активация под действием медиаторов воспаления, интенсивный фагоцитоз клеточных остатков, экструзия содержимого гранул, приводящие к гибели окружающих структур (микроорганизмов и собственных тканей) и образованию гноя, синтез биологически активных веществ. Базофильные гранулоциты составляют 0,5–1 % общего числа лейкоцитов. Повышение содержания безофилов в крови назы- 162 Часть IV. Общая гистология вается базофилией, снижение — базопенией. Базофилы имеют диаметр около 9 мкм в капле крови и около 11–12 мкм в мазке. Базофилы образуются в красном костном мозге, находятся в крови около 1–2 сут. Продолжительность жизни в тканях — 4–16 сут. В крови присутствуют преимущественно наиболее зрелые (сегментоядерные) формы. Ядра дольчатые с двумя сегментами или S-образные. В препарате они трудноразличимы, так как маскируются гранулами. В цитоплазме есть все органеллы, много включений гликогена. Специфические базофильные гранулы крупные, окрашиваются метахроматически (т.е. окрашиваются в цвет, отличающийся от цвета красителя), содержат гепарин, гистамин, серотонин, медиаторы воспаления, SRS-A — медленно реагирующую субстанцию анафилаксии. На поверхности клетки имеются рецепторы к иммуноглобулинам класса Е (IgE), которые вырабатываются плазмоцитами в ответ на действие аллергенов. Когда базофил находится в тканях, то в ответ на изменение химизма окружающей среды или при связывании с IgE он выделяет свои специфические гранулы. Этот процесс называется дегрануляцией. Гистамин вызывает повышение проницаемости основного вещества соединительной ткани и стенки кровеносных капилляров, из них выходит плазма, развивается отек. Гепарин предотвращает образование кровяного сгустка и фибрина. Медленно реагирующая субстанция анафилаксии вызывает стойкое сокращение гладких мышечных клеток стенки бронхов. При массивной дегрануляции базофилов развивается аллергическая реакция: генерализованная (анафилактический шок) либо локальная (крапивница, бронхиальная астма и т.п.). Неспецифические гранулы (лизосомы) немногочисленны. Функции базофилов обусловлены действием веществ, находящихся в специфических гранулах: 1) регулируют деятельность внутренних органов: влияют на сократимость ГМК в бронхах, органах ЖКТ, сосудах, на секрецию желез; 2) инициируют воспалительные реакции: влияют на проницаемость сосудов, основного вещества соединительной ткани, свертывание крови, обеспечивают вовлечение ряда клеток в защитные реакции организма; 13. Кровь и лимфа 163 3) обеспечивают развитие аллергической реакции при попадании аллергена и взаимодействии с IgE. Эозинофильные гранулоциты составляют 1–5 % общего числа лейкоцитов. Их количество подвержено суточным колебаниям: максимальное количество в крови ночью, минимальное — утром. Эозинофилия — увеличение количества эозинофилов в крови (наиболее выражена при аллергических и паразитарных заболеваниях), эозинопения — снижение их количества. Эозинофилы отличаются крупными размерами (в мазке 12– 17 мкм). Эти клетки образуются в красном костном мозге, откуда поступают в кровь и циркулируют в ней 3–8 ч. Затем они выселяются в ткани, где, очевидно, функционируют в течение 8–12 сут. Именно здесь находится основная масса эозинофилов: на один эозинофил в крови приходится до 100–300 эозинофилов в тканях. Ядра эозинофилов состоят из 2–3 сегментов. В цитоплазме умеренно развитые органеллы, включения гликогена, липидов, два вида гранул — эозинофильные и азурофильные. Специфические гранулы составляют 95 % всех гранул, содержат плотные кристаллоидны структуры. Содержат главный основный белок МВР (образует кристаллоид и обусловливает эозинофилию гранул), который обладает мощным антигельминтным и антибактериальным эффектом, белки-перфорины, катионный белок, гистаминазу, арилсульфатазу, пероксидазу, нейротоксин. Азурофильные гранулы (лизосомы) немногочисленны. Функции эозинофилов: 1) содержащиеся в гранулах главный основный белок и эозинофильный катионный белок обеспечивают антигельминтное и антимикробное действие, белки-перфорины повреждают оболочки клеток и оказывают антипаразитарное действие; 2) фермент гистаминаза инактивирует гистамин, арилсульфатаза — анафилаксин и другие продукты, выбрасываемые при дегрануляции базофилов. Эозинофилы фагоцитируют гистаминсодержащие гранулы, таким образом ограничивают распространение аллергической и воспалительной реакций; 3) эозинофилы способны к фагоцитозу, в том числе бактерий, спор грибов. 164 Часть IV. Общая гистология Незернистые лейкоциты (агранулоциты) Незернистые лейкоциты отличаются отсутствием специфической зернистости в цитоплазме и несегментированными ядрами. Они делятся на лимфоциты и моноциты (рис. 13.4). Лимфоциты — незернистые лейкоциты, небольших размеров (5–13 мкм) с эксцентрично расположенным ядром, занимающим большую часть клетки, и базофильной, богатой рибосомами цитоплазмой. В крови взрослого человека лимфоциты составляют 20– 40 %. Лимфоцитоз — повышенное, а лимфопения — пониженное содержание лимфоцитов в крови. Кровь содержит около 2 % лимфоцитов, находящихся в организме, остальные 98 % находятся в тканях, откуда вновь могут возвращаться в кровь (рециркуляция). Продолжительность жизни разных субпопуляций лимфоцитов существенно различается: от нескольких часов до многих лет. Из лимфоцитов крови около 70 % — долгоживущие. Среди морфологически различаемых малых (4,5–6 мкм), средних (7–10 мкм) и больших (10–18 мкм) лимфоцитов преобладают малые (95 %). Функция лимфоцитов — обеспечение реакций иммунитета — специфической защиты от чужеродных и собственных измененных антигенов (АГ). Выделяют два вида иммунитета. Клеточный иммунитет — это защита от чужеродных клеток (в том числе клеток трансплантата), собственных мутировавших а 1 6 б 4 1 5 3 2 3 4 2 Рис. 13.4. Незернистые лейкоциты [7]: а — моноцит; б — лимфоцит; 1 — ядро; 2 — ЭПС; 3 — комплекс Гольджи; 4 — митохондрия; 5 — лизосомы; 6 — включения 13. Кровь и лимфа 165 клеток, клеток, пораженных вирусом, другими словами, клеток, несущих на своей поверхности чужеродный АГ. При клеточном иммунном ответе лимфоцит уничтожает клетку — носителя антигена. Гуморальный иммунитет — это защита от растворенных во внутренней среде АГ: продуктов жизнедеятельности бактерий, метаболитов, аллергенов, токсинов, от введенных чужеродных сывороточных белков. При гуморальном иммунном ответе лимфоциты секретируют иммунные белки, относящиеся к фракции γ-глобу линов плазмы крови — иммуноглобулины (Ig), или антитела (АТ). АТ комплементарно связываются с АГ и нейтрализуют их. Выделяют следующие субпопуляции лимфоцитов: Т-лимфоциты — это клетки, отвечающие за клеточный и регулирующий гуморальный иммунный ответ. Среди Т-лимфоцитов выделяют следующие виды клеток: 1) Т-хелперы (Тh, от англ. help — помогать) участвуют в регуляции клеточного и гуморального иммунного ответа путем секреции биологически активных веществ — цитокинов (интерлейкинов, интерферона), которые влияют на пролиферацию и дифференцировку других лимфоцитов, миграцию макрофагов. Т-хелперы, в свою очередь, делятся: на Т-хелперы I типа (Th1), которые синтезируют преимущественно провоспалительные цитокины (интерлейкин 1, γ-интер ферон, факторы некроза опухоли и пр.) и могут осуществлять киллинг (от англ. to kill — убивать) чужеродных клеток путем запуска в этих клетках программы апоптоза; Т-хелперы II типа (Th2), которые синтезируют преимущест венно противоспалительные цитокины (интерлейкин 10) и цитокины (интерлейкины 4, 5, 6, 9, 13), которые усиливают образование антител; 2) Т-супрессоры (Тs, от англ. suppress — подавлять) подавляют активность других клеток иммунной системы, останавливают развитие иммунного ответа посредством секреции других цитокинов; 3) цитотоксическая Т-клетка (Тс) уничтожает чужеродные, а также собственные мутировавшие или пораженные вирусом клетки. Уничтожение происходит несколькими способами: передача сигналов при непосредственном клеточном контакте через по- 166 Часть IV. Общая гистология верхностные структуры, сигнализация с помощью цитокинов, экзоцитоз гранул с повреждающими белками. Например, на поверхности клетки-мишени есть молекулы Fas (CD95) — так называемые «рецепторы смерти», а на поверхности Тс — их лиганд, белок FasL. Связывание Fas с FasL запускает в клетке-мишени программу апоптоза. По своему строению молекулы Fas похожи на рецепторы для цитокина ФНО — фактора некроза опухолей. Очевидно, выделение этого цитокина также способствует уничтожению клетки. Другой пример: Тс узнают клетки-мишени с помощью специальных рецепторов и после соединения с клеткой-мишенью секретируют белки-перфорины или фрагментины. Эти белки встраиваются в плазмолемму клетки-мишени и формируют каналы, через которые выходят соли и входит вода, после чего клетка-мишень погибает; 4) Т-клетки памяти (Тm, от англ. memory — память) — долгоживущие клетки, которые формируются после первой встречи с АГ — первичного иммунного ответа. При повторной встрече с этим же АГ — при вторичном иммунном ответе, Т-клетки памяти обеспечивают более быстрый и интенсивный иммунный ответ. В-лимфоциты — клетки, отвечающие за гуморальный иммунный ответ. После окончательной дифференцировки В-лимфоцитов образуются следующие виды клеток: 1) плазмоциты, которые в большом количестве секретируют во внутреннюю среду организма антитела (АТ, Ig), специфично связывающиеся с антигеном (АГ). В результате такого соединения АГ перестает быть активным, а формирующиеся комплексы АГ–АТ: активируют особые белки плазмы крови (систему комплемента), которые встраиваются в�� клеточную оболочку микроорганизма, несущего АГ, и�� формируют ионные каналы, которые пропускают воду, что приводит к�� набуханию и�� гибели чужеродного организма; облегчают поглощение АГ фагоцитирующими клетками; склеивают микроорганизмы, несущие АГ, и�� облегчают их поглощение фагоцитирующими клетками; 2) В-клетки памяти подобны Т-клеткам памяти. Это долгоживущие клетки, которые формируются после первой встречи с АГ — первичного иммунного ответа. При повторной встрече с этим же 13. Кровь и лимфа 167 АГ — при вторичном иммунном ответе, они значительно быстрее продуцируют большее количество необходимых АТ, чем при первичной встрече с АГ. NK-клетки, или натуральные киллеры, — большие зернистые лимфоциты, лишенные характерных для Т- и В-лимфоцитов поверхностных рецепторов. Натуральные киллеры осуществляют антиопухолевый надзор, уничтожают клетки, пораженные вирусом, продуцируют медиаторы иммунных реакций. Способны к пролиферации при воздействии цитокинов. Предполагается, что основным органом, в котором образуются NK-клетки, является печень. Моноциты составляют 6–8 % общего количества лейкоцитов. Моноцитоз — увеличение, моноцитопения — уменьшение количества моноцитов в крови. Моноциты — самые крупные лейкоциты (диаметр от 10–12 до 14–20 мкм), шарообразной формы с эксцентрично расположенным полиморфным или бобовидным ядром, имеющим рыхлую структуру неравномерно конденсированного хроматина. В базофильной цитоплазме содержится азурофильная зернистость: мелкие лизосомы и небольшие удлиненные митохондрии, вакуоли, рибосомы и полирибосомы. Окраска ядра красно вато-пурпурная, цитоплазмы — бледная голубовато-серая. Развиваются из стволовых кроветворных клеток красного костного мозга в течение 2–3 суток, в кровотоке циркулируют примерно 2–4 суток. Как и все лейкоциты, моноциты мигрируют из крови в ткани. В тканях под влиянием микроокружения они превращаются в макрофаги. Моноциты и макрофаги образуют единую моноцитарно-макро фагальную систему (см. гл. 14. Собственно соединительные ткани). Функции моноцитов: 1) фагоцитоз (главная функция): неспецифический фагоцитоз: поглощение микроорганизмов, опухолевых, стареющих, погибающих клеток, постклеточных структур с переработкой и утилизацией продуктов их распада; специфический фагоцитоз: фагоцитоз комплексов АГ-АТ; 2) способность захватывать, фагоцитировать, перерабатывать АГ (процессинг АГ) и экспрессировать его на своей поверхности в комплексе с MHC-II класса (АГ-презентация) (см. гл. 22. Органы кроветворения и иммунопоэза); 168 Часть IV. Общая гистология 3) синтез и секреция веществ, влияющих на функциональную активность и пролиферацию лейкоцитов, развитие и течение воспалительных реакций. Гемоцитопоэз Гемопоэз (гемоцитопоэз, кроветворение) — процесс образования крови как ткани (эмбриональный гемопоэз) или восстановления естественной убыли утративших способность к делению дифференцированных форменных элементов крови (постэмбриональный гемопоэз, физиологическая регенерация крови). Эмбриональный гемоцитопоэз Выделяют три этапа эмбрионального кроветворения — в стенке желточного мешка, гепатолиенальный и медулло-тимо-лимфа тический (рис. 13.5). Кроветворение в стенке желточного мешка у человека начинается в конце 2-й — в начале 3-й недели эмбрионального развития и продолжается до 9–10-й недели. В мезенхиме стенки желточного мешка обособляются кровяные островки. Периферические клетки островков уплощаются, становятся эндотелиоцитами возникающих таким образом кровеносных сосудов. Клетки, лежа- Количество клеток % 100 80 Пренатальный период Желточный мешок Позвонки Печень Красный костный мозг 60 40 Постнатальный период Селезенка 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Месяцы Грудина Ребра Голень Бедро 10 20 30 Годы 40 50 60 70 Рис. 13.5. Участие отдельных органов в кроветворении в разные периоды жизни [45] 13. Кровь и лимфа 169 щие внутри сосуда, округляются, теряют отростки и преобразуются в клетки крови (интраваскулярное кроветворение). Формируется первая генерация гемопоэтических стволовых клеток ГСК. При этом из них образуются в основном клетки эритроцитарного ряда — крупные первичные эритробласты (мегалобластическое кроветворение), содержащие ядра и HbE (эмбриональный), обладающий высоким сродством к кислороду. Позже, на 7–8-й неделе, появляются эритробласты и эритроциты дефинитивного типа, а к 12-й неделе мегалобласты в крови практически исчезают. Кроветворение в печени. Печень закладывается на 3–4-й неделе, кроветворение начинается с 5–6-й недели. Вначале в закладку печени по сосудам поступают ГСК первой генерации, из которых интраваскулярно формируются мегалобласты. Затем в печени формируется вторая генерация ГСК, из которой экстраваскулярно образуются: дефинитивные эритроциты с HbF (фетальный) с 7–8-й недели; гранулоциты с 10-й недели; мегакариоциты с 5-й недели; В- и Т-лимфоциты с 8–9-й недели. К концу внутриутробного периода кроветворение в печени прекращается. Кроветворение в красном костном мозге. Костный мозг появляется на 7–8-й неделе в ключице, далее в плоских, затем — в трубчатых костях и лишь на 18–19-й неделе — в ребрах. Поэтому начало медуллярного кроветворения растягивается с 10-й по 22-ю неделю. Строма костного мозга заселяется потомками ГСК печени, и в результате их деления в костном мозге образуются ГСК третьей генерации. Возможно, ГСК всех трех генераций сохраняются всю жизнь, и микроокружение отбирает ГСК для дальнейшей дифференцировки. В костном мозге из ГСК экстраваскулярно формируются все форменные элементы крови, кроме Т-лимфоцитов. Эти клетки образуются в тимусе. Тимус на 7–8-й неделе эмбриогенеза заселяется УПК-предшественницами Т-лимфопоэза, которые дифференцируются в Т-лимфоциты. Селезенка становится органом кроветворения с 7–8-й недели; в ней экстраваскулярно образуются все форменные элементы кро- 170 Часть IV. Общая гистология ви. К 5-му месяцу селезенка является универсальным органом кроветворения, к концу эмбриогенеза в селезенке преобладает лимфопоэз. Лимфатические узлы закладываются не одновременно, и поэтому начало кроветворения в них растягивается с 6-й по 26-ю неделю. Вначале в лимфоузлах из ГСК дифференцируются эритроциты, гранулоциты и мегакариоциты. С середины эмбриогенеза в этих органах преобладает образование лимфоцитов. Постэмбриональный гемоцитопоэз Постэмбриональный гемоцитопоэз представляет собой физиологическую регенерацию крови, так как зрелые форменные элементы крови имеют, как правило, короткий срок жизни. Поддержание относительно постоянного их количества обеспечивается поступлением новых форменных элементов, которые образуются в органах кроветворения. Согласно теории кроветворения А.А. Максимова (1908) все клетки крови происходят из единой родоначальной гемопоэтической стволовой клетки (ГСК). Свойства ГСК: 1) полипотентность — способность дифференцироваться в разных направлениях и формировать все типы клеток крови. ГСК недетерминированы, т.е. у них отсутствует предопределение к развитию в определенном направлении; 2) самоподдержание — способность сохранять постоянное количество ГСК на протяжении всей жизни. Самоподдержание реализуется двумя способами: асимметричным митозом, при котором одна из дочерних клеток не дифференцируется, остается ГСК, а другая — дифференцируется в определенном направлении; из ГСК образуются либо две ГСК, либо две дифференцирующиеся клетки. При этом соблюдается равновесие между числом подобных делений; 3) редкость делений, связанная с отсутствием ответа на факторы дифференцировки. Деление происходит в среднем 1 раз в 10 суток. Именно поэтому ГСК более радиорезистентны, чем их потомки; 13. Кровь и лимфа 171 4) низкая концентрация — в кроветворных органах 1 : 103, в крови 1 : 104. Истинное количество ГСК оценить трудно, поскольку они недифференцированы; 5) отсутствие дифференцировки — ГСК имеют морфологию малого лимфоцита; 6) способность к рециркуляции — ГСК выходят в кровоток, циркулируют, заселяют различные кроветворные органы; 7) отсутствие чувствительности к гемопоэтинам. Потомки ГСК превращаются в полустволовые клетки (ПСК). Как и ГСК, они недифференцированы, но в отличие от ГСК они частично утрачивают потенции и становятся частично детерминированными. Выделяют два вида ПСК: клетки-предшественницы миелопоэза и лимфопоэза. При пересадке в смертельно облученный организм каждая из ПСК способна создать колонию, поэтому они получили название колониеформирующих клеток (КФК): КФКГЭММ — клетка-предшественница миелопоэза (Гранулоцитов, Эритроцитов, Моноцитов, Мегакариоцитов) и КФК-Л — клеткапредшественница лимфопоэза. В результате дальнейшей пролиферации и дифференцировки ПСК образуются унипотентные клетки-предшественницы (УПК). Эти клетки по-прежнему недифференцированы, но уже полностью детерминированы к развитию в один определенный вид клеток крови, т.е. имеют одну возможность развития (унипотентны). Видов УПК столько же, сколько зрелых клеток. В отличие от ГСК и ПСК УПК приобретают чувствительность (через соответствующие рецепторы) к регуляторам гемопоэза и их дальнейшая пролиферация и дифференцировка зависит от влияния гемопоэтинов. Регуляция гемопоэза происходит под действием гуморальных факторов и факторов микроокружения (подробнее см. гл. 22. Органы кроветворения и иммунопоэза). Систематизация гемопоэтических клеток началась с работ А.А. Максимова и продолжается до сегодняшнего дня. Наиболее удачной является схема кроветворения, составленная на основе схемы И.Л. Черткова и А.И. Воробьева (рис. 13.6). Развивающиеся кроветворные клетки разделены на 6 классов (горизонтальные ряды): I класс составляют ГСК, II класс — ПСК, III класс — УПК, IV класс — бласты, V класс — созревающие клетки, VI класс — зрелые клетки крови. Каждый класс клеток имеет 172 Часть IV. Общая гистология Гемопоэтическая стволовая клетка I. Стволовые клетки крови II. Полустволовые клетки Клетка предшественница миелопоэза Лейкопоэтин III. Унипотентные клетки КФК ГЭММ Эритропоэтин КФК ГМ Тромбо поэтин КФК ЭР КФК МГЦ МИЕЛОБЛАСТЫ IV. Бласты монобласт базо ацидо нейтро фильный фильный фильный проэритро бласт мегакар блас V. Созревающие клетки Промоноцит Промиелоциты Базофильный эритробласт Прометака Миелоциты Полихромато фильный эритробласт Метамиелоциты Оксифильный эритробласт Палочкоядерные лейкоциты Ретикулоцит Метакар VI. Зрелые клетки Сегментоядерные лейкоциты: Моноцит базофил эозино фил Эритроцит нейтро фил Рис. 13.6. Схема постэмбрионального Тромбоц 13. Кровь и лимфа 173 ая клетка Клетка предшественница лимфопоэза ГЭММ н Тромбо поэтин В лимфопоэтин КФК МГЦ Клетка предшественница Т лимфоцитов Т лимфопоэтин Клетка предшественница В лимфоцитов Т иммунобласт проэритро бласт мегакарио бласт Базофильный эритробласт Прометакариоцит Т лимфобласт Незрелый Т лимфоцит В плазмобласт В лимфобласт Незрелый В лимфоцит Полихромато фильный эритробласт ксифильный эритробласт Проплазмоцит Метакариоцит Ретикулоцит Эритроцит Активированный Т лимфоцит Тромбоцит Т лимфоцит В лимфоцит гемопоэза [9, с изм.] Плазмоцит 174 Часть IV. Общая гистология определенные свойства. Характеристика клеток I, II, III классов уже приведена; IV класс — бластные клетки, которые пролиферируют, обеспечивают необходимое количество зрелых клеток в периферической крови и начинают специфическую дифференцировку; V класс — клетки, постепенно утрачивающие способность к про лиферации и окончательно дифференцирующиеся; VI класс — зрелые клетки крови циркулируют в периферической крови и выполняют специфические функции. Вертикальные ряды образованы дифферонами. Выделяют несколько дифферонов: эритроидный, тромбоцитарный, гранулоцитарный, моноцитарный и лимфоцитарный. Миелопоэз — развитие клеток крови миелоидного ряда, т.е. клеток-потомков ПСК-предшественницы миелопоэза (КФКГЭММ), полностью развивающихся в красном костном мозге. К миелопоэзу относятся эритро-, тромбо-, грануло- и моноцитопоэз. Эритроцитопоэз (эритропоэз) — процесс образования и созревания эритроцитов, который происходит в красном костном мозге. Эритроидный дифферон (совокупность клеток от родоначальных до зрелых) состоит из следующих клеток: ГСК — КФК-ГЭММ — КФК-Эр — проэритробласт — базофильный эритробласт — поли хроматофильный эритробласт — оксифильный эритробласт — ретикулоцит — эритроцит. Характеристика клеток первых классов дана выше. Процесс дифференцировки проэритробласта в зрелые формы включает: уменьшение размеров клеток; снижение активности пролиферации (активно делятся проэритробласт и базофильный эритробласт. Полихроматофильный эритробласт еще сохраняет способность к делению, а оксифильный уже утрачивает); выработку и накопление гемоглобина. Так, базофильный эритробласт имеет резко базофильную окраску из-за большого числа полисом, полихроматофильный эритробласт воспринимает и основные, и кислые красители (базофильная окраска у полисом и оксифильная — у гемоглобина), а оксифильный — утрачивает большинство органелл и окрашивается оксифильно благодаря большому количеству гемоглобина; постепенное уменьшение и, наконец, утрату всех органелл, в том числе ядра (на стадии оксифильного эритробласта). 13. Кровь и лимфа 175 Длительность эритропоэза от КФК-Эр до зрелого эритроцита составляет около 3–7 суток. Ретикулоциты (от лат. reticulum — сеточка + греч. cytus—клетка) — безъядерные постклеточные структуры, образующиеся из оксифильного эритробласта после удаления ядра. Их оксифильная цитоплазма, почти целиком заполненная гемоглобином, содержит остатки полирибосом и других органелл (митохондрии, рибосомы, эндоплазматический ретикулум), которые выявляются при суправитальной окраске в виде базофильной сеточки в цитоплазме. В ретикулоцитах еще осуществляется синтез белка (глобина), гема и других соединений. Содержание ретикулоцитов в крови в норме у взрослого составляет 0,7–1 % от общего числа циркулирующих эритроцитов. Количество поступающих в кровоток ретикулоцитов равно количеству поврежденных эритроцитов, гибнущих в селезенке и печени. Увеличение содержания ретикулоцитов (более 5 %) — ретикулоцитоз, признак напряжения эритропоэза, свидетельствует о недостаточности транспорта кислорода и может происходить при массивной кровопотере, внутрисосудистом гемолизе, подъеме на высоту. Уменьшенное содержание ретикулоцитов в периферической крови — ретикулоцитопения (менее 0,5 % от числа эритроцитов) — признак угнетения эритропоэза. В кровотоке ретикулоцит в течение 24–48 ч превращается в зрелый эритроцит. За время созревания в крови в ретикулоцитах завершается сборка подмембранного комплекса элементов цитоскелета, исчезает способность к эндоцитозу, утрачиваются некоторые мембранные рецепторы и возрастает содержание гемоглобина. Тромбоцитопоэз — процесс образования тромбоцитов, который протекает в красном костном мозге. Тромбоциты представляют собой участки цитоплазмы гигантских клеток красного костного мозга — мегакариоцитов, которые образуются следующим образом: ГСК — КФК-ГЭММ — КФК-МГЦ — мегакариобласт — мегакриоцит. Характеристика клеток первых трех классов дана выше. В процессе дифференцировки мегакариоцита из мегакариобласта увеличивается объем цитоплазмы, в которой накапливается большое количество гранул. Происходит полиплоидизация ядра до 128n. В цитоплазме образуются демаркационные мембраны, разделяющие цитоплазму на небольшие фрагменты. Мегакариоцит форми- 176 Часть IV. Общая гистология рует псевдоподию, которая проникает через стенку кровеносного синусоидного капилляра в его просвет. В просвете капилляра по демаркационным мембранам от клетки отрываются фрагменты цитоплазмы и поступают в кровоток — это и есть тромбоциты. Цикл развития от стволовой клетки до формирования тромбоцита занимает около 10 сут. Гранулоцитопоэз — процесс образования гранулоцитов, который протекает в красном костном мозге по следующей схеме: ГСК — КФК-ГЭММ — КФК-ГМ (гранулоцитов и макрофагов) — миелобласт — промиелоцит — миелоцит — метамиелоцит (юный гранулоцит) — палочкоядерный гранулоцит — сегментоядерный гранулоцит. Характеристика клеток первых классов дана выше. Процесс дифференцировки миелобластов в зрелые формы включает: снижение активности пролиферации (наиболее активно делится миелобласт, метамиелоцит полностью утрачивает способность к митозу); уменьшение размеров клеток; изменение формы ядра, которое из округлого становится овальным, бобовидным, палочковидным и, наконец, сегментированным; накопление в цитоплазме клеток неспецифических (со стадии промиелоцита) и специфических (со стадии миелоцита) гранул. Моноцитопоэз — процесс образования моноцитов, который протекает в красном костном мозге по следующей схеме: ГСК — КФК-ГЭММ — КФК-ГМ — монобласт — промоноцит — моноцит. Характеристика клеток первых классов дана выше. Процесс дифференцировки монобластов в зрелые формы включает: уменьшение размеров клеток; изменение формы ядра до бобовидной. В течение 2–4 сут. моноциты находятся в кровотоке, а затем мигрируют в ткани. Лимфоцитопоэз — развитие Т- и В-лимфоцитов из ПСКпредшественницы лимфопоэза (КФК-Л). В отличие от других клеток крови процесс развития лимфоцитов состоит из двух этапов: антигенНЕзависимой и антигензависимой дифференцировки. АнтигенНЕзависимая дифференцировка происходит в первичных органах кроветворения и иммунопоэза: в красном костном 13. Кровь и лимфа 177 мозге (для В-лимфоцитов) и в тимусе (для Т-лимфоцитов) по следующей схеме: ГСК — ПСК — КФК-В-лимфоцитов (в красном костном мозге) или КФК-Т-лимфоцитов (тимоцитпоэтическая клетка-предшественница, мигрирует из ККМ в тимус) — лимфобласт — пролимфоцит –лимфоцит. Характеристика клеток первых трех классов рассмотрена выше. Процесс дифференцировки лимфобластов в зрелые формы включает: уменьшение размера клеток; уменьшение размера ядра; формирование на поверхности развивающихся лимфоцитов различных рецепторов (АГ-распознающих, кластеров дифференцировки, хоминга и др.) на основе генетической информации, без влияния чужеродного АГ. После завершения антигенНЕзависимой дифференцировки вышедшие в периферическую кровь лимфоциты способны распознать только один «свой» АГ. Процесс «узнавания» АГ обычно происходит во вторичных органах кроветворения и иммунопоэза: лимфатических узлах, селезенке, миндалинах, червеобразном отростке и пр. После «узнавания» начинается 2-й этап дифференцировки — антигензависимая. Название этого этапа подчеркивает, что дифференцировке подвергнутся только те лимфоциты, которые имеют рецептор к обнаруженному АГ. После взаимодействия с АГ лимфоциты превращаются в бласты (реакция бласттранформации), тем самым возвращаясь в более «молодое» состояние, приобретая морфологию лимфобласта и вновь получая возможность делиться, пролиферируют, обеспечивая большое количество работающих клеток, окончательно дифференцируются по следующей схеме: лимфобласт (иммунобласт или плазмобаст) — пролимфоцит (проиммуноцит или проплазмоцит) — лимфоцит (иммуноцит или плазмоцит). 14. СОБСТВЕННО СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ТКАНИ Классификация собственно соединительных тканей Собственно соединительные ткани широко распространены в организме. Они построены из двух видов тканевых элементов — клеток и преобладающего межклеточного вещества. Собственно соединительные ткани обладают всеми основными функциями, свойственными тканям внутренней среды, однако наиболее важными являются опорная (механическая), поддержание гомеостаза, защитная, пластическая, трофическая. Классификация собственно соединительных тканей основана на соотношении компонентов межклеточного вещества, его фи зико-химических свойствах, расположении в нем волокон. Выделяют: 1) волокнистые соединительные ткани, которые делятся: ••на рыхлую волокнистую (неоформленная); ••плотную волокнистую — (оформленная и неоформленная); 2) соединительные ткани со специальными свойствами — ретикулярная, жировая, студенистая, пигментная. Рыхлая волокнистая соединительная ткань Ткань широко представлена в организме. Она формирует строму паренхиматозных органов, входит в состав слизистых оболочек, кожи, мышц, нервов, сопровождает кровеносные и лимфатические сосуды. Этот вид соединительной ткани характеризуется: разнообразным клеточным составом; преобладанием в�� межклеточном веществе основного вещества над волокнистым компонентом (рис. 14.1). 14. Собственно соединительные ткани 1 179 2 I II III IV 3 7 6 4 5 Рис. 14.1. Рыхлая волокнистая соединительная ткань [14]: I — основное вещество; II — коллагеновые волокна; III — кровеносный сосуд; IV — эластические волокна; 1 — фибробласты; 2 — фиброцит; 3 — макрофаги; 4 — тучные клетки; 5 — плазмоциты; 6 — лейкоциты; 7 — жировая клетка Клетки На основании источника происхождения все клетки делятся на три группы: 1) клетки — потомки стволовой мезенхимной клетки (механоциты): дифферон фибробластов, адвентициальные клетки, перициты, адипоциты, ретикулярные клетки; 2) клетки — потомки стволовой кроветворной клетки�� — макрофаги, плазмоциты, тучные клетки, лейкоциты; 3) клетки нейрального происхождения — пигментоциты. В�� рыхлой волокнистой соединительной ткани клетки объединяются в две группы: оседлые (фиксированные, резидентные) клетки, которые постоянно пребывают в ткани. К ним относятся фибробласты, оседлые макрофаги, адвентициальные клетки, перициты, адипоциты, тучные клетки, пигментоциты. В зрелой рыхлой волокнистой соединительной ткани их содержание относительно стабильно; блуждающие клетки (иммигранты), поступившие из крови. В эту группу входят все виды лейкоцитов. Содержание их изменяется при воспалительных и иммунных реакциях. 180 Часть IV. Общая гистология Механоциты Фибробласты — наиболее многочисленная и функционально значимая группа клеток в рыхлой волокнистой соединительной ткани. Функции фибробластов: 1) синтез компонентов межклеточного вещества: фибриллярных белков (коллаген, эластин) и гликозаминогликанов; 2) разрушение коллагена с помощью коллагеназы, что препятствует преждевременному склерозированию ткани; 3) регуляция деятельности других клеток соединительной ткани. В эмбриогенезе фибробласт образуется из стволовой мезенхимной клетки. В постнатальном онтогенезе предшественником фибробласта может быть адвентициальная клетка. В процессе дифференцировки образуется дифферон фибробластов: стволовые, полустволовые, малоспециализированные (юные), дифференцированные фибробласты (зрелые, активно функционирующие), фиброциты. Фиброциты — дефинитивные, стареющие формы клеток. Синтез коллагена и других веществ у этих клеток резко снижен, они не способны к делению, как и зрелые фибробласты (см. рис. 14.1).Фиброциты гибнут путем апоптоза. Фибробласты отростчатые, веретеновидные клетки больших размеров (40 мкм и более). Крупное, светлое, овальной формы ядро располагается в центре, содержит эухроматин, 1—2 ядрышка. В центральной части клетки цитоплазма (эндоплазма) окрашивается более базофильно. Электронно-микроскопически в эндоплазме выявляются хорошо развитая гранулярная цитоплазматическая сеть, свободные рибосомы, митохондрии, пластинчатый комплекс, лизосомы. В периферической зоне цитоплазмы (эктоплазме) содержатся многочисленные микрофиламенты и микротрубочки (см. рис. 14.1, 14.2, а). Фибробласт обладает подвижностью, способностью изменять свою форму, прикрепляться к другим клеткам и компонентам межклеточного вещества. Среди фибробластов на основе продолжительности жизни и источника происхождения различают две субпопуляции. Короткоживущие фибробласты развиваются из стволовых кроветворных клеток и участвуют в процессах воспаления, заживления ран. Дол- 14. Собственно соединительные ткани а 181 1 3 б 4 7 6 3 8 1 2 5 2 в 1 9 4 г 2 3 1 2 3 Рис. 14.2. Клетки соединительной ткани [7]: а — фибробласт; б — макрофаг; в — тучная клетка; г — плазмоцит; 1 — ядро; 2 — грЭПС; 3 — митохондрии; 4 — комплекс Гольджи; 5 — коллагеновые волокна; 6 — псевдоподии; 7 — гетерофагосома; 8 — первичная лизосома; 9 — секреторные включения гоживущие фибробласты происходят из стволовых стромальных (мезенхимных) клеток, обладают преимущественно механическими функциями. Выделяют специализированные фибробласты — миофибробласты и фиброкласты. Миофибробласты по строению занимают промежуточное положение между зрелым фибробластом и гладким миоцитом. От зрелых фибробластов отличаются гипертрофированным сократительным аппаратом (актиновые микрофиламенты), что делает их похожими на миоциты. Миофибробласты активизируются при заживлении ран: образуют коллаген, который заполняет поврежденные участки, сокращаясь, сближают края раны. В матке количество этих клеток увеличивается при развитии беременности. 182 Часть IV. Общая гистология Фиброкласты разрушают межклеточное вещество, относятся к дифферону фибробластов. Отличаются от последних большим содержанием гидролитических ферментов. Эти клетки принимают участие в перестройке и инволюции межклеточного вещества при его избыточном образовании, в частности в матке после родов, в рубцах после регенерации. Адипоциты (жировые клетки) повсеместно распространены в рыхлой волокнистой соединительной ткани преимущественно вокруг сосудов, чаще всего группами. Образуются из малодифференцированных (юных) фибробластов, накапливая в цитоплазме липидные включения в виде одной большой капли. Ткань, в которой адипоциты преобладают, являясь структурно и функционально ведущим компонентом, называют жировой и относят к соединительным тканям со специальными свойствами. Адвентициальные клетки — малоспециализированные клетки, располагающиеся вдоль кровеносных сосудов. Они имеют уплощенную форму, овальное ядро и небольшое количество органелл. В процессе дифференцировки могут превращаться в клетки соединительной ткани: фибробласты, миофибробласты, адипоциты. Перициты — звездчатые клетки, плотно окружающие капилляры и посткапиллярные венулы. Клетки локализуются между листками базальной мембраны капилляра, контактируют с эндотелиальными клетками. Они могут синтезировать компоненты базальной мембраны, контролировать пролиферацию эндотелиальных клеток, дифференцироваться в гладкие миоциты в условиях заживления ран. В цитоплазме клеток хорошо развиты элементы цитоскелета, что обеспечивает способность клеток к сокращению, при этом регулируется просвет гемокапилляра. Клетки нейрального происхождения — пигментоциты имеют короткие отростки, в цитоплазме содержится пигмент меланин в виде гранул или меланосом. Этих клеток много в родимых пятнах, в соединительной ткани людей черной и желтой расы. 14. Собственно соединительные ткани 183 Клетки — потомки стволовой кроветворной клетки Макрофаги (гистиоциты) — второй по численности дифферон клеток, составляющий 10—20 % всех клеток соединительной ткани. Макрофаги образуются из моноцитов крови, мигрирующих из кровеносных сосудов в ткань. В процессе превращения моноцита крови в макрофаг происходит увеличение размеров клетки, ядро приобретает овальную или округлую форму, увеличивается количество лизосом, активируются лизосомальные и дыхательные ферменты, на поверхности клеток возрастает число микроворсинок, складок, появляются рецепторы к многочисленным веществам. Макрофаги имеют разнообразную форму (уплощенная, округлая, вытянутая), четкие, но неровные контуры, нередко видны псевдоподии (см. рис. 14.1, 14.2, в). Плазмолемма содержит рецепторы к цитокинам, гормонам, а также молекулы клеточной адгезии, которые обеспечивают взаимодействие макрофагов с другими клетками и межклеточным веществом. Ядра клеток округлой, овальной или бобовидной формы с глыбками гетерохроматина. В базофильной цитоплазме много лизосом, пиноцитозных пузырьков. В клетках имеется значительное число тонких микрофиламентов и микротрубочек, обеспечивающих подвижность клеток. Различают две разновидности макрофагов — свободные и фиксированные. К свободным макрофагам относятся макрофаги (гистиоциты) соединительной ткани, серозных полостей, воспалительных экссудатов, альвеолярные макрофаги легких. Фиксированные, или резидентные, макрофаги наблюдаются в костном мозге, костной ткани, селезенке, коже, нервной ткани. Функции макрофагов (см. гл. 13. Кровь и лимфа): 1) участие в реакциях неспецифической защиты организма — распознают, фагоцитируют и переваривают микробы, зараженные вирусом клетки, опухолевые клетки, погибшие клетки, компоненты межклеточного вещества; 2) участие в специфических (иммунных) защитных реакциях — фагоцитоз, переработка и передача антигена Т- и В-лим фоцитам, индукция ответа на антигены. В этом случае макрофаги являются антигенпрезентирующими клетками (АПК); 184 Часть IV. Общая гистология 3) регуляция процессов регенерации — выделяют ряд веществ, стимулирующих заживление ран; 4) секреция веществ: участвующих в реализации иммунных и воспалительных реакций (компоненты системы комплемента, лизоцим, интерферон, пироген и др. факторы); контролирующих деятельность других клеток соединительной ткани — фибробластов, тучных клеток, лимфоцитов, состояние межклеточного вещества. Макрофагическая система. Основоположником учения о системе мононуклеарных фагоцитов (макрофагической системе) является И.И. Мечников. В состав этой системы входят макрофаги различной локализации: гистиоциты рыхлой волокнистой соединительной ткани; клетки Купфера в печени; альвеолярные макрофаги в легком; макрофаги кроветворных органов; остеокласты в костной ткани; микроглиоциты в нервной ткани; макрофаги серозных полостей и др. Все это многообразие клеток объединяет общий источник происхождения, высокая фагоцитарная активность, наличие на их плазмолемме рецепторных зон для иммуноглобулинов. Макрофагическая система благодаря способности ее клеток поглощать и переваривать различные продукты экзо- и эндогенного происхождения представляет одну из важнейших защитных систем, участвующих в поддержании стабильности внутренней среды организма. Тучные клетки (мастоциты) — третий по численности дифферон клеток. Тучные клетки во многом похожи на базофильные лейкоциты крови, но не идентичны им. Источником развития рассматривают стволовую клетку крови. Распределение тучных клеток в организме неравномерно, в основном они встречаются по ходу кровеносных капилляров. Эти клетки многочисленны в соединительной ткани кожи, слизистой оболочке пищеварительного тракта, дыхательной, выделительной и половой системах. Тучные клетки отсутствуют в ЦНС, что предохраняет мозг от отека при аллергических реакциях. 14. Собственно соединительные ткани 185 Клетки имеют овальную или шаровидную форму, размер от 10 до 25 мкм, ядро относительно небольшое, овальное (в отличие от базофилов крови), органеллы развиты слабо. Наиболее характерная их структурная особенность — наличие многочисленных крупных (0,3—1 мкм) специфических гранул, окрашивающихся мета хроматически. Гранулы содержат гистамин, гепарин, дофамин, хемотаксические факторы эозинофилов и нейтрофилов, нейтральные протеазы, кислые гидролазы. Тучные клетки способны к секреции и выбросу своих гранул. Этот процесс называется дегрануляцией и наблюдается при изменении физиологических условий и при попадании в организм чужеродных веществ. Дегрануляция обусловлена соединением антигена с антителами, фиксированными на цитолемме тучных клеток, или лиганда (в том числе аллергена), с мембранными рецепторами. При этом тучные клетки выделяют в межклеточное вещество содержащиеся в гранулах биологически активные соединения, которые и обеспечивают основные функции этих клеток в рыхлой волокнистой соединительной ткани (см. рис. 14.1, 14.2, б). Функции тучных клеток: 1) поддержание тканевого гомеостаза осуществляется за счет медленного и небольшого выделения гистамина, серотонина, гепарина. Эти вещества регулируют проницаемость стенки кровеносных сосудов, состав и вязкость основного вещества, тем самым поддерживают оптимальные взаимоотношения кровеносных сосудов и соединительной ткани; 2) защитная и регуляторная функции обеспечиваются выделением медиаторов воспаления, стимуляцией пролиферации и дифференцировки Т- и В-лимфоцитов; 3) участие в аллергических реакциях обусловлено освобождением медиаторов иммунных реакций, способностью фагоцитировать комплексы антиген — антитело; 4) синтез некоторых компонентов основного вещества рыхлой волокнистой соединительной ткани — гепарина, хондроитинсульфатов, гиалуроновой кислоты. Массивная дегрануляция тучных клеток клинически проявляется бронхоспазмом, отеком, кожным зудом, падением артериального давления. 186 Часть IV. Общая гистология Плазматические клетки (плазмоциты) участвуют в реализации гуморального иммунитета, обеспечивая выработку антител при появлении в организме антигена. Плазмоциты образуются из В-лимфоцитов, прошедших антигензависимую дифференцировку после взаимодействия с антигенами. Клетки обычно встречаются в рыхлой волокнистой соединительной ткани слизистых оболочек пищеварительной, дыхательной систем, железах, лимфатических узлах, селезенке. Они небольшие по размеру (от 7 до 10 мкм), цитоплазма резко базофильна с хорошо развитой грЭПС, за исключением околоядерной зоны, где находится крупный комплекс Гольджи. Эта область на светооптическом уровне определяется как «светлый дворик». Ядро располагается эксцентрично, крупные глыбки хроматина распределяются в виде радиальных тяжей — «колесо со спицами» (см. рис. 14.1, 14.2, г). Межклеточное вещество Межклеточное вещество состоит из основного (аморфного) вещества и волокон. Оно обеспечивает физико-химические и механические свойства ткани. Основное вещество занимает значительный объем рыхлой соединительной ткани и представляет собой гомогенную коллоидную систему. Компоненты основного вещества образуются клетками фибробластического ряда, тучными клетками, а также частично поступают из крови. В состав основного вещества входят гликозоаминогликаны (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и др�� .�� ), протеогликаны, гликопротеины (фибронектин, фибриллин, ламинин), белки крови (альбумины, глобулины, фибриноген), ферменты, минеральные вещества, липиды, вода (90 %). Молекулы гликозаминогликанов рыхлой соединительной ткани, переплетаясь, образуют сеть, в ячейках которой удерживается большое количество тканевой жидкости. Протеогликаны состоят из стержневого белка, ковалентно связанного с гликозаминогликанами. Протеогликаны взаимодействуют с молекулами коллагена, обеспечивают связь между поверхностью клеток и компонентами межклеточного вещества, 14. Собственно соединительные ткани 187 связывают молекулы воды, накапливают и выделяют факторы роста. Гликопротеины состоят из полипептидных цепей, являются нефибриллярными белками. Способствуют образованию базальных мембран, опосредуют взаимодействие между клетками и межклеточным веществом. Функции основного вещества: 1) создает оптимальное микроокружение для деятельности клеток; 2) осуществляет объединение клеток в единую систему; 3�� )�� реализует многообразные ферментативные обменные процессы; 4) способствует перемещению различных веществ и клеток; 5) обеспечивает самосборку и перестройку коллагеновых и эластических волокон и их ориентацию в соответствии с действием механических факторов. Основное вещество способно изменять свою консистенцию (гель-золь). Ряд факторов влияет на физико-химические свойства основного вещества. Фермент гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, в результате чего высвобождается ранее связанная вода и проницаемость основного вещества повышается. Волокнистый компонент образован коллагеновыми, эластическими волокнами, которые формируют трехмерную, рыхло распределенную сеть. Коллагеновые волокна — главный волокнистый компонент большинства соединительных тканей, а белок коллаген — самый распространенный белок в организме человека. Коллагеновые волокна обладают малой растяжимостью и обеспечивают механическую прочность рыхлой волокнистой соединительной ткани. Функции коллагеновых волокон: 1�� )�� обеспечивают механические свойства соединительных тканей; 2) предопределяют архитектонику соединительных тканей; 3) регулируют миграцию, дифференцировку и синтетическую активность ряда клеток, в том числе фибробластов; 4�� )�� участвуют в адгезии клеток, а также тромбоцитов и образовании тромба. 188 Часть IV. Общая гистология Фибриллярный белок коллаген образован последовательностью аминокислот: пролином, оксипролином, глицином в третьем положении в полипептидной цепочке. В зависимости от вариации аминокислот в полипептидной цепи, иммунных свойств, молекулярной массы выделено не менее 19 типов коллагена. Наиболее часто встречаются первые пять типов. Выделяют следующие типы коллагена: I — присутствует в коже, сухожилиях, кости, роговице, дентине. I — характерен для хрящей, стекловидного тела. III — по современным представлениям формирует ретикулярные волокна, встречается в органах кроветворения, легких, печени. IV — образует базальные мембраны. V — участвует в образовании стенки кровеносных сосудов, основного вещества роговицы, базальных мембран. Коллагеновые волокна образуются не только фибробластами, но и хондробластами, остеобластами, одонтобластами, гладкими миоцитами, ретикулярными клетками. Образование коллагеновых волокон проходит в два этапа: 1) внутриклеточный этап — в грЭПС происходит синтез проa-цепей и их сборка в тройную спираль проколлагена. Комплекс Гольджи обеспечивает гликозилирование проколлагена, упаковку продукта и выделение в межклеточное вещество; 2) внеклеточный этап — проколлаген после отщепления концевых пептидов превращается в тропоколлаген. Молекулы тропоколлагена, замыкая ковалентные и водородные связи, превращаются в протофибриллы. Протофибриллы с помощью скрепляющих их протеогликанов и гликопротеинов объединятся в фибриллы. Агрегация фибрилл образует волокна (рис. 14.3, а). Коллагеновые фибриллы под электронным микроскопом представляют собой поперечно исчерченные структуры толщиной 20—100 нм, период повторяемости темных и светлых участков 64—67 нм. Исчерченность образуется в результате агрегации молекул тропоколлагена в продольные цепочки. Цепочки образуют пучки, в которых каждая из молекул тропоколлагена сдвинута по отношению к соседней на четверть своей длины. 14. Собственно соединительные ткани 189 а Рис. 14.3. Волокна соединительной ткани [15]: а — схема образования коллагеновой фибриллы; б — эластическое волокно; 1 — молекула тропоколлагена; 2 — протофибрилла; 3 — микрофибрилла коллагенового 2 волокна; 4 — фибрилла; 5 — цент ральная гомогенная часть; 6 — 3 микрофибриллы эластического волокна 1 б 5 6 4 Синтез коллагена зависит от витамина С, играющего роль кофактора ферментов. Эластические волокна — тонкие гомогенные нити, формирующие сеть. Этот тип волокон придает соединительной ткани эластичность и растяжимость. В составе эластических волокон различают два компонента — аморфный и микрофибриллярный, образованные соответственно белками эластином и фибриллином. Молекулы эластина связываются между собой, формируя эластиновые протофибриллы, которые объединяются в упругую резиноподобную сеть. Эта сеть образует стержень эластического волокна и воспринимается как аморфный компонент, в состав которого кроме белка эластина входят десмозин и изодесмозин. Второй компонент, являющийся гликопротеином — фибриллином, образует микрофибриллы, которые располагаются преимущественно по периферии эластического волокна (см. рис. 14.3, б). Синтез эластических волокон осуществляется фибробластами. В сосудах эластические волокна могут образовываться гладкими миоцитами. Процесс синтеза эластических волокон, как и коллагеновых, проходит внутриклеточно и внеклеточно, однако имеются свои особенности. Внутриклеточно образуются микрофибриллы, состоящие из фибриллина, и молекулы эластина. Эти два компонента выделяются в межклеточное вещество. Внеклеточно вначале образуются окситалановые волокна, которые состоят только из микрофибрилл, образованных фибрил- 190 Часть IV. Общая гистология лином. Следующий этап — образование элауниновых волокон. Молекулы эластина откладываются на микрофибриллах, как на матрице. Элауиновые волокна содержат около 50 % эластина. По мере созревания эластических волокон содержание эластина увеличивается до 90 %, он вытесняет микрофибриллы на периферию, заполняет центр волокна, формируя его стержень и превращаясь в аморфный компонент. Эластические волокна менее прочны, чем коллагеновые, они не набухают, отличаются упругостью. Эластин резистентен к кипячению, экстракции кислотой и щелочью, перевариванию обычными протеазами, гидролизуется панкреатической эластазой, окрашивается орсеином. Ретикулярные волокна образованы коллагеном III типа. Они не обнаруживаются при окраске гематоксилином и эозином, отличаются сродством к солям серебра, поэтому их называют также аргирофильными. Это тонкие волокна диаметром 0,1—2 мкм образуют сетчатые структуры. Они входят в состав базальных мембран эпителиев, окружают капилляры, нервные волокна. Наиболее многочисленны ретикулярные волокна в кроветворных органах, где формируют их строму, обеспечивая микроокружение для развивающихся клеток крови. Взаимодействие рыхлой соединительной ткани и клеток крови в воспалительных реакциях организма Защитная функция соединительной ткани проявляется в реакции воспаления, репаративной регенерации, иммунных реакциях. В их реализации участвуют как клетки, межклеточное вещество соединительной ткани, так и клетки крови. Воспаление — стереотипная защитно-приспособительная реакции на местное повреждение (инфекция, травма, гипоксия и т.д.). Морфологически в развитии воспалительной реакции выделяют несколько частично перекрывающихся фаз (рис. 14.4). Фаза альтерации характеризуется появлением очага поражения в ткани в результате воздействия неблагоприятного фактора. Компоненты поврежденных тканей выделяют медиаторы воспаления. В�� частности, тучные клетки выделяют гистамин, гепарин, се- 14. Собственно соединительные ткани а 191 б 1 6 5 10 8 2 3 6 1 15 в 4 11 12 9 13 2 5 1 8 27 1 7 10 9 г 10 5 5 14 7 10 12 Рис. 14.4. Схема последовательных фаз асептического воспаления [57]: а — стадия альтерации; б — стадия экссудации и лейкоцитарная; в — стадия экссудации и макрофагическая; г — стадия пролиферации (фибробластическая); 1 — капилляр; 2 — базальная мембрана; 3 — разрушенная тучная клетка; 4 — кариорексис; 5 — инородное тело; 6 — набухшие эндотелиоциты; 7 — диапедез нейтрофильных гранулоцитов; 8 — эритроцит; 9 — гибнущий нейтрофильный гранулоцит; 10 — фибробласт; 11 — лимфоцит; 12 — моноцит; 13 — макрофаг; 14 — гибнущие лимфоциты; 15 — диапедез лимфоцитов ротонин, которые увеличивают проницаемость капилляров. Вазоактивные вещества выделяются также макрофагами, базофилами крови, тромбоцитами. Фаза экссудации проявляется: 1) изменением микроциркуляторного русла в результате активации клеток и выделения активных веществ в первой фазе. Проявляется покраснением и повышением температуры участка воспаления; 2) появлением бесклеточного экссудата в результате выхода жидкой части крови в ткань. Возникает отек ткани, который клинически проявляется припухлостью. В этой фазе отмечается замедление кровотока, гидратация межклеточного вещества сое- 192 Часть IV. Общая гистология динительной ткани, что обеспечивает выход лейкоцитов из кровотока. Лейкоцитарная фаза характеризуется появлением клеток в экссудате, в первую очередь нейтрофильных лейкоцитов. Они формируют лейкоцитарный вал, который отделяет очаг поражения от здоровой ткани. В�� очаге воспаления нейтрофильные лейкоциты фагоцитируют микроорганизмы, при этом сами могут погибнуть, образуя гной. Эти клетки выделяют вещества, которые привлекают в очаг воспаления моноциты крови. Макрофагическая фаза реализуется макрофагами. Под влиянием цитокинов экзогенных пирогенов (эндотоксины, белок микроорганизмов) макрофаги активируются и�� фагоцитируют погибшие нейтрофилы, клеточный дендрит, микроорганизмы, формируя второй антимикробный барьер. Сами макрофаги вырабатывают интеролейкин-1 (повышает температуру тела), ряд ферментов, которые разрушают компонентны межклеточного вещества. Макрофаги также выступают в�� роли антигенпредставляющих клеток и инициируют иммунные реакции. Фибробластическая фаза связана с�� привлечением в�� очаг воспаления фибробластов. Клетки, инфильтрирущие очаг воспаления (макрофаги, лимфоциты и др.), выделяют фибронектин, фактор роста фибробластов, макрофагические факторы стимуляции роста кровеносных сосудов и�� др., стимулируют синтетическую активность фибробластов, способствуют росту сосудов. В результате восстанавливается поврежденная рыхлая волокнистая соединительная ткань. Вначале она характеризуется высоким содержанием клеточных элементов и�� кровеносных сосудов — это грануляционная ткань. Впоследствии эта ткань преобразуется в�� плотную соединительную ткань — рубец. Плотная волокнистая соединительная ткань Этот вид соединительных тканей характеризуется: однородным клеточным составом; преобладанием волокон над основным веществом; мощными пучками в основном коллагеновых волокон I типа; механической прочностью. 14. Собственно соединительные ткани 193 В зависимости от расположения пучков волокон эта ткань делится на оформленную и неоформленную. Плотная неоформленная волокнистая соединительная ткань образует капсулы некоторых органов, сетчатый слой дермы, входит в состав надкостницы, надхрящницы. Толстые пучки коллагеновых волокон и небольшое количество эластических волокон располагаются в различных плоскостях, формируя трехмерную сеть. Эта сеть обеспечивает прочность ткани к разнонаправленным механическим воздействиям. Объем основного вещества невелик. Между волокнами локализуются фиброциты и фибробласты, в небольшом количестве наблюдаются тучные клетки, гистиоциты, лейкоциты. Плотная оформленная волокнистая соединительная ткань встречается в виде связок, сухожилий, фиброзных мембран. Характерной чертой строения этой ткани является параллельное расположение коллагеновых волокон, что соответствует направлению механического натяжения ткани. Плотная оформленная соединительная ткань в наиболее типичном виде представлена в сухожилиях. Сухожилия связывают поперечнополосатую мышечную ткань со структурами скелета. В соответствии с типом преобладающих волокон сухожилия бывают коллагеновые и эластические. Эластические сухожилия встречаются редко. Примером может служить выйная связка, истинные голосовые связки, желтые связки позвоночника. В сухожилии как органе выделяют первичные, вторичные и третичные сухожильные пучки коллагеновых или эластических волокон. Пучки первого порядка (первичные сухожильные пучки) образованы отдельными толстыми параллельными коллагеновыми волокнами, между которыми располагаются фиброциты или тендиноциты. Клетки имеют отростки, которые контактируют друг с другом, образуя единую систему. Группа первичных пучков окружается рыхлой волокнистой соединительной тканью — эндотенонием, формируя пучки второго порядка. Пучки третьего порядка состоят из нескольких пучков второго порядка и отграничены друг от друга перитенонием. Эндотено- 194 Часть IV. Общая гистология ний и перитеноний содержат кровеносные сосуды, нервные волокна и нервные окончания, камбиальные элементы, выполняют трофическую и регенераторную функции. Сухожилие в целом окружено эпитенонием. Соединительные ткани со специальными свойствами К этой группе тканей относятся ретикулярная, жировая, пигментная, слизистая. Каждая из них: ограниченно распространена в организме; выполняет специфическую функцию; характеризуется преобладанием одного вида клеток. Ретикулярная ткань Ретикулярная ткань образует строму органов кроветворения и иммуногенеза. Кроме опорной функции ретикулярная ткань обеспечивает микроокружение для кроветворных клеток. В небольшом количестве встречается в перисинусоидальных пространствах печени, входит в состав базальных мембран. Ткань состоит из ретикулярных клеток и межклеточного вещества с ретикулярными волокнами. Кроме ретикулярных клеток в ткани встречаются макрофаги и адвентициальные (малодифференцированные) клетки. Ретикулярные клетки имеют отростки, которые связаны между собой десмосомами в единую трехмерную сеть. Ретикулярные клетки формируют инвагинации, охватывающие ретикулярные волокна. Подобно фибробластам эти клетки синтезируют компоненты основного вещества и ретикулярные волокна. В клетках хорошо развит синтетический аппарат, цитоскелет. Ретикулярные клетки также синтезируют и накапливают гемопоэтины — цитокины, ростовые факторы, тем самым контролируя деление и дифференцировку гемопоэтических клеток. Ретикулярные волокна состоят из коллагена III типа, связанного с гликопротеинами и протеогликанами. Волокна тонкие, ветвящиеся и вместе с клетками формируют сеть. Основное вещество имеет жидкую консистенцию. Ткань хорошо выявляется при импрегнации солями серебра. 14. Собственно соединительные ткани 195 Пигментная ткань Пигментная ткань по строению напоминает рыхлую волокнистую соединительную ткань, отличается преобладанием пигментных клеток. Пигментные клетки бывают двух видов: меланоциты и меланофоры. Меланоциты синтезируют меланин, который накапливается в многочисленных меланосомах и меланиновых гранулах. Считается, что истинные меланоциты присутствуют в эпителиальной ткани. Меланофоры не способны к синтезу меланина. Меланиновые гранулы только поглощаются ими после синтеза в меланоцитах и последующей секреции. Этот тип клеток содержится в основном в соединительной ткани резко пигментированных участков кожи. Пигментная ткань присутствует в сосудистой оболочке глаза и в ее производных — реснитчатом теле и радужке, в некоторых областях кожи, в пигментных пятнах. Она обеспечивает защиту клеток и тканей от повреждающего действия ультрафиолета. Слизистая ткань Слизистая (студенистая) ткань встречается у плодов в пупочном канатике, дерме. В ткани преобладает межклеточное вещество. Волокнистый компонент развит слабо и представлен тонкими волокнами, чаще всего коллагеном третьего типа. Основное вещество характеризуется высоким содержанием гиалуроновой кислоты, которая придает ткани упругость. Клетки слизистой ткани по структуре похожи на фибробласты. Ткань не содержит кровеносных сосудов, нервов. Слизистая ткань выполняет защитную функцию, препятствуя сдавлению сосудов пупочного канатика. Жировая ткань Жировая ткань состоит из клеток и межклеточного вещества. Межклеточное вещество сходно с межклеточным веществом рыхлой волокнистой соединительной ткани. Основной тип клеток — 196 Часть IV. Общая гистология адипоциты. Жировые клетки специализированы на синтезе и накоплении в цитоплазме запасных липидов, главным образом триглицеридов, и утилизации их в соответствии с энергетическими потребностями организма. В эмбриогенезе жировые клетки возникают из мезенхимы. В постэмбриональный период предшественниками жировых клеток являются адвентициальные клетки. Различают две разновидности адипоцитов и соответственно два типа жировой ткани: белую и бурую. Белая жировая ткань повсеместно распространена в организме: в подкожножировой клетчатке, сальнике, брыжейке, забрюшинном пространстве. Это резервная жировая ткань. Кроме нее есть структурная жировая ткань, которая локализуется в глазницах, вокруг суставов, на ладонях, подошвах, щеках. Из адипоцитов в жировой ткани образуются дольки различных размеров и формы. Между дольками находятся тонкие прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани с кровеносными сосудами и нервами. Внутри долек кроме адипоцитов встречаются фиброциты, тучные клетки, сеть тонких аргирофильных волокон, кровеносные капилляры. Адипоциты белой жировой ткани имеют характерное микроскопическое строение. Это крупные округлые клетки диаметром до 250 мкм, которые в составе белой жировой ткани могут быть полигональными. Большая часть цитоплазмы клетки занята крупной каплей жира. Уплощенное ядро, небольшое количество цитоплазмы, аЭПС, митохондрии находятся на периферии клетки. Отложение жиров регулируется гормоном инсулином. Функции резервной белой жировой ткани: 1) трофическая (энергетическая) — накопление липидов; 2) терморегуляционная — часть тепла образуется вследствие окисления энергоемких молекул липидов; 3) термоизолирующая — жировая ткань препятствует потере тепла организмом; 4) депонирующая — накапливает жирорастворимые витамины, воду; 5) эндокринная — синтезирует эстрогены и лептин, гормон, действующий на соответствующий центр в мозге, вызывающий ощущение сытости, и др.; 14. Собственно соединительные ткани 197 6) замещение органов, подвергающихся инволюции (тимус, красный костный мозг). Функция структурной белой жировой ткани — защитномеханическая. Жировая ткань окружает различные органы, служит опорным фиксирующим элементом, защищает от механических травм. При голодании структурная ткань остается практически неизменной. Бурая жировая ткань хорошо развита у новорожденных и детей раннего детского возраста, содержится у животных, впадающих в зимнюю спячку. У взрослых обнаруживается вокруг крупных сосудов в средостении, в воротах почек. Адипоциты бурой жировой ткани округлой формы, меньше, чем адипоциты белой жировой ткани. Ядро расположено в центре клетки. Цитоплазма содержит многочисленные мелкие липидные капли, значительное количество митохондрий с высоким содержанием окрашенных окислительных ферментов — цитохромов, которые придают ткани бурый цвет. Адипоциты формируют дольки, окруженные прослойками соединительной ткани. Кровоснабжение долек чрезвычайно обильное. Каждый адипоцит внутри дольки окружен кровеносными капиллярами и симпатическими нервными волокнами. Функция бурой жировой ткани — терморегуляция, связанная с выделением большого количества тепла. У новорожденных облегчает адаптацию к температуре окружающей среды. 15. СКЕЛЕТНЫЕ ТКАНИ Хрящевые ткани Хрящевые ткани являются разновидностью соединительных тканей. У взрослых они выполняют опорно-механическую функцию, у плода — формообразующую (модельную). Хрящевые ткани состоят из клеток (хондроцитов и хондробластов) и межклеточного вещества — хрящевого матрикса, обладающего упругостью и высокой механической прочностью на сжатие и растяжение. Особенности структурно-функциональной организации хрящевых тканей: образованы клетками и�� преобладающим по объему межклеточным веществом со значительной механической прочностью и упругостью; ткани не содержат кровеносных и лимфатических сосудов, нервов; питание осуществляется диффузно из надхрящницы; обладают низкой метаболической активностью; низкое давление кислорода в�� тканях предопределяет протекание в�� них анаэробного гликолиза; для тканей характерен аппозиционный и интерстициальный рост. Клетки хрящевой ткани Клетки хрящевой ткани составляют 3—5 % общей массы и представлены диффероном клеток, в состав которого входят стволовые, полустволовые, прехондробласты, хондробласты и хондроциты. Хондробласты — молодые клетки с высокой синтетической активностью, обеспечивают гистогенез и прогрессивный рост скелетных тканей в эмбриогенезе, сохраняются в зрелых тканях в качестве камбиальных элементов. Это небольшие овальные клетки с относительно крупным ядром и слабо развитыми органеллами. По мере дифференцировки хондробласты увеличиваются в размере и приобретают сферическую форму. В них выявляется обширная гранулярная эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, ри- 15. Скелетные ткани 199 босомы. Клетки начинают син4 1 тезировать и секретировать хря6 7 2 3 щевой матрикс и превращаются 5 в хондроциты. Хондробласты обеспечивают периферический (аппозиционный) рост хряща. Хондроциты — основной вид клеток (рис. 15.1). Эти клетки обеспечивают сохранение структурной организации зрелых хрящевых тканей путем выработки межклеточного вещества, но обладают более низРис. 15.1. Хондроциты [7]: кой синтетической активностью 1 — коллагеновое волокно II типа; по сравнению с хондробласта- 2 — капсула вокруг хондроцита; 3 — ми. Форма хондроцитов изме- гранулярная ЭПС; 4 — митохондрия; няется от уплощенной до сфе- 5 — ядро с ядрышком; 6 — комплекс рической и отражает степень Гольджи; 7 — секреторное включение дифференцировки клетки. Ядро преимущественно округлое с 1—2 ядрышками. Цитоплазма содержит мелкие рассеянные митохондрии, крупный комплекс Гольджи, хорошо развитые цистерны гранулярной ЭПС, многочисленные свободные рибосомы, окаймленные пузырьки, гранулы гликогена и липидные капли, которые иногда крупнее, чем ядро. Хондроциты синтезируют и секретируют вещества, необходимые для образования коллагеновых и эластических волокон, а также сульфатированные гликозоаминогликаны, гликопротеины. Хондроциты находятся в лакунах. В глубоких отделах хряща они могут располагаться группами в пределах одной лакуны, образуя изогенные группы путем деления одной исходной клетки. Рост хряща за счет деления хондроцитов в лакунах и накопления вокруг них и между ними матрикса называется интерстициальным ростом. В изогенных группах клеток различают три типа хондроцитов. Хондроциты первого типа — молодые клетки с извитыми контурами, обильной цитоплазмой, богатой мембранными органеллами и свободно расположенными рибосомами, хорошо развитым комплексом Гольджи. Клетки имеют высокое ядерно-цитоплаз матическое отношение. В них нередко наблюдаются картины ми- 200 Часть IV. Общая гистология тоза, в связи с этим они рассматриваются в качестве источника репродукции изогенных групп клеток. Этот тип клеток чаще всего встречается в молодом растущем хряще. Хондроциты второго типа образуют компоненты основного вещества — гликопротеиды и протеогликаны. В них хорошо развита гранулярная эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи. За счет возрастания объема цитоплазмы у них снижается ядерноцитоплазматическое отношение. Хондроциты третьего типа отличаются самым низким значением ядерно-цитоплазматического отношения. Клетки вырабатывают коллагеновые белки, необходимые для поддержания постоянства структуры территориального матрикса, но в них снижается синтез гликозаминогликанов. В хрящевой ткани описан еще один тип клеток — хондрокласты. Клетки относятся к макрофагической системе, отсутствуют в нормальной хрящевой ткани, появляются при дегенеративных изменениях хряща и его разрушении. Они имеются также в эмбриональном хондрогенезе. Межклеточное вещество хрящевой ткани Межклеточное вещество хрящевой ткани (межклеточный матрикс) составляет около 95 % общего объема хряща и имеет сложную макромолекулярную организацию. 70—80 % массы хрящевых тканей составляет вода, 10—15 % — органические вещества, 4—7 % — минеральные вещества. Органические вещества представлены коллагеновыми (хондриновыми) волокнами, гликозаминогликанами (хондроитин-4 и хондроитин-6-сульфаты, гиалуроновая кислота), липидами. В хондриновых волокнах преобладает коллаген II типа, образующий трехмерную сеть, которая обеспечивает в матриксе хряща прочную связь между коллагеном и протеогликанами. Вследствие того что в хрящевой ткани отсутствуют кровеносные сосуды, состав межклеточного вещества имеет большое значение для поддержания жизнедеятельности хондроцитов. Преобладание в межклеточном матриксе гликозаминогликанов над коллагеновыми волокнами способствует диффузии веществ из кровеносных сосудов надхрящницы к хондроцитам. 15. Скелетные ткани 201 Виды хрящевой ткани Различают три вида хрящевой ткани: гиалиновую, эластическую, волокнистую. В основе классификации хрящевой ткани лежат главным образом особенности организации межклеточного вещества. Гиалиновая хрящевая ткань образует большинство элементов скелета эмбриона, во взрослом организме она встречается в местах соединения ребер с грудиной, в гортани, воздухоносных путях, на суставных поверхностях костей. Ткань полупрозрачна, имеет голубовато-белый цвет, довольно прочная, но ломкая. Гиалиновая хрящевая ткань (кроме гиалинового хряща суставных поверхностей) покрыта надхрящницей (рис. 15.2, а). Межклеточное вещество гиалинового хряща состоит из коллагеновых (хондриновых) волокон (15 %) и основного вещества, включающего протеогликановые комплексы (9 %), гликопротеины (5 %) и воду (60—80 %). Коллагеновый каркас хрящевого матрикса обладает большой упругостью и высокой прочностью, препятствуя растяжению и в меньшей степени сжатию. Коллагеновые фибриллы образованы в основном коллагеном II типа. В небольшом количестве имеются волокна VI и IХ и Х типов. Коллаген Х типа связывает ионы а 1а б 1б 3б 1 3б 3а 2 5 5 4 в 6 4 2 2 7 3а Рис. 15.2. Хрящевые ткани [61]: а — гиалиновая; б — эластическая; в — волокнистая; 1 — надхрящница: 1а — наружный слой; 1б — внутренний слой; 2 — изогенные группы хондроцитов; 3а — хондроциты; 3б — хондробласты; 4 — капсула; 5 — хрящевой матрикс; 6 — эластические волокна; 7 — коллагеновые волокна 202 Часть IV. Общая гистология 3 2 Са и способствует минерализации хряща. Протеогликановые комплексы являются главными компонентами межклеточного вещества и содержат три типа гликозоаминогликанов: гиалуроновую кислоту, хондро итинсульфат, кератансульфат. 4 Хондроитинсульфат и кератансульфат связываются с глобулярным Рис. 15.3. Строение гиалинобелком, формируя протеогликанового хряща [68]: 1 — хондроциты; 2 — коллаген вый мономер. Молекулы мономера II типа; 3 — протеогликановый присоединяются к длинной молекумономер; 4 — гиалуроновая ле гиалуроновой кислоты, образуя кислота протеогликановые агрегаты (рис. 15.3). Эти агрегаты обладают высокой гидрофильностью и обеспечивают хрящу высокую упругость, поскольку при механическом сдавливании вода может выдавливаться, а при расслаблении возвращаться в основное вещество хрящевой ткани. Коллаген определяет прочность хряща, а протеогликаны — упругость. Кроме того, протеогликаны связывают отдельные компоненты матрикса в единую систему. Степень организации макромолекул матрикса различна в зависимости от удаленности от клеток. На гистологических препаратах выявляются участки межклеточного вещества с различными структурными и функциональными свойствами: капсула (перицеллюлярный матрикс) локализуется вокруг хондроцитов. Она содержит высокие концентрации сульфатированных протеогликанов, гликопротеины, а также коллаген IХ типа. Окрашивается интенсивно базофильно; территориальный матрикс располагается вокруг изогенных групп клеток, на некотором расстоянии от капсулы, состоит из большого количества коллагена II типа, окрашивается базофильно; межтерриториальный матрикс находится между изогенными группами клеток, соответствует более старым участкам межклеточного вещества, содержит большое количество протеогли1 15. Скелетные ткани 203 кановых комплексов, окрашивается слабобазофильно или оксифильно. Гиалиновый хрящ выделяет антиангиогенные факторы, которые препятствуют врастанию в него кровеносных сосудов. При повреждении, вызывающем изменения физико-химических свойств межклеточного вещества, происходит васкуляризация хряща, сопровождаемая минерализацией и превращением его в кость. Эластическая хрящевая ткань входит в состав ушной раковины, наружного слухового прохода, надгортанника, хрящей гортани, евстахиевой трубы, хрящей носа. Строение ее сходно со строением гиалинового хряща, однако в межклеточном веществе наряду с коллагеновыми много эластических волокон, образующих плотную сеть (см. рис. 15.2, б). Хондроциты относительно равномерно распределены среди войлокообразно расположенных эластических волокон толщиной 0,2—5 мкм. Клетки располагаются в капсулах одиночно или попарно, образуя цепочки, ориентированные перпендикулярно поверхности хряща. Хрящи покрыты надхрящницей, имеют характерный желтый цвет, хорошо растягиваются. В эластическом хряще никогда не происходит обызвествления. Волокнистая хрящевая ткань отличается от гиалиновой хрящевой ткани определенной ориентацией мощных пучков коллагеновых волокон (см. рис. 15.2, в). Из волокнистой хрящевой ткани построены симфиз лобковых костей, межпозвоночные диски. Она встречается в местах прикрепления связок, сухожилий к костям, обнаруживается в грудино-ключичном и нижнечелюстном суставах. В межклеточном веществе преобладает коллаген I типа (до 90 %), коллагена II типа около 10 %. Мощные пучки коллагеновых волокон располагаются параллельно друг другу. Между ними залегают полисахаридные компоненты основного вещества, ориентированные по ходу коллагеновых волокон. Хондроциты, более сходные с фибробластами, ориентированы рядами. Как и в гиалиновой хрящевой ткани, клетки лежат в лакунах, но не образуют вокруг себя капсул. Хрящ не имеет надхрящницы, способен к минерализации (остеохондроз). 204 Часть IV. Общая гистология Хрящ как орган Хрящевые ткани формируют хрящ — структуру органного характера. В состав хряща кроме хрящевой ткани входит надхрящница, содержащая кровеносные сосуды и нервы. Надхрящница (перихондрий) состоит из двух слоев: наружный (фиброзный) и внутренний (хондрогенный, камбиальный). Наружный слой сформирован плотной волокнистой соединительной тканью. Он служит для механической защиты камбиальных клеток хрящевой ткани. Внутренний слой образован рыхлой волокнистой соединительной тканью, содержащей камбиальные клетки, значительное число кровеносных сосудов. Артерии и вены прободают наружный слой надхрящницы и распадаются во внутреннем слое на сосуды микроциркуляторного русла. За их счет осуществляется питание хряща. В этом слое локализуются хондрогенные (камбиальные) клетки — прехондробласты и хондробласты. Таким образом, надхрящница обеспечивает питание хряща, его регенерацию за счет аппозиционного роста, связь хряща с сухожилием, связками, апоневрозами Под надхрящницей лежит зона малодифференцированного хряща, в которой молодые хондроциты располагаются параллельно надхрящнице и окружены оксифильным матриксом. В зоне дифференцированного хряща клетки лежат в межклеточном веществе в особых полостях поодиночке или изогенными группами из 2—4 хондроцитов, окруженные капсулой. Матрикс приобретает базофилию. Рост хряща происходит двумя способами. А п п о з и ц и о н н ы й р о с т осуществляется за счет хондробластов надхрящницы. В результате на поверхности хряща откладываются слоями новые массы хрящевых клеток и матрикса. Способность к аппозиционному росту выражена во время роста хрящей в детстве, у взрослого она реализуется только при повреждении. И н т е р с т и ц и а л ь н ы й р о с т происходит в результате размножения хондроцитов в самом хряще. Этот способ роста хряща свойствен эмбриональному периоду, а также при регенерации поврежденного хряща. Регуляция роста хряща происходит с помощью гормональных воздействий: эндокринных, паракринных и аутокринных факто- 15. Скелетные ткани 205 ров. Стимулирующим действием на рост хрящ обладают гормон роста, гормоны щитовидной железы, андрогены, эпителиальный фактор роста, фактор роста фибробластов. Эффект гормона роста опосредуется соматомединами — инсулиноподобными факторами роста. Эстрогены, кортикостероиды угнетают рост хряща. Физиологическая регенерация хряща идет очень медленно из-за отсутствия собственных кровеносных сосудов. Источник регенерации — прехондробласты и хондробласты надхрящницы. Репаративная регенерация связана с наличием надхрящницы. В случае отсутствия надхрящницы регенерация происходит за счет клеток окружающей соединительной ткани, при этом у взрослых формируется рубцовая ткань. Старение хряща проявляется в изменениях его основных компонентов — клеток и межклеточного матрикса. По мере старения в хрящевой ткани: уменьшается число хондроцитов на единицу площади; снижается концентрация протеогликанов и, как следствие, его гидрофильность; ослабляются процессы размножения хондробластов и хондроцитов; происходит потеря прочностных и эластических свойств хрящевой ткани. Гистогенез хрящевой ткани Хрящевые ткани в онтогенезе животных и человека дифференцируются раньше костных из склеротомов сомитов мезодермы. По отношению к костному скелету хрящевой скелет выполняет провизорную функцию и составляет у зародыша человека половину массы тела. После замены хряща костью у взрослого человека масса хряща не превышает 2 % массы тела. Процесс развития хряща (хондрогенез) включает три стадии. 1. Образование хондрогенного островка. На месте будущих хрящевых закладок наблюдается активное перемещение и сближение клеток мезенхимы. Под влиянием улучшения трофики, вызванном формированием в окружающей мезенхиме кровеносных сосудов, а также действием тканевых гормонов, скелетогенные 206 Часть IV. Общая гистология клетки пролиферируют, теряют отростки и образуют скопления. Эти матричные клетки являются родоначальницами единственного дифферона хондробластического ряда. Они имеют малые размеры, умеренно базофильную цитоплазму, вокруг ядра преобладают свободные полисомы и рибосомы. На этой стадии межклеточного вещества нет. 2. Образование первичной хрящевой ткани. Клетки хрящевых зачатков превращаются в хондробласты — крупные, округлые клетки, с хорошо развитым синтетическим аппаратом, способные к делению. Хондробласты синтезируют межклеточное вещество — фибриллярные белки, преимущественно коллаген II типа, фибронектин, гликозоаминогликаны, что предопределяет оксифилию межклеточного вещества. 3. Дифференцировка хрящевой ткани. В эту стадию хондробласты начинают синтезировать сульфатированные гликозаминогликаны (в основном хондроитин-4-сульфат), придающие межклеточному веществу хряща базофилию. Увеличение размеров и массы молодого хряща, его внутренний (интерстициальный) рост, происходит за счет пролиферации хондробластов в центре закладки и накопления межклеточного вещества. При этом клетки хрящевой бластемы отодвигаются друг от друга накапливающимся межклеточным веществом и занимают в нем определенную лакуну (нишу), располагаясь в общей полости поодиночке или группами. Мезенхима, окружающая хрящ, дифференцируется в соединительную ткань надхрящницы. Суставной хрящ Суставы — форма прерывистого подвижного соединения костей. Суставные поверхности, как правило, покрыты гиалиновой хрящевой тканью, которая лишена надхрящницы. Только в ви сочно-нижнечелюстных и грудино-ключичных суставах контактирующие поверхности костей покрыты волокнистым хрящом. В структуре суставного хряща различают несколько зон (рис. 15.4). Поверхностная зона обращена в полость сустава и состоит: из бесклеточной пластинки (толщиной до 3 мкм) тонких тангенциальных пучков коллагеновых волокон; 15. Скелетные ткани 207 Рис. 15.4. Строение суставного хряща [25]: а — распределение клеток; б — распределение волокон; І — гиалиновый хрящ; ІІ — кость; ІІІ — граница между хрящевой и костной тканями; 1 — поверхностный слой; 2 — промежуточный слой; 3 — базальная зона: 3а — зона необызвествленного хряща; 3б — зона обызвествленного хряща; 3в — граница между ними а б 1 2 I 3а 3 3в 3б II III 1 мм тангенциального слоя, содержащего уплощенные хондро циты; переходного слоя, образованного отдельно лежащими округлыми хондроцитами, ориентированными в направлении хода волокон. Коллагеновые волокна в поверхностной зоне расположены параллельно суставной поверхности. Промежуточная (основная) зона содержит мощные пучки коллагеновых фибрилл, образующих сложную сеть под углом к суставной поверхности. В глубине этой зоны хондроциты расположены в виде колонок и изогенных групп. Хондроциты располагаются в лакунах. Базальная (глубокая) зона состоит из двух слоев — необызвествленного и обызвествленного хряща, между которыми проходит разграничительная зигзагообразная линия. Выше линии, в слое необызвествленного хряща, в лакунах может наблюдаться пролиферация хондроцитов, тем самым обеспечивая интерстициальный рост. Слой обызвествленного хряща контактирует с костью, из которой в эту зону проникают кровеносные капилляры. Процессы обновления зрелого суставного хряща очень медленны. Связано это с высокой стабильностью коллагена II типа, длительным периодом распада протеогликанов, низкой активностью металлопротеиназы. 208 Часть IV. Общая гистология Питание суставного хряща осуществляется из кровеносных сосудов базальной зоны и из синовиальной жидкости. Синовиальная жидкость содержит клетки синовиальной оболочки и клетки крови (нейтрофилы, лимфоциты, моноциты), а также внеклеточную жидкую среду. По своему составу внеклеточная жидкость схожа с плазмой крови, отличается лишь меньшим содержанием белка и присутствием специфического компонента — гиалуроновой кислоты. Компоненты синовиальной жидкости образуются из двух источников: 1) транссудата крови; 2) продуктов секреции клеток синовиальной оболочки. Суставная сумка (капсула) окружает область сустава и образована двумя оболочками — наружной фиброзной и внутренней синовиальной. Фиброзная оболочка состоит из плотной волокнистой соединительной ткани, переходящей в надкостницу. Синовиальная оболочка изнутри выстлана непрерывным слоем клеток — синовиоцитами. Различают два типа синовиоцитов: А-клетки, или макрофагальные; В-клетки, или фибробластические, продуцирующие гиалуроновую кислоту. Костные ткани Костная ткань, как и другие виды соединительной ткани, развивается из мезенхимы, состоит из клеток и межклеточного вещества и выполняет ряд функций. Функции костных тканей: 1) опорно-механическая — основа скелета; 2) защитная функция — предохранение внутренних органов от механических повреждений; 3) гемопоэтическая функция — поддержание стабильных условий функции красного костного мозга, создание оптимальных условий микроокружения для различных дифферонов гемопоэтических клеток; 4) гомеостатическая функция — регуляция минерального гомеостаза в связи с наличием в костях депо кальция и фосфора. 15. Скелетные ткани 209 Клетки костной ткани К клеткам костной ткани относятся: остеобласты — формируют кость; остеоциты — сохраняют кость; остеокласты — разрушают кость. Клетки костной ткани происходят из двух клеточных линий — мезенхимных и гематогенных. Мезенхимные стволовые клетки склеротома образуют дифферон клеток: остеогенная клетка-предшественник (преостеобласт) — остеобласт — остеоцит. Остеобласты в зрелой ткани локализуются: а) в надкостнице; б) эндосте; в) каналах остеонов (рис. 15.5, a). Остеобласты разделяются на активные и покоящиеся. а б 6 9 3 6а 10 2 4 3 1 6 4 5 7 5 8 1 2 в 4 7 6 6 11 5 13 1 12 14 Рис. 15.5. Клетки костной ткани [7]: а — остеобласт; б — остеоцит; в — остеокласт; 1 — костный матрикс; 2 — костный каналец; 3 — отросток клетки; 4 — грЭПС; 5 — комплекс Гольджи; 6 — ядро; 6а — ядрышко; 7 — митохондрия; 8 — остеоид; 9 — межклеточное вещество; 10 — кровеносный капилляр; 11 — светлая зона; 12 — микроскладчатая каемка; 13 — секреторные вакуоли; 14 — участок резорбции кости 210 Часть IV. Общая гистология Активные остеобласты — клетки диаметром 20—40 мкм с крупным, эксцентричным, эухроматическим ядром покрывают 2�� —�� 8 % поверхности кости. В цитоплазме хорошо развит синтетический аппарат — грЭПС, комплекс Гольджи. Функции активных остеобластов: 1) cинтез и секреция компонентов органического матрикса кости: коллаген I типа, гликопротеины — остеокальцин, остеонектин; 2) продукция ростовых факторов, цитокинов, морфогенетических белков; 3) выработка матриксных пузырьков, которые принимают участие в минерализации межклеточного вещества за счет содержания высоких концентраций фосфата кальция и щелочной фосфатазы. Поэтому маркером остеобластов является синтезируемый ими фермент щелочная фосфатаза. При снижении синтетической деятельности активные остеобласты могут превращаться в покоящиеся остеобласты либо, окружая себя матриксом, в остеоциты. Покоящиеся остеобласты (клетки, выстилающие кость) располагаются на поверхности костной ткани, покрывая 80—95 % ее поверхности и образуя своеобразную выстилку. Они не принимают участия в формировании кости, имеют уплощенную форму, органеллы редуцированы. Между покоящимися остеобластами и поверхностью кости располагается тонкий (0�� ,�� 1�� —�� 0�� ,�� 5 мкм) слой неминерализованного матрикса — эндостальная мембрана, защищающая костную поверхность от воздействия остеокластов. При перестройке костной ткани покоящиеся остеобласты активируются, синтезируют ферменты, разрушающие эндостальную мембрану. Тем самым облегчается прикрепление остеокласта к костной ткани и инициируется начало резорбции. Остеоциты — высокодифференцированные клетки, окруженные минерализованным костным матриксом, составляющие в зрелом скелете до 90 % (рис. 15.5, б). Остеоциты утратили способность к делению, их органеллы редуцированы, ядро занимает всю цитоплазму. Они располагаются в остеоцитарных лакунах (до 25 000 на 1мм3), заполненных коллагеновыми фибриллами. От тел остеоцитов отходят длинные (50�� —�� 60 мкм) цитоплазматические отростки толщиной 5�� —�� 6 мкм, располагающиеся в канальцах. Система ка- 15. Скелетные ткани 211 нальцев формирует сеть, в которой отростки остеоцитов контактируют между собой и с остеобластами периоста и эндоста. Периостеоцитарные пространства заполнены интерстициальной жидкостью, обеспечивающей циркуляцию метаболитов. Функции остеоцитов: 1) поддержание минерального гомеостаза костного матрикса; 2) участие в физиологической перестройке костной ткани. Гемопоэтический дифферон — КОЕГМ — промонобласт — монобласт — моноцит — преостеокласт — остеокласт. Остеокласты — многоядерные (20—50 ядер) гигантские клетки размером до 100 мкм. Образуются при слиянии моноцитов и относятся к системе мононуклеарных фагоцитов. Клетки осуществляют резорбцию (разрушение) костной ткани и располагаются в лакунах Хоушипа. Цитоплазма оксифильна и содержит многочисленные митохондрии, хорошо развитый комплекс Гольджи, многочисленные вакуоли, плотные гранулы со свойствами лизосом. В активированном остеокласте различают: микроскладчатую (гофрированную) каемку; светлую зону — места плотного прикрепления клетки к кости; везикулярную зону — расположена вблизи микроскладчатой каемки, содержит многочисленные лизосомы; базальную (энергетическую, пластическую) зону — содержит ядра и мембранные органеллы. Микроскладчатая каемка — это многочисленные цитоплазматические выросты, направленные к поверхности кости и достигающие ее. Через мембрану выростов из остеокласта выделяется большое количество Н+ и Сl—, что создает и поддерживает в замкнутом пространстве лакуны кислую среду, оптимальную для растворения солей кальция костного матрикса (рН 4,5). Ферменты многочисленных лизосом везикулярной зоны разрушают органическую часть костного матрикса. Резорбция костной ткани остеокластами протекает циклически и включает несколько этапов: 1) фиксация остеокластов к поверхности кости посредством адгезивных молекул и перестройка цитоскелета остеокласта; 2) закисление содержимого лакун; 3) резорбция минерального компонента матрикса; 212 Часть IV. Общая гистология 4) растворение органических компонентов матрикса лизосомными ферментами; 5) удаление продуктов деструкции костной ткани путем поглощения продуктов остеокластами с последующим выделением с противоположной свободной поверхности клетки. Маркерными ферментами этих клеток является кислая фосфатаза, карбоангидраза, АТФаза. Активность остеокластов угнетается гормоном щитовидной железы — кальцитонином, женским половым гормоном — эстрогеном. Активирующее действие гормона околощитовидной железы — паратгормона (паратирина), по-видимому, непрямое, опосредованное остеобластами. Межклеточное вещество Межклеточное вещество костной ткани состоит из коллагеновых (оссеиновых) волокон и основного вещества. Из общей массы костей 60—70 % составляют минеральные соли, при этом 30— 35 % — гранулы фосфата кальция {Ca3(PO4)2} в аморфном состоянии, 30—35 % — кристаллы гидроксиапатита {Сa10(PO4)6(OH)2}. Содержание воды низкое — от 6 до 20 %. Оставшиеся 10—20 % массы — органические компоненты, из них до 95 % составляет коллаген I типа. К числу органических компонентов относятся также коллагены III, IV, V и XII типов, неколлагеновые макромолекулярные соединения — протеогликаны, гликопротеины, фосфопротеины, специфические белки (остеонектин, остеокальцин), ферменты — кислая и щелочная фосфатазы. Такое сочетание органических и неорганических веществ придает костной ткани большую прочность, однако и большую хрупкость. В процессе минерализации межклеточного вещества кости щелочная фосфатаза способствует образованию минеральных соединений, фосфопротеины обеспечивают концентрацию кальция в кости, протеогликаны способствуют связыванию минеральных соединений с коллагеном, остеонектин — росту минеральных кристаллов и агрегатов и т.д. 15. Скелетные ткани 213 Виды костной ткани Различают три вида костной ткани: дентинную, грубоволокнистую (ретикулофиброзную) и пластинчатую. Дентинная костная ткань окружает пульпарную полость зуба. Состоит из минерализованного основного вещества, в котором располагаются коллагеновые волокна и дентинные канальцы с отростками одонтобластов. Сами клетки находятся в пульпе зуба. Иногда ее относят к грубоволокнистой. Грубоволокнистая костная ткань — эмбриональная костная ткань, у взрослых встречается в местах зарастания черепных швов и прикрепления сухожилий к костям (бугорки, апофизы). Постнатально незрелая костная ткань часто образуется при заживлении переломов и быстрорастущих костных опухолях из остеогенных клеток. Ткань характеризуется мощными пучками минерализованных оссеиновых (коллагеновых) волокон, которые располагаются неупорядоченно. Остеоциты локализуются в лакунах, без определенной ориентации. Особенностью этого вида ткани является относительно низкое содержание минеральных веществ при высоком уровне органических. Пластинчатая костная ткань образует у взрослого человека все виды костей (плоские и трубчатые), за исключением их бугорков. Она состоит из упорядоченно лежащих костных пластинок толщиной 3—7 мкм. Костная пластинка представляет собой минерализованный костный матрикс, в котором параллельно располагаются коллагеновые волокна. В соседних пластинках волокна имеют разное направление, что обеспечивает большую прочность пластинчатой костной ткани. Остеоциты локализуются между пластинками, а их отростки располагаются в канальцах пластин. Пластинчатая костная ткань организована в губчатое и компактное костное вещество. Губчатое вещество находится внутри костей, а компактное — снаружи, причем в плоских костях и эпифизах трубчатых костей компактное вещество лежит в виде периферического тонкого слоя, а в диафизах трубчатых костей — составляет основную часть. Пластинки в губчатом веществе дугообразно изогнуты. Несколько параллельно расположенных пластинок объединяются 214 Часть IV. Общая гистология а б в 4 2 1 3 3 2 1 3 3 2 3 5 1 6 5 4 2 Рис. 15.6. Пластинчатая костная ткань [61]: а — губчатое вещество: 1 — остеоциты; 2 — пластины костной ткани; 3 — ячейки между пластинами; б — поперечный срез фрагмента остеона [66]: 1 — остеоциты в лакунах; 2 — костные канальцы; 3 — пластины костной ткани; 4 — спайная линия; 5 — канал остеона; в — фрагмент диафиза трубчатой кости [66]: 1 — наружные опоясывающие пластины; 2 — остеон; 3 — внутренние опоясывающие пластины; 4 — сосуды остеона; 5 — фолькманов канал; 6 — губчатое вещество в костные трабекулы — балки (рис. 15.6, а). Трабекулы в губчатом веществе ориентированы в разных направлениях, соответствующих векторам нагрузки на кость. Между трабекулами есть промежутки — костные ячейки, в которых содержатся сосуды и красный костный мозг (в диафизах трубчатых костей взрослого человека — желтый костный мозг). Трабекулы — структурные единицы губчатого вещества пластинчатой костной ткани. Пластинки в компактном веществе имеют форму полых цилиндров, вставленных друг в друга. Совокупность 3—25 концентрических пластинок образует остеон. Остеон является структурной единицей компактного вещества костной ткани (рис. 15.6, б). Кость как орган Кость как орган имеет сложную архитектонику и построен преимущественно из пластинчатой костной ткани, образующей компактное и губчатое вещество. В ее состав входят также соединительные ткани (плотная, рыхлая, жировая), нервные волокна и их окончания, система кровоснабжения. Кости подразделяются 15. Скелетные ткани 215 на плоские и трубчатые. Трубчатые кости имеют диафиз и два эпифиза, покрыты надкостницей. Надкостница (периост) снаружи покрывает кости и состоит из двух слоев. Наружный (волокнистый) слой образован плотной соединительной тканью. Внутренний (клеточный остеогенный) слой образован рыхлой волокнистой тканью и содержит остеопрогениторные клетки, способные дифференцироваться в остеобласты, и предшественники остеокластов. Через надкостницу проходят питающие кость сосуды и нервы. Со стороны надкостницы в кость проникают также коллагеновые волокна — перфорирующие (шарпеевские) волокна, прикрепляющие надкостницу к кости. Функции надкостницы: 1) трофическая — содержит кровеносные сосуды и нервы; 2) регенераторная — за счет присутствия камбиальных элементов; 3) опорно-механическая — обеспечивает связь с сухожилиями мышц и коллагеновыми волокнами связок. Диафиз трубчатой кости образован компактным веществом пластинчатой костной ткани и состоит из трех слоев: наружных опоясывающих пластин, остеонов, внутренних опоясывающих пластин (рис. 15.6, в). Наружные опоясывающие пластины располагаются под надкостницей диафиза, окружают его целиком, лежат параллельно, создавая концентрическую слоистость. Через наружные опоясывающие пластины внутрь кости проходят каналы (п е р ф о р и р у ю щ и е , ф о л ь к м а н о в ы ), содержащие кровеносные сосуды. В среднем слое костные пластинки образуют остеоны. Остеоны состоят из 3—25 костных пластин, формирующих цилиндры, вставленные друг в друга. Между пластинами располагаются в лакунах остеоциты. В центре остеона имеется канал (гаверсов канал), в котором проходят кровеносные сосуды, питающие кость. Сосуды окружены рыхлой волокнистой соединительной тканью с остеогенными клетками, макрофагами, остеокластами, нервными волокнами и лимфатическими капиллярами. Каналы остеона анастомозируют друг с другом, располагаются преимущественно параллельно длинной оси кости. Каждый остеон ограничен друг от друга спайной (цементирующей) линией. Между остеонами располагаются промежуточные (вставочные) пластинки, это остатки разрушенных остеонов. 216 Часть IV. Общая гистология Слой внутренних опоясывающих пластин ограничивает слой остеонов изнутри. На внутренней поверхности диафиза, граничащей с костной полостью, пластинчатая костная ткань образует перекладины губчатого вещества . Со стороны костномозгового канала кость покрыта эндостом. Этот слой тоньше надкостницы, содержит остеоидный слой межклеточного вещества, один слой неактивных плоских остеогенных клеток. Гистогенез костной ткани Костные ткани развиваются из мезенхимы склеротомов сомитов двумя способами: прямым — непосредственно из мезенхимы, непрямым — на месте ранее сформированной хрящевой модели кости. Прямой остеогенез (интрамембранозный остеогенез) характерен для немногих костей и происходит в богато снабжаемых кровью участках тела, в частности при образовании плоских костей (покровные кости черепа). Первые признаки интрамембранозного окостенения проявляются на 8-неделе эмбриогенеза. Прямой остеогенез протекает в четыре стадии (рис. 15.7). а в б г 1 34 2 3 4 3 5 6 1 1 2 1 53 7 3 6 4 6 2 1 Рис. 15.7. Развитие кости непосредственно из мезенхимы [5]: а — остеогенный островок; б — остеоидная стадия; в — минерализация остеоида; г — перестройка грубоволокнистой костной ткани в пластинчатую; 1 — клетки мезенхимы; 2 — кровеносные сосуды; 3 — остеобласты; 4 — остеоциты; 5 — органическая основа; 6 — минерализованный матрикс; 7 — остеокласты 15. Скелетные ткани 217 1. Стадия остеогенного островка. В участках развития будущей кости наблюдается скопление активно делящихся мезенхимных клеток, формирующих остеогенный островок с врастающими кровеносными сосудами. 2. Остеоидная стадия. Мезенхимные клетки дифференцируются в остеопрогениторные клетки, которые превращаются в остеобласты. Остеобласты образуют оксифильный костный матрикс — остеоид с коллагеновыми фибриллами из коллагена I типа. Остеоид — неминерализованное межклеточное вещество. В костном матриксе накапливаются мукопротеиды (оссеомукоиды), которые цементируют волокна в прочную массу. 3. Стадия минерализации (кальцификации) межклеточного вещества характеризуется образованием костных перекладин, или балок. Процесс минерализации костной ткани обеспечивается остеобластами двумя механизмами: 1) секреция щелочной фосфатазы; 2) секреция матричных пузырьков. В первом случае под действием щелочной фосфатазы глицерофосфаты крови расщепляются на углеводы и фосфорную кислоту. Фосфорная кислота соединяется с ионами кальция, образуя фосфорнокислый кальций, который вместе с углекислым кальцием образует гидроксиаппатит с кристаллами от 20—40 до 150 нм длиной и 1,5—75 нм толщиной. Второй механизм предусматривает выделение матриксных пузырьков, которые накапливают щелочную фосфатазу, фосфаты кальция и кристаллы гидроксиаппатита. Матриксные пузырьки в межклеточном веществе разрушаются, и выделившиеся кристаллы гидроксиаппатита служат ядрами для роста кристаллов. Одним из посредников кальцификации является остеонектин — гликопротеин, который избирательно соединяет соли кальция и фосфора с коллагеном. В результате кальцификации образуются костные перекладины или балки. Постепенно остеобласты погружаются в межклеточное вещество остеоида и дифференцируются в остеоциты. Формирование кости происходит благодаря слиянию балок в единую сеть, промежутки которой заполнены волокнистой соединительной тканью с сосудами. На поверхности балок располагается слой остеобластов, за счет которого происходит аппозиционный рост кости путем образования новых пластин. 218 Часть IV. Общая гистология 4. Стадия перестройки грубоволокнистой костной ткани в пластинчатую связана с ее разрушением остеокластами с врастанием в нее сосудов и образованием остеонов. Непрямой (энхондральный) остеогенез. Этим способом развиваются трубчатые кости конечностей, позвонки, кости таза (рис. 15.8). Он включает следующие стадии. 1. Образование хрящевой модели кости. На 2-м месяце эмбриогенеза из мезенхимы формируется хрящевая модель будущей кости — гиалиновый хрящ, покрытый надхрящницей. 2. Формирование перихондрального костного кольца (костной манжетки). Эта стадия начинается с прикрепления в области диафиза сухожилий и развивающихся поперечнополосатых скелетных мышц, подрастания кровеносных сосудов. В результате в центральной зоне диафиза изменяются условия трофики, мезенхимные клетки дифференцируются в остеобласты; надхрящница превращается в надкостницу. Остеобласты продуцируют межклеточное вещество и формируют на поверхности хряща костную манжетку — перихондральное костное кольцо. Костное кольцо обраб а 2 5 3 1 г в 3 1 1 4 7 4 2 2 1 1 2 6 3 Рис. 15.8. Развитие кости на месте хряща [6]: а — образование хрящевой модели; б — образование костного кольца (манжетки); в — проникновение сосудов; г — образование эндохондральной костной ткани; 1 — перихондральное костное кольцо (костная манжетка); 2 — дегенерирующий хрящ; 3 — кровеносные сосуды; 4 — клетки хрящевой ткани — зона гиперплазии; 5 — неизмененный хрящ — зона покоя; 6 — участки эндондрального окостенения; 7 — зона пролиферации 15. Скелетные ткани 219 зовано грубоволокнистой костной тканью, которая впоследствии трансформируется в пластинчатую костную ткань. Перихондральная костная ткань растет от центра диафиза в сторону эпифизов. Вследствие нарушения трофики внутри хряща начинаются дистрофические изменения. Хондробласты превращаются в пузырчатые, вакуолизированные клетки, которые начинают выделять щелочную фосфатазу. В центре хряща наблюдается гибель хондроцитов и обызвествление межклеточного вещества хряща. На границе дистрофически изменяющегося хряща в диафизе и эпифизе хондроциты выстраиваются в колонки, где активно делятся, вырабатывают вещество матрикса. 3. Развитие энхондральной кости в диафизе. Этот процесс начинается в центральной части хрящевой модели — диафизе и происходит в результате врастания в диафизарный хрящ кровеносных сосудов с мезенхимой, остеобластами и остеокластами. Через отверстия в костном кольце (манжетке), образованные остеокластами, в хрящ врастают кровеносные сосуды и остепрогениторные клетки. Остеокласты разрушают обызвествленный хрящ, а остеобласты формируют первичный центр эндохондрального окостенения. На этой стадии минерализованный хрящ имеет базофильную окраску, а первичная эндохондральная кость — оксифильную. В последующем две зоны окостенения — перихондральная и энхондральная сливаются вместе. Внутри диафиза формируется костно-мозговая полость, ячейки которой заселяются миелоидной тканью. 4. Образование эндохондральной кости в эпифизах. Вслед за диафизом центры окостенения появляются в эпифизах — вторичный центр окостенения. Начинается этот процесс с изменения питания в центре эпифиза, развиваются дистрофические процессы, затем отмечается процесс оссификации, который сопровождается врастанием в эпифиз кровеносных сосудов. 5. Формирование эпифизарной пластинки роста в хряще. На границе эпифиза и диафиза формируется эпифизарная пластинка, которая обеспечивает рост кости в длину. Эпифизарный хрящ разделяют на 5 зон, начиная с эпифизарной стороны хряща. Зона покоя состоит из гиалинового хряща, в котором отсутствуют морфологические изменения. 220 Часть IV. Общая гистология Зона пролиферации (размножения) содержит колонки хондроцитов, расположенные параллельно длинной оси кости, которые образовались в результате деления хондробластов. Зона гипертрофированного хряща образована крупными (пузырчатыми) хондроцитами с гранулами гликогена в цитоплазме. Зона обызвествленного хряща находится на границе с диафизом. В этой зоне происходит гибель хондроцитов и кальцификация хрящевого матрикса. Зона окостенения соответствует участку, где появляется эндохондральная кость. Пластинка существует до тех пор, пока полностью не завершится рост кости в длину. 6. Ремоделирование (перестройка и обновление) костной ткани. В костной ткани постоянно происходят процессы резорбции и формирования костной ткани. Осуществляются эти процессы с помощью двух типов клеток — остеобластов и остеокластов. В эмбриональном периоде в результате прямого или непрямого остеогенеза образуется грубоволокнистая костная ткань, которая ремоделируется и превращается в пластинчатую костную ткань. В процессе роста в зрелом возрасте происходит постоянное обновление костного матрикса, структуры компактной и губчатой кости приводятся в соответствие с изменяющимися статическими и динамическими нагрузками на кость, а также для поддержания кальциевого гомеостаза. Перестройка костной ткани включает: фазу активации, для которой характерна активация покоящихся остеобластов, подготовка участка поверхности кости для прикрепления остеокластов и последующая их активация; фазу резорбции кости остеокластами, в результате которой образуются резорбционные лакуны в�� костных трабекулах и�� резорбционные каналы или тоннели в�� компактном костном веществе; фазу реверсии — остеогенные клетки дифференцируются в активные остеобласты; фазу формирования остеобластами органической матрицы с�� последующей минерализацией, врастанием кровеносных сосудов, образованием остеонов. 15. Скелетные ткани 221 Таким образом, в процессе регенерации костной ткани существует тесная связь между ее образованием остеобластами и резорбцией остеокластами. Возрастные изменения и регенерация. С возрастом регенерация кости идет хуже, может развиваться остеопороз (разрежение костной ткани), особенно у женщин с наступлением климактерического периода. Чем моложе организм, тем больше в его костях оссеина и тем больше проявляют они свою гибкость. К старости кости становятся хрупкими, так как в них увеличивается содержание минеральных солей. Репаративная регенерация кости при переломах происходит благодаря наличию в ней камбиальных остеогенных клеток в надкостнице, в каналах остеона, эндосте и напоминает ее гистогенез в эмбриональном периоде. В зависимости от сопоставления отломков и иммобилизации краев костной раны репаративная регенерация может осуществляться двумя путями. Заживление перелома первичным костным сращением без образования костной мозоли наблюдается при хорошем трофическом обеспечении и сопоставлении отломков. Уже через 12 ч повышается содержание тканевых гормонов и начинается процесс регенерации, который в целом протекает подобно остеогенезу. Скелетогенные камбиальные клетки дифференцируются в остеобласты, затем образуется остеоид с последующей его минерализацией. Формируется грубоволокнистая костная ткань, которая ремоделируется в пластинчатую костную ткань. Заживление перелома кости вторичным костным сращением происходит в отсутствие оптимального сопоставления костных отломков. Вначале в промежутке между отломками образуется грануляционная ткань (рыхлая волокнистая соединительная), которая преобразуется в хрящевую мозоль. Впоследствии хрящевая мозоль замещается костной тканью, при этом костная ткань вначале имеет строение трабекулярной кости, которая перестраивается в компактную кость. Факторы, влияющие на образование костной ткани и ее рост: гормон роста (соматотропин) действует на эпифизарную пластинку; 222 Часть IV. Общая гистология паратирин (гормон паращитовидной железы) активирует остеокласты и вызывает резорбцию костной ткани, обеспечивает общую регуляцию изменений в костной ткани; кальцитонин стимулирует формирование кости и�� ее минерализацию; половые гормоны ( в�� большей степени эстрогены ) стимулируют окостенение эпифизарной пластинки; витамин С�� необходим для образования коллагеновых волокон; витамин D (кальцитриол) способствует отложению солей кальция в костях. Нехватка витамина в детском возрасте приводит к развитию рахита — размягчению костей. 16. МЫШЕЧНЫЕ ТКАНИ Общая характеристика Мышечные ткани — группа тканей, характеризующихся способностью к сокращению, что обеспечивает перемещение организма и его частей в пространстве, движение частей органов внутри организма. Основной морфологический признак элементов мышечных тканей — наличие актиновых и миозиновых миофиламентов, которые обеспечивают сокращение. В организме существуют клетки, способные к изменению своей формы и перемещению, но не относящиеся к мышечным тканям именно потому, что не содержат актомиозинового комплекса. Их способность к перемещению основана лишь на работе актиновых микрофиламентов субмембранного опорно-сократительного аппарата. Для сокращения элементов мышечных тканей необходимо взаимодействие актиновых и миозиновых миофиламентов при обязательном участии ионов кальция и наличии энергии. Структура сократительных органелл лежит в основе морфофункциональной классификации мышечных тканей. 1�� .�� Поперечнополосатые мышечные ткани, где актиновые и миозиновые миофиламенты формируют органеллы специального назначения — миофибриллы. Структурно-функциональной единицей миофибриллы является саркомер. В соседних миофибриллах все части саркомеров лежат на одинаковом уровне и создают видимую в световой микроскоп исчерченность. Поперечнополосатая мышечная ткань в свою очередь делится на скелетную и висцеральную. В последней выделяют сердечную и несердечную висцеральную (пищевод, наружный анальный и уретральный сфинктеры, истинные голосовые связки). Поскольку строение скелетной и несердечной висцеральной мышечных тканей принципиально не отличается, то обычно изучают скелетную и сердечную поперечнополосатые мышечные ткани. 2. Гладкие мышечные ткани, в которых миозиновые миофиламенты вне сокращения деполимеризованы, актиновые и миозиновые миофиламенты не формируют миофибрилл, а значит, в клетках нет поперечной исчерченности. 224 Часть IV. Общая гистология В соответствии с гистогенетическим принципом мышечные ткани делятся: 1) на соматические (поперечнополосатая скелетная ткань). Источником развития этих тканей являются миотомы сомитов ме� зодермы; 2�� )� целомические �� (поперечнополосатая сердечная ткань). Ис� точник развития — участок висцерального листка спланхнотома — миоэпикардиальная пластинка; 3) мезенхимные (гладкая мышечная ткань в составе стенок трубчатых органов, капсул паренхиматозных органов и пр.); 4�� )�� нейральные (мионейральная ткань в составе средней обо� лочки глазного яблока — радужки и цилиарной мышцы). Источ� ник развития — нервная трубка; 5�� )�� эктодермальные (миоэпителиальные клетки в составе кон� цевых отделов и выводных протоков экзокринных желез эктодер� мального происхождения). Источник развития — покровная экто� дерма. При характеристике структурно-функциональной организа� ции мышечных тканей удобно выделить три аппарата. Сократительный аппарат в разных видах мышечной ткани представлен по-разному организованными миофиламентами и не� обходим для выполнения основной функции мышечной ткани — сокращения. Опорный аппарат мышечных элементов представлен цитоске� летом, сарколеммой (плазмолеммой), межклеточными контакта� ми. Опорный аппарат необходим : для объединения сократительных единиц и фиксации их у�� мембран �� мышечных элементов с�� целью �� передачи тянущего уси� лия с миофибрилл (миофиламентов) на мембрану; связывания клеток друг с�� другом �� и�� с�� внеклеточными �� компо� нентами для передачи сокращения с�� мембраны �� клетки или сим� пласта на всю мышцу; сохранения и восстановления формы и размеров мышечных элементов. Трофический аппарат представлен органеллами общего назна� чения и включениями. Необходим для передачи возбуждения с сарколеммы (плазмолеммы) на сократительный аппарат и обе� спечения сократительного аппарата энергией и ионами Са2+. 16. Мышечные ткани 225 Скелетная мышечная ткань Скелетная мышечная ткань входит в состав скелетных мышц. Структурно-функциональной единицей скелетной мышечной ткани является мышечное волокно, представляющее собой сложный клеточно-симпластический комплекс. Источником развития скелетной мышечной ткани являются клетки миотомов — миобласты. Миобласты мигрируют в места закладки мышц, где начинается их дифференцировка. В ходе дифференцировки возникают две клеточные линии. Истинные миобласты выстраиваются в цепочки, сливаются и образуют мышечные трубочки — миотубы, в которых ядра занимают центральное положение. В миотубах начинается синтез контрактильных белков, сборка из них миофибрилл, формируется саркоплазматический ретикулум, теряется клеточный центр, микротрубочки. С перемещением ядер на периферию завершается формирование мышечного волокна. Другая линия дифференцировки миобластов дает начало миосателлитоцитам, которые сохраняют клеточное строение, присоединяются к симпластам и остаются резервом для их регенерации. Симпласт Симпласт — цилиндрическая многоядерная структура шириной 10—40 мкм и длиной до 4—10 см, предназначенная для проведения возбуждения и сокращения. Снаружи к плазмолемме симпласта прилежат клетки — миосателлитоциты. Миосателлитоцит — одноядерная клетка, являющаяся камбиальным элементом для симпласта скелетной мышечной ткани. С одним симпластом связано много сателлитоцитов. Миосателлитоциты и симпласт объединены общей базальной мембраной в мышечное волокно. Базальная мембрана и плазмолемма симпласта образуют сакролемму мышечного волокна (рис. 16.1). Миосимпласт имеет множество (до нескольких тысяч) вытянутых ядер, расположенных по периферии, непосредственно под плазмолеммой. В саркоплазме у ядер располагаются органеллы общего назначения. 226 а 7 6 5 4 Часть IV. Общая гистология б 1 5 4 7 6 1 2 3 1а 1б 2 3 7 9 11 10 12 8а 8б Рис. 16.1. Скелетная мышечная ткань: а — внешний вид на гистологическом препарате [4]: 1 — поперечнополосатые мышечные волокна в продольном разрезе; 2 — ядра мышечных волокон; 3 — поперечная исчерченность; 4 — мышечные волокна в поперечном разрезе; 5 — миофибриллы в саркоплазме; 6 — эндомизий; 7 — кровеносный сосуд; б — схема участка мышечного волокна [66]: 1 — сарколемма: 1а — базальная мембрана; 1б — плазмолемма; 2 — миофибриллы; 3 — актиновые миофиламенты; 4 — миозиновые миофиламенты; 5 — митохондрия; 6 — триада; 7 — Т-трубочка; 8 — саркоплазматический ретикулум: 8а — терминальные цистерны; 8б — L-трубочки; 9 — саркомер; 10 — Н-полоска; 11 — А-диск; 12 — I-диск Центральную часть симпласта занимает сократительный аппарат — миофибриллы. М и о ф и б р и л л а — органелла специального назначения, образованная из актиновых и миозиновых миофиламентов и структурных белков. А к т и н о в ы е м и о ф и л а м е н т ы (рис. 16.2, а) состоят из глобулярных субъединиц G-актина, объединенных в цепочку F-актина. Две цепочки F-актина спиралевидно закручены, и в бороздке между ними располагаются молекулы тропомиозина. Вдоль тропомиозиновых молекул лежат молекулы тропонина, образованные тремя субъединицами: TnT, TnI, TnC. ТnT имеет участки для связи с тропомиозином, TnC является Ca2+-связывающим белком, TnI препятствует взаимодействию актина с миозином, закрывая вместе с тропомиозином миозинсвязывающие локусы на поверхности актиновой молекулы. 16. Мышечные ткани а 227 2 1 TnI TnC 3 TnT б 1а 1б 1 2 4 5 в 1/2 I диска Адиск 1/2 I диска 6 г Нзона Титин Zлиния Млиния Zлиния 3 1 2 3 4 Миозин Актин (толстые (тонкие филаменты) филаменты) Рис. 16.2. Схема строения миофиламентов [16]: а — актиновый миофиламент: 1 — глобулы G-актина; 2 — тропомиозин; 3 — тропонин; б — миозиновый миофиламент: 1 — молекула миозина; 1а — легкий меромиозин; 1б — тяжелый меромиозин; 2 — шарнирные участки; 3 — головка, S1 — фрагмент; 4 — ручка, S2 — фрагмент; 5 — группа молекул; 6 — миозиновый миофиламент; в — схема саркомера; г — взаимодействие миофиламентов при сокращении: 1 — миозин; 2 — актин; 3 — тропомиозин; 4 — тропонин Миозиновые миофиламенты состоят из молекул миозина, в которых различают тяжелый и легкий меромиозин (рис. 16.2, б). Тяжелый меромиозин имеет два субфрагмента: S1, образующий «головку» миозина и обладающий АТФазной активностью, и S2, образующий «ручку» миозина. Легкий меромиозин образует стержень миозинового миофиламента, тогда как тяжелый меромиозин выступает над стержнем благодаря шарнирным участкам между S2 и S1, а также между стержнем и S2. Параллельно расположенные толстые миозиновые и тонкие актиновые миофиламенты формируют миофибриллу, структурнофункциональной единицей которой является саркомер (рис. 16.2, в). 228 Часть IV. Общая гистология Саркомеры отграничены друг от друга Z-линией (телофрагмой). Она представляет собой сеть белковых молекул (a-актинин, десмин и виментин). К телофрагме прикреплены актиновые миофиламенты, которые направляются по обе стороны от Z-линий к центрам соседних саркомеров. Через центр саркомера параллельно Z-линии проходит М-линия, образованная переплетающимися молекулами легкого меромиозина. От М-линии миозиновые миофиламенты направляются в сторону Z-линий и располагаются параллельно и между актиновыми миофиламентами. В саркомере миофиламенты фиксированы относительно опорных Z- и М-линий и относительно друг друга с помощью разнообразных белковых молекул. Например, титин (коннектин) закрепляет миозиновые миофиламенты у Z-линии, С-белок стабилизирует структуру миозиновых нитей, креатинфосфокиназа и миомезин ассоциированы с толстыми нитями в области М-линии, небулин проходит от Z-линии до свободного конца тонких актиновых нитей и контролирует их длину и т.д. Упорядоченное расположение миофиламентов в составе саркомера обеспечивает появление различно преломляющих поляризованный свет участков (дисков) — изотропных (Isotropic, I-диски) и анизотропных (Anisotropic, А-диски). I-диски светлые и содержат только тонкие нити. А-диски темные, в центральной части содержат только толстые нити (Н-зона), а периферия занята зоной перекрытия актиновых и миозиновых миофиламентов (рис. 16.2, в). В середине А-диска (и также Н-зоны) проходит М-линия. В середине I-диска проходит Z-линия, поэтому I-диск входит в состав двух сaркомеров. Следовательно, каждый сaркомер содержит один А-диск (темный) и две половины I-диска (светлого), формула саркомера — 1/2 I + А + 1/2 I. Опорный аппарат симпласта представлен: белками цитоскелета (входящими в состав телофрагмы: a-актинин, десмин, виментин и десминовыми промежуточными филаментами); сарколеммой мышечного волокна. Поперечно ориентированные десминовые п р о м е ж у т о ч н ы е ф и л а м е н т ы образуют мостики между Z-и М-линиями соседних миофибрилл. Эти промежуточные филаменты в подмембранном слое симпласта с помощью других белков (коннектина, винкули- 16. Мышечные ткани 229 на, спектрина) закрепляются в плазмолемме симпласта. Кроме поперечной фиксации миофибрилла закрепляется в продольном направлении: актиновые миофиламенты вплетаются в плазмолемму симпласта у его концов. Поскольку мышечное волокно является частью мышцы, то снаружи в базальную мембрану сарколеммы вплетаются ретикулярные волокна, а на концах мышечного волокна в инвагинации базальной мембраны — коллагеновые волокна сухожилия. Таким образом, сокращение саркомера посредством белков цитоскелета передается на сарколемму, которая тянет за собой соединительнотканные волокна — происходит сокращение не только мышечного волокна, но и мышцы в целом. Трофический аппарат представлен: органеллами общего назначения; включениями гликогена, миоглобина; системой канальцев. Среди о р г а н е л л о б щ е г о н а з н а ч е н и я особенно развиты рибосомы, на которых синтезируются сократительные белки, и митохондрии, располагающиеся рядами вдоль миофибрилл и обеспечивающие энергией АТФ процессы сокращения. В к л ю ч е н и я гликогена служат источником энергии, миоглобин связывает и запасает кислород. В зависимости от количества тех или иных включений, типа окислительного обмена, характера и скорости сокращения выделяют разные типы мышечных волокон. Например, различают фазные и тонические, быстрые и медленные, окислительные (красные) и гликолитические (белые) мышечные волокна (см. Скелетная мышца как орган на с. 231). С и с т е м а к а н а л ь ц е в представлена Т- и L-трубочками (см. рис. 16.1). Т-трубочки — это узкие поперечные впячивания плазмолеммы внутрь саркоплазмы (базальная мембрана не входит в состав Т-трубочек). Т-трубочки опоясывают каждую миофибриллу. По Т-трубочкам волна деполяризации проникает в глубь симпласта. В продольном направлении вдоль миофибриллы располагаются элементы гладкой эндоплазматической сети, которая в симпласте получает название саркоплазматического ретикулума или L-трубочек. Саркоплазматический ретикулум содержит внутри Са2+-связывающий белок кальсеквестрин и являет- 230 Часть IV. Общая гистология ся депо ионов Са2+. Подходя к Т-трубочкам, канальцы саркоплазматического ретикулума расширяются и образуют терминальные цистерны. Две соседние терминальные цистерны саркоплазматической сети и лежащая между ними Т-трубочка формируют триаду. В области триад происходит передача возбуждения в виде потенциала действия с плазмолеммы на мембрану терминальных цистерн. Механизм сокращения (теория скользящих нитей Хью Хаксли). Скелетная мышечная ткань иннервируется соматической нервной системой. Каждое мышечное волокно иннервируется отдельно. Сокращение мышечного волокна инициируется нервным импульсом, который приводит к деполяризации плазмолеммы симпласта (см. гл. 17. Нервная ткань). 1. Волна деполяризации, идущая по Т-трубочкам, приводит к открытию Са2+-каналов, расположенных в мембране терминальных цистерн саркоплазматического ретикулума. 2. Са2+ из депо поступает в саркоплазму и связывается с тропонином С-актиновых миофиламентов. 3. Связывание Са2+ с ТnC изменяет конформацию молекул тропонина и тропомиозина, что приводит к открытию миозинсвязывающих локусов на поверхности актиновой молекулы. 4. «Головки» миозина присоединяются к миозинсвязывающим локусам актиновых молекул (см. рис. 16.2, г) и, «сгибаясь» в шарнирных участках, подтягивают актиновые нити к центру саркомера. Актиновые миофиламенты тянут за собой телофрагмы, вызывая укорочение саркомера. 5. «Головка» миозина связывается с молекулой АТФ, используя ее энергию для отделения от актина и восстановления конформации — молекула «разгибается», после чего вновь взаимодействует со следующим локусом на актиновой молекуле. Продукты гидролиза АДФ и Р высвобождаются, что заставляет миозиновую «головку» «сгибаться». Цикл повторяется. 6. Са2+-АТФаза в составе Са2+-насосов саркоплазматического ретикулума закачивает Са2+ из саркоплазмы в ретикулум, где Са2+ связывается с кальсеквестрином. Концентрация Са2+ в саркоплазме падает, ТnC освобождается от Са2+ , тропонин и тропомиозин восстанавливают свою конформацию и закрывают миозинсвязывающие локусы на молекуле актина. Актиновые и миозиновые ми- 16. Мышечные ткани 231 офиламенты теряют контакт друг с другом и «разъезжаются» — происходит расслабление. При сокращении длина миофиламентов не меняется. Вместе с тем I-диск и Н-зона укорачиваются, так как актиновые миофиламенты движутся между миозиновыми и, значит, уменьшаются в размерах свободные от перекрытия зоны. Размеры А-диска остаются постоянными. Регенерация скелетной мышечной ткани происходит за счет миосателлитоцитов. Камбиальные элементы скелетной мышечной ткани делятся, дифференцируются в миобласты, которые выстраиваются в цепочки, затем формируют миотубулы и, наконец, миосимпласты. Скелетная мышца как орган Скелетная мышца представляет собой объединение мышечных волокон, разделенных прослойками соединительной ткани, которые содержат сосуды и нервы. Между отдельными мышечными волокнами находятся тонкие прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани — эндомизий, содержащий кровеносные капилляры и нервы. Коллагеновые и ретикулярные волокна эндомизия объединяются с опорным аппаратом симпласта. Мышечные волокна объединяются в пучки, между которыми лежат более толстые соединительнотканные прослойки — перимизий. Снаружи мышца покрыта эпимизием, образованным плотной волокнистой соединительной тканью. Концы мышцы переходят в сухожилия. Мышечное волокно, снабженное окончанием двигательного нейрона и сетью гемокапилляров, образует комплекс — мион. Окончания чувствительных нейронов, которые функционируют как рецептор растяжения, связаны со специальными мышечными волокнами. Эти волокна объединены соединительнотканной капсулой в так называемые мышечные веретена и называются интрафузальными волокнами, т.е. расположенными внутри веретена; рабочие, сокращающиеся волокна, расположенные вне веретена, называются экстрафузальными. Интрафузальные волокна тоньше рабочих, содержат миофибриллы только на концах, в центральной несокращающейся части — ядра. При сокращении длина 232 Часть IV. Общая гистология интрафузальных волокон изменяется вместе со всей мышцей, что регистрируется рецепторами. Сигнал передается в ЦНС, что позволяет контролировать степень сокращения скелетных мышц. Скелетные мышцы и образующие их мышечные волокна различаются по множеству параметров. Наиболее значимыми являются скорость сокращения и тип окислительного обмена. Скорость сокращения определяется изоформами миозина: быстрым миозином, для которого характерна высокая активность АТФазы, и медленным миозином с меньшей активностью АТФазы. Тип окислительного обмена зависит от активности гликолитических и окислительных ферментов. Окислительные, или красные, волокна небольшого диаметра, содержат много миоглобина, их митохондрии отличаются высоким уровнем активности окислительных ферментов. Такие волокна относят к неутомляемым. Гликолитические, или белые, волокна имеют больший диаметр, содержат значительное количество гликогена, для их митохондрий характерна высокая активность гликолитических ферментов. Эти волокна относятся к быстроутомляемым. Каждая мышца — уникальная, генетически детерминированная, гетерогенная популяция разных типов мышечных волокон (быстро сокращающиеся красные, быстро сокращающиеся белые, медленно сокращающиеся промежуточные). Спектр волокон определяет характер работы мышцы. Сердечная мышечная ткань Сердечная мышечная ткань формирует среднюю оболочку стенки сердца — миокард. Структурно-функциональной единицей сердечной мышечной ткани является клетка — кардиомиоцит (КМЦ). Размер клетки составляет 50—120 мкм × 15—20 мкм, форма приближается к цилиндрической, иногда отростчатая, ветвящаяся. Ядро располагается в центре клетки (рис. 16.3). Клетка покрыта сарколеммой (плазмолеммой и базальной мембраной). В узком пространстве между мембранами сарколеммы поддерживается достаточно высокая концентрация внеклеточного Са2 + , необходимого для сокращения. 16. Мышечные ткани 233 а б 2 3 4 2 1 18 4 5 в 16 9 6 10 2 11 15 12 17 13 14 8 7 3 Рис. 16.3. Сократительный кардиомиоцит [16]: а — продольный срез гистологического препарата; б — поперечный срез; в — кардиомиоцит на электронно-микроскопическом уровне; 1 — кардиомиоцит; 2 — ядро; 3 — миофибриллы; 4 — вставочный диск; 5 — продольный участок вставочного диска; 6 — поперечный участок вставочного диска; 7 — базальная мембрана; 8 — митохондрии; 9 — комплекс Гольджи; 10 — А-диск; 11 — I-диск; 12 — Н-зона; 13 — М-линия; 14 — Z-линия; 15 — эндотелиальная клетка капилляра; 16 — эритроцит в капилляре; 17 — просвет капилляра; 18 — рыхлая соединительная ткань 234 Часть IV. Общая гистология Выделяют три типа КМЦ: типичные (сократительные, рабочие), проводящие и секреторные. Типичный КМЦ содержит 1—2 ядра в центре клетки. Возле ядра локализованы органеллы общего назначения (рибосомы, полисомы, гЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы), включения гликогена и миоглобина, немного липидных капель (рис. 16.3, в). Основную массу клетки составляют продольно ориентированные миофибриллы. Многочисленные митохондрии располагаются рядами вдоль миофибрилл, под сарколеммой. Сократительный аппарат КМЦ принципиально не отличается от такового в скелетной мышечной ткани, одинаков и механизм взаимодействия актиновых и миозиновых миофиламентов при сокращении. Основным отличием в механизме сокращения является то, что волна деполяризации, идущая по Т-трубочкам, приводит к открытию потенциалзависимых Са2+-каналов самой клеточной мембраны. Са2+ из внеклеточной жидкости проникает в клетку по градиенту концентрации. Если Са2+ во внеклеточной жидкости отсутствует, то сокращения сердечной мышцы прекращаются в течение 1 мин (скелетная мышца может сокращаться часами). Повышение концентрации Са2+ в цитоплазме ведет к открытию Са2+-каналов саркоплазматического ретикулума и выходу Са2+ из депо. Далее события развиваются, как и в скелетной мышечной ткани. Опорный аппарат КМЦ представлен: белками цитоскелета; межклеточными контактами — вставочными дисками; сарколеммой. Б е л к и ц и т о с к е л е т а таким же образом, как и в симпласте, фиксируют саркомеры и миофибриллы в поперечном направлении. Наряду с поперечной фиксацией актиновые миофиламенты фиксируются и продольно, к концам КМЦ, где формируются сложные ступенчатые межклеточные соединения между двумя прилегающими КМЦ — в с т а в о ч н ы е д и с к и. Вставочный диск имеет две части: 1) поперечную, которая содержит несколько видов контактов: интердигитации, полоски сцепления и десмосомы. В этой части актиновые миофиламенты вплетаются в плазмолемму КМЦ. Эта 16. Мышечные ткани 235 часть вставочного диска способствует соединению КМЦ и передаче тянущего усилия с актиновых миофиламентов на мембрану КМЦ; 2) продольную, на которой расположены нексусы (см. часть II. Цитология). Эту часть вставочного диска правильнее отнести к трофическому аппарату, так как посредством нексуса происходит переход ионов Са2+ между КМЦ, что обеспечивает распространение возбуждения. Таким образом, вставочные диски обеспечивают прочную связь между клетками и их функциональное единство. Благодаря вставочным дискам и анастомозам (соединение клеток бок в бок) КМЦ образуют трехмерную сеть ветвящихся и анастомозирующих функциональных волокон. В с а р к о л е м м у КМЦ вплетаются ретикулярные и коллагеновые волокна, которые, объединяясь, прикрепляют функциональные волокна к фиброзному каркасу сердца. Трофический аппарат представлен органеллами, включениями, системой канальцев и нексусами и отличается от такового в скелетной мышечной ткани следующими особенностями: Т-трубочки представляют собой впячивания обоих слоев сарколеммы, проходят на уровне телофрагм и контактируют только с одной терминальной цистерной. Поэтому вместо триад миосимпласта в КМЦ образуются диады; наличием нексусов. В остальном, структура и функционирование трофического аппарата КМЦ не отличается от таковой в симпласте. Проводящие КМЦ формируют проводящую систему сердца. Их главная особенность — способность к спонтанной деполяризации плазмолеммы. Поэтому проводящие КМЦ определяют ритм сокращений типичных КМЦ. Регулируют ритм сокращений вегетативная нервная система и гуморальные факторы. В отличие от типичных КМЦ атипичные клетки содержат значительно меньшее количество сократительных органелл, митохондрий, элементов саркотубулярной системы, но больше включений гликогена и ферментов, принимающих участие в анаэробном гликолизе. Поэтому атипичные КМЦ более устойчивы к недостатку кислорода, чем типичные. 236 Часть IV. Общая гистология В зависимости от строения и частоты генерации импульсов выделяют пейсмекерные клетки (Р-клетки, клетки узлов, водители ритма), переходные клетки и клетки Пуркинье (подробнее см. гл. 21. Сердечно-сосудистая система). Секреторные КМЦ локализованы в правом предсердии и в ушках сердца. Эти клетки мельче типичных КМЦ, в них хуже развит сократительный аппарат и система трубочек, относительно хорошо развиты гЭПС, комплекс Гольджи, с которыми связаны гранулы. В гранулах содержатся пептидные гормоны. Один из них — предсердный натрийуретический фактор — ПНФ. Этот гормон действует на почки, надпочечники, сосуды, сердце, некоторые участки головного мозга и увеличивает диурез, обладает сосудорасширяющим действием. Регенерация. Для сердечной мышечной ткани характерна только внутриклеточная регенерация: КМЦ постоянно обновляют свои органеллы. При повышенной нагрузке количество клеток не увеличивается, а увеличивается их объем (гипертрофия клеток). При гибели клеток на их месте образуется соединительнотканный рубец. Гладкая мышечная ткань мезенхимального происхождения Гладкая мышечная ткань мезенхимного происхождения входит в состав оболочек стенок полых органов (например, органов желудочно-кишечного тракта, дыхательной системы) и сосудов. Структурно-функциональной единицей гладкой мышечной ткани является клетка — гладкий миоцит (гладкомышечная клетка — ГМК). Гладкий миоцит представляет собой длинную веретено образную клетку длиной 20—500 мкм, шириной 5—8 мкм (рис. 16.4). Миоцит покрыт плазмолеммой, группа из 10—12 ГМК покрыта общей базальной мембраной. В ткани ГМК лежат параллельными пучками, так что широкая центральная часть одной клетки прилежит к узкому концу соседней. ГМК имеет удлиненное палочковидное ядро, лежащее в центре клетки. Сократительный аппарат представлен тонкими актиновыми миофиламентами, ориентированными продольно или под углом. 16. Мышечные ткани а 237 1 в б 10 9 3б 8 2 3а 3б 1 4 10 5 6 7 Рис. 16.4. Гладкая мышца [16]: а — продольный срез; б — поперечный срез; в — гладкий миоцит в состоянии сокращения; 1 — ядро; 2 — митохондрия; 3а — эндоплазматический ретикулум; 3б — пузырьки; 4 — промежуточные филаменты; 5 — актиновые миофиламенты; 6 — миозиновые миофиламенты; 7 — плотные тельца; 8 — щелевой контакт; 9 — кавеолы; 10 — прикрепительные пластинки Актин связан с тропомиозином, тропонин отсутствует. Аналогом тропонина С в ГМК является кальмодулин. Актиновые филаменты фиксируются друг к другу и к плазмолемме с помощью электронно-плотных структур, которые называются плотными тельцами и прикрепительными пластинками соответственно. Эти структуры рассматривают как аналог Z-линий саркомера. Миозин вне сокращения находится в деполимеризованном состоянии. Сборка миозиновых миофиламентов происходит при сокращении. Опорный аппарат ГМК представлен: белками цитоскелета; межклеточными контактами — нексусами; плазмолеммой (рис. 16.4, в). Б е л к и ц и т о с к е л е т а — промежуточные филаменты обеспечивают связь между плотными тельцами и прикрепительными пластинками и передают тянущее усилие на плазмолемму. Плазмолеммы соседних ГМК связаны между собой н е к с у с а м и (щелевыми контактами). Эти контакты обеспечивают механическое сцепление клеток, но в большей степени их все же следует относить к трофическому аппарату, поскольку нексусы обеспечивают метаболические связи, главным образом обмен Са2+ между клетками при сокращении. 238 Часть IV. Общая гистология П л а з м о л е м м а связана с ретикулярными волокнами, которые лежат снаружи от базальной мембраны и объединяют клетки в тканевый комплекс. Ретикулярные волокна проникают в щели базальной мембраны, закрепляются в плазмолемме на концах клеток и передают усилие сокращения каждой клетки на весь комплекс. Трофический аппарат представлен органеллами общего назначения и включениями. Агранулярная ЭПС формирует узкие трубочки и пузырьки — аналоги саркоплазматического ретикулума (рис. 16.4, в). Эти структуры ответственны за депонирование Са2+. Мембрана ГМК образует множество впячиваний — кавеол. Кавеолы функционируют подобно Т-трубочкам поперечнополосатой ткани: проводят внутрь клетки электрический потенциал и доставляют туда Са2+ из внеклеточного пространства. Кавеолы могут отшнуровываться и переходить в клетку, в этом случае они превращаются в пузырьки и становятся депо ионов Са2+. Механизм сокращения в ГМК отличается от такового в скелетных мышцах. Стимуляция сокращения может происходить: посредством стимула со стороны вегетативной нервной системы (см. гл. 17. Нервная ткань); посредством гуморального стимула: гистамин, ангиотензин, ацетилхолин, адреналин и др.; при передаче возбуждения от других ГМК посредством нексусов. 1�� .�� В зависимости от поступающего нервного или гуморального стимула на мембране миоцита открываются потенциалзависимые или лигандзависимые Са2+-каналы соответственно. По этим каналам Са2+ из внеклеточного пространства поступает в клетку. 2�� .�� Это незначительное повышение концентрации внутриклеточного Са2 + ведет к открытию Са2+-каналов пузырьков и к выходу Са2+ из депо. 3. Са2+ связывается с кальмодулином. Образовавшийся комплекс активирует киназу легких цепей миозина — фермент, обеспечивающий сборку миозиновых миофиламентов. Миозин прикрепляется к актину и происходит сокращение по механизму скользящих нитей. 16. Мышечные ткани 239 4�� .�� При удалении с помощью насосов ионов кальция из цитоплазмы восстанавливается прежний уровень Са2+. Разрушается комплекс Са2+-кальмодулин, инактивируется киназа легких цепей миозина, происходит разборка миозиновых миофиламентов. ГМК расслабляется. Особенности сокращения ГМК по сравнению с поперечнополосатой мышечной тканью: 1. Из-за постоянной сборки и разборки миозиновых миофиламентов, из-за медленного образования и разрушения актомиозиновых комплексов сокращение ГМК медленно развивается и длительно поддерживается. 2. На одни и те же гуморальные стимулы ГМК разных органов реагируют по-разному (сокращением или расслаблением). Это объясняется тем, что существуют разные подтипы рецепторов, которые запускают работу либо Са2+-каналов (увеличение концентрации Са2+ в цитоплазме, сокращение), либо Са2+-насосов (снижение концентрации Са2+ в цитоплазме, расслабление). Например, гистамин, выброшенный из тучных клеток, приводит к сокращению ГМК стенки бронхов (бронхоспазм) и к расслаблению ГМК стенки артериол, что ведет к резкому падению артериального давления — коллапсу. Регенерация гладкой мышечной ткани происходит несколькими путями: увеличение объема клетки (гипертрофия миоцитов), когда активизируются синтетические процессы, количество миофиламентов увеличивается (например, в миометрии при беременности); деление зрелых ГМК; деление недифференцированных предшественников ГМК. Гладкая мышечная ткань эктодермального происхождения Мышечные клетки эктодермального происхождения — миоэпителиальные клетки — имеют звездчатую форму. В центре клетки располагаются ядро и органеллы общего назначения, в отростках — сократительный аппарат, организованный так же, как и в типичных ГМК. 240 Часть IV. Общая гистология Миоэпителиоциты располагаются вокруг концевых отделов и мелких выводных протоков экзокринных желез эктодермального происхождения: потовых, слюнных, слезных, молочных. Их сокращение способствует выведению секрета. Гладкая мышечная ткань нейрального происхождения Миоциты этой ткани развиваются из стенки глазного бокала и являются нейроглиальными. Из внутренней оболочки глаза они мигрируют в радужку и цилиарное тело. Мионейральные клетки имеют тело и отросток. В теле располагается ядро, большое число митохондрий и пигментных гранул. В отростке находится сократительный аппарат, организованный так же, как и в ГМК. Мионейральные клетки образуют мышцы, суживающие и расширяющие зрачок, и цилиарную мышцу, обеспечивающую аккомодацию. 17. НЕРВНАЯ ТКАНЬ Общая характеристика и гистогенез Нервная ткань, являясь функционально ведущей тканью нервной системы, осуществляет восприятие сигналов и передачу их в виде импульса другим тканям. Она состоит из нейронов (в организме насчитывается около 1012 нервных клеток 100 типов) и нейроглии (≈1013 во всем организме). Нейроны способны: воспринимать определенные стимулы (виды энергии) окружающей внешней и внутренней среды; приходить в состояние возбуждения и генерировать нервный импульс; передавать его по цепям нейронов. Эти основные функциональные свойства нейронов связаны с особенностями строения их нейролеммы, содержащей огромное количество потенциал- и лигандзависимых ионных каналов, а также со способностью выделять в синапсах (≈1018 в организме) нейроактивные вещества: нейромедиаторы и нейромодуляторы. Нейроглия, являясь обязательным клеточным компонентом нервной ткани, выполняет опорную, трофическую, разграничительную, секреторную и защитную функции. Источники развития и гистогенез нервной ткани Нервная ткань развивается из первичной эктодермы. Под индуцирующим влиянием хорды, образовавшейся в ходе второй фазы гаструляции, в эктодерме появляется нервная пластинка (16-е сутки), имеющая вид дорсального утолщения, лежащего над хордой. Нервная пластинка на 22—23-и сутки замыкается в нервную трубку и отделяется от лежащей над ней эпидермальной эктодермы. Часть клеток, выселившаяся при смыка- 242 Часть IV. Общая гистология нии нервной трубки и располагающаяся между кожной эктодермой и нервной трубкой, получила название нервного гребня. Одновременно по краям от нервной трубки в краниальном отделе зародыша формируются утолщения эктодермы — нейрогенные плакоды. Нервная трубка, нервный гребень и нейрогенные плакоды — основные зачатки, из которых образуется все многообразие клеток нервной ткани центральной и периферической нервной системы. В гистогенезе нервной ткани выделяют несколько стадий. 1. Стадия пролиферации и дивергентной дифференцировки нейроэпителиальных предшественников. На ранних этапах развития стенка формирующейся нервной трубки состоит из одного слоя призматических клеток, называемых нейроэпителиальными (медуллобластами). Эти клетки интенсивно делятся, затем мигрируют за пределы матричной зоны, формируя плащевой или мантийный слой. К концу первого месяца внутриутробного периода нервная трубка уже состоит из 5 слоев: 1) внутренней пограничной мембраны; 2) эпендимного слоя; 3) плащевого слоя; 4) краевой вуали; 5) наружной пограничной мембраны Матричные клетки, или медуллобласты, сосредоточены в эпендимном слое вблизи внутренней пограничной мембраны. Закончившие пролиферацию и выселяющиеся в плащевой слой клетки дифференцируются в двух направлениях: нейробласты (будущие нейроны) и глиобласты (клетки макроглии). Микроглия развивается из моноцитов крови. В качестве регуляторов на этой стадии выступают генетические факторы. Важную роль играет и позиционная информация: судьба дифференцирующихся клеток определяется контактами с соседними малодифференцированными предшественниками. 2. Стадия миграции клеток особенно выражена на ранних стадиях морфогенеза нервной трубки. В определении путей и темпов миграции нейробластов в пределах нервной трубки, развивающейся коры мозжечка и полушарий головного мозга существенную 17. Нервная ткань 243 роль играют клетки радиальной глии. По их длинным отросткам перемещаются нейробласты. В ПНС преимущественное значение имеют гликопротеиновые компоненты межклеточного вещества — фибронектин, энтактин, ламинин, направляющие миграцию клеток нервного гребня. 3. Стадия целенаправленного роста и разветвления отростков нейронов развертывается на фоне преобразования нервной трубки в три, а затем в пять мозговых пузырей, становящихся отделами мозга. В процессе развития отростки нейронов формирующихся отделов головного мозга точно достигают своих «мишеней», считывая комплементарные метки, разбросанные в потенциальном пространстве роста. В этом перемещении отростков нейронов ведущую роль играет рецепторный аппарат их терминальных отделов, представленный: а) кальцийзависимыми кадгеринами — рецепторами к сигнальным молекулам других клеток; б) кальцийнезависимыми рецепторами суперсемейства иммуноглобулинов, в особенности семейства молекул клеточной адгезии (МКА) нейронов; в) интегринами — рецепторами к компонентам внеклеточного матрикса. Основными морфологическими проявлениями дифференцировки нейронов в развивающейся нервной ткани является накопление в цитоплазме обширной сети трубочек и цистерн гранулярной ЭПС, увеличение объема комплекса Гольджи, накопление элементов цитоскелета, прогрессивный рост количества и ветвлений дендритов, боковых коллатералей аксонов и, следовательно, увеличение числа и усложнение межнейронных связей. Гистогенез нервной ткани протекает по типу «избыточности» как числа нейронов, так количества и степени разветвления их отростков и формирования синаптических контактов. Это создает определенную свободу для протекания гистогенетических процессов. Нейроны, выполнившие свою роль в процессе развития либо не установившие связи с клетками органа-мишени или установившие избыточные связи, погибают путем апоптоза. Популяция гибнущих нейронов составляет 20—80 %. Определяющими факторами дифференцировки и сохранения популяции нейронов в процессе развития является поступающая к ним «афферентная информация» в виде: 1) трофиче- 244 Часть IV. Общая гистология ских (химических) агентов — факторов роста; 2) функциональной (электрической) активности как условия поддержания степени разветвления дендритов, сохранности синапсов, развития глиоцитов. Нейрон Термин «нейрон» (от греч. neuron — нерв) предложил Вильгельм фон Вальдейер (1891 г.). В нейроне различают тело (перикарион), отростки и нервные окончания (рис. 17.1, а). Выделяют два типа отростков: дендриты (от греч. dendron — дерево), воспринимающие раздражения, производящие обработку стимулов и проводящие импульсы к телу нейрона; а б 5 6 7 1 3 1 12 3 2 2 7 96 8 10 11 ЦНС ПНС 13 14 в 5 1 4 2 15 Рис. 17.1. Структура нейрона [61; 68]: а — общий вид; б — хроматофиальное вещество; в — нейрофибриллярный аппарат; 1 — тело (перикарион) нейрона; 2 — ядро; 3 — базофильное вещество; 4 — нейрофибриллы; 5 — дендриты; 6 — аксон; 7 — аксоннный холмик; 8 — миелиновая оболочка; 9 — олигодендроцит; 10 — узловой перехват; 11 — коллатераль аксона; 12 — синапс; 13 — шванновская клетка; 14 — концевое разветвление аксона; 15 — нейромышечный синапс 17. Нервная ткань 245 аксон, или нейрит (от греч. axon — ось), несущий импульсы от тела нейрона и влияющий на другие нейроны, мышечные и секреторные клетки. Дендриты чаще многочисленны, имеют небольшую длину и обильно ветвятся, они содержат те же органеллы, что и перикарион. За счет дендритов рецепторная поверхность нейронов может увеличиваться в 1000 и более раз (например, поверхность дендритов грушевидного нейрона коры мозжечка составляет 27 000 мкм2 и имеет до 200 000 синапсов). Трехмерная область, в которой ветвятся дендриты одного нейрона, называется дендрит ным полем. Аксон (всегда один) берет начало от выпячивания перикариона — аксонного холмика. Последний является местом генерации нервного импульса, что связано со значительным количеством ионных каналов в аксолемме. Аксон содержит митохондрии, нейротрубочки, нейрофиламенты, аЭПС, но лишен грЭПС. Аксон и его коллатерали оканчиваются, разветвляясь на несколько веточек, терминальными (концевыми) расширениями. Нейрон — основная структурная и функциональная единица нервной ткани. Нервные клетки характеризуются значительным разнообразием формы, размеров и функционального значения. Размеры тел нейронов варьируют от 4—5 до 140 мкм, а длина отростков может достигать 1—1,5 м. По форме тела различают пирамидные, звездчатые, грушевидные, овальные, веретенообразные, паукообразные и другие нейроны. Нейроны человека содержат одно ядро округлой формы. Для части нейронов характерна полиплоидия ядер. В соответствии с высокой активностью метаболизма нейронов хроматин в их ядрах диспергирован, поэтому на препаратах ядра светлее цитоплазмы. При окрашивании нервной ткани анилиновыми красителями в цитоплазме нейронов выявляется хроматофильное вещество (рис. 17.1, б) в виде базофильных глыбок и зерен (тигроидное вещество, вещество Ниссля, базофильное вещество). Оно локализуется в перикарионах и крупных первичных дендритных ветвях нейронов, но не обнаруживается в аксонах и их начальных сегментах. Хроматофильное вещество представляет собой скопление цистерн гранулярной эндоплазматической сети, 246 Часть IV. Общая гистология рибосом и полисом, синтезирующих белки с целью внутриклеточной регенерации и продукции нейромедиаторов. В телах нейронов хорошо развиты комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы. При окраске нервных клеток азотнокислым серебром выявляется совокупность волокнистых структур цитоплазмы — нейрофибриллы (нити толщиной от 0,5 до 3 мкм). В их состав входят элементы цитоскелета: микротрубочки (нейротрубочки — 20—30 нм), построенные из субъединиц белка тубулина; нейрофиламенты (10 нм), состоящие из фибриллярных нейроспецифических белков (NF-M, NF-L, NF-H), и микрофиламенты (актиновые и миозиновые, 5—10 нм). При фиксации материала эти элементы цитоскелета склеиваются в пучки и на светооптическом уровне выявляются в виде нитей — нейрофибрилл (последние фактически являются артефактом). Структуры цитоскелета нервных клеток, образующие плотную сеть в перикарионе и ориентированные параллельно в дендритах и аксонах (рис. 17.1, в), участвуют в поддержании формы клеток и обеспечивают транспорт различных веществ по отросткам нейрона. Транспорт веществ от тела клетки в отростки называется антероградным, а обратно к телу — ретроградным. Транспорт направляется преимущественно нейротрубочками, в нем участвуют белки кинезин и динеин, обладающие АТФазной активностью. Процесс транспорта является Са2+-зависимым. Аксональный транспорт представлен быстрым (100—1000 мм в сутки) и медленным (1—5 мм в сутки) компонентами. Как в аксонах, так и в дендритах он является выражением единства нейрона как целостной системы. Благодаря аксональному транспорту поддерживается постоянная связь между телом клетки (трофическим центром) и отростками; тело клетки информируется о метаболических потребностях и условиях в отростках и может «оценивать» окружающую среду. Классификация нейронов Морфологическая классификация. Характерной чертой для всех зрелых нейронов является наличие у них отростков. По количеству отростков выделяют следующие виды нейронов (рис. 17.2): униполярные; 17. Нервная ткань 247 7 5 6 1 7 7 2 5 5 6 6 3 5 6 4 Рис. 17.2. Морфологическая классификация нейронов [5]: 1 — униполярный нейрон; 2 — биполярный нейрон; 3 — псевдоуниполярный нейрон; 4 — мультиполярный нейрон; 5 — перикарион; 6 — аксон; 7 — дендриты биполярные (псевдоуниполярные); мультиполярные. Истинных униполярных клеток (клеток с одним отростком) в теле человека нет. Униполярную форму имеют лишь нейро бласты. Биполярные нейроны — это клетки с одним дендритом и одним аксоном, встречаются, как правило, в составе органов чувств. Раз новидностью биполярных нейронов являются псевдоуниполярные. У псевдоуниполярных нейронов аксон и дендрит начинаются с об щего выроста тела, создающего впечатление наличия одного от ростка, с последующим разделением его. Большинство нейронов мультиполярны (имеют один аксон и много дендритов). Функциональная классификация. Нейрон является морфо логически и функционально самостоятельной единицей, но с по мощью своих отростков осуществляет синаптические контакты с другими нейронами, образуя рефлекторные дуги. В результа те формируется сложная многоуровневая функциональная про странственная система — единая нейрональная сеть с многочис ленными связями как на уровне отдельной клетки, так и на уров не нейронных ансамблей периферической и центральной нервной системы. По функции и позиции в рефлекторной дуге нейроны делят: 248 Часть IV. Общая гистология на афферентные (чувствительные, рецепторные), которые проводят нервные импульсы от рецепторов в�� центральную нервную систему. Являются псевдоуниполярными или биполярными; вставочные (интернейроны), соединяют между собой несколько нервных клеток; эфферентные (эффекторные), передают сигналы на исполнительные (рабочие) органы (скелетные мышцы, железы и др.). Эфферентные и вставочные нейроны являются мультиполярными; секреторные нейроны продуцируют пептидные гормоны и�� выделяют их в�� кровь или мозговую жидкость; эти вещества выполняют роль нейрорегуляторов, участвуя во взаимодействии нервных и гуморальных систем интеграции. Нейромедиаторная классификация. В основу классификации положена способность нейрона синтезировать, накапливать и выделять в синаптическую щель конкретный нейромедиатор. В связи с этим выделяют нейроны: холинергические (ацетилхолин); моноаминергические (адреналин, норадреналин, дофамин, серотонин); пептидергические (пептиды: энкефалины, эндорфины, динорфины, вещество Р); пуринергические (пуриновые нуклеотиды); аминокислотные (g-аминомасляная кислота, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, глицин и др.). Известно более 30 веществ, синтезируемых и используемых нейронами в качестве медиатора. Один нейрон может синтезировать более одного нейромедиатора. Выделяемые нейронами нейромедиаторы, гормоны и другие вещества необходимы для выполнения нейроном одной из основных функций — передачи сигнала другим клеткам. Регенерация Нейроны относятся к статической клеточной популяции, так как в постнатальном онтогенезе в обычных условиях митозом не делятся. В то же время значительная продолжительность их жиз- 17. Нервная ткань 249 ненного цикла обусловливает необходимость эффективных и надежных механизмов поддержания обмена веществ и целостности нейрона. Физиологическая и репаративная регенерация происходит путем полиплоидизации ядер, восстановления синапсов после их повреждения, роста поврежденных отростков, но в основном путем обновления химических и метаболических компонентов нейронов. При образовании дефекта на месте поврежденной нервной ткани разрастается нейроглия, менее дифференцированная и сохранившая способность к делению митозом. Известны мультипотенциальные глиоциты с высокими потенциями к пролиферации, участвующие в восстановительных процессах нервной ткани. Нейроглия Нейроглия — комплекс клеточных элементов, выполняющих в нервной ткани опорную, разграничительную, трофическую, секреторную и защитную функции. Нейроглия вместе с сосудистым руслом создает постоянную, стабильную внутреннюю среду, обеспечивая тканевый гомеостаз и условия функционирования нервных клеток. Клетки нейроглии делятся на макроглию и микроглию. Макроглия Выделяют три вида макроглии: эпендимоциты, астроциты и олигодендроциты. Среди эпендимной глии различают радиальную глию, столбчатые эпендимоциты, эпендимоциты сосудистых сплетений и танициты. Радиальные глиоциты играют важную роль в развитии ЦНС. Они имеют длинные, натянутые, как струны, через всю толщу нервной трубки и ее производных (спинной мозг, стенка мозговых пузырей) отростки, вдоль которых развивающиеся нейроны мигрируют к своему месту назначения. Столбчатые эпендимоциты выстилают спинномозговой канал, желудочки мозга и относятся к эпендимоглиальному типу эпите- 250 Часть IV. Общая гистология а 1 б 2 4 3 5 10 КАП в 8 г 9 6 7 Рис. 17.3. Различные виды глиоцитов нервной ткани [5]: а — эпендимная глия; б — астроцитарная глия; в — олигодендроглия; г — мик роглия; 1 — столбчатые эпендимоциты; 2 — таницит; 3 — эпендимоциты сосудистого сплетения; 4 — протоплазматический астроцит; 5 — волокнистый астроцит; 6 — сателлитная глиальная клетка; 7 — нейролеммоцит; 8 — олигодендроцит ЦНС; 9 — нейроны; 10 — капилляры лия. Эти клетки первыми дифференцируются из глиобластов и выстилают полость нервной трубки, выполняя на этой стадии разграничительную и опорную функцию. Столбчатые эпендимоциты — клетки кубической или призматической формы, с умеренно развитыми органеллами (рис. 17.3, а). Апикальная поверхность некоторых из них имеет реснички, которые способствуют перемещению спинномозговой жидкости (СМЖ). От базальной части клеток отходят отростки, направляющиеся в мозг и образующие глиальные пограничные мембраны. Латеральные поверхности их связаны межклеточными соединениями, базальная мембрана частично отсутствует. Эпендимоциты сосудистых сплетений покрывают выпячивания мягкой мозговой оболочки, вдающиеся в просвет желудочков головного мозга. Они имеют кубическую форму, многочисленные микроворсинки на апикальной поверхности и выраженный базальный лабиринт (рис. 17.3, а). Эти клетки вместе с базальной мембраной, прослойкой рыхлой соединительной ткани и структу- 17. Нервная ткань 251 3 8 4 2 1 7 5 6 9 Рис. 17.4. Гематоликворный барьер [45]: 1 — эпендимоцит сосудистого сплетения; 2 — плотное соединение; 3 — реснички; 4 — микроворсинки; 5 — базальная мембрана; 6 — перикапиллярное пространство; 7 — фенестрированный эндотелиоцит; 8 — цереброспинальная жидкость; 9 — просвет капилляра рами стенки фенестрированного капилляра образуют гематоликворный барьер (рис. 17.4), через который происходит ультрафильтрация крови с образованием СМЖ. СМЖ, или ликвор, имеет определенный химический и клеточный состав, циркулирует в желудочках мозга, субарахноидальном пространстве и спинномозговом канале. Исследование ее состава имеет диагностическое значение при ряде патологических процессов. В латеральных стенках 3-го желудочка и области срединного возвышения имеются танициты — клетки кубической формы с микроворсинками и отдельными ресничками на апикальной поверхности и базальными отростками, заканчивающимися пластинчатыми расширениями на капиллярах (см. рис. 17.3, а). Они поглощают вещества из ликвора, транспортируя их в кровь. Астроциты — многоотростчатые клетки (см. рис. 17.3, б), богатые митохондриями и промежуточными филаментами, делятся на протоплазматические, волокнистые и смешанные. Протоплазматические находятся в сером веществе ЦНС, располагаясь преимущественно возле сомы и дендритов нейронов, синапсов; их отростки — толстые и короткие. 252 Часть IV. Общая гистология Волокнистые (фиброзные) астроциты лежат в белом веществе мозга, обладают многочисленными тонкими, длинными и слабоветвящимися отростками с большим содержанием глиофибрилл, за счет которых формируется глиальный остов нервной ткани (один из основных компонентов нейропиля). Смешанные астроциты располагаются на границе серого и белого вещества. Функции астроцитов: 1) формирование проводящих путей для миграции нейробластов в гистогенезе; 2) формирование с помощью многочисленных отростков поддерживающего аппарата мозга — опорная функция; 3) обеспечение избирательного транспорта веществ из капилляров к нейронам — трофическая; 4) формирование гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) — барьерно-защитная. ГЭБ представлен компонентами стенки соматического капилляра (эндотелиоцитами с их базальной мембраной) и периваскулярной глиальной пограничной мембраной, образованной ножками астроцитов; 5) регуляция химического состава межклеточной жидкости (участие в поддержании ионного, особенно К+, и осмотического гомеостаза, метаболизма нейромедиаторов); 6) выделение ряда ростовых факторов (фактор роста нервов) и компонентов межклеточного вещества (ламинин и фибронектин), инициирующих и ускоряющих рост отростков нейронов; 7) фагоцитоз и образование глиальных рубцов в зоне повреждения; 8) участие в развитии иммунного ответа (синтез цитокинов, иммуномодуляторов, экспрессия антигенов гистосовместимости). Олигодендроциты — самая многочисленная группа клеток нейроглии. Клетки имеют овальную или угловатую форму и несколько коротких слабоветвящихся отростков (см. рис. 17.3, в). В цитоплазме обилие их рибосом, митохондрий и микротрубочек, хорошо развиты гранулярная ЭПС и комплекс Гольджи. Различают несколько видов олигодендроцитов: 17. Нервная ткань 253 сателлитные или мантийные — окружают тела нейронов ЦНС и периферических ганглиев; интерфасцикулярные (межпучковые) — образуют оболочки нервных волокон ЦНС; нейролеммоциты, или шванновские клетки,�� — образуют оболочки нервных волокон ПНС; терминальные (концевые) нейролеммоциты�� — входят в�� состав нервных окончаний. Функции олигодендроглии: 1. Обеспечение трофики нейронов. 2. Барьерно-защитная. 3. Участие в образовании оболочек нервных волокон. 4. Поддержание постоянства ионного состава в зоне миелинизации. 5. Участие в образовании нервных окончаний. 6. Участие в процессах рецепции и проведении нервного импульса. 7. Обеспечение процессов регенерации нервных волокон. Регенерация. Глиальные клетки способны к пролиферации в постнатальном онтогенезе. Микроглия Микроглиоциты (глиальные макрофаги) — специализированная система макрофагов моноцитарного, а возможно, и нейроэктодермального происхождения. Клетки небольших размеров, с плотной цитоплазмой, высоким содержанием лизосом имеют короткие ветвящиеся отростки (см. рис. 17.3, г). Микроглиоциты подвижны, активно передвигаются по нервной ткани, активируются при воспалительных и дегенеративных заболеваниях нервной системы. Выполняют фагоцитарную функцию, поглощают продукты метаболизма, поврежденные нейроны, волокна и глиоциты. Активированная микроглия способна к переработке и представлению антигенов, продукции медиаторов иммунных реакций, цитокинов. 254 Часть IV. Общая гистология Нервные волокна Нервные волокна — это отростки нервных клеток, заключенные в глиальную оболочку. Отростки нервных клеток в составе нервных волокон называют осевыми цилиндрами. Осевые цилиндры содержат митохондрии, элементы гладкой цитоплазматической сети и цитоскелета — микротрубочки, нейрофиламенты и микрофиламенты, а также транспортируемые вещества — ферменты синтеза нейромедиаторов, белки ионных каналов. Осевые цилиндры окружены оболочкой, образованной глиальными клетками (клетками олигодендроглии). Существуют два типа нервных волокон: безмиелиновые и миелиновые. Безмиелиновые нервные волокна Безмиелиновые (безмякотные) нервные волокна находятся преимущественно в составе вегетативной нервной системы. Это волокна диаметром до 2—4 мкм, представлены кожными афферентными волокнами и постганглионарными эфферентными волокнами. Реже такие волокна встречаются в ЦНС. а б 1 2 1 8 5 5 2 3 10 5 6 8 5 9 4 7 1 1 7 7 1 9 7 Рис. 17.5. Схема строения нервных волокон [15]: а — безмиелиновое волокно; б — миелиновое волокно; вверху — светооптический уровень; внизу — ультрамикроскопический уровень; 1 — осевой цилиндр; 2 — миелиновый слой; 3 — неврилемма; 4 — насечка миелина; 5 — ядро нейролеммоцита; 6 — узловой перехват; 7 — митохондрия; 8 — мезаксон; 9 — базальная мембрана; 10 — соединительная ткань 17. Нервная ткань 255 При формировании безмиелиновых волокон шванновские клетки (нейролеммоциты), плотно соединяясь конец в конец, образуют непрерывные тяжи, в которых проходят несколько осевых цилиндров (5—20) от нескольких нейронов (рис. 17.5, а). При погружении осевых цилиндров в такой тяж оболочки нейролеммоцитов прогибаются, плотно охватывают осевые цилиндры и, смыкаясь над ними, образуют дупликатуры плазмолеммы — мезаксоны, на которых подвешены осевые цилиндры. Так как в составе одного безмиелинового волокна находится несколько осевых цилиндров, то по строению эти волокна напоминают электрический кабель и называются нервными волокнами кабельного типа. В безмиелиновых волокнах нервный импульс генерируется и проводится вдоль всей мембраны осевого цилиндра со скоростью 0,5—2,5 м/с. Миелиновые нервные волокна Миелиновые (мякотные) нервные волокна имеют диаметр 1—20 мкм и образуют проводящие пути ЦНС, стволы и нервы ПНС. Эти нервные волокна имеют один осевой цилиндр и толстую оболочку. Внутренняя часть оболочки называется миелиновым слоем и состоит из многочисленных (до 300) плотно прилежащих витков (пластин) мембраны нейролеммоцита. Здесь чередуются концентрические слои липидов (80 %), являющихся диэлектриками, и белков (20 %), чем обусловлены изолирующие свойства миелина. Наружная часть миелиновой оболочки называется неврилеммой и содержит цитоплазму и ядра нейролеммоцитов (рис. 17.5, б). В связи со значительной протяженностью осевых цилиндров, достигающих порой 1,5 м, в формировании оболочки принимают участие много нейролеммоцитов. Там, где заканчивается один леммоцит и начинается другой, миелиновая оболочка отсутствует, а осевой цилиндр прикрыт интердигитирующими отростками нейролеммоцитов. Границы соседних шванновских клеток, где образуются сужения оболочки, называются узловыми перехватами (перехватами Ранвье). Аксолемма перехватов Ранвье содержит 256 Часть IV. Общая гистология множество потенциалзависимых Na+-каналов, необходимых для поддержания импульсной активности. В участках, покрытых слоями миелина, потенциалзависимых ионных каналов мало. Поэтому генерация потенциала действия возможна только в узловых перехватах с высокой плотностью Na+-каналов, а в межузловых сегментах импульс передается очень быстро путем распространения изменений электрического поля (токи растекания). По этой причине скорость проведения импульса в миелиновых волокнах может достигать 70—120 м/с. В миелиновой оболочке имеются небольшие щели — насечки миелина. Это участки цитоплазмы, которая раздвигает плотно расположенные мембраны нейролеммоцитов. Предполагается, что эти участки являются депо Ca2+ и имеют трофическое значение. При формировании миелиновых волокон в ЦНС один олигодендроцит длинными плоскими отростками охватывает несколько осевых цилиндров и по мере роста накручивается вокруг них. Тело олигодендроцита лежит между волокнами. Здесь нет насечек миелина, а зоны узловых перехватов более широкие и не прикрыты отростками олигодендроцитов в отличие от ПНС. Снаружи миелиновые и безмиелиновые волокна ПНС покрыты базальной мембраной, плотно связанной с тяжами коллагеновых фибрилл. Классификация нервных волокон Морфофункциональная классификация нервных волокон учитывает их размеры (диаметры) и скорость распространения нервных импульсов. Преимущественно в ПНС выделяют три основных типа нервных волокон. 1. Волокна типа А — толстые, миелиновые, с далеко отстоящими перехватами, проводящие нервные импульсы с высокой скоростью — 15—120 м/с. По мере уменьшения диаметра волокон уменьшается и скорость проведения импульса. Волокна типа А делятся на четыре подтипа: a, b, c, d. 17. Нервная ткань 257 2. Волокна типа В — средние, миелиновые, меньшего диаметра, с более тонкой миелиновой оболочкой и более низкой скоростью проведения нервного импульса (5—15 м/с). 3. Волокна типа С — тонкие, безмиелиновые, проводят импульсы с малой скоростью (0,5—2,5 м/с). Регенерация нервных волокон Отростки нейронов ПНС способны к регенерации в случае их повреждения. При повреждении нервного волокна образуется: центральный отрезок волокна, связанный с телом нейрона. Осевой цилиндр его утолщается и�� образует колбу роста в�� виде нескольких веточек, которые растут по ходу тяжей нейролеммоцитов со скоростью 1—4�� мм в�� сутки. Растущий осевой цилиндр погружается в нейролеммоциты, образующие глиальный футляр. Позднее происходит образование миелина и восстановление тер минальных структур; периферический отрезок волокна, не связанный с телом нейрона, подвергается дегенерации, в�� нем разрушаются осевой цилиндр и�� глиальная оболочка. Продукты распада поглощаются макрофагами и�� глией. Нейролеммоциты этой части волокна размножаются и формируют тяжи клеток — ленты Бюнгнера, по которым растут колбы роста центральных отрезков волокна. Выделяющиеся шванновской клеткой различные стимуляторы (нейротрофические факторы) поглощаются аксоном и ретроградно транспортируются в перикарион, где стимулируют синтез белка и поддерживают его на высоком уровне, что способствует росту и регенерации нервного волокна. Успешная регенерация нервных волокон ПНС возможна при благоприятных условиях: отсутствии повреждения тела соответствующего нейрона; небольшом диастазе между отрезками поврежденного волокна; отсутствии соединительной ткани между отрезками нервного волокна. 258 Часть IV. Общая гистология В ЦНС регенерация нервных волокон не происходит. Это связано с образованием глиальных рубцов, нарушающих рост отростков нейрона. Нервные окончания Нервные окончания — это концевые специализированные отделы нервных волокон. По функции они делятся на три группы: рецепторные (чувствительные) нервные окончания; эффекторные (эфферентные) нервные окончания; межнейрональные контакты (синапсы). Рецепторные нервные окончания Рецепторные нервные окончания представлены терминальными разветвлениями дендритов чувствительных нейронов, тела которых располагаются чаще в спинномозговых, черепномозговых чувствительных узлах или в периферических вегетативных ганглиях. По специфичности воспринимаемого раздражения они делятся на механо-, хемо-, терморецепторы и болевые рецепторы (ноцицепторы). В зависимости от источника раздражения рецепторные окончания делятся на экстерорецепторы (воспринимают раздражения из внешней среды), интерорецепторы (от внутренних органов) и проприорецепто3 ры (от двигательной системы организма). По структурной организации они под2 разделяются : на свободные; 1 несвободные неинкапсулированные; несвободные инкапсулированные. Свободные нервные окончания соРис. 17.6. Свободное нерв- стоят только из концевых разветвленое окончание [61]: ний дендрита чувствительного нейрона 1 — нервное волокно; 2 — (рис. 17.6). Они наиболее распространетерминальные ветвления ны в коже, многослойных эпителиях слидендрита; 3 — сосочковый зистых оболочек и серозных оболочках. слой дермы 17. Нервная ткань 259 В эпидермисе чувствительные окончания расположены в основном в базальном и шиповатом слое. В зонах кожи с повышенной чувствительностью (кожа пальцев рук) они достигают зернистого слоя. Свободные нервные окончания обеспечивают восприятие температурных, механических и болевых сигналов. Несвободные неинкапсулированные нервные окончания представлены терминальными ветвлениями дендритов, окруженных нейролеммоцитами или их аналогами в различных вариантах взаимодействия между ними. Вспомогательные клетки могут частично покрывать осевой цилиндр или полностью окружать его. Некоторые окончания могут иметь билатеральную организацию с нервной терминалью в центре, а снаружи — нейролеммоциты (рис. 17.7). Несвободные нервные окончания встречаются в соединительной ткани, особенно много их в дерме. Они воспринимают боль, температуру, направление механического сжатия. Несвободные инкапсулированные нервные окончания чаще расположены в соединительной и мышечной тканях. Они включают три элемента: терминальные ветвления одного или нескольких дендритов; 2 2 4 1 3 2 Рис. 17.7. Несвободные нервные окончания в соединительной ткани [12]: 1 — осевой цилиндр; 2 — нейролеммоцит; 3 — базальная мембрана; 4 — ядро; 5 — митохондрии 5 260 Часть IV. Общая гистология окружающие терминали видо2 измененные нейролеммоциты; наружную соединительноткан 1 ную капсулу. Существуют следующие разновидности этих окончаний: осязатель3 ные тельца Мейснера (рис. 17.8), пластинчатые тельца Фатера — Пачини, концевые колбы Краузе, Рис. 17.8. Инкапсулированное генитальные тельца Догеля, тельца нервное окончание (тельце Руффини, нервно-мышечные и нерв Мейснера) [61]: но-сухожильные веретена и др. Спо1 — капсула; 2 — внутренняя собность нервных окончаний восколба; 3 — осевой цилиндр принимать раздражение связывается с находящимися в плазмолемме механозависимыми ионными каналами. Многослойные клеточные оболочки пластинчатых телец «усиливают» внешние воздействия на рецепторные окончания дендритов. Эффекторные нервные окончания Эффекторные нервные окончания представлены терминальными (концевыми) разветвлениями аксонов двигательных нейронов, тела которых располагаются в передних рогах спинного мозга, в моторных ядрах головного мозга и в периферических вегетативных ганглиях. Аксоны нейронов могут заканчиваться либо на мышечных элементах (двигательные окончания), либо на железистых клетках (секреторные окончания). Кроме непосредственной передачи сигнала к сокращению или секреции эти окончания регулируют метаболизм клеток и тканей, оказывая трофическое влияние. Двигательные окончания — это концевые разветвления аксонов двигательных нейронов соматической нервной системы в скелетной мышечной ткани и нейронов вегетативной нервной системы в гладкой и сердечной мышечных тканях. Двигательные окончания в скелетных мышцах называются нейромышечными синапсами или двигательными концевыми пластинками. Они представляют собой окончания аксонов нейронов 17. Нервная ткань 261 двигательных ядер передних рогов спинного мозга или моторных ядер головного мозга. Миелиновое нервное волокно двигательных нейронов, подходя к мышечному волокну, утрачивает миелиновую оболочку. Осевой цилиндр распадается на несколько расширенных терминальных веточек, содержащих скопление синаптических пузырьков с медиатором ацетилхолином и митохондрий, которые погружаются в специализированную нишу мышечного волокна (рис. 17.9). Двигательная нервная терминаль образует пресинаптическую часть нейромышечного синапса. Пресинаптическая мембрана, специализированная часть аксолеммы нервной терминали, содержит потенциалзависимые Са2+-каналы и активные зоны — участки утолщения мембраны, участвующие в секреции медиатора ацетилхолина. Синаптическая щель шириною 50 нм разделяет пре- и постсинаптическую мембраны. Она содержит материал базальной мембраны с сигнальными белками, с помощью которых растущий или регенерирующий аксон мотонейрона находит свою область иннервации на мышечном волокне. Синаптическая базальная мембрана удерживает в области синапса терминаль аксона и контролирует расположение холинорецепторов в постсинаптической мембране. Постсинаптическая мембрана, специализированная часть плазмолеммы мышечного волокна, образует многочисленные инвагинации и складки глубиной 50—100 нм, за счет чего существенно увеличивается ее площадь. В постсинаптическую мембрану встро- 1 2 5 7 4 3 6 8 Рис. 17.9. Двигательное нервное окончание в скелетной мышечной ткани [67]: 1 — аксон; 2 — миелиновая оболочка; 3 — ядро шванновской клетки; 4 — концевое расширение аксона; 5 — ядро мышечного волокна; 6 — аксолемма (пресинаптическая мембрана); 7 — саркоплазма; 8 — миофибриллы 262 Часть IV. Общая гистология ены Н-холинорецепторы (20—30 тыс. на 1 мкм2 ). В зоне синапса в мышечном волокне отсутствуют миофибриллы, имеется значительное количество митохондрий, грЭПС, рибосомы, скопление ядер. Принципы функционирования. Нервный импульс (волна деполяризации) доходит до пресинаптического полюса и вызывает увеличение мембранной проницаемости для ионов Са2+. Концентрация Са2+ в аксоплазме повышается, что стимулирует взаимодействие находящихся здесь актиновых и миозиновых микрофиламентов. Прикрепленные к актиновым филаментам синаптические пузырьки смещаются к пресинаптической мембране, сливаются с ней и раскрываются. Медиатор поступает в синаптическую щель, мигрирует к постсинаптической мембране, где взаимодействует с Н-холинорецепторами. Возникающая локальная деполяризация постсинаптической мембраны (потенциал концевой пластинки) приводит к генерации потенциала действия на внесинаптической мембране, быстро распространяющегося по всей плазмолемме мышечного волокна и включающего механизм мышечного сокращения. Содержащийся в постсинаптической мембране фермент ацетилхолинэстераза разрушает избыток ацетилхолина в синаптической щели, уменьшая время действия медиатора и предотвращая перевозбуждение постсинаптической мембраны. Двигательная иннервация гладкомышечных клеток (ГМК) обеспечивается постганглионарными симпатическими (адренергическими) и парасимпатическими (холинэргическими) нервными волокнами, которые, подходя к ГМК, неоднократно ветвятся, терминали их образуют множественные варикозные «расширения» (рис. 17.10). Нейромедиаторы (ацетилхолин или норадреналин) диффундируют из варикозных терминальных расширений нервных волокон в межклеточное пространство. Последующее взаимодействие нейромедиаторов с рецепторами в сарколемме ГМК вызывает сокращение последних. Секреторные окончания — это концевые расширения нервного волокна с синаптическими пузырьками, содержащими медиатор (ацетилхолин). Аксоны постганглионарных нейронов под- 17. Нервная ткань 263 Рис. 17.10. Эффекторное нервное окончание в гладкой мышечной ткани [13]: 1 — гладкомышечные клетки; 2 — аксон; 3 — терминальные ветвления аксона; 4 — аксональные варикозные расширения; 5 — пузырьки с медиатором; 6 — митохондрии 5 1 2 6 3 4 4 ходят близко к секреторным клеткам или вдавливаются в них, образуя соответственно пре- и постсинаптические мембраны нейрожелезистого синапса, разделенные узкой синаптической щелью. Медиатор, выделившийся из синаптических пузырьков, вызывает деполяризацию мембраны секреторной клетки, высвобождение Са2+ из митохондрий и секреторных гранул (депо). Свободный Са2+ связывается с белком кальмодулином, что вызывает полимеризацию микротрубочек и взаимодействие актиновых и миозиновых филаментов. Результатом является смещение секреторных включений к цитолемме и процесс экзоцитоза, приводящий к выделению секрета. Межнейрональные синапсы Межнейрональные синапсы — специализированные контакты между нейронами, необходимые для проведения нервного импульса по цепи нейронов. Межнейрональные синапсы делятся: 1) по способу передачи: •• на химические; •• электрические; •• смешанные. Наиболее распространены в нервной системе высших животных химические синапсы. Они классифицируются по типу взаи- 264 Часть IV. Общая гистология мосвязанных отростков нейронов, химическому типу медиатора и функциональной направленности; 2) по морфологической классификации (по локализации, по типу взаимосвязанных отростков): •• аксосоматические — синапсы между аксоном одного нейрона и телом другого; •• аксодендритные — синапсы между аксоном одного нейрона и дендритом другого; •• аксо-аксональные — синапсы между аксонами разных нейронов (являются тормозными); •• дендродендритные — синапсы между дендритами разных нейронов; •• соматосоматические — синапсы между телами разных нейронов; 3) по химическому типу медиатора: •• холинергические; •• адренергические; •• пептидергические; •• пуринергические, •• аминокислотные и т.п; 4) по функциональной направленности: •• возбуждающие; •• тормозные. В электрических синапсах потенциал действия передается с мембраны одного нейрона на мембрану другого через промежутки шириной 2 нм. Эти синапсы подобны щелевым соединениям (нексусам). Они способны проводить потенциал действия благодаря межклеточным порам, образованным трансмембранными белками коннексонами. Диаметр пор позволяет клеткам свободно обмениваться не только неорганическими ионами (определяющими электрогенез), но и достаточно крупными молекулами белков. Межклеточные канальные поры постоянно открыты ввиду отсутствия поровых ворот, что обеспечивает двухстороннюю передачу потенциала, а направление передачи определяется градиентом концентрации ионов. В химических (везикулярных) синапсах чаще окончания аксонов нейронов образуют их пресинаптическую часть, взаимодействующую с плазмолеммами других нейронов, — их постсинапти- 17. Нервная ткань 265 3 Ca 2 5 1 4 6 Ca 3 2 7 Na 11 Na 8 2 10 Na Na 3 9 Рис. 17.11. Межнейрональный синапс [23]: 1 — пресинаптическая часть; 2 — постсинаптическая часть; 3 — потенциал действия; 4 — пресинаптическая мембрана; 5 — потенциалзависимый кальциевый канал; 6 — синаптические пузырьки с медиатором; 7— выделение медиатора в щель; 8 — синаптическая щель; 9 — постсинаптическая мембрана; 10 — потенциалзависимый натриевый канал; 11 — рецептор постсинаптической мембраны ческой частью, между ними имеется синаптическая щель шириной 20—30 нм (рис. 17.11). В пресинаптической части располагаются различной формы и размеров синаптические пузырьки с медиаторами, фиксированные на элементах цитоскелета, митохондрии, агранулярная ЭПС. Мембрана пресинаптической части богата потенциалзависимыми Ca2+-каналами и транспортными системами захвата нейромедиаторов или продуктов их метаболизма. Пресинаптическая мембрана содержит также на внутренней стороне пресинаптические уплотнения в виде фибриллярной белковой сети, обеспечивающей равномерное распределение синаптических пузырьков по поверхности мембраны. Мембрана постсинаптической части утолщена за счет фила ментозно-гранулярного материала, характеризующегося высокой изменчивостью его структурных компонентов, что отражает разную эффективность синапсов. На мембране постсинаптической части имеются белки-рецепторы, воспринимающие действие медиатора, и ферменты, разрушающие медиаторы. 266 Часть IV. Общая гистология Механизм передачи. Химические синапсы проводят возбуждение только в одном направлении — от концевого аппарата аксона одного нейрона на другой нейрон и с задержкой по времени (синаптическая задержка равна 0,2—0,5 мс). Под действием нервного импульса открываются потенциалзависимые Ca2+-каналы. Устремившийся в пресинаптическую часть Ca2+ стимулирует взаимодействие элементов цитоскелета, что приводит к смещению синаптических пузырьков к пресинаптической мембране и экзоцитозу их содержимого в синаптическую щель. В возбуждающем химическом синапсе взаимодействие медиатора с рецепторным белком снижает отрицательный потенциал покоя на постсинаптической мембране (деполяризация мембраны), приводя к возникновению потенциала действия, а в тормозном синапсе — повышает отрицательный потенциал (гиперполяризация мембраны), обусловливая реакцию торможения. В основе возбуждения или торможения лежит изменение проницаемости постсинаптической мембраны для разных ионов, что зависит как от природы ионных каналов, так и характера рецепторного белка, а также механизма развития ответной реакции при действии медиатора на рецепторный белок. V часть Частная гистология 18. Введение в частную гистологию 19. Нервная система 20. Органы чувств 21. Сердечно-сосудистая система 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 23. Эндокринная система 24. Пищеварительная система 25. Дыхательная система 26. Общий покров 27. Мочевыделительная система 28. Половая система 18. ВВЕДЕНИЕ В ЧАСТНУЮ ГИСТОЛОГИЮ Частная гистология изучает тканевую организацию органов. Орган — исторически сложившаяся, анатомически оформленная и функционально специализированная часть организма, развивающаяся из разных зародышевых листков, состоящая из различных тканей, объединенных между собой общей функцией. Несколько структурно или функционально связанных между собой органов называют системой органов. Любой орган состоит из взаимодействующих различных тканей, которые объединяются в специфические структуры, свойственные тому или иному органу. В зависимости от структурной организации различают несколько основных типов органов. 1. Слоистые, или трубчатые, органы. К ним относятся органы желудочно-кишечного тракта, трахея, бронхи, сосуды и другие полые органы. Стенка полых органов образована оболочками. Оболочки чаще всего состоят из нескольких типов тканей, образующих отдельные слои, или пластинки. В каждом слое преобладает один тип ткани. В состав внутренней оболочки любого трубчатого органа входит эпителиальная ткань, которая выстилает орган изнутри, разграничивая внешнюю и внутреннюю среды. Под эпителием всегда располагается рыхлая соединительная ткань, обеспечивающая его трофику и осуществляющая защитные функции. В соединительной ткани содержатся сосудистые и нервные сплетения. Структурные компоненты остальных оболочек трубчатых органов соответствуют выполняемой органом функции. Например, в желудочно-кишечном тракте средняя оболочка представлена гладкой мышечной тканью, сокращение которой изменяет просвет органа, вызывает перистальтику. В воздухоносных путях дыхательной системы средняя оболочка образована хрящевой тканью, которая формирует жесткий каркас. Наружная адвентициальная оболочка фиксирует орган к окружающим структурам и образуется рыхлой волокнистой соединительной тканью с сосудами и нервами. Наружная серозная оболочка обеспечивает подвижность органа относительно других органов 18. Введение в частную гистологию 269 (желудок, петли тонкой кишки). Эта оболочка образована двумя слоями: внутренний соединительнотканный, наружный эпителиальный (мезотелий). 2. Паренхиматозные органы. К паренхиматозным органам относятся экзокринные и эндокринные железы, органы кроветворения и иммунной защиты, головной и спинной мозг, скелетные мышцы и др. Этот тип органов состоит из двух компонентов — паренхимы и стромы. Паренхима органа обеспечивает выполнение специфической функции органа. Паренхимой могут быть различные типы тканей: в железах — секреторный эпителий, в органах нервной системы — нервная, в мышцах — скелетная мышечная ткань и т.д. В каждом органе паренхима формирует специализированные пространственные конструкции. Тканевые структуры, образующие опору, каркас органа, являются стромой. Строма образует капсулу (соединительнотканную оболочку) органа и отходящие от нее перегородки — трабекулы, септы. Капсула часто состоит из плотной волокнистой соединительной ткани, перегородки — из рыхлой соединительной ткани. В строме проходят кровеносные и лимфатические сосуды и нервные элементы. Строма обладает не только формообразующей функцией, но и выполняет трофическую, пластическую, регуляторную функции, тем самым обеспечивает гомеостаз органа и поддерживает его функцию в целом. Паренхиматозные органы на основании их внутренних структурных особенностей делят на три типа: дольчатый, зональный, пучковый. В органах дольчатого типа соединительнотканные перегородки делят орган на дольки, которые имеют единый план строения. К этому типу относятся экзокринные и эндокринные железы. Для органов зонального типа характерно наличие зон, которые отличаются строением и функцией. Надпочечники, почки, хрящ как орган, тимус — паренхиматозные органы зонального типа. К органам пучкового типа относятся сухожилие, нерв, скелетная мышца. Паренхиматозные структуры образованы пучками, которые отграничены друг от друга соединительнотканными прослойками. Каждый орган имеет свою структурно-функциональную организацию — закономерное распределение паренхиматозных и стро- 270 Часть V. Частная гистология мальных элементов, свою систему кровоснабжения, лимфообразования, иннервацию. Исходя из этого в паренхиматозных органах выделяют структурно-функциональные единицы. Структурно-функциональные единицы (СФЕ) — представляют собой минимальные объединения структурных элементов органа, обеспечивающие выполнение его специфической функции (или одной из функций). В состав СФЕ входят клеточные элементы разного происхождения, включающие четыре компонента: специализированные клетки паренхимы; стромальные элементы; нервные элементы, координирующие специфическую активность; микроциркуляторное русло — гемокапилляры. Структурно-функциональные единицы разных органов имеют свои особенности строения. СФЕ почки является нефрон, печени — печеночная долька, респираторного отдела легких — ацинус. В органах, обладающих полифункциональностью, может быть выделено несколько СФЕ. Например, СФЕ экзокринной части поджелудочной железы считается ацинус, а эндокринной — островок Лангерганса. 3. Атипичные органы по общему плану строения отличаются от трубчатых и паренхиматозных — это орган слуха и равновесия. 19. НЕРВНАЯ СИСТЕМА Общая характеристика Нервная система — это система органов, образованных преимущественно нервной тканью. Все они являются паренхиматозными. Строма образована соединительнотканными оболочками органов, прослойками рыхлой волокнистой соединительной ткани с кровеносными сосудами, идущими в глубь органа. Она выполняет вспомогательные функции: опорную, защитную, трофическую. Паренхима обеспечивает выполнение основной функции нервной системы. Функции нервной системы: 1) отражательная — обеспечивает взаимодействие организма с внешней средой; 2) интегративная — осуществляет объединение частей организма в единое целое; 3) регуляторная — влияет на специфические функции органов и тканей; 4) координационная — обеспечивает связи между органами в процессе их функционирования; 5) нервная система является основой мышления — процессов высшей нервной деятельности. Анатомически нервную систему подразделяют: на центральную (ЦНС) — головной и спинной мозг; периферическую (ПНС) — периферические нервные узлы (ганглии), сплетения, нервы, нервные окончания. Физиологически выделяют: соматическую (анимальную) — регулирует преимущественно функции произвольного движения; автономную (вегетативную) — регулирует деятельность внутренних органов, сосудов, желез. Автономная нервная система подразделяется на два взаимодействующих друг с другом отдела — симпатический и парасимпатический. В соматическую и автономную нервную системы входят звенья, расположенные в ЦНС и ПНС. 272 Часть V. Частная гистология Основные принципы организации нервной системы В основе представлений о структурной и функциональной организации нервной системы лежит нейронная теория, включающая ряд фундаментальных положений. Структурные положения: 1. Нейрон является генетической, структурной, функциональной и трофической единицей нервной системы. 2. Нейроны анатомически отделены друг от друга, но соединяются между собой с помощью специализированных контактов — синапсов. Физиологические положения: 1. Для нейронов характерна гистодинамическая полярность. Дендриты воспринимают и передают к телу нейрона поток импульсов, аксон осуществляет передачу нервных импульсов от тела нейрона. 2. Нейрон может находиться в состоянии возбуждения или торможения, поэтому существуют два типа синапсов: возбуждающие и тормозные. В основе морфофункциональной организации центральной и периферической нервной системы лежит нейронная интеграция — объединение нейронов в нейронные ансамбли на основе конвергенции и дивергенции. Конвергенция — образование на нейроне многочисленных синаптических входов от нейронов разных типов, при этом происходит «схождение» нервных импульсов. Дивергенция — способность аксона нейрона устанавливать многочисленные связи с другими нейронами, тем самым обеспечивается распространение возбуждения. Объединение нейронов в ансамбли приводит к образованию нервных центров. Нервные центры — совокупность нервных клеток, между которыми осуществляется синаптическая передача нервного импульса, происходит анализ и синтез поступившей информации и формирование ответной реакции. По А.А. Заварзину в нервной системе различают два типа нервных центров: ядерные и экранные (плоскостные). 19. Нервная система 273 Нервные центры ядерного типа представляют собой компактное скопление в основном функционально однотипных нейронов, на которых образуются синапсы от многочисленных нейронов, преобладают процессы конвергенции. В нервных центрах ядерного типа происходит обработка массовой информации, полученной от нейронов разного типа и формирование усредненного ответа. В ЦНС такие центры называются ядрами (ядра спинного и головного мозга), в ПНС — это вегетативные ганглии (узлы). Нервные центры экранного типа характеризуются послойным упорядочным расположением нейронов. Как правило, в каждом слое преобладает один тип нейронов, в целом же нейроны разных слоев нервных центров экранного типа функционально различны. Внутри слоев и между ними имеются многочисленные ассоциативные связи. В экранных центрах происходит как конвергенция, так и дивергенция поступающих возбуждений на множество элементов. При этом наблюдается распространение возбуждения по плоскости. К этой группе нервных центров относится кора бугорков четверохолмия, мозжечка, полушарий головного мозга. В современной нейроморфологии рассматривается модульный принцип организации нервной системы. Модуль — это вертикальное объединение нейронов всех слоев. В модуле происходит прием, обработка сенсорной информации и выход ответной реакции по эфферентным путям. Следовательно, составляющими модуля являются: 1) афферентные пути, по которым приходит сенсорная информация от рецепторов одной модальности; 2) система локальных связей, которая обеспечивает распространение и анализ поступившей информации; 3) эфферентные пути, передающие информацию на рабочий орган. В основе деятельности нервной системы лежит рефлекс. Материальным субстратом рефлекса является рефлекторная дуга — цепь нейронов, связанных друг с другом синапсами, проводящих нервный импульс от рецептора до эффекторного окончания в рабочем органе. Простая рефлекторная дуга представлена двумя 274 Часть V. Частная гистология нейронами — чувствительным и двигательным. Сложная рефлекторная дуга имеет между чувствительным и двигательным нейронами вставочные (ассоциативные) нейроны. Структурные компоненты рефлекторной дуги: 1) афферентное звено образовано: •• рецепторным окончанием (дендрит чувствительного нейрона); •• телом чувствительного нейрона; 2) вставочный нейрон; 3) эфферентное звено включает: •• эффекторный нейрон; •• эфферентное окончание (аксон эффекторного нейрона). Различают соматические рефлекторные дуги, обеспечивающие работу опорно-двигательного аппарата, и вегетативные рефлекторные дуги — симпатические и парасимпатические, регулирующие работу внутренних органов. Развитие нервной системы Источником развития нервной системы является нейроэктодерма. На 16-е сутки эмбрионального развития в результате индуцирующего влияния хорды, экспрессии гомеобокс генов происходит детерминация дорсальной эктодермы и образование нервной пластинки, состоящей из одного слоя клеток нейроэктодермы. На 18-е сутки наблюдается приподнимание краев нервной пластинки и образование нервного желобка и нервных валиков. К концу третьей недели начинается слияние нервных валиков в области заднего мозга. Процесс распространяется в ростральном и каудальных направлениях. В результате образуется нервная трубка с открытыми каудальным и ростральным нейропорами. На 24-е и 26-е сутки происходит закрытие переднего и заднего нейропоров. 19. Нервная система 275 При формировании нервной трубки края нервной пластинки отделяются от нее и создают две ганглиозные пластинки (нервные гребни). Некоторые элементы нервной системы образуются из нейрогеннных плакод — утолщения эктодермы в краниальной части зародыша, расположенные латерально по обе стороны от нервной трубки. В процессе развития нервной системы происходит цепь последовательных, взаимосвязанных событий (см. гл. 17. Нервная ткань): пролиферация клеток; адресная миграция клеток; дифференцировка клеток; процессы роста нервных отростков и синаптогенез; формирование клеточных ансамблей и�� стабилизация нервных связей; физиологическая запрограммированная гибель клеток (апо птоз). Таким образом, нервная система развивается из трех источников — нервная трубка, нервный гребень (ганглиозные пластинки), нейрогенные плакоды. Из нервной трубки формируется центральная нервная система, из нервного гребня — структуры периферической нервной системы: вегетативные ганглии, спинальные ганглии, мозговое вещество надпочечников, клетки диффузной эндокринной системы, меланоциты. Нейрогенные плакоды являются источником развития чувствительных нейронов ганглиев V, VII, VIII, IX, Х пар черепномозговых нервов и нейросенсорных клеток органа обоняния. Центральная нервная система Спинной мозг Спинной мозг — паренхиматозный орган цилиндрической формы. Располагается в позвоночном канале и имеет сегментарное строение. Он состоит из двух симметричных половин, отделенных друг от друга спереди глубокой срединной щелью, а сзади — соединительнотканной перегородкой. В спинном мозге раз- 276 Часть V. Частная гистология а 2 3 1 4 б 4а 4б в 3а 3б Рис. 19.1. Схема строения спинного мозга [63]: а — общий вид; б — участок серого вещества; в — участок белого вещества: 1 — серое вещество; 2 — задний рог; 3 — белое вещество; 3а — нервное волокно; 3б — миелиновая оболочка; 4 — передний рог; 4а — нервное волокно; 4б — α-мотонейроны личают серое вещество и белое вещество. На поперечном срезе конфигурация серого вещества напоминает букву Н или бабочку (рис. 19.1). Симметричные половины серого вещества связаны друг с другом серой спайкой, в которой расположен спинномозговой канал, выстланный эпендимоцитами. Серое вещество содержит парные передние, промежуточные и задние рога. Белое вещество разделено передними и задними рогами на канатики — передние, боковые и задние. Развивается спинной мозг из туловищного отдела нервной трубки. На ранних стадиях эмбриогенеза в формирующейся нервной трубке нейроэпителиальные клетки располагаются в один ряд. Клетки несколько раз митотически делятся, после утраты способности к редупликации ДНК медуллобласты мигрируют за пределы матричного слоя и дифференцируются на нейробласты и спонгиобласты. В результате в стенке нервной трубки различают три слоя: вентрикулярный (по разной терминологии матричный, эпендимный), плащевой (мантийный), маргинальный (краевую вуаль). Некоторыми авторами выделяется в отдельные слои наружная 19. Нервная система 277 и внутренняя пограничные мембраны. Последующая дифференцировка слоев нервной трубки: вентрикулярный, внутренний слой содержит камбиальные клетки, дает начало эпендимной глии; плащевой (мантийный), средний слой, содержащий нейробласты и глиобласты, в последующем дифференцируется в серое вещество спинного мозга; маргинальный, наружный слой (краевая вуаль) содержит отростки клеток мантийного слоя, дифференцируется в белое вещество спинного мозга. В формирующейся нервной трубке выделяют крыловидную и базальную пластинки, презумптивные клетки которых дают начало соответственно афферентным и эфферентным нейронам. Функции спинного мозга: 1) рефлекторная — в сером веществе замыкаются сегментарные спинномозговые рефлексы, регулирующие соматические и вегетативные функции; 2) проводниковая — в белом веществе проходят восходящие и нисходящие проводящие пути, обеспечивающие связь периферических отделов нервной системы с головным мозгом. Таким образом, в спинном мозге реализуется деятельность собственных и надстраивающихся над ним координационных механизмов. Серое вещество спинного мозга образовано нейронами, общее количество которых достигает 107, нейроглией, безмиелиновыми и миелиновыми нервными волокнами. Все нейроны спинного мозга являются мультиполярными. Группы нервных клеток одинакового функционального значения образуют ядра серого вещества. Б. Рекседом в сером веществе спинного мозга выделены десять пластин, расположенных вертикально и ориентированных в дорсовентральном направлении. Пластины I—V составляют задние рога, пластины VI—VII — промежуточную зону, пластины VIII—IХ — передние рога, пластина Х — область вокруг центрального канала. Топография пластинок не исключает, а скорее дополняет ядерный принцип структурной организации спинного мозга. На поперечных срезах спинного мозга выявляется ядерный способ группировки нейронов, в то время как на сагиттальных проекциях отчет- 278 Часть V. Частная гистология ливо видно его пластинчатое строение. В пластинах нейроны группируются в колонки. В зависимости от топографии аксонов различаются три вида нейронов: Корешковые, эфферентные (3 %), — их аксоны покидают спинной мозг в составе передних корешков. К ним относятся нейроны передних рогов (мотонейроны) и вегетативные нейроны боковых рогов. Внутренние, ассоциативные (89 %), — их отростки не выходят за пределы серого вещества спинного мозга, обеспечивают ассоциативные взаимодействия в пределах спинного мозга. Пучковые (8 %) — их аксоны в белом веществе образуют восходящие и нисходящие проводящие пути. Эти клетки находятся в чувствительных ядрах спинного мозга. В задних рогах спинного мозга преобладают мелкие мультиполярные вставочные нейроны, на которых заканчиваются: аксоны чувствительных нейронов спинальных ганглиев; волокна нисходящих проводящих путей из вышележащих центров. Аксоны вставочных нейронов образуют: синапсы с мотонейронами передних рогов; межсегментарные связи в пределах серого вещества спинного мозга; выходят в белое вещество и формируют проводящие пути. В боковых рогах локализуются вставочные нейроны симпатической рефлекторной дуги, на которых оканчиваются: аксоны чувствительных нейронов, несущих информацию от внутренних органов; аксоны нейронов центров регуляции вегетативных функций. Аксоны нейронов боковых рогов являются преганглионарными нервными волокнами, направляющимися к вегетативным узлам. В передних рогах находятся крупные моторные корешковые нейроны. Аксоны этих нейронов формируют передние корешки и образуют двигательные нервные окончания в скелетной мускулатуре. Мотонейроны передних рогов подразделяются на большие и малые альфа-мотонейроны, гамма-мотонейроны. 19. Нервная система 279 1. Альфа-мотонейроны (a-мотонейроны) — крупные клетки диаметром до 70 мкм, на их телах и дендритах выявляются многочисленные возбуждающие и тормозные синапсы. На a-мото нейронах заканчиваются: аксоны псевдоуниполярных нейронов спинальных ганглиев, образуя простую рефлекторную дугу; аксоны вставочных нейронов задних рогов, образуя сложную рефлекторную дугу; аксоны нейронов коры большого мозга и ядер ствола мозга (нисходящие проводящие пути). Аксоны больших a-мотонейронов: формируют нервно-мышечные синапсы (моторные бляшки) на экстрафузальных волокнах поперечнополосатой мышечной ткани (см. гл. 16. Мышечные ткани), вызывая их быстрое сокращение; отдают коллатерали, образующие синапсы на телах ассоциативных клеток Реншоу. В свою очередь аксоны этих клеток образуют тормозные синапсы на мотонейронах, обеспечивая возвратное торможение a-мотонейрона. 2. Малые a-мотонейроны поддерживают тонус скелетных мышц. 3. Гамма-мотонейроны (γ-мотонейроны) иннервируют интрафузальные волокна нервно-мышечных веретен. Эти нейроны не имеют непосредственной связи с чувствительными нейронами спинальных ганглиев. Нейроглия представлена эпендимной глией, протоплазматическими астроцитами, олигодендроцитами, глиальными макрофагами (микроглия). Клетки эпендимоглии выстилают спинномозговый канал, их длинный отросток, проходящий через толщу спинного мозга, на наружной поверхности образует наружную глиальную пограничную мембрану. Олигодендроциты формируют оболочки вокруг отростков нейронов. Астроциты обеспечивают трофику, опору, защиту нейронов. Белое вещество спинного мозга разделено передними и задними рогами на канатики — вентральные, латеральные и дорсальные. Канатики образованы пучками миелиновых и безмиелиновых аксонов и нейроглией. Пучки нервных волокон формируют проводящие пути. Проводящие пути — цепь нейронов, соединен- 280 Часть V. Частная гистология ных последовательно своими отростками и осуществляющих проведение возбуждения от нейрона к нейрону, тем самым обеспечивая связь между различными отделами нервной системы. Пучки аксонов в белом веществе спинного мозга называются трактами. Проводящие пути делятся: на проприоспинальные (собственные) проводящие пути спинного мозга, образованные аксонами ассоциативных (внутренних) нейронов и осуществляющие связи в пределах спинного мозга; супраспинальные проводящие пути, которые выходят за пределы спинного мозга и обеспечивают его связь со структурами разных отделов головного мозга. Они подразделяются на восходящие спиноцеребральные тракты и нисходящие цереброспинальные тракты. Восходящие спиноцеребральные тракты образованы аксонами чувствительных нейронов спинномозговых узлов и аксонами пучковых (вставочных) нейронов дорсальной части серого вещества спинного мозга своей или противоположной стороны. Эти пути обеспечивают передачу в головной мозг чувствительной информации от различных рецепторов тела и внутренних органов. Нисходящие, цереброспинальные тракты связывают головной мозг с моторными ядрами спинного мозга, тем самым осуществляют контроль ЦНС над работой сегментарного аппарата спинного мозга. Нисходящие тракты представлены пирамидной и экстрапирамидной системами. Пирамидная система образована аксонами пирамидных клеток коры больших полушарий, заканчивается синапсами на мотонейронах передних рогов и ассоциативных нейронах задних рогов спинного мозга. Эта система обеспечивает контроль точных произвольных движений скелетной мускулатуры. Экстрапирамидная система образована аксонами нейронов стволовой части мозга, которые заканчиваются на мотонейронах передних рогов и ассоциативных нейронах задних рогов спинного мозга. Она отвечает за поддержание тонуса скелетных мышц, деятельность мышц, обеспечивающих поддержание позы и равновесия тела. Детально проводящие пути изучаются в курсе анатомии. 19. Нервная система 281 Головной мозг Головной мозг развивается из краниального расширенного отдела нервной трубки. На 4-й неделе эмбриогенеза образуются три первичных мозговых пузыря. На 5-й неделе происходит их преобразование в пять вторичных мозговых пузырей (табл. 19.1). Нейроэпителиальные клетки, выстилающие стенки мозговых пузырей, являются предшественниками как нервных, так и глиальных клеток всех отделов мозга. Таблица 19.1 Производные мозговых пузырей Стадия трех мозговых пузырей Prosencephalon — передний мозг Стадия пяти мозговых пузырей Зрелый мозг Telencephalon — конечный мозг Большие полушария Diencephalon — промежуточный мозг Таламус, гипоталамус, эпифиз Mesencephalon — средний мозг Mesencephalon — средний мозг Ножки мозга, пластинка четверохолмия Romboncephalon — ромбовидный мозг Myelencephalon Продолговатый мозг Metencephalon — задний мозг Варолиев мост, мозжечок Ствол мозга. Общая характеристика Ствол мозга состоит из продолговатого мозга, моста, мозжечка и структур среднего и промежуточного мозга, базальной части конечного мозга. Продолговатый мозг является продолжением спинного мозга и на значительном протяжении сохраняет свойственные последнему структурные элементы. Изменение взаимного расположения структур продолговатого мозга происходит в дорсальных отделах в результате формирования IV желудочка. Как и в других отделах ствола мозга, в продолговатом мозге выделяют серое вещество и белое вещество. Основной объем серого вещества занимают ядра 282 Часть V. Частная гистология V — ХII черепномозговых нервов, среди которых выделяют чувствительные, ассоциативные и моторные ядра. В центральной области продолговатого мозга расположена ретикулярная формация. Это сложный рефлекторный центр, контролирующий тонус мышц и стереотипные движения. Предполагается ее участие в восприятии боли, агрессивном и половом поведении, в реализации многих рефлексов. Ретикулярная формация начинается в спинном мозге, проходит через продолговатый мозг и продолжается в мосте, среднем мозге, зрительном бугре и других частях мозга. Эти отделы объединяет характерная форма нейронов и сходная организация связей. Мелкие, средние и крупные мультиполярные нейроны образуют ядра ретикулярной формации, более выраженные в краниальных отделах (до сотни). Нейроны имеют длинные маловетвящиеся дендриты и хорошо ветвящийся аксон, который устанавливает контакты примерно с 25 000 других нейронов. Ветви нейронов под микроскопом образуют сеточку (ретикулум), с чем и связано название данной структуры мозга, предложенное О. Дейтерсом в 1865 г. На нейронах ретикулярной формации образуются синаптические входы от большого количества афферентных сенсорных путей, идущих из разных источников. Эфферентные выходы из ретикулярной формации идут к моторным структурам разных уровней, образуя восходящие и нисходящие проекции. Восходящие проекции ретикулярной формации в кору мозга активируют высшие центры нервной системы. Нисходящие проекции угнетают мотонейроны спинного мозга, регулируют вегетативно-висцеральные функции. Мост (средний мозг). Серое вещество образовано ядрами, белое вещество формирует проводящие пути. В среднем мозге выделяется черная субстанция, которая образована нейронами, содержащими пигмент и нейромедиатор дофамин. Средний мозг характеризуется специализированными рефлекторными центрами, имеющими отношение к работе органов чувств, зрения, слуха, тактильной, болевой и температурной чувствительности. Промежуточный мозг включает таламус (зрительный бугор), гипоталамус, эпиталамус и субталамус. Особое значение имеют ядра таламуса и гипоталамуса. 19. Нервная система 283 Таламус наиболее крупный отдел промежуточного мозга, состоит из большого числа нейронов, объединенных в ядра. Почти все ядра таламуса формируют проекции к новой коре — таламокортикальные пути. Вся сенсорная информация, достигающая коры, проходит через ядра таламуса, в которых локализуются тела нейронов восходящих путей. Вместе с тем таламические ядра находятся под влиянием многих кортикальных зон (не только тех, куда адресованы их афференты). Интегративные отделы таламуса обеспечивают поступление информации также к ядрам конечного мозга, лимбическим структурам и гипоталамусу. Гипоталамус представлен нервной тканью, окружающей нижнюю часть третьего желудочка. Функции гипоталамуса связаны с его положением, кровоснабжением и свойством нейронов. Обилие сенсорных входов в гипоталамус, присутствие осмо-, глюко- и терморецепторов, высокая чувствительность нейронов к различным гормонам обеспечивают его участие в регуляции эндокринной системы, многих вегетативных функций, агрессивного и оборонительного поведения. В нейронном составе гипоталамуса выделяют несколько типов клеток. Часть ядер гипоталамуса содержит тела особых нейросекреторных нейронов, вырабатывающих нейрогормоны (см. гл. 23. Эндокринная система). Мозжечок составляет 10 % массы головного мозга, включает более половины всех нейронов ЦНС. В мозжечке различают два полушария и расположенную между ними узкую часть — червь мозжечка и три пары ножек мозжечка, которые связывают его с другими частями мозга. Функции мозжечка: 1) обеспечивает рефлекторную (автоматическую) регуляцию позы и равновесия, мышечного тонуса и целенаправленных движений; 2) участвует в интегративных процессах, осуществляющих организацию восприятия, внимания, речевой деятельности; 3) входит в состав надсегментарных вегетативных центров, поскольку получает информацию от всех внутренних органов. Строение. В мозжечке различают серое и белое вещество. Серое вещество образует кору мозжечка и центральные ядра, которые лежат в глубине его белого вещества. 284 Часть V. Частная гистология 1в 1а 1б 1в 1б 1г 1 3а 3 2 Рис. 19.2. Схема коры мозжечка [67]: 1 — молекулярный слой: 1а — звездчатые клетки; 1б — корзинчатые клетки; 1в — дендриты клеток Пуркинье; 1г — параллельные волокна; 2 — слой грушевидных нейронов; 3 — зернистый слой; 3а — зернистые клетки Кора мозжечка состоит из трех слоев: наружного — молекулярного, среднего — слоя грушевидных нейронов, внутреннего — зернистого (рис. 19.2). Молекулярный слой представлен нервными волокнами, синапсами, глией и небольшим количеством корзинчатых и звездчатых нейронов. Это мультиполярные, тормозные ассоциативные клетки. К о р з и н ч а т ы е н е й р о н ы располагаются непосредственно над клетками Пуркинье. Дендриты их ветвятся в молекулярном слое. Аксоны ориентированы поперечно длине извилины, образуют многочисленные коллатерали. Коллатерали формируют «корзинки» вокруг тел грушевидных нейронов, создавая аксосоматические тормозные синапсы. З в е з д ч а т ы е н е й р о н ы сосредоточены в наружной части молекулярного слоя. Дендриты ветвятся в одной плоскости с дендритами клеток Пуркинье. Аксоны устанавливают синаптические контакты с дендритами грушевидных нейронов. Среди звездчатых нейронов выделяют поверхностные (короткоаксонные) и глубокие (длинноаксонные) звездчатые клетки. Последние могут направлять аксоны в состав «корзинки». 19. Нервная система 285 В молекулярном слое находятся: 1) параллельные волокна, образованные аксонами зернистых клеток зернистого слоя; 2) дендриты грушевидных нейронов; 3) дендриты больших звездчатых нейронов зернистого слоя; 4) лиановидные волокна. Слой грушевидных нейронов представлен крупными тормозными нейронами мозжечка — к л е т к а м и П у р к и н ь е, которые имеют грушевидную форму и расположены в один ряд. Дендриты этих нейронов ветвятся в молекулярном слое в плоскости, перпендикулярной направлению извилины. На дендритах грушевидных нейронов имеются многочисленные в о з б у ж д а ю щ и е с и н а п с ы, образуемые параллельными и лазящими волокнами. Вокруг перикариона клеток Пуркинье обнаруживается «корзинка» в виде сплетения аксонов корзинчатых и глубоких звездчатых клеток, формирующего т о р м о з н ы е с и н а п с ы. Аксоны грушевидных нейронов имеют миелиновую оболочку, проходят в белое вещество, заканчиваясь на нейронах внутримозжечковых ядер. На уровне зернистого слоя аксон отдает коллатерали к соседним грушевидным нейронам. Зернистый слой в основном содержит мелкие зернистые клетки, большие (клетки Гольджи) и малые звездчатые клетки. Все нейроны зернистого слоя ассоциативные. М е л к и е з е р н и с т ы е к л е т к и — наиболее многочисленные (1011) клетки размером 5—7 мкм, имеют 3—6 тонких дендритов, ветвящихся вблизи сомы нейрона. На дендритах моховидные волокна заканчиваются возбуждающими синапсами. Аксоны зернистых клеток направляются в молекулярный слой, Т-образно делятся, располагаясь продольно извилине, и дают начало параллельным волокнам. Параллельные волокна формируют многочисленные возбуждающие синапсы с шипиками дендритов клеток Пуркинье, с дендритами корзинчатых и звездчатых клеток молекулярного слоя. Одна клетка Пуркинье получает информацию от нескольких десятков тысяч волокон. Б о л ь ш и е з в е з д ч а т ы е к л е т к и (к л е т к и Го л ь д ж и) — крупные мультиполярные нейроны со слабо ветвящимися дендритами. Их тела располагаются в верхних слоях зернистого слоя. Дендриты разветвляются в молекулярном слое, образуя синапти- 286 Часть V. Частная гистология ческие связи с параллельными волокнами. Аксоны заканчиваются тормозными синапсами на дендритах малых зернистых клеток. Кора мозжечка кроме основных пяти типов нейронов, описанных выше, содержит в небольшом количестве веретенообразные горизонтальные клетки (Люгаро-клетки), которые располагаются в зернистом слое. В зернистом слое выделяют клубочки мозжечка, образованные: а) окончаниями моховидных волокон; б) дендритами зернистых клеток; в) аксонами больших звездчатых клеток (клеток Гольджи). В коре мозжечка только зернистые клетки являются возбуждающими нейронами (формируют возбуждающие синапсы). Остальные нейроны — звездчатые (поверхностные и глубокие), корзинчатые, грушевидные, звездчатые нейроны зернистого слоя обладают тормозным действием. Однако в количественном отношении возбуждающих нейронов значительно больше. Афферентные волокна. Возбуждающая афферентная информация от суставов, мышц, вестибулярного аппарата и коры полушарий большого мозга поступает в мозжечок по двум типам волокон: лазящие (лиановидные) волокна идут в составе спиномозжечкового и оливомозжечкового пути, достигают молекулярного слоя и образуют возбуждающие синапсы с дендритами клеток Пуркинье; моховидные волокна идут в составе оливомозжечкового и мостомозжчкового пути, заканчиваются в зернистом слое возбуждающими синапсами на дендритах зернистых клеток. Единственный эфферентный путь из коры мозжечка образован аксонами клеток Пуркинье. В коре мозжечка выделяются несколько нейронных комплексов — модулей по Я. Сентаготаи (рис. 19.3). 1. Короткий возбуждающий путь: лазящее волокно → грушевидный нейрон → торможение ядер мозжечка. 2. Длинный возбуждающий путь: моховидное волокно→ дендриты зернистых клеток → возбуждаются клетки Гольджи и грушевидные нейроны → клетки Гольджи оказывают тормозной эффект на дендритах зернистых клеток → грушевидные нейроны оказывают тормозное влияние на нейроны ядер мозжечка. Это основной путь передачи возбуждения в кору мозжечка. В этом нейронном ансамбле в клубочке мозжечка происходит 19. Нервная система 287 6 Рис. 19.3. Межнейрональные связи в коре мозжечка [64]: I — молекулярный слой; II — ганглионарный слой; III — зернистый слой: 1 — лазящее волокно; 2 — моховидное волокно; 3 — аксоны клеток Пуркинье; 4 — параллельные волокна; 5 — грушевидный нейрон (клетка Пуркинье); 6 — звездчатая клетка; 7 — корзинчатая клетка; 8 — зернистая клетка; 9 — большая звездчатая клетка; 10 — клубочек мозжечка 4 I II 9 III 7 5 3 8 10 3 1 2 ограничение величины входного сигнала, поступающего с моховидных волокон (торможение возбуждения). 3. Тормозный нейронный ансамбль: моховидное волокно → зернистые клетки → возбуждение звездчатых и корзинчатых клеток молекулярного слоя → торможение грушевидных нейронов → ядра мозжечка. В этом модуле в корзинке мозжечка происходит торможение сигнала на выходе, т.е. наблюдается торможение тормозных грушевидных нейронов и, как следствие, растормаживание грушевидных нейронов. В целом система связей в пределах коры мозжечка организована таким образом, что поступающая сюда импульсация в итоге адресуется клеткам Пуркинье — единственным эфферентным нейронам коры мозжечка. Эфферентная система коры мозжечка обеспечивает механизм торможения активности ядер мозжечка, на нейронах которых заканчиваются аксоны клеток Пуркинье. Таким образом, все возбуждающие входы в кору мозжечка превращаются в тормозные на выходе. Однако мозжечок сам не сохраняет память о двигательных актах, он только регулирует их выполнение. Нейроглия. Среди типичных глиоцитов серого и белого вещества (олигодендроциты, астроциты) в коре мозжечка встречаются клетки, отростки которых формируют волокна Бергмана в молекулярном слое. Они являются специализированными астроцитами (радиальные астроциты мозжечка) и выполняют опорнокаркасную функцию. 288 Часть V. Частная гистология Кора полушарий большого мозга Конечный мозг — самый крупный отдел головного мозга — состоит из коры головного мозга, ядер конечного мозга и боковых желудочков. Кора больших полушарий представлена серым веществом толщиной 3—5 мм. Общая площадь коры составляет 1500—2500 см2. Кора содержит 10—15 млрд нейронов и более 100 млрд клеток нейроглии. Кора полушарий головного мозга является высшим, наиболее сложно организованным, экранным нервным центром и обеспечивает: обработку сенсорной информации, поступающей от нижележащих отделов нервной системы; регуляцию, интеграцию и контроль разнообразных функций организма; сложные формы деятельности (сознание, мышление, поведение). Развитие. В эмбриогенезе кора больших полушарий развивается из матричного слоя стенки конечного мозга (рис. 19.4). IV КЗ III КП КЗ II КП КЗ ПЗ I КЗ ПЗ СЗ СЗ ВЗ ВЗ ВЗ ВЗ ПЗ Рис. 19.4. Схема развития стенки переднего мозгового пузыря [30]: I—IV — стадии развития; ВЗ — вентрикулярная зона; КЗ — краевая зона; КП — кортикальная пластинка; ПЗ — промежуточная зона; СЗ — субвентрикулярная зона 19. Нервная система 289 1. На самой ранней стадии в стенке нервной трубки различают вентрикулярную зону, в которой находятся тела клеток, и краевую зону (маргинальный слой) с отростками этих клеток. 2. После нескольких митотических делений некоторые клетки теряют способность синтезировать ДНК, выходят из митотического цикла, мигрируют и образуют промежуточную зону. 3. На 7-й неделе эмбрионального развития группа постмитотических нейронов промежуточной зоны мигрирует вдоль вертикально ориентированных волокон эмбриональных радиальных глиоцитов на границу промежуточной и маргинальной зон, давая начало кортикальной пластинке, из которой и развивается шестислойная кора. 4. Возникновение и созревание слоев в коре происходит в разное время, первыми возникают наружный и глубокий слои. К концу 2-го мес маргинальный слой трансформируются в I слой коры. Затем происходят миграции клеток из матричного слоя с постепенным образованием слоистой коры. Вновь поступающие элементы занимают в пределах кортикальной пластинки все более поверхностное положение. При этом происходит пространственно упорядоченное расположение элементов. Образуются радиально ориентированные колонки, основа для формирования функциональных единиц неокортекса — мини- и макроколонок. 5. В течении 18—26 недель развивается IV слой, поздно дифференцируются III и II. Шестислойная структура коры становится четко выраженной на 5—8-м месяцах эмбриогенеза. 6. Вентрикулярная зона остается в виде эпендимной выстилки желудочков мозга. Субвентрикулярная зона является вторичной зоной размножения, где образуются глиальные клетки. Промежуточная зона, относительно свободная от клеток, становится подкорковым белым веществом. Строение нейронов. Мультиполярные нейроны коры разно образны по форме, включают более 60 типов и делятся на две группы: пирамидные и непирамидные. Специфическими для коры полушарий являются пирамидные нейроны, составляющие до 75 % всей популяции. Размеры их варьируют от 10 до 140 мкм в диаметре, поэтому среди них различают малые, средние, большие и гигантские. Для типичной пирамидной клетки характерно тело конусовидной формы. От его вершины отходит крупный апикальный ден- 290 Часть V. Частная гистология дрит, достигающий поверхности коры. От тела нейрона отходят несколько базальных дендритов. На поверхности дендритов имеются многочисленные шипики, которые увеличивают рецепторную поверхность нейрона. От базальной части тела клетки берет начало аксон, который покидает кору в составе нисходящих проводящих путей, или направляется к другим зонам коры. На расстоянии 60—90 мкм от тела аксон отдает коллатерали, которые могут возвращаться в слой пирамидных нейронов. Основная функция средних и малых пирамидных нейронов — интеграция внутри коры, а больших и гигантских — образование эфферентных путей. Непирамидные нейроны разнообразны по форме, размеру, строению отростков, функции и химизму. Они располагаются во всех слоях коры, образуют внутрикорковые связи. Выделяют до 60 типов клеток: звездчатые, веретеновидные, корзинчатые, клетки Мартинотти, горизонтальные клетки Кахаля, клетки-канделябры, клетки с двойным букетом дендритов и др. Среди звездчатых клеток выделяют шипиковые клетки, дендриты которых имеют шипики, появляющиеся после рождения. Непирамидные нейроны выполняют возбуждающую и тормозную функции в отношении пирамидных нейронов. Цитоаритектоника коры — распределение нейронов по слоям (пластинкам). В коре головного мозга различают 6 пластинок (рис. 19.5). I. Молекулярная пластинка— наружный слой коры, содержит небольшое количество веретенообразных горизонтальных клеток Кахаля, образующих своими аксонами тангенциальное сплетение. В слое заканчиваются многочисленные дендриты и аксоны клеток более глубоких слоев коры, а также афферентные таламокортикальные волокна от ядер таламуса. II. Наружная зернистая пластинка состоит из звездчатых нейронов, а также мелких пирамидных нейронов. Их дендриты распространяются в молекулярный слой. Аксоны направляются в более глубокие слои, у некоторых клеток — в белое вещество. III. Наружная пирамидная пластинка образована средними и крупными пирамидными клетками. Апикальные дендриты достигают молекулярной пластинки. Аксоны формируют ассоциативные и каллозальные связи коры. 19. Нервная система 291 а б I 4 II 5 1 III 2 1 3 IV 6 V VI 7 Рис. 19.5. Кора больших полушарий головного мозга [28]: а — расположение клеток (цитоархитектоника); б — расположение волокон (миелоархитектоника); I — молекулярная пластинка; II — наружная зернистая пластинка; III — наружная пирамидная пластинка; IV — внутренняя зернистая пластинка; V — внутренняя пирамидная пластинка; VI — мультиформная пластинка; 1 — пирамидные нейроны; 2 — звездчатые нейроны; 3 — полиморфные клетки; 4 — тангенциальные сплетения волокон; 5 — афферентные волокна; 6 — полоска Байярже; 7 — эфферентные волокна IV. Внутренняя зернистая пластинка содержит звездчатые нейроны разных типов, среди которых различают шипиковые звездчатые нейроны. Их короткие аксоны заканчиваются на дендритах нейронов выше- и нижележащих слоев коры. Большая часть таламических афферентных волокон заканчивается на звездчатых нейронах. V. Внутренняя пирамидная пластинка образована крупными, а в некоторых областях и гигантскими пирамидными клетками (клетки Беца). Апикальные дендриты достигают молекулярного слоя. Аксоны нейронов этого слоя дают начало большей части корковых проекционных эфферентных путей. 292 Часть V. Частная гистология VI. Мультиформная пластинка содержит разнообразные по форме нейроны, типичными клетками являются клетки Мартинотти. Дендриты нейронов достигают молекулярного слоя. Аксоны клеток образуют проекционные, комиссуральные и ассоциативные волокна. Разные области коры значительно варьируют по ширине и выраженности слоев: агранулярный тип характеризуется наибольшим развитием III, V и VI пластинок, наблюдается в моторных зонах коры; гранулярный тип свойствен для чувствительных зон, в нем хорошо развиты II и IV пластинки. На основе специфики распределения нейронов и особенностей организации проекций в коре больших полушарий различают 52 поля. Миелоархитектоника коры больших полушарий — характер распределения нервных волокон в коре. Они образуют три основных сплетения: 1) тангенциальное сплетение — находится в молекулярном слое коры, образовано дендритами нейронов нижележащих нейронов и таламокортикальными волокнами; 2) наружная полоска Байярже — располагается на уровне внутреннего зернистого слоя коры, образована преимущественно таламо-кортикальными волокнами; 3) внутренняя полоска Байярже — находится на уровне внутреннего пирамидного слоя коры, образована коллатералями клеток этого слоя, а также проекционными волокнами. Нервные волокна коры больших полушарий делятся на афферентные и эфферентные. Афферентные волокна могут быть: ассоциативные — связывают участки коры одного полушария; комиссуральные — соединяют кору разных полушарий; проекционные — связывают кору с нижележащими отделами мозга. Проекционные афферентные волокна представлены таламокортикальными входами, несущими информацию из таламуса, который является коллектором практически всех афферентных входов к коре больших полушарий. 19. Нервная система 293 Эфферентные волокна образованы аксонами крупных нейронов глубоких слоев коры. Волокна выходят в белое вещество и в зависимости от направления их хода разделяются на ассоциативные, комиссуральные и проекционные. Эфферентные проекционные волокна образуют пирамидные и экстрапирамидные проводящие пути. Модульный принцип организации зон коры. Морфофункциональной единицей коры больших полушарий являются модули. Модуль — вертикальное объединение нейронов, отвечающее за обработку информации в коре головного мозга, поступающей от рецепторов одной модальности. Субъединицей модуля в коре является миниколонка. Она представляет собой вертикально ориентированную цепь клеток, состоящую примерно из 110 нейронов и имеющую форму цилиндра диаметром около 30 мкм. В миниколонке коры больших полушарий выделяют три ос новных отдела. 1. Вход — таламокортикальное или кортикокортикальное волокна, которые в основном заканчиваются в I и IV пластинках коры (см. рис. 19.5). 2. Локальная сеть — зона обработки информации. Включает возбуждающие и тормозные системы. Возбуждающая система образована: шипиковыми звездчатыми нейронами, которые распространяют возбуждение в пределах модуля, возбуждают пирамидные нейроны; нейронами с двойным букетом дендритов, которые угнетают тормозные нейроны и растормаживают пирамидные клетки. Тормозная система включает: нейроны с�� аксональной кисточкой. Они образуют в�� молекулярной пластинке коры множественные тормозные синапсы на горизонтальных ветвлениях кортикокортикальных волокон; корзинчатые нейроны. Эти клетки формируют тормозные синапсы на телах пирамидных нейронов; аксо-аксональные нейроны, которые тормозят нейроны наружной зернистой и наружной пирамидной пластинок, образуя синапсы на начальных участках их аксонов. 294 Часть V. Частная гистология 3. Выход образован аксонами пирамидных нейронов. Несколько сотен миниколонок, отвечающих за определенный вид рефлекторной деятельности, объединяются в макроколонку диаметром до 1000 мкм. Объединение в макроколонки осуществляется ассоциативными и комиссуральными волокнами. Периферическая нервная система К периферической нервной системе относятся структуры, расположенные вне головного и спинного мозга. В ней можно выделить соматический и вегетативный отделы, которые включают в себя нервные стволы (периферические нервы), сплетения и периферические нервные узлы — ганглии. Среди узлов выделяют чувствительные черепные и спинномозговые, а также вегетативные — симпатические и парасимпатические. Спинномозговые ганглии, расположенные по ходу задних корешков спинного мозга, и чувствительные узлы черепномозговых нервов, локализованные в стволе мозга, имеют сходное строение. Спинномозговые узлы окружены соединительнотканной оболочкой, от которой внутрь отходят небольшие тяжи, в составе которых проходят мелкие артерии и вены. Центр узла занимают крупные стволы нервных волокон. По периферии узла располагаются нервные клетки — афферентные псевдоуниполярные нейроны. Тела псевдоуниполярных нейронов размером от 30 до 120 мкм в диаметре имеют шаровидную форму, ядро располагается в центре. Каждый чувствительный нейрон окружен большим числом клеток-сателлитов, которые формируют капсулу нейрона. Клеткисателлиты (мантийные клетки) являются разновидностью олигодендроцитов. Снаружи от глиальных клеток находится тонкая прослойка соединительной ткани, разделяющая между собой отдельные нейроны или группы нейронов. Дендриты этих клеток идут на периферию к внутренним органам, скелетным мышцам, коже, где образуют различные виды чувствительных нервных окончаний — рецепторов. Аксоны псевдоуниполярных нейронов образуют задние корешки спинного мозга и передают импульсы на ассоциативные нейроны спинного и продолговатого мозга. Неко- 19. Нервная система 295 торые аксоны непосредственно контактируют с альфа-мотоней ронами переднего рога. Среди нейронов выделяют малые темные и большие светлые клетки. Большие нейроны воспринимают импульсы от скелетной мускулатуры, образуют афферентное звено соматической рефлекторной дуги. Дендриты малых нейронов заканчиваются рецепторными окончаниями во внутренних органах, формируя афферентный путь вегетативной рефлекторной дуги. Проведение нервных импульсов через спинномозговой узел происходит транзитом, без синаптического переключения. Следовательно, эти узлы не являются нервными центрами. Химическая природа нейронов спинального ганглия определяется характером воспринимаемой информации. В нейронах выявлены ацетилхолинэстераза, вещество Р, холецистокинин, соматостатин, метэнкефалин, ГАМК. Периферические нервы являются паренхиматозными пучковыми органами, в которых миелиновые и безмиелиновые нервные волокна идут параллельными пучками, разделенными соединительнотканными прослойками (рис. 19.6). Различают смешанные, двигательные и чувствительные периферические нервы. Чувствительные (сенсорные) нервы образованы дендритами чувствительа 1 2 б 4 3 5 6 7 3 5 2 Рис. 19.6. Периферический нерв [59]: а — нервный ствол; б — пучок нервных волокон; 1 — эпиневрий; 2 — периневрий; 3 — эндоневрий; 4 — кровеносный сосуд; 5 — швановские клетки; 6 — осевые цилиндры; 7 — жировая ткань 296 Часть V. Частная гистология ных нейронов. Двигательные (эфферентные) нервные волокна содержат аксоны мотонейронов. Большинство нервов являются смешанными, включают афферентные и эфферентные нервные волокна. Снаружи нерв покрыт эпиневрием — оболочкой, образованной плотной соединительной тканью с кровеносными и лимфатическими сосудами, нервами и жировыми клетками. В составе нервного ствола выделяют пучки нервных волокон, окруженных периневрием. Эта оболочка имеет пластинчатое строение, образована 5 — 6 слоями уплощенных фибробластов, продольно ориентированными коллагеновыми волокнами, кровеносными сосудами. Между пластинами распределяются слои плоских эпителиоидных клеток. Периневрий осуществляет разграничительную, опорно-механическую и барьерную функции. Каждое нервное волокно внутри пучка окружено тонкой прослойкой соединительной ткани — эндоневрием. В соединительной ткани эндоневрия, как и периневрия, имеются щели, которые рассматриваются как эндо- и периневральные пространства. Эти пространства с циркулирующей по ним лимфоподобной жидкостью могут быть путями движения инфекционных агентов, например вируса бешенства, столбнячного токсина, ботулотоксина. Регенерация нерва по своей сути является регенерацией отдельных нервных волокон. Этот процесс рассматривался гл. 17. Нервная ткань. Автономная (вегетативная) нервная система Автономная (вегетативная) нервная система делится на симпатическую и парасимпатическую (некоторые авторы выделяют метасимпатический отдел). В симпатической и парасимпатической системе различают центральный и периферический отделы. К периферическому отделу относятся нервные стволы, периферические ганглии (симпатические и парасимпатические). Центральный отдел включает сегментарный уровень — ядра в сером веще- 19. Нервная система 297 стве спинного и продолговатого мозга и надсегментарный — высшие ядерные центры, находящиеся в коре больших полушарий головного мозга, подкорковых структурах, стволе мозга мозжечке. Надсегментарные центры не подразделяются на симпатический и парасимпатический отделы. Вегетативная нервная система иннервирует внутренние органы, сосуды. Функция вегетативной нервной системы — обеспечение гомеостаза на всех его уровнях путем: контроля функции внутренних органов: моторики и�� секреции органов пищеварения, кровообращения и кровяного давления, дыхания; регуляции процессов потоотделения, обмена веществ, терморегуляции и др.; регуляции трофики и уровня тканевой дифференцировки внутренних органов. Симпатическая нервная система К центральному отделу симпатической нервной системы относятся вегетативные ядра боковых рогов спинного мозга от 8-го шейного до 3-го поясничного сегмента. Ядра образованы мультиполярными вставочными холинергическими корешковыми нейронами. Их аксоны выходят через передние корешки и образуют преганглионарные нервные волокна. Преганглионарные нервные волокна направляются на периферию в симпатические нервные узлы — вегетативные ганглии. К периферическому отделу симпатической нервной системы относятся пара- и превертебральные нервные узлы. Симпатические пара- и превертебральные ганглии покрыты капсулой, от которой внутрь отходят тонкие прослойки соединительной ткани, по которым в глубь ганглия направляются кровеносные сосуды. Ганглий состоит из нервных клеток, их отростков, нейроглии. В симпатических узлах различают следующие типы клеток: 1) основные клетки — мультиполярные адренергические нейроны, дендриты их ветвятся в узле, аксоны формируют постган- 298 Часть V. Частная гистология глионарные безмиелиновые нервные волокна, которые иннервируют внутренние органы и сосуды. На теле нейронов и дендритах имеются многочисленные синапсы; 2) малые интенсивно флюоресцирующие клетки (МИФклетки) синтезируют норадреналин, дофамин. Это ассоциативные нейроны, оказывающие тормозное влияние на передачу нервных импульсов с преганглионарных волокон на эфферентные нейроны ганглия; 3) наименее малочисленная группа — мультиполярные холинергические нейроны, аксоны которых иннервируют рабочие органы: потовые железы, некоторые сосуды. Каждый нейрон ганглия и его отростки окружены глиальной оболочкой из мантийных олигодендроцитов, снаружи находится базальная мембрана и тонкая соединительнотканная оболочка. Парасимпатическая нервная система К центральному отделу относятся вегетативные ядра III, VII, IX и X пар черепных нервов, располагающиеся в стволе мозга, боковые промежуточные ядра в промежуточной зоне крестцового отдела спинного мозга. В ядрах находятся мультиполярные вставочные холинергические нейроны. Аксоны этих нейронов образуют преганглионарные нервные волокна. Из ствола мозга эти волокна идут в составе ряда черепномозговых и спинномозговых нервов. Преганглионарные волокна заканчиваются синапсами на эффекторных нейронах парасимпатических ганглиев. Периферическая часть парасимпатической нервной системы представлена мелкими, диффузно разбросанными в толще или на поверхности внутренних органов интрамуральными ганглиями (рис. 19.7). Ганглии интрамуральных нервных сплетений содержат три типа вегетативных нейронов: 1) двигательные длинноаксонные нейроны (I тип клеток Догеля). Это основной тип нейронов, которые воспринимают раздражение от преганглионарных волокон, и образуют двигательные или секреторные окончания в рабочих органах; 19. Нервная система 299 Рис. 19.7. Интрамуральный нервный узел [1]: 1 1 — длинноаксонные нервные клетки (I тип по Догелю); 2 — равноотростчатые нервные клетки (II тип по Догелю); 3 — клетки глии 2 3 2) чувствительные равноотростчатые нейроны (II тип клеток Догеля), их дендриты образуют в органе чувствительные нервные окончания. Поступающая по ним информации передается на I тип нейронов; 3) ассоциативные короткоотростчатые (III тип клеток Догеля), их дендриты не выходят за пределы узла, получают информацию от чувствительных нейронов, а аксоны образуют синапсы на клетках I типа Догеля. Таким образом, в вегетативных ганглиях имеются все компоненты рефлекторной дуги, поэтому на их уровне могут замыкаться рефлекторные дуги, без участия ЦНС. Такие рефлексы называют периферическими (местными). К метасимпатическому отделу вегетативной нервной системы относятся интрамуральные нервные ганглии, располагающиеся в стенке полых органов пищеварительной трубки, воздухоносных путях, мочевом пузыре и др. Эта система обладает независимостью от ЦНС, имеет собственное сенсорное звено (II тип нейронов по Догелю) и синаптическую связь с обоими отделами вегетативной нервной системы. В пищеварительной трубке к метасимпатической нервной системе относятся подсерозное, межмышечное и подслизистое сплетения, на уровне которых происходит замыкание периферических рефлексов. Деятельность вегетативной нервной системы осуществляется на основе вегетативных рефлекторных дуг (рис. 19.8). Вегетативная рефлекторная дуга образована тремя нейронами. Характери- 300 Часть V. Частная гистология 1 6 а 2 3 8 4 5 б 7 5 6 Рис. 19.8. Вегетативные дуги [58]: а — симпатическая; б — парасимпатическая; 1 — чувствительный нейрон СМУ; 2 — преганглионарный нейрон; 3 — пре ганглионарное нервное волокно; 4 — превертебральный (экстрамуральный) ганглий; 5 — постганглионарный нейрон; 6 — постганглионарное нервное во локно; 7 — интрамуральный ганглий; 8 — эффекторное окончание стика нейронов, их локализация, особенности симпатической и па расимпатической рефлекторной дуги представлены в табл. 19.2. Таблица 19.2 Характеристика симпатической и парасимпатической рефлекторной дуги Структуры рефлекторной дуги Симпатическая дуга Парасимпатическая дуга Афферентное звено Чувствительные ней роны спинальных ган глиев Чувствительные нейроны спинальных ганглиев, чувствительные нейроны некоторых черепномозговых нервов Локализация вста вочных нейронов (ЦНС) Боковые рога пояснично-грудного отдела спинного мозга Крестцовый отдел спин ного мозга, ядра II, VII, IХ и Х черепномозговых нервов Преганглионарное волокно Миелиновое, относи тельно короткое, за канчивается холинер гическим синапсом на нейронах симпатиче ских ганглиев Миелиновое, длинное, образует холинергиче ские синапсы на нейро нах интрамуральных ган глиев 19. Нервная система 301 Окончание табл. 19.2 Структуры рефлекторной дуги Симпатическая дуга Парасимпатическая дуга Медиаторная природа ганглионарных нейронов Адренергический нейрон Холинергический нейрон Постганглионарное волокно Безмиелиновое, длинное Безмиелиновое, короткое Эффекторное окончание Выделяется норадреналин Выделяется ацетилхолин Большинство внутренних органов имеют двойную вегетативную иннервацию, т.е. получают постганглионарные симпатические и парасимпатические волокна. Реакции, вызываемые влиянием двух отделов вегетативной нервной системы на висцеральные органы, часто имеют противоположную направленность, что связано с природой медиатора. Эффекты стимуляции симпатической нервной системы проявляются повышением артериального давления, усилением сердцебиения, интенсификацией дыхания, торможением моторики и секреции органов пищеварительного тракта. Симпатическая нервная система оказывает адаптационно-трофическое действие на ткани. Активация парасимпатического отдела нервной системы понижает тонус сосудов, урежает ритм сердечных сокращений, усиливает деятельность органов пищеварения и т.д. 20. ОРГАНЫ ЧУВСТВ Общая характеристика Сенсорная система — это совокупность органов и структур, которые обеспечивают: восприятие внешних и внутренних раздражителей; преобразование энергии раздражителей в нервные импульсы; передачу нервных импульсов в�� подкорковые и�� корковые центры головного мозга, где происходит анализ информации и�� формирование субъективных ощущений. Поэтому органы сенсорной системы — это анализаторы внешней и внутренней среды. Сложный комплекс анализатора, по И.П. Павлову, включает три части, тесно связанные морфологически и функционально: 1) периферическую, осуществляющую восприятие внешних сигналов и преобразование их в нервный импульс (органы чувств); 2) промежуточную, передающую нервные импульсы по проводящим путям к подкорковым и корковым структурам (проводящие пути); 3) центральную, осуществляющую высший анализ и формирование ощущений (кора больших полушарий головного мозга). Органы чувств — это периферическая часть анализатора. Например, в зрительной сенсорной системе периферической частью является орган зрения — глаз, рецепторной частью слухового анализатора — кортиев орган. В органах чувств находятся специализированные рецепторные клетки. Рецепторные клетки органов чувств, как и любые другие клетки, содержат в плазмолемме молекулы рецепторных белков. Механизм работы этих рецепторных белков такой же, как и в любой другой клетке: рецепторный белок комплементарно связывается с сигнальными молекулами, что приводит к изменению конформации рецептора, после чего изменяется проницаемость мембраны для ионов, возникает волна де- или гиперполяризации, что передается в центральную нервную систему. Специфичность рецепторных клеток органов чувств заключается в том, что их рецепторные белки не присутствуют ни в одной другой клетке, а значит, никакие другие клетки не могут взаимодействовать с данными раздра- 20. Органы чувств 303 жителями. Так, в плазмолемме фоторецепторных клеток органа зрения располагается интегральный белок родопсин. Только этот белок способен поглощать кванты света и при этом изменять свою конформацию, что приводит к закрытию ионных каналов и гиперполяризации клетки. Участок плазмолеммы, покрывающий стереоцилию волосковой клетки органа слуха, содержит механоэлектрический ионный канал, который изменяет свою проницаемость под действием механического сигнала — смещения, без участия вторичных посредников. В зависимости от источников развития, строения и функций нервного, глиального и эпителиального компонентов органы чувств подразделяются на три группы. 1. Органы зрения и обоняния. Рецепторной клеткой здесь является нервная клетка — первично чувствующая, нейросенсорная. Внешние сигналы воспринимаются рецепторными белками, расположенными в мембране дендрита, а электрический потенциал передается на промежуточную часть анализатора посредством аксона. Органы зрения и обоняния называют первично чувствующими органами. 2. Органы слуха, равновесия и вкуса. Рецепторными клетками в этой группе являются производные эктодермальных плакод — эпителиоциты — вторично чувствующие, сенсоэпителиальные клетки. У них нет дендритов и аксонов, внешние раздражители взаимодействуют с рецепторами, расположенными в мембране микроворсинок (стереоцилий) или ресничек (киноцилий) на апикальном полюсе клетки. С сенсоэпителиальными клетками контактируют дендриты чувствительных клеток, на которые и передается электрический потенциал. Органы вкуса, слуха и равновесия называют вторично чувствующими органами. 3. Рецепторные окончания дендритов псевдоуниполярных нейроцитов спинальных и черепных ганглиев (эта группа не имеет анатомически выраженной органной формы). Рецепторные окончания способны реагировать на разнообразные механические, химические, температурные и болевые раздражители (см. гл. 17. Нервная ткань). К этой группе относится висцеральная, кожная (экстероцептивная), скелетно-мышечная (проприоцептивная) сенсорные системы. 304 Часть V. Частная гистология Первично чувствующие органы Орган обоняния Орган обоняния занимает обонятельное поле в слизистой оболочке крыши носовой полости, верхней трети носовой перегородки и верхней носовой раковины. Источником развития органа обоняния являются нейрогенные обонятельные плакоды. Из плакод образуются обонятельные ямки, клеточные элементы стенок которых дифференцируются в обонятельный эпителий — нейросенсорные обонятельные рецепторные клетки и опорные поддерживающие клетки. Аксоны рецепторных клеток устанавливают контакты с нейронами обонятельных луковиц, которые формируются из выпячивания стенки переднего мозгового пузыря. Орган обоняния представлен многорядным мерцательным эпителием (рис. 20.1). В его состав входят рецепторные нейросенсорные клетки, поддерживающие и базальные клетки. Рецепторные нейросенсорные клетки являются биполярными нейронами и имеют дендрит, тело и аксон. Дендрит достигает поверхности эпителия и образует на конце утолщение — обонятельную булаву, на которой располагаются 10—12 ресничек. В мембра1 2 3 4 5 6 Рис. 20.1. Строение органа обоняния [68]: 1 — обонятельные булавы; 2 — опорные клетки; 3 — обонятельные клетки; 4 — базальные клетки; 5 — аксоны обонятельных клеток; 6 — обонятельная железа 20. Органы чувств 305 ну ресничек встроены интегральные белки — 7-сегментные рецепторы пахучих веществ. Рецепторные клетки человека регистрируют 25—35 первичных запахов. Их комбинации образуют много миллионов воспринимаемых запахов. Для нормального восприятия пахучие вещества должны находиться в растворенном виде. В связи с этим в подлежащей соединительной ткани находятся белковослизистые железы, секрет которых покрывает обонятельный эпителий. Растворенные молекулы пахучих веществ взаимодействуют с комплементарными 7-ТМС рецепторами, после чего изменяется конформация рецепторной молекулы, открываются ионные каналы, возникает деполяризация мембраны. Волна деполяризации идет с дендрита на тело и аксон. Аксоны рецепторных клеток проникают через продырявленную пластинку решетчатой кости и устанавливают синаптические связи с нейронами обонятельной луковицы. Поддерживающие клетки — высокие цилиндрические клетки, которые отделяют нейросенсорные клетки друг от друга и обеспечивают изоляцию электрического потенциала и пространственную организацию рецепторных нейронов. Цитоплазма этих клеток содержит гранулы коричнево-желтого пигмента, сходного с липофусцином, который придает желтоватый оттенок слизистой оболочке обонятельной области. На апикальной поверхности поддерживающие эпителиоциты имеют микроворсинки. Базальные клетки — низкие клетки, не достигают поверхности эпителия, служат источником регенерации для поддерживающих эпителиоцитов. По мнению некоторых авторов они способны дифференцироваться и в рецепторные клетки, поэтому нейросенсорные обонятельные клетки считаются единственным типом нейронов, который имеет камбиальные клетки и относится к обновляющейся клеточной популяции. Это обстоятельство позволило использовать нейроны обонятельной выстилки для трансплантации в мозг с целью интеграции способных к регенерации нейронов в поврежденные нейронные ансамбли. Продолжительность жизни обонятельных клеток 30—35 дней. В собственной пластинке слизистой оболочки обонятельной области, образованной рыхлой волокнистой тканью, находятся кровеносные сосуды, аксоны нейросенсорных клеток в составе безмиелиновых волокон, и концевые отделы простых обонятельных желез, которые выделяют секрет на поверхность эпителия. 306 Часть V. Частная гистология Орган зрения Орган зрения, глаз — периферическая часть зрительного анализатора. Это одна из самых сложно организованных структур организма. Посредством органа зрения человек получает 80—85 % информации об окружающем мире. Источники развития. Глаз развивается из нескольких источников: кожной эктодермы, нейроэктодермы и мезенхимы. На 4-й неделе эмбриогенеза в головном отделе нервной трубки образуется вырост — глазной пузырек. Он растет по направлению к покровной эктодерме, но остается связанным с мозгом посредством глазного стебелька. Передняя часть глазного пузырька впячивается внутрь его полости. Пузырек приобретает форму двустенного глазного бокала. Наружная стенка глазного бокала образует пигментный слой сетчатки, а внутренняя — остальные слои. Часть кожной эктодермы, расположенная напротив отверстия глазного бокала, утолщается, формируя глазную хрусталиковую плакоду. Она инвагинирует внутрь глазного бокала и отделяется от кожной эктодермы, давая начало зачатку хрусталика. Из окружающей глазной бокал мезенхимы формируются сосудистая оболочка и склера. Сосуды и мезенхима, проникающие внутрь глазного бокала, участвуют в образовании стекловидного тела и радужки. Мышцы радужки развиваются из края глазного бокала. Таким образом, сетчатка и зрительный нерв формируются из выростов стенки переднего мозга — глазных пузырей, позднее преобразующихся в глазные бокалы. Мышцы реснитчатого тела, мышцы, расширяющие и суживающие зрачок, образованы мионейральной тканью и также являются производными нервной трубки. Хрусталик развивается из эктодермальной хрусталиковой плакоды. Эктодерма также дает начало переднему эпителию роговицы. Сосудистая оболочка и ее производные (радужная оболочка и ресничное тело), собственное вещество роговицы и склера, стекловидное тело, эндотелий, покрывающий роговицу и радужку, развиваются из мезенхимы. Пигментные клетки, расположенные в большом количестве в сосудистой оболочке, имеют нейральное происхождение. 20. Органы чувств 307 5 1 1 3 III 6 4 14 4 2 4 15 7 17 16 I II 10 11 6 5 1 7 7 8 12 13 9 1 Рис. 20.2. Схема строения глазного яблока [53]: I — фиброзная оболочка; II — сосудистая оболочка; III — сетчатка; 1 — склера; 2 — роговица; 3 — лимб; 4 — радужка; 5 — цилиарное тело; 6 — циннова связка; 7 — собственная сосудистая оболочка; 8 — пигментный эпителий; 9 — фоторецепторные клетки; 10 — желтое пятно; 11 — слепое пятно; 12 — сосуды сетчатки; 13 — зрительный нерв; 14 — передняя камера глаза; 15 — задняя камера глаза; 16 — хрусталик; 17 — стекловидное тело Строение. Орган зрения состоит из глазного яблока (рис. 20.2), соединенного посредством зрительного нерва с мозгом, и вспомогательного аппарата (веки, слезные железы, поперечнополосатые глазодвигательные мышцы). В глазном яблоке выделяют три оболочки: 1) наружная, или фиброзная, оболочка состоит из двух отделов: переднего — роговицы и заднего — склеры. Наружная оболочка выполняет защитную и опорную функции. Снаружи она покрыта многослойным эпителием конъюнктивы, который располагается на прослойке рыхлой соединительной ткани с кровеносными сосудами. Глубже залегает плотная оформленная соединительная ткань; 2) сосудистая оболочка состоит из двух отделов: переднего — радужки и цилиарного тела; заднего — собственно сосудистой оболочки (chorioidea). 308 Часть V. Частная гистология Благодаря наличию кровеносных сосудов эта оболочка выполняет трофическую функцию, а обилие пигментных клеток позволяет поглощать избыточный свет. В составе собственно сосудистой оболочки выделяют следующие слои, основу которых составляет соединительная ткань, богатая пигментоцитами: надсосудистую пластинку, расположенную на границе с фиброзной оболочкой и состоящую из пигментной соединительной ткани; сосудистую пластинку — сплетения артерий и вен, артериол и венул; хориокапиллярную пластинку — плотная капиллярная сеть; стекловидную мембрану Бруха (базальный комплекс); 3) внутренняя, или сетчатая, оболочка обеспечивает восприятие световых сигналов. Под оболочками глазного яблока находится внутреннее ядро, в котором выделяют: переднюю и�� заднюю камеры глаза, необходимые для питания роговицы, хрусталика; хрусталик — основную преломляющую среду глаза; стекловидное тело�� — прозрачную желеобразную массу, заполняющую полость глазного яблока и�� выполняющую структурную функцию. В глазном яблоке различают основные функциональные аппараты: 1) диоптрический, или светопреломляющий (роговица, жидкость передней и задней камер глаза, хрусталик, стекловидное тело); 2) аккомодационный (радужка с ресничным телом и ресничным пояском, хрусталик); 3) рецепторный (сетчатка). Диоптрический (светопреломляющий) аппарат — система линз и прозрачных структур, которые обеспечивают преломление световых лучей и проекцию наблюдаемых предметов на сетчатку. Светопреломление обеспечивают роговица, жидкость передней и задней камер глаза, хрусталик, стекловидное тело. (рис. 20.2). 20. Органы чувств 309 Роговица — передняя прозрачная часть наружной фиброзной оболочки глаза. Включает пять слоев: 1) передний эпителий — многослойный плоский неороговевающий, состоящий из 5—6 слоев, пронизан нервными окончаниями, увлажнен слезной жидкостью; 2) передняя пограничная мембрана (боуменова) — продукт жизнедеятельности эпителия; 3) основное вещество роговицы составляет около 95 % ее толщины. Вещество стромы составлено из нескольких слоев соединительнотканных фибриллярных пластинок. Коллагеновые волокна каждого слоя идут параллельно в одном направлении. Они пропитаны гликозаминогликанами, коэффициент преломления которых такой же, как и у волокон, поэтому роговица прозрачна. Прозрачность обусловлена также и тем, что роговица не имеет кровеносных сосудов; 4) задняя пограничная мембрана (десцеметова) представлена коллагеновыми волокнами, погруженными в аморфное вещество. Для нее характерна прочность, устойчивость к химическим агентам; 5) задний эпителий (эндотелий) состоит из одного слоя полигональных плоских клеток. Поскольку роговица не имеет кровеносных сосудов, ее питание происходит путем диффузии питательных веществ из жидкости передней камеры глаза и слезной жидкости. Периферические отделы роговицы питаются из сосудов лимба. Хрусталик — прозрачное тело, напоминающее двояковыпуклую линзу. Представляет собой скопление прозрачных, плотно упакованных, видоизмененных эпителиальных клеток — хрусталиковых волокон. В их цитоплазме находятся белки-кристаллины, имеющие такой же коэффициент преломления, как и у клеточной мембраны, что и обеспечивает идеальную прозрачность хруста лика. На дорсальной поверхности хрусталика находятся малодифференцированные эпителиоциты. В области экватора — на границе дорсальной и вентральной поверхностей — клетки дифференцируются в волокна и погружаются в толщу хрусталика. Снаружи хрусталик покрыт капсулой — толстой базальной мембраной. Внутри хрусталика сосудов и нервов нет. 310 Часть V. Частная гистология Стекловидное тело — прозрачное желеобразное тело, лишенное сосудов и нервов и состоящее из гиалуроновой кислоты, витреина, воды. В стекловидном теле присутствуют гиалоциты и небольшое количество тонких коллагеновых волокон. Стекловидное тело обеспечивает фиксацию хрусталика и поддержание контакта внутренних слоев сетчатки с пигментным слоем, участвует в метаболизме сетчатки и хрусталика и светопреломлении. Камеры глаза — заполненные водянистой влагой пространства, за счет которой происходит питание роговицы и хрусталика, поддержание формы глазного яблока и светопреломление (главным образом, за счет влаги передней камеры). Передняя камера глаза располагается между роговицей и радужкой, задняя — между радужкой и хрусталиком. Водянистая влага по составу близка плазме крови. Она секретируется эпителием реснитчатого тела, через зрачок переходит из задней камеры в переднюю и реабсорбируется через трабекулярную сеть и шлеммов канал, расположенные в фиброзной оболочке в области лимба (см.рис. 20.2). Аккомодационный аппарат (см. рис. 20.2) обеспечивает фокусировку изображения на сетчатке при рассматривании предметов, находящихся на разном расстоянии, за счет изменения формы хрусталика, а также способствует приспособлению глаза к световому потоку разной интенсивности. В этом процессе принимают участие части сосудистой оболочки — ресничное тело и радужка. Радужнка — передняя часть сосудистой оболочки кольцевидной формы с отверстием в центре, расположенная позади роговицы и перед хрусталиком. Спереди покрыта эндотелием (продолжение заднего эпителия роговицы), за которым располагается рыхлая волокнистая соединительная ткань с большим количеством сосудов, пигментных клеток, гладких миоцитов нейральной природы, образующих мышцы, суживающие и расширяющие зрачок. Взаиморасположение и количество меланоцитов, а также химический состав меланина определяют цвет глаз. Позади радужка покрыта задним пигментным эпителием (продолжение пигментного слоя сетчатки). Сокращение мышц, суживающих и расширяю- 20. Органы чувств 311 щих зрачок — отверстие в центре радужки — регулирует количество света, падающего на сетчатку. Ресничное (цилиарное) тело — утолщенная часть сосудистой оболочки кольцевидной формы, лежит позади лимба, является участком перехода от радужки к собственно сосудистой оболочке. Цилиарное тело покрыто пигментными (продолжение пигментоцитов сетчатки) и секреторными эпителиоцитами (продолжение глиоцитов сетчатки). Под эпителием расположена рыхлая соединительная ткань с большим количеством сосудов, пигментоцитов и гладких миоцитов нейральной природы, образующих цилиарную мышцу. От цилиарного тела отходит циннова связка, которая вплетается в капсулу хрусталика. При сокращении ресничной мышцы циннова связка ослабляет натяжение и хрусталик становится выпуклым. При этом его преломляющая сила возрастает (аккомодация на близкое расстояние). При расслаблении мышцы связка натягивается, хрусталик уплощается (аккомодация на дальнее расстояние). Ресничное тело участвует также в выработке водянистой влаги передней и задней камер глаза. Световоспринимающий рецепторный аппарат (см. рис. 20.2) обеспечивает восприятие квантов света и преобразование их в нервный импульс; его образует зрительная часть сетчатки — внутренней светочувствительной оболочки глаза. Сетчатка глаза имеет слоистое строение, характерное для экранных нервных центров (рис. 20.3). В сетчатке различают следующие слои. 1. Пигментный слой — образован одним слоем пигментных клеток. Клетки содержат органеллы общего назначения, пластинчатые фагосомы, содержащие фагоцитированные внешние части наружных сегментов фоторецепторных клеток, и включения — зрелые гранулы меланина и меланосомы. Апикальный полюс клетки снабжен длинными ветвящимися отростками, которые переплетаются с наружными сегментами фоторецепторных клеток. В темноте гранулы меланина накапливаются в апикальном полюсе клеток, на свету — устремляются в отростки и экранируют фоторецепторные клетки, поглощая избыток световых лучей. При этом чувствительность глаза снижается, но разрешающая сила увеличивается. 3 2 1 6в 6г 6в б 2а 6а Рис. 20.3. Схема строения сетчатки: 6а 2б 2а 8 6а 6б 6а 2б 8 6в а — схема строения сетчатки [66]; б — схема контактов между фоторецепторными палочковыми и колбочковыми нейронами, биполярными, горизонтальными, амакриновыми и ганглионарными клетками [53]; 1 — пигментный эпителий сетчатки; 2 — фотосенсорный слой: 2а — палочка; 2б — колбочка; 3 — наружная пограничная мембрана; 4 — наружный ядерный слой; 5 — наружный сетчатый слой; 6 — внутренний ядерный слой: 6а — биполярная клетка; 6б — горизонтальная клетка; 6в — амакриновая клетка; 6г — глиальная клетка; 7 — внутренний сетчатый слой; 8 — ганглионарный слой; 9 — слой нервных волокон; 10 — внутренняя пограничная мембрана 9 10 8 6в 7 6 5 4 6б а 312 Часть V. Частная гистология 20. Органы чувств 313 Пигментный эпителий обеспечивает: предотвращение отражения света от наружных оболочек глаза за счет поглощения его избытка гранулами меланина; фагоцитоз растущих кончиков фоторецепторных клеток; избирательную проницаемость метаболитов из хориокапиллярной пластинки сосудистой оболочки в другие слои сетчатки; метаболизм витамина А, необходимого для регенерации родопсина. Кнутри от пигментных клеток лежат 120—130 млн фоторецепторных нейронов. Нейросенсорные фоторецепторные клетки содержат три части, расположенные в трех слоях сетчатки: центральный отросток — аксон, ядросодержащую часть — перикарион и периферический отросток — дендрит. 2. Фотосенсорный слой (слой палочек и колбочек) — образован дендритами фоторецепторных нейросенсорных клеток. Дендрит имеет наружный и внутренний сегменты. У п а л о ч к о в ы х ф о т о р е ц е п т о р н ы х к л е т о к наружный сегмент дендрита имеет цилиндрическую форму. В нем содержится около 1000 плоских мембранных дисков, расположенных друг над другом в виде стопки. В мембранах локализован интегральный белок родопсин, небелковая часть которого — ретиналь — представляет собой окисленную форму ретинола (витамин А). Родопсин является семисегментным рецептором (см. часть �� II�� . Цитология), который поглощает кванты света. В результате фотохимической реакции происходит фотолиз, ретиналь отделяется от опсина, что вызывает активацию G-белка и приводит к каскаду химических реакций, итогом которых является гиперполяризация плазмолеммы фоторецепторной клетки. Гиперполяризация распространяется до области синапса нейросенсорной клетки со следующим нейроном и вызывает уменьшение выброса нейромедиатора в синаптическую щель. Ресинтез родопсина происходит в темноте, при наличии витамина А, с участием пигментных клеток. Диски постоянно обновляются в проксимальных отделах и смещаются в дистальные, где фагоцитируются пигментным эпителием (за сутки заменяется 10—15 % наружного сегмента). Поскольку палочковые клет- 314 Часть V. Частная гистология ки отвечают за сумеречное зрение, то дефицит витамина А может приводить к «куриной слепоте» — нарушению сумеречного зрения. За цветовое зрение отвечают к о л б о ч к о в ы е н е й р о с е н с о р н ы е к л е т к и. У этих клеток наружный сегмент дендрита имеет форму колбы. Мембрана наружного сегмента организована в виде полудисков — инвагинаций цитолеммы без полной отшнуровки. В мембранах полудисков локализован интегральный белок йодопсин, также содержащий ретиналь. В зависимости от длины поглощаемой световой волны выделяют коротковолновый (420 нм, синий), средневолновый (530 нм, зеленый) и длинноволновый (625 нм, красный) йодопсин. Восприятие оттенка определяется тем, в каком соотношении оказались возбуждены световой волной колбочки разных типов. Отсутствие колбочек определенных функциональных типов обусловливает цветовую слепоту (дальтонизм). Во внутренних сегментах колбочек имеется эллипсоид, состоящий из липидного тела и скопления митохондрий (липидное тело расщепляет луч света на составные части спектра). 3. Наружная глиальная пограничная мембрана отделяет фотосенсорный слой от наружного ядерного, образована наружными отростками мюллеровских глиоцитов. 4. Наружный ядерный слой образован ядросодержащими частями фоторецепторных клеток. 5. Наружный сетчатый слой — область синапсов аксонов нейросенсорных рецепторных клеток с дендритами биполярных нейроцитов и отростками горизонтальных клеток. 6. Внутренний ядерный слой образован ядрами биполярных, амакриновых, горизонтальных и мюллеровских клеток. 7. Внутренний сетчатый слой — область синапсов между аксонами биполярных нейронов и отростков амакринных клеток с дендритами ганглионарных нейронов. 8. Ганглионарный слой образован телами ганглионарных нейронов. 9. Слой нервных волокон состоит из аксонов ганглионарных клеток, образующих зрительный нерв. 20. Органы чувств 315 10. Внутренняя глиальная пограничная мембрана образована основаниями мюллеровых клеток и базальной мембраной. Функции нервных клеток сетчатки: биполярные клетки обеспечивают вертикальную передачу импульса и�� концентрацию изображения (за счет процессов конвергенции, когда несколько палочковых клеток образуют синапсы на одной биполярной клетке); горизонтальные клетки обеспечивают латеральное торможение и�� повышают контрастность изображения за счет того, что дендриты и�� аксон образуют синапсы в�� одном и�� том же слое�� —�� наружном сетчатом. Поэтому их отростки объединяют сигналы с�� рецепторных клеток и существенно изменяют степень и направление возбуждения; амакриновые клетки обеспечивают интеграцию и�� модуляцию сигналов к ганглионарным клеткам, повышают контрастность изображения за счет того, что их синапсы с другими нейронами располагаются во внутреннем сетчатом слое; ганглионарные клетки собирают информацию ото всех слоев сетчатки и передают импульс в головной мозг. Кроме нервных клеток в состав сетчатки входят различные типы глиальных клеток: радиальная глия (мюллеровские клетки). Их ядра находятся во внутреннем ядерном слое, отростки образуют наружную и�� внутреннюю пограничные мембраны. Радиальные глиоциты, которые переходят с сетчатки на сосудистую оболочку, участвуют в продукции водянистой влаги; астроциты; микроглия. Глия выполняет поддерживающую, изолирующую и трофическую функции, участвует в образовании гематоретинального барьера. 316 Часть V. Частная гистология Вторично чувствующие органы Орган вкуса Орган вкуса представлен вкусовыми почками, располагающимися в многослойном эпителии боковых стенок желобоватых сосочков, реже — в листовидных и грибовидных сосочках языка, а также в эпителии рта, губ, переднего отдела глотки, гортани и пищевода. Вкусовая почка (рис. 20.4) — луковичной формы скопление 20—30 веретеновидных клеток. Вершина почки открывается на поверхность эпителия отверстием — вкусовой порой, ведущей во вкусовую ямку. Во вкусовой почке выделяют рецепторные, поддерживающие и базальные клетки. Вкусовые рецепторные сенсоэпителиальные клетки имеют темные овальные ядра, на их апикальной поверхности имеются микроворсинки. В мембране микроворсинки располагаются интегральные белковые молекулы — рецепторы вкусовых молекул. В настоящее время выделяют 5 видов рецепторных белков: для кислого, горького, соленого, сладкого вкуса и вкуса глутамата 6 7 1 5 5 4 2 3 3 Рис. 20.4. Строение вкусовой луковицы [61]: 1 — многослойный плоский эпителий; 2 — собственная пластинка слизистой оболочки; 3 — базальные клетки; 4 — сэнсоэпителиальные рецепторные клетки; 5 — поддерживающие клетки; 6 — микроворсинки рецепторных клеток; 7 — вкусовая пора 20. Органы чувств 317 и, возможно, других аминокислот. Кислые и соленые молекулы взаимодействуют с ионными каналами, сладкие молекулы, аминокислоты и горечи — с 7-ТМС рецепторами, связанными с G-белком. Изменение конформации рецепторных белков после взаимодействия с комплементарной вкусовой молекулой приводит к изменению потенциала мембраны чувствительной клетки. Это возбуждение через синапсы передается афферентным нервным окончаниям, а от них — в центральные звенья вкусового анализатора. Поддерживающие высокие цилиндрические клетки фиксируют и отделяют друг от друга рецепторные клетки. По данным электронной микроскопии выделяют несколько видов поддерживающих клеток. На апикальной поверхности они имеют микроворсинки, содержат синтетический аппарат, электронно-плотные гранулы. Предполагается, что кроме опорной они выполняют секреторную функцию: синтезируют так называемый адсорбент — вещество, которое концентрирует во вкусовой поре вкусовые молекулы. Некоторые авторы выделяют еще перигеммальные клетки, которые лежат на периферии вкусовой почки и отделяют ее от покровного эпителия. Базальные клетки невысокие, расположены у базальной мембраны. Они являются малоспециализированными клетками, из которых развиваются рецепторные и поддерживающие клетки. Общая характеристика органа слуха и равновесия В состав органа слуха и равновесия входит наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо состоит из ушной раковины, которая продолжается наружным слуховым проходом и заканчивается барабанной перепонкой. Наружное ухо проводит звуковую волну к барабанной перепонке. Среднее ухо включает барабанную полость, три слуховые косточки (молоточек, наковальню и стремечко) и слуховую (евстахиеву) трубу, которая соединяет барабанную полость с носоглоткой. Среднее ухо передает колебания барабанной перепонки по системе слуховых косточек на внутреннее ухо. 318 Часть V. Частная гистология Периферическая часть органа слуха и равновесия расположена во внутреннем ухе. Внутреннее ухо находится в костном лабиринте височной кости, внутри которого расположен перепончатый лабиринт, повторяющий рельеф костного (см. рис. 20.6, а на с. 323). В лабиринте выделяют следующие взаимосвязанные части: 3 полукружных канала с расширениями (ампулами); эллиптический мешочек (маточка, utriculus); сферический мешочек (sacculus); улитковый канал (улитка, cochlea). Орган слуха располагается в перепончатом лабиринте улитки и называется спиральным (кортиевым) органом. Остальные части относятся к органу равновесия. Источники развития. Основным источником развития органа слуха и равновесия является эктодерма. В начале 4-й недели эмбриогенеза в головном отделе эктодермы на уровне ромбовидного мозга появляются утолщения — слуховые плакоды. Они инвагинируют навстречу нервной трубке и отделяются от покровной эктодермы. В результате формируются слуховые пузырьки. Слуховые пузырьки меняют свою форму и формируют два отдела: первый — вестибулярный, из которого образуются полукружные каналы и эллиптический мешочек (утрикулюс), из второго — сферический мешочек (саккулюс) и улитковый канал. Эпителий пузырька секретирует эндолимфу и дифференцируется на волосковые и поддерживающие клетки. Одновременно по обе стороны от нервной трубки в краниальном отделе зародыша формируются утолщения эктодермы — нейрогенные плакоды. Из них образуются нейроны вестибулярного и слухового ганглиев. Биполярные нейроны этих ганглиев посылают свои дендриты навстречу эпителиальным рецепторным клеткам. Орган слуха Строение. Спирально закрученный улитковый костный канал длиной около 35 мм образует 2,5 завитка вокруг центрального костного стержня. Костный канал заполнен перилимфой. Внутри него расположен перепончатый канал, который заполнен эндолимфой. На поперечном срезе окружность костного канала улитки делится перепончатым на 3 части (рис. 20.5): вестибулярную и 5 7 4 3 9 2 1 12б 3 6 1б 7 8 12а 1а 1 2 10б 2а 10а 11а 5 11б 9 Рис. 20.5. Строение органа слуха [59]: 11 10 б 4 а — схема строения улиткового канала: 1 — вестибулярная лестница; 2 — барабанная лестница; 3 — перепончатый канал; 4 — вестибулярная мембрана; 5 — сосудистая полоска; 6 — спиральная связка; 7 — базилярная мембрана; 8 — спиральный (кортиев) орган; 9 — текториальная мембрана; 10 — спиральный костный гребень (лимб); 11 — спиральный ганглий; б — схема строения спирального (кортиева) органа: 1 — вестибулярная мембрана: 1а — эндотелий; 1б — однослойный плоский эпителий; 2 — базилярная мембрана (коллагеновые волокна); 2а — эндотелий; 3 — спиральная связка; 4 — спиральный гребень (лимб); 5 — дендриты биполярных чувствительных нейронов; 6 — туннель; 7 — покровная мембрана; 8 — внутренние волосковые клетки; 9 — наружные волосковые клетки; 10 — клетки-столбы: 10а — внутренние; 10б — наружные; 11 — фаланговые клетки: 11а — внутренние; 11б — наружные; 12 — пограничные клетки: 12а —внутренние; 12б — наружные 8 6 а 20. Органы чувств 319 320 Часть V. Частная гистология барабанную лестницы, сам перепончатый канал, имеющий на сре� зе треугольную форму. Перепончатый канал ограничен: верхнемедиальной стенкой, которая представлена вестибу� лярной мембраной — тонкой пластинкой из плотной волокнистой соединительной ткани, покрытой с обеих сторон однослойным плоским эпителием. Она обеспечивает транспорт воды и�� электро� литов между пери- и эндолимфой; наружной стенкой, состоящей из сосудистой полоски (вну� три) и�� спиральной связки (снаружи). Сосудистая �� полоска пред� ставлена многорядным эпителием, который является уникальным потому, что в нем находятся кровеносные капилляры. Сосудистая полоска секретирует эндолимфу, обеспечивает транспорт пита� тельных веществ и�� кислорода, поддержание ионного состава и�� раз� ности потенциалов между пери- и�� эндолимфой. Спиральная связ� ка�� — это утолщение надкостницы стенки улитки. Она представле� на плотной волокнистой соединительной тканью и фиксирует перепончатый лабиринт внутри костного; нижней стенкой, которая представлена базилярной пластин� кой. Базилярная пластинка натянута между спиральным костным гребнем (рис.�� 20.5) и�� спиральной связкой. Представлена располо� женными в косом направлении коллагеновыми волокнами. Длина волокон больше у вершины улитки, меньше — у ее основания. Снаружи со стороны барабанной лестницы базилярная пластинка покрыта эндотелием, внутри на базилярной пластинке располо� жен спиральный (кортиев) орган. Спиральный орган представлен рецепторными вторично чув� ствующими волосковыми и поддерживающими клетками, которые разделены туннелем (см. рис. 20.5) на две группы: внутренние и наружные. В состав спирального органа входит также покровная текториальная мембрана, которая содержит коллагеновые волокна и аморфный матрикс. Покровная мембрана контактирует с вер� хушками наружных рецепторных клеток. Внутренние рецепторные волосковые клетки I типа имеют гру� шевидную форму, расположены в один ряд. На их а п и к а л ь н о й п о в е р х н о с т и расположены линейно 50–70 микроворсинок — стереоцилий, которые отличаются от обычных микроворсинок тем, что они более длинные и крупные, узкие у основания и широ� 20. Органы чувств 321 кие у верхушки, имеют более жесткий и упорядоченный цитоскелет, позволяющий стереоцилии сгибаться лишь у основания. Стереоцилии волосковых клеток объединяются в пучки, основание которых погружено в гликопротеиновую пленку — кутикулу. Она является аналогом терминальной сети каемчатых клеток, но имеет большую толщину. В мембране стереоцилий находятся механочувствительные ионные каналы, которые открываются при смещении стереоцилии в определенном направлении и вызывают волну деполяризации. У б а з а л ь н о й п о в е р х н о с т и рецепторной клетки расположены дендриты чувствительных биполярных нейронов, на которые передается импульс. Тела этих нейронов лежат в спиральном ганглии (рис. 20.5). Наружные рецепторные волосковые клетки II типа имеют цилиндрическую форму, расположены в 3—5 рядов. На а п и к а л ь н о й п о в е р х н о с т и находится 100–300 микроворсинок-стерео цилий, расположенных в виде буквы V. Они построены и функционируют так же, как и у внутренних волосковых клеток. На б а з а л ь н о й п о в е р х н о с т и наружной волосковой клетки кроме афферентных синапсов с дендритами чувствительных нейронов описаны эфферентные синапсы с аксонами клеток продолговатого мозга. Функционирование этих синапсов вызывает гиперполяризацию наружных волосковых клеток. Гиперполяризация оказывает тормозное действие на волосковые клетки, что, очевидно, ограничивает идущую от кортиева органа импульсацию. Среди поддерживающих клеток выделяют внутренние и наружные клетки-столбы, внутренние и наружные фаланговые клетки, внутренние и наружные (Хензена, Клаудиуса, Беттхера и пр.) пограничные клетки. К л е т к и - с т о л б ы формируют границы туннеля, в котором располагаются отростки нервных клеток. Ф а л а н г о в ы е к л е т к и окружают и фиксируют волосковые клетки: внутренние — по всей поверхности клетки, наружные — у базального и апикального полюсов посредством плотных контактов. Поддерживающие клетки не только образуют опору волосковых клеток. Они участвуют в регуляции ионного гомеостаза в спиральном органе. П о г р а н и ч н ы е к л е т к и выполняют опорную и секреторную функции. 322 Часть V. Частная гистология Во время звукового воздействия колебания барабанной перепонки передаются на слуховые косточки (молоточек, наковальню и стремечко), далее через овальное окно — на перилимфу вестибулярной лестницы. Через отверстие на вершине улитки колебания перилимфы с вестибулярной лестницы переходят на барабанную и затухают в круглом окне. Колебания перилимфы вестибулярной лестницы приводят к колебаниям вестибулярной мембраны, а значит, эндолимфы перепончатого канала и покровной мембраны. Колебание перилимфы барабанной лестницы передаются на базилярную мембрану и лежащий на ней кортиев орган. В обоих случаях происходит смещение покровной мембраны относительно стереоцилий волосковых клеток спирального органа. Механическое воздействие отклоняет стереоцилии волосковых клеток. Отклонение волосков от оси улитки приводит к открытию механочувствительных каналов в мембране и деполяризации клеток. Отклонение стереоцилий в противоположном направлении ведет к гиперполяризации мембраны и торможению клеток. Афферентная информация по слуховому нерву передается в центральные части слухового анализатора. Орган равновесия Орган равновесия (рис. 20.6) расположен в перепончатом лабиринте внутреннего уха. В состав этого органа входят три полукружных канала с расширениями (ампулами), расположенных в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях, эллиптический мешочек (маточка, utriculus) и сферический мешочек (sacculus). Орган равновесия представлен чувствительными областями — пятнами — в обоих мешочках, гребешками (кристами) в ампулах полукружных каналов. Строение. В состав пятен и гребешков входят рецепторные вторично чувствующие волосковые клетки I и II типов и поддерживающие клетки. Рецепторные клетки I типа имеют грушевидную форму с закругленным основанием. Клетки II типа имеют цилиндрическую форму с округлым основанием. 20. Органы чувств а 323 5 6 б 3 2 4 5 1 2 1 3 4 в 7 г 2 2 2 1 6 3 4 6 II 6 I 1 5 1 7 4 1 3 8 4 Рис. 20.6. Схема строения органа равновесия: а — схема строения перепончатого лабиринта [16]: 1 — улитковый канал; 2 — сферический мешочек (sacculus); 3 — эллиптический мешочек (utriculus); 4 — полукружные каналы; 5 — ампулы полукружных каналов; 6 — гребешки (кристы) ампул; б — схема строения ампулярного гребешка, в — схема строения пятна мешочка [16]: 1 — рецепторные клетки; 2 — стереоцилии рецепторных клеток; 3 — поддерживающие клетки; 4 — отростки нервных клеток; 5 — желатинозный купол; 6 — студенистое вещество; 7 — отолиты; г — волосковые клетки I и II типа [59]: 1 — волосковая клетка; 2 — ресничка (киноцилия) и еe базальное тельце; 3 — микроворсинки (стереоцилии); 4 — кутикула; 5 — поддерживающие клетки; 6 — плотные контакты; 7 — афферентное нервное окончание; 8 — эфферентное нервное окончание Клетки обоих типов в а п и к а л ь н о й ч а с т и содержат 40— 110 неподвижных микроворсинок (стереоцилий) и расположенную на периферии пучка стереоцилий одну ресничку (киноцилию), что отличает эти клетки от волосковых клеток органа слуха. 324 Часть V. Частная гистология Самые длинные стереоцилии находятся вблизи киноцилии, а длина остальных уменьшается по мере удаления от киноцилии. В апикальной части клетки также обнаруживается кутикула — механическая платформа для крепления стереоцилий, которая окружает подвижную зону мембраны вокруг основания киноцилии. Когда механические силы отклоняют стереоцилии в сторону киноцилии, то она погружается внутрь свободной от кутикулы мембраны. Это механическая деформация мембраны ведет к открытию ионных каналов и деполяризации волосковой клетки. При противоположном направлении стимула происходит гиперполяризация мембраны, торможение клетки. В б а з а л ь н о й ч а с т и рецепторных клеток расположены синапсы с дендритами чувствительных нейронов. С волосковой клеткой I типа контактирует только одно нервное окончание, которое окутывает рецепторную клетку в виде чаши. Рецепторная клетка II типа контактирует с несколькими нервными окончаниями. Тела биполярных чувствительных нейронов лежат в вестибулярном ганглии, а аксоны формируют вестибулярный нерв, который направляется в вестибулярные ядра продолговатого мозга. Кроме того, к волосковым клеткам подходят и эфферентные волокна — аксоны клеток продолговатого мозга, которые образуют синаптические окончания на афферентных волокнах, связанных с волосковыми клетками I типа, или непосредственно на волосковых клетках II типа. Поддерживающие клетки изолируют рецепторные клетки друг от друга и создают для них опору. Они связываются апикальными частями друг с другом и с волосковыми клетками плотными контактами, разделяя жидкости внутреннего уха. Между поддерживающими клетками имеются щелевые контакты, осуществляющие электрическую и ионную связь между ними. Кроме того, поддерживающие клетки принимают участие в формировании желатинообразного прозрачного купола, который окружает эпителий ампул, и студенистой отолитовой мембраны, покрывающей эпителий пятен. В студенистой мембране присутствуют отолиты — кристаллы карбоната кальция. Ампулярные гребешки воспринимают угловые ускорения. При действии углового ускорения за счет сил инерции происходит сдвиг эндолимфы. Течение эндолимфы смещает купол, что приво- 20. Органы чувств 325 дит к наклону пучков стереоцилий, погруженных в него, а значит, к возбуждению или торможению рецепторных клеток. Пятна мешочков реагируют на гравитацию и линейные ускорения. Благодаря разнице в плотности отолитовой мембраны и эндолимфы и отсутствию жесткой связи между отолитовой мембраной и макулой при действии линейных ускорений происходит сдвиг отолитовой мембраны по поверхности макулы. Этот сдвиг обеспечивает наклон погруженных в отолитовую мембрану стереоцилий, что приводит к возбуждению или торможению рецепторных клеток. Потенциал действия передается по аксонам биполярных чувствительных клеток в вестибулярные ядра стволовой части мозга. Анализ поступающей информации вызывает рефлекторный ответ тех скелетных мышц, которые корригируют положение тела в пространстве, обеспечивая его равновесие. 21. СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА Общая характеристика Сердечно-сосудистая система включает два основных компонента — сердце и сосуды. Сердце выполняет роль мышечного насоса, обеспечивающего движение крови по сосудистой системе. Сосуды представляют собой систему замкнутых трубок различного диаметра, по которым циркулирует кровь и лимфа. Следовательно, различают кровеносные и лимфатические сосуды. Основные функции сердечно-сосудистой системы: 1) транспортная (доставка к клеткам питательных веществ и О2, удаление продуктов обмена и CO2); 2) интегративная (объединение органов и их систем в целостный организм); 3) регуляторная (регуляция функций органов путем изменения их кровоснабжения и переноса биологически активных веществ — гормонов, факторов роста, цитокинов); 4) метаболическая (участие в обмене веществ между кровью и окружающими тканями). Кровеносные сосуды Развитие. Сосудистая система начинает развиваться на ранних этапах эмбриогенеза, когда процессы диффузии перестают удовлетворять постоянно растущие метаболические потребности развивающегося зародыша. Первые кровеносные сосуды появляются вне организма зародыша — в мезенхиме стенки желточного мешка и хориона на 2—3-й неделе эмбриогенеза. Часть мезенхимных клеток кровяных островков (ангиобластов) превращается в эндотелиальные клетки первичных кровеносных сосудов типа протокапилляров. На 3-й неделе образуются первичные кровеносные сосуды, имеющие вид трубочек и щелевидных пространств, из ангиобластов в теле зародыша. Такой способ развития сосудов из ангиобластов мезенхимы называется первичным ангиогенезом. В конце 3-й недели устанавливается сообщение между кровеносными сосудами внезародышевых органов и тела зародыша. 21. Сердечно-сосудистая система 327 На более поздних этапах внутриутробного развития и в постнатальном периоде кровеносные сосуды образуются путем почкования и роста эндотелиоцитов предсуществующих микрососудов (капилляров, посткапилляров и собирательных венул). Такой способ формирования сосудов обозначается как вторичный ангиогенез. В процессе развития сосудов в эмбриогенезе выделяют две фазы: 1) формирование первичной капиллярной сети; 2) морфологическое и функциональное созревание стенок сосудов. Вторая фаза начинается с момента циркуляции крови (21-е сутки) под влиянием тех гемодинамических условий (кровяное давление, скорость кровотока), которые создаются в различных частях тела. В составе стенок сосудов, помимо эндотелия, из окружающих мезенхимных клеток развиваются гладкомышечные клетки, перициты, адвентициальные клетки, фибробласты. В результате различные виды сосудов приобретают те или иные особенности строения. В ходе перестроек первичных сосудов в эмбриогенезе часть их редуцируется, что обусловлено изменениями потоков крови и регрессией паренхиматозных элементов. Кровеносные сосуды присутствуют практически во всех тканях и органах. Они не обнаружены лишь в эпителиальной и хрящевой ткани, ногтях, эмали, дентине и цементе. В кровеносной системе различают артерии, артериолы, прекапилляры, капилляры, посткапилляры, венулы, вены, артериоло-венулярные анастомозы. Иннервация сосудов. Осуществляется вегетативными афферентными и эфферентными нервными волокнами, которые образуют интраваскулярные адвентициальные сплетения. Чувствительные нервные окончания разнообразны по структуре, содержатся во всех оболочках сосудов. Они собирают информацию о степени наполнения сосудов, уровне давления, скорости кровотока и передают ее в спинальные и/или бульбарные сосудодвигательные центры. Ответная реакция реализуется через эфферентные адренергические (симпатические) и холинергические (парасимпатические) аксоны, формирующие эффекторные нервные окончания на гладких миоцитах средней оболочки. 328 Часть V. Частная гистология Стимуляция симпатических нервных волокон, опосредующих свое действие через α-адренорецепторы, приводит к сокращению гладких миоцитов, т.е. к сужению просвета сосудов (вазоконстрикции). Если действие опосредуется через β-адренорецепторы, то происходит расслабление мышечных клеток, возникает эффект вазодилятации. Парасимпатические нервные волокна найдены в артериях головного мозга, мягкой мозговой оболочки, легких, почек и матки. Активация их приводит к расширению сосудов. Важную роль в регуляции сосудистого тонуса играют и биологически активные вещества. Это могут быть гормоны дистантного действия (адреналин, ацетилхолин, вазопрессин, натрийуретический фактор и др.) и местные регуляторы, синтезируемые как эндотелиальными клетками (простагландины, брадикинин, простациклин, оксид азота, эндотелины), так и другими клетками сосудистой стенки (хромаффиноцитами, тучными клетками). Регенерация. Способность к регенерации у сосудов высокая. Это связано с наличием в стенке кровеносных и лимфатических сосудов камбиальных тканей. Эндотелий является медленно обновляющейся тканью, обладающей диффузным камбием. Высокая пролиферативная способность характерна для соединительно тканных элементов сосудистой стенки. Мышечные элементы восстанавливаются более медленно и неполно, частично путем деления малодифференцированных миоцитов, а также путем образования их из миофибробластов и перицитов. Способность к регенерации зависит от типа сосуда. Более высокая способность отмечена у сосудов микроциркуляторного русла, МЦР (артериол, капилляров и венул). Полное восстановление стенки крупных сосудов после повреждения возможно лишь при небольших дефектах. Кровеносное сосудистое русло в пренатальном онтогенезе дифференцируется на три основных отдела: артериальный, венозный и сосуды микроциркуляторного русла. Артериальный отдел обеспечивает доставку крови к органам и тканям и поддерживает необходимый уровень кровяного давления. Задача венозного отдела — возврат крови к сердцу и регуляция оттока. Сосуды микроциркуляторного отдела (артериолы, прекапилляры, капилляры, посткапилляры, венулы и артериоло-венулярные анастомозы) ответственны за регуляцию кровенаполнения органов, обменные и синтетические процессы, тканевое дыхание. 21. Сердечно-сосудистая система 329 Артерии Артериальный отдел представлен артериями различного калибра от малого до крупного. Стенка всех артерий, независимо от типа сосуда, состоит из трех оболочек: 1) внутренней (tunica intima); 2) средней (tunica media); 3) наружной (tunica externa). Внутренняя оболочка, в свою очередь, состоит из трех слоев: сосудистого эндотелия; субэндотелиального слоя; внутренней эластической мембраны. Внутренняя поверхность сосудов выстлана пластом лежащих на базальной мембране эндотелиальных клеток. Последние характеризуются выраженным полиморфизмом, имеют различную форму, размеры и строение в зависимости от калибра и локализации сосуда. Их цитоплазма истончена, содержит транспортные пузырьки, которые, порой сливаясь, образуют трансэндотелиальные каналы. Органеллы эндотелиоцитов немногочисленны, локализуются вокруг ядер. Эндотелий, занимая пограничное положение между кровью и тканевыми элементами стенки сосуда, выполняет барьерную, транспортную, секреторную, гемостатическую, метаболическую и другие функции (см. гл. 11. Эпителиальные ткани). Субэндотелиальный слой образован рыхлой волокнистой соединительной тканью (РВСТ). В крупных сосудах здесь встречаются малодифференцированные клетки, отдельные продольно направленные гладкие миоциты, лимфоциты, макрофаги; в межклеточном веществе — значительное количество гликозаминогликанов (ГАГ). Основное аморфное вещество субэндотелиального слоя крупных сосудов играет большую роль в трофике стенки сосуда. На границе внутренней и средней оболочек расположена внутренняя эластическая мембрана. Средняя оболочка состоит из гладких миоцитов, расположенных по пологой спирали. Между миоцитами локализуются пучки эластических волокон и/или эластические окончатые (фенестрированные) мембраны. Мышечные и эластические элементы окружены сетью тонких коллагеновых и ретикулярных волокон, опле- 330 Часть V. Частная гистология тающих их и соединяющих все элементы стенки в единую морфофункциональную систему. Наружная оболочка отделяется от средней посредством наружной эластической мембраны. Эта оболочка содержит РВСТ с большим количеством продольно и косо расположенных коллагеновых и эластических волокон. В ее составе присутствуют сосуды сосудов и нервные волокна. Сосуды сосудов проникают до глубоких слоев средней оболочки. Питание внутренней оболочки и внутренней трети средней оболочки осуществляется за счет диффузии питательных веществ из крови, протекающей по самой артерии. Тканевый состав и степень развития оболочек в артериях разного калибра неодинаковы, что связано с гемодинамическими условиями и особенностями функций, выполняемых сосудами тех или иных отделов артериального русла. В связи с этим различают артерии эластического, смешанного (мышечно-эластического) и мышечного типов. Артерии эластического типа (аорта, легочная артерия) выполняют транспортную функцию и функцию поддержания давления крови в артериальной системе во время диастолы сердца. Кровь в эти сосуды поступает под высоким давлением (120— 130 мм рт. ст.) и с большой скоростью (около 1 м/с). Наличие хорошо выраженного эластического каркаса в стенке этих сосудов позволяет им легко растягиваться при прохождении порции крови во время систолы сердца и возвращаться в исходное состояние при диастоле, обеспечивая непрерывность потока крови. Типичным примером артерий эластического типа является аорта. Внутренняя оболочка аорты представлена крупными эндотелиальными клетками полигональной или округлой формы, лежащими на базальной мембране, субэндотелиальным слоем и сплетением эластических волокон. Субэндотелиальный слой утолщен, составляет 15—20 % толщины всей стенки, содержит тонкофибриллярную РВСТ, богатую малодифференцированными и фибробластическими клетками и ГАГ. Глубже субэндотелиального слоя расположено густое сплетение эластических волокон. Среднюю оболочку аорты формируют окончатые (фенестрированные) эластические мембраны гомогенного и смешанного типов (50—70). Мембраны лежат концентрически и связаны между со- 21. Сердечно-сосудистая система 331 бой эластическими и коллагеновыми волокнами. Толщина их составляет 2—3 мкм, а межмембранное пространство — 13—25 мкм. Окна в различных эластических мембранах располагаются мозаично, наличие их способствует диффузии питательных веществ и метаболитов, газообмену. Между мембранами в прослойках РВСТ находятся гладкие миоциты. Они занимают меньшую часть объема оболочки и имеют косонаправленную ориентацию. Гладкие миоциты аорты — это в большей степени клетки секреторного типа, синтезирующие ГАГ, коллаген и эластин. Наружная оболочка развита хорошо, содержит много эластических и коллагеновых волокон, имеющих продольное направление, сосуды сосудов и нервные волокна. Она отделена от средней оболочки сплетением эластических волокон. Артерии смешанного типа — это крупные магистральные артерии, являющиеся ветвями аорты (сонная, подключичная, подвздошная и другие артерии). Толщина стенки у этих артерий увеличивается по сравнению с диаметром просвета. По строению и функциональным особенностям они занимают промежуточное положение между сосудами эластического и мышечного типов. У этих артерий значительный подэндотелиальный слой. Их средняя оболочка толще и прочнее, чем у артерий мышечного типа, и представлена примерно равным количеством мышечных и эластических элементов. Между слоями гладких миоцитов этой оболочки расположены густые сети эластических волокон и эластические фенестрированные мембраны. На границе внутренней и средней оболочек отчетливо выражена внутренняя эластическая мембрана. Наружная оболочка имеет обычное для артерий строение. Артерии смешанного типа способны не только сильно сокращаться, но и обладают высокими эластическими свойствами. Артерии мышечного типа выполняют не только транспортную, но и распределительную функцию, регулируя приток крови к органам в зависимости от их функциональной нагрузки. К этим артериям относятся органные и экстраорганные сосуды среднего и мелкого калибра. Толщина стенки артерий мышечного типа значительно превышает диаметр их просвета. В средней оболочке этих артерий преобладают гладкомышечные клетки, благодаря которым поддерживается необходимый уровень кровяного давления. 332 Часть V. Частная гистология Внутренняя оболочка тонкая, содержит эндотелий с базальной мембраной, субэндотелиальный слой и внутреннюю эластическую мембрану. Последняя хорошо выражена и на гистологических препаратах имеет вид извитой блестящей пластинки (рис. 21.1, а). Средняя оболочка самая толстая, большую ее часть составляют плотно упакованные слои гладкомышечных клеток, ориентированных по пологой спирали (рис. 21.1, а). Миоциты вместе со спирально и дугообразно расположенными эластическими волокнами III II I а 1 4 2 3 6 7 б I II III 4 5 Рис. 21.1. Строение сосудов [61]: а — артерия мышечного типа; б — вена мышечного типа: слева — окраска гематоксилин — эозином; справа — окраска орсеином (окрашиваются эластические волокна); I — внутренняя оболочка; II — средняя оболочка; III — наружная оболочка; 1 — сосудистый эндотелий; 2 — субэндотелиальный слой; 3 — внутренняя эластическая мембрана; 4 — гладкомышечные клетки; 5 — эластические волокна; 6 — рыхлая волокнистая ткань; 7 — сосуды сосудов 21. Сердечно-сосудистая система 333 создают единый пружинящий каркас, который препятствует спадению артерий и обеспечивает непрерывность кровотока. Снаружи средняя оболочка отграничена наружной эластической мембраной, выраженной слабее внутренней. Наружная оболочка — адвентициальная (РВСТ с сосудами и нервами). По мере уменьшения диаметра артерий все оболочки истончаются, количество миоцитов и эластических волокон в средней оболочке постепенно убывает, исчезает наружная эластическая мембрана. Сосуды микроциркуляторного русла К системе микроциркуляторного русла относят сосуды, осуществляющие обмен веществ между кровью и тканями. В связи с этим микроциркуляторное русло иначе называют обменным звеном сосудистой системы, которое включает артериолы, прекапилляры, капилляры, посткапилляры, венулы и артериоло-венулярные анастомозы. Эти сосуды обеспечивают паренхиму органов питательными веществами, транспортируют метаболиты, осуществляют газообмен, обеспечивают регуляцию кровенаполнения органов, выполняют дренажно-депонирующую функцию. Удельный вес сосудов микроциркуляторного русла в кровеносной системе исключительно велик. Достаточно сказать, что суммарная длина только кровеносных капилляров в теле человека достигает 100 000 км, а их общая обменная площадь составляет около 1000 м2. Вместе с тем насыщенность тканей и органов элементами микрососудистого русла неодинакова. В каждом органе в соответствии с его функцией существуют специфические особенности конфигурации, диаметра и плотности расположения сосудов микроциркуляторного русла. Артериолы — это мелкие сосуды диаметром 50—100 мкм, постепенно переходящие в капилляры. Они сохраняют черты строения артерий мышечного типа. В стенках артериол имеются все три оболочки, однако они становятся очень тонкими. Внутренняя оболочка состоит из удлиненных по ходу сосудов эндотелиоцитов, расположенных на базальной мембране. Подэн- 334 Часть V. Частная гистология дотелиальный слой тонкий, внутренняя эластическая мембрана резко истончена, местами прерывистая. Средняя оболочка содержит 1—2 слоя спирально ориентированных гладких миоцитов. В небольшом количестве обнаруживаются эластические волокна. Гладкие миоциты имеют непосредственные контакты (нексусы) с эндотелиоцитами из-за наличия микроперфораций в базальной и внутренней эластической мембранах. Миоэндотелиальные контакты позволяют оперативно изменять диаметр артериол в зависимости от изменений химизма крови. Наружная эластическая мембрана отсутствует. Наружная оболочка — адвентициальная, сформирована тонкой прослойкой рыхлой волокнистой соединительной ткани. Прекапилляры (прекапиллярные, или терминальные, арте риолы, метартериолы) образуются в результате разветвления артериол и имеют более узкий диаметр (14—16 мкм). Эластические элементы в их стенке полностью отсутствуют. Мышечные клетки, спирально обвивающие эндотелиальную трубку, расположены на значительном расстоянии друг от друга. В местах отхождения капилляров от метартериол циркулярно ориентированные миоциты образуют прекапиллярные сфинктеры. Эти участки характеризуются значительным количеством миоэндотелиальных контактов по типу нексусов и высокой чувствительностью к перепадам давления и воздействию ряда химических веществ (гормонов, медиаторов). Это позволяет им оперативно регулировать местный кровоток, изменяя условия микроциркуляции в отдельных группах клеток, небольших участках органов и тканей. Капилляры — наиболее многочисленные и самые тонкие микрососуды, по которым кровь транспортируется из артериального звена в венозное. В ряде случаев капилляры могут располагаться между двумя артериолами (клубочки почек) или двумя венулами (портальная система печени и аденогипофиза), формируя «чудесные сети». Диаметр капилляров варьирует от 4 до 30—40 мкм. Наиболее узкие капилляры (диаметром 4—6 мкм) локализуются в скелетных мышцах и легких. Самые широкие (максимальный диаметр — 30—40 мкм) — в органах кроветворения. В большинстве случаев капилляры формируют сети, могут образовывать петли (сосочки кожи, ворсинки кишечника) или клубочки (почки). Насыщенность капиллярами различных органов существенно ва- 21. Сердечно-сосудистая система 335 рьирует. В 1 мм3 головного мозга, миокарда, печени и почек находится до 2500—3000 капилляров, в скелетных мышцах — 300—1000 капилляров, а в соединительной и жировой ткани их еще меньше. В физиологических условиях в любой ткани или органе находится до 50 % нефункционирующих капилляров, пропускающих лишь плазму крови. Функциональное значение капилляров чрезвычайно велико. Они обеспечивают обменные процессы между кровью и тканями. Их общая обменная поверхность составляет около 1000 м2, по альтернативным данным — до 3000 м2. Стенка гемокапилляров содержит один слой эндотелиоцитов, базальную мембрану и перициты, заключенные в расщеплении базальной мембраны. Снаружи локализованы адвентициальные клетки и тонкие коллагеновые волокна, погруженные в аморфное вещество. Толщина эндотелиоцитов неодинакова в различных капиллярах и колеблется от 200 нм до 1—2 мкм в периферических участках и 3—5 мкм в околоядерной зоне. Клетки эндотелия соединяются друг с другом с помощью простых адгезионных, плотных и щелевидных контактов. Люминальная поверхность их покрыта слоем гликопротеинов (гликокаликс), обеспечивающим атромбогенную и барьерную функции. Цитоплазма эндотелиоцитов богата транспортными пиноцитозными пузырьками. Эндотелий, являясь активным компонентом сосудистой стенки, принимает участие в различных межклеточных взаимодействиях: с клетками крови, клетками сосудистой стенки и другими клеточными элементами. Базальная мембрана гемокапилляров — тонкофибриллярная полупроницаемая пластинка толщиной 30—35 нм. В ее состав входят коллагеновые микрофибриллы, протеогликаны, сульфатированные ГАГ. Она выполняет разграничительную, опорную и барьерную функции. В дупликатуре базальной мембраны располагаются перициты — уплощенные отростчатые клетки мезенхимного происхождения. В их цитоплазме имеются актиновые и миозиновые микрофиламенты. Перициты связаны с эндотелием щелевидными и плотными контактами. В зонах контактов базальная мембрана отсутствует. На этих клетках обнаруживаются нервные окончания волокон ВНС, под регулирующим действием которой они способ- 336 Часть V. Частная гистология ны набухать, увеличиваться в размерах и, таким образом, регулировать просвет капилляров. Кроме того, они обладают фагоцитарной активностью, являются источником гладких мышечных клеток, контролируют пролиферацию эндотелиальных клеток, участвуют в синтезе компонентов базальной мембраны. В соответствии с морфофункциональной классификацией различают три основных типа гемокапилляров. 1. Капилляры соматического (непрерывного) типа — самый распространенный тип капилляров. Диаметр их просвета 6—11 мкм. Эндотелиоциты соединяются друг с другом плотными и адгезионными (десмосомы) контактами, образуют сплошную выстилку без каких-либо межклеточных или трансцеллюлярных каналов и пор. Базальная мембрана непрерывная, хорошо выражена, в нее заключены раздельно лежащие перициты (рис. 21.2, I). Такие капилляры обладают высокими барьерными свойствами и содержатся в ЦНС, легких, скелетной и сердечной мышцах, нервах, коже. 2. Капилляры фенестрированного (висцерального) типа отличаются наличием в эндотелии локальных истончений (фенестр). Между эндотелиоцитами преобладают простые контакты. Базальная мембрана сплошная, но более тонкая по сравнению с капиллярами соматического типа (рис. 21.2, II). Перициты и адвентициальные клетки содержатся в небольшом количестве. Такие I 6 2 1 7 II 6 2 Рис. 21.2. Типы капилляров [15]: I — соматического типа; II — фенестрированного типа; III — синусоидного типа; 1 — эндотелиоцит; 2 — базальная мембрана; 3 — фенестры; 4 — щели (поры); 5 — перицит; 6 — адвентициальная клетка; 7 — контакт эндотелиоцита и перицита; 8 — нервное окончание 5 8 31 5 3 2 III 1 4 21. Сердечно-сосудистая система 337 капилляры преобладают в эндокринных органах, почках, желу дочно-кишечном тракте. 3. Капилляры синусоидного (перфорированного) типа имеют широкий просвет (диаметр 20—40 мкм). Эндотелий прерывистый, содержит сквозные каналы или поры (рис. 21.2, III). Базальная мембрана фрагментированная или отсутствует. Перицитов и адвентициальных клеток нет. Через стенку таких капилляров могут проникать не только крупномолекулярные вещества, но и клетки. Перфорированные капилляры характерны для органов кроветворения (красного костного мозга, селезенки) и печени. Органоспецифичность капилляров, включающая особенности строения их стенки, а также внешний вид, густоту и геометрию их расположения, целесообразно связана с особенностями структуры и функции органов. Вместе с тем особенности строения капиллярного русла могут существенно изменяться, капилляры одного типа могут трансформироваться в капилляры другого типа при изменении функции органов в норме и при патологии. Отводящие сосуды МЦР образованы мелкими венулами — сосудами диаметром 12—30 мкм, возникающими от слияния капилляров. Мелкие венулы впадают в более крупные, образуя сложную систему с многочисленными анастомозами. Формирование путей оттока крови отличается значительной сложностью, протяженностью, разнообразием их направлений и обширностью окольных сообщений. Этот отдел сосудистого русла подвержен многочисленным структурным вариациям в зависимости от функционального назначения органа и ткани. В связи с этим различают следующие разновидности венул: посткапиллярные, собирательные и мышечные. Посткапиллярные венулы (посткапилляры) — сосуды диаметром 12—30 мкм, имеют сходное с капиллярами строение. Однако внутренняя поверхность эндотелиоцитов неровная за счет более значительного числа микроворсинок. Эндотелий их большей частью фенестрированный. В составе стенки чаще встречаются перициты. Посткапилляры вместе с капиллярами представляют наиболее проницаемые участки сосудистого русла. В собирательных венулах (диаметр 30—50 мкм) перициты еще более многочисленны, образуют сплошной слой. Появляется выраженная наружная оболочка. 338 Часть V. Частная гистология В мышечных венулах (диаметр 50—100 мкм) устанавливается трехкомпонентная структура стенки, выявляются три оболочки. Средняя оболочка представлена гладкими миоцитами, располагающимися в один слой, чаще продольно. Эластические мембраны отсутствуют. Венулярное русло вместе с лимфатическими капиллярами обеспечивает рациональный возврат крови из тканей, регулируя гематолимфатическое равновесие между кровью и внесосудистой жидкостью и удаляя продукты метаболизма. Задачей венозного кровотока является также поддержание тургора тканей, определенной степени кровенаполнения органов. Кроме того, венулы в силу высокой растяжимости их стенок обладают депонирующей функцией. Артериоло-венулярные анастомозы. Кровь может поступать из артериальной системы в венозную, минуя капилляры, через артериоло-венулярные анастомозы (АВА). Путь кровотока через анастомозы короче транскапиллярного, поэтому их также называют шунтами. Выделяют истинные шунты, которые передают в венулы чисто артериальную кровь, и полушунты, несущие смешанную кровь. Истинные шунты имеют различную форму и строение. Все их многообразные варианты можно разделить на две подгруппы: 1) простые АВА, или АВА без специальных сократительных структур; 2) АВА, имеющие специальные сократительные устройства или аппараты. В п р о с т ы х и с т и н н ы х а н а с т о м о з а х роль регулятора кровотока через короткое соустье выполняют гладкомышечные клетки средней оболочки самой артериолы. В анастомозах 2-й подгруппы имеются специальные сократительные структуры в виде гладких миоцитов (АВА типа замыкающей артерии) или в виде эпителиоидных клеток (АВА эпителиоидного типа). Для А В А т и п а з а м ы к а ю щ е й а р т е р и и характерно наличие продольно расположенных гладких мышечных клеток во внутренней оболочке артериол в виде валиков, выбухающих в ее просвет (рис. 21.3, б). Сокращение мышечных валиков приводит к уменьшению просвета анастомоза или полному его закрытию. 21. Сердечно-сосудистая система а б 339 в г Рис. 21.3. Артериоло-венулярные анастомозы [15]: а — атипичный; б — типа замыкающей артериолы; в — простой эпителиоидного типа; г — сложный эпителиоидного типа В А В А э п и т е л и о и д н о г о т и п а в средней оболочке имеются крупные эпителиоидные Е-клетки (производные гладких миоцитов), способные к набуханию. Набухая, они сдавливают анастомоз, закрывая его просвет. По строению последние бывают простые и сложные. Простые состоят из одной ветви (рис. 21.3, в), а в сложных приносящая артериола делится на 2—4 ветви, переходящие в венозный сегмент. Эти ветви окружены одной соединительнотканной капсулой (рис. 21.3, г). Полушунты (атипичные анастомозы) — это соединения артериол и венул с помощью широкого и короткого капилляра (рис. 21.3, а). Через капилляр может осуществляться обмен с тканями газами и метаболитами, в результате в венулу попадает не чисто артериальная, а смешанная кровь. Артериоло-венулярные анастомозы имеют большое значение для регуляции местного и общего давления, они позволяют обогащать венозную кровь кислородом, регулировать кровоток в органе в зависимости от его функциональной активности, принимают участие в терморегуляции (анастомозы кожи). Соединения артериол и венул играют большую роль в компенсаторных реакциях организма. При нарушениях местного кровообращения, связанного со спазмом сосудов, хроническим воспалением, развитием опухоли и других патологических состояниях, поток крови направляется в органы через АВА. 340 Часть V. Частная гистология Вены Эти сосуды относятся к депонирующим. В венозном звене сосудистого русла находится около 70 % всей крови. Они не обладают пропульсивной способностью, но подвергаются активной перестройке в соответствии с функциональными требованиями. Принцип строения вен сходен с артериями. Их стенка состоит из трех оболочек: внутренней, средней и наружной (см. рис. 21.1, б). Однако особенности гемодинамики (низкое кровяное давление — 15—20 мм рт.ст. и медленный кровоток — около 10 мм/с в органных венах) придают структуре их стенки ряд особенностей. 1. Венозная система построена по принципу конвергенции, по пути от капилляров к сердцу происходит постепенное слияние сосудов (исключение — воротная система печени и аденогипофиза). 2. Толщина стенки вен значительно меньше диаметра их просвета. 3. Границы между оболочками вен менее отчетливы. 4. В венах слабо развит эластический каркас. Внутренняя эластическая мембрана выражена незначительно или отсутствует, а наружная — чаще не определяется. 5. Средняя оболочка образована отдельными пучками гладких миоцитов, не образует сплошных пластов. 6. Наиболее выраженной является наружная оболочка, превышающая размеры внутренней и средней оболочек в несколько раз. 7. Вены, расположенные ниже уровня сердца, имеют клапаны, препятствующие обратному току крови. 8. Для вен характерна вариабельность строения как разных сосудов, так и отдельных участков одного сосуда. 9. Сосуды сосудов пронизывают всю стенку вены, снабжая артериальной кровью тканевые элементы всех трех оболочек. В основу классификации вен положена степень развития мышечных элементов в их стенке. На этом основании выделяют две группы вен: безмышечного (фиброзного, волокнистого) и мышечного типа. К сосудам безмышечного типа относятся вены селезенки, костей, оболочек мозга, сетчатки глаза, плаценты, центральные вены 21. Сердечно-сосудистая система 341 печени. Отток по волокнистым венам осуществляется пассивно либо под действием собственной силы тяжести (вены мозговых оболочек, сетчатки глаза), либо в силу того, что стенки их сращены с плотными или твердыми элементами органов (вены селезенки, плаценты, костей) и не спадаются. Стенка вен безмышечного типа тонкая, состоит из эндотелия, лежащего на базальной мембране, и наружной соединительнотканной оболочки. Гладких миоцитов нет. Сосуды мышечного типа делятся: на вены со слабым развитием мышечных элементов; вены со средним развитием мышечных элементов; вены с сильным развитием мышечных элементов. Вены со слабым развитием мышечных элементов — это, в первую очередь, вены головы и шеи, а также вены верхней половины туловища и верхних конечностей. По диаметру это вены мелкого и среднего калибра. Кровь в них продвигается пассивно вследствие собственной силы тяжести. Стенка таких вен тонкая, состоит из трех оболочек. Подэндотелиальный слой внутренней оболочки развит слабо. Средняя оболочка представлена небольшим количеством гладких миоцитов в виде пучков, имеющих циркулярную ориентацию. В наружной оболочке обнаруживаются единичные продольно расположенные мышечные клетки. К венам со средним развитием мышечных элементов относятся плечевая вена и средние вены нижних конечностей. Гладкие миоциты в этих венах содержатся во всех трех оболочках. Во внутренней и наружной оболочках — это отдельные продольно ориентированные мышечные клетки, в средней — циркулярные пучки гладких миоцитов, разделенные прослойками соединительной ткани. Внутренняя и наружная эластические мембраны, как правило, отсутствуют. В большинстве вен внутренняя оболочка образует клапаны, основу которых составляет РВСТ, в их основании содержатся эластические волокна и гладкие миоциты. К группе вен с сильным развитием мышечных элементов относятся крупные вены ног и нижней половины туловища. Эти вены отличаются хорошо развитой средней оболочкой, состоящей из циркулярно расположенных пучков гладких миоцитов. Внутрен- 342 Часть V. Частная гистология няя оболочка состоит из эндотелия, лежащего на непрерывной базальной мембране, и слабо развитого подэндотелиального слоя. В последнем нередко можно видеть отдельные продольные пучки мышечных клеток. Хорошо развит клапанный аппарат. Внутренняя и наружная эластические мембраны чаще отсутствуют. Основную часть стенки занимает наружная оболочка, которая состоит из мощных продольных пучков миоцитов и разделяющих их толстых прослоек РВСТ. Сокращение мышечной ткани наружной оболочки не только способствует продвижению крови по венам, но и ведет к образованию поперечных складок в венах. Эти складки препятствуют обратному току крови и компенсируют отсутствие клапанов. Значительное влияние на кровоток в этих венах оказывают и сокращения мускулатуры ног и таза. Лимфатические сосуды Лимфатические сосуды вместе с лимфатическими узлами входят в состав лимфатической системы. Среди лимфатических сосудов различают: лимфатические капилляры; интра- и экстраорганные лимфатические сосуды; главные лимфатические стволы — грудной проток и правый лимфатический проток, впадающие в крупные вены шеи. Лимфатические сосуды, как и кровеносные, развиваются из мезенхимы. В функциональном плане лимфатические сосуды отводят тканевую жидкость от органов и тканей в кровеносное русло, обеспечивают миграцию лимфоцитов. Лимфатические капилляры — это слепо начинающиеся эндотелиальные трубки, анастомозирующие друг с другом. Диаметр их, как правило, 20—30 мкм, может изменяться в зависимости от степени наполнения их лимфой. Стенка лимфатических капилляров представлена крупными эндотелиальными клетками, в 3—4 раза крупнее, чем в кровеносных капиллярах. Базальная мембрана чаще отсутствует или фрагментирована. Эндотелий лимфатических капилляров связан с окружающей соединительной тканью якорными, или стропными, филаментами, препятствую 21. Сердечно-сосудистая система а 343 б 2 2 1 3 3 1 3 Рис. 21.4. Лимфокапилляр: а — схема [20]; б — электронограмма [27]: 1 — эндотелиоцит; 2 — фрагментированная базальная мембрана; 3 — стропные (якорные) филаменты щими их спадению (рис. 21.4). Лимфокапилляры в виде сети пронизывают все органы и ткани, за исключением мозга, глазного яблока, аденогипофиза, костного мозга, селезенки, плаценты. Лимфатические капилляры выполняют дренажную функцию, всасывают тканевую жидкость, содержащую продукты обмена веществ, а также инородные частицы и микробы, и отводят ее в кровеносное русло. Отводящие лимфатические сосуды в структурном плане подобны венам, так как находятся в сходных условиях гемодинамики (низкое давление, направление тока жидкости от органов к сердцу, небольшая скорость лимфотока). Как и вены, лимфатические сосуды бывают: безмышечного (фиброзного) и мышечного типа. По диаметру они делятся на мелкие, средние и крупные. Мелкие сосуды (диаметр 30—40 мкм) — интраорганные, безмышечного типа. Их стенка состоит из сосудистого эндотелия и волокнистого слоя. Средние и крупные лимфатические сосуды (диаметр более 0,2 мм) — экстраорганные сосуды и главные лимфатические стволы — мышечного типа. В составе их стенки различают три оболочки: внутреннюю, среднюю и наружную. 344 Часть V. Частная гистология В н у т р е н н я я о б о л о ч к а представлена сосудистым эндотелием и субэндотелиальным слоем, ее дупликатура образует клапаны. На границе внутренней и средней оболочек находится неотчетливо выраженная внутренняя эластическая мембрана. С р е д н я я о б о л о ч к а более выражена в лимфатических сосудах нижних конечностей. Она содержит пучки гладких миоцитов, имеющие циркулярное и косое направление. Н а р у ж н а я о б о л о ч к а образована рыхлой волокнистой соединительной тканью, иногда содержащей отдельные продольно расположенные гладкие миоциты. Крупные лимфатические стволы (грудной и правый лимфатический протоки) имеют следующие особенности: их внутренняя и средняя оболочки выражены относительно слабо; наружная оболочка значительно толще двух других; во всех оболочках содержатся пучки гладких миоцитов, имеющие продольное направление во внутренней и наружной оболочках, косое и циркулярное — в средней. По ходу лимфатических сосудов и стволов обнаруживаются полулунные клапаны, состоящие из двух створок. Клапаны — это соединительнотканные пластинки, покрытые с обеих сторон эндотелием. Расширенные участки лимфососудов между соседними клапанами называются лимфангионами. В лимфангионе различают три части: 1) область прикрепления клапана (суженная часть); 2) синус клапана — расширенный участок, следующий за клапаном; 3) мышечная манжетка — средний отдел лимфангиона, где сосредоточены миоциты. Сердце Сердце — центральный орган крово- и лимфообращения. Выполняя насосную функцию, сердце приводит в движение кровь в сосудах и поддерживает кровяное давление. Закладка сердца появляется на 3-й неделе эмбриогенеза в виде парного скопления мезенхимных клеток в головном отделе заро- 21. Сердечно-сосудистая система 345 дыша. Эти скопления располагаются под висцеральными листками спланхнотомов, которые утолщаются и превращаются в миоэпикардиальные пластинки. Из мезенхимы образуются две эндотелиальные трубки, впоследствии сливающиеся в одну и дающие начало эндокарду. Из материала миоэпикардиальных пластинок образуются миокард и эпикард. Сердце — полый слоистый орган, стенка которого состоит из трех оболочек: эндокарда, миокарда, эпикарда. Эндокард Эндокард выстилает изнутри камеры сердца, покрывает папиллярные мышцы, сухожильные нити и клапаны сердца. Имеет сходное с артерией строение и включает четыре слоя (рис. 21.5, I): 1) эндотелий с базальной мембраной; 2) подэндотелиальный; 5 1 2 3 4 I 6 Рис. 21.5. Схема строения стенки сердца [13]: I — эндокард; II — миокард; III — эпикард; 1 — эндотелий; 2 — субэдотелиальный слой; 3 — мышечноэластический слой; 4 — наружный соединительнотканный слой; 5 — волокна Пуркинье; 6 — сократительные КМЦ в продольном разрезе; 7 — сократительные КМЦ в поперечном разрезе; 8 — капилляры между КМЦ; 9 — соединительная и жировая ткань в эпикарде; 10 — мезотелий; 11 — артерия II 11 7 8 6 III 9 10 346 Часть V. Частная гистология 3) мышечно-эластический; 4) наружный соединительнотканный. Со стороны полости сердца эндокард выстлан непрерывным слоем эндотелия, состоящим из полигональных клеток. Его клетки, соединенные многочисленными адгезионными и плотными контактами, лежат на базальной мембране. Глубже находится подэндотелиальный слой, образованный соединительной тканью, содержащей малодифференцированные и фибробластические клетки, отдельные миоциты. Эндотелий и подэндотелиальный слои аналогичны внутренней оболочке артерии. Мышечно-эластический слой включает гладкие миоциты, в отдельных случаях имеющие многоотростчатую форму и окруженные густой сетью эластических волокон. Эластический компонент этого слоя лучше выражен в эндокарде предсердий. По структуре он напоминает среднюю оболочку артериальной стенки. Глубокий соединительнотканный слой соединяет эндокард с миокардом и является аналогом наружной оболочки сосудов. Этот слой содержит сплетения нервных волокон и кровеносные сосуды. Питание других слоев эндокарда осуществляется из крови, протекающей через камеры сердца. В предсердно-желудочковой области и у основания крупных сосудов (аорты и легочной артерии) эндокард образует складки (дупликатуры), называемые клапанами. Различают створчатые и полулунные клапаны. Предсердно-желудочковые клапаны являются створчатыми (слева — двустворчатый, справа — трехстворчатый), а желудочково-сосудистые — полулунными. Клапаны представляют собой покрытые эндотелием тонкие пластинки, состоящие из плотной волокнистой соединительной ткани. Предсердно-желудочковые клапаны имеют гладкую предсердную поверхность. В их субэндотелиальном слое располагается густое сплетение эластических волокон и пучки гладких миоцитов, количество которых нарастает к основанию клапанов. Желудочковая поверхность неровная, с выростами, от которых начинаются сухожильные нити. У основания клапанов обнаружены кровеносные сосуды и миелиновые нервные волокна. Основное вещество створок клапанов богато гликозаминогликанами. 21. Сердечно-сосудистая система 347 Полулунные клапаны аорты и легочной артерии в целом имеют сходное с предсердно-желудочковыми клапанами строение. Однако створки их более тонкие, не имеют сухожильных нитей, на желудочковой стороне содержат значительное количество эластических волокон. Миокард Миокард — самая мощная многотканевая оболочка сердца. Она состоит преимущественно из сердечной поперечнополосатой мышечной ткани с тонкими и нежными прослойками рыхлой волокнистой соединительной ткани, в которой расположены кровеносные и лимфатические сосуды, вегетативные нервные узлы, нервные волокна и окончания (рис. 21.5, II). Основу мышечной ткани составляют клетки — кардиомиоциты (КМЦ) трех типов: 1) рабочие, или сократительные, типичные; 2) проводящие, или атипичные; 3) секреторные. Большинство мышечных клеток миокарда специализированы для выполнения сократительной функции и получили название сократительных или рабочих кардиомиоцитов (КМЦ). Это клетки чаще цилиндрической формы (в области желудочков), с центрально расположенными 1—2 ядрами, которые нередко бывают полиплоидными. В цитоплазме КМЦ мощно развит сократительный аппарат, который уложен в виде изолированных, хорошо упакованных пучков миофиламентов — миофибрилл, отделенных друг от друга густой сетью мембранных трубочек (см. гл. 16. Мышечные ткани). Миофибриллы занимают около 40—50 % объема клетки. Между миофибриллами в 1—2 ряда, под сарколеммой и в околоядерном пространстве расположены многочисленные митохондрии (составляют 30—35 % объема цитоплазмы) с большим количеством крист (рис. 21.6, а). Наличие большого числа митохондрий в сердечной мышце связано с ее способностью к непрерывной работе в течение всей жизни. В КМЦ выражена система мембранных структур. Это, прежде всего, Т-трубочки — попе- 348 а Часть V. Частная гистология 8 9 б 11 1 10 2 1 7 7 3 6 г в 3 3 1 7 2 12 1 11 5 4 Рис. 21.6. Кардиомиоциты [7]: а — сократительный; б — секреторный; в — Р-клетка (клетка-пейсмекер); г — проводящий (клетка Пуркинье): 1 — ядро; 2 — миофибриллы; 3 — митохондрии; 4 — гранулярная ЭПС; 5 — комплекс Гольджи; 6 — секреторные гранулы; 7 — включения гликогена; 8 — вставочный диск; 9 — десмосома; 10 — щелевидный контакт; 11 — кровеносный сосуд; 12 — двигательное нервное окончание 21. Сердечно-сосудистая система 349 речные инвагинации цитолеммы и базальной мембраны, передающие возбуждение внутрь клетки. Совокупность канальцев и цистерн саркоплазматического ретикулума (агранулярной эндоплазматической сети) образуют L-трубочки и терминальные цистерны, депонирующие необходимые для сокращения ионы Ca2+. Типичные миоциты содержат также лизосомы, свободные рибосомы, гранулярную ЭПС, комплекс Гольджи, включения гликогена и липидов. Сократительные кардиомиоциты соединяются между собой конец в конец с помощью вставочных дисков, специализированных межклеточных контактов, и образуют функциональные мышечные волокна. Последние анастомозируют друг с другом, формируя единую трехмерную сеть, своеобразный ложный синцитий, способный одновременно и эффективно сокращаться. В области вставочных дисков, имеющих зигзагообразный вид, встречаются три вида соединений: нексусы, десмосомы и зоны прикрепления миофибрилл. Нексусы осуществляют быстрое проведение возбуждения от одного КМЦ к другому, обеспечивая их синхронное сокращение. Десмосомы и зоны прикрепления миофибрилл способствуют прочному механическому сцеплению КМЦ в функциональные мышечные волокна. Кардиомиоциты предсердий имеют отросчатую форму, небольшие размеры. По сравнению с КМЦ желудочков они содержат меньше миофибрилл, митохондрий и элементов саркоплазматической сети. Т-трубочки в них отсутствуют или слабо развиты. В тех миоцитах, где нет Т-трубочек, на периферии клеток, под сарколеммой, располагаются многочисленные пиноцитозные пузырьки и кавеолы. Полагают, что эти пузырьки и кавеолы являются функциональными аналогами Т-трубочек. В некоторых КМЦ, локализованных преимущественно в передней стенке предсердий и ушках, хорошо развита гранулярная эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи. В их цитоплазме обнаруживаются секреторные гранулы (рис. 21.6, б). Это — секреторные кардиомиоциты, которые вырабатывают натрийуретический фактор (НУФ), или атриопептин. Действие НУФ направлено преимущественно на почки и выражается в увеличении объема диуреза и экскреции ионов Na+ и Cl-. Этот гормон оказывает 350 Часть V. Частная гистология гипотензивное действие, а также угнетает секрецию альдостерона, кортизола и вазопрессина. Таким образом, НУФ участвует в регуляции АД, объема внеклеточной жидкости и гомеостаза электролитов в организме. Проводящие, или атипичные, кардиомиоциты формируют проводящую систему сердца, которая генерирует потенциал действия определенной частоты и проводит его на сократительные кардиомиоциты, обеспечивая координированное сокращение различных отделов сердца. Проводящая система сердца включает три типа клеток: клетки-пейсмекеры (Р-клетки); промежуточные (переходные); клетки Пуркинье. Клетки-пейсмекеры (водители ритма I порядка) являются генераторами электрических импульсов с частотой 60—80 импульсов в 1 мин и сосредоточены главным образом в синуснопредсердном узле, в норме обеспечивающем стабильный ритм сердца. Это небольшие клетки полигональной формы, с редкими неупорядоченно расположенными миофибриллами и немногочисленными митохондриями (рис. 21.6, в). Саркоплазматическая сеть развита слабо, ее единичные канальцы и цистерны расположены на периферии миоцитов. Т-трубочки отсутствуют. Цитоплазма этих клеток выглядит светлой, в ней мало гликогена, но обилие хаотически расположенных промежуточных филаментов. Клетки контактируют с соседними кардиомиоцитами с помощью многочисленных нексусов и редких десмосом. Клетки-пейсмекеры передают импульсы сократительным кардиомиоцитам предсердий и на промежуточные клетки предсердно-желудочкового узла. Переходные (промежуточные) клетки — это тонкие вытянутые клетки с более развитыми, чем у Р-клеток, миофибриллами, ориентированными параллельно друг другу. Саркоплазматическая сеть развита слабо, отдельные клетки содержат короткие и тонкие Т-трубочки. В них содержатся мелкие и немногочисленные митохондрии, небольшое количество гликогена. Переходные кардиомиоциты локализуются преимущественно в предсердножелудочковом узле и соединяются между собой как простыми 21. Сердечно-сосудистая система 351 контактами, так и более сложными соединениями типа вставочных дисков. Они передают импульсы к клеткам пучка Гиса и на рабочие кардиомиоциты. Переходные кардиомиоциты также способны генерировать электрические импульсы, но с более низкой частотой (30—40 в мин). Клетки Пуркинье образуют пучок Гиса, его ножки и их ветви. Эти клетки отличаются более крупными размерами, преобладанием саркоплазмы над миофибриллами, которые без определенной ориентации располагаются по периферии клеток (рис. 21.6, г). Они имеют многоугольную или овальную форму и крупные ядра, чаще расположенные эксцентрично. В клетках Пуркинье содержится мало митохондрий, практически полностью отсутствуют Т-системы. Клетки богаты гликогеном. Вставочные диски между ними отсутствуют, встречаются десмосомы и нексусы. Волокна Пуркинье также способны генерировать нервные импульсы с частотой 20—30 в мин. Для проводящей системы сердца характерна иерархия водителей ритма: чем ближе они расположены к рабочим миоцитам, тем реже ритм. Система метаболизма специализированных клеток и сократительного миокарда различна, как и их функциональное назна чение. Клеткам проводящей системы свойственно образование энергии за счет активации процессов анаэробного гликолиза, в связи с чем они более устойчивы к гипоксии. В этих клетках понижена активность ферментов цикла Кребса, содержание рибонуклеопротеинов и липидов меньше, уровень К+ ниже, а Ca2+ и Na+ выше. Гликоген атипичных кардиомиоцитов отличается устойчивостью к кислотам и меньшей растворимостью в воде. Регенерация. Дефинитивный миокард состоит из высокоспециализированных клеток, утративших способность к делению. Поэтому физиологическая регенерация у взрослых осуществляется исключительно на внутриклеточном уровне. Вместе с тем в литературе существуют отдельные данные о присутствии в сердце взрослого человека небольшого количества предшественников КМЦ — кардиомиобластов. In vitro они дифференцируются в функционирующие кардиомиоциты. In vivo роль их несущественна. 352 Часть V. Частная гистология Репаративная регенерация миокарда (например, после инфаркта) осуществляется путем разрастания соединительной ткани на месте дефекта (постинфарктный кардиосклероз). Эпикард Эпикард является висцеральным листком перикарда и по гистологическому строению относится к серозным оболочкам (см. рис. 21.5, III). Он непосредственно покрывает мускулатуру предсердий и желудочков и состоит из двух пластинок. Основу внутренней пластинки эпикарда образует рыхлая волокнистая соединительная ткань, коллагеновые и эластические волокна которой проникают в толщу миокарда и переходят в волокнистый скелет сердца. Наружная пластинка представлена однослойным плоским эпителием (мезотелием), способным выделять небольшое количество серозной жидкости в сердечную сумку. В эпикарде содержатся кровеносные сплетения и нервные окончания. Особенности кровоснабжения сердца Выраженные метаболические потребности миокарда, превышающие таковые скелетной мускулатуры в 15—20 раз, требуют богатой системы кровоснабжения сердца, которая имеет ряд особенностей. 1. Коронарные артерии имеют хорошо выраженный эластический каркас и гладкие миоциты во всех трех оболочках. В средней оболочке миоциты расположены циркулярно, во внутренней и наружной их пучки имеют продольную ориентацию. 2. Капилляры преимущественно соматического типа ориентированы вдоль кардиомиоцитов, по 3—5 сосудов вокруг каждой клетки, и соединяются между собой поперечными мостиками, образуя сложную сеть. 3. В стенке сердца имеется значительное количество артериоловенулярных, артериоло-люминарных (артериол с полостями сердца) и венуло-люминарных анастомозов, сброс крови через кото- 21. Сердечно-сосудистая система 353 рые разгружает капиллярную сеть и предупреждает застойные явления. 4. Венозные и лимфатические сосуды сердца имеют многочисленные клапаны. Иннервация сердца Сердце — орган, обладающий способностью к автоматизму сокращений. Оно может функционировать в известных пределах автономно. Однако в процессе жизнедеятельности необходимо адаптировать работу сердца к конкретной функциональной нагрузке, что осуществляется нервной системой. Сердце иннервируется афферентными и эфферентными нервными волокнами. Чувствительные нервные окончания (рецепторы) образованы нейронами ганглиев блуждающих нервов и спинномозговых узлов (C7-Th6). Многочисленные свободные и несвободные чувствительные окончания расположены во всех областях стенки сердца, но наиболее обильны в перикарде, эпикарде, субэндокардиальном слое и в области проводящей системы. Рецепторы принимают информацию о текущей деятельности сердца и передают ее в спинной и продолговатый мозг. Центробежные импульсы идут по преганглионарным нервным волокнам на постганглионарные, затем на эфферентные нервные окончания, регулирующие работу сердца. Регуляция работы сердца осуществляется как симпатическими (адренергическими), так и парасимпатическими (холинергическими) нервными волокнами. Стимуляция симпатических волокон увеличивает силу и частоту сердечных сокращений, скорость проведения возбуждения по сердечной мышце, ее возбудимость, улучшает кровоснабжение тканевых элементов, расширяя сосуды. Стимуляция парасимпатических волокон, напротив, снижает все эти параметры и ухудшает кровоснабжение сердца. Адренергические и холинергические волокна расположены периваскулярно, по ходу проводящей системы и на миоцитах, пронизывая всю толщу миокарда. Однако в миокарде желудочков наиболее высока плотность адренергических нервных сплетений. 354 Часть V. Частная гистология В сердце существует и местная система регуляции, представленная внутриорганными нервными ганглиями. Последние главным образом располагаются в предсердиях, межпредсердной перегородке и верхней трети желудочков. Узлы обнаружены также в устьях полых и легочных вен, легочной артерии и аорты, венечной борозде. Ганглии содержат три типа нейронов: двигательные, чувствительные и ассоциативные. На их уровне могут замыкаться местные рефлекторные дуги. Внутрисердечная нервная система может оказывать влияние на все основные свойства сердца: автоматизм, проведение возбуждения и сократимость миокарда. Существует определенная субординация, или иерархия, уровней регуляции. Все это способствует созданию надежности вегетативных регуляторных механизмов. 22. ОРГАНЫ КРОВЕТВОРЕНИЯ И ИММУНОПОЭЗА Принципы структурной организации органов кроветворения Органы кроветворения и иммунопоэза (иммуногенеза) образуют систему, которая обеспечивает восстановление количества форменных элементов крови, защиту организма от генетически чужеродных белков или генетически измененных клеток собственного организма. Органы, где происходит образование клеток крови, называют первичными (центральными) органами кроветворения и иммунопоэза. Клетки миелоидного ряда заканчивают в первичных органах свою дифференцировку, в то время как клетки лимфоидного ряда проходят в первичных органах лишь первый этап дифференцировки. Второй этап дифференцировки происходит во вторичных (периферических) органах (см. гл. 13. Кровь и лимфа). Необходимость двухэтапной дифференцировки лимфоидных клеток связана с тем, что любой иммунный ответ имеет две основные фазы: распознавание АГ и устранение АГ. Поэтому в первичных лимфоидных органах (ПЛО) происходит образование и дифференцировка иммунокомпетентных клеток, главная задача которых — распознавание АГ, а во вторичных лимфоидных органах (ВЛО) происходит пролиферация и дальнейшая дифференцировка иммунокомпетентных клеток, которые способны устранять АГ. К ПЛО относят красный костный мозг (ККМ) и тимус. Красный костный мозг обеспечивает физиологическую регенерацию крови, которая восполняет естественную убыль форменных элементов крови. В миелоидной ткани ККМ находятся гемопоэтические стволовые клетки, в ней образуются эритроциты, гранулоциты, тромбоциты, моноциты (миелопоэз), а также естественные киллеры NK-клетки, предшественники Т-лимфоцитов и В-лим фоциты. Поэтому ККМ (у человека и млекопитающих) и фабрициева сумка (у птиц, от лат. bursa — сумка, поэтому В-лимфоциты) являются первичными органами гуморального иммунитета, так 356 Часть V. Частная гистология как в них происходит антигенНЕзависимая дифференцировка В-лимфоцитов. Главным итогом антигенНЕзависимой дифференцировки В-лимфоцитов в ККМ является формирование на их поверхности АГ-связывающих рецепторов (по структуре идентичных Ig или АТ). Иммунная система человека, в частности В-лимфоциты, способна распознать множество различных АГ благодаря огромному разнообразию рецепторов на лимфоцитах. Существует множество теорий их разнообразия. Согласно одной из них (теория реаранжировки генов) бесконечное число рецепторов достигается за счет различного сочетания разных сегментов генов, ответственных за синтез рецепторного белка. Из-за случайной комбинации сегментов могут возникнуть рецепторы и к собственным белкам — аутоантигенам. Поэтому определеная часть В-лимфоцитов, сформировавшихся в костном мозге, погибает в нем путем апоптоза в ходе отрицательной селекции (гибель клеток с рецепторами к аутоАГ или с дефектными рецепторами), осуществляемой с помощью макрофагов. Каждый В-лимфоцит образует рецепторы (Ig, АТ) только одной специфичности и может связаться только с одним АГ. Тимус является первичным органом клеточного иммунитета. В тимусе в ходе антигенНЕзависимой дифференцировки из предшественников формируются Т-лимфоциты, способные распознать множество различных АГ благодаря огромному разнообразию АГраспрознающих рецепторов — ТкР (причина разнообразия ТкР также объясняется реаранжировкой генов). Так как Т-лимфоциты должны поддерживать толерантность к собственным АГ, то в тимусе также происходит их негативная селекция. Главной особенностью ПЛО является функционирование в условиях отсутствия чужеродных АГ, т.е. в ПЛО формируются барьеры, предотвращающие приникновение чужеродных АГ (см. Тимус, с. 367). К ВЛО относят лимфатические узлы, селезенку, миндалины, червеобразный отросток, лимфоидные структуры слизистых оболочек пищеварительного тракта, половой, дыхательной и выделительной систем, где происходит антигензависимая дифференцировка лимфоцитов. Благодаря наличию рецепторов хоминга (англ. home — дом) Т- и В-лимфоциты, поступающие из ПЛО в кровь, находят места своего расселения и заселяют Т- и В-зоны ВЛО. 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 357 Кроме Т- и В-лимфоцитов на разных стадиях дифференцировки, в этих зонах присутствуют АПК, макрофаги. Любой поступающий в организм АГ с током крови (селезенка), лимфы (лимфоузлы) или через эпителий слизистых попадает в ВЛО, где встречается с лимфоцитом, несущим специфический рецептор к этому АГ. Процесс антигензависимой дифференцировки включает (см. гл. 13. Кровь и лимфа) активацию «выбранного» лимфоцита, его бласттрансформацию, пролиферацию и окончательную дифференцировку в эффекторную клетку. При гуморальном иммунном ответе эффекторной клеткой является плазмоцит, синтезирующий АТ с тем же АГ-распознающим участком, что и рецептор исходного В-лимфоцита, при клеточном — цитотоксический Т-лимфоцит, несущий на поверхности такой же ТкР, что и исходный Т-лимфоцит. В отличие от ПЛО, куда АГ не должны попадать, главной особенностью ВЛО является способность аккумулировать поступающие в организм АГ, а затем формировать барьер на пути его распространения (обеспечить встречу иммунокомпетентных клеток с АГ и уничтожить его). В отличие от ПЛО в ВЛО обнаруживаются функциональные Т- и В-зоны. В-зоны всегда представлены лимфоидными узелками (фолликулами), Т-зоны — более диффузны и, как правило, не формируют четких структур. Все органы кроветворения содержат гемопоэтические и стромальные элементы. Гемопоэтические элементы формируют паренхиму. Строма кроветворных органов представлена ретикулярной соединительной тканью (красный костный мозг, селезенка, лимфатические узлы) или эпителием (тимус). Строма выполняет опорную, трофическую, регуляторную функции, создавая особые условия (микроокружение) для развития гемопоэтических клеток. В строме всех кроветворных органов присутствует большое количество дендритных клеток и макрофагов, которые участвуют в антигенпрезентации, синтезе факторов микроокружения, фагоцитозе клеток, не соответствующих необходимым параметрам. Кровеносные и лимфатические сосуды обеспечивают ряд специфических функций: распознавание, сортировку, миграцию клеток. В красном костном мозге и селезенке присутствуют капилляры синусоидного типа. Благодаря тому что в синусах имеет место 358 Часть V. Частная гистология замедленный (застойный) кровоток, гемопоэтические факторы поступают к развивающимся клеткам крови, а зрелые форменные элементы перемещаются в кровь. В тимусе, напротив, присутствуют капилляры соматического типа, участвующие в формировании барьера, непроницаемого для АГ (гематотимусный барьер). Кроме того, своеобразие микроциркуляторного русла тимуса и лимфатических узлов заключается в том, что посткапиллярные венулы имеют высокий призматический или кубический эндотелий, через который избирательно рециркулируют клетки. Подобные венулы располагаются и в межузелковых зонах миндалин. Функции органов кроветворения: 1) образование из гемопоэтической стволовой клетки дифференцированных клеток крови — гемоцитопоэз; 2) удаление погибших и поврежденных форменных элементов; 3) обеспечение генетического гомеостаза организма: распознавание и элиминация АГ, мутировавших и чужеродных (трансплантированных) клеток; 4) депонирование крови и лимфы. Понятие об иммунитете и иммуноцитах Иммунная система — совокупность органов, тканей и клеток, обеспечивающая иммунитет — защиту организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки генетически отличной, чем у данного организма (чужеродной), информации. В состав иммунной системы входят: органы, в которых образуются и взаимодействуют клеткииммуноциты; сами иммуноциты и вспомогательные клетки; различные вещества, являющиеся посредниками, стимуляторами, индукторами иммунных и воспалительных реакций. Распознавание «чужого» связано с определенными рецепторами на поверхности клеток. В коротком плече хромосомы 6 расположены гены МНС (major histocompatibility complex, главный комплекс гистосовместимости, ГКГС), которые кодируют молеку- 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 359 лы, уникальные для каждого организма и определяющие его биологическую индивидуальность. Молекулы, кодируемые МНС, делятся на два класса: МНС I и II класса. Молекулы МНС I класса — гликопротеиновые интегральные белки, встроенные в плазмолемму практически всех клеток. С помощью этих молекул иммунокомпетентные клетки при «инспектировании» организма узнают свои клетки, распознают чужеродные, мутировавшие или пораженные вирусом клетки. Молекулы МНС II класса — гликопротеиновые интегральные белки, экспрессированные преимущественно на плазмолемме антигенпредставляющих клеток (макрофагов и В-лимфоцитов). С помощью этих рецепторов происходит передача информации об антигене другим иммунокомпетентным клеткам. Иммуноциты (иммунокомпетентные клетки) — клетки, участвующие в реакциях иммунитета. К иммуноцитам относят Т- и В-лимфоциты, NK-клетки, антигенпредставляющие клетки (АПК). АПК — это клетки, способные захватывать АГ и подвергать его внутриклеточному расщеплению на фрагменты (процессинг АГ), которые затем связываются с молекулами МНС I и II класса и экспрессируются на поверхности АПК (презентация АГ). В таком виде АГ распознается Т- и В-лимфоцитами. К АПК относятся: 1) дендритные клетки (происходят из костного мозга и образуют популяцию долгоживущих клеток, которые запускают и модулируют иммунный ответ): дендритные клетки для эпителия — клетки Лангерганса (расположены среди эпителиальных клеток эпидермиса, верхних дыхательных путей); интердигитирующие дендритные клетки (расположены в тимусе, Т-зонах вторичных лимфоидных органов, являются потомками клеток Лангерганса); узелковые дендритные клетки (расположены в В-зонах вторичных лимфоидных органов); 2) клетки моноцитарного происхождения (моноциты крови, макрофаги); они менее активно, чем дендритные, поглощают АГ; 3) В-лимфоциты; 4) эпителиальные клетки стромы тимуса; 360 Часть V. Частная гистология 5) М-клетки (расположены среди эпителиальных клеток кишечника, захватывают чужеродные молекулы, частицы и микроорганизмы из полости кишки и переносят их к иммунокомпетентным клеткам, локализованным в собственной пластинке слизистой оболочки). Кроме презентации антигена АПК способны секретировать бактерицидные вещества, цитокины, простагландины, интерферон. Эти вещества активируют лимфоциты, стимулируют или подавляют их пролиферацию и дифференцировку. Т-лимфоциты — это клетки, отвечающие за клеточный и регулирующие гуморальный иммунный ответ (см. гл. 13. Кровь и лимфа). Для выполнения функций они имеют разнообразные рецепторы: 1) антигенраспознающий Т-клеточный рецептор (ТкР) — иммуноглобулиноподобный интегральный мембранный гликопротеин. ТкР способен распознавать только один строго специфичный АГ, на который этот лимфоцит генетически запрограммирован, т.е. каждый Т-лимфоцит взаимодействует только с одним АГ. ТкР состоит из АГ-распознающей части и маркерной части (так называемые кластеры дифференцировки CD). Различные маркерные части ТкР определяют вид Т-лимфоцита, например: маркерная часть CD4 характерна для Т-хелперов (Тh); маркерная часть СD8 характерна для цитотоксических (Тc) и супрессорных (Тs) Т-лимфоцитов; 2) рецепторы к цитокинам собственного производства (аутокринное воздействие) и секретируемыми другими клетками, которые стимулируют пролиферацию и дифференцировку Т-лимфо цитов. В-лимфоциты — клетки, отвечающие за гуморальный иммунный ответ (см. гл. 13. Кровь и лимфа). В-лимфоциты способны самостоятельно распознавать антиген с помощью антигенспецифических рецепторов, которые представляют собой иммуноглобулины, встроенные в плазмалемму В-лимфоцита. Иммуноглобулиновый рецептор коплементарно связывается (распознает) только с одним строго специфичным АГ, т.е. каждый В-лимфоцит взаимодействует только с одним АГ. 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 361 Кроме этих рецепторов В-лимфоциты на своей поверхности несут: молекулы МНС II класса для представления антигена Т-хелперам; рецепторы для связывания любых других иммуноглобулинов и особых белков плазмы крови — белков системы компле мента; рецепторы к разнообразным цитокинам, которые стимулируют пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов. Вспомогательные клетки — это гранулоциты, тучные клетки, натуральные киллеры. Натуральные киллеры не требуют презентации АГ. Эти клетки содержат цитолитические гранулы с перфорином, уничтожают клетки-антигенносители после связывания с их молекулами MHC I класса. Гранулоциты оказывают существенную помощь в защите организма благодаря фагоцитозу, выработке интерферона, регуляции пролиферации и активности макрофагов и лимфоцитов, защите организма от гельминтов, модуляции местных реакций. Взаимодействие клеток в иммунных реакциях При внедрении чужеродного АГ иммунный ответ, независимо от его вида (клеточный или гуморальный), начинается одинаково и требует присутствия Тh. Антигенпрезентация (рис. 22.1): АПК поглощает АГ 1, под вергает его процессингу, экспрессирует 2 на своей поверхности в комплексе с МНС II класса (рис. 22.1). Секреция Т-хелперами цитокинов (рис. 22.1): Тh узнает комплекс АГ-МНС II класса на поверхности АПК 3 и связывается с ним при помощи ТкР (CD4). Такой контакт между клетками приводит к активной секреции интерлейкинов обеими клетками 4. Эти вещества стимулируют активацию В-лимфоцитов при гуморальном иммунном ответе 6 или Т-c при клеточном ответе 13. Взаимодействие клеток в реакциях гуморального иммунного ответа. В гуморальном иммунном ответе принимают участие АПК, Тh, В-лимфоциты. 362 Часть V. Частная гистология АГ 5 АПК АГ Вл Любая клетка организма 1 МНСII 10 МНСI АПК 5 ТкР(СD4) МНСII МНСI АГ МНСI МНСII 11 2 МНСII МНСI ТкР(СD8) Тх Тх 3 Тх Тх Тс Тс Тс 12 Тс Тс Вл IL IL1 Тх 7 Тх 6 4 9 Тх Тх Тх Тх IL2 Тc IL2 13 14 Тс Тс Тс Тс 16 8 Тс Вп Антитело (IgG) Тп 15 ТкР(СD8) МНСI Рис. 22.1. Упрощенная схема гуморального (5—9) и клеточного (10—16) иммунного ответа, их регуляции (1—5) [23]: 1 — поглощение АГ АПК; 2 — экспрессия АГ на поверхности АПК; 3 — узнавание АГ Т-хелпером; 4 — секреция цитокинов Т-хелпером; 5 — узнавание АГ В-лимфоцитом; 6 — секреция цитокинов Т-хелпером после контакта с 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 363 В-лимфоцитом и активация В-лимфоцитов; 7 — бласттрансформация и пролиферация плазмобластов; 8 — дифференцировка плазмоцитов; 9 — образование В-клеток памяти; 10 — поражение клетки вирусом; 11 — изменение вирусом МНС-I на поверхности пораженной клетки; 12 — узнавание пораженной клетки цитотоксическим Т-лимфоцитом; 13 — секреция цитокинов Т-хелпером после контакта с АПК и активация цитотоксического Т-лимфо цита; 14 — бластрансформация и пролиферация Тс-бластов; 15 — узнавание цитотоксическим Т-лимфоцитом клетки-мишени и ее уничтожение; 16 — образование Т-клеток памяти Узнавание АГ (рис. 22.1). В-лимфоциты способны самостоятельно взаимодействовать с�� АГ и�� представлять его на своей поверхности в комплексе с МНС II класса 5. Взаимодействие В-лимфоцита с Тh и секреция цитокинов (рис. 22.1). Комплекс АГ-МНС II класса на поверхности В-лим фоцита связывается с ТкР (CD4) на поверхности Тh, отобранного при помощи того же АГ. Т�� h�� после этого взаимодействия секретирует 6, интерлейкины ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, γ-интерферон, которые стимулируют В-лимфоциты и макрофаги (миграция, фагоцитоз). Активация В-лимфоцита. Под действием цитокинов Т�� h�� происходит бласттрансформация В-лимфоцитов (см. рис. 22.1): они трансформируются в бласты и пролиферируют 7. В�� результате образуется большое количество клеток, аналогичных исходному В-лимфоциту. Бласты дифференцируются на две группы клеток: плазмоциты и В-клетки памяти 9. При дифференцировке плазмоцитов 8 в клетке происходит синтез АТ, аналогичных рецептору, распознавшему АГ, комплементарных АГ. Связывание АГ и�� уничтожение комплекса АГ-АТ или микроорганизма, его несущего. Взаимодействие клеток в реакциях клеточного иммунного ответа. В клеточном иммунном ответе принимают участие АПК, Тc, Тh. Распознавание антигена цитотоксическим Т-лимфоцитом (рис. 22.1). Т�� c�� с�� помощью ТкР(�� CD�� 8) распознает антиген в�� комплексе с МНС I класса на поверхности чужеродной (в том числе трансплантированной), а также собственной мутировавшей или пораженной вирусом клетки 12. Активация Тс. Формирование комплекса ТкР(CD8)-АГ-МНС I и воздействие ИЛ-2 (продукт секреции Тh 13) приводит к�� актива- 364 Часть V. Частная гистология ции Тc: происходит бластрансформация, активная пролиферация бластов с�� формированием большого числа специфичных к�� данному АГ клеток 14, дифференцировка на два вида клеток: Т-клеток памяти 16 и�� зрелых Т�� c�� . При дифференцировке зрелых Т�� c�� происходит синтез и накопление белков-перфоринов и фрагментинов. Уничтожение клетки-мишени. Т-c узнают клетку-мишень 15 секретируют перфорины или фрагментины или подают сигнал к апоптозу (см. гл. 13. Кровь и лимфа). Первичные (центральные) лимфоидные органы Красный костный мозг Красный костный мозг (ККМ) является основным кроветворным органом, где происходит образование всех клеток крови, за исключением Т-лимфоцитов, и восстановление естественной убыли форменных элементов крови. ККМ располагается в плоских и трубчатых костях между костными трабекулами губчатого вещества, от которых отделен эндостом; имеет темно-красный цвет и полужидкую консистенцию. Масса костного мозга составляет около 3,5—6 % массы тела, более половины — красный костный мозг (1,5—2 кг). Развитие. Костный мозг у человека появляется на 2-м месяце внутриутробного развития в ключице, на 3-м — в плоских костях, на 4-м — в трубчатых. Развитие и дифференцировка клеток крови в костном мозге начинается примерно с 12-й недели, а как основной кроветворный орган костный мозг начинает функционировать с 20—28-й недели. Строение. ККМ является паренхиматозным органом (рис. 22.2). Паренхиму ККМ составляют гемопоэтические клетки: стволовые, полустволовые, унипотентные, бластные, созревающие клетки и зрелые форменные элементы крови, выходящие в кровоток (см. гл. 13. Кровь и лимфа). Строму ККМ образует ретикулярная соединительная ткань, в которой, как в любой соединительной ткани, выделяют клетки и межклеточное вещество (аморфный компонент и волокна). 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 6 9 365 8 8 7 6 1 4 2 1 3 5 8 6 Рис. 22.2. Схема участка красного костного мозга [7]: 1 — костная балка; 2 — остеокласт; 3 — остеобласт; 4 — ретикулярная клетка; 5 — синусоидный капилляр; 6 — адипоцит; 7 — мегакариоцит; 8 — макрофаг и очаг эритропоэза; 9 — очаг гранулоцитопоэза Выделяют следующие клетки стромы: 1) ретикулярные — крупные отросчатые клетки неправильной формы, в мазке ККМ становятся округлыми и не отличаются от других клеток стромы (рис. 22.2). Функции: опорная; секреция компонентов основного вещества и фибриллярных белков (преколлагена, проэластина, гликозаминогликанов); участие в создании специфичного кроветворного микро окружения путем секреции ростовых факторов (колониестимулирующих факторов КСФ — интерлейкинов, лейко- и тромбоцитопоэтинов); 2) остеогенные — активные или неактивные остеобласты удлиненной формы с эксцентрично расположенным ядром и крупные многоядерные остеокласты. Эти клетки входят в состав эндоста. 366 Часть V. Частная гистология В области эндоста в наибольшей степени сконцентрированы СК, скорость их пролиферации здесь выше. Функции остеобластов: формируют тесные контакты с гемопоэтическими клетками; способны продуцировать КСФ; 3) адипоциты — крупные округлые клетки с вытянутым ядром, расположенным по периферии. Молодые адипоциты имеют более развитую цитоплазму и менее объемную каплю жира по сравнению со зрелыми. Функции: являются энергетическим депо для гемопоэтических клеток; способны вырабатывать КСФ; формируют контакты с развивающимися гранулоцитами (молодые адипоциты); 4) макрофаги — очень многочисленны. Функции: фагоцитоз, в том числе дефектных кроветворных клеток; секреция КСФ, эритропоэтинов, интерлейкина-1, простагландинов, интерферона и пр.; формирование эритробластических островков: вокруг макрофага скапливаются эритроидные клетки, которым макрофаг передает железо; 5) эндотелиоциты — бразуют стенки синусоидных капилляров ККМ. Функции: синтез коллагена IV типа; синтез гемопоэтинов и КСФ; формируют контакты с гемопоэтическими клетками и по составу их клеточной мембраны определяют их зрелость, пропуская в кровоток только зрелые клетки; 6) адвентициальные — сопровождают кровеносные сосуды. Межклеточное вещество представлено: ретикулярными волокнами, которые выполняют опорную функцию для клеток ККМ, организуя их в пространстве; аморфным компонентом: гликопротеины, протеогликаны. Фибронектин (важнейший из гликопротеинов) обеспечивает связывание клеток, является ростовым фактором и участвует в презентации цитокинов кроветворным клеткам. Гемокапилляры в красном костном мозге в основном синусоидного типа диаметром 5—25 мкм, с порами в эндотелии и отсутствующей на значительном протяжении базальной мембраной. Через временно образующиеся поры в просвет синусов проникают зрелые форменные элементы крови. Синусы снабжены сфинктерами 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 367 и способны временно отключаться из общего кровотока, обеспечивая «дозревание» форменных элементов. Регуляция гемопоэза осуществляется с помощью гуморальных факторов и факторов кроветворного микроокружения. Гуморальные факторы: эритропоэтин образуется в почках мезангиальными клетками и в печени звездчатыми макрофагами; КСФ образуются клетками стромы ККМ; ингибиторы дифференцировки (лактоферрин, простагландины, кейлоны, интерферон) связываются с КСФ и блокируют их; гормоны. Эритропоэз стимулируют гормоны щитовидной железы, некоторые стероидные гормоны, гормон роста; витамины, микроэлементы. Кроветворное микроокружение обеспечивает компартментализацию гемопоэтических клеток — разграничение различных ростков кроветворения (эритроидные островки, миелоидные островки) — и регуляцию кроветворения за счет выработки гемопоэтических факторов роста, обеспечивает трофику, опору и защиту развивающихся клеток крови, депонирование и выбраковку клеток крови, рециркуляцию ГСК, выбор направлений дифференцировки ГСК. Каждый из компонентов, кроме того, выполняет свои функции: клетки стромы оказывают регулирующее влияние на гемопоэтические клетки через контакты и посредством цитокинов действуют на генетический аппарат развивающейся клетки; компоненты основного вещества (фибронектин, протеогликаны) связывают факторы роста, влияют на их активность и представляют их гемопоэтическим клеткам; волокна создают определенную структурную организацию, формируют трехмерную сетчатую структуру, наподобие губки, ячейки которой заполняются колониями однотипных гемопоэтических клеток с разным набором и концентрацией медиаторов в каждом отсеке. Тимус Тимус (вилочковая железа, зобная железа) — первичный орган клеточного иммунитета. В нем из костномозговых клетокпредшественников Т-лимфоцитов образуются зрелые Т-лимфо циты — ведущие клетки иммунных реакций организма. 368 Часть V. Частная гистология Основными функциями тимуса являются: 1) антигенНЕзависимая дифференцировка Т-лимфоцитов, которая включает перестройку генома (реаранжировку) и формирование антигенраспознающих рецепторов ТкР ко всем существующим или когда-либо существовавшим в природе естественным АГ. Клетки, на поверхности которых рецепторы сформировались неправильно (т.е. рецептор не распознает МНС), уничтожаются. По этой причине в тимусе гибнет около 90–95 % образовавшихся лимфоцитов. Этот процесс называется положительной селекцией; 2) образование субпопуляций Т-лимфоцитов (Тh, Тс и др.) из-за формирования различных маркерных частей ТкР (например, CD4 или CD8); 3) формирование иммунологической толерантности — невосприимчивости к собственным белкам (аутоантигенам). Реаранжировка генов случайным образом приводит к появлению Т-лимфоцитов к аутоАГ. Такие Т-лимфоциты выявляются и уничтожаются (видимо, путем апоптоза с последующим фагоцитозом остатков макрофагами). Этот процесс носит название негативной селекции; 4) секреция ряда биологически активных веществ (эндокринная функция). Эти гормоны действуют на местном или организменном уровне и необходимы для дифференцировки лимфоцитов. Развитие. Закладка тимуса у человека появляется в конце 1-го месяца эмбриогенеза в виде парных трубчатых выпячиваний эпителия глоточной кишки в окружающую мезенхиму в области III и IV пар жаберных (глоточных) карманов. На 8—11-й неделе внутрь эпителиального зачатка врастает мезенхима с кровеносными сосудами и делит эпителиальные тяжи на дольки. Примерно в это же время на 3-м месяце происходит заселение тимуса предшественниками Т-лимфоцитов. Формирование тимуса завершается к 6-му месяцу. Строение. Снаружи тимус покрыт соединительнотканной капсулой, которая отдает внутрь органа перегородки, содержащие сосуды и разделяющие железу на дольки (рис. 22.3). Строма доль- 22. Органы кроветворения и иммунопоэза а 369 в 5 1 3 2 4 б 1 12 3 1 6 8 5 7 8 2 5 9 5 15 5 4 3 14 11 4 10 г 11а 5а 11 8 5 7 3 13 15 Рис. 22.3. Схема строения тимуса [15; 45]: а — общий план строения; б — кровоснабжение дольки; в — клеточный состав дольки; г — гематотимический барьер; 1 — капсула; 2 — перегородки; 3 — корковое вещество; 4 — мозговое вещество; 5 — эпителиоциты; 5а — базальная мембрана эпителия; 6 — предшественники Т-лимфоцитов; 7 — тимоциты; 8 — макрофаги; 9 — тимусное тельце Гассаля; 10 — междольковая артерия; 11 — капилляры коркового вещества; 11а — базальная мембрана капилляра; 12 — капилляры мозгового вещества; 13 — венулы кортикомедуллярной зоны; 14 — подкапсулярные венулы; 15 — междольковая вена 370 Часть V. Частная гистология ки представлена эпителиальными ретикулярными клетками, отделенными базальной мембраной от соединительной ткани капсулы и перегородок, АПК и клетками моноцитарного происхождения. Паренхима сформирована Т-лимфоцитами на разных этапах дифференцировки (тимоцитами). Периферические части долек гуще заселены тимоцитами и составляют корковое вещество, в котором выделяют субкапсулярную и глубокую зоны коры. Центральные части долек содержат меньше лимфоцитов и называются мозговым веществом. Дольки могут соединяться друг с другом узкими мостиками мозгового вещества. Кровоснабжение. Артерии проникают в орган, затем в междольковые перегородки, далее — в дольку. На границе коркового и мозгового вещества артерии разделяются на артериолы, отдельно для коркового и мозгового вещества. От них отходят капиллярные сети, также отдельные для коркового и мозгового вещества. Капилляры коркового вещества имеют утолщенную базальную мембрану и плотно расположенные эндотелиоциты (I типа), а в мозговом веществе капилляры фенестрированы (II типа). Часть капилляров коркового вещества собирается в подкапсулярные венулы, затем — в междольковые вены. Другая часть в области кортикомедуллярной границы образует посткапиллярные венулы, куда впадают также и капилляры мозгового вещества. Посткапиллярные венулы кортикомедуллярной границы имеют высокий эндотелий. Эти венулы так же, как и подкапсулярные, впадают в междольковые вены. Через стенку венул с высоким эндотелием происходит миграция предшественников Т-лимфоцитов в тимус и зрелых Т-лимфоцитов в периферическое кровяное русло. Все внутридольковые сосуды тимуса окружены периваскулярными пространствами — прослойками соединительной ткани. Границей периваскулярных пространств является базальная мембрана эпителиальной стромы. Cтрома. В настоящее время предложено много классификаций ретикулярных эпителиоцитов стромы тимуса (от четырех до восьми субпопуляций) в зависимости от локализации, формы, размеров, тинкториальных, иммуногистохимических и прочих свойств. Общим для всех ретикулярных эпителиоцитов является наличие в цитоплазме тонофиламентов из разных кератинов, на 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 371 поверхности мембраны — продуктов MHC I и II классов, образование десмосом. Основными функциями ретикулярных эпителиоцитов явля ются: 1) эндокринная. Стромальные клетки тимуса выделяют более 40 биологически активных факторов. Внутри тимуса они влияют на дифференцировку тимоцитов, вне тимуса — на миграцию предшественников Т-лимфоцитов в тимус, на активность зрелых циркулирующих Т-лимфоцитов. Наиболее известными продуктами являются тимозины (стимулируют развитие лимфоцитов и появление специфических рецепторов на их мембране, вне тимуса стимулируют выработку лимфокинов, продукцию Ig, усиливают трансплантационный иммунитет, обладают противоопухолевым эффектом), тимопоэтин (стимулирует развитие лимфоцитов, тормозит нервно-мышечную передачу), тимулин (влияет на различные этапы дифференцировки Т-лимфоцитов). Эпителиальные клетки стромы секретируют также нейропептиды: кальцитониноподобный фактор, инсулиноподобный фактор и пр.; 2) контроль за созреванием тимоцитов, непосредственный мембранный контакт и передача факторов микроокружения, секреция аутоАГ. Эту функцию выполняют клетки-няньки, имеющие глубокие инвагинации цитолеммы, в которых расположены тимоциты. Эти клетки могут также секретировать тимозин; 3) опорная и барьерная функции. Стромальные клетки своими ветвящимися отростками образуют сеть-каркас для тимоцитов, прилегают к базальной мембране, участвуют в формировании гематотимического барьера. Кроме эпителиальных клеток в формировании микроокружения для тимоцитов участвуют клетки моноцитарного происхождения и дендритные клетки. Все они содержат на своей мембране продукты MHC I и II класса. Среди них выделяют: макрофаги, которые фагоцитируют лимфоциты с дефектами рецепторов. Располагаются в соединительнотканных перегородках и в периваскулярных пространствах; дендритные и интердигитирующие клетки. Они связаны друг с другом отростками и формируют сеть, по ячейкам которой перемещаются тимоциты. Подобно клеткам-нянькам эти клетки являются АПК�� — представляют тимоцитам аутоантигены в�� ком- 372 Часть V. Частная гистология плексе с MHC I и II класса для отрицательной селекции. Кроме того, они выделяют интерлейкины и способны к фагоцитозу. В тимусе описаны также клетки APUD-системы. Паренхима. Основным событием, происходящим с Т-лимфо цитами в тимусе, является формирование на их поверхности необходимого набора рецепторов: для распознавания чужеродного антигена (в комплексе с молекулами MHC I и II класса), для миграции в соответствующие органы, взаимодействия с другими иммуннокомпетентными клетками и пр. Предшественники Т-лимфоцитов — тимоцитпоэтические клет ки-предшественники — попадают в тимус из посткапиллярных венул субкапсулярной либо кортикомедуллярной области; в последнем случае они мигрируют в субкапсулярную зону. В субкапсулярной зоне коркового вещества располагаются клет ки-няньки, немногочисленные макрофаги, которые обеспечивают посредством тимических гормонов и интерлейкинов пролиферацию и начальные этапы созревания пре-Т-лимфоцитов, очевидно, перестройку генома для формирования антигенраспознающих рецепторов ТкР в цитолемме. Макрофаги фагоцитируют погибающие лимфоциты. В глубокой зоне коры (и в области кортикомедуллярной границы) происходит завершение антигенНЕзависимой дифференцировки поступающих из субкапсулярной зоны ранних тимоцитов: формирование уникального по своей специфичности рецептора ТкР к чужеродному АГ; отбор и элиминация лимфоцитов, имеющих неправильно сформированный ТкР (положительная селекция); разделение тимоцитов на субпопуляции и�� экспрессия на поверхности маркеров цитодифференцировки (будущие Тh CD4+ или цитотоксические Тс-лимфоциты CD8+). Клетки-няньки в этой зоне отсутствуют. Созревание лимфоцитов происходит под действием прямого контакта с другими эпителиальными, дендритными клетками и макрофагами, под влиянием тимических гормонов, интерлейкинов. Поскольку тимоциты в ходе антигенНЕзависимой дифференцировки не должны взаимодействовать с чужеродными АГ, в корковом веществе формируется гематотимический барьер (ГТБ): структура, предохраняющая дифференцирующиеся Т-лимфоциты 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 373 от чужеродных АГ, которые находятся в кровотоке. В состав ГТБ входят: эндотелиальные клетки гемокапилляров коркового вещества тимуса, расположенные черепицеобразно на базальной мембране; перикапиллярное пространство, заполненное клетками, способными фагоцитировать и�� инактивировать антигены (макрофаги) и�� изменять проницаемость барьера (тучные клетки, эозинофилы) и др.; эпителиальные клетки стромы со своей базальной мембраной. Мозговое вещество. Т-лимфоцитов в мозговом веществе немного. Видимо, там располагаются Т-лимфоциты, успешно прошедшие положительную селекцию (т.е. имеющие правильно сформированный ТкР) для окончательной дифференцировки. Из-за редкого расположения тимоцитов в мозговом веществе хорошо видны эпителиальные клетки. Часть из них формируют слоистые тимусные тельца Гассаля – концентрически напластованные друг на друга эпителиальные клетки с признаками кератинизации. Функции телец Гассаля во многом остаются недостаточно изученными. Предполагается, что тимусные тельца Гассаля играют роль в формировании специфического микроокружения в мозговом веществе долек тимуса: осуществляют синтез и накопление тканеспецифических белков (аутоантигенов), выделяют ряд цитокинов, влияющих на миграцию и дифференцировку лимфоцитов, макрофагов и пр. В мозговом веществе много дендритных клеток и макрофагов. Дендритные клетки осуществляют презентацию тканеспецифических аутоантигенов Т-лимфоцитам; те из них, которые имеют рецептор к аутоАГ (аутореактивные Т-лимфоциты), элиминируются, видимо, путем апоптоза с последующим фагоцитозом остатков макрофагами (негативная селекция). Кроме этого, макрофаги секретируют интерлейкины, цитокины и другие вещества, участвующие в процессах дифференцировки и селекции Т-лимфоцитов. Зрелые Т-лимфоциты с полным набором рецепторов покидают тимус через стенку посткапиллярных венул кортикомедул лярной зоны, в периваскулярном пространстве и стенке которых происходит окончательный контроль их дифференцировки. 374 Часть V. Частная гистология Периваскулярные пространства. Через периваскулярные пространства мозгового вещества и кортикомедуллярной зоны происходит миграция зрелых Т-лимфоцитов и их расселение во вторичные органы иммунопоэза. Понятие о возрастной и акцидентальной инволюции тимуса. Тимус достигает максимального развития в раннем детском возрасте, в возрасте от 3 до 20 лет отмечается стабилизация его массы, затем начинается обратное развитие тимуса — возрастная инволюция, которая приводит к уменьшению количества лимфоцитов, развитию жировой ткани. Это связано с возрастными изменениями, в первую очередь, с выработкой кортизона и тестостерона. В редких случаях тимус не подвергается возрастной инволюции; это обычно сопровождается недостатком гормонов коры надпочечников — глюкокортикоидов. В таких случаях возрастает опасность инфекционных и опухолевых заболеваний. Быстрая (акцидентальная) инволюция тимуса может наступить при стресс-реакции (травма, интоксикация, инфекция). Происходит выброс Т-лимфоцитов в кровь и их массовая гибель. В крови при этом увеличивается содержание глюкокортикоидов. Акцидентальная инволюция носит обратимый характер. Вторичные (периферические) лимфоидные органы Лимфатические узлы Лимфатические узлы являются ВЛО, располагаются по ходу лимфатических сосудов. В области ворот в узлы входят артерии и нервы, а выходят вены и выносящие лимфатические сосуды. Сосуды, приносящие лимфу, входят в узлы с противоположной, выпуклой стороны узла. Развитие. Лимфатические узлы развиваются из мезенхимы в конце 2-го — начале 3-го месяца внутриутробного развития в местах расширений или сплетений лимфатических и кровеносных сосудов. На ранних стадиях развития здесь образуются клетки 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 375 эритроцитарного и гранулоцитарного рядов, но в дальнейшем они исчезают. Лимфопоэз начинается с 13—15-й недели и продолжается постнатально. Строение. Лимфатический узел — образование овальной или бобовидной формы размером от 1 до 40 мм в длину. Лимфатический узел снаружи покрыт соединительнотканной капсулой, отдающей внутрь узла трабекулы (рис. 22.4). Капсула и трабекулы образованы плотной волокнистой соединительной тканью с небольшим количеством ГМК. Строму составляет ретикулярная соединительная ткань, паренхиму — лимфоидная ткань. Лимфоциты распределены в узле неравномерно: по периферии более густо, чем в центре. Периферическую часть узла называют корковым веществом, центральную — мозговым. Между ними располагается паракортикальная зона. Лимфа поступает к лимфатическим узлам по 2—4 приносящим лимфатическим сосудам, которые входят в узел с выпуклой стороны. Продолжением приносящих лимфатических сосудов являюта 6 11 б 6 13 3 7 8 8 7 3 4 5 2 9 1 10 14 11 13 4 5 12 9 10 Рис. 22.4. Схема лимфатического узла [68]: а — общий вид; б — пути циркуляции лимфоцитов в лимфатическом узле: светлые стрелки — по лимфе, темные стрелки — по крови; 1 — капсула; 2 — трабекула; 3 — корковое вещество; 4 — паракортикальная зона; 5 — мозговое вещество; 6 — приносящий лимфососуд; 7 — краевой синус; 8 — промежуточный синус коркового вещества; 9 — мозговой синус; 10 — выносящий лимфососуд; 11 — лимфоидный узелок; 12 — артерия; 13 — посткапиллярные венулы с высоким эндотелием; 14 — вена 376 Часть V. Частная гистология ся синусы — щелевидные разветвленные пространства, выстланные эндотелиоподобными береговыми клетками и прикрепленными к стенкам отросчатыми макрофагами (фиксированные). Между береговыми клетками имеются поры. И макрофаги, и береговые клетки способны к фагоцитозу. По синусам протекает лимфа, содержащая лимфобласты, лимфоциты, плазмоциты, свободные макрофаги, нейтрофилы, АГ. Топографически выделяют к р а е в о й п о д к а п с у л я р н ы й с и н у с , промежуточные синусы коркового и мозгового вещества (в о к р у г у з е л к о в ы е и м о з г о в ы е с и н у с ы соответственно), которые в области ворот узла сливаются в в о р о т н ы й с и н у с и формируют выносящий лимфатический сосуд. Береговые клетки в выносящем сосуде сменяются эндотелиоцитами. В корковом веществе находятся лимфоидные узелки (В-зона), идентичные таковым в других вторичных лимфоидных органах. Узелок состоит из герминативного центра и мантийного слоя. Герминативный центр образуется под влиянием антигенной стимуляции иммунокомпетентных лимфоцитов. В этом участке на основе кооперации с макрофагами, АГ и Т-хелперами, происходит бласттрансформация, пролиферация и последующая дифференцировка В-лимфобластов в проплазмоциты и В-клетки памяти. Поэтому здесь располагаются делящиеся и дифференцирующиеся В-лимфобласты, узелковые дендритные клетки (АПК), макрофаги, фагоцитирующие дефектные лимфоциты, АГ, возможно, Т-хел перы. В мантийном слое (короне) могут располагаться лимфоциты, пришедшие из циркуляции (как из лимфы — из краевого и промежуточного синуса, так и из крови — из посткапиллярных венул), Т-хелперы, В-лимфоциты, клетки памяти, проплазмоциты, которые будут дозревать в мозговых тяжах. Паракортикальная зона (Т-зона) характеризуется диффузным распределением лимфоцитов. Здесь в основном располагаются Т-лимфоциты и интердигитирующие клетки (АПК). В паракортикальной зоне находятся посткапиллярные венулы с высоким эндотелием. Эти эндотелиоциты посредством своих молекул клеточной адгезии соединяются с лимфоцитами периферической крови и обеспечивают их выход из кровотока в узел. 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 377 Мозговое вещество представлено мозговыми синусами и мозговыми тяжами (В-зона) — скоплениями клеток, отходящих от лимфоидных узелков коркового вещества вглубь. Мозговые тяжи содержат макрофаги, плазмобласты и плазмоциты. Это место дозревания плазмоцитов, вырабатывающих АТ, комплементарные АГам. Плазмоциты и АТ поступают в мозговые и воротный синусы лимфоузла, а затем в общий лимфо- и кровоток. Структура лимфоузла изменяется в зависимости от вида и стадии иммунного ответа. При клеточном иммунном ответе нарастает объем паракортикальной зоны, где увеличивается количество бластов, которые размножаются и дифференцируются в эффекторные клетки, в том числе цитотоксические Т-лимфоциты. При гуморальном иммунном ответе расширяются герминативные центры, где пролиферируют В-лимфобласты, размножаются и дифференцируются предшественники плазмоцитов, которые смещаются в мозговые тяжи. По мере затухания иммунного ответа запустевают герминативные центры, уменьшается толщина паракортикальной зоны и мозговых тяжей. Функции лимфатических узлов: 1) фильтрация лимфы, очистка ее от инородных частиц, мутировавших клеток и АГ; 2) освобождение лимфы от избытка воды, белков, жиров; 3) антигензависимая пролиферация и дифференцировка лимфоцитов и образование клеток памяти; 4) обогащение лимфы АТ и лимфоцитами; 5) депонирование лимфы и клеток. Селезенка Селезенка является вторичным органом иммунопоэза. Развитие. У человека селезенка закладывается на 5-й неделе эмбриогенеза из мезенхимы дорсальной брыжейки. На 9—10-й неделе селезенка включается в гемопоэз: в ней образуются гранулоциты, эритроциты, тромбоциты. Лимфоциты выявляются с 11-й недели. На 5-м месяце эмбриогенеза селезенка становится универсальным органом кроветворения. К моменту рождения миелопоэз 378 Часть V. Частная гистология в селезенке прекращается совсем, сохраняется только лимфоцитопоэз, происходящий и у взрослого человека. Строение. Селезенка — паренхиматозный орган. Снаружи селезенка покрыта брюшиной и капсулой из плотной неоформленной соединительной ткани, содержащей гладкие мышечные клетки. В толщу органа от капсулы отходят трабекулы, в которых располагаются кровеносные сосуды и ГМК. Сокращение ГМК капсулы и трабекул приводит к уменьшению объема органа и выбросу депонированной крови в кровоток. Строма селезенки представлена ретикулярной соединительной тканью. Ретикулярные клетки и волокна концентрически наслаиваются вокруг центральных артерий, лимфоидных узелков, сфинктеров. В паренхиме выделяют две функциональные части: белую и красную пульпы. Белая пульпа (20 % объема органа) представлена лимфоидной тканью и состоит из лимфоидных узелков (В-зона) и периартериальных лимфоидных влагалищ (Т-зона). Красная пульпа (75 % объема органа) занимает пространство между элементами белой пульпы и представлена синусоидными сосудами и селезночными тяжами. Кровоснабжение селезенки (рис. 22.5). В ворота селезенки входит селезеночная артерия, которая разветвляется на трабекулярные артерии (проходят в трабекулах). От них отходят пульпарные артерии, которые почти сразу же после выхода из трабекулы в пульпу окружаются Т-лимфоцитами (периартериальное лимфоидное влагалище) и на этом участке получают название центральных артерий. Находясь в белой пульпе, центральная артерия отдает капилляры, кровоснабжающие лимфоидный узелок. По выходе в красную пульпу центральная артерия делится на кисточковые артериолы, которые, в свою очередь, распадаются на капилляры. Эндотелий этих капилляров содержит филаменты, за счет которых изменяется форма клетки, а значит, открывается или закрывается просвет капилляра. Эта структура играет роль входных сфинктеров для капиллярного русла. Существуют два представления о кровоснабжении селезенки: если капилляры свободно открываются в пульпу и изливают кровь в селезеночные тяжи красной пульпы, то это открытый 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 379 7 6 4 5 13 2 3 1 9 17 12 10 4 3 14 15 16 17 11 7 5 6 7 2 1 8 18 13 10 9 Рис. 22.5. Схема строения селезенки. На врезке — схема кровоснабжения [45]: 1 — трабекулярная артерия; 2 — пульпарная артерия; 3 — центральная артерия; 4 — капилляры лимфоидного узелка; 5 — кисточковые артериолы; 6 — капилляры; 7 — венозные синусоиды; 8 — пульпарные вены; 9 — трабекулярная вена; 10 — муфты; 11 — венозные сфинктеры; 12 — лимфоидный узелок; 13 — селезеночные тяжи; 14 — герминативный центр; 15 — мантийная зона (корона); 16 — маргинальная зона; 17 — маргинальный синус; 18 — периартериальное лимфатическое влагалище тип кровоснабжения — медленный путь циркуляции крови, обеспечивающий контакт форменных элементов крови с макрофагами. В этом случае вокруг базальной мембраны капилляра макрофаги образуют футляр (эллипсоид); 380 Часть V. Частная гистология если капилляры продолжаются в синусоиды, то это закрытый тип кровообращения — путь быстрой циркуляции крови и оксигенации тканей. Венозные синусоиды могут располагаться в белой пульпе (маргинальные синусы) или красной. На выходе из синуса имеются структуры, играющие роль сфинктеров. Если сфинктеры закрыты с артериальной и венозной стороны, то обеспечивается депонирование крови. Когда венозные сфинктеры закрыты, а артериальные открыты, то происходит переполнение венозных синусоидов, и клетки крови перемещаются из синусоидов в селезеночные тяжи. При этом повреждается мембрана старых эритроцитов и тромбоцитов, они захватываются макрофагами и утилизируются. Когда артериальный конец закрыт, а венозный открыт, то депонированная кровь из синусов движется дальше по венам, при этом клетки из селезеночных тяжей проникают через стенку синусоидов и вновь возвращаются в кровеносное русло. Кровь из синусоидов белой или красной пульпы собирается в пульпарные вены, затем в трабекулярные и, наконец, в селезеночную вену. Белая пульпа. Элементы белой пульпы включают расположенные рядом В- и Т-зоны. Т-лимфоциты и интердигитирующие клетки (АПК) составляют основную массу Т-зоны, которая расположена вокруг центральной артерии, и образуют периартериальное лимфоидное влагалище. Лимфоидный узелок (В-зона) идентичен таковому в других вторичных лимфоидных органах и состоит из герминативного центра и мантийного слоя. Герминативный центр заселен В-лим фоцитами (бластами) на разных стадиях пролиферации и дифференцировки, Т-хелперами, узелковыми дендритическими клетками (АПК) и макрофагами, поглощающими дефектные лимфоциты. Здесь происходит дифференцировка В-лимфоцитов при вторичном иммунном ответе, размножение В-клеток памяти и предшественников плазмоцитов, которые окончательно дозревают в селезеночных тяжах. Мантийный слой представлен малыми В-лимфоцитами, макрофагами, стромальными клетками. Лимфоидный узелок (В-зона) и периартериальное лимфоидное влагалище (Т-зона) отделены от красной пульпы общей мар- 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 381 гинальной зоной. Здесь присутствуют лимфоциты, гранулоциты, макрофаги, эритроциты и венозные маргинальные синусы, которые окружают весь элемент белой пульпы. Красная пульпа представлена селезеночными тяжами и венозными синусоидами. Селезеночные тяжи содержат клетки крови, покидающие кровеносное русло при открытом типе кровообращения: эритроциты, гранулоциты, макрофаги, а также проплазмоциты, которые мигрируют сюда из лимфоидных узелков белой пульпы и дифференцируются до плазмоцитов. Макрофаги селезеночных тяжей захватывают и разрушают старые и поврежденные эритроциты и тромбоциты. Венозные синусоиды содержат те же форменные элементы крови, что и селезеночные тяжи, и отделяются от тяжей лишь тонкой стенкой синусоидов, поэтому отличить эти два структурных компонента красной пульпы на препарате невозможно. В зависимости от того, какие сфинктеры (с венозного или артериального конца) закрыты, а какие открыты, происходит обмен форменными элементами крови между селезеночными тяжами и венозными синусами. Клетки крови попадают в селезеночные тяжи из капилляров при открытом типе кровообращения или через стенку синусоида при закрытом типе, а затем возвращаются в кровоток через стенку венозного синусоида. При этом макрофаги уничтожают старые и поврежденные эритроциты и тромбоциты. Таким образом, основными функциями селезенки являются: 1) участие в кроветворении в эмбриональном периоде; 2) участие в иммунной защите, обеспечение антигензависимой дифференцировки Т- и В-лимфоцитов; 3) элиминация старых и поврежденных эритроцитов и тромбоцитов; 4) депонирование крови. Лимфоидные узелки слизистых оболочек Стенки органов пищеварительной и дыхательной систем являются основными зонами поступления в организм антигенного материала. В связи с этим данные органы имеют структуры, которые участвуют в захвате АГ, его процессинге и формировании ответных иммунных реакций. Структурно иммунная функ- 382 Часть V. Частная гистология ция пищеварительной и дыхательной систем реализуется посредством: 1) компактных специализированных структур: миндалин, червеобразного отростка; 2) системы лимфатических капилляров и�� сосудов, регионарных лимфатических узлов; 3) кишечно-ассоциированной и�� бронхо-ассоциированной диффузно расположенной лимфоидной ткани: М-клеток, клеток Лангерганса и внутриэпителиальных лимфоцитов (Т-лимфоцитов и NK) в составе эпителия слизистых оболочек. М-клетки имеют глубокие инвагинации цитолеммы — интраэпителиальные карманы, где обнаруживаются В- и T-лимфоциты и, реже, дендритные клетки. Мембрана апикальной части клетки не участвует в формировании всасывательной каемки, имеет отдельные микроворсинки и приспособлена для прикрепления чужеродных молекул, частиц и микроорганизмов. Главная роль М-клеток — эндоцитоз и трансэпителиальный транспорт инородных структур для презентации Т- и В-лимфоцитам, дендритным клеткам, расположенным в подлежащей собственной пластинке; одиночных и множественных лимфоидных узелков (главным образом в кишке), расположенных в слизистой (в собственной пластинке) и подслизистой оболочках. Сгруппированные лимфоидные узелки в слизистой и подслизистой оболочках подвздошной кишки называются пейеровыми бляшками (рис. 22.6). Эти узелки являются В-зоной и идентичны таковым в других вторичных лимфоидных органах. Узелок состоит из герминативного центра и купола (короны). Каждый узелок отделен от соседнего межузелковой зоной (Т-зона). Того небольшого количества антигенов, которые транспортируются М-клет ками и другими АПК из эпителия, достаточно для индукции иммунного ответа. Стимулированные в зоне купола Т- и В-лимфоциты мигрируют по лимфатическим сосудам в ВЛО, дифференцируются и в виде предшественников плазмоцитов и Т-лимфоцитов выселяются в слизистые оболочки. Плазмоциты секретируют в основном IgA. Клетки эпителиальной выстилки присоединяют к IgA секреторный компонент, который защищает иммунный белок от действия повреждающих факторов и транспортируют через Макрофаг Грудной лимфа тический проток Селезенка Посткапилляр ные венулы Крипты Корона Региональные лимфоузлы Ворсинка Плазмоцит Макрофаг Основная часть IgA Секреторный компонент IgA IgAs Рис. 22.6. Схема взаимоотношений эпителиоцитов и лимфоцитов в тонком кишечнике [16] Лимфоциты Антигены 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 383 384 Часть V. Частная гистология свою апикальную поверхность в просвет. IgAs (секреторный, в отличие от сывороточного) обеспечивает связь с антигеном в полости органа, блокирует прикрепление микроорганизмов к поверхности эпителия, вызывает их слипание и отторжение. Система ассоциированной лимфоидной ткани — крупнейший орган иммунной системы, содержащий до 40 % иммунных клеток всего организма. Миндалины Миндалины — органы лимфоидной системы, подэпителиальные скопления лимфоидной ткани в ретикулярной строме слизистой оболочки верхних дыхательных путей и начальных отделов пищеварительного тракта. У человека выделяют парные нёбные (между нёбными дужками) и трубные миндалины (между отверстиями евстахиевых труб и мягким нёбом), непарные язычную (в корне языка) и глоточную миндалины (на задней поверхности носоглотки), а также единичные узелки, рассеянные в задней стенке глотки. В миндалинах отсутствуют приносящие лимфатические сосуды. Строение. Нёбные миндалины расположены по обеим сторонам глотки между нёбными дужками. Выстланы многослойным плоским неороговевающим эпителием, который образует глубокие инвагинации (крипты) в подлежащую собственную пластинку слизистой оболочки (рис. 22.7). Между эпителиоцитами в большом количестве присутствуют лимфоциты. Крипты нёбных миндалин всегда ветвятся. В собственной пластинке вокруг крипт расположены лимфоидные узелки — В-зоны, между ними — Т-зоны. Подслизистая основа образует вокруг миндалины капсулу, от которой в глубь миндалины отходят соединительнотканные перегородки. Кнаружи от капсулы расположены группы слизистых желез и скелетные мышечные волокна. Язычная миндалина располагается в слизистой оболочке корня языка, образует много коротких и мало ветвящихся крипт, выстланных многослойным плоским неороговевающим эпителием. Каждая крипта окружена лимфоидными узелками. Эпителий 22. Органы кроветворения и иммунопоэза 385 6 2 5а 5б 4 2 7 3 2 1 5 Рис. 22.7. Строение нёбной миндалины [14]: 1 — эпителий; 2 — крипта; 3 — капсула; 4 — субэпителиальная зона; 5 — лимфоидный узелок: 5а — зона размножения; 5б — мантийный слой; 6 — эпителий, инфильтрированный лимфоцитами; 7 — интерфолликулярная зона крипт инфильтрирован лимфоцитами слабее, чем в нёбной миндалине. В просвет крипт открываются протоки слизистых слюнных желез, благодаря чему детрит (дегенерирующие лимфоциты, десквамированный эпителий, бактерии), в отличие от нёбной миндалины, легко вымывается. Глоточная миндалина расположена на участке носоглотки, лежащем между отверстиями слуховых труб. Выстлана многорядным реснитчатым эпителием. Под эпителием располагается собственная пластинка слизистой оболочки со множеством лимфоидным узелков. Эпителий не образует крипт, а вместе с собственной пластинкой формирует складки. Снаружи глоточная миндалина окружена тонкой соединительнотканной капсулой, от которой в глубь органа отходят перегородки. Кнаружи от капсулы располагаются мелкие смешанные железы, выводные протоки которых открываются в эпителиальные складки. Трубные миндалины — мелкие скопления лимфоидной ткани в области глоточных отверстий слуховой трубы. Покрыты однослойным многорядным призматическим реснитчатым эпителием и по строению сходны с глоточной. 386 Часть V. Частная гистология Миндалины выполняют защитную функцию, обезвреживая микроорганизмы, обеспечивают антигензависимую дифференцировку лимфоцитов, участвующих в реакциях гуморального и клеточного иммунитета. Червеобразный отросток Червеобразный отросток — дивертикул слепой кишки. Его строение соответствует строению толстой кишки. Эпителий формирует крипты с большим количеством бокаловидных и энтеро хромафинных клеток. На всем протяжении собственной пластинки слизистой оболочки обнаруживаются лимфоидные узелки, которые располагаются с большой плотностью и могут прободать плохо выраженную мышечную пластинку и выходить в подслизистую основу. Максимальное количество лимфоидных узелков наблюдается у подростков, после чего наступает частичная инволюция органа, и контуры лимфоидных узелков становятся нечеткими. Особенностью собственной пластинки является наличие в ней (нейро) эндокриноцитов. Функцию червеобразного отростка связывают с иммунной системой и участием в антигензависимой дифференцировке лимфоцитов, но, возможно, червеобразный отросток играет заметную роль в деятельности дисперсной (диффузной) эндокринной системы. 23. ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА Общая характеристика Эндокринная система представляет собой совокупность структур: органов, частей органов, отдельных клеток, секретирующих биологически активные вещества (гормоны) во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, межклеточное вещество). Гормоны Гормон — биологически активное вещество, синтезирующееся эндокринными железами или отдельными клетками, циркулирующее во внутренней среде организма и оказывающее регуляторный эффект на клетки-мишени. Клетка-мишень — это клетка, которая при помощи специфических рецепторов способна распознавать наличие гормона и отвечать изменением режима функционирования при связывании гормона с его рецептором. Рецепторы — это генетически детерминированные молекулы (белки, глико- и липопротеины), локализованные в различных областях клетки (плазмолемме, цитоплазме или ядре) и специализированные на восприятии биологически значимых сигналов химической и физической природы. Гормоны оказывают на органы, ткани и системы влияние: 1) функциональное — осуществляют регуляцию и координацию функций организма, процессы адаптации и поддержание гомеостаза, обеспечивают поведенческую и рассудочную деятельность; 2) морфогенетическое — обеспечивают процессы дифференцировки и роста клеток, тканей и всего организма в целом. Химическая природа гормона предопределяет строение эндокринной клетки, синтезирующей этот гормон, и локализацию рецепторов на клетках-мишенях. По химической природе гормоны делятся на три группы: белки и полипептиды: гормоны гипоталамуса (окситоцин, вазопрессин), тропные гормоны гипофиза, гормоны поджелудоч- 388 Часть V. Частная гистология ной железы (инсулин, глюкагон), паращитовидной железы, большинство гормонов эндокриноцитов гастроэнтеропанкреатической системы и др.; производные аминокислот: гормоны щитовидной железы (Т3 и Т4), мозгового вещества надпочечников (адреналин, норадреналин); стероидные гормоны: гормоны коры надпочечников, гонад. По способности проходить через плазматическую мембрану клетки гормоны делятся на две группы: полярные, или гидрофильные, гормоны — белки, пептиды, производные аминокислот, кроме тиреоидных гормонов. Они не могут проникать через цитолемму, поэтому рецепторы к ним локализуются в мембране клетки — мембранные рецепторы. Мембранные рецепторы являются трансмембранными белками и, как правило, относятся к первому или третьему типу рецепторов — каталитическим или связанным с G-белком соответственно (подробнее см. гл. 4. Клеточная мембрана (плазмолемма)). Взаимодействие гормона с рецептором вызывает каскад биохимических реакций (зачастую с помощью вторичных посредников), которые приводят к активации специфических ферментов или структурных белков в цитоплазме клеток. В результате такого взаимодействия изменяется метаболизм клетки и формируется ее ответная реакция; неполярные, или гидрофобные, гормоны (стероидные гормоны коры надпочечников, половых желез и тиреоидные гормоны) легко проникают в клетку через плазматическую мембрану, связываются с внутриклеточным белком-рецептором и вместе с ним попадают в ядро, где изменяют активность определенных генов. Для этих гормонов в ядре имеются ядерные рецепторы. Взаимодействие комплекса гормонов — внутриклеточный белок с протеинами ядерного рецептора инициирует процесс транскрипции РНК. В результате синтезируются специфические белки, участвующие в регуляции разнообразных физиологических реакций. Аналогичным образом эти гормоны могут воздействовать на клеточные органеллы, которые имеют рецепторы к этим гормонам. 23. Эндокринная система 389 Эндокринные железы Клетки с эндокринной функцией могут образовывать самостоятельные органы — железы или части органов, а также находиться в виде одиночных гормонпродуцирующих клеток в составе неэндокринных органов. В интегральной эндокринной системе по современной классификации различают: 1) центральные органы эндокринной системы (нейросекреторные ядра гипоталамуса, гипофиз, эпифиз); 2) периферические органы эндокринной системы (щитовидная, околощитовидные железы, надпочечники); 3) органы, объединяющие эндокринные и неэндокринные функции (семенник, яичник, плацента, поджелудочная железа); 4) одиночные гормонпродуцирующие клетки (дисперсная эндокринная система). Особенности структурной организации эндокринных желез: 1) не имеют выводных протоков; 2) хорошо кровоснабжаются, в�� них присутствуют гемокапилляры фенестрированного или синусоидного типа; 3) являются паренхиматозными органами; 4) секреторные клетки эндокринных желез образуются: нервной тканью — секреторные клетки гипоталамуса, эпифиза, мозгового вещества надпочечников, С-клетки щитовидной железы; эпителиальной тканью — эндокриноциты аденогипофиза, щитовидной и паращитовидной желез, коры надпочечников и др.; соединительной тканью — клетки Лейдига в семенниках, тека-клетки в яичниках; мышечной тканью — юкстагломерулярные клетки приносящих артериол почки, секреторные кардиомиоциты. Эндокринные железы могут быть представлены достаточно однотипными клетками (паращитовидная железа, эпифиз) или большим разнообразием клеток (гипофиз, эндокринная часть поджелудочной железы). Становление эндокринной системы как регуляторно-инте грирующей системы в процессе филогенеза проходит три этапа: аутокриния, паракриния, эндокриния. 390 Часть V. Частная гистология Аутокринная регуляция. Клетки имеют рецепторы к собственным гормонам. Этот способ саморегуляции клеток широко распространен в эмбриональном периоде. В постнатальном периоде у некоторых клеток проявляются аутокринные влияния. Например, клетки эндотелия вырабатывают эндотелины, которые и воздействуют на эти же клетки. Паракринная регуляция. Клетки, продуцирующие гормон, располагаются рядом с клетками-мишенями, которые имеют рецептор к данному гормону и отличаются от клеток-продуцентов. В постнатальном периоде этот механизм регуляции наблюдается в железах пищеварительной системы. Секреция париетальными клетками соляной кислоты стимулируется гастрином, гистамином, тормозится соматостатином — гормонами, которые секретируются рядом расположенными клетками. Эндокринная, или дистантная, регуляция. Секреция гормона происходит во внутреннюю среду, клетки-мишени могут отстоять от эндокринной клетки сколь угодно далеко. Выработка гормонов эндокринными органами регулируется нервной системой, с которой они тесно связаны. Внутри эндокринной системы существуют сложные взаимодействия центральных и периферических органов. В основе данных взаимодействий лежат принципы иерархической регуляции и обратной связи. Принцип иерархической регуляции в первую очередь относится к гипоталамо-гипофизарной регуляции периферических эндокринных желез. Этот принцип характеризуется соподчинением деятельности одних желез другим, вышестоящим в системе иерархии, и может быть представлен следующим образом: гипоталамус → гипофиз → периферическая эндокринная железа → эффекторные клетки органа-мишени → результат. Такая регуляция периферических желез называется трансаденогипофизарной. Обратная связь — способ контроля над активностью эндокринных желез. Обратная связь бывает положительной и отрицательной. Принцип отрицательной обратной связи заключается в том, что при повышении уровня гормона (или регулируемого параметра) в периферической крови функциональная активность железы, продуцирующей этот гормон, снижается. Положительная обратная связь предполагает повышение функциональной активности железы при повышении уровня гормона. 23. Эндокринная система 391 Пример простого вида отрицательной обратной связи: инсулин индуцирует усвоение глюкозы клетками. При снижении уровня глюкозы в крови уровень инсулина снижается. Пример сложного вида отрицательной обратной связи: гипоталамус с помощью рилизинг-фактора стимулирует секрецию тиреотропного гормона гипофиза, который, в свою очередь, приводит к повышению секреции гормонов щитовидной железы. Высокий уровень гормонов щитовидной железы тормозит выработку тиреотропного гормона гипофизом и, очевидно, рилизинг-фактора гипоталамусом. При этом гормоны, вырабатываемые в периферических эндокринных образованиях, могут оказывать регулирующее влияние на деятельность центральных. Центральные органы эндокринной системы Гипоталамус Гипоталамус — высший центр эндокринных функций. Он объединяет эндокринные механизмы регуляции с нервными, является мозговым центром вегетативной нервной системы. Развитие. Гипоталамическая область мозга развивается из базальной части нейроэктодермального эпителия, располагающегося в виде утолщения на вентральной стенке диэнцефального мозгового пузыря. Развитие гипоталамуса тесно связано с развитием задней доли гипофиза. Строение. Гипоталамус локализуется под зрительным бугром (таламусом), образуя дно третьего желудочка. Полость третьего желудочка продолжается в воронку, стенка которой представляет собой гипофизарную ножку. Ее дистальная часть образует заднюю долю гипофиза (нейрогипофиз). Кпереди от гипофизарной ножки утолщение дна третьего желудочка формирует медиальную эминенцию (срединное возвышение) гипоталамуса. В сером веществе гипоталамуса лежат парные ядра (свыше 30 пар), они находятся в его переднем, среднем (медиобазальном и туберальном) и заднем отделах (рис. 23.1). 392 Часть V. Частная гистология 2 34 5 1 6 7 8 ЛГ Э ФСГ Ок с ТТГ Г ФСГ АД АКТГ 9 10 с Ок Г ЛТ СТГ Э Пг Рис. 23.1. Гипоталамо-гипофизарная система и действие тропных гормонов на органы-мишени [15]: 1 — медиальное возвышение с первичной капиллярной сетью; 2 — супраоптическое ядро; 3 — переднее гипоталамическое ядро; 4 — паравентрикулярное ядро; 5 — аркуатновентромедиальный комплекс медиобазального гипоталамуса; 6 — нейросекреторные пептидиадренергические клетки медиобазального гипоталамуса, секретирующие рилизинговые гормоны в первичную капиллярную сеть; 7 — задняя доля гипоталамуса; 8 — накопительное тельце Херринга; 9 — средняя доля гипофиза; 10 — передняя доля гипоталамуса В переднем гипоталамусе располагаются парные супраоптические и паравентрикулярные ядра. Эти ядра в основном образованы крупными пептидхолинергическими нейросекреторными клетками. Это крупные отростчатые клетки с ядрами неправильной формы. В их цитоплазме хорошо выявляется хроматофильная субстанция, локализованная преимущественно на периферии цитоплазмы. При электронной микроскопии в нейросекреторных клетках наблюдается сильно развитая гранулярная эндоплазматическая сеть, секреторные гранулы и синаптические пузырьки. Это свидетельствует о том, что клетки образуют как нейрогормоны, так и нейромедиаторы. На клетках обнаружено много межнейрональных синапсов. В аксонах клеток находятся многочисленные 23. Эндокринная система 393 гранулы нейросекрета, содержащие белок, иногда липиды и полисахариды. Аксоны идут в заднюю долю гипофиза, где на кровеносных капиллярах образуют нейрогемальные синапсы. Нейросекреторные клетки переднего гипоталамуса продуцируют белковые гормоны — вазопрессин (антидиуретический гормон) и окситоцин. Эти гормоны с помощью аксоплазматического транспорта по аксонам поступают в заднюю долю гипофиза, а затем в общий кровоток. Органами-мишенями в а з о п р е с с и н а (а н т и д и у р е т и ч е с к о г о г о р м о н а) являются почки и артерии. В дистальных канальцах нефронов и собирательных трубочках почек гормон увеличивает обратную реабсорбцию воды. В результате уменьшается мочеотделение, задержка жидкости в организме, повышается артериальное давление. Недостаток гормона приводит к развитию несахарного диабета, при котором объем выделяемой мочи может достигать нескольких десятков литров в сутки. В артериях гормон вызывает усиление тонуса гладкомышечных клеток, сужение просвета, что также повышает артериальное давление. О к с и т о ц и н стимулирует сокращение ГМК мужских и женских половых путей, в частности миометрия (гладкой мускулатуры матки), во время родов, а также миоэпителиальных клеток молочных желез, способствуя выделению молока. Кроме того, этот гормон отвечает за формирование полового влечения как у женщин, так и у мужчин. Средний (медиобазальный) гипоталамус содержит ядра, включающие мелкие пептидадренергические и адренергические нейроны (аркуатное и вентромедиальное ядра). Нейроны этих ядер вместе с мелкоклеточными нейронами паравентрикулярных ядер переднего гипоталамуса участвуют в формировании гипоталамоаденогипофизарной системы, поскольку вырабатывают р и л и з и н г - г о р м о н ы , регулирующие функции клеток аденогипофиза. Гипоталамические нейрогормоны являются низкомолекулярными белками (олигопептидами), которые либо угнетают (с т а т и н ы ), либо стимулируют (л и б е р и н ы ) выработку гормонов клетками аденогипофиза. В настоящее время выделено четыре либерина — соматолиберин, гонадолиберин, кортиколиберин, тиролиберин и два статина — соматостатин и пролакти- 394 Часть V. Частная гистология ностатин. Соматостатин в аденогипофизе тормозит синтез соматотропина (гормона роста), адренокортикотропина и тиротропина, а также секрецию инсулина и глюкагона поджелудочной железой, ренина почками, гормонов диффузной эндокринной системы. В гипоталамусе находятся группы нейронов, образующих нейрорегуляторные пептиды, также влияющие на гипофиз: энкефалины, эндорфины, нейротензины, вещество Р и др. Их действие сходно с действием рилизинг-гормонов. Кроме трансаденогипофизарного способа регуляции эндокринных функций организма гипоталамус посылает свои эфферентные импульсы к периферическим эндокринным железам прямо по симпатическим нервам без участия гипофиза — парагипофизарно. Задний гипоталамус включает мамилярные тела и перифорникальное ядро. Этот отдел гипоталамуса не является эндокринным; он регулирует поведенческие реакции. Нейросекреторная деятельность гипоталамуса регулируется высшими отделами головного мозга — лимбической системой, гиппокампом, эпифизом. Эти влияния осуществляются с помощью нейроаминов: дофамина, норадреналина, серотонина, а также ацетилхолином, эндорфинами и энкефалинами, вырабатываемыми нейронами головного мозга. Кроме того, на выработку гипоталамусом нейрогормонов влияют гипофиз и периферические эндокринные железы (по принципу обратной связи — положительной или отрицательной). Гипофиз Гипофиз — непарный паренхиматозный эндокринный орган, расположен на основании мозга. Гипофиз состоит из двух структурно-функциональных компонентов: аденогипофиза и нейрогипофиза. Развитие. Гипофиз развивается из двух источников — эпителиального (карман Ратке) и нейрального. На 4—5-й неделе эмбриогенеза образуется карман Ратке — выпячивание эктодермы кры- 23. Эндокринная система 395 ши ротовой ямки зародыша, который растет по направлению к мозгу. Из нейроэктодермы дна третьего желудочка образуется вырост мозгового пузыря. Эти две разные по происхождению части вступают в контакт, образуя гипофиз. В результате дифференцировки кармана Ратке образуется: передняя доля гипофиза — из утолщения передней стенки кармана; промежуточная часть — из задней стенки кармана Ратке; туберальная часть — из утолщения латеральной стенки и окружает воронку гипоталамуса. Полость кармана остается гипофизарной щелью между передней и промежуточной частью аденогипофиза. Из выроста мозгового пузыря формируется задняя доля гипофиза — нейрогипофиз. Строение. Аденогипофиз состоит из трех частей: передняя и промежуточная доли, туберальная часть. Передняя доля гипофиза имеет трабекулярный тип строения: эпителиальная ткань образует тяжи — трабекулы, между которыми находится рыхлая волокнистая соединительная ткань с фенестрированными или синусоидными капиллярами. Железистые клетки делятся на два вида: 1. Хромофобные аденоциты составляют 60 % всех аденоцитов и расположены в центре трабекул. Цитоплазма хромофобных аденоцитов окрашивается слабо. Среди них выделяют две категории клеток: камбиальные и хромофильные клетки, которые еще не накопили секреторных гранул или уже их выделили в результате интенсивной секреции. 2. Хромофильные аденоциты располагаются по периферии трабекул. Выделяют пять типов железистых клеток, которые на основании специфической окраски гранул делятся на базофильные и ацидофильные (рис. 23.2). Базофильные клетки составляют 4—10 % всех аденоцитов передней доли. Они крупные, имеют хорошо развитые органеллы белкового синтеза, митохондриальный аппарат, компоненты цитоскелета. Секреторные гранулы различных размеров равномерно распределены по всей цитоплазме клеток, содержат гликопротеины, окрашиваются базофильно основными красителями. 396 Часть V. Частная гистология а б г в д Рис. 23.2. Эндокриноциты аденогипофиза [7; 15]: а — гонадотропоцит; б — тиротропоцит; в — соматотропоцит; г — лактотропоцит; д — кортикотропоцит Существуют две разновидности базофильных клеток: гонадотропоциты (Д-базофилы) — овальные клетки с круглым ядром, расположенным эксцентрично. В цитоплазме в околоядерной зоне находится макула — сильно развитый аппарат Гольджи. Митохондрии палочковидные. Секреторные гранулы (200—250 нм) равномерно распределены по цитоплазме. Предполагается, что существуют два типа клеток — фоллитропоциты и лютропоциты, которые продуцируют соответственно фоллитропин и лютропин. Однако это точка зрения разделяется не всеми. Не исключается, что одна и та же клетка может синтезировать оба гормона. Фоллитропин или фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) в женском организме вызывает рост фолликулов в яичнике, синтез эстрогена, а у мужчин активирует сперматогенез. Лютропин или лютеонизирующий гормон (ЛГ) обеспечивает процесс овуляции и формирования желтого тела, стимулирует продукцию прогестерона желтым телом. В мужском организме активирует выработку тестостерона клетками Лейдига. 23. Эндокринная система 397 При удалении половых желез (кастрации) нарушается регуляция по принципу обратной связи. Вначале гонадотропоциты, стимулируемые гонадолиберином, гипертрофируются, а затем от непрерывной активности истощаются: ядро уплощается, смещается на периферию, формируется крупная вакуоль за счет увеличения комплекса Гольджи. Такие гонадотропоциты называются клетками кастрации; тиротропоциты (Б-базофилы) — клетки неправильной или угловатой формы, составляющие 1—2 % клеточной популяции аденогипофиза. Ядро округлое, расположено в центре. По периферии цитоплазмы локализуются многочисленные мелкие (100— 160 нм) базофильные гранулы. Клетки вырабатывают тиротропин (тиреотропный гормон ТТГ), стимулирующий функцию щитовидной железы. При удалении железы тиреотропоциты увеличиваются в размерах, становятся округлыми, комплекс Гольджи и грЭПС гипертрофируются, цитоплазма дегранулирует и вакуолизируется. Такие клетки называются к л е т к а м и т и р о и д э к т о м и и. Ацидофильные клетки располагаются преимущественно по периферии трабекул и составляют 30—35 % общего количества аденоцитов передней доли. Клетки округлой или овальной формы, по размерам меньше базофильных, ядра располагаются в центре. Цитоплазма клеток содержит крупные плотные белковые гранулы, воспринимающие кислые красители. Имеют две разновидности клеток соматотропоциты и пролактиноциты: соматотропоциты — наиболее многочисленная популяция клеток в передней доле гипофиза. Это округлые клетки с ядром в центре, митохондрии вытянутой формы. В цитоплазме крупные секреторные гранулы (350 нм) расположены плотно по всей цитоплазме или на стороне клетки, прилежащей к перикапиллярному пространству. Соматотропоциты синтезируют гормон роста или соматотропин, стимулирующий деление клеток в организме и его рост; пролактиноциты (лактотропоциты, маммотропоциты) — клетки неправильной формы. Ядро крупное, округлое, расположено несколько эксцентрично. Размеры гранул в неактивном состоянии около 200 нм, а при беременности и лактации — 600 нм. Секреторные гранулы содержат гормон пролактин, или лактотропный гормон. Этот гормон обеспечивает рост секреторных отделов мо- 398 Часть V. Частная гистология лочной железы и секрецию молока. Способствует образованию в яичнике желтого тела и выработке им гормона прогестерона. Кортикотропоциты составляют 2—5 % общего числа аденоцитов, по своим тинкториальным свойствам не принадлежат ни к ацидофильным, ни к базофильным аденоцитам. Клетки располагаются в центре передней доли гипофиза, имеют неправильную или угловатую форму. Их отличительная черта — дольчатое ядро, расположенное эксцентрично. Секреторные гранулы (200—250 нм) занимают преимущественно периферию цитоплазмы. Клетки вырабатывают гормон адренокортикотропин (АКТГ), который стимулирует секрецию гормонов пучковой и сетчатой зонами коры надпочечника. Выработка гормонов клетками передней доли гипофиза регулируется гипоталамическими либиринами и статинами. Промежуточная (средняя) доля. Этот компонент аденогипофиза демонстрирует большие вариации в ряду позвоночных. У человека средняя доля развита слабо, имеет вид пласта клеток, состоит из базофильных и хромофобных клеток, скопления которых формируют прерывистые тяжи. Встречаются кистозные полости (псевдофолликулы), стенка которых образована реснитчатым эпителием, а внутри содержится коллоид белковой природы, в котором не обнаружены гормоны. Средняя доля аденогипофиза выделяет два гормона: меланоцитостимулирующий гормон (МСГ) активирует деятельность меланоцитов, регулирует пигментный обмен; липотропный гормон (ЛПГ) усиливает метаболизм липидов. Туберальная часть представлена тяжами эпителиальных клеток (хромофильных и хромофобных), которые окружают гипофизарную ножку, отделяясь от нее тонкой соединительнотканной прослойкой. Эндокринная активность в них не обнаружена. В этой доле проходят гипофизарные портальные вены, соединяющие первичную капиллярную сеть срединного возвышения гипоталамуса с вторичной капиллярной сетью передней доли гипофиза (см. рис. 23.1). Задняя доля (нейрогипофиз) образована нервной тканью, но не содержит нейросекреторных клеток. Эта доля состоит главным образом из аксонов нейросекреторных клеток, находящихся в супра- 23. Эндокринная система 399 оптических и паравентрикулярных ядрах гипоталамуса. Аксоны заканчиваются на фенестрированных капиллярах, образуя нейрогемальные синапсы, в которых и происходит выделение гормонов в кровеносное русло (см. рис. 23.1). Расширения аксонов, располагающиеся выше синапсов и накапливающие гормоны, называются тельцами Геринга. До 25—30 % объема нейрогипофиза приходится на специализированные клетки — п и т у и ц и т ы. Они напоминают астроглиальные клетки и имеют неправильную форму с многочисленными отростками, которые заканчиваются в периваскулярном пространстве. Отростки клеток формируют трехмерные сети, окружающие аксоны и терминали нейросекреторных клеток гипоталамуса. Питуициты выполняют функции, свойственные астроцитам в других участках ЦНС, а также регулируют выделение вазопрессина и окситоцина из терминалей аксонов в гемокапилляры. В задней доле гипофиза накапливаются и выделяются в кровь гормоны вазопрессин и окситоцин, вырабатываемые нейросекреторными клетками переднего гипоталамуса. Гипоталамо-гипофизарная система Гипоталамус вместе с гипофизом образует единую гипоталамогипофизарную систему, в которой выделяют гипоталамо-адено гипофизарную и гипоталамо-нейрогипофизарную системы (см. рис. 23.1). Гипоталамо-аденогипофизарная система представлена: мелкими нейронами паравентрикулярных, аркуатных и вентромедиальных ядер среднего гипоталамуса, в�� которых синтезируются либерины и статины; медиальным возвышением с нейрогемальными синапсами; передней долей аденогипофиза. Аксоны нейросекреторных клеток медиобазального гипоталамуса вступают в медиальное возвышение и образуют нейрогемальные синапсы на фенестрированных капиллярах первичной капиллярной сети, в которые и выделяют рилизинг-гормоны. Первичная капиллярная сеть образовалась в результате ветвления верхней гипофизарной артерии. Капилляры собираются в пор- 400 Часть V. Частная гистология тальные вены, которые через гипофизарную ножку направляются в переднюю долю гипофиза, где формируют вторичную капиллярную сеть (синусоидного типа). Рилизинг-гормоны (либерины и статины) выходят из капилляров и оказывают регулирующее воздействие на клетки-мишени аденогипофиза. Капилляры вторичной сети собираются в выносящие вены, по которым кровь, насыщенная гормонами передней доли, поступает в общую циркуляцию (см. рис. 23.1). Таким образом, гипоталамическая регуляция секреции гормонов передней доли аденогипофиза осуществляется нервногуморальным путем с помощью нервно-сосудистых контактов в зоне срединного возвышения. Гипоталамо-нейрогипофизарная система формируется: крупными нейронами паравентрикулярных и�� супраоптических ядер переднего гипоталамуса; капиллярами нейрогипофиза с нейрогемальными синапсами. Гипоталамо-нейрогипофизарная система является источником гормонов вазопрессина и окситоцина, вырабатываемых крупными нейроскреторными клетками супраоптического и паравентрикулярного ядер переднего гипоталамуса. Гормоны, синтезируемые нейросекреторными клетками переднего гипоталамуса, по аксонам этих клеток, образующих гипоталамо-гипофизарную ножку, транспортируются в нейрогипофиз. Через нейрогемальные синапсы гормоны попадают в капилляры задней доли гипофиза, а оттуда в общий кровоток. Васкуляризация задней доли гипофиза обеспечивается сосудами, отходящими от нижних гипофизарных артерий. Таким образом, между гипоталамусом и задней долей гипофиза существует нервная связь за счет аксонов нейросекреторных клеток переднего гипоталамуса. Медиальное возвышение гипоталамуса и задняя доля гипофиза являются нейрогемальными органами. Нейрогемальные органы не являются истинно эндокринными железами, поскольку не синтезируют гормоны. Признаки нейрогемального органа: 1) образованы нервной тканью, но содержат только глиальные клетки: таннициты срединного возвышения и питуициты нейрогипофиза; 23. Эндокринная система 401 2) хорошо развита система фенестрированных гемокапилляров; 3) заканчиваются аксоны нейросекреторных клеток, формируя нейрогемальные синапсы; 4) не синтезируют гормоны, способны лишь их накапливать. Эпифиз Эпифиз — непарный нейроэндокринный паренхиматозный орган. Локализуется между передними бугорками четверохолмия. Железа отвечает за циркадные ритмы в организме, ее функция связана со сменой дня и ночи. Развитие. Эпифиз имеет нейральное происхождение и формируется на 5—6-й неделе эмбриогенеза как выпячивания из каудальной части промежуточного мозга. Образовавшийся карман изначально связан с третьим желудочком мозга, затем просвет органа зарастает. Строение. Железа окружена тонкой соединительнотканной капсулой, внутрь отходят перегородки, образующие строму, и делят паренхиму на нечетко выраженные дольки. Паренхима состоит из двух основных популяций клеток пинеалоцитов и глиальных клеток. Пинеалоциты (до 90 % клеток) — клетки звездчатой формы, занимают центральную часть железы. Отростки направляются к стенке капилляра, вокруг которых они формируют терминальные булавовидные расширения. Выделяют светлые и темные пинеалоциты, различающиеся функциональной активностью. Пинеалоциты содержат много митохондрий, хорошо развитый аппарат Гольджи, гранулярную эндоплазматическую сеть, секреторные гранулы, лизосомоподобные везикулы. В отростках клеток выявляется большое количество секреторных гранул с плотным центром и прозрачных везикул. Эти гранулы и везикулы подобны тем, что наблюдаются в других нейросекреторных клетках. Глиоциты эпифиза относятся к волокнистой астроцитарной глии и составляют до 5 % всех клеток паренхимы, располагаются преимущественно на периферии долек. Длинные отростки направляются на периферию железы, короткие окружают пинеалоциты. 402 Часть V. Частная гистология Клетки имеют базофильную цитоплазму, не содержат гранул, бедны органеллами. Кроме опорной и разграничительной функции глиоциты играют важную роль в местном окружении пинеалоцитов. Капилляры железы имеют фенестрированную эндотелиальную выстилку и обладают высокой проницаемостью для гормонов. Эпифиз осуществляет контроль биоритмов деятельности гипоталамо-гипофизарной системы. В зависимости от смены дня и ночи изменяется функциональное состояние этой железы. Информация о внешней освещенности поступает по симпатическим путям по следующей цепочке: сетчатка → зрительные нервы → ядра таламуса → нисходящие пути → центральный отдел спинного мозга симпатической нервной системы → симпатические нервы → эпифиз. Эпифизом вырабатывается более 40 различных веществ. Основными гормонами являются серотонин, мелатонин, антигонадотропин и гормон, повышающий уровень калия в крови. Гормоны эпифиза — функциональные антагонисты нейросекреторных клеток гипоталамуса и секреторных клеток гипофиза. Мелатонин (производное индоламина) является антагонистом меланоцитстимулирующего гормона гипофиза. У человека эффект этого гормона на меланоциты слабый. Мелатонин образуется из серотонина в ночное время. Он снижает стероидогенную функцию репродуктивной системы путем торможения нейросекреторных клеток гипоталамуса, секретирующих гонадолиберин. Удаление эпифиза у животных приводит к преждевременному половому созреванию. В молодом возрасте эпифиз функционирует наиболее активно. Снижение функциональной активности наблюдается после 7 лет. При старении орган уменьшается в размерах, иногда в нем откладываются кристаллы карбонатов и фосфатов кальция вместе с матриксом разрушенных клеток (мозговой песок или ацервулюс). 23. Эндокринная система 403 Периферические органы эндокринной системы Щитовидная железа Щитовидная железа — крупная непарная эндокринная железа, состоит из правой и левой долей, соединенных перешейком. Орган тесно связан с мелкими паращитовидными железами. Щитовидная железа — паренхиматозный орган, имеющий фолликулярное строение. Развитие. Щитовидная железа имеет четыре источника развития. 1. Закладывается у зародыша человека на 3—4-й неделе эмбрионального развития как выпячивание передней стенки глотки между первой и второй парами жаберных карманов. Это выпячивание превращается в эпителиальный тяж. На уровне 3—4-й пар жаберных карманов тяж раздваивается, образуя зачатки правой и левой долей щитовидной железы. Зачатки долей разрастаются, формируют эпителиальные трабекулы. 2. Эпителий 4-й пары глоточных (жаберных) карманов образует ультимобранхиальные тела, которые врастают в формирующуюся щитовидную железу. Клетки могут формировать атипичные ультимобранхиальные фолликулы. 3. Мезенхима дает начало соединительнотканным прослойкам и сосудам. 4. В закладку щитовидной железы мигрируют также клетки нервного гребня (нейробласты), которые превращаются в С-клетки (кальцитониноциты, или парафолликулярные клетки). Строение. Щитовидная железа окружена соединительнотканной капсулой, прослойки которой (трабекулы) направляются вглубь и разделяют орган на дольки. Паренхиму образуют скопления фолликулов и интерфолликулярные островки. Фолликулы являются структурно-функциональными единицами щитовидной железы. Это образования шаровидной формы с полостью внутри (рис. 23.3). Полость заполнена вязким содер- 404 Часть V. Частная гистология 1 2 6 3 4 5 Рис. 23.3. Строение стенки фолликула щитовидной железы [60]: 1 — просвет фолликула; 2 — микроворсинки на поверхности тироцита; 3 — тироцит; 4 — парафолликулярная клетка; 5 — просвет капилляра; 6 — замыкательные пластинки между тироцитами жимым — коллоидом, продуктом секреции тироцитов. Стенка фолликула образована двумя типами клеток — фолликулярными и парафолликулярными. Фолликулярные эндокриноциты (тироциты) ответственны за продукцию тиреоидных гормонов — трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4), которые являются производными аминокислоты тирозина. Тироциты лежат в один слой на базальной мембране, апикальный полюс клеток соприкасается с коллоидом. Хорошо выражена полярная дифференцировка этих клеток. В базальной части клеток располагается ядро, развитая гранулярная эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи находится над ядром. Митохондрии с ламеллярными кристами иногда концентрируются в апикальной части тироцита. Для апикальной части клеток характерны многочисленные пузырьки (секреторные и эндоцитозные), лизосомы, микроворсинки, число которых изменяется в зависимости от функционального состояния клетки. Апикальные части клеток соединены плотными контактами. Форма тироцитов зависит от функционального состояния железы. При нормальной функции они имеют кубическую форму, 23. Эндокринная система 405 а в коллоиде заметно умеренное количество резорбционных вакуолей. При гипофункции тироциты уплощенной формы, фолликулы крупные, в коллоиде не наблюдается зон резорбции. В состоянии гиперфункции тироциты призматические, фолликулы мелкие с небольшим количеством коллоида, в котором много резорбционных вакуолей. Коллоид представляет собой депо предшественника тиреоидных гормонов — тиреоглобулина. Тиреоглобулин является аутоантигеном, в норме в кровь не поступает, поскольку существует гематотиреоидный барьер, образованный: эндотелием гемокапилляров фенестрированного типа; базальной мембраной капилляра; прослойкой соединительной ткани; базальной мембраной тироцита; плотными контактами между тироцитами в апикальной части. Секреторный цикл, протекающий в щитовидной железе, включает две фазы: 1) фаза продукции: поглощение тироцитами из крови исходных веществ�� — аминокислот, йода; синтез тиреоглобулина в�� цистернах гранулярной эндоплазматической сети, выделение его в полость фолликула, накопление коллоида; окисление ионов йода тиропероксидазой в атомарный йод в апикальной части тироцита; йодирование тиреоглобулина в�� просвете фолликула на границе апикальной части тироцита с коллоидом; 2) фаза выведения: реабсорбция коллоида (йодированного тиреоглобулина) тироцитами путем фагоцитоза или пиноцитоза в виде коллоидных резорбционных вакуолей; расщепление иодированного тиреоглобулина в тироцитах лизосомальными протеазами с образованием тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3) в соотношении 20 : 1, при этом Т3 обладает более мощным и быстрым действием; выделение образовавшихся гормонов через базальную мембрану тироцитов в кровь. Оставшийся после отщепления Т4 и Т3 белок может использоваться повторно. 406 Часть V. Частная гистология Тироксин синтезируется только в щитовидной железе. 15 % трийодтиронина продуцируется щитовидной железой, остальная часть образуется из тироксина преимущественно в печени. Тироксин и трийодтиронин: регулируют основной обмен, повышая скорость утилизации глюкозы, синтеза и деградации белков и липидов; влияют на рост и дифференцировку тканей, развитие нервной системы у плода и ребенка. Парафолликулярные клетки (С-клетки) входят в состав стенки фолликула, располагаясь на базальной мембране между тироцитами, но не контактируют с коллоидом (см. рис. 23.3). На их долю приходится лишь 0,1 % всех клеток. Они крупнее тироцитов, имеют округлую или угловатую форму, выявляются при импрегнации серебром. Под электронным микроскопом в С-клетках выявляются многочисленные мелкие секреторные гранулы (60—150 нм). С-клетки вырабатывают белковые гормоны: кальцитонин, соматостатин, а также нейроамины — норадреналин и серотонин. К а л ь ц и т о н и н понижает уровень кальция в крови за счет: активации остеобластов и угнетения остеокластов; стимуляции экскреции кальция почками; снижения поглощения кальция в кишечнике. С о м а т о с т а т и н подавляет рост и размножение клеток, секрецию ряда других желез. С е р о т о н и н регулирует микроциркуляцию, функции соединительной ткани, иммунные реакции и др. Между соседними фолликулами встречаются интерфолликулярные островки, образованные интерфолликулярными клетками. Интерфолликулярный эпителий включает малодифференцированные тироциты и парафолликулярные клетки (С-клетки). Регуляция деятельности железы осуществляется трансгипофизарно тиреотропным гормоном. В небольшой степени секреторную активность регулирует вегетативная нервная система: симпатический отдел усиливает выработку гормонов, парасимпатический — угнетает. Парафолликулярные клетки не зависят от гормонов гипофиза. Стимулом к секреции кальцитонина служит повышение уровня кальция в крови. Они также реагируют на активирующие симпатические и угнетающие парасимпатические импульсы. 23. Эндокринная система 407 Регенерация. Физиологическая регенерация щитовидной железы происходит за счет деления тироцитов (клеточная регенерация). Образование новых фолликулов может происходить как за счет тироцитов стенки фолликулов, так и малодифференцированных тироцитов интерфолликулярных островков. Репаративная регенерация после частичной резекции проявляется отрастанием от поврежденных фолликулов эпителиальных тяжей, из которых в дальнейшем формируются микрофолликулы. После субтотальной резекции вначале образуется большое количество интерфолликулярных островков, которые затем превращаются в фолликулы. Околощитовидные железы Околощитовидные (паращитовидные) железы — паренхиматозные органы, которые имеют общую капсулу со щитовидной железой, но отделены от нее прослойкой соединительной ткани. Развитие. Околощитовидные железы — производные 3-й и 4-й пар жаберных карманов глоточной кишки, эпителий которых образуется из прехордальной пластинки. В области закладки на 5 — 6-й неделях эмбриогенеза происходит интенсивное размножение клеток, которые образуют компактные скопления, отделяющиеся от стенок жаберных карманов и дающие в дальнейшем четыре околощитовидные железы. Строение. Каждая околощитовидная железа покрыта соединительнотканной капсулой. Тонкие прослойки соединительной ткани, содержащие многочисленные фенестрированные капилляры и жировые клетки, делят железу на нечетко выраженные дольки. Паренхима имеет трабекулярное строение, образована тяжами эпителиальных эндокринных клеток — паратироцитов. Паратироциты — мелкие клетки неправильной формы, тесно связаны между собой, от соединительной ткани отделены базальной мембраной. Популяция паратироцитов неоднородна, выделяют главные (базофильные) и оксифильные клетки. Г л а в н ы е п а р а т и р о ц и т ы наиболее многочисленные, ответственны за синтез паратирина. Среди главных паратироцитов различают светлые и темные. 408 Часть V. Частная гистология Темные клетки активно функционирующие, в их цитоплазме имеются достаточно развитые гранулярная ЭПС и комплекс Гольджи, а также большое количество секреторных гранул диаметром до 400 нм. Светлые паратироциты клетки функционально малоактивны, но их количество в 3—5 раз превышает число темных клеток. В цитоплазме светлых клеток много лизосом, включений гликогена и липидов. О к с и ф и л ь н ы е к л е т к и равномерно распределены в паренхиме органа либо образуют небольшие скопления. В цитоплазме этих клеток содержится много митохондрий, которые и придают этим клеткам оксифильную окраску. Синтетический аппарат развит слабо, секреторные гранулы не обнаружены. У детей в первые годы жизни эти клетки отсутствуют, а с возрастом их количество возрастает. Раньше эти клетки считали дегенерирующими (стареющими), но высокая активность митохондриальных ферментов противоречит этому утверждению. Эти клетки могут синтезировать биологически активные вещества при развитии из них аденом. Белковый гормон паращитовидной железы п а р а т и р и н, или п а р а т г о р м о н, повышает уровень кальция в крови: активизируя остеокласты (опосредованно через остеобласты), тем самым усиливая резорбцию костной ткани; увеличивая всасывание кальция в�� кишечнике за счет повышения синтеза Са2+-связывающего белка в�� эпителиальных клетках слизистой оболочки; стимулируя реабсорбцию кальция почками; активируя преобразование витамина D в�� 1,2-дигидроксихолекальциферол — гормонально активный метаболит витамина D3. Паратироциты имеют рецепторы к ионам кальция и быстро реагируют на колебания уровня кальция в крови; они усиливают активность при гипокальциемии и ослабляют при гиперкальциемии. Нервная система (вегетативная иннервация) не влияет на секреторную активность железы, регулируя лишь состояние кровеносных сосудов. В отношении нервной регуляции функции оксифильных клеток вопрос остается открытым. 23. Эндокринная система 409 Надпочечники Надпочечники — парные паренхиматозные органы зонального типа, состоящие из коркового и мозгового вещества. Развитие. Железы развиваются из двух источников. Корковое вещество надпочечников закладывается на 5-й неделе эмбриогенеза из утолщения целомического эпителия в области корня брыжейки у краниального полюса первичной почки. Вначале формируется п е р в и ч н а я (ф е т а л ь н а я ) к о р а. На 8-й неделе эмбрионального развития появляется д е ф и н и т и в н а я к о р а, которая окружает снаружи фетальную. Фетальная кора образована крупными ацидофильными клетками, дефинитивная — мелкими базофильными. В плодном периоде фетальная зона составляет большую часть коры надпочечника. Исчезает фетальная кора полностью только к концу первого года жизни. Дефинитивная кора увеличивается в объеме и дифференцируется на три зоны. Этот процесс начинается на 4—5-м месяце эмбрионального развития образованием клубочковой зоны. На 7-м месяце появляется пучковая зона. Сетчатая зона дифференцируется после рождения. У плода человека кора надпочечников достигает больших размеров и активно функционирует, обеспечивая рост организма и адаптивные реакции на стресс. Мозговое вещество развивается на 7-й неделе внутриутробного периода. Нейробласты нервного гребня мигрируют в эпителиальную закладку надпочечника, концентрируются в центре, образуя мозговое вещество. К моменту рождения мозговое вещество развито слабо. Окончательное формирование надпочечника завершается к периоду полового созревания. Строение. Надпочечники покрыты плотной соединительно тканной капсулой, от которой тонкие трабекулы с сосудами и нервами идут в паренхиму органа. Паренхима органа представлена клетками коркового и мозгового вещества (рис. 23.4). Корковое вещество образовано эпителиальной тканью, клетки которой в надпочечнике называют кортикостероцитами. В корковом веществе различают три зоны — клубочковую, пучковую и сетчатую. 410 Часть V. Частная гистология Клубочковая зона — наружная зона, составляет 10—15 % коры. Мелкие клет2 ки формируют округлые скопления — клубочки. В цитоплазме клеток хорошо развита агранулярная цитоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, содержатся митохондрии как с пластинчатыми, так и везикулярными кристами, липидных включений немного. 3 Капилляры фенестрированного типа окружают каждый клубочек. В этой зоне вырабатывается м и н е р а л о кортикоидный гормон альд о с т е р о н. Гормон регулирует водносолевой обмен в организме, стиму4 лируя реабсорбцию натрия и экскрецию калия в дистальных канальцах нефрона, усиливают реабсорбцию натрия эпителиальными клетками слизи5 стой оболочки желудка, толстой кишки, слюнных и потовых желез. Разрушение или удаление клубочковой зоны Рис. 23.4. Надпочечник приводит к смертельному исходу. [59]: 1 — капсула; 2 — клубочковая Секреция минералокортикоидов зона; 3 — пучковая зона; контролируется и регулируется ренин4 — сетчатая зона; 5 — мозго- ангиотензиновой системой, а также вое вещество гормоном эпифиза адреногломерулотропином. В состав клубочковой зоны входят также субкапсулярная и суданофобная зоны. Субкапсулярная зона расположена под капсулой органа и состоит из малодифференцированных (камбиальных) мелких клеток. Суданофобная зона локализуется на границе с пучковой зоной, также состоит из мелких малодифференцированных эпителиоцитов. Пучковая зона образована эпителиальными тяжами, идущими радиально по направлению к центру, и составляет 70—75 % коры. Между пучками клеток находятся синусоидные капилляры, лимфатические сосуды, нервы. Клетки крупные, имеют органеллы, 1 23. Эндокринная система 411 необходимые для синтеза стероидных гормонов: крупные митохондрии с везикулярными кристами, хорошо развитую гладкую эндоплазматическую сеть, многочисленные липидные включения. Липидные капли содержат нейтральные жиры, жирные кислоты, холестерол и фосфолипиды — источники синтеза стероидных гормонов. Среди клеток пучковой зоны различают светлые и темные клетки. Это одна популяция клеток, находящаяся на разных стадиях функциональной активности. В темных клетках лучше развита гранулярная эндоплазматическая сеть и много свободных рибосом, которые обеспечивают синтез ферментов, необходимых для образования стероидных гормонов. По мере синтеза и выделения гормона из клетки цитоплазма клеток становится светлой. Клетки пучковой зоны синтезируют г л ю к о к о р т и к о и д ы (кортизол, кортизон). Эти гормоны влияют на обмен углеводов, усиливают распад белков и накопление липидов. Глюкокортикоиды обладают противовоспалительной и антиаллергической активностью. Глюкокортикоиды называют гормонами хронического стресса. В высоких дозах они снижают активность Т-киллеров и вызывают акцидентальную инволюцию тимуса. Сетчатая зона — внутренняя зона — составляет только 5—10 % всей коры. Эпителиальные тяжи из пучковой зоны распадаются, анастомозируют между собой и образуют сеть. Размер клеток меньше, они содержат митохондрии трубчато-везикулярного типа, липидные включения, гладкую эндоплазматическую сеть, большое количество лизосом, липофусциновые включения. В сетчатой зоне синтезируются глюкокортикоиды, мужские половые гормоны — а н д р о г е н ы, а также в небольшом количестве женские половые гормоны — э с т р о г е н ы и п р о г е с т е р о н. Гормональная активность пучковой и сетчатой зон коркового вещества регулируется гормоном аденогипофиза адренокортикотропином (АКТГ). Мозговое вещество отделено от коркового вещества тонкой прослойкой соединительной ткани и состоит из тяжей и скопления эндокриноцитов нейрального происхождения. Эндокриноциты мозгового вещества — хромаффинные клетки — имеют полигональную форму, крупное ядро. Цитоплазма хромаффинных клеток содержит многочисленные секреторные гранулы диаметром 412 Часть V. Частная гистология 100—300 нм, гранулярную эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи. Хромаффинные клетки делятся на два типа: А-клетки и Н-клетки. А-клетки — светлые клетки, они имеют призматическую форму, содержат умеренно плотные гранулы, продуцируют а д р е н а л и н. Это вещество влияет на сердечную деятельность, повышает уровень сахара в крови, стимулирует освобождение АКТГ из гипофиза. Это гормон считается гормоном острого стресса. Н-клетки — темные клетки, имеют полигональную форму, крупное ядро, большое число плотных гранул, окруженных по периферии светлым ободком, секретируют н о р а д р е н а л и н. Нор адреналин повышает артериальное давление, стимулирует деятельность ЦНС, влияет на жировой обмен. Гранулы кроме катехоламинов содержат также белки и полипептиды: хромогранины, энкефалины, ростовые факторы. Каждый эндокриноцит, с одной стороны, контактирует с артериальным капилляром, а с другой — с венозным синусоидом. При этом синтезируемые катехоламины поступают в венозные синусоиды. В мозговом веществе присутствуют поддерживающие нейроглиальные клетки, мультиполярные нейроны вегетативной нервной системы. Регуляция мозгового вещества надпочечников осуществляется симпатической нервной системой. К каждому мозговому эндокриноциту (как и к нейронам симпатических ганглиев) подходит преганглионарное нервное волокно. Дисперсная эндокринная система Дисперсная (диффузная) эндокринная система (ДЭС) — это одиночные гормонпродуцирующие клетки или небольшие их скопления, располагающиеся в неэндокринных органах. Представление о ДЭС тесно смыкается с понятием «APUD-система». В настоящее время идентифицировано более 50 видов эндокринных клеток, синтезирующих гормонально активные пептиды. В большинстве своем эти клетки также могут содержать биоген- 23. Эндокринная система 413 ные амины или обладать APUD-механизмом — способностью поглощать амины и их декарбоксилировать (Amine Precursor Uptake and Decarboxylation). Исходя из этого на сегодняшний день предложено считать термин «APUD-система» синонимом понятия «диффузная эндокринная система». Это позволило объединить в единую систему диффузно рассеянные эндокринные клетки же лудочно-кишечного тракта, дыхательной, мочеполовой, сердечнососудистой систем, а также эндокринные клетки гипофиза, мозгового вещества надпочечников, поджелудочной и щитовидной желез. Согласно современным представлениям клетки ДЭС развиваются из всех зародышевых листков: 1) производные нейроэктодермы — С-клетки щитовидной железы, пептидэргические нейроны центральной и периферической нервной системы, мозговое вещество надпочечников, МИФклетки симпатических ганглиев; 2) производные кожной эктодермы — кортикотропоциты гипофиза, клетки Меркеля в эпидермисе; 3) производные кишечной энтодермы — клетки гастроэнтеропанкреатической системы — ГЭПС; 4) производные мезодермы и мезенхимы — секреторные кардиомиоциты, клетки Лейдига, эндокриноциты теки фолликула яичника. Клетки ДЭС обладают биохимическими, цитохимическими и ультраструктурными признаками, которые отличают их от других клеток. Синтезируемые этими клетками биологически активные вещества накапливаются в секреторных гранулах. Специфичность строения гранул, их размеры и способность к осмофилии (импрегнация солями осмия) служат ультраструктурными диагностическими признаками многих типов эндокринных клеток. Различают эндокриноциты открытого и закрытого типа. Первые апикальным концом достигают поверхности эпителия и соприкасаются с просветом трубчатого органа. Большинство таких клеток находится в слизистой оболочке пилорической части желудка и кишечника, в слизистой оболочке бронхов. Они могут воспринимать информацию о составе пищи, вдыхаемого воздуха и выводимых из организма конечных продуктов обмена веществ. Следовательно, клетки открытого типа выполняют рецепторную 414 Часть V. Частная гистология функцию. Ответной реакцией этих клеток является выделение ими гормонов. Клетки закрытого типа расположены в толще эпителия и не имеют контактов с внешней средой, воспринимают информацию о состоянии внутренней среды и выделением своих гормонов поддерживают ее постоянство. Способы воздействия гормонов ДЭС могут быть паракринными, эндокринными, нейроэндокринными. Говоря о паракринных и эндокринных эффектах гормонов ДЭС, можно условно выделить три уровня их реализации: внутриэпителиальные паракринные влияния; эффекты, оказываемые в�� подлежащей соединительной, мышечной и других тканях; дистантные эндокринные влияния. Эндокринные клетки присутствуют почти во всех трубчатых органах, где требуется постоянный контроль регуляции интенсивно протекающих процессов. Наиболее крупным и изученным звеном ДЭС является эндокринный аппарат пищеварительной системы. В нем содержится эндокринных клеток больше, чем во всех вместе взятых железах внутренней секреции. Эндокринные клетки ЖКТ (более 19 типов) вырабатывают множество жизненно важных гормонов, которые регулируют не только локальные процессы (активность секреторных клеток, кровоток, моторику, митотическую активность камбальных элементов), но и участвуют в поддержании общего гомеостаза организма (см. Гастроэнтеропанкреатическая система в гл. 24). 24. ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Общая характеристика Пищеварительная система — это открытая биологическая система, обеспечивающая организм строительным материалом и энергией. Органы пищеварительной системы осуществляют: механическую обработку пищи; химическое расщепление элементов пищевого комка с помощью ферментов; всасывание полученных мономеров в кровь и лимфу; выделение нерасщепленных и невсосавшихся компонентов пищи; выделение слизистой оболочкой продуктов метаболизма; синтез и секрецию гормонов, оказывающих местное и общее влияние на организм; захват антигенов из пищеварительного тракта и их уничтожение. В состав пищеварительной системы входит целый ряд связанных между собой полых органов, образующих пищеварительный тракт, и крупные пищеварительные железы (слюнные, печень, поджелудочная железа), лежащие за пределами пищеварительного тракта. На основании особенностей строения и функции в пищеварительной трубке выделяют передний, средний и задний отделы. Передний отдел включает ротовую полость с ее производными (язык, зубы, десна, щеки, губы, твердое и мягкое нёбо, слюнные железы), а также глотку и пищевод. Средний отдел является главным и объединяет желудок, тонкий и толстый кишечник, начальный отдел прямой кишки, печень и поджелудочную железу. Задний отдел пищеварительной трубки представлен каудальной частью прямой кишки. Зачаток пищеварительного тракта появляется на 3-й неделе внутриутробного развития в виде замкнутой с обеих концов трубки (первичной кишки), возникшей путем сворачивания энтодер- 416 Часть V. Частная гистология мы с прилегающей мезенхимой и висцеральным листком спланхнотома в ходе формирования туловищной складки. В передний отдел образующейся первичной кишки встраивается материал прехордальной пластинки эпибласта, который имеет эктодермальную детерминацию. Затем на головном и каудальном концах зародыша появляются впячивания эктодермы с образованием ротовой и анальной ямок. Дно ротовой ямки углубляется и, подрастая к слепому концу передней кишки, образует вместе с ней глоточную мембрану. К концу 3-й недели глоточная мембрана прорывается, и ротовая ямка сообщается с первичной кишкой. Прорыв анальной мембраны каудального отдела происходит на 3-м месяце. Кишечная трубка становится открытой на всем протяжении. Из материала образовавшейся кишечной трубки возникает эпителиальная выстилка органов пищеварительного тракта и железы. Эпителий, выстилающий полость рта, образуется из двух источников, поскольку первичная полость рта возникает вследствие слияния ротовой ямки с передней кишкой. Эпителий преддверия полости рта имеет эктодермальное происхождение, а эпителий собственно ротовой полости и его производные, так же как и эпителий глотки и пищевода, происходит из прехордальной пластинки. Из материала энтодермы среднего отдела первичной кишки образуются эпителий и железы желудка, тонкого и толстого кишечника, эпителий желчного пузыря и желчевыводящих путей, а также паренхиматозные элементы печени и поджелудочной железы. Эпителий анального отдела прямой кишки возникает из эктодермы. Соединительная и гладкая мышечная ткани, сосуды органов желудочно-кишечного тракта образуются из мезенхимы. Миотомы мезодермы являются источником висцеральной поперечнополосатой мышечной ткани. Из висцерального листка спланхнотома (целомический эпителий) развивается однослойный плоский эпителий серозных оболочек (мезотелий). Источником образования нервных элементов является нервный гребень нейроэктодермы. 24. Пищеварительная система 417 Общий план строения пищеварительного канала Пищеварительная трубка как система полых органов имеет общий план строения. Стенка этих органов, за исключением ротовой полости, состоит из четырех оболочек (рис. 24.1): 1) слизистой оболочки; 2) подслизистой основы; 3) мышечной оболочки; 4) наружной (серозной или адвентициальной) оболочки. В каждой оболочке, в свою очередь, выделяют слои. Слизистая оболочка имеет рельефную поверхность из-за наличия складок, ямок, полей, крипт и ворсинок в различных отделах пищеварительной трубки и постоянно увлажняется слизью, с чем и связано ее название. В составе слизистой оболочки выде13 1 11 7 6 12 5 4 3 2 10 14 8 9 Рис. 24.1. Общий план строения пищеварительной трубки [66]: 1 — эпителий; 2 — ворсинки; 3 — крипты; 4 — собственная пластинка слизистой оболочки; 5 — мышечная пластинка слизистой оболочки; 6 — подслизистая основа; 7 — сложные железы в подслизистой основе (пищевод, двенадцатиперстная кишка); 8 — внутренний (циркулярный) слой мышечной оболочки; 9 — наружный (продольный) слой мышечной оболочки; 10 — наружная оболочка (адвентициальная или серозная); 11 — железы (печень, поджелудочная железа); 12 — выводной проток; 13 — брыжейка; 14 — лимфатический узелок 418 Часть V. Частная гистология ляют три слоя, или пластинки: эпителиальную, собственную и мышечную. Эпителий неоднороден на протяжении пищеварительного канала. В переднем и заднем отделах (ротовая полость, глотка, пищевод и дистальный отдел прямой кишки) он многослойный плоский неороговевающий, переходящий в ороговевающий, происходящий из эктодермы и прехордальной пластинки. В среднем отделе (желудок, тонкий и толстый кишечник до анального отдела) эпителий однослойный столбчатый (призматический) энтодермального происхождения. Эпителий и его производные (железы) являются основным компонентом пищеварительной стенки, так как выполняют главные функции пищеварительной системы — переваривание пищевых масс и всасывание продуктов расщепления. Собственная пластинка слизистой оболочки расположена под эпителием и представлена рыхлой волокнистой соединительной тканью (РВСТ). В ней локализуются многочисленные сосуды микроциркуляторного русла, нервные волокна и окончания, скопления лимфоидной ткани, а также железы (ротовая полость, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник). Мышечная пластинка слизистой оболочки (отсутствует в органах ротовой полости) состоит из 1—3 слоев гладких миоцитов. Она обеспечивает местные изменения рельефа слизистой оболочки. Подслизистая основа, как и собственная пластинка, состоит из РВСТ. Благодаря именно ей слизистая оболочка образует складки и обладает подвижностью. Подслизистая основа содержит кровеносные и лимфатические сосуды, нервные волокна и их сплетения, лимфоидные узелки и концевые отделы желез (ротовая полость, пищевод, двенадцатиперстная кишка). Мышечная оболочка в переднем (ротовая полость, глотка, частично пищевод) и заднем отделах представлена поперечнополосатой мышечной тканью, в среднем отделе — гладкой мышечной тканью. В ней выделяют два слоя (в желудке — три) — внутренний циркулярный и наружный продольный. В глотке обратное расположение слоев — внутренний продольный, а наружный — циркулярный. В межмышечных прослойках соединительной ткани обнаруживаются сосудистые и нервные сплетения. Мышечная 24. Пищеварительная система 419 оболочка обеспечивает перемешивание химуса с секретом желез и продвижение содержимого по пищеварительному каналу. Наружная оболочка может быть адвентициальной или серозной. Адвентициальная оболочка состоит из РВСТ с сосудами и нервами и покрывает пищеварительный канал в переднем (до грудной диафрагмы) и заднем отделах (после диафрагмы малого таза). Она неподвижно фиксирует органы к окружающим структурам. Серозная оболочка окружает большую часть органов пищеварительного тракта, расположенных в брюшной полости. Она включает собственную пластинку из РВСТ с расположенными в ней сосудистыми и нервными сплетениями и наружный однослойный плоский эпителий — мезотелий. Серозная оболочка представляет собой висцеральный листок брюшины. Она продуцирует серозную жидкость, смачивающую поверхность органов брюшной полости, обеспечивая, таким образом, их свободное перемещение относительно друг друга. Особенности кровоснабжения. Тканевые элементы стенки пищеварительной трубки получают обильное кровоснабжение. Наиболее мощные артериальные сплетения расположены в подслизистой основе и мышечной оболочке. От них отходят более мелкие ветви, впоследствии формирующие обширные капиллярные сети под эпителием слизистой оболочки, вокруг желез, крипт, ямок, внутри ворсинок, сосочков, а также в мышечных слоях. Наличие значительного количества артериоло-венулярных анастомозов позволяет обеспечивать регуляцию кровотока в различных участках пищеварительного тракта в зависимости от функциональной активности. Система оттока представлена венозными и лимфатическими сосудами, формирующими соответствующие сплетения. Иннервация. Органы пищеварительной системы получают афферентную и эфферентную иннервацию. Афферентные нервные волокна чувствительных нейронов интрамуральных и спинальных ганглиев, а также нейронов чувствительного ядра блуждающего нерва образуют многочисленные рецепторные окончания в эпителии, мышечных и соединительных тканях, на кровеносных сосудах. Эфферентная иннервация тканей пищеварительной трубки осуществляется симпатическими (происходящими из пограничного симпатического ствола) и парасимпатическими (из блужда- 420 Часть V. Частная гистология ющего нерва) нервными волокнами. Нервные волокна в стенке пищеварительной трубки образуют три сплетения (в пищеводе — 4), неодинаково выраженные в различных отделах: подсерозное, или адвентициальное, межмышечное и подслизистое. В нервных сплетениях (особенно в межмышечном) присутствуют многочисленные интрамуральные ганглии, содержащие три различных в функциональном плане типа нейронов (афферентные, эфферентные и вставочные). На уровне этих ганглиев могут замыкаться местные рефлекторные дуги. Стимуляция симпатического звена ВНС подавляет моторную и секреторную активность желудочнокишечного тракта, стимуляция же парасимпатического звена оказывает активирующее влияние на мышечные и железистые ткани. Регенерация. Тканевые элементы стенки пищеварительного тракта хорошо регенерирует, поскольку образованы обновляющимися тканями. Источником восстановления эпителия являются стволовые клетки, локализованные в многослойном эпителии в базальном слое, в однослойном эпителии — в определенных участках (желудок — в шейке собственных желез, тонкий и толстый кишечник — в дне крипт). Благодаря наличию камбиальных клеток в соединительной и мышечной ткани регенерация их происходит успешно на клеточном уровне. Ротовая полость Ротовая полость, являясь передним отделом пищеварительного тракта, обеспечивает механическую обработку пищи, пропитывание ее слюной с формированием пищевого комка, осуществляет восприятие вкусовых свойств пищи. В ротовой полости начинается химическая обработка пищевых масс (начальный гидролиз углеводов), осуществляются частичное всасывание некоторых ингредиентов и иммунологическая защита. В полости рта различают два отдела. Наружный, называемый преддверием, ограничен губами и щеками и отделен от внутреннего отдела — собственно ротовой полости — альвеолярными отростками с зубами и деснами. Крышу собственной полости рта образуют твердое и мягкое нёбо, а ее дно — корень языка и мышечная ди- 24. Пищеварительная система 421 афрагма рта. В полость рта открываются выводные протоки крупных слюнных желез. Строение стенки ротовой полости подчинено общим принципам строения пищеварительного тракта, однако имеется целый ряд особенностей. 1. Слизистая оболочка ротовой полости выстлана многослойным плоским неороговевающим эпителием, переходящим в отдельных участках (десна, твердое нёбо, дорсальная поверхность языка) в ороговевающий. Толщина эпителиального покрова значительная и в разных отделах колеблется от 200 до 600 мкм. Эпителий слизистой оболочки включает генетически различно детерминированные клетки (эпителиоциты, клетки Лангерганса, меланоциты, клетки Меркеля). Кроме этого, в пласте эпителия обнаруживаются нейтрофильные лейкоциты и Т-лимфоциты. Слизистая оболочка полости рта отличатся устойчивостью к действию различных факторов механического, химического и термического характера, которые она испытывает при приеме пищи и жевании, и высокой способностью к регенерации. Каждые 5 мин в базальном слое эпителия ротовой полости образуется до 0,5 млн клеток, столько же слущивается с поверхности эпителия. Несмотря на барьерные свойства, слизистая оболочка в некоторых участках (дно ротовой полости) обладает хорошей проницаемостью, что используется в медицинской практике для введения лекарственных препаратов. Собственная пластинка слизистой оболочки образует сосочки, вдающиеся на различную глубину в эпителий. В участках слизистой, которые испытывают максимальные механические нагрузки, сосочки наиболее глубокие и многочисленные. Собственная пластинка содержит много кровеносных сосудов микроциркуляторного русла, мелкие слюнные железы и лимфоидные скопления. Мышечная пластинка слизистой оболочки отсутствует. 2. Подслизистая основа также в некоторых участках отсутствует (дорсальная и боковые поверхности языка, десна, твердое нёбо). В подслизистой основе при ее наличии содержатся концевые отделы и выводные протоки слюнных желез, лимфоидная ткань, кровеносные сосуды и нервные элементы. 3. Мышечная оболочка представлена поперечнополосатой мышечной тканью мышц лица и диафрагмы рта. 422 Часть V. Частная гистология Губы Губы являются зоной перехода эпидермиса кожного покрова в эпителий слизистой оболочки полости рта. В этой связи в губе различают три отдела: кожный, промежуточный и слизистый. Кожный отдел имеет типичное для кожи строение. Он состоит из эпидермиса, образованного многослойным плоским ороговевающим эпителием, и соединительнотканной основы, содержит волосы, потовые и сальные железы. Промежуточный отдел (красная кайма) включает наружную и внутреннюю части. Наружная часть покрыта многослойным плоским эпителием с признаками ороговения, но роговой слой становится тоньше. Постепенно исчезают потовые железы, волосы отсутствуют. Сальные железы сохраняются, их больше в верхней губе, в области угла рта. Соединительнотканные сосочки здесь невысокие. Эпителий внутренней части лишен рогового слоя, но в 3—4 раза толще, чем в наружной части. Собственная пластинка формирует высокие сосочки с многочисленными капиллярными петлями, которые просвечивают через эпителий и обусловливают красный цвет этой части губы. Сальных желез в ней нет. Слизистый отдел представляет типичную слизистую оболочку, покрытую толстым пластом многослойного плоского неороговевающего эпителия. Сосочки собственной пластинки уменьшаются в размерах и количестве. Мышечная пластинка слизистой оболочки отсутствует. В подслизистой основе расположены разветвленные альвеолярно-трубчатые слюнные железы, преимущественно слизистого характера. Выводные протоки их открываются на поверхности губы. Щеки Основу щеки составляет поперечнополосатая мышечная ткань щечной мышцы. Снаружи щека покрыта кожей, а изнутри выстлана слизистой оболочкой. Поверхность слизистой оболочки покрывает толстый пласт (500—600 мкм) многослойного плоского неороговевающего эпителия. Собственная пластинка образует сосочки различной величины и формы и состоит из довольно плотной соединительной ткани, богатой эластическими волокнами. Собственная пластинка переходит в подслизистую основу, плотно 24. Пищеварительная система 423 прилежащую к мышцам и содержащую значительное количество сосудов и нервов, жировую ткань и концевые отделы сложных альвеолярно-трубчатых смешанных щечных желез. Железы располагаются также в толще щечных мышц и снаружи от них. Слизистая оболочка шириной около 10 мм, расположенная на уровне смыкания зубов, имеет ряд особенностей. Эпителий здесь чаще ороговевающий. В этом участке отсутствуют слюнные железы, но встречаются сальные. Десна Десна покрывает альвеолярные отростки челюстей. Она выстлана многослойным плоским ороговевающим эпителием, роговой слой которого исчезает в области десневой борозды. Эпителий десны плотно срастается с кутикулой эмали шейки зуба, формируя зубодесневое соединение. Собственная пластинка образует длинные сосочки, порой достигающие 100 мкм, величина их становится меньше по направлению к свободной части десны. В сосочках находится густая сеть кровеносных капилляров и многочисленные рецепторные окончания. Глубокий слой собственной пластинки представлен толстыми пучками переплетающихся коллагеновых волокон, прочно прикрепляющих ее к надкостнице альвеолярной кости (прикрепленная часть десны). В собственную пластинку десны вплетаются и пучки коллагеновых волокон, которые связывают десну с цементом зуба (волокна периодонтальной связки). Железы и подслизистая основа отсутствуют. Твердое и мягкое нёбо Нёбо отделяет ротовую полость от полости носа и носоглотки. Твердое нёбо образует прочную верхнюю стенку ротовой полости. Мягкое нёбо является его продолжением, представляет собой подвижное фиброзно-мышечное образование. При глотании оно поднимается кверху и перекрывает носоглотку, предотвращая таким образом попадание пищевых масс в носовую полость. Слизистая оболочка твердого нёба в некоторых участках (область шва и краевая зона, прилегающая к линии зубов) плотно сращена с надкостницей нёбных костей. Она покрыта многослой- 424 Часть V. Частная гистология ным плоским ороговевающим эпителием. Собственная пластинка, состоящая из рыхлой волокнистой соединительной ткани, содержащей значительное количество коллагеновых волокон, образует многочисленные глубокие и узкие сосочки. В подслизистой основе передней трети твердого нёба выявляется жировая ткань (жировая зона). Задние две трети нёба содержат концевые отделы сложных разветвленных альвеолярно-трубчатых слизистых желез (железистая зона). Между группами желез и жировыми дольками проходят перпендикулярные пучки коллагеновых волокон, которые неподвижно крепят слизистую оболочку к надкостнице при наличии подслизистой основы. Задняя (носоглоточная) поверхность мягкого нёба покрыта однослойным многорядным мерцательным эпителием, характерным для дыхательных путей. Передняя (ротоглоточная) поверхность мягкого нёба и язычка (выроста мягкого нёба) выстлана многослойным плоским неороговевающим эпителием. Под эпителием обеих поверхностей расположена собственная пластинка. Со стороны ротовой полости она образует сосочки и переходит в подслизистую основу, богатую жировой тканью и содержащую сложные разветвленные слизисто-белковые слюнные железы. Выводные протоки их открываются на ротовой поверхности слизистой оболочки. В собственной пластинке носоглоточной поверхности имеются мелкие слюнные железы слизистого типа, встречаются лимфоидные узелки. Подслизистая основа здесь отсутствует. В толще мягкого нёба содержатся пучки волокон поперечнополосатой мышечной ткани. Язык Язык — мышечный орган, который у человека участвует в механической обработке и проглатывании пищи, ее вкусовом восприятии и речеобразовании. В языке выделяют тело, кончик и корень. Развивается язык из первых трех жаберных дуг глоточной кишки путем срастания нескольких зачатков. Основу его составляет скелетная исчерченная мышечная ткань, пучки мышечных волокон которой располагаются в трех взаимно-перпендикулярных направлениях: вертикально, 24. Пищеварительная система 425 продольно и поперечно. Между пучками волокон имеются прослойки РВСТ, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы, язычные слюнные железы белкового, слизистого и смешанного типа, жировая ткань. Язык со всех сторон покрыт слизистой оболочкой, состоящей из двух слоев: многослойного плоского неороговевающего эпителия (с признаками ороговения на нитевидных сосочках) и собственной пластинки из РВСТ, но рельеф ее неоднороден. Слизистая оболочка верхней и боковых поверхностей прочно сращена с мышечной тканью (нет подслизистой основы) и образует выпячивания — сосочки. В языке человека различают нитевидные, грибовидные, желобоватые и листовидные сосочки. Сосочки языка — это производные слизистой оболочки. Они построены по единому принципу. Основу сосочков образует вырост соединительнотканной пластинки слизистой оболочки (первичный сосочек), от вершины которого отходят 5—20 тонких вторичных сосочков, вдающихся в многослойный эпителий (рис. 24.2). 1 4 2 7 9 3 6 5 8 Рис. 24.2. Схема строения желобоватого сосочка языка [12]: 1 — многослойный плоский неороговевающий эпителий; 2 — вкусовые почки; 3 — первичный соединительнотканный сосочек; 4 — вторичные соединительнотканные сосочки; 5 — белковые и слизистые слюнные железы; 6 — выводной проток железы; 7 — кровеносные сосуды; 8 — мышечные волокна; 9 — дно борозды 426 Часть V. Частная гистология Нитевидные сосочки — самые мелкие и многочисленные, равномерно покрывают верхнюю поверхность языка. Они имеют вид конусовидных выпячиваний, заостренные концы которых покрыты роговыми чешуйками. При некоторых заболеваниях ороговение эпителия сосочков усиливается, а процесс отторжения роговых чешуек замедляется. Накапливающиеся мощные роговые пласты покрывают поверхность сосочков и создают картину обложенного налетом языка. Нитевидные сосочки выполняют механическую функцию, способствуют размельчению пищевого комка и перемещению его к глотке. Грибовидные сосочки немногочисленны, больше всего их на кончике языка и по его краям. Они крупнее нитевидных сосочков, имеют форму гриба с узким основанием и широкой округлой формы вершиной. В эпителии грибовидных сосочков встречаются немногочисленные вкусовые почки. Желобоватые (окруженные валом) сосочки (в количестве 6—15) расположены между телом и корнем языка. Это самые крупные сосочки, по форме напоминающие грибовидные, но верхняя поверхность их широкая и уплощенная (рис. 24.2). Вокруг сосочков находятся глубокие борозды, на дне которых открываются выводные протоки белковых желез. Секрет желез очищает борозды от пищевых масс, микроорганизмов и десквамированного эпителия. В толще эпителия боковых поверхностей этих сосочков и окружающих их валиков находится значительное количество (около половины общего числа) вкусовых почек. Листовидные сосочки расположены рядами по краям языка. Они образованы параллельными складками слизистой оболочки, разделенными щелями. В щели открываются протоки белковых слюнных желез. Эпителий боковых поверхностей содержит вкусовые почки. Эти сосочки хорошо развиты только у детей. У взрослого человека листовидные сосочки редуцируются. В толще эпителия грибовидных, желобоватых и листовидных сосочков имеются вкусовые почки (луковицы) — периферические (рецепторные) отделы вкусового анализатора (см. гл. 20. Органы чувств). На нижней поверхности языка имеется подслизистая основа, благодаря чему слизистая оболочка нижней поверхности легко смещается. 24. Пищеварительная система 427 Слизистая оболочка корня языка сосочков не образует. В ее собственной пластинке имеются скопления лимфоидной ткани, формирующие язычную миндалину. Здесь же, в корне языка, слизистая оболочка образует углубления — крипты, в которые открываются протоки многочисленных слизистых слюнных желез. Зубы Зубы обеспечивают механическую обработку пищи (откусывание, пережевывание и перетирание), участвуют в артикуляции. У человека закладываются две генерации зубов — временные (молочные — 20) и постоянные (32). Молочные и постоянные зубы имеют общий план строения. В зубе выделяют три части (рис. 24.3): коронку, шейку и один или несколько корней, которые погружены в альвеолу челюсти и прикрепляются к ней периодонтальной связкой (пучками коллагеновых волокон). Периодонтальная связка, альвеола зуба, десна и цемент составляют опорно-поддерживающий аппарат зуба (пародонт), осуществляющий прикрепление зуба к зубной альвеоле. 1 I II Рис. 24.3. Сагиттальный разрез зуба [66]: I — коронка; II — шейка; III — корень; 1 — эмаль; 2 — линии Ретциуса; 3 — дентин; 4 — дентинные канальцы; 5 — интерглобулярный дентин; 6 — дентинобласты; 7 — эпителий десны; 8 — периодонт; 9 — пульпа; 10 — костная альвеола; 11 — канал корня зуба; 12 — цемент; 13 — апикальное отверстие 2 3 4 5 6 7 8 9 10 III 11 12 13 428 Часть V. Частная гистология Основу зуба составляет твердая обызвествленная ткань — дентин. В коронковой части он покрыт самой твердой минерализованной структурой — эмалью, в корневой — слоем цемента. Внутри коронки имеется полость, переходящая в корнях в каналы. Полость коронки и каналы корней заполняет пульпа зуба — РВСТ с сосудами и нервами. Развитие зубов. Молочные и постоянные зубы образуются из одних и тех же эмбриональных зачатков, но в разное время. Процесс развития протекает однотипно, в несколько этапов: 1-й — закладка и формирование зубных зачатков; 2-й — дифференцировка зубных зачатков; 3-й — гистогенез тканей зуба. 1. Стадия закладки зубных зачатков. Развитие зачатков молочных зубов начинается на 6-й неделе внутриутробного развития с утолщения эпителия ротовой ямки вдоль верхнего и нижнего края первичной ротовой щели. Эти утолщения врастают в мезенхиму и разделяются на две пластинки — щечно-губную и зубную. На 8-й неделе на передней (губной) поверхности зубной пластинки появляются эпителиальные выпячивания, по 10 в закладке каждой челюсти — зубные почки. На 9—10-й неделе в каждую почку снизу врастает мезенхима, формируя зубной сосочек. В результате этого эпителиальная зубная почка превращается в эмалевый орган, напоминающий по форме двустенный бокал. Вокруг эмалевого органа сгущаются клетки мезенхимы, образуя зубной мешочек. Эмалевый орган и зубной сосочек, окруженные зубным мешочком, составляют зубной зачаток (рис. 24.4, а). 2. Стадия дифференцировки зубных зачатков. Второй этап характеризуется сложными преобразованиями, приводящими к появлению качественно разнородных клеточных элементов из однотипных клеток эмалевого органа, зубного сосочка и зубного мешочка. Происходит это на 2—4-м месяце внутриутробного развития. Клетки эмалевого органа дифференцируются на внутренние, наружные и промежуточные. Внутренние клетки (внутренний эмалевый э п и т е л и й ) приобретают цилиндрическую форму и дифференцируются в преэнамелобласты. 24. Пищеварительная система 429 б а 1 3 1 2 3 4 5 4 2 6 5 9 7 8 6 Рис. 24.4. Развитие зуба [61]: а — формирование зачатка зуба: 1 — зубная пластинка; 2 — эмалевый орган; 3 — наружный эмалевый эпителий; 4 — пульпа эмалевого органа; 5 — внутренний эмалевый эпителий; 6 — зубной сосочек; 7 — зубной мешочек; 8 — зачаток костной альвеолы; 9 — гемокапилляр; б — гистогенез тканей зуба: 1 — энамелобласты; 2 — эмаль; 3 — дентин; 4 — предентин; 5 — дентинобласты (одонтобласты); 6 — пульпа зуба Н а р у ж н ы й э м а л е в ы й э п и т е л и й уплощается, большая часть его клеток подвергается дегенерации. Часть клеток, оставшихся в области края эмалевого органа, разрастается и принимает участие в образовании эпителиального корневого влагалища Гертвига, индуцирующего развитие корней зуба. К л е т к и п р о м е ж у т о ч н о г о с л о я приобретают звездчатую форму, секретируют межклеточную жидкость и формируют пульпу эмалевого органа, которая впоследствии примет участие в образовании кутикулы эмали. Зубной сосочек увеличивается в объеме, на периферии его выделяется несколько рядов клеток вытянутой формы — преодонтобласты, позже дифференцирующиеся в одонтобласты. Клетки мезенхимы центральной части дифференцируются в фибробласты, в дальнейшем образующие рыхлую соединительную ткань пульпы зуба. 430 Часть V. Частная гистология Зубной мешочек дифференцируется на два слоя — внутренний и наружный. 3. Стадия гистогенеза тканей зуба. Образование и дифференцировка зубных тканей начинается на 4-м месяце эмбрионального развития с образования дентина. Этот процесс начинается на вершине зубного сосочка. Преодонтобласты под индуцирующим влиянием преэнамелобластов дифференцируются в одонтобласты (рис. 24.4, б), секретирующие основные компоненты органического матрикса дентина (коллаген, гликопротеины, фосфопротеины, протеогликаны). Первые образующиеся коллагеновые волокна имеют радиальное направление. Они включаются в основное вещество необызвествленного дентина, образуя предентин. Здесь же проходят отростки дентинобластов, которые постепенно замуровываются в основное вещество, располагаясь в дентинных канальцах. Минерализация дентина начинается с конца 5-го месяца внутриутробного развития. Основу минерального вещества составляют гидроксиапатиты, кристаллы которых откладываются по ходу коллагеновых волокон, формируя окончательный дентин. Почти одновременно с развитием дентина идет процесс дифференцировки пульпы в закладке зуба. Фибробласты, образующиеся из мезенхимы зубного сосочка, продуцируют межклеточное вещество, содержащее волокнистые структуры, что в итоге приводит к образованию рыхлой волокнистой соединительной ткани. В ней появляются кровеносные сосуды, прорастают нервные волокна. Образование эмали. Отложение первых слоев дентина индуцирует дифференцировку преэнамелобластов (внутренних клеток эмалевого органа). Они становятся более высокими (рис. 24.4, б), в цитоплазме развиваются органеллы синтеза. Изменяется их полярность (происходит перемещение ядер и органелл к противоположным полюсам). Апикальный полюс клеток вытягивается и образуется отросток Томса. В цитоплазме и отростках появляются гранулы, содержащие неколлагеновые белки — а м е л о г е н и н ы и э н а м е л и н ы, которые составляют органическую основу эмали. Минерализация эмали происходит сразу после отложения ее органических компонентов. После завершения образования эмали энамелобласты редуцируются. Эмаль покрывается тонкой обо- 24. Пищеварительная система 431 лочкой — к у т и к у л о й, которую образуют клетки промежуточного слоя пульпы эмалевого органа. Образование цемента происходит позднее, незадолго до прорезывания зубов, из мезенхимы внутреннего слоя зубного мешочка. Мезенхимные клетки дифференцируются в цементобласты, синтезирующие компоненты органического матрикса цемента (коллаген, протеогликаны). По мере образования матрикса цементобласты смещаются на периферию. Вначале образуется бесклеточный первичный цемент. Он покрывает большую часть корня. После прорезывания зуба образуется вторичный цемент, содержащий в лакунах цементоциты. Происходит обызвествление цемента. Из оставшейся наружной части зубного мешочка образуется плотная волокнистая соединительная ткань периодонта (связки зуба). Закладка корней молочных зубов происходит в постэмбриональном периоде (незадолго до прорезывания зубов). К этому времени развитие коронок завершается. Формирование корней начинается с интенсивного разрастания эпителия краев эмалевого органа с образованием эпителиального корневого влагалища Гертвига. Эпителиальное влагалище определяет форму корня зуба и индуцирует образование его тканей (дентина и цемента). Прорезывание молочных зубов у ребенка начинается на 4—6-м месяце жизни. Закладка постоянных зубов появляется на 5-м месяце внутриутробного развития рядом с молочными из тех же источников (зубной пластинки и мезенхимы). Процесс их развития идет медленно. Прорезывание постоянных зубов начинается с 6—7 лет и заканчивается в 18—25 лет. Строение тканей зуба. Эмаль — наиболее твердая из структур зуба и вместе с тем довольно хрупкая, особенно в поверхностных отделах. Это бесклеточное образование с очень высокой степенью минерализации. По твердости она близка к кварцу. Она покрывает снаружи коронку зуба. Минеральные вещества (в основном гидроксиапатиты, а также карбонаты и фторид кальция) составляют 96—97 %, 3—4 % занимают органические вещества (белки — энамелины, амелогенины, липиды и др.) и вода. Структурными единицами эмали являются э м а л е в ы е п р и з м ы. В состав призмы входят органические вещества в виде тонкой 432 Часть V. Частная гистология фибриллярной сети и кристаллы гидроксиапатитов. Призмы — это тонкие (диаметр 3—5 мкм) удлиненные образования многогранной или вогнуто-выпуклой формы, залегающие перпендикулярно поверхности дентина. Они имеют S-образно изогнутую форму, располагаются пучками. Выявлены также беспризменные участки эмали, которые расположены в поверхностных слоях и около дентино-эмалевого соединения. Между призмами имеется менее минерализованное склеивающее вещество, в котором преобладают органические вещества и вода. Снаружи эмаль покрывает тонкая пленка — кутикула, которая быстро стирается после прорезывания зубов. Зрелая эмаль не содержит клеток и не способна к регенерации при стирании и повреждении. В ней нет сосудов и нервных волокон. Однако эмаль проницаема, и уровень проницаемости ее достаточно высок. Через эмаль проникают не только ионы и минеральные элементы, но и вещества с высоким молекулярным весом — аминокислоты, витамины, ферменты, углеводы. Ее химический состав меняется в зависимости от обмена веществ в организме. Эмаль прочно соединена с дентином. Граница их имеет неровный фестончатый вид. Эмаль в области дентино-эмалевого соединения наименее минерализована и наиболее проницаема. Дентин — твердая ткань зуба, которая, по существу, является разновидностью костной ткани. Он состоит из коллагеновых волокон и сильно минерализованного основного вещества, пронизанного радиально идущими канальцами. Зрелый дентин содержит до 70—72 % минеральных солей, преимущественно гидроксиапатитов. Органическая основа его (20—28 %) представлена белком коллагеном, протеогликанами, гликозаминогликанами и вырабатывается дентинобластами. Тела клеток локализуются в периферических отделах пульпы зуба, а их отростки вместе с нервными волокнами и тканевой жидкостью расположены в канальцах дентина. Канальцы дентина со своими ответвлениями создают систему транспорта тканевой жидкости и питательных веществ. Питание дентина осуществляется за счет сосудов пульпы. Выделяют первичный и вторичный дентин. П е р в и ч н ы й д е н т и н образуется в период формирования зуба до прорезывания и является основной частью этой ткани. В т о р и ч н ы й д е н - 24. Пищеварительная система 433 т и н образуется в уже сформированном зубе, характеризуется менее упорядоченным расположением канальцев дентина и коллагеновых волокон, меньшей степенью минерализации и меньшей прочностью. Иногда наблюдается нетипичное формирование дентина, например в пульпе. Такие участки называются дентиклями. Вблизи пульпы зуба выявляются участки неминерализованного предентина. Это место роста дентина, его образование происходит в течение всего времени, пока жизнеспособна пульпа и сохраняются дентинобласты. Цемент — твердая обызвествленная ткань зуба, покрывающая его корень и шейку. По строению и химическому составу он сходен с грубоволокнистой костной тканью, но не содержит кровеносных сосудов. Его питание осуществляется за счет сосудов периодонта, частично со стороны дентина. Содержание минеральных солей в цементе приближается к 50—60 %, преобладают фосфаты кальция. Из органических веществ (30—40 %) большинство составляет коллаген. Различают неклеточный (первичный) и клеточный (вторичный) цемент. Н е к л е т о ч н ы й ц е м е н т развивается первым в ходе формирования корней, покрывает тонким слоем шейку зуба и верхние отделы корней. В нем нет клеток, он состоит из обызвествленного аморфного вещества и коллагеновых волокон, переходящих в периодонт и далее в костную ткань альвеол. С внутренней стороны волокна цемента сливаются с радиальными коллагеновыми волокнами дентина. К л е т о ч н ы й ц е м е н т, как и костная ткань, состоит из клеток (цементоцитов и цементобластов) и минерализованного межклеточного вещества, включающего коллагеновые волокна различной направленности и основное вещество. Клеточный цемент располагается ближе к верхушке корня зуба и в зоне бифуркации в многокорневых зубах. Цементоциты имеют отросчатую форму, по строению напоминают остеоциты. Тела их располагаются в костных лакунах, а отростки проходят в канальцах цемента и связаны друг с другом щелевыми контактами. Канальцы, расположенные в цементе, имеют анастомозы с дентинными канальцами, что может служить дополнительной системой трофики дентина в случае нару- 434 Часть V. Частная гистология шения кровообращения в пульпе. Цементоциты глубоких слоев цемента, удаленные от источника питания, гибнут. Цементобласты располагаются на поверхности цемента, вокруг корня зуба, активно синтезируют компоненты межклеточного вещества. Цемент в течение жизни образуется постоянно, отложения его носят циклический характер. При повреждении и воспалительных процессах может происходить избыточное развитие цемента — гиперцементоз. Основное назначение цемента — это участие в формировании опорно-поддерживающего аппарата зуба (пародонта). Пульпа зуба заполняет полость коронки и каналы корней. Основу пульпы образует рыхлая волокнистая соединительная ткань. Эта ткань отличается высокой степенью гидрофильности, обилием сосудов и нервов, значительным содержанием дендритных клеток и Т-лимфоцитов. В пульпе можно выделить три нерезко отграниченных слоя: периферический, промежуточный и центральный. В п е р и ф е р и ч е с к о м с л о е, прилежащем к дентину, располагается несколько слоев одонтобластов, отростки которых проникают в дентинные канальцы, снабжая минеральными веществами дентин и эмаль. Дентинобласты сохраняются в пульпе, пока она жизнеспособна, и образуют вторичный дентин. П р о м е ж у т о ч н ы й с л о й богат малодифференцированными клетками, способными дифференцироваться в дентинобласты. Здесь, как и в ц е н т р а л ь н о м с л о е, находятся фибробласты, макрофаги, дендритные клетки, лимфоциты, адвентициальные клетки, многочисленные кровеносные и лимфатические сосуды и нервные волокна. Пульпа, заполняющая корневые каналы, имеет ряд отличий от коронковой пульпы. Она образована более плотной соединительной тканью, содержит меньше клеток и аморфного вещества, не имеет послойного строения, состав ее более однородный. Одонтобласты уплощенной формы, располагаются чаще в один слой. Пульпа обеспечивает питание и регенерацию дентина, осуществляет защитные функции. 24. Пищеварительная система 435 Слюнные железы В стенке ротовой полости в области губ, щек, твердого и мягкого нёба, в языке находится множество малых слюнных желез. Помимо этого, в полость рта открываются выводные протоки трех пар крупных слюнных желез: околоушных, поднижнечелюстных и подъязычных, лежащих за пределами оболочек ротовой полости. Слюнные железы выполняют экзокринные и эндокринные функции. Экзокринная функция заключается в выделении в полость рта слизисто-белкового секрета (0,5 — 2 л в сутки), называемого слюной. Кроме воды (99,5 %) в состав слюны входят органические вещества: ферменты (амилаза, мальтаза, липаза, протеаза), гликопротеины, иммуноглобулины, лизоцим и неорганические вещества (преобладают ионы Na+, K+, Ca2+, Cl—, HCO— 3 ). В слюне также обнаруживаются слюнные тельца: слущенные эпителиоциты, измененные лейкоциты. Слюна облегчает механическую обработку пищи и ее проглатывание, способствует ее вкусовому восприятию и очищению ротовой полости от остатков пищи. Смачивание слизистых оболочек полости рта способствует акту артикуляции. С помощью ферментов (преимущественно амилазы и мальтазы) в ротовой полости начинается расщепление полисахаридов. В слюне содержатся высокие концентрации бактерицидных веществ (лизоцима, лактоферрина) и секреторного IgA, выполняющих защитные функции. Кроме этого, постоянный ток слюны препятствует прикреплению микроорганизмов к эпителию и поверхности зубов. Слюне принадлежит и выделительная функция. Со слюной из организма выделяются продукты обмена (мочевая кислота, креатинин), железо, йод, некоторые лекарственные препараты. Выделяя жидкость, содержащую целый ряд ионов, слюнные железы участвуют в поддержании водно-солевого баланса в организме. Слюна выполняет минерализующую функцию, являясь основным источником поступления в эмаль зуба кальция, фосфора и других минеральных веществ. Эндокринная функция слюнных желез состоит в продукции биологически активных веществ. Среди них большое значение имеют фактор роста нервов (ФРН), фактор роста фибробластов (ФРФ), эпидермальный фактор роста (ЭФР), инсулиноподобный 436 Часть V. Частная гистология фактор роста (ИФР), факторы некроза опухолей (ФНО). Слюнные железы выделяют также паротин, регулирующий содержание кальция в крови и активирующий макрофаги и лейкоциты; калликреин, снижающий артериальное давление и повышающий проницаемость капиллярной стенки; ренин, суживающий кровеносные сосуды и стимулирующий секрецию альдостерона. Развитие. Все слюнные железы образуются из эпителия ротовой полости, от которого в подлежащую мезенхиму на 2-м месяце внутриутробного развития начинают отрастать эпителиальные тяжи. Концы тяжей разрастаются, образуя многочисленные выросты, из которых формируются выводные протоки, позднее — концевые отделы желез. Соединительная ткань и сосуды образуются из мезенхимы. Закладки крупных слюнных желез появляются гетерохронно. Раньше всех (на 4-й неделе внутриутробного развития) появляются закладки околоушных желез, затем (на 6-й неделе) — поднижнечелюстных, на 8—9-й неделе — подъязычных желез. Строение. Крупные слюнные железы — это паренхиматозные органы дольчатого типа, построенные по единому принципу. Паренхима желез представлена эпителием, который образует концевые (секреторные) отделы и выводные протоки. Строма желез — это покрывающая их капсула из плотной волокнистой соединительной ткани и отходящие от нее соединительнотканные междольковые перегородки, а также тонкие и нежные внутридольковые прослойки РВСТ с кровеносными капиллярами, нервными волокнами и окончаниями. По гистологическому строению большие слюнные железы сложные (имеют разветвленные выводные протоки) разветвленные (концевые отделы их разветвлены) альвеолярные (секреторные отделы шаровидной формы) и альвеолярно-трубчатые (наряду с шаровидными присутствуют и трубчатые концевые отделы). Поскольку эпителий их паренхимы развивается из эктодермы, как и многослойный плоский эпителий ротовой полости, то в строении концевых отделов и выводных протоков прослеживается многослойность. Концевые отделы содержат два типа клеток — секреторные и миоэпителиальные (рис. 24.5). По природе железистых клеток и характеру секрета концевые отделы делятся на белковые, сли- 24. Пищеварительная система 437 3 1 6 3 45 7 8 9 2 Рис. 24.5. Схема строения крупных слюнных желез [59, с изм.]: 1 — серозный концевой отдел; 2 — слизистый концевой отдел; 3 — смешанный концевой отдел; 4 — слизистые клетки (мукоциты); 5 — серозное полулуние; 6 — миоэпителиальные клетки; 7 — вставочный проток; 8 — исчерченный проток; 9 — базальная мембрана зистые и смешанные. Б е л к о в ы е (с е р о з н ы е) отделы содержат только сероциты (белковые клетки), продуцирующие белковый секрет, богатый ферментами. С л и з и с т ы е (м у к о з н ы е) отделы состоят из слизистых клеток (мукоцитов), образуют более вязкий секрет со значительным содержанием муцина. С м е ш а н н ы е концевые отделы содержат и сероциты, и мукоциты и производят белково-слизистый секрет. Звездчатые миоэпителиальные клетки расположены снаружи от секреторных. В их цитоплазме имеются сократительные микрофиламенты. Они охватывают секреторные отделы и, сокращаясь, способствуют выведению секрета из просвета концевых отделов. По механизму секреции все большие слюнные железы являются мерокриновыми. Секреторный цикл их включает три фазы: синтез, накопление и выделение секрета, которые протекают гетерохронно в различных железах, что обеспечивает непрерывное выделение слюны. 438 Часть V. Частная гистология Система выводных протоков слюнных желез включает внутридольковые (вставочные и исчерченные), междольковые и общий (главный) выводной проток. Вставочные протоки имеются лишь в железах с серозными концевыми отделами (околоушных). В железах, продуцирующих слизистый и смешанный секрет, клетки вставочных отделов ослизняются и превращаются в мукоциты. Вставочные протоки имеют узкий просвет. Стенка их выстлана однослойным кубическим эпителием с базофильной цитоплазмой эпителиоцитов. Снаружи от последних находятся миоэпителиальные клетки. Исчерченные протоки имеют широкий просвет, выстланы однослойным призматическим эпителием (рис. 24.5) с оксифильной цитоплазмой эпителиоцитов и хорошо развитыми микроворсинками. Клетки эпителия протоков обладают выраженной базальной исчерченностью (многочисленными инвагинациями цитолеммы базального полюса с расположенными между ними митохондриями с целью увеличения площади мембраны для транспорта ионов). В них происходит реабсорбция ионов натрия и хлора, вслед за которыми уходит вода, и секреция в протоки ионов калия и бикарбоната с целью регуляции вязкости слюны. Считают, что эпителиоциты этого отдела выполняют и эндокринную функцию. Исчерченные протоки снаружи также окружены миоэпителиальными клетками. Исчерченные протоки, сливаясь, продолжаются в междольковые, выстланные сначала двухслойным эпителием, переходящим в многослойный. Междольковые протоки открываются в главный выводной проток, стенка которых образована вначале многослойным кубическим, а в устье — многослойным плоским неороговевающим эпителием. Околоушная слюнная железа — сложная разветвленная альвеолярная, выделяет белковый секрет, содержащий ферменты. Это самая крупная железа, с четко выраженной дольчатостью. Общая площадь концевых отделов обеих желез составляет около 1,5 м2. Концевые (секреторные) отделы ее в основном белковые, состоят из конической формы сероцитов с базофильной цитоплазмой и миоэпителиальных клеток. Для сероцитов характерна выраженная полярность, в базальной части их располагается синтетический аппарат (гранулярная ЭПС и комплекс Гольджи), а в 24. Пищеварительная система 439 апикальной части концентрируются секреторные гранулы. Между сероцитами выявляются межклеточные секреторные канальцы, через которые выводится секрет. Концевые отделы железы окружены нежными прослойками соединительной ткани с многочисленными капиллярами и нервными волокнами. Вставочные протоки сильно разветвлены, выстланы кубическим эпителием, в котором выявляются малодифференцированные клетки. Исчерченные протоки ветвятся меньше, часто образуют ампулярные расширения, в них встречаются эндокринные клетки. Поднижнечелюстная слюнная железа — сложная разветвленная альвеолярно-трубчатая, по характеру секрета — белковослизистая. Концевые отделы в ней двух типов — белковые (численно преобладают, составляя около 80 % всех концевых отделов) и смешанные (белково-слизистые). Белковые концевые отделы аналогичны таковым в околоушных железах. В смешанных отделах в центре располагаются крупные светлые мукоциты, окруженные мелкими базофильными сероцитами в виде полулуний (серозные полулуния). Ядра слизистых клеток уплощенные, лежат у основания, а слизистый секрет занимает большую часть цитоплазмы. Помимо секреторных клеток каждый концевой отдел окружен миоэпителиальными клетками. Смешанные концевые отделы крупнее белковых (см. рис. 24.5). Вставочные протоки поднижнечелюстной железы менее разветвленные и более короткие, большая часть их ослизняется в процессе развития. Исчерченные протоки хорошо развиты, они длинные, ветвящиеся, содержат клетки, синтезирующие биологически активные вещества. Междольковые перегородки в этой железе менее выражены, поэтому дольки не четко очерчены. Внутридольковой соединительной ткани заметно больше, чем в околоушной железе. Подъязычная слюнная железа — сложная разветвленная альвеолярно-трубчатая, вырабатывающая слизисто-белковый секрет с преобладанием слизи. В подъязычной железе встречаются концевые отделы трех типов: белковые, смешанные и слизистые (см. рис. 24.5). Белковые альвеолярные концевые отделы немногочисленны, много смешанных белково-слизистых отделов и небольшое количество чисто слизистых концевых отделов. Послед- 440 Часть V. Частная гистология ние имеют форму трубочки и образованы только мукоцитами. В смешанных отделах серозные полулуния лучше выражены. Миоэпителиальные клетки образуют наружный слой во всех концевых отделах. Вставочные и исчерченные протоки в этой железе развиты слабо. Вставочные протоки почти все ослизняются. Исчерченные протоки в некоторых местах отсутствуют. В органе плохо заметна дольчатость, но хорошо выражены прослойки РВСТ внутри долек. Регенерация. Восстановление паренхиматозных элементов слюнных желез происходит путем внутриклеточной регенерации и частично посредством деления протоковых камбиальных элементов. Васкуляризация. Слюнные железы имеют богатое кровоснабжение. Артерии сопровождают разветвления выводных протоков и у концевых отделов распадаются на мелкие сосуды, формирующие обильную сеть капилляров. В сосудистом русле желез имеется значительное количество артериоло-венулярных анастомозов, позволяющих изменять интенсивность кровоснабжения отдельных концевых отделов, долек и всей железы, а следовательно, изменять активность секреции в железах. Иннервация. Эфферентная иннервация осуществляется симпатическими и парасимпатическими нервными волокнами. Стимуляция симпатического звена вызывает выведение густой и вязкой слюны. Парасимпатические стимуляции усиливают кровоснабжение органа и выведение значительного количества жидкого белкового секрета. Глотка Развитие. Глотка развивается из передней части передней кишки. В процессе ее формирования на переднем конце зародыша образуется жаберный аппарат, включающий следующие структуры: 1) жаберные карманы — парные выпячивания боковой стенки глотки (энтодермы); 2) жаберные щели — впячивания эктодермы шейной области в направлении жаберных карманов; 24. Пищеварительная система 441 3) жаберные дуги — валикообразные утолщения (разрастание мезенхимы) между соседними жаберными карманами и щелями на переднебоковой поверхности шеи. В процессе развития из 1-й пары жаберных карманов возникает барабанная полость и слуховая (евстахиева) труба; 2-я пара жаберных карманов принимает участие в образовании нёбных миндалин; 3-я и 4-я пары служат источниками развития тимуса (его эпителиального компонента) и паращитовидных желез. Первая жаберная щель преобразуется в наружный слуховой проход, остальные — редуцируются. Из жаберных дуг формируются верхняя и нижняя челюсти, подъязычная кость и хрящи гортани. Глотка — это отдел пищеварительного тракта, имеющий форму конуса, где перекрещиваются пищеварительный и дыхательный пути. Через глотку пища попадает изо рта в пищевод. Кроме того, она проводит воздух из носовой полости в гортань, а также направляет его к евстахиевым (слуховым) трубам. В месте перекреста сосредоточена специальная защитная система — глоточное лимфоидное кольцо (из 6 миндалин три расположены в стенке глотки). Различают носовую (носоглотка), ротовую (ротоглотка) и гортанную (гортаноглотка) части глотки. Строение. Стенка глотки во всех ее отделах состоит из четырех оболочек: слизистой оболочки, подслизистой основы, мышечной и адвентициальной оболочек. Слизистая оболочка представлена двумя слоями — эпителиальным и собственной пластинкой. Мышечная пластинка не определяется. В носоглотке слизистая выстлана многорядным реснитчатым эпителием (респираторным эпителием). В ротовом и гортанном отделах эпителий типичный для пищеварительного тракта — многослойный плоский неороговевающий. Собственная пластинка состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани, содержащей отдельные лимфатические узелки в носовом отделе. В ротовом и гортанном отделах она богата эластическими волокнами и образует мелкие сосочки. Подслизистая основа хорошо развита, содержит крупные пучки эластических и коллагеновых волокон, придающих ей определенную плотность и вместе с тем эластичность. В носовом отде- 442 Часть V. Частная гистология ле в ней локализуются скопления лимфоидной ткани (трубные и глоточная миндалины). Гипертрофию глоточной миндалины в клинике называют аденоидами, при этом наблюдается затрудненное носовое дыхание. В этой оболочке имеются концевые отделы сложных разветвленных альвеолярно-трубчатых желез: смешанного типа секреции — в носовом отделе, слизистого — в остальных отделах. Выводные протоки желез открываются на поверхности эпителия. Мышечная оболочка глотки образована висцеральной исчерченной мышечной тканью. Внутренний слой ее имеет продольное направление мышечных волокон, а наружный — циркулярное. Эта оболочка принимает участие в акте глотания. Адвентициальная оболочка сформирована рыхлой волокнистой соединительной тканью. Пищевод Пищевод — полый мышечный орган, соединяющий гортанную часть глотки с желудком. Основные функции пищевода: 1) проведение пищевого комка; 2) продукция слизи для облегчения эвакуации пищи. Источники развития. Развитие пищевода начинается на 4-й неделе эмбриогенеза. Эпителий и собственные железы развиваются из материала прехордальной пластинки, находящейся в составе переднего отдела первичной кишки. Кардиальные железы имеют энтодермальное происхождение и возникают в результате смещения материала кишечной энтодермы в закладку пищевода. Из окружающей мезенхимы развивается соединительная ткань и гладкие миоциты. Миотомы мезодермы являются источником развития висцеральной исчерченной мышечной ткани. Мезотелий серозной оболочки образуется из висцерального листка спланхнотома. Эпителий пищевода на протяжении эмбрионального периода претерпевает ряд последовательных преобразований: вначале он однослойный призматический, на 4-й неделе становится двухслойным, к 3-му месяцу приобретает признаки многорядного реснитчатого и с начала 6-го месяца имеет характер многослойного плоского эпителия. 24. Пищеварительная система 443 Рис. 24.6. Строение пищевода [7]: слизистая оболочка: 1 — эпителий; 2 — собственная пластинка; 3 — мышечная пластинка; подслизистая основа: 4 — концевые отделы собственных желез; 5 — 5 выводной проток собственной железы; мышечная оболочка: 6 — циркулярный слой; 7 — продольный слой; адвентициальная оболочка: 8 — рыхлая волокнистая соединительная ткань; 9 — жировые клетки; 10 — кровеносный сосуд 1 2 3 4 6 7 10 8 9 Строение. Стенка пищевода включает четыре оболочки: слизистую оболочку, подслизистую основу, мышечную и адвентициальную, или серозную, оболочки (рис. 24.6). Слизистая оболочка состоит из эпителиальной, собственной и мышечной пластинок. Выстилает пищевод толстый пласт многослойного плоского неороговевающего эпителия, включающий до 20—25 клеточных слоев. Эпителий интенсивно обновляется. Кроме основных клеток в нем встречаются эндокриноциты, интраэпителиальные лимфоциты, дендритные антигенпредставляющие клетки. У новорожденных встречаются островки мерцательного эпителия, с возрастом появляются участки эпителия с признаками ороговения. Собственная пластинка, состоящая из РВСТ, образует высокие сосочки. В ней содержатся многочисленные кровеносные и лимфатические капилляры, нервные волокна и лимфатические узелки. В верхней трети (на уровне перстневидного хряща и V-кольца трахеи) и нижней трети пищевода (у входа в желудок) расположены кардиальные железы, имеющие сходное строение 444 Часть V. Частная гистология с кардиальными железами желудка. Это простые разветвленные трубчатые железы, концевые отделы которых в основном образованы слизистыми клетками; в небольшом количестве встречаются эндокриноциты (EC и ECL, продуцирующие серотонин и гистамин соответственно) и единичные париетальные клетки, выделяющие ионы H+ и Cl-. В зоне расположения кардиальных желез чаще возникают различные патологические процессы: кисты, язвы, дивертикулы, опухоли. Мышечная пластинка в начальном отделе пищевода представлена отдельными продольными пучками гладких миоцитов. Толщина ее постепенно увеличивается по направлению к желудку. Подслизистая основа состоит из РВСТ, богатой эластическими волокнами. Она обеспечивает подвижность слизистой и вместе с ней образует 7—10 продольных складок. В ней содержится подслизистое сосудистое и нервное сплетение, а также находятся сложные разветвленные альвеолярно-трубчатые собственные железы пищевода. Их концевые отделы состоят из мукоцитов, снаружи от которых располагаются миоэпителиальные клетки. Выводные протоки вначале выстланы кубическим эпителием, сменяющимся многорядным, а в конечных отделах — многослойным плоским. Эти железы в основном расположены на вентральной поверхности верхней и средней трети пищевода. Выделяемая на поверхность эпителия слизь способствует продвижению пищевого комка, обладает антимикробным действием (содержит лизоцим) и защищает эпителий от кислого содержимого желудка (присутствуют ионы бикарбоната). Мышечная оболочка состоит из двух слоев: внутреннего циркулярного и наружного продольного (см. рис. 24.6). Циркулярный слой образует сфинктеры пищевода — верхний (на уровне перстневидного хряща) и нижний (в области перехода в желудок). Мышечная оболочка в верхней трети пищевода представлена висцеральной исчерченной мышечной тканью, в средней трети — исчерченной и гладкой, а в нижней трети — только гладкой мышечной тканью. Сокращения мышечной оболочки обеспечивают продвижение пищи в желудок. Наружная оболочка пищевода на большем его протяжении адвентициальная, в рыхлой волокнистой соединительной ткани 24. Пищеварительная система 445 которой много кровеносных сосудов, имеется нервное сплетение. Ниже уровня диафрагмы пищевод покрыт серозной оболочкой, образованной мезотелием с подлежащей соединительнотканной основой. Желудок Желудок — это полый мышечно-железистый орган, емкостью от 1 до 1,7 л. Функции желудка: 1) химическая обработка пищи с помощью ферментов и соляной кислоты желудочного сока (пепсин расщепляет сложные белки до простых; химозин створаживает молоко, выявлен у детей раннего возраста; липаза принимает участие в расщеплении жиров; соляная кислота вызывает денатурацию и набухание белков, активирует пепсиноген и создает оптимальную pH для действия ферментов, в первую очередь для пепсина); 2) механическая обработка пищевых масс (измельчение и перемешивание пищи с желудочным соком, продвижение химуса в двенадцатиперстную кишку); 3) секреция антианемического фактора (внутренний фактор Кастла), способствующего всасыванию из пищи витамина B12 (наружный фактор Кастла), необходимого для нормального эритропоэза; 4) всасывание ряда веществ (воды, солей, глюкозы, витаминов, минеральных веществ, некоторых лекарств); 5) в определенной мере проявляется экскреторная функция (через стенку желудка выводятся продукты азотистого обмена — мочевина, аммиак, соли тяжелых металлов); 6) выражена эндокринная функция (вырабатывается целый ряд биологически активных веществ (гастрин, гистамин, серотонин, мотилин, вещество Р, бомбезин и др.), которые осуществляют регуляцию секреторной активности желез желудка, его моторики, оказывают системное влияние на организм). Источники развития. Закладка желудка появляется на 4-й неделе внутриутробного развития. Однослойный столбчатый (призматический) эпителий желудка и его железы развиваются из энтодермы среднего отдела первичной кишки, соединительноткан- 446 Часть V. Частная гистология ные и мышечные структуры — из прилежащей мезенхимы, мезотелий — из висцерального листка спланхнотома. Строение. С анатомической точки зрения в желудке различают четыре отдела: кардиальный, тело, дно и пилорический. По гистологическим признакам целесообразно выделять три отдела: кардиальный, фундальный, или тело, и пилорический, так как слизистая оболочка дна и тела имеет сходное строение. В стенке желудка присутствуют слизистая оболочка, подслизистая основа, мышечная и серозная оболочки. Слизистая оболочка имеет сложный рельеф из-за наличия в ней складок, ямок и полей. Складки образованы слизистой оболочкой и подслизистой основой, они большей частью ветвятся, по малой кривизне и в пилорическом отделе имеют продольное направление. Желудочные ямки — это впячивания эпителия в собственную пластинку. Глубина ямок различна, в кардиальном отделе и теле желудка она составляет 1/4 толщины слизистой оболочки (рис. 24.7, б, в), в пилорическом отделе — около 1/2 (рис. 24.7, в). На дне ямок открывается до 10 желез, расположенных в собственной пластинке. Поля — это участки слизистой оболочки диаметром 1—16 мм, ограниченные бороздками. Складки и ямки значительно увеличивают поверхность слизистой оболочки, общая площадь которой около 800 см2. Слизистая оболочка включает три пластинки: эпителиальную, собственную и мышечную (рис. 24.7, б, в, г). Она покрыта однослойным столбчатым железистым эпителием, продуцирующим слизь. Эпителиоциты расположены на базальной мембране, имеют оксифильную окраску цитоплазмы и выраженную полярность. В базальной части их расположено ядро, гранулярная и агранулярная ЭПС, в надъядерной области — комплекс Гольджи. Апикальная часть заполнена гранулами с мукоидным секретом. На апикальной поверхности имеются микроворсинки и относительно толстый слой гликокаликса. Клетки соединены друг с другом плотными и адгезионными (десмосомы) контактами. Выделяющаяся на поверхность желудка слизь не только образует непрерывный защитный слой толщиной до 0,5 мм, но и создает барьер от агрессивного кислого содержимого полости желудка. В слизь диффундируют бикарбонатные ионы (HCO3–), выделяемые париетальными клетками желез желудка и нейтрализующие соляную кисло- 8 3 6 9 4 2 г 4 Тело 1 Дно 3 IV III I II 9 5 8 д 5 4 4 1 Рис. 24.7. Слизистая оболочка различных отделов желудка [66]: Пилорический отдел 1 Кардиальный отдел б IV 1 2 III I II 3 7 а — расположение отделов; б — кардиальный отдел; в — пилорический отдел; г — дно желудка; д — собственная железа: 1 — однослойный столбчатый эпителий; 2 — собственная пластинка; 3 — мышечная пластинка; 4 — ямка; 5 — собственная железа: I — перешеек; II — шейка; III — тело; IV — дно; 6 — пилорическая железа; 7 — кардиальные железы; 8 — париетальные клетки; 9 — главные клетки 2 в а 24. Пищеварительная система 447 448 Часть V. Частная гистология ту у поверхности покровного эпителия. Кроме того, в слизи содержатся секреторные антитела, вырабатываемые плазмоцитами, и лизоцим. Таким образом, формируется защитный слизистобикарбонатный барьер. Эпителий желудка непрерывно обновляется, через каждые 1—3 дня за счет стволовых клеток, расположенных в шейке желез. Собственная пластинка слизистой оболочки содержит многочисленные железы, которые занимают ее основную часть. В узких прослойках РВСТ между железами располагаются кровеносные и лимфатические сосуды, формирующие сплетения, нервные волокна и их окончания, скопления лимфоидной ткани в виде узелков или диффузных инфильтратов. Мышечная пластинка образована гладкой мышечной тканью и состоит из трех слоев: внутреннего и наружного циркулярных и среднего — продольного. Она обеспечивает подвижность слизистой оболочки и принимает участие в формировании ее рельефа. Все железы желудка — простые трубчатые разветвленные, с мерокриновым типом секреции. В каждой железе выделяют дно, тело, шейку и перешеек (рис. 24.7, д). Дно и тело образуют концевой отдел железы, а выводным протоком считается короткая шейка и ее устье (перешеек). Железы различных отделов желудка отличаются по строению и клеточному составу, в связи с чем различают кардиальные, собственные (фундальные) и пилорические железы. Наиболее многочисленные собственные железы (около 35 млн ) располагаются в области дна и тела желудка. Собственные железы представляют собой длинные трубочки с очень узким просветом, концевые отделы их могут ветвиться (рис. 24.7, г, д). Среди образующих их железистых клеток различают главные, париетальные (обкладочные), добавочные (мукоциты), шеечные мукоциты, эндокриноциты. Главные экзокриноциты численно преобладают, локализуются в теле и дне железы. Они призматической формы, имеют интенсивную базофильную окраску цитоплазмы, отражающую высокое содержание РНК в ней. В цитоплазме базальной части клеток видны многочисленные цистерны гранулярной ЭПС, крупное ядро, в супрануклеарной зоне — комплекс Гольджи. Секреторные гранулы занимают апикальную часть и содержат проферменты (зимогенные гранулы). Главные клетки вырабатывают пепсиноген, про- 24. Пищеварительная система 449 ферменты химозина и липаз, последние два преимущественно у детей. В просвете желудка пепсиноген под действием соляной кислоты превращается в пепсин. Превращаются в активные формы и другие проферменты. Париетальные (обкладочные) экзокриноциты наиболее крупные, округлой или неправильной угловатой формы, с ярко оксифильной цитоплазмой, располагаются снаружи от главных и слизистых клеток. Их преимущественная локализация — область тела и шейка железы. Эти клетки содержат в центре крупные светлые ядра и значительное количество митохондрий. В их цитоплазме присутствует система внутриклеточных секреторных канальцев, переходящих в межклеточные канальцы, открывающиеся в просвет железы. По секреторным канальцам из клеток выводятся ионы H+ и Cl–, которые, соединяясь, образуют соляную кислоту, создающую в просвете желудка кислую среду. Через базальную плазмолемму париетальных клеток выводятся бикарбонатные ионы (HCO3–), которые по кровеносным сосудам поступают к покровным эпителиоцитам. Последние транспортируют ионы в слизь, где они принимают участие в нейтрализации соляной кислоты. Париетальные клетки секретируют также антианемический фактор, который необходим для всасывания витамина B12 в кишечнике. Добавочные клетки (мукоциты) имеют призматическую форму и слабобазофильную цитоплазму. Темные ядра их локализованы в базальной части, где сосредоточена хорошо развитая гранулярная ЭПС. В надъядерной зоне расположен комплекс Гольджи, представленный цистернами и мелкими пузырьками. Цитоплазма апикальной части заполнена гранулами мукоидного секрета. Функция клеток — выработка слизи. Шеечные мукоциты (шеечные слизистые клетки), наряду со структурами, аналогичными добавочным клеткам, содержат множество свободных рибосом и полисом. Они небольших размеров, содержат меньше секреторных гранул, но отличаются высокой митотической активностью. Эти клетки являются камбиальными для эпителия желез и поверхностных мукоцитов желудка. Обновление клеток желез желудка протекает значительно медленнее (до нескольких месяцев), чем покровного эпителия (1—3 суток). 450 Часть V. Частная гистология Эндокриноциты относятся к диффузной эндокринной системе (ДЭС), располагаются одиночно или небольшими группами во всех железах желудка, концентрируясь главным образом в фундальных железах (в их дне). Эти клетки импрегнируются солями серебра и хрома, с чем связаны их другие названия — «аргентаффинные» и «хромаффинные» клетки. Они представлены различными морфологическими типами (до 10), секретирующими различные гормоны и биогенные амины. Эндокриноциты имеют ряд общих особенностей. Это светлые клетки треугольной или овальной формы с развитой гранулярной ЭПС и комплексом Гольджи. В их цитоплазме имеются округлые секреторные гранулы, специфичные для каждого типа клеток, расположенные ближе к базальной поверхности. Большинство эндокринных клеток не имеют контакта с просветом желез (клетки закрытого типа), некоторые клетки своей узкой апикальной частью достигают просвета желез (клетки открытого типа). Последние осуществляют рецепцию содержимого желудка и отвечают на эти раздражения выделением гормонов, т.е. эти клетки являются рецепторно-секреторными. Клетки закрытого типа реагируют на функциональное состояние желудка (растяжение) и химический состав микроокружения. Часть выделившихся гормонов действует по типичному эндокринному механизму (посредством кровеносных сосудов разносятся к клеткаммишеням), некоторые гормоны обладают паракринным действием (диффундируют к соседним эпителиоцитам, оказывая на них свое действие). Среди эндокриноцитов выделяют ECL-, EC-, G-, D-, D1-, A-, P-клетки (подробнее см. Гастроэнтеропанкреатическая система на с. 461). Их биологически активные вещества обеспечивают регуляцию двигательной активности желудка, секреторной деятельности его желез, кровоснабжения слизистой оболочки и пролиферативной активности камбиальных элементов, а также оказывают системное влияние на организм. Кардиальные железы (1—2 млн) — простые трубчатые сильно разветвленные (см. рис. 24.7, б), локализуются в кардиальном отделе. Просвет их шире, чем фундальных желез, шейка очень короткая. Концевые отделы отличаются обилием слизистых клеток, 24. Пищеварительная система 451 среди которых встречаются в небольшом количестве главные, париетальные и эндокринные клетки типа EC и ECL. Пилорические железы (3,5 млн) — простые трубчатые разветвленные, выявляются в зоне перехода желудка в двенадцатиперстную кишку. Железы имеют широкие просветы, расположены более редко, сильнее разветвлены, чем собственные (см. рис. 24.7, в). Концевые отделы их состоят практически из мукоцитов, встречаются единичные эндокриноциты типа D, D1 и P. Слизистый секрет пилорических желез имеет слабощелочной характер. Подслизистая основа лучше развита в дне и теле желудка, где образует вместе со слизистой оболочкой крупные складки. Она состоит из РВСТ, богатой эластическими волокнами и жировыми клетками. В ней расположены артериальное и венозное сосудистое сплетение, подслизистое нервное сплетение, встречаются лимфоидные узелки. Мышечная оболочка представлена гладкой мышечной тканью. В ней различают три слоя: наружный с продольной ориентацией ГМК; средний — с циркулярной; внутренний — с косым расположением пучков ГМК. Наибольшего развития мышечная оболочка достигает в привратнике, где ее циркулярный слой образует пилорический сфинктер. Между мышечными слоями располагается межмышечное нервное сплетение с многочисленными интрамуральными ганглиями, а также сосудистое сплетение. Серозная оболочка является поверхностной и состоит из собственной соединительнотканной пластинки с сосудами и нервами, покрытой мезотелием. Тонкая кишка Тонкая кишка — это полая трубка длиной 6—7 м, которая дифференцируется на три отдела: двенадцатиперстную (25—30 см), тощую (2—2,5 м) и подвздошную (3—3,5 м). В тонкой кишке осуществляются две важнейшие функции: 1) переваривание пищи (химическая обработка всех видов питательных веществ — белков, жиров и углеводов) с помощью ферментов, продуцируемых поджелудочной железой и собственными железами кишечника. Белки расщепляются под действием трип- 452 Часть V. Частная гистология сина, химотрипсина, энтерокиназы, пептидазы, коллагеназы, эластазы, карбоксилазы и др. В переваривании углеводов принимают участие амилаза, мальтаза, лактаза, сахараза, фосфатаза. Жиры переваривает липаза, фосфолипаза и др; 2) всасывание образовавшихся мономеров в кровь и лимфу (общая площадь всасывания составляет около 900 м2). Кроме того, тонкой кишке свойственна эндокринная функция. Благодаря значительному количеству эндокриноцитов, относящихся к ДЭС, вырабатываются биологически активные вещества (серотонин, мотилин, секретин, энтероглюкагон, холецистокинин/ панкреозимин, гастрин и др.), принимающие участие в регуляции местных и общих процессов. Через тонкий кишечник выводятся конечные продукты обмена. В этом отделе желудочно-кишечного тракта реализуется барьерно-защитная функция, в обеспечении которой принимают участие внутриэпителиальные лимфоциты, диффузная лимфоидная ткань, одиночные и агрегированные лимфоидные узелки собственной пластинки, М-клетки. Кишечник выполняет моторно-эвакуаторную функцию; благодаря перистальтическим сокращениям непереваренные остатки пищи перемещаются в каудальном направлении. Источники развития. Тонкая кишка начинает развиваться на 5-й неделе эмбриогенеза. Эпителий ворсинок, крипт и дуоденальные железы образуются из энтодермы среднего отдела первичной кишки. Дифференцировка эпителиоцитов происходит на 6—12-й неделе и приводит к образованию различных типов клеток: столбчатых энтероцитов, бокаловидных экзокриноцитов и эндокриноцитов. Позже образуются экзокриноциты с ацидофильными гранулами. Соединительная и гладкая мышечная ткани развиваются из мезенхимы на 7—9-й неделе, мезотелий — из висцерального листка мезодермы (5-я неделя). Строение. Стенка тонкой кишки включает слизистую оболочку, подслизистую основу, мышечную и серозную оболочки (рис. 24.8). Слизистая оболочка, слагаясь из эпителиальной, собственной и мышечной пластинок, имеет сложный рельеф, предназначенный для увеличения поверхности для процессов всасывания и пищеварения. Это достигается наличием циркулярных складок, ворсинок и крипт. 24. Пищеварительная система 453 4 2 5 1 3 6 7 8 9 Рис. 24.8. Схема строения тонкой кишки [16]: 1 — слизистая оболочка; 2 — ворсинки; 3 — крипты; 4 — однослойный столбчатый каемчатый эпителий; 5 — собственная пластинка слизистой оболочки; 6 — мышечная пластинка слизистой оболочки; 7 — подслизистая основа; 8 — мышечная оболочка; 9 — серозная оболочка Циркулярные складки (Керкринга) образованы слизистой оболочкой и подслизистой основой, имеют полулунную форму и занимают от половины до двух третей окружности просвета кишки. Размеры и число складок уменьшаются в дистальном направлении. Кишечные ворсинки — это пальцевидные или листовидные выпячивания слизистой оболочки в просвет кишки. Высота их достигает 1 мм, плотность расположения — 20—40 на 1 мм2, общее число — 4 млн. В двенадцатиперстной кишке ворсинки широкие 454 Часть V. Частная гистология и короткие. В каудальном направлении число их уменьшается, они становятся более высокими и тонкими. Кишечные крипты (железы) — это трубчатые углубления эпителия, погруженные в собственную пластинку слизистой оболочки. На 1 мм2 поверхности кишки приходится до 100 крипт, их общая поверхность составляет 14 м2. Крипты по всей длине тонкой кишки изменяются меньше, чем ворсинки. Крипты тесно прилегают друг к другу и группами (по 5—10) открываются в просвет между ворсинками. Общее количество их превышает 150 млн. Однослойный столбчатый эпителий слизистой оболочки содержит несколько популяций клеток: 1) столбчатые (каемчатые) энтероциты; 2) бокаловидные экзокриноциты; 3) эндокринные клетки; 4) экзокриноциты с ацидофильными гранулами (клетки Панета); 5) М-клетки (микроскладчатые эпителиоциты). Все эти клетки развиваются из стволовых клеток, находящихся на дне крипт. Сначала из них дифференцируются клеткипредшественники, которые активно делятся и дифференцируются в конкретный клеточный тип. Клетки-предшественники перемещаются в процессе дифференцировки от основания крипты к вершине ворсинки, затем десквамируются (слущиваются). Весь цикл обновления эпителиоцитов составляет 2—4 суток. Таким образом, эпителий крипт и ворсинок представляет единую систему с определенными динамическими взаимоотношениями между пролиферирующими, дифференцирующимися, функционирующими и десквамирующимися клетками. Кроме эпителиоцитов в эпителиальном пласте постоянно обнаруживаются преимущественно Т-лимфоциты и натуральные киллеры (в соотношении 1 : 3 — 1 : 8), осуществляющие иммунологический надзор. Собственная пластинка образована РВСТ, содержит густую сеть ретикулярных волокон, с которыми связаны отростчатые клетки, аналогичные ретикулярным клеткам кроветворных органов. В этой пластинке постоянно встречаются лимфоциты, эозинофилы, плазмоциты; имеются многочисленные кровеносные капилляры фенестрированного типа, лимфатические капилляры, вегетативные нервные волокна и окончания. Собственная пла- 24. Пищеварительная система 455 стинка богата лимфоидной тканью. Одиночные (солитарные) лимфоидные узелки встречаются на всем протяжении тонкой кишки, агрегированные (пейеровы бляшки) преобладают в подвздошной кишке. Все они входят в состав КАЛТ — кишечно-ассоциированной лимфоидной ткани — крупнейшей части иммунной системы, которая содержит до 40 % всех иммунных эффекторных клеток организма. В области расположения лимфоидной ткани крипты и ворсинки отсутствуют либо немногочисленны. В покрывающем эпителии содержатся М-клетки (пещеристые клетки), которые в своих карманах содержат лимфоциты. М-клетки транспортируют антигены из просвета кишки к иммунокомпетентным клеткам, стимулируя их, что в итоге приводит к секреции плазмоцитами иммуноглобулинов, преимущественно IgA. Мышечная пластинка слизистой оболочки состоит из двух слоев: внутреннего циркулярного и наружного продольного, образованных гладкой мышечной тканью. Она обеспечивает локальные движения, облегчающие процессы переваривания и всасывания. Подслизистая основа в тонкой кишке хорошо развита, сформирована РВСТ, нередко содержит дольки жировой ткани. В ней располагаются лимфоидные узелки, сосудистые коллекторы и подслизистое нервное сплетение, в двенадцатиперстной кишке — железы. Дуоденальные (бруннеровы) железы густо заполняют подслизистую основу, это сложные разветвленные альвеолярнотрубчатые, преимущественно слизистые железы. В их концевых отделах преобладают типичные слизистые клетки, встречаются также отдельные клетки Панета, эндокриноциты типа EC, G,S и D и париетальные клетки. Выводные протоки выстланы однослойным кубическим или призматическим эпителием и открываются в крипты или у основания ворсинок в полость кишки. Слизистый секрет желез обладает щелочной реакцией и нейтрализует соляную кислоту, поступающую из желудка, защищает слизистую оболочку кишки и создает оптимальную среду для действия панкреатических ферментов. Входящие в состав секрета ферменты (дипептидазы, амилаза, энтерокиназа) принимают участие в пищеварении, лизоцим обладает бактерицидным действием, урогастрон стимулирует пролиферацию эпителиальных клеток. Мышечная оболочка тонкой кишки состоит из внутреннего циркулярного и наружного продольного слоев (см. рис. 24.8). Оба 456 Часть V. Частная гистология слоя непрерывные и представлены гладкой мышечной тканью. Между слоями мышц имеется тонкая прослойка РВСТ, содержащая сосуды и узлы нервного мышечно-кишечного сплетения. Мышечная оболочка за счет перистальтических сокращений осуществляет перемешивание и проталкивание химуса (пищевых масс) по ходу кишечника. Серозная оболочка покрывает тонкую кишку со всех сторон, за исключением двенадцатиперстной кишки, которая покрыта брюшиной только спереди, а в остальных частях имеет адвентициальную оболочку. Гистофизиология системы крипта—ворсинка. Система крипта—ворсинка — это единый комплекс, который играет важнейшую роль в процессах пищеварения и всасывания. Ворсинка — образование слизистой оболочки, всех трех ее компонентов (рис. 24.9, а). Основу ворсинки составляет РВСТ собственной пластинки. Ее главной опорной структурой является сеть ретикулярных волокон, в которой расположены различные клетки — ретикулоциты, лимфоциты, плазматические клетки, фибробласты, тканевые базофилы, макрофаги, эозинофилы. Каждая ворсинка пронизана густой сетью кровеносных капилляров фенестрированного типа, в центре расположен один или несколько слепо начинающихся лимфокапилляров. В строме ворсинок вокруг капилляров располагаются гладкие миоциты, сокращение которых обеспечивает «насосный» эффект и усиливает всасывание продуктов переваривания в просвет капилляров. Поверхность ворсинки выстлана однослойным столбчатым (каемчатым) эпителием (рис. 24.9, а, б), среди которого различают три основных типа клеток: 1) столбчатые энтероциты и их разновидность — М-клетки; 2) бокаловидные экзокриноциты; 3) эндокриноциты. Основную массу (около 90 %) составляют столбчатые (каемчатые) энтероциты с выраженной полярностью и характерной исчерченной каемкой, образованной микроворсинками апикальной мембраны. Высота микроворсинок может достигать 1,5 мкм при ширине 0,1 мкм, расположены они плотно друг к другу (до 3000/клетку), при этом увеличивая площадь поверхности клеток в 30—40 раз. Мембрана микроворсинок включает мощно разви- 24. Пищеварительная система а 5 4 3 10 9 13 457 б 1 12 4 8 7 11 2 4 5 6 7 8 6 Рис. 24.9. Схема строения кишечной ворсинки и крипты [5; 16]: а — кишечная ворсинка и крипта; б — различные типы энтероцитов: 1 — ворсинка; 2 — крипта; 3 — однослойный столбчатый эпителий; 4 — каемчатый энтероцит; 5 — бокаловидная клетка; 6 — клетка Панета; 7 — эндокринная клетка; 8 — малодифференцированная клетка; 9 — артериола; 10 — капиллярная сеть; 11 — венула; 12 — лимфатический сосуд; 13 — соединительная ткань собственной пластинки слизистой оболочки тый гликокаликс с высоким содержанием ферментов и транспортных белков. Первые обеспечивают мембранное пищеварение, которое происходит в асептических условиях, а транспортные белки активно перемещают переваренные вещества и неорганические ионы. Столбчатые энтероциты соединяются многочисленными межклеточными контактами: в апикальной части — плотными, в средней части — с помощью десмосом и интердигитаций. Плотные контакты изолируют полость кишки от внутренней среды организма. Каемчатые энтероциты выполняют и секреторную функцию, продуцируя ферменты для пищеварения. Эти клетки имеют оксифильную цитоплазму и базально расположенные ядра. В цитоплазме хорошо развита гранулярная и агранулярная ЭПС, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, имеется множество секреторных гранул. Установлено, что белоксинтетическая активность более выражена у энтероцитов крипт и основания ворсинок. М-клетки являются разновидностью энтероцитов. Они находятся в составе эпителия над лимфоидными узелками (одиночны- 458 Часть V. Частная гистология ми и агрегированными). Их особенности: отсутствие щеточной каемки, наличие на апикальной поверхности микроскладок, а на базальной — глубоких инвагинаций (карманов), содержащих лимфоциты. М-клетки обеспечивают транспорт антигенов из просвета кишки к лимфоцитам. Второй по численности тип эпителиальных клеток представлен бокаловидными экзокриноцитами. Они располагаются поодиночке, их количество нарастает в каудальном направлении. Форма клеток меняется от призматической до бокаловидной, что зависит от фазы секреторного цикла. У них светлая вспененная цитоплазма из-за наличия слизистого секрета и темное ядро, расположенное в базальной части. Слизь, выделяемая бокаловидными экзокриноцитами, облегчает перемещение химуса по ходу кишечника, защищает эпителий от механических и химических повреждений. Эндокриноциты (энтерохромаффиноциты) — базально-зер нистые клетки, составляют около 0,5 % общего количества эпителиоцитов, встречаются в эпителии ворсинок и крипт; в криптах их значительно больше. Клетки отличаются значительным разнообразием, содержат различные в морфологическом и функциональном плане гранулы в базальной части. Наиболее характерными для тонкого кишечника являются следующие типы клеток: EC-, ECL-, S-, I-, K-, D-, VIP- (см. Гастроэнтеропанкреатическая система на с. 461). Кишечная крипта — узкий неразветвленный, иногда слабоветвящийся канал, выстланный однослойным столбчатым эпителием (рис. 24.9, а, б), среди которого различают: 1) столбчатые энтероциты; 2) бокаловидные экзокриноциты; 3) эндокриноциты; 4) экзокриноциты с ацидофильными гранулами (клетки Панета); 5) стволовые клетки, клетки-предшественники и дифференцирующиеся клетки на разных стадиях развития (все перечисленные клетки обозначаются как бескаемчатые). Столбчатые энтероциты крипт отличаются более тонкой исчерченной каемкой, более низкими микроворсинками и меньшей ферментативной активностью, чем соответствующие клетки ворсинок. 24. Пищеварительная система 459 Экзокриноциты с ацидофильными гранулами (апикальнозернистые экзокриноциты) располагаются в дне крипт. В их апикальной части выявляются резко ацидофильные гранулы, содержащие белково-полисахаридный комплекс, проферменты, лизоцим. Цитоплазма базальной части клеток окрашивается базофильно за счет хорошо развитой гранулярной ЭПС. В клетках имеется значительное количество цинка. Ферменты (дегидрогеназы, дипептидазы, кислая фосфатаза), выделяемые в просвет крипт, принимают участие в пищеварении. Секрет клеток Панета нейтрализует соляную кислоту, попадающую в кишечник, и обладает антибактериальными свойствами (содержит лизоцим). Система крипта—ворсинка обеспечивает два важнейших процесса — пищеварение и всасывание, которые сопряжены по месту и времени. Пищеварение — это процесс ферментативного расщепления содержащихся в химусе сложных веществ (полимеров) до простых (мономеров), способных всасываться в кровеносное и лимфатическое русло. Процессы пищеварения проходят в различных зонах тонкой кишки, в связи с чем различают пищеварение: полостное; пристеночное (примембранное); мембранное; внутриклеточное. Полостное пищеварение осуществляется в полости тонкой кишки с помощью ферментов внекишечных желез (поджелудочная железа), желез слизистой оболочки (крипт) и подслизистой основы (дуоденальных желез), а также с участием ферментов кишечной флоры. Пристеночное пищеварение имеет место в пристеночном слое слизи и осуществляется за счет адсорбированных кишечных и панкреатических ферментов. Слизь в пристеночном слое представляет эластичный, вязкий, нерастворимый в воде гликопротеидный раствор со свойствами геля. Ему присуща высокая сорбционная способность, непрерывный и интенсивный обмен с химусом. Кроме ферментов в этом слое находятся субстратсвязывающие белки, иммуноглобулины, регуляторные белки, отторгшиеся энтероциты и их фрагменты, а также значительное количество ионов (Na+, H+, 460 Часть V. Частная гистология HCO3–, Cu2+, OH– и др.). Секреция HCO3– и OH– из энтероцитов в пристеночный слой приводит к защелачиванию среды вблизи мембраны (pH = 8,0—9,0), в то время как в полости кишки pH — 5,0—7,0. Мембранное пищеварение осуществляется за счет ферментов гликокаликса мембраны столбчатых энтероцитов. Оно происходит в асептических условиях, поскольку гликокаликс обеспечивает изоляцию энтероцитов от бактерий и их токсинов. Под воздействием ферментов щеточной каемки энтероцитов происходит практически полное расщепление всех веществ до простых мономеров. Не полностью расщепленные низкомолекулярные вещества попадают в энтероциты путем эндоцитоза или трансмембранного переноса, где гидролизуются с помощью лизосомальных и цитозольных ферментов. Этот тип пищеварения называется внутриклеточным. Гистофизиология процессов всасывания. Образующиеся при расщеплении белков, углеводов и жиров мономеры (аминокислоты, моносахара, моноглицериды и жирные кислоты) всасываются в кровь и лимфу. Процесс всасывания продуктов расщепления белков, углеводов и жиров имеет свои особенности. Всасывание белков. Расщепление белков начинается в желудке, затем продолжается в тонкой кишке с помощью кишечных и панкреатических ферментов в процессе полостного, пристеночного и, главным образом, мембранного пищеварения (последнее составляет 80—90 % всего переваривания). Образовавшиеся аминокислоты с помощью активного транспорта при участии белковпереносчиков транспортируются в энтероциты, а затем из них в соединительную ткань, далее в гемокапилляры. Через мембрану энтероцитов могут проходить и небольшие олигопептиды, окончательный гидролиз которых осуществляется внутриклеточно пептидазами лизосом и цитозоля. Всасывание углеводов происходит после расщепления их до моносахаров (глюкозы, фруктозы и галактозы). Последние с помощью Na+-зависимого транспорта и белков-переносчиков (GLUT5, GLUT2) проходят через апикальную мембрану энтероцитов, затем покидают их через базолатеральную поверхность и поступают в гемокапилляры (90 % всосавшихся моносахаров), остальные 10 % — в лимфокапилляры. 24. Пищеварительная система 461 Всасывание липидов. В полости кишки липиды подвергаются эмульгированию желчными кислотами (крупные жировые капли разбиваются на множество мелких). Эмульгированные липиды с помощью липаз в области гликокаликса энтероцитов расщепляются до жирных кислот и глицерина. Жирные кислоты эстерифицируются (соединяются с холестерином) и путем простой диффузии проникают внутрь клетки, где в агранулярной ЭПС происходит ресинтез жиров, характерных для человеческого организма. Молекулы жиров в комплексе Гольджи упаковываются в специальные транспортные частицы — хиломикроны. Последние представляют собой гранулы размером 0,2—1 мкм, окруженные мембраной, внутренняя часть которых образована гидрофобными молекулами жира, покрытыми тонким слоем специальных белков. Хиломикроны перемещаются через латеральную поверхность энтероцитов в лимфокапилляры собственной пластинки ворсинок. Через эпителий кишки происходит также всасывание воды с растворенными в ней минеральными веществами, витаминов и некоторых других веществ. Гастроэнтеропанкреатическая система Гастроэнтеропанкреатическая (ГЭП) система — это система эндокринных клеток, расположенных в эпителии слизистой оболочки желудка, тонкого и толстого кишечника и в эндокринных островках поджелудочной железы. Она продуцирует значительное количество гормонов, необходимых для регуляции важнейших процессов, имеющих место в желудочно-кишечном тракте, а также оказывающих системное влияние на организм. Эта система представлена следующими основными типами клеток: В-клетки поджелудочной железы синтезируют гормон инсулин (стимулирует поглощение глюкозы тканями). А-клетки панкреатических островков вырабатывают гормон глюкагон (активирует ферменты, расщепляющие гликоген). 462 Часть V. Частная гистология L-клетки кишечника образуют энтероглюкагон, который усиливает гликогенолиз в печени. Д-клетки секретируют соматостатин, тормозящий секреторную и синтетическую активность эндокринных и экзокринных клеток ЖКТ. Д1-клетки образуют вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП) (расширяет кровеносные сосуды и снижает артериальное давление, стимулирует выделение гормонов поджелудочной железы). ЕС1-клетки секретируют серотонин и мелатонин. Серотонин стимулирует секрецию пищеварительных ферментов и двигательную активность. Мелатонин обеспечивает фотопериодичность функциональной активности. EC2-клетки вырабатывают мотилин и вещество Р. Мотилин принимает участие в регуляции перистальтики кишечника и стимуляции двигательной активности ворсинок. Вещество P регулирует кровоснабжение слизистой оболочки и отвечает за болевые импульсы. ЕСL-клетки продуцируют гистамин, который регулирует секреторную активность париетальных клеток желудка. P-клетки секретируют бомбезин (стимулирует выделение соляной кислоты и панкреатического сока, усиливает сокращение ГМК желчного пузыря). I-клетки секретируют холецистокинин/панкреозимин (стимулирует образование панкреатического сока и моторику желчных путей). G-клетки вырабатывают гастрин, усиливающий секрецию HCl и пепсиногена в желудке. РР-клетки вырабатывают панкреатический полипептид, активирующий выделение панкреатического сока. S-клетки (секретинпродуцирующие) стимулируют секрецию панкреатического сока и желчи, тормозят выработку гастрина в желудке. К-клетки образуют гастринингибирующий полипептид (блокирует секрецию желудочного сока). 24. Пищеварительная система 463 Толстая кишка Толстая кишка включает слепую кишку с червеобразным отростком, ободочную (восходящую, поперечную, нисходящую), сигмовидную и прямую кишку. Длина ее 1—1,5 м. В толстой кишке происходит: всасывание воды и электролитов из химуса; переваривание клетчатки с�� помощью ферментов бактериальной флоры; выработка при участии бактерий витаминов K и группы B; выделение из организма солей тяжелых металлов и�� конечных продуктов обмена веществ; формирование каловых масс и эвакуация их из организма; выработка гормонов, обладающих локальным и системным действием; реализация барьерно-защитной функции с�� участием лимфоидной ткани (диффузной и�� в�� виде солитарных узелков и�� скоплений в червеобразном отростке) и больших количеств слизи. Источники развития. Эпителий толстой кишки имеет энтодермальное происхождение, за исключением промежуточной и кожной зон анального отдела прямой кишки, имеющих эктодермальный генез. Соединительная и гладкомышечная ткани развиваются из мезенхимы, поперечнополосатая мышечная ткань наружного сфинктера образуется из дорсальной мезодермы (сомит), мезотелий серозной оболочки — из вентральной мезодермы (висцеральный листок спланхнотома). Стенка толстой кишки образована слизистой оболочкой, подслизистой основой, мышечной и серозной, или адвентициальной, оболочками. Рельеф слизистой представлен циркулярными складками, криптами и мешковидными выпячиваниями (haustra coli). Крипты более широкие, глубокие и многочисленные, чем в тонкой кишке (рис. 24.10, а). Ворсинок нет. Эпителий слизистой оболочки — однослойный столбчатый, содержит столбчатые, бокаловидные, эндокринные и недифференцированные клетки. Столбчатые эпителиоциты (колоноциты) располагаются на поверхности слизистой оболочки и в ее криптах. По строению они сходны с каемчатыми энтероцитами тонкой кишки, но имеют бо- 464 Часть V. Частная гистология 1 а Рис. 24.10. Строение толстой кишки [7; 61]: 2 а — строение стенки; б — клеточ- 3 ный состав крипты; I — слизистая оболочка; II — подслизистая основа: 1 — эпителий; 2 — кишечные железы (крипты); 3 — собственная пластинка слизистой оболочки; 4 — мышечная пла4 стинка слизистой оболочки; 5 — одиночный лимфоидный узелок; 5 6 — жировые клетки; 7 — бокаловидные клетки; 8 — столбчатые эпителиоциты; 9 — эндокриноцит; 10 — лимфоцит; 11 — макрофаг; 12 — капилляр I II 6 8 б 11 12 7 9 7 8 10 лее тонкую исчерченную каемку. Пристеночного пищеварения они не осуществляют, лишь обеспечивают процессы всасывания. Бокаловидные клетки в большом количестве содержатся в криптах (рис. 24.10, а, б), выделяют слизь, участвующую в формировании каловых масс и облегчающую их продвижение в каудальном направлении, а также защищающую слизистую оболочку от повреждений. Количество бокаловидных клеток нарастает по направлению к прямой кишке. Недифференцированные эпителиоциты лежат у основания кишечных крипт, являются камбиальными элементами эпителия кишки, который обновляется медленнее (за 4—6 суток), чем в тонкой кишке (2—4 суток). 24. Пищеварительная система 465 Эндокриноциты (преимущественно EC-, ECL-, D- и D1-типов) встречаются в небольшом количестве в дне крипт. Наличие клеток Панета в толстой кишке признается не всеми исследователями. В эпителии в большом количестве наблюдаются интраэпителиальные лимфоциты. Собственная пластинка слизистой оболочки сформирована тонкими прослойками РВСТ между криптами. В ее состав входят разнообразные клетки (фибробласты, макрофаги, эозинофилы, лимфоциты, плазмоциты, тучные клетки), густая сеть ретикулярных волокон, многочисленные нервные волокна и кровеносные капилляры. Она содержит много одиночных лимфоидных узелков (более 20 тыс.), достигающих значительных размеров и проникающих в подслизистую основу. Мышечная пластинка слизистой оболочки сильнее выражена, чем в тонкой кишке, состоит из внутреннего циркулярного и наружного косопродольного слоев гладких миоцитов. Подслизистая основа хорошо развита, участвует в образовании циркулярных складок. В ней содержатся сосудистые и нервные подслизистые сплетения, много лимфоидных узелков. Мышечная оболочка толстая, состоит из внутреннего циркулярного и наружного продольного слоев гладких мышц. Наружный слой не сплошной, а представлен тремя лентами, которые короче самой кишки, что ведет к образованию мешковидных выпячиваний (haustra coli). Наружная оболочка. Серозная оболочка покрывает ободочную кишку снаружи. В других отделах наружная оболочка частично представлена адвентицией. Участки серозной оболочки могут содержать жировую ткань и образовывать отростчатые выпячивания (appendices epiploicae). Червеобразный отросток Червеобразный отросток — пальцевидный вырост слепой кишки, имеет типичное для толстой кишки строение с рядом особенностей. 1. В эпителии коротких крипт слизистой оболочки отростка меньше бокаловидных клеток, но больше экзокриноцитов с ацидо- 466 Часть V. Частная гистология фильными гранулами и эндокринных клеток EC-, D-, D1-, Sи P-типов. Функциональная активность последних особенно выражена во время внутриутробного развития. Встречаются М-клетки. 2. В собственной пластинке и в подслизистой основе располагаются многочисленные крупные, местами сливающиеся скопления лимфоидной ткани. 3. Мышечная пластинка практически отсутствует. 4. Мышечная оболочка имеет непрерывный наружный продольный и внутренний циркулярный слои. 5. Серозная оболочка со всех сторон покрывает червеобразный отросток и образует его собственную брыжейку. Червеобразный отросток выполняет защитную функцию и входит в состав периферических отделов иммунной системы. Существует мнение о важной эндокринной функции этого органа, главным образом во внутриутробном периоде. Прямая кишка Прямая кишка — это конечный участок толстой кишки длиной 15—16 см, который завершается анальным каналом. В прямой кишке выделяют надампулярный, ампулярный отделы и анальный канал. Надампулярный и ампулярный отделы имеют типичное для толстой кишки строение. Слизистая оболочка вместе с подслизистой основой и внутренним циркулярным слоем мышечной оболочки образует три поперечные складки. В этом отделе крипты имеют большую длину, выстилающий их эпителий — однослойный столбчатый с преобладанием бокаловидных клеток. В собственной пластинке располагаются одиночные лимфатические узелки. Мышечная пластинка состоит из двух слоев, а в анальном отделе она отсутствует. Подслизистая основа хорошо развита, из-за чего может происходить выпадение слизистой оболочки через задний проход. Слои мышечной оболочки сплошные, представлены гладкой мышечной тканью. Серозная оболочка покрывает прямую кишку в верхней части, а в нижних отделах — адвентициальная оболочка. 24. Пищеварительная система 467 В анальном отделе выделяют три зоны: столбчатую, промежуточную и кожную. Слизистая оболочка столбчатой зоны образует 8—10 продольных складок (анальные колонки Морганьи). В промежуточной зоне колонки соединяются поперечными складками (анальными клапанами). Крипты в дистальном направлении укорачиваются и исчезают. Эпителий слизистой оболочки в столбчатой зоне — многослойный кубический, в промежуточной — многослойный плоский неороговевающий, в кожной — многослойный плоский ороговевающий. Переход от многослойного кубического эпителия к многослойному плоскому происходит резко в виде зигзагообразной аноректальной линии (зубчатая линия). В собственной пластинке столбчатой зоны залегает сеть тонкостенных кровеносных лакун, кровь из которых оттекает в геморроидальные вены подслизистой оболочки. В промежуточной зоне собственная пластинка содержит большое количество лимфоцитов и тучных клеток, а также единичные сальные железы. В кожной зоне появляются волосы, потовые железы апокринового типа, увеличивается количество сальных желез. В подслизистой основе находится обильное сплетение синусоидных геморроидальных вен, которые могут варикозно расширяться и выпячиваться в просвет анального канала, что приводит к развитию геморроя. Здесь же, в столбчатой зоне, обнаруживаются рудиментарные анальные железы. При патологических состояниях они могут служить местом образования фистул. Циркулярный слой мышечной оболочки на уровне анального канала формирует два сфинктера: внутренний непроизвольный образован гладкой мышечной тканью, наружный произвольный — поперечнополосатой мышечной тканью. Поджелудочная железа Поджелудочная железа — смешанная железа, состоит из двух частей: экзокринной и эндокринной. Экзокринная часть составляет 97 % массы железы. Она вырабатывает панкреатический сок (1,5—2 л/сут.), содержащий пищеварительные ферменты в неактивной форме: трипсин, химотрипсин, карбоксипептидазы, эластаза, нуклеазы, фосфолипаза, леци- 468 Часть V. Частная гистология тиназа, амилаза и др., а также значительное количество бикарбоната. Панкреатический сок поступает в двенадцатиперстную кишку, где его ферменты активируются и участвуют в переваривании белков, жиров и углеводов. Секретируемый железой бикарбонат вместе с бикарбонатом двенадцатиперстной кишки нейтрализует кислую среду химуса. Оптимум действия ферментов поджелудочной железы приходится на pH 7—8. Эндокринная часть, составляющая всего 3 % массы железы, вырабатывает гормоны инсулин, глюкагон, соматостатин, ВИП, панкреатический полипептид и др. Гормоны регулируют углеводный, жировой и белковый обмен веществ в организме. Развитие. Энтодермальный зачаток поджелудочной железы появляется в конце 3-й недели в виде двух выпячиваний (дорсального и вентрального) стенки туловищной кишки. Выпячивания врастают в мезенхиму и сливаются в одну закладку на 6—7-й неделе. Из эпителиальных разрастаний зачатка на 3-м месяце образуется система выводных протоков, затем концевые отделы. Часть эпителиальных почек выводных протоков отшнуровывается, превращаясь в эндокринные островки (8—14-я неделя). К 4—7-му месяцу эмбриогенеза содержание эндокриноцитов в 2—3 раза больше, чем в дефинитивном органе. Эндокриноциты располагаются не только в островках, но и в составе ацинусов и в эпителии протоков. Интенсивный рост экзокринной части наблюдается после рождения, завершаясь к 18—20 годам. Из мезенхимы развиваются соединительнотканные элементы стромы и сосуды. Строение. Поджелудочная железа — непарный паренхиматозный орган дольчатого строения. С поверхности она покрыта тонкой капсулой из плотной волокнистой соединительной ткани. Ее паренхима тонкими прослойками РВСТ разделена на дольки различной формы и величины. В соединительнотканных междольковых перегородках располагаются сосуды, нервы, нервные ганглии и выводные протоки. Дольки включают экзокринные и эндокринные части. 24. Пищеварительная система 469 Экзокринная часть Экзокринная часть поджелудочной железы является сложной, разветвленной, альвеолярно-трубчатой железой, секретирующей белковый секрет по мерокриновому типу. Структурно-функцио нальной единицей ее является панкреатический ацинус, включающий концевой (секреторный) отдел и вставочный проток. Секреторные отделы имеют вид округлых или овальных образований, состоят из 8—12 ациноцитов (экзокринных панкреатоцитов), имеющих форму усеченного конуса (рис. 24.11, а, б). Широкие базальные части ациноцитов содержат хорошо развитую 4 1 а 2 7 2 6 5а 5б 3 б 2 5а 5 1 3 5б 5 4 8 6 9 Рис. 24.11. Поджелудочная железа [66]: а — схема; б — гистологический препарат; 1 — островок; 2 — капилляры; 3 — ацинусы; 4 — просвет ацинуса; 5 — экзокринные панкреатоциты; 5а — гомогенная зона; 5б — зимогенная зона; 6 — центроацинарные клетки; 7 — вставочный проток; 8 — междольковая соединительная ткань; 9 — междольковый выводной проток 470 Часть V. Частная гистология гранулярную ЭПС и крупные округлые ядра. Эта часть клеток окрашивается базофильно и однородно и называется гомогенной зоной. Узкая апикальная часть экзокриноцитов обращена в просвет ацинуса и имеет короткие микроворсинки. В апикальной части содержатся оксифильные гранулы, придающие ей зернистый вид. Гранулы содержат белковый секрет, смесь проферментов (зимогенов), в связи с чем эта часть обозначается как зимогенная зона. Ациноциты соединяются друг с другом с помощью разнообразных контактов: плотных, адгезионных и нексусов. Структура ациноцитов подвержена изменениям в различные фазы секреторного цикла. Секреторный цикл, включающий фазы поглощения исходных веществ, синтеза секрета, накопления его и выведения, занимает около 1,5—2 ч. В зависимости от физиологических потребностей организма он может сокращаться или увеличиваться. При голодании зимогенная зона увеличена, после приема пищи наблюдается интенсивный выход секреторных гранул из клетки, и апикальная часть суживается. В центре части ацинусов наблюдаются мелкие уплощенные клетки с темными ядрами, прилегающие к апикальной поверхности панкреатоцитов. Эти клетки образуют стенки вставочных выводных протоков, частично погруженных в ацинус, и называются центроацинарными клетками (рис. 24.11, а, б). Система выводных протоков экзокринной части железы включает вставочные, межацинозные, внутридольковые, междольковые и общий выводной проток. Все протоки выстланы однослойным эпителием. Плоский эпителий вставочных отделов переходит в кубический (межацинозные и внутридольковые протоки), а затем в цилиндрический эпителий междольковых и общего выводного протока. Ультраструктура эпителиальных клеток протоков по мере увеличения их калибра усложняется: в цитоплазме нарастает количество органелл, на их апикальной поверхности появляются микроворсинки. Эпителий выводных протоков участ вует в выделении в их просвет бикарбоната, который ощелачивает содержимое панкреатического сока. По ходу эпителиальной выстилки протоков встречаются бокаловидные клетки и эндокриноциты (I-клетки). Последние вырабатывают холецистокинин/панкреозимин, который стимулирует продукцию пищеварительных ферментов поджелудочной железой, увеличивает секрецию жел- 24. Пищеварительная система 471 чи, стимулирует моторику желчного пузыря и кишечника. Начиная с внутридольковых протоков, появляется слизистая оболочка, состоящая из эпителия и собственной пластинки. Последняя представлена РВСТ с расположенными в ней сосудами, нервными волокнами и мелкими слизистыми железами в области общего выводного протока. В устье общего протока имеются циркулярные пучки гладкомышечных клеток, формирующие его сфинктер. Эндокринная часть Эндокринная часть железы представлена панкреатическими островками, или островками Лангерганса, рассеянными в паренхиме органа между ацинусами, больше в хвостовой части. Количество островков, их размеры и форма значительно варьируют. Общее число их у взрослого человека колеблется от 1 до 2 млн и более, средние размеры — 0,1—0,3 мм. Островки состоят из тяжей плотно прилежащих инсулоцитов (от лат. insula — островок), между которыми располагаются нервные волокна и множество кровеносных капилляров фенестрированного типа (см. рис. 24.11). Островки отделены от экзокринной части железы прослойками РВСТ. Инсулоциты (эндокриноциты) по сравнению с панкреатоци тами: 1) имеют меньшие размеры; 2) овальную или полигональную форму; 3) окрашиваются слабее и более равномерно стандартными гистологическими красителями; 4) содержат умеренно развитую гранулярную ЭПС, выраженный аппарат Гольджи; 5) содержат в цитоплазме секреторные гранулы различной величины, формы и плотности. Различают пять основных типов инсулоцитов: A, B, D, D1 и PP. B-клетки (базофильные) составляют 70—75 % общего числа инсулоцитов, занимают преимущественно центральное положение в островке. Округлые гранулы B-клеток имеют электронноплотную сердцевину, отделенную от мембраны широким свет- 472 Часть V. Частная гистология лым ободком. Секреторные гранулы содержат гликопротеиновый гормон инсулин в комплексе с цинком. Инсулин способствует усвоению глюкозы клетками различных тканей, способствуя ее транспорту через мембрану. В печени он стимулирует образование из глюкозы гликогена. Уровень глюкозы в крови снижается. При недостатке продукции инсулина содержание глюкозы в крови повышается, и создаются условия для развития сахарного диабета. A-клетки (ацидофильные) составляют 20—25 % всей популяции инсулоцитов, располагаются на периферии островков. Их гранулы окрашиваются кислыми красителями, содержат плотную сердцевину, окруженную узким светлым ободком. В гранулах A-клеток обнаружен полипептидный гормон глюкагон, являющийся антагонистом инсулина. Под его влиянием в тканях и органах (в первую очередь в печени) происходит распад гликогена до глюкозы. Глюкоза выходит в кровь, где уровень ее повышается. Таким образом, инсулин и глюкагон обеспечивают постоянство уровня сахара в крови и определяют содержание гликогена в тканях. D-клетки (дендритические) имеют треугольную или звездчатую форму, количество их — 5—10 %. Их крупные, умеренно плотные гранулы содержат белковый гормон соматостатин. Он угнетает секрецию A- и B-клеток островков и ациноцитов, снижает продукцию ряда гормонов желудочно-кишечного тракта (гастрина, секретина, энтероглюкагона и др.). Кроме того, он обладает митозингибирующим действием на различные клетки. D1-клетки встречаются в островках в небольшом количестве, содержат мелкие аргирофильные гранулы. Клетки продуцируют вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), который снижает артериальное давление, стимулирует выделение сока и гормонов поджелудочной железой. PP-клетки немногочисленны, составляют 2—5 %. Они имеют небольшие размеры, полигональную форму, чаще располагаются на периферии островков, могут встречаться и в экзокринной части железы. Их мелкие полиморфные гранулы содержат гомогенный матрикс различной плотности. Эти инсулоциты вырабатывают панкреатический полипептид, который стимулирует секрецию панкреатического и желудочного сока. 24. Пищеварительная система 473 Кроме экзокринных и эндокринных клеток в паренхиме поджелудочной железы встречаются промежуточные, или ациноинсулярные, клетки. Они содержат гранулы двух типов — крупные зимогенные и мелкие эндокринные. Эти клетки выделяют в кровь одновременно гормоны и ферменты. Предполагают, что выделяемые ими в кровь протеазы превращают неактивные формы гормонов в активные (в частности, проинсулин в инсулин). Печень Печень — самая крупная железа пищеварительного тракта. Это сложная трубчатая железа, которая в процессе эволюции претерпела значительные изменения и наряду с экзокринной функцией приобрела множество других, в связи с чем является жизненно важным органом, получившим название «биохимическая лаборатория организма». Функции печени: 1) участие во всех видах обмена веществ: белков, липидов, углеводов, пигментов, витаминов, микроэлементов; 2) желчеобразование. В печени метаболизируется железо и образуется желчь (до 1,0 л в сутки), включающая три основных элемента: желчные пигменты (билирубин, биливердин); желчные кислоты (синтезируются из холестерина в гепатоцитах, являются биологически активными веществами широкого спектра действия, влияют на все системы организма); холестерин. Кроме того, в состав желчи входят фосфолипиды, белки, минеральные вещества; 3) синтез компонентов плазмы крови: фибриногена, протромбина, альбуминов, некоторых глобулинов; 4) депонирование: углеводов в виде гранул гликогена в гепатоцитах; жирорастворимых витаминов (А, D, Е, К) в липоцитах; крови (до 20 % всей массы крови организма); 5) кроветворная функция (со 2-го по 8-й мес в утробной жизни); 474 Часть V. Частная гистология 6) барьерно-защитная функция: обезвреживание токсических и инактивация биологически активных веществ: гормонов, биогенных аминов, экзогенных ядов, лекарственных веществ, продуктов метаболизма и др.; защитная — обеспечивается специфическими и неспецифическими механизмами (НК-клетками, звездчатыми макрофагами, гранулоцитами, секреторными антителами и др.). Источники развития. Зачаток печени образуется в конце 3-й недели эмбриогенеза в виде выпячивания вентральной стенки туловищной кишки — печеночной бухты. Выпячивание разрастается, образуя эпителиальные тяжи в мезенхиме брыжейки. Затем тяжи подразделяются на краниальный и каудальный отделы. Из клеток краниального отдела образуются гепатоциты и холангиоциты (эпителий печеночных желчных протоков). Из каудального отдела образуется эпителий общего желчного протока и желчного пузыря. Строение. Печень — паренхиматозный оран дольчатого типа, покрыта соединительнотканной (глиссоновой) капсулой, содержащей много эластических волокон. Паренхима печени представлена эпителиальными клетками — гепатоцитами, формирующими печеночные дольки. Капсула и междольковая соединительная ткань (в норме слабо развита у человека) образуют строму органа. Внутри долек стромальные элементы представлены ретикулярными волокнами, расположенными в перисинусоидном пространстве. В соответствии с классическим представлением структурнофункциональной единицей печени является классическая печеночная долька. Она имеет форму шестигранной призмы размером 0,5—2 мм с плоским основанием и несколько выпуклой вершиной. Печеночных долек у человека насчитывается 0,5—1 млн. Печеночная долька состоит из анастомозирующих печеночных пластинок (пластинок гепатоцитов), радиально сходящихся к центру и расположенных между ними синусоидных капилляров (рис. 24.12, а). Границы дольки у человека четко не обозначены, определить их примерно можно по положению междольковых триад. В состав триад входят междольковая артерия мышечного типа, вена со слабым развитием мышечных элементов и желчный проток, выстланный однослойным кубическим эпителием (рис. 24.12, б). 24. Пищеварительная система а 475 8 10 7 9 11 6 12 4 1 б 3 3 2 1 5 11 13 9 2 6 6 Рис. 24.12. Печеночная долька: а — cхема строения [16]; б — междольковая триада [61]: 1 — междольковая артерия; 2 — междольковая вена; 3 — междольковый желчный проток; 4 — артериола; 5 — венула; 6 — синусоидный капилляр; 7 — желчный капилляр; 8 — центральная вена; 9 — гепатоциты; 10 — жиронакапливающая клетка (липоцит); 11 — эндотелиальные клетки; 12 — звездчатый макрофаг; 13 — соединительнотканные прослойки 476 Часть V. Частная гистология Особенности кровоснабжения печени. Исходя из классического представления о строении печеночных долек кровеносную систему печени условно можно разделить на три части: систему притока крови к долькам, систему циркуляции крови внутри их и систему оттока крови от долек. Кровоснабжение печени осуществляется из двух сосудистых систем: печеночной артерии и воротной вены. По печеночной артерии поступает 20—30 % крови, насыщенной кислородом. Воротная вена собирает кровь (70—80 %) от непарных органов брюшной полости (желудок, кишечник, селезенка, поджелудочная железа), богатую питательными и биологически активными веществами, токсическими продуктами, антителами. Оба сосуда проникают в ворота печени и делятся на долевые, сегментарные, субсегментарные, междольковые, вокругдольковые вены и артерии, составляя систему притока крови к долькам. Эти сосуды идут вместе с одноименными желчными протоками и формируют триады печени. Вокругдольковые артерии и вены опоясывают дольки на разных уровнях и формируют приносящие короткие артериолы и венулы. Последние проникают в дольку и, сливаясь, образуют внутридольковые синусоидные капилляры. Синусоидные капилляры представляют систему циркуляции крови в дольках. Они несут смешанную кровь. Капилляры анастомозируют между собой и, сходясь радиально к центру, впадают в центральные вены. Центральными венами начинается система оттока крови от долек. Центральные вены у основания дольки впадают в собирательные (поддольковые) вены, лежащие отдельно в междольковых перегородках. Собирательные вены сливаются и образуют печеночные вены, впадающие в нижнюю полую вену. Выносящие венозные сосуды, в отличие от приносящих, являются безмышечными. Однако в участках слияния эти вены имеют мышечные сфинктеры, регулирующие отток крови от органа. Классическая печеночная долька. Печеночные пластинки, или балки, представляют собой двойные ряды гепатоцитов, сходящиеся радиально к центру. Балки часто анастомозируют друг с другом, смыкаясь над или под синусоидными капиллярами. Между рядами гепатоцитов в пластинке располагаются желчные капилляры. Они не имеют собственной стенки. Их стенка образована мембранами контактирующих гепатоцитов, которые образу- 24. Пищеварительная система 477 ют инвагинации и микроворсинки (рис. 24.13). Вблизи желчных капилляров гепатоциты связаны друг с другом плотными соединениями и десмосомами. В норме желчь не должна поступать в кровоток, так как между желчью и кровью существует надежный барьер в виде гепатоцитов, связанных плотными контактами. При повреждении клеток и нарушении их контактов желчь попадает в кровеносное русло, и развивается заболевание под названием «желтуха». Желчные капилляры начинаются слепо в центре долек, а на периферии переходят в канальцы Геринга — короткие узкие трубочки, стенки которых состоят из плоских, а дистальнее — кубических эпителиоцитов. Канальцы Геринга открываются в холангиолы, выстланные однослойным кубическим эпителием. Снаружи долька ограничена терминальной пластинкой, представленной мелкими базофильными клетками, являющимися камбиальными элементами. Гепатоциты — основные клетки печеночной дольки, составляют более 80 % всех ее клеток. Они имеют полигональную форму, содержат 1—2 ядра. Более 70 % одноядерных клеток имеют полиплоидные ядра, что связано с их высокой функциональной 10 5 1 7 2 4 8 6 9 11 4 2 12 1 3 13 Рис. 24.13. Схема ультраструктурной организации клеток печени [68]: 1 — просвет синусоидного капилляра; 2 — эндотелиоцит; 3 — звездчатый макрофаг (клетка Купффера); 4 — перисинусоидное пространство; 5 — коллагеновые волокна; 6 — желчный капилляр; 7 — жиронакапливающая клетка (липоцит); 8 — плотный контакт между гепатоцитами; 9 — митохондрия; 10 — комплекс Гольджи; 11 — гранулярная ЭПС; 12 — агранулярная ЭПС; 13 — гранулы гликогена 478 Часть V. Частная гистология активностью. С возрастом доля полиплоидных клеток нарастает. Ядра клеток округлые, светлые, с преобладанием эухроматина. Цитоплазма клеток оксифильная, нередко содержит мелкую базофильную зернистость. В цитоплазме гепатоцитов выявляются хорошо развитые гранулярная ЭПС и комплекс Гольджи, обеспечивающие синтез белков плазмы крови. Обилие трубочек и цистерн гладкой ЭПС необходимы для синтеза гликогена и липидов, обезвреживания токсических продуктов (рис. 24.13). Цитоплазма гепатоцитов изобилует митохондриями (до 2 тыс. в клетке) для обеспечения энергетических потребностей. Многочисленные лизосомы и пероксисомы обеспечивают внутриклеточное пищеварение, участвуют в защитных реакциях. В их цитоплазме обнаруживаются также липидные капли, включения гликогена и пигментов. В гепатоцитах выделяют три поверхности, которые имеют разную структурно-функциональную специализацию. Поверхности гепатоцитов, участвующие в формировании стенок желчных капилляров, получили название билиарных. Через них выделяются компоненты желчи в желчный капилляр. Васкулярная поверхность гепатоцитов обращена в сторону гемокапилляров, снабжена многочисленными микроворсинками, что значительно увеличивает площадь обмена между гепатоцитами и кровью. Между васкулярной поверхностью гепатоцитов и стенкой синусоидных капил ляров имеется перисинусоидное пространство Диссе (рис. 24.13), в которое выступают микроворсинки гепатоцитов, отростки звездчатых макрофагов (клеток Купфера). Здесь располагаются жиронакапливающие клетки (липоциты), печеночные НК-клетки (Pitклетки, ямочные клетки). Внутридольковые синусоидные гемокапилляры выстланы эндотелиальными клетками. В их уплощенной цитоплазме имеются многочисленные мелкие поры (ситовидные участки). Крупные поры и щели определяются в области соединения эндотелиальных клеток друг с другом. Базальная мембрана большей частью отсутствует (рис. 24.13). Такие особенности стенки синусоидных капилляров позволяют свободно проникать через нее высокомолекулярным веществам. К стенке синусоидных капилляров с люминальной стороны прикрепляются звездчатые макрофаги (клетки Купфера), которые составляют 20—25 % клеток синусоидов. Образуются эти клетки 24. Пищеварительная система 479 из моноцитов крови. Их многочисленные отростки пересекают просвет капилляров и через отверстия в эндотелиоцитах проникают в пространство Диссе. Они способны к амебоидному движению и могут выходить в просвет капилляров. Клетки Купфера обладают высокой фагоцитарной активностью и хорошо развитым лизосомальным аппаратом. Они поглощают бактерии, вирусы, токсины, макромолекулярные комплексы, поврежденные эритроциты и утилизируют их. Звездчатые макрофаги выполняют также антигенпрезентирующую функцию. Известна их роль в стимуляции регенерации гепатоцитов. В перисинусоидном пространстве имеются также мелкие отростчатые клетки с темными овальными ядрами и липидными каплями в цитоплазме. Это липоциты, или клетки Ито (рис. 24.13), популяция которых составляет около 20—25 % всех клеток синусоидов. В норме эти клетки накапливают липиды и жирорастворимые витамины А, D, Е, К и синтезируют в небольшом количестве ретикулярные волокна. Полагают, что при патологических условиях они, подобно фибробластам, способны продуцировать коллаген в значительных количествах, что может привести к развитию фиброза и цирроза печени. В просвете капилляров, прикрепляясь к макрофагам и эндотелиоцитам с помощью псевдоподий, располагаются ямочные, или Pit-клетки. Реже их можно найти в перикапиллярном пространстве. Их популяция составляет около 5 % всех клеток синусоидов. Это клетки округлой формы с темным ядром. В их цитоплазме содержатся характерные гранулы с плотным центром, похожим на фруктовую косточку, в связи с чем они и получили свое название (от англ. pit — косточка). Pit-клетки являются печеночными НКклетками, их главная функция — обеспечение противоопухолевого иммунитета. Кроме того, ямочные клетки выделяют факторы роста, стимулирующие регенерацию гепатоцитов. Альтернативные представления о структурной организации печени. Существуют и другие представления о гистоархитектонике печени: портальная печеночная долька и печеночный ацинус. Портальная печеночная долька имеет треугольную форму и включает участки трех соседних классических долек, окружающих одну триаду. Ее можно получить, соединив центральные вены трех рядом расположенных классических долек. В этой дольке 480 Часть V. Частная гистология кровь течет от центра к периферии, от центрально расположенных междольковых артерий и вен к центральным венам, лежащим по углам. Выделенные таким образом зоны получают кровоснабжение от одной триады, что важно для понимания особенностей поражения различных участков дольки в условиях патологии. Отток желчи в пределах портальной дольки происходит от периферических участков в общий, расположенный в центре, желчный проток, что подчеркивает экзокринную функцию печени. Печеночный ацинус образуют сегменты двух смежных классических долек. На срезе имеет форму ромба, в острых углах которого лежат центральные вены, у тупых углов ромба расположены междольковые триады. Ток крови в ацинусе происходит от центра к периферии, а отток желчи — от периферии к центру. Центральную ось ацинуса занимают анастомозирующие вокругдольковые кровеносные сосуды. В ацинусе выделяют три зоны, различающиеся метаболической активностью гепатоцитов: а) центральную, оружающую вокругдольковые сосуды; б) промежуточную; в) периферическую, прилежащую к центральным венам. Выделение печеночного ацинуса является важным для понимания зональных особенностей гепатоцитов как в норме, так и при патологии печени. Регенерация. Регенерация печени осуществляется путем гипертрофии — увеличения размеров клеток, плоидности их ядер, а также за счет пролиферации гепатоцитов. Камбиальными свойствами обладают гепатоциты, расположенные в терминальных пластинках. Полагают, что камбиальные свойства характерны и для темных клеток холангиол. Желчный пузырь и желчевыводящие пути Желчь — секрет, выделяемый печенью в двенадцатиперстную кишку и принимающий участие в эмульгировании жиров, обеспечивая их всасывание в кишечнике, нейтрализации кислого содержимого, попадающего из желудка, стимуляции секреторной активности желудка и поджелудочной железы, а также моторики пищеварительного тракта, активации пролиферативных процессов энтероцитов и регуляции кровоснабжения слизистой. 24. Пищеварительная система 481 Желчевыводящие пути — система каналов, по которым желчь из печени попадает в двенадцатиперстную кишку. Она включает внутрипеченочные и внепеченочные пути. Желчь образуется в гепатоцитах в процессе превращений продуктов расщепления гемоглобина и выделяется в желчные капилляры. Из капилляров желчь попадает в короткие, расположенные на периферии дольки, канальцы Геринга, а затем — в холангиолы. Холангиолы — это тонкие трубочки, образованные кубическим эпителием, они связывают канальцы Геринга с междольковыми желчными протоками. Мелкие желчные протоки, собирающие желчь из холангиол, выстланы кубическим, более крупные — призматическим эпителием. Внутрипеченочные желчные протоки окружены РВСТ. Желчные внепеченочные пути включают: желчные долевые протоки; общий печеночный проток; пузырный проток; общий желчный проток. Все внепеченочные протоки имеют однотипное строение, их стенка состоит из трех нечетко разграниченных оболочек — слизистой, мышечной и адвентициальной. Слизистая оболочка представлена однослойным столбчатым эпителием, лежащим на собственной пластинке из РВСТ. В последней выявляются мелкие слизистые железы. Мышечная оболочка включает косо или циркулярно ориентированные гладкие миоциты, разделенные прослойками соединительной ткани. Адвентициальная оболочка образована РВСТ. Желчный пузырь представляет собой тонкостенный мешковидный орган объемом 40—70 мл, обеспечивающий накопление и концентрирование желчи. Его стенка образована тремя оболочками: слизистой, мышечной и адвентициальной. Со стороны брюшной полости желчный пузырь покрыт серозной оболочкой. Слизистая оболочка образует многочисленные складки. Она выстлана однослойным столбчатым эпителием. В составе эпителия различают эпителиоциты со щеточной каемкой, бокаловидные экзокриноциты, продуцирующие слизь, и базальные (камбиальные) клетки. Эпителий обладает способностью всасывать воду из желчи, концентрируя, таким образом, желчь. 482 Часть V. Частная гистология Под эпителием лежит собственная пластинка слизистой оболочки из РВСТ с многочисленными эластическими волокнами. В области шейки пузыря в ней находятся альвеолярно-трубчатые слизистые железы. Мышечная оболочка представлена пучками гладких миоцитов, имеющих в основном циркулярное направление. Гладкие миоциты расположены рыхло, между ними — значительные прослойки РВСТ. В области шейки желчного пузыря циркулярные пучки мышечных клеток вместе с мышечным слоем пузырного протока образуют сфинктер. Адвентициальная оболочка образована плотной волокнистой соединительной тканью. 25. ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Общая характеристика Газообмен — одна из самых важных составляющих жизнеобеспечения. Для газообмена необходимо внешнее и внутреннее дыхание. В процессе внешнего дыхания происходит перенос кислорода из внешней среды в кровь и выделение углекислого газа в обратном направлении. В процессе внутреннего или тканевого дыхания кислород участвует в окислительных процессах, происходящих в клетках, обеспечивая таким образом энергией все процессы жизнедеятельности. К структурам, обеспечивающим внешнее дыхание, относятся органы дыхательной системы, которые включают: 1) воздухопроводящие (воздухоносные) пути (носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и терминальные бронхиолы), обеспечивающие проведение воздуха и его кондиционирование; 2) респираторные отделы (дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы, альвеолярные мешочки и альвеолы), выполняющие функцию газообмена. Анатомически выделяют внелегочные воздухоносные пути (носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, главные бронхи) и легкие. Легкие состоят из воздухоносных путей (долевых, зональных, сегментарных, субсегментарных бронхов и конечных бронхиол) и респираторных отделов (респираторных бронхиол, альвеолярных ходов и альвеолярных мешочков). Поверхность легкого покрыта серозной оболочкой — висцеральной плеврой. Функции органов дыхания. Дыхательная система выполняет в организме респираторные и нереспираторные функции. Респираторные функции: 1) кондиционирование воздуха: согревание, увлажнение, очищение воздуха во время продвижения по верхним дыхательным путям; 2) проведение воздуха: воздухоносные пути обеспечивают свободное продвижение воздуха благодаря наличию в их стенках 484 Часть V. Частная гистология костного, хрящевого или эластического каркаса и регуляцию воздушного потока за счет мышечных элементов; 3) газообмен: респираторные отделы осуществляют перенос газов в кровь и обратно. Нереспираторные функции. Легкие представляют собой уникальный орган, выполняющий в организме чрезвычайно важные нереспираторные функции. Поскольку газообмен в легких должен быть непрерывным, то необходимо держать постоянно открытыми просветы бронхов, предотвращать спадение альвеол, обеспечивать оптимальную перфузию. Именно поэтому легкие имеют собственные метаболические системы, влияющие на тонус ГМК, текучесть крови, проницаемость сосудисто-тканевого барьера, сохранение генетического гомеостаза. 1. Часть нереспираторных функций выполняет эндотелий легочных сосудов. В частности, эндотелий обеспечивает регуляцию системного артериального давления и жидкого состояния крови за счет: захвата из крови и деградации серотонина, норадреналина, брадикинина, простагландинов Е и�� F�� (веществ, влияющих на артериальное давление и агрегацию тромбоцитов); синтеза простациклина (вазодилататор и�� ингибитор агрегации тромбоцитов), аденозина, активатора плазминогена (ингибиторы агрегации); ферментативного превращения ангиотензина �� I�� в�� ангиотензин II (мощный вазоконстриктор); разрушения физиологических эмболов. 2. Легкие участвуют в жировом обмене. Лимфа, содержащая продукты расщепления липидов, из ЖКТ, минуя печень, поступает в грудной проток, из него — в нижнюю полую вену, а потом — в легкие. Эндотелий легочных сосудов способен захватывать и расщеплять хиломикроны и липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), что существенно снижает риск развития атеросклероза, влияет на реологические свойства крови и состояние сосудистой стенки. Участие легких в жировом обмене обеспечивается также пневмоцитами 2-го типа, которые синтезируют липиды сурфактанта. 25. Дыхательная система 485 3. Легкие являются органом, через который в организм могут попадать патогенные микроорганизмы, агрессивные газы, что вызывает необходимость участия легких в защитных реакциях. Эта защита обеспечивается: бронхиальным секретом, муцины которого обеспечивают фиксацию частиц и�� микроорганизмов, а�� белки обладают антимикробными, антивирусными свойствами; системой иммунокомпетентных клеток: лимфоцитов, дендритных клеток (клеток Лангерганса), расположенных между эпителиоцитами верхних дыхательных путей; субэпителиальных скоплений лимфоидных, антигенпредставляющих и�� фагоцитирующих клеток в собственной пластинке слизистой оболочки верхних дыхательных путей, макрофагами в�� межальвеолярных перегородках и в просвете альвеол. 4. Легкие участвуют в депонировании крови. 5. Эпителий дыхательных путей осуществляет эндокринную функцию. 6. Верхние дыхательные пути участвуют в голосообразовании и обонянии. Кровоснабжение легкого. Сосудистая система легких включает малый круг кровообращения и разветвления бронхиальных артерий и вен, относящихся к большому кругу кровообращения. Сосуды малого круга кровообращения: легкие получают кровь из правого желудочка по легочным артериям, в капиллярной сети легких она обогащается кислородом и освобождается от избытка углекислого газа, а затем поступает в легочные вены, впадающие в левое предсердие. Сосуды большого круга кровообращения: бронхиальные артерии несут артериальную кровь для питания тканей бронхов, крупных сосудов и интерстиция. На уровне капилляров (и более крупных сосудов) сосуды малого и большого круга анастомозируют между собой. 486 Часть V. Частная гистология Развитие органов дыхания Источником развития органов дыхания являются прехордальная пластинка и мезенхима. Прехордальная пластинка — это источник формирования эпителия, а мезенхима образует соединительную, хрящевую и гладкую мышечную ткани стенок органов дыхательной системы, кровеносные сосуды. Нейроэктодерма участвует в образовании отдельных эндокринных клеток. Этапы пренатального развития: 1. Стадия закладки — образование дыхательной трубки (4-я неделя), которая представляет собой выпячивание вентральной стенки передней кишки в окружающую мезенхиму. 2. Псевдожелезистая стадия — формирование воздухопроводящего отдела (5—15-я неделя). Ветвление эпителиальной закладки происходит за счет индукционных влияний со стороны мезенхимы, давления внутрилегочной жидкости (секрета бронхиальных желез, амниотической жидкости, позже — сурфактанта). В этот период в стенках трахеи и крупных бронхах появляются хрящи, подслизистые железы, происходит дифференцировка эпителиальных клеток, развиваются бронхиальные артерии и гладкомышечные элементы в стенках бронхов и сосудов. 3. Каналикулярная стадия — образование бронхиол и примитивных ацинусов (16—25-я неделя). В этот период происходит интенсивное развитие сосудов, капилляров, формирование разных видов эпителиоцитов респираторного отдела. С 20-й недели появляются признаки дифференцировки пневмоцитов 2-го типа, начинается синтез биохимически незрелого сурфактанта. 4. Саккулярная стадия — формирование альвеолярных мешочков (26—40-я неделя): формируются альвеолярные ходы, новые мешочки. Эпителиальные клетки уплощаются, капилляры тесно примыкают к стенкам мешочков, что позволяет осуществлять газообмен в случае преждевременных родов, начиная с 27—28-й недели. Вместе с тем активная секреция компонентов сурфактанта отмечается после 35-й недели. До этого срока осмиофильные тельца локализуются главным образом внутриклеточно. Кроме того, и биохимически сурфактант начинает созревать лишь после 34— 35-й недели, полностью заканчивает свое созревание к 40-й неде- 25. Дыхательная система 487 ле. Мешочки не раскрываются до самого рождения, все дыхательные пути заполнены легочной жидкостью. Этапы постнатального развития: 1. От рождения до 2 лет происходит увеличение количества альвеол, формирование эластического каркаса и окончательная дифференцировка системы сурфактанта. 2. От 2 до 4 лет — интенсивное формирование мышечных пластинок средних и мелких бронхов. 3. От 5 до 8 лет — дифференцировка скелетных элементов бронхиального дерева, дальнейшее развитие альвеолярных отделов. 4. От 8 до 12 лет — дальнейший рост легких. Воздухопроводящие пути К воздухопроводящим путям относятся носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и терминальные бронхиолы. Воздухопроводящие пути обеспечивают кондиционирование и проведение потока воздуха. Носовая полость Выделяют преддверие и собственно носовую полость, в которой находятся дыхательная (средний и нижний носовые ходы) и обонятельная (верхний носовой ход) области. Эпителий преддверия имеет эктодермальное происхождение, является многослойным плоским ороговевающим. В подлежащей собственной пластинке располагаются немногочисленные сальные железы, корни волос. Собственная пластинка срастается с надхрящницей. Собственно носовая полость выстлана однослойным многорядным мерцательным эпителием. В собственной пластинке располагаются серозные и слизисто-серозные железы, большое количество анастомозирующих кровеносных сосудов, образующих сплетения. В соединительной ткани много тучных клеток, эозинофилов, лимфоцитов, макрофагов. Собственная пластинка срастается с надкостницей. 488 Часть V. Частная гистология Полость носа обеспечивает проведение воздуха, его очищение, согревание и увлажнение, защиту от патогенных микроорганизмов, аллергенов. Гортань Гортань представляет собой трубчатый орган, стенка которого состоит из слизистой, фиброзно-хрящевой и адвентициальной оболочек. Слизистая оболочка выстлана многорядным мерцательным эпителием. Собственная пластинка хорошо развита. Ее соединительная ткань богата белково-слизистыми железами и кровеносными сосудами, аморфный компонент гидрофилен, особенно в детском возрасте, что приводит к быстрому развитию отеков. Собственная пластинка образует истинные и ложные голосовые связки. Ложные голосовые связки — это складки собственной пластинки слизистой оболочки. В толще истинных голосовых связок располагаются поперечнополосатые мышцы, там отсутствуют железы. Поверхность истинных голосовых связок покрыта многослойным плоским эпителием, который богато иннервирован чувствительными нервными окончаниями. Фиброзно-хрящевая оболочка представлена гиалиновыми и эластическими хрящами, окруженными плотной волокнистой соединительной тканью. Адвентициальная оболочка хорошо развита, состоит из РВСТ с обилием кровеносных сосудов. Трахея Трахея — полый трубчатый орган, стенка которого состоит из слизистой, подслизистой, волокнисто-хрящевой и адвентициальной оболочек (рис. 25.1). Слизистая оболочка состоит из эпителия и собственной пластинки, складок не образует, так как связана с фиброзно-хрящевой оболочкой при помощи тонкой подслизистой основы. Эпителий. Слизистая оболочка выстлана однослойным многорядным реснитчатым эпителием. 25. Дыхательная система 489 1 2 3 4 5 6 7 10 8 9 Рис. 25.1. Схема строения воздухоносных путей и респираторного отдела [13]: 1 — трахея; 2 — главный бронх; 3 — крупный бронх; 4 — средний бронх; 5 — мелкий бронх; 6 — конечная бронхиола; 7 — дыхательная бронхиола; 8 — альвеолярные мешочки; 9 — ацинус; 10 — альвеолы В состав эпителия входят следующие группы клеток (рис. 25.2). I. Специализированные клетки: 1) реснитчатые клетки локализуются от носовой полости до терминальных бронхиол (единичные реснитчатые клетки могут располагаться и�� в�� респираторных бронхиолах). Имеют цилиндрическую форму, ядро располагается ближе к�� основанию. На апикальной поверхности располагаются 150—200 ресничек, микроворсинки. Клеточная поверхность содержит огромное количество рецепторов (к цитокинам, глюкокортикоидам, гистамину, адреналину, ацетилхолину и пр.). Функции реснитчатых клеток: перемещение бронхиального секрета в проксимальном направлении за счет биения ресничек; 490 Часть V. Частная гистология 11 12 2 11 1 1 12 1 I 4 4 II 7 3 3 III 12 IV 13 14 V 10 10 8 5 9 12 6 11 8 9 14 Рис. 25.2. Клеточный состав эпителиальной выстилки слизистой оболочки трахеи и бронха [21]: I — надклеточное жидкое покрытие; II — многорядный мерцательный эпителий; III — базальная мембрана; V — собственная пластинка слизистой оболочки; V — мышечная пластинка слизистой оболочки; 1 — реснитчатая клетка; 2 — бокаловидная клетка; 3 — базальная клетка; 4 — микроворсинчатая клетка; 5 — нейроэндокринная клетка; 6 — дендритная клетка; 7 — нервное окончание; 8 — кровеносный капилляр; 9 — тучная клетка; 10 — гладкомышечные клетки; 11 — макрофаг; 12 — лимфоцит; 13 — перицит; 14 — фибробласт регуляция вязкости бронхиального секрета посредством транспорта через клетку и микроапокриновой секреции водорастворимых компонентов бронхиального секрета; синтез и секреция цитокинов, факторов роста, бронхои вазо- констрикторов и дилататоров (например, NO); экспрессия на поверхности клеток различных молекул клеточной адгезии, которые регулируют подвижность и перемещение клеток, участвующих в воспалительных реакциях; 2) бокаловидные клетки локализуются от носовой полости до мелких бронхов, единичные обнаруживаются в терминальных 25. Дыхательная система 491 бронхиолах. Они имеют удлиненную форму, по мере накопления секрета принимают вид бокала. Обеспечивают секрецию слизистого компонента бронхиального секрета для осаждения на ней инородных частиц; 3) нейроэндокринные клетки (НЭК, эндокринные клетки, часть из них�� — клетки APUD�� -системы) отличаются от других клеток более крупными размерами, светлой цитоплазмой, наличием гранул в базальной части. Некоторые НЭК имеют отросток на базальной поверхности, посредством которого обеспечивают передачу гормонального продукта всем типам эпителиоцитов и�� клеток соединительной ткани на значительном расстоянии. Располагаются поодиночке, чаще в местах ветвления воздухоносных путей, или группами, как правило, на уровне субсегментарных бронхов, образуя нейроэндокринные тельца (НЭТ). НЭТ в�� отличие от НЭК иннервированы. Максимальное их количество обнаруживается в�� пренатальном периоде, в�� легких взрослого НЭК значительно меньше. Функции нейроэндокринных клеток: рецепция газового состава воздуха; синтез и секреция биологически активных веществ (серотонин и другие биогенные амины, пептидные гормоны), которые непосредственно или посредством нервной системы влияют на секрецию желез, тонус ГМК, таким образом обеспечивая вазои бронхоконстрикцию или дилятацию, приводя кровоток в соответствие с вентиляцией; принимают активное участие в процессах пре- и постнатального развития легкого, влияя на пролиферацию, рост и дифференцировку клеток и легочных структур в целом; 4) микроворсинчатые (промежуточные, переходные, щеточные)�� — это реснитчатые клетки на этапе внутриклеточного скрытого цилиогенеза или бокаловидные клетки после завершения секреции, на этапе репарации или в начале синтеза. II. Камбиальные клетки: базальные длинные и короткие. Эти клетки имеют полигональную или призматическую форму, их апикальный полюс не достигает просвета бронхов. Благодаря своей способности к пролиферации служат резервом для пополнения других клеточных популяций эпителиальной выстилки, за исключением, возможно, НЭК. 492 Часть V. Частная гистология III. Мигрирующие клетки: Т-лимфоциты, макрофаги (в том числе дендритные клетки Лангерганса) обеспечивают иммунный надзор. Собственная пластинка слизистой оболочки состоит из РВСТ, содержит много циркулярно лежащих пучков ГМК, эластических волокон. Подслизистая основа образована РВСТ, в составе которой обнаруживаются сложные разветвленные альвеолярно-трубчатые белково-слизистые железы. Волокнисто-хрящевая оболочка трахеи состоит из 16—20 гиалиновых хрящевых колец, незамкнутых на задней стенке трахеи. Концы этих колец соединены пучками гладких мышечных клеток, поэтому задняя поверхность трахеи мягкая, что имеет значение при глотании. Пищевые комки легко проходят по пищеводу, расположенному позади трахеи. Адвентициальная оболочка трахеи состоит из РВСТ, содержит сосуды и нервы. Бронхи, конечные бронхиолы Бронхи — полые трубчатые органы, стенка которых состоит из слизистой, подслизистой, волокнисто-хрящевой и адвентициальной оболочек, которые претерпевают существенные изменения по мере ветвления (см. рис. 25.1). На гистологических препаратах трудно определить уровень деления внутрилегочного бронха, поэтому их различают по калибру: 1) бронхи крупного калибра (долевые, зональные, сегментарные); 2) бронхи среднего калибра (субсегментарные); 3) бронхи мелкого калибра (внутридольковые). Бронхи крупного калибра (диаметр от 15 до 5 мм) имеют складчатую слизистую оболочку, выстланную однослойным многорядным реснитчатым эпителием, клеточный состав которого подобен эпителию трахеи. Собственная пластинка слизистой оболочки представлена РВСТ с эластическими волокнами, лимфоидными узелками. Мышечная пластинка тонкая, но за счет нее формируются складки слизистой. В подслизистой 25. Дыхательная система 493 основе расположены концевые отделы слизисто-белковых желез. В фиброзно-хрящевой оболочке имеются крупные хрящевые пластины. Бронхи среднего калибра (диаметр от 5 до 2 мм) имеют складчатую слизистую оболочку, выстланную однослойным многорядным реснитчатым эпителием, высота которого ниже, так же как и толщина собственной пластинки. Мышечная пластинка занимает 1/4—1/6 толщины слизистой оболочки. Железы в подслизистой основе встречаются реже. Фиброзно-хрящевая оболочка представлена островками гиалинового хряща, который местами замещается эластическим. Бронхи мелкого калибра (диаметр 2—1 мм) имеют складчатую слизистую оболочку, эпителий вначале двухрядный, затем однорядный цилиндрический реснитчатый. В собственной пластинке содержатся эластические волокна. Мышечная пластинка составляет около половины толщины слизистой оболочки. Исчезают подслизистая основа и фиброзно-хрящевая оболочка. Отсутствие хрящей, препятствующих изменению диаметра просвета, и сильное развитие мышечной пластинки в мелких бронхах создают возможность регуляции объема поступающего воздуха, а также опасность чрезмерного сужения их просвета при заболеваниях (например, при бронхиальной астме). Кроме того, на функцию мелких бронхов в определенных условиях влияют тучные клетки. Они располагаются в собственной пластинке слизистой оболочки и способны дегранулировать при повторном контакте с определенным антигеном. Гистамин, содержащийся в гранулах, влияет на ГМК и секреторные клетки, что вызывает бронхоспазм, вазодилатацию, гиперсекрецию слизи, отек слизистой оболочки. Конечные бронхиолы. В конечных (терминальных) бронхиолах (диаметр около 0,5 мм) слизистая оболочка выстлана однослойным цилиндрическим или кубическим реснитчатым эпителием. Собственная пластинка образована эластическими волокнами и отдельными пучками ГМК. Просвет ровный, слизистая не образует складок. Общие закономерности изменений в строении стенок воздухопроводящих путей (от трахеи до конечных бронхиол) по мере их ветвления: 494 Часть V. Частная гистология 1. Изменение строения слизистой оболочки: а) постепенная замена многорядного реснитчатого эпителия на однорядный цилиндрический или кубический. Изменяется и качественный состав эпителия: становится меньше бокаловидных клеток; б) истончение собственной пластинки; в) относительное увеличение толщины мышечной пластинки до уровня мелких бронхов; в дальнейшем постепенное исчезновение ГМК. 2. Постепенное истончение и исчезновение подслизистой (с же лезами) и волокнисто-хрящевой оболочек (в мелких бронхах уже отсутствуют). 3. Истончение наружной оболочки. Бронхиальный секрет и мукоцилиарный транспорт Мукоцилиарный транспорт (МЦТ), или слизисто-ресничный транспорт, лежит в основе механической, химической и противоинфекционной защиты органов дыхания. Его эффективная работа возможна при слаженном функционировании двух компонентов: реснитчатого аппарата и секреторной системы (бокаловидных клеток и белково-слизистых желез). Бронхиальный секрет состоит из двух фаз (см. рис. 25.2): 1) внутренней растворимой, которая является продуктом транссудации плазменных компонентов (воды, солей, белков, ферментов) из крови или высвобождения медиаторов из нейтрофилов, тучных клеток, лимфоцитов, макрофагов. В�� этой фазе свободно мерцают реснички. Белки�� — лизоцим, лактоферрин, трансферрин, �� sIgA �� — осуществляют антимикробную и�� антивирусную защиту, ингибиторы протеиназ подавляют активность постоянно высвобождаемых фагоцитирующими клетками и�� микрофлорой протеолитических ферментов; 2) поверхностной нерастворимой (слизь). Эта фаза является продуктом секреции бокаловидных клеток и белково-слизистых желез подслизистой оболочки. Обладает антибактериальными и антивирусными свойствами, так как также содержит факторы неспецифической и�� специфической противоинфекционной защи- 25. Дыхательная система 495 ты, ингибиторы протеиназ. Эта фаза предохраняет эпителий от высыхания, является естественным фильтром, на котором задерживаются инородные частицы, патогенные микроорганизмы, обезвреживаются агрессивные соединения. Для нормального функционирования МЦТ необходимы правильно сформированные реснички и оптимальный состав бронхиального секрета. Реснички свободно мерцают в жидкой фазе, а их вершины упираются в плотную слизистую фазу и при колебании перемещают ее в проксимальном направлении. При избыточно вязком секрете, как и при чрезмерно жидком, нарушается его эвакуация и происходит закупорка дистальных отделов воздухоносных путей. Посредством нейрогуморального контроля осуществляется регуляция: активности реснитчатого аппарата; выработки поверхностной слизистой фазы бронхиального секрета; транспорта жидкости через эпителиальный пласт (ионные и хлорные каналы). К нарушению МЦТ приводят воздействие табачного дыма, токсических веществ (аммиак, формальдегид, высокие концентрации кислорода и пр.), воспалительные процессы. Респираторный отдел Ацинус — структурно-функциональная единица респираторного отдела легкого, которая включает респираторные бронхиолы I, II, III порядков, альвеолярные ходы и мешочки (см. рис. 25.1). Ацинусы отделены друг от друга тонкими соединительнотканными прослойками; 12—18 ацинусов образуют легочную дольку. Респираторные бронхиолы Респираторная бронхиола отличается от терминальной тем, что в ее стенку открываются альвеолы. Стенка бронхиолы состоит из слизистой оболочки, образованной однослойным кубическим эпителием, собственной пластинки слизистой оболочки с хорошо выраженными эластическими волокнами и единичными ГМК. Наружная оболочка выражена слабо. 496 Часть V. Частная гистология Среди эпителиоцитов выявляются немногочисленные реснитчатые клетки, НЭК, секреторные клетки Клара и единичные лимфоциты, дендритные клетки. Клетки Клара у человека присутствуют только в респираторных бронхиолах. Это кубические клетки с куполообразной верхушкой. Их функции полностью не выяснены, но они: 1) секретируют множество низкомолекулярных белков, которые: участвуют в формировании бронхиолярного секрета; участвуют в�� синтезе и�� разрушении компонентов альвеолярной выстилки (сурфактанта); являются модуляторами воспалительных реакций; 2) обеспечивают детоксикационные процессы в респираторном отделе (например, метаболизируют канцерогенные вещества). Альвеолы Альвеолы имеют вид открытых пузырьков, сообщающихся друг с другом при помощи альвеолярных пор Кона, необходимых для коллатерального дыхания и обмена компонентами сурфактанта. Стенка альвеолы выстлана однослойным плоским эпителием, лежащим на базальной мембране и тонкой прослойке соединительной ткани — межальвеолярной перегородке (МАП). В ней располагаются капилляры соматического типа. Базальная мембрана капилляра близко прилежит или сливается с базальной мембраной эпителиоцитов, образуя аэрогематический барьер (АГБ). Посредством АГБ обеспечивается газообмен между альвеолярным воздухом и кровью. В состав эпителия альвеолы входят два основных типа эпителиальных клеток: пневмоциты 1-го и 2-го типа (респираторные и секреторные). Пневмоциты 1-го типа — плоские эпителиоциты, выстилают 95 % поверхности альвеол, содержат мало органелл, но в цитоплазме обнаруживается много везикул и микропиноцитозных пузырьков. Соединены плотными контактами для предотвращения пассивного перемещения растворимых соединений из интерстиция в воздушное пространство альвеол. 25. Дыхательная система 497 Их функции: обеспечение газообмена, участие в формировании аэрогематического барьера; участие в транспорте жидких и газообразных веществ из гемокаппиляра в альвеолу (иммуноглобулинов, альбуминов) и обратно; выполнение защитно-барьерной функции. Вдыхаемый кислород, прежде чем попасть в кровь, проходит все структуры аэрогематического барьера. Аэрогематический барьер (АГБ) — совокупность тканевых элементов, разделяющих кровь в альвеолярном гемокапилляре и воздух в альвеоле. Его толщина 0,5 мкм. Он включает (рис. 25.3): слой сурфактанта на внутренней поверхности альвеол; цитоплазматический отросток альвеолоцита 1-го типа; общую базальную мембрану для альвеолярного эпителия и эндотелия гемокапилляра; эндотелиоцит. 9 10 4 7 7 2 2 5 1 3 8 6 41 5 Рис. 25.3. Схема строения аэрогематического барьера [7]: 1 — альвеолоцит 1-го типа; 2 — аэрогематический барьер; 3 — альвеолоцит 2-го типа; 4 — сурфактант; 5 — просвет капилляра; 6 — базальная мембрана; 7 — просвет альвеолы; 8 — эластические волокна; 9 — фибробласт; 10 — макрофаг 498 Часть V. Частная гистология Газообмен идет путем простой диффузии газов соответственно их концентрации в капиллярах и альвеолах. Пневмоциты 2-го типа имеют кубическую форму, содержат органеллы синтеза, мультивезикулярные тельца (МВТ), комбинированные и пластинчатые тельца (цитофосфолипосомы, осмиофильные пластинчатые тельца, ПТ или ОПТ). Локализуются обычно в области пор Кона, между пневмоцитами 1-го типа. Их функции: секреция компонентов сурфактанта: белков, фосфолипидов (главный из которых — дипальмитоилфосфотидилхолин), углеводов; реутилизация молекул деградированного сурфактанта; транспорт жидкости из альвеол; способность к пролиферации и обеспечение регенерации альвеолярной выстилки. Между базальными мембранами пневмоцитов лежит МАП. МАП содержит большое количество эластических волокон, которые обеспечивают уменьшение объема альвеолы при выдохе. В соединительной ткани МАП присутствуют также фибробласты, липофибробласты, лимфоциты, макрофаги. В целом все макрофаги легкого (альвеолярные, бронхиальные, плевральные, интерстициальные) образуют взаимосвязанную кооперацию. Для них характерны следующие функции: фагоцитоз органических соединений, пыли, микроорганизмов, апоптозных клеток, иммунных комплексов для альвеолярных макрофагов — продуктов деградации сурфактанта; секреция веществ, контролирующих и�� регулирующих обновление и�� дифференцировку клеточных элементов паренхимы и стромы, клеточные взаимодействия в условиях регенерации и воспалительной реакции, влияющих на функции других органов (нейроэндокринной системы, лимфо- и гемопоэза); презентация антигенов Т-лимфоцитам. 25. Дыхательная система 499 Сурфактантная система легких Сурфактант — это комплекс поверхностно-активных веществ, снижающих поверхностное натяжение альвеол и обеспечивающих их стабильность. Синтез компонентов сурфактанта — фосфолипидов и апопротеидов — происходит в пневмоцитах 2-го типа на гранулярной ЭПС и в комплексе Гольджи (рис. 25.4). Там формируются мультивезикулярные тельца (МВТ) — мембранные органеллы, содержащие мелкие мембранные везикулы. Постепенно МВТ «созревают» — везикулы сливаются друг с другом, при этом формируется непрерывная скрученная мембрана. Такие структуры называются комбинированными МВТ (наряду с везикулами обнаруживаются мембранные пластинки). Из них образуются зрелые осмиофильные пластинчатые тельца (ОПТ), целиком состоящие из скрученных мембран-пластинок. ОПТ секретируются на поверхность альвеолы. 9 Выдох Просвет 8а 8б альвеолы 10 III Вдох 7 11 5 2 1 Iб 6 II Ядро 4 3 1 Iа Рис. 25.4. Метаболизм сурфактанта [21]: Iа — синтез фосфолипидов; Iб — синтез апопротеинов; II — секреция сурфактанта; III — утилизация сурфактанта; 1 — синтез продуктов в ЭПС; 2 — сборка в комплексе Гольджи; 3 — формирование простого МВТ; 4 — комбинированное МВТ; 5 — ОПТ; 6 — секреция ОПТ; 7 — тубулярный миелин; 8 — поверхностный сурфактант: 8а — во время вдоха; 8б — во время выдоха; 9 — избыток сурфактанта; 10 — избыточные и деградированные фосфолипиды в гипофазе; 11 — реутилизация сурфактанта 500 Часть V. Частная гистология Материал ОПТ — двухслойные мембраны — трансформирует� ся с помощью гликопротеидных комплексов в жидкокристалличе� ские решетки — «тубулярный миелин». Эта структура является резервным сурфактантом. По мере необходимости резервный сур� фактант переходит на границу с воздухом и преобразуется («рас� кручивается» из тубулы) в мономолекулярный слой фосфолипи� дов толщиной 8—10 нм (рис. 25.4). Сурфактантный комплекс включает: гипофазу, которая является жидкой средой, располагается непосредственно на поверхности альвеолоцитов, заполняя неров� ности эпителиальной выстилки и�� выравнивая поверхность альве� олы. Гипофаза состоит из воды, липидов, белков, углеводов, ионов (жидкое содержимое МВТ, ОПТ и продукт транссудации плазмы). Содержит резервный сурфактант�� — тубулярный миелин. В�� гипо� фазе мигрируют макрофаги и лимфоциты; поверхностный сурфактант�� — межфазный (на границе воз� дух — жидкость) мономолекулярный слой фосфолипидов с�� ориен� тировкой гидрофобных частей молекул в�� полость альвеолы. Моле� кулы фосфолипидов скользят и�� смещаются по поверхности гипо� фазы во время вдоха и выдоха. Функции сурфактанта: 1) снижает поверхностное натяжение на границе вода—воздух, что увеличивает податливость легких при вдохе, уменьшает рабо� ту, совершаемую во время вдоха, и обеспечивает стабильность аль� веол; 2) облегчает воздухонаполнение во время первых дыхатель� ных циклов у новорожденного и ускоряет удаление из дыхатель� ных путей фетальной жидкости; 3) способствует поддержанию относительно одинаковых раз� меров альвеол во время дыхания; 4) препятствует фильтрации жидкости из кровеносных капил� ляров во время вдоха (противоотечный эффект сурфактанта); 5) обеспечивает накопление кислорода непосредственно у плазматической мембраны альвеолоцитов; 6) участвует в работе защитной системы; а) обволакивает пылевые частицы, после чего они транспорти� руются из альвеол в бронхиальную систему, из которой удаляют� ся со слизью; 25. Дыхательная система 501 б) регулирует количество макрофагов, мигрирующих в альвеолы из МАП, стимулирует их активность. Бактерии, проникающие в альвеолы с воздухом, опсонизируются сурфактантом, что облегчает их фагоцитоз альвеолярными макрофагами. Утилизация сурфактанта. В процессе вентиляции постоянно происходит деградация сурфактанта. Элиминация деградированных компонентов осуществляется несколькими путями: альвеолярными макрофагами; пневмоцитами 1-го типа; пневмоцитами 2-го типа, которые не только поглощают деградированные фосфолипиды сурфактанта, но и реутилизируют их, повторно используя при синтезе; через воздухоносные пути. 26. ОБЩИЙ ПОКРОВ Общая характеристика Кожа — внешний (общий) покров организма. Площадь ее поверхности у взрослого человека составляет 1,5–2 м2. Кожа располагается на границе внешней и внутренней среды, поэтому выполняет множество функций. Функции кожи: 1) барьерно-защитная: защита организма от повреждений, проникновения бактерий, вирусов за счет синтеза лизоцима, образования Н2О2, формирования кислотной оболочки кожи с pH в роговом слое от 3,0 до 5,9, а также гидрофобных свойств рогового слоя; 2) иммунологическая: синтез тимических гормонов после инволюции тимуса, регуляция иммунных реакций на антигены, проникающие через кожу; 3) терморегуляторная. Кожа отдает в сутки около 2000 калорий, что составляет до 80 % теплопотерь, в основном путем испарения воды и излучения; 4) участие в водно-солевом обмене и газообмене: выделение воды, ионов K, Na, поглощение О2 — до 7 % уровня общего газообмена; 5) синтез витамина D3 под воздействием ультрафиолетовых лучей. Этот витамин является основным регулятором обмена фосфора и кальция; 6) рецепторная: восприятие прикосновений, холода, тепла, боли; 7) депонирующая: в сосудистых сплетениях кожи депонируется кровь; 8) кроветворная в периоде эмбрионального развития; 9) сигнальная: железы кожи млекопитающих выделяют пахучие вещества — феромоны; этот процесс зависит от уровня половых гормонов в крови и обусловлен сезонностью размножения. Наличие этой функции предполагается и у человека; В состав кожи входят (рис. 26.1): эпидермис (эпителиальная ткань); дерма или собственно кожа (соединительная ткань); гиподерма (жировая ткань). 26. Общий покров 503 9 а 1 2 3 4 5 6 7 12 I 13 14 8 II 9 10 11 б 9 III 10а 10 10б 13 Рис. 26.1. Схема строения кожи [14]: а — общая схема; б — схема потовых желез; I — эпидермис; II — собственно кожа (дерма); III — подкожная жировая клетчатка; 1 — роговой слой; 2 — блестящий слой; 3 — зернистый слой; 4 — шиповатый слой; 5 — базальный слой; 6 — базальная мембрана; 7 — сосочковый слой; 8 — сетчатый слой; 9 — выводной проток потовой железы; 10 — концевой отдел мерокриновой потовой железы: 10а — железистые клетки; 10б — миоэпителий; 11 — пластинчатое тельце; 12 — осязательное тельце; 13 — кровеносные капилляры; 14 — артериола Источники развития кожи: кожная эктодерма образует эпидермис, железы кожи, волосы, ногти; из дерматома сомитов мезодермы выселяется мезенхима, которая формирует сосочковый и сетчатый слои дермы; гемопоэтическая стволовая клетка образует дендритные клетки Лангерганса, Т-лимфоциты; нейроэктодерма является источником формирования меланоцитов, клеток Меркеля, рецепторного аппарата, нервов. 504 Часть V. Частная гистология Эпидермис Эпидермис представлен многослойным плоским ороговевающим эпителием. В его состав входят три типа клеток: 1) кератиноциты; 2) меланоциты; 3) дендритные клетки Лангерганса. Главным является дифферон кератиноцитов, формирующий специфический тип эпителия за счет синтеза различных белков: кератинов, филагрина, кератолинина, которые обеспечивают ороговение эпидермиса. Кератиноциты образуют базальный, шиповатый, зернистый, блестящий, роговой слои, отражающие последовательность их дифференцировки (процесс ороговения) Кератиноциты базального слоя призматической формы, с округлым ядром, лежат в один ряд на базальной мембране. Они связаны между собой десмосомами, а с базальной мембраной — полудесмосомами. При формировании десмосом принимают участие органеллы специального назначения — тонофиламенты (см. Опорно-двигательная система в гл. 5). Кератиноциты — это камбиальные клетки, ответственные за регенерацию эпидермиса. Полное обновление эпидермиса протекает в среднем за 30 сут. В базальном слое эпидермиса кроме кератиноцитов расположены также меланоциты, дендритные клетки Лангерганса, Т-лимфоциты и клетки Меркеля (осязательная функция). Шиповатые кератиноциты располагаются над базальным слоем в 5–10 рядов. Они имеют многоугольную форму, округлые ядра, многочисленные короткие отростки («шипы»). В области отростков клетки связаны друг с другом посредством десмосом. Между отростками образуются щели, заполненные жидкостью, необходимой для трофики верхних слоев эпителия. Базальный слой вместе с нижней третью шиповатого слоя, где наблюдаются митозы, называют ростковым. В верхней части шиповатого слоя в кератиноцитах формируются кератиносомы (гранулы Одланда) с гидролитическими ферментами, фосфолипидами, керамидами. В шиповатом слое встречаются дендритные клетки Лангерганса и Т-лимфоциты. 26. Общий покров 505 Зернистый слой состоит из 2–3 рядов уплощенных кератиноцитов ромбической формы, имеющих в цитоплазме два вида гранул — кератиносомы и кератогиалиновые гранулы, лишенные мембраны, содержащие белки филагрин и кератолинин (инволюкрин). Блестящий слой лежит выше зернистого, и при рутинных методах световой микроскопии клетки в нем не обнаруживаются. Неразличимость клеток при световой микроскопии объясняется равенством коэффициентов преломления внутри- и межклеточного содержимого. Электронный микроскоп выявляет в этой зоне 3–4 слоя плоских клеток с пикнотическими ядрами. Гранулы в клетках отсутствуют. Межклеточные контакты не определяются. Роговой слой — поверхностный; состоит из многих слоев корнеоцитов (роговых чешуек). Корнеоциты имеют вид светлых плоских ячеек, содержат кератиновые тонофиламенты, свободные аминокислоты, воду, пузырьки воздуха. К плазмолемме прилежит плотный слой белка кератолинина, образующий кератолининовую оболочку. Корнеоциты (окончательная форма дифференцировки кератиноцитов) являются постклеточными образованиями. Поскольку десмосомы отстутствуют, они «склеиваются» между собой липидосодержащим цементирующим веществом. Разрушение цементирующего вещества со временем приводит к отслоению поверхностных корнеоцитов. Роговой слой обладает упругостью, водонепроницаемостью, низкой теплопроводностью. Процесс кератинизации (ороговения) начинается с синтеза белков — кератинов в клетках базального слоя. В кератиноцитах верхней части шиповатого слоя накапливаются кератогиалиновые гранулы с белком филагрином, а в зернистом и блестящем слоях появляется кератолинин. В блестящем слое происходит выделение содержимого кератогиалиновых гранул в цитоплазму клетки, при этом филагрин агрегирует пучки кератиновых тонофиламентов в фибриллы, а затем распадается до свободных аминокислот, которые удерживают воду внутри корнеоцита. Кератолинин формирует прочную оболочку под плазмалеммой. Одновременно кератиносомы клеток блестящего слоя выделяют в щели между клетками протеолитические ферменты, фософолипиды, керамиды. Ферменты разрушают десмосомы, а прочие 506 Часть V. Частная гистология компоненты кератиносом формируют цементирующее вещество. Оно склеивает корнеоциты между собой и обеспечивает гидрофобные свойства кожи. Процесс ороговения усиливается при сильных и длительных механических воздействиях (образование мозолей), при дефиците витамина A, а также под влиянием гормона коры надпочечников — гидрокортизона. Эпидермальные пролиферативные единицы (ЭПЕ). Эпидермис построен из структурно-функциональных единиц — ЭПЕ. ЭПЕ представляет собой вертикальную колонку, проходящую через все слои эпидермиса. В составе ЭПЕ насчитывают (сверху вниз): 5–7 корнеоцитов, 3–4 зернистых кератиноцита, 2–3 шиповатых кератиноцита, 8–10 базальных кератиноцитов, происходящих из одной стволовой клетки, и 1 клетка Лангерганса. Каждая ЭПЕ представляет собой дифферон, т.е. потомство одной стволовой клетки эпидермиса, располагающейся в базальном слое. Меланоциты — отростчатые пигментные клетки, содержащие меланин, расположены среди клеток базального слоя. Их предшественники — меланобласты — в эмбриогенезе мигрируют из нервного гребня в развивающийся эпидермис. Меланоциты синтезируют тирозиназу и ДОФА-оксидазу, с помощью которых идет синтез белковой основы гранул меланина. Различают два типа меланина: феомеланин и эумеланин. Первый имеет цвет от желтого до красного, образуется только в волосяных луковицах, растворим в щелочах. Второй присутствует в дерме, устойчив к химической обработке. Меланин содержится в пигментных включениях — меланосомах, зрелые формы которых накапливаются в отростках меланоцитов. Меланосомы по межклеточным щелям перемещаются из отростков меланоцитов в клетки базального и нижней части шиповатого слоя. При воздействии солнечного света количество меланосом увеличивается, клетки эпидермиса активно их накапливают, и кожа приобретает загар. Различия концентрации, размеров меланосом и их химического состава обеспечивают разнообразие окраски кожи представителей разных человеческих рас. Функция меланоцитов: защита камбиальных (базальных) кератиноцитов от солнечного ультрафиолетового излучения, способного вызывать мутации. 26. Общий покров 507 Дендритные клетки Лангерганса — отростчатые клетки, которые происходят от гемопоэтической стволовой клетки, не образуют десмосом с кератиноцитами, а потому подвижны. Эти клетки соединяются между собой с помощью отростков, образуя в эпидермисе регулярную сеть. Ядро дольчатое, с краевым хроматином. В цитоплазме — виментиновые филаменты, но нет кератиновых. Их специфический признак — гранулы в виде теннисной ракетки (гранулы Бирбека) в цитоплазме. Имеют на поверхности цитолеммы рецепторы к Fc-фрагменту антител и C3-компоненту комплемента. Дендритные клетки Лангерганса составляют 5–10 % популяции клеток эпидермиса. Дендритные клетки Лангерганса относятся к антигенпрезентирующим клеткам, связывая антигены на своей поверхности и предоставляя их иммунокомпетентным клеткам для контакта. Они накапливают также эпидермальный кейлон, тормозящий пролиферацию кератиноцитов, вырабатывают интерфероны (иммунологическая функция) и участвуют в лизисе кератиноцитов. Граница между эпидермисом и дермой неровная, за счет чего увеличивается площадь соприкосновения и прочность соединения тканей. Впячивания эпидермиса в дерму называют гребешками, а выпячивания дермы между ними — сосочками. Дерма Дерма кожи содержит два слоя: сосочковый и сетчатый. Сосочковый слой сформирован рыхлой волокнистой неоформленной соединительной тканью, образует сосочки, вдающиеся в эпидермис. Форма и расположение сосочков дермы, гребешков эпидермиса и сосудов дермы определяет индивидуальный характер рисунка на поверхности кожи ладоней и подошв (гребешковая кожа). В верхушках сосочков содержатся многочисленные вертикальные капиллярные петли, связанные поперечными анастомозами. Они необходимы для трофики верхних слоев эпителия и терморегуляции. Здесь же содержатся пучки гладкомышечных клеток. При сокращении ГМК, связанных с корнем волоса (мышцы, поднимаю- 508 Часть V. Частная гистология щие волос), пушковые волосы приподнимаются, тем самым увеличивая толщину неподвижного воздушного слоя, прилежащего к коже (эффект «гусиной кожи»). Миоциты, не связанные с корнем волоса, сокращаясь, cжимают мелкие кровеносные сосуды, что уменьшает приток крови к коже. В результате снижается теплоотдача через кожные покровы. Сетчатый слой обеспечивает прочность и эластичность кожи. Образован плотной неоформленной волокнистой соединительной тканью с мощными пучками коллагеновых и эластических волокон. При хирургических операциях разрезы кожи проводятся вдоль этих волокон (линии Лангера), что обеспечивает заживление кожи без образования грубых рубцов. В сетчатом слое лежат секреторные отделы потовых и сальных желез, а также корни волос. Гиподерма Гиподерма содержит слой жировой клетчатки толщиной 3–10 см и более и разделена на небольшие дольки соединительнотканными перегородками, усиливающими упругость и прочность этого слоя. Гиподерма выполняет функции депонирования жиров и воды, защиты от механических воздействий (например, растяжение кожи без разрывов, амортизация толчков при ходьбе в области подошв), термоизоляции и терморегуляции, а также является источником эстрогенов у женщин в период менопаузы. У взрослых гиподерма образована белой жировой тканью. У новорожденных имеется бурая жировая ткань, которая локализована на задней поверхности шеи, между лопатками, вдоль позвоночника и в воротах почек. Под влиянием гормона иризина, выделяемого скелетными мышцами во время длительной физической работы, происходит частичное замещение белой жировой ткани бурой жировой тканью. 26. Общий покров 509 Структурнофункциональные особенности кожи Кожа как орган чувств (осязания). В сосочковом слое дермы содержится огромное количество рецепторов (на 1 см2 — до 200 шт., из них до 150 рецепторов боли). Рецепторные нервные окончания особенно многочисленны на ладонях, подошвах, лице. Термо- и ноцирецепция (чувство боли) осуществляются свободными нервными окончаниями, лежащими в эпидермисе и сосочковом слое дермы. Чувство осязания воспринимается осязательными тельцами Мейснера (в верхушках сосочков дермы) и клетками Меркеля (в ростковом слое эпидермиса). Чувство давления воспринимается инкапсулированными пластинчатыми тельцами Фатера-Пачини, лежащими глубоко в коже и гиподерме. Регионарные особенности кожи. Эпидермис наиболее развит на ладонях и подошвах, где он состоит из пяти слоев клеток: базальный, шиповатый, зернистый, блестящий, роговой (толстая кожа). На других участках кожи эпидермис тоньше, блестящий слой отсутствует, а роговой слой представлен 2–3 рядами роговых чешуек (тонкая кожа). Ороговение здесь протекает по сокращенному циклу. В участках кожи, которые подвергаются сильным механическим воздействиям (подушечки пальцев, ступни), подкожная клетчатка сохраняется даже при крайней степени истощения организма. Половые особенности кожи. Кожа у женщин тоньше, а слой гиподермы — толще, чем у мужчин. Содержание коллагеновых волокон в дерме у женщин ниже. Наблюдаются различия в распределении волосяного покрова и жировой клетчатки в различных участках тела, тесно связанные с уровнями эстрогенов и андрогенов. Пигментные пятна на коже часто появляются во время беременности вследствие гормональных изменений. При заболеваниях печени нарушается инактивация эстрогенов, поэтому их избыток в крови и у женщин, и у мужчин приводит к появлению на коже «сосудистых звездочек» (телеангиэктазий). Возрастные особенности кожи. С возрастом отмечается сухость кожи, появление морщин, поседение волос. Седой волос наряду с меланином содержит мелкие пузырьки воздуха, что придает ему серебристую окраску. 510 Часть V. Частная гистология Производные кожи К производным кожи относятся потовые, молочные (см. гл. 28. Половая система) и сальные железы, волосы и ногти. Железы Потовые железы — простые трубчатые неразветвленные, по типу секреции делятся на эккриновые (мерокриновые) и апокриновые. Состоят из длинного выводного протока и длинного концевого отдела, закрученного в виде клубочка. Эккриновые железы многочисленны. Их секреторные отделы содержат светлые и темные клетки и окружены миоэпителиальными клетками. Клетки секреторных отделов при секреции почти не повреждаются. Выделяют в сутки до 500–600 мл жидкости (пот), содержащей ионы Na+ и Cl–, конечные продукты азотистого обмена и другие метаболиты. На поверхности кожи эти железы открываются потовой порой. Апокриновые железы, эволюционно более древние, у животных использовались для запаховой сигнализации во время сезонного размножения. У человека они немногочисленны (кожа лба, подмышечные ямки, наружные половые органы, задний проход). Для них характерно разрушение верхушек клеток секреторных отделов во время секреции. Их секрет содержит много органических веществ, подвергающихся разложению с участием микрофлоры, поэтому тело приобретает специфический запах. Секреция апокриновых желез регулируется уровнем половых гормонов в крови. Они открываются в волосяные воронки вместе с выводными протоками сальных желез. Сальные железы можно увидеть только на препарате кожи с волосом. Их нет на ладонях и подошвах. Лежат поверхностнее потовых, являются простыми альвеолярными разветвленными железами с голокриновым типом секреции. Секреторные отделы сальных желез включают малодифференцированные, созревающие и зрелые клетки (себоциты), а также клетки, находящиеся в разных стадиях жирового перерождения. Себоциты полностью разрушаются во время секреции, поэтому секрет этих желез содержит фрагменты клеток. 26. Общий покров 511 Выделяемый секрет (кожное сало) — 20 г в сутки — на поверхности кожи образует тонкую пленку эмульсии, состоящей из липидной и водной фаз. Эта пленка предохраняет кожу: 1) от намокания; 2) высыхания (потери воды); 3) резкой смены температуры окружающей среды; 4) подавляет несимбиотическую микрофлору. Секреция кожного сала усиливается андрогенами и частично тормозится эстрогенами. Волосы Волосы развиваются на 3-м месяце эмбриогенеза путем врастания тяжей эпидермиса в дерму. Бывают трех видов: 1) длинные (волосы головы, бороды, усов); 2) щетинистые (волосы бровей, ресниц); 3) пушковые (более нежные, покрывают большую часть тела). Волос имеет две части: стержень (находится над поверхностью кожи) и корень (скрыт в толще кожи) (рис. 26.2). Стержень образован корковым веществом и кутикулой. 2 1 3 4 5 6 12 11 10 7 Мягкий кератин Твердый кератин Кератогенная зона 8 9 Рис. 26.2. Корневая часть волоса [16]: 1 — эпидермис; 2 — роговой слой; 3 — наружное корневое влагалище; 4 — кутикула волоса; 5 — корковое вещество; 6 — мозговое вещество; 7 — волосяная сумка; 8 — волосяная луковица; 9 — волосяной сосочек; 10 — внутреннее корневое влагалище; 11 — мышца, поднимающая волос; 12 — сальная железа 512 Часть V. Частная гистология Корень длинных и щетинистых волос состоит из коркового вещества, мозгового вещества и кутикулы, а пушковых волос — только из коркового вещества и кутикулы. Корень волоса располагается в волосяном мешке (фолликуле), стенка которого состоит из внутреннего и наружного эпителиальных влагалищ. Фолликул окружен соединительнотканной волосяной сумкой. Корень волоса заканчивается расширением — волосяной луковицей. С ней сливаются оба эпителиальных корневых влагалища фолликула. Снизу в волосяную луковицу вдается соединительная ткань с капиллярами в виде волосяного сосочка. В месте перехода корня волоса в стержень эпидермис образует небольшое углубление — волосяную воронку. В нее открываются протоки одной или нескольких сальных желез. Наружное эпителиальное корневое влагалище образовано ростковым слоем эпидермиса, погружающимся в воронку волоса. Оно содержит 1–5 слоев клеток, не дифференцирующихся в корнеоциты, и заканчивается на границе с волосяной луковицей. Внутреннее эпителиальное влагалище. В нижних отделах во внутреннем влагалище видны три слоя: а) кутикула; б) внутренний (гранулосодержащий) эпителиальный слой (фиолетовый, окрашивается гематоксилином); в) наружный эпителиальный слой Генле (розовый, окрашивается эозином). В средних и верхних отделах корня волоса все эти три слоя сливаются, и внутреннее влагалище состоит только из полностью ороговевших клеток, содержащих мягкий кератин. Корковое вещество волоса составляет основную его массу, процессы ороговения в нем протекают интенсивно и без промежуточных стадий. В роговых чешуйках содержится твердый кератин, придающий волосу прочность и эластичность. Чешуйки кутикулы волоса также содержат твердый кератин, пузырьки воздуха и меланин. Мозговое вещество состоит из клеток многоугольной формы, содержащих гранулы трихогиалина. Процессы ороговения в мозговом веществе идут медленно, усиливаются с возрастом. В клетках мозгового вещества с возрастом снижается количество пигмента и увеличивается число пузырьков воздуха — волосы седеют. 26. Общий покров 513 Ногти Ногти — роговые пластинки, лежащие на ногтевом ложе. Ногтевое ложе состоит из эпителия и соединительной ткани. Эпителий ногтевого ложа (подногтевая пластинка) представлен ростковым слоем эпидермиса, зернистый и блестящий слои не выделяются. Процесс ороговения идет относительно быстро. Роговые чешуйки, содержащие твердый кератин, образуют ногтевую пластинку, которая соответствует роговому слою эпидермиса. Сое динительная ткань богата коллагеновыми волокнами, часть которых вплетается в фалангу пальца. Задняя часть ногтевого ложа называется матрицей ногтя, так как здесь отмечается интенсивное деление и дальнейшая дифференцировка клеток, приводящая к образованию роговых чешуек. Клетки матрицы, образующие в процессе кератинизации ногтевую пластинку, перемещаются вперед дорсально и горизонтально относительно дермы, благодаря чему происходит рост ногтя. 27. МОЧЕВЫДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Развитие органов мочевыделительной системы Мочевыделительная система включает почки, мочеточники, мочевой пузырь и мочеиспускательный канал, в которых происходит мочеобразование и мочевыведение. Развитие мочевыделительной системы у человека в определенной степени отражает этапы эволюции этой системы у позвоночных и характеризуется последовательной сменой трех форм или генераций почек: 1) предпочки (головной почки, пронефроса); 2) первичной (туловищной почки, мезонефроса); 3) постоянной (тазовой, вторичной, окончательной почки, метанефроса). Материалом для развития всех генераций почек является промежуточная мезодерма (нефрогонотом), которая в передних и средних отделах тела зародыша сегментирована и представлена сегментными ножками. В каудальной части тела этот участок мезодермы не сегментирован и обозначается как нефрогенная ткань или метанефрогенная бластема. Предпочка образуется в конце 3-й недели эмбриогенеза из передних 8–10 сегментных ножек мезодермы, которые формируют пронефротические канальцы (протонефридии), нефростомой открывающиеся в целом. Дорсальные концы канальцев сливаются и растут в каудальном направлении, образуя зачаток мезонефрального протока. Предпочка существует около 40 ч и подвергается обратному развитию. Смысл ее образования — в формировании мезонефрального протока. Первичная почка представляет собой парное объемное образование, формирующееся на 4-й неделе из 20–25 пар туловищных сегментных ножек, которые формируют ее канальцы (метанефридии). Одним концом метанефридии открываются в удлиняющийся и впадающий в заднюю кишку мезонефральный (вольфов) проток. Противоположным концом эти канальцы контактируют с клубочками капилляров и формируют вокруг них двухслойную 27. Мочевыделительная система 515 капсулу. Клубочки капилляров образованы сосудистыми веточками, отходящими от аорты. Капиллярный клубочек и охватывающая их капсула формируют почечное тельце. К середине 2-го месяца первичная почка достигает максимального развития, а с конца 2-го месяца ее структуры начинают дегенерировать и практически исчезают к 5-му месяцу внутриутробного периода. Часть ее каудальных канальцев используется для образования гонад, в большей степени мужских. Окончательная почка закладывается на 5-й неделе эмбрионального развития из двух источников: 1) выроста, или дивертикула мезонефрального протока; 2) нефрогенной ткани каудальной части зародыша (метанефрогенной бластемы). Дивертикул мезонефрального протока является источником развития собирательных и сосочковых протоков, почечных чашечек, почечной лоханки и мочеточника. Из нефрогенной ткани формируются капсула и канальцы нефронов. Дивертикул мезонефрального протока, подрастая к нефрогенной ткани каудального отдела, дихотомически делится и индуцирует образование пузырьков, которые, удлиняясь и S-образно изгибаясь, преобразуются в канальцы нефронов (рис. 27.1). В свою очередь, развивающиеся канальцы индуцируют дальнейшее ветвление дивертикула и развитие из него собирательных протоков. Канальцы объединяются с сосудами (капиллярами клубочков и перитубулярной сети) и образуют нефроны. Нефроногенез заканчивается к 36-й неделе, когда насчитывается 10–12 генераций нефронов, находящихся на разных стадиях развития. Сосудистая система и соединительная ткань (интерстиций) почки развиваются из мезенхимы. Одной из главных функций мочевыделительной системы плода является участие в регуляции объема амниотической жидкости. С 9–11-й недели плод начинает выделять мочу в амниотическую полость и в то же время поглощать амниотическую жидкость до 0,5 л в сутки. Моча плода содержит мало белка, глюкозы, К+, фосфатов и гипотонична относительно плазмы крови. Продукты азотистого обмена выводятся не с мочой, а с помощью плаценты через материнский организм. Многие нефроны метанефроса функ- 516 Часть V. Частная гистология 1 5 3 4 2 9 6 9 11 11 8 7 2 8 7 10 12 Рис. 27.1. Развитие вторичной почки (метанефроса) [46]: 1 — нефрогенная ткань; 2 — собирательный проток; 3 — скопление нефрогенных клеток; 4 — почечный пузырек; 5 — зачаток нефрона; 6 — формирующаяся капсула почечного тельца; 7 — капсула почечного тельца; 8 — петля нефрона; 9 — дистальный извитой каналец; 10 — проксимальный извитой каналец; 11 — сосудистый клубочек; 12 — нисходящий и восходящий сегменты петли нефрона ционально сформированы к 5-му месяцу внутриутробного развития и могут обеспечить выполнение функции у преждевременно родившегося ребенка. В дальнейшем, включая и постнатальный период, наблюдается морфологическое и функциональное созревание компонентов почечного фильтра и канальцевого эпителия, интерстициальный рост канальцев, удлинение сосудов, пролиферация стромы. Окончательное развитие почек завершается к 12 годам жизни. Мочевыводящие пути. Эпителий мочеточников, лоханок и чашечек образуется из дивертикула мезонефрального протока, мочевого пузыря — из мочеполовой трубки (части клоаки), мочеиспускательного канала — у женщин из мочеполовой трубки, у мужчин — в основном из мочеполового синуса. Соединительнотканные и гладкомышечные элементы этих органов развиваются из мезенхимы. 27. Мочевыделительная система 517 Почки Почки — главные органы мочевыделительной системы, обеспечивающие поддержание гомеостаза. Подчиняя деятельность своих структур этой главной цели, они принимают участие : 1) в сохранении водно-электролитного и кислотно-щелочного баланса в организме; 2) выделении из организма около 80 % конечных продуктов обмена, токсических веществ и лекарственных препаратов; 3) обмене белков, углеводов и липидов (разрушение пептидных гормонов и измененных белков, глюконеогенез, синтез ряда липидов); 4) работе свертывающей-противосвертывающей системы крови (синтез урокиназы, фактора активации тромбоцитов); 5) регуляции артериального давления, эритропоэза, метаболизма кальция. Почки представляют собой парные паренхиматозные органы. Снаружи они покрыты тонкой плотной фиброзной капсулой и окружены довольно толстым слоем жировой ткани, необходимой для удержания почек в правильном анатомическом положении. На разрезе отчетливо видна их зональная организация: паренхима почки подразделяется на корковое и мозговое вещество. Граница между этими частями неровная. Корковое вещество — более темное, в виде сплошного слоя толщиной 7–10 мм, располагается снаружи. Структурные компоненты его вдаются в мозговое вещество в виде почечных столбов (Бертена). Образовано корковое вещество в основном почечными тельцами и извитыми канальцами нефронов. Мозговое вещество — более светлое, организовано в виде почечных пирамид (10–18), от основания которых в корковое вещество проникают мозговые лучи. Вершины пирамид обращены в малые чашечки. В мозговом веществе преобладают прямые и тонкие канальцы, собирательные протоки. Пирамида с покрывающим ее участком коры составляет почечную долю. Мозговой луч, окруженный корковым веществом, образует почечную дольку. Основной структурной и функциональной единицей почки является нефрон. В каждой почке содержится от 1 до 4 млн нефронов. Нефроны состоят из почечного тельца и системы канальцев. 518 Часть V. Частная гистология Классификация нефронов основана на особенностях их топографии, строения, функции и кровоснабжения. Различают три типа нефронов: 1) короткие корковые (субкапсулярные) составляют лишь 1–3 % всех нефронов. Все их структурные компоненты располагаются в корковом веществе, функция не установлена; 2) промежуточные корковые, или интеркортикальные, составляют около 85 % всех нефронов. Почечные тельца этих нефронов располагаются в корковом веществе, а петли заканчиваются в наружной зоне мозгового вещества. Это основной тип нефронов, они обеспечивают фильтрацию плазмы крови с целью очищения от продуктов метаболизма; 3) длинные или юкстамедуллярные (околомозговые) составляют около 15 %. Почечные тельца этих нефронов расположены в корковом веществе, вблизи кортикомедуллярной границы, а петли длинные, глубоко проникают в мозговое вещество, обеспечивая необходимые условия для концентрирования мочи. Кровоснабжение почки Кровообращение в почках очень интенсивное, вся кровь организма проходит через почки каждые 4–5 мин. Организация кровеносных сосудов, питающих корковые и юкстамедуллярные нефроны, различна. В этой связи в почках различают две системы кровоснабжения (рис. 27.2): кортикальную — питающую короткие и промежуточные корковые нефроны, через нее в норме проходит 85–90 % крови, и юкстамедуллярную, пропускающую 10–15 % крови и снабжающую длинные (околомозговые) нефроны. Эти системы начинаются одинаково: почечная артерия → междолевые артерии → дуговые артерии → междольковые артерии. От междольковых артерий начинаются приносящие клубочковые артериолы, направляющиеся к почечным тельцам. Кортикальная система кровообращения. Приносящие клубочковые артериолы распадаются на сеть капилляров фенестрированного типа (первичную капиллярную сеть), формирующую сосудистые клубочки почечных телец. Капилляры клубочков собираются в выносящие клубочковые артериолы, которые заметно уже приносящих (рис. 27.2, I), вследствие чего давление в капиллярах клубочков оказывается высоким (50–70 мм рт. ст. и более). 27. Мочевыделительная система 519 8 9 I 7 II 9 10 10 5 7 6 5 8 3 10 4 11 12 1 2 Рис. 27.2. Кровоснабжение нефронов [26]: I — промежуточный (интеркортикальный) нефрон; II — длинный (юкстамедуллярный) нефрон; 1, 2 — междолевые артерия и вена; 3, 4 — дуговые артерия и вена; 5, 6 — междольковые артерия и вена; 7 — приносящая клубочковая артериола; 8 — выносящая клубочковая артериола; 9 — клубочковая капиллярная сеть (сосудистый клубочек); 10 — перитубулярная капиллярная сеть; 11 — прямая артериола; 12 — прямая венула Высокое кровяное давление в капиллярах клубочков обеспечивает фильтрацию компонентов плазмы крови через почечный фильтр с целью очищения. Выносящие клубочковые артериолы сразу разветвляются на обширную сеть вторичных перитубулярных фенестрированных капилляров, оплетающую канальцы промежуточных нефронов. В этих капиллярах давление крови небольшое — 10–12 мм рт.ст., что облегчает реабсорбцию (возвращение в кровь значительной части веществ — белков, глюкозы, липидов, витаминов, электролитов, воды и других веществ, попавших в первичный ультрафиль- 520 Часть V. Частная гистология трат). Из капилляров канальцевой сети кровь поступает в венозную систему, где отток крови происходит по пути, обратному притоку (междольковые вены → дуговые вены → междолевые вены → почечная вена). Юкстамедуллярная система кровообращения. В этой системе кровообращения приносящие клубочковые артериолы также формируют первичную капиллярную сеть в составе почечных телец. Но диаметры приносящих и выносящих клубочковых артериол отличаются незначительно, поэтому давление в капиллярах клубочков невелико. Кроме того, выносящая клубочковая артериола не распадается сразу на капилляры канальцевой сети, а образует прямые артериолы, спускающиеся в мозговое вещество (рис. 27.2, II). Здесь прямые артериолы отдают ветви, формирующие перитубулярную капиллярную сеть. Основной ствол прямых артериол на уровне сосочка пирамид переходит в прямые венулы и вены, впадающие в дуговые вены. Из-за этих особенностей кровообращения юкстамедуллярные нефроны менее активно участвуют в процессе фильтрации, чем промежуточные корковые. Юкстамедуллярное кровообращение играет роль шунта в условиях сильного кровенаполнения почек (например, при тяжелой физической работе). При патологии, сопровождающейся падением давления (шок, коллапс), через систему кровообращения этих нефронов сбрасывается, не фильтруясь, большая часть крови, что приводит к ишемии, иногда некрозу коркового вещества и развитию почечной недостаточности. Прямые сосуды (артериолы и венулы) сопровождают длинные петли нефронов, вместе с которыми и собирательными трубочками являются основными компонентами противоточно-множительного аппарата, обеспечивающего осмотическое концентрирование мочи. Нефрон Нефрон — основная структурно-функциональная единица почки, которая состоит из почечного тельца и последовательно переходящих друг в друга канальцев, окруженных соединительной тканью и обильно снабженных кровеносными сосудами. В состав нефрона входят: 1) почечное тельце, включающее сосудистый клубочек и охватывающую его капсулу; 27. Мочевыделительная система 521 2) канальцы нефрона: проксимальный (извитой и прямой); тонкий; дистальный (прямой и извитой). Почечное тельце. Почечное тельце Мальпиги имеет округлую форму, его диаметр 170–200 мкм. Представлено оно сосудистым клубочком, образованным переплетающимися извитыми и анастомозирующими капиллярами, расположенными внутри эпителиальной капсулы, имеющей вид двустенной чаши (рис. 27.3). В по11 12 1 2 13 14 6 8 7 3 5 4 9 10 Рис. 27.3. Почечное тельце и юкстагломерулярный аппарат [68]: 1 — приносящая клубочковая артериола; 2 — выносящая клубочковая артериола; 3 — капилляры сосудистого клубочка; 4 — фенестрированные эндотелиоциты; 5 — подоциты; 6 — цитоподии подоцитов; 7 — гломерулярная базальная мембрана; 8 — мезангиальные клетки; 9 — наружный листок капсулы клубочка; 10 — проксимальный извитой каналец; 11 — дистальный извитой каналец; 12 — плотное пятно; 13 — юкстагломерулоциты; 14 — юкставаскулярные клетки 522 Часть V. Частная гистология чечном тельце выделяют сосудистый полюс, через который входят и выходят кровеносные сосуды, и канальцевый (мочевой) полюс, соединяющий почечное тельце с проксимальным канальцем нефрона. Капилляры сосудистого клубочка, расположенные между приносящей и выносящей клубочковыми артериолами, формируют «чудесную сеть». Эндотелий капилляров истончен и содержит многочисленные фенестры (60–100 нм), число которых может меняться в зависимости от функциональной нагрузки. В некоторых зонах эндотелий прерывается, образуя поры. Контакты между соседними эндотелиоцитами простые. Все это способствует диффузии через эндотелий практически всех составляющих плазмы крови, кроме крупных белков и форменных элементов. Фенестрированный эндотелий лежит на трехслойной базальной мембране толщиной около 300 нм, общей для капилляра и эпителия внутреннего (висцерального) листка капсулы клубочка (рис. 27.4). Ее средний темный слой (плотная пластинка) образо5 8 6 7 3 4 2 1 4б 4а 4в Рис. 27.4. Фильтрационный барьер почечного тельца [5]: 1 — капилляр сосудистого клубочка; 2 — эндотелиоцит; 3 — фенестры; 4 — базальная мембрана; 4а — темный слой (плотная пластинка); 4б — внутренний светлый слой (внутренняя прозрачная пластинка); 4в — наружный светлый слой (наружная прозрачная пластинка); 5 — подоцит; 6 — цитотрабекулы; 7 — цитоподии; 8 — фильтрационные щели 27. Мочевыделительная система 523 ван коллагеновыми микрофибриллами (преобладает коллаген IV типа), образующими сеть с диаметром пор до 7 нм, погруженными в протеогликановый матрикс. Два светлых слоя (наружная и внутренняя прозрачные пластинки) содержат протеогликаны (ламинин) и ГАГ (гепарансульфат). Между капиллярами клубочка в аморфном матриксе располагаются мезангиальные клетки (см. рис. 27.3) двух типов: гладкомышечного и макрофагического. Мезангиоциты гладкомышечного типа выполняют опорную функцию, продуцируют межклеточный мезангиальный матрикс, заполняющий межкапиллярное пространство, а также способны сокращаться и стимулировать клубочковый кровоток. В условиях патологии эти клетки активно синтезируют коллаген. Мезангиоциты макрофагического типа поглощают макромолекулы, накапливающиеся в области почечного фильтра, и участвуют вместе с подоцитами в обновлении базальной мембраны. Капсула клубочка образована наружным и внутренним (висцеральным) листками, между которыми находится щель — полость капсулы, которая продолжается в просвет проксимального канальца нефрона. Наружный листок капсулы представлен однослойным плоским эпителием, расположенным на типичной базальной мембране. Эпителий наружного листка капсулы переходит в эпителий проксимального извитого канальца (см. рис. 27.3). Внутренний (висцеральный) листок капсулы охватывает со всех сторон капилляры клубочковой сети. Он образован крупными эпителиальными клетками — подоцитами, имеющими несколько больших отростков — цитотрабекул. От них отходят многочисленные мелкие отростки — цитоподии, представляющие собой узкие цилиндрические образования с утолщениями на конце, посредством которых они прикрепляются к общей с капилляром базальной мембране (см. рис. 27.4). Между цитоподиями имеются щелевидные пространства (фильтрационные щели — 25–60 нм), закрытые тонкими щелевыми диафрагмами и сообщающиеся с полостью капсулы. Цитоподии способны набухать и приходить в исходное состояние, изменяя размеры щелей. Плазма крови фильтруется через гематоренальный (фильтрационный) барьер, который состоит: 524 Часть V. Частная гистология 1) из фенестрированного эндотелия гемокапилляров клу бочка; 2) общей для подоцитов и эндотелия трехслойной базальной мембраны; 3) щелевых диафрагм, закрывающих фильтрационные щели между цитоподиями подоцитов (рис. 27.4). Образующийся ультрафильтрат плазмы, называемый первичной мочой, в объеме 180—200 л/сут. поступает в полость капсулы (мочевое пространство), а затем в проксимальный каналец нефрона. Столь эффективная фильтрация плазмы крови, осуществляемая почками практически беспрерывно, способствует максимальному удалению из организма вредных продуктов метаболизма. Активными компонентами почечного фильтра являются подоциты. Они не только регулируют проницаемость фильтра путем изменения диаметра межпедункулярных щелей, но и обеспечивают контроль за качественным состоянием фильтрующейся жидкости. В случае необходимости подоциты способны к накоплению в цитоплазме продуктов фильтрации с целью их внутриклеточного преобразования. Гематоренальный барьер обладает избирательной проницаемостью, которая для каждого вещества определяется массой, зарядом и конфигурацией его молекул. Через барьер не проходят микрочастицы крупнее 7 нм, что связано с величиной ячеек в среднем слое базальной мембраны. В норме фильтр не пропускает клетки крови и крупномолекулярные белки массой больше 69 кД — некоторые глобулины, фибриноген. При патологии почечного фильтра из крови в мочу попадает значительное количество белков (протеинурия) и эритроциты (гематурия). Эндотелий капилляров и цитоподии подоцитов покрыты слоем гликокаликса, несущим отрицательный заряд, что ограничивает проницаемость для отрицательно заряженных молекул. Эффективность фильтрации в почечном тельце обеспечивается высоким (50–70 мм рт. ст. и более) давлением в капиллярах клубочка и значительным объемом проходящей через них крови (до 1800 л/сут.). Канальцы нефрона. Протяженность всех канальцев одного нефрона составляет 50–55 мм, а всех нефронов обеих почек — около 100 км. Канальцевая часть нефрона начинается с проксималь- 27. Мочевыделительная система 525 ного канальца, берущего начало от мочевого полюса почечного тельца. Проксимальный каналец — это самый протяженный участок канальцевой системы. Длина этой части нефрона 14–20 мм, диаметр просвета — 40–60 мкм. Обе части проксимального канальца (извитая и прямая) образованы однослойным кубическим каемчатым эпителием (рис. 27.5). Щеточная каемка эпителиальных клеток представлена многочисленными микроворсинками длиной 1–6 мкм. Число их на поверхности одной клетки достигает 6500, 1 2 3 4 Рис. 27.5. Схема ультраструктуры клеток различных канальцев нефрона и собирательных протоков [20]: 1 — проксимальный каналец; 2 — дистальный каналец; 3 — тонкий каналец; 4 — собирательный проток 526 Часть V. Частная гистология что увеличивает всасывательную поверхность эпителиоцитов в 30–40 раз. В базальной части клеток имеется исчерченность, образованная глубокими внутренними складками (инвагинациями) плазмолеммы и расположенными между ними многочисленными митохондриями (базальный лабиринт). Просвет канальцев узкий, неправильной формы (рис. 27.6), цитоплазма клеток оксифильная, непрозрачная, как бы «вспененная» из-за значительного содержания реабсорбируемых веществ. Первичная моча, состав которой близок к плазме крови, в объеме 180–200 л/сут. поступает в проксимальный каналец нефрона. 6 3 4 1 11 5 7 9 8 9 10 2 12 Рис. 27.6. Схема строения почки [13]: 1 — корковое вещество; 2 — мозговое вещество; 3 — почечное тельце; 4 — полость капсулы; 5 — капилляры клубочковой сети; 6 — дистальный извитой каналец; 7 — проксимальный извитой каналец; 8 — дистальный прямой каналец; 9 — тонкий кналец; 10 — собирательный проток; 11 — артериола; 12 — капилляры канальцевой сети 27. Мочевыделительная система 527 Этот отдел обеспечивает облигатную (обязательную, не регулируемую гормонами) активную реабсорбцию — полный возврат в кровь всех полезных органических веществ (глюкозы, белков, липидов, витаминов, аминокислот и др.) и до 80–85 % воды, содержащей различные ионы, а также секрецию (из крови в просвет канальца) органических кислот и оснований и некоторых экзогенных веществ. Реабсорбция абсолютного большинства веществ — это процесс активный, происходит за счет специально расходуемой энергии и с помощью белков-переносчиков. Только вода следует по осмотическому градиенту за реабсорбируемыми веществами (главным образом, ионами) через водные каналы, образованные белком аквапорином I. Конечные продукты обмена, подлежащие выведению (мочевина, мочевая кислота, креатинин), реабсорбции не подвергаются. Тонкий каналец вместе с дистальным прямым канальцем формируют петлю нефрона (петлю Генле). В корковых нефронах этот каналец имеет только нисходящий сегмент, а в юкстамедуллярных — нисходящий и восходящий сегменты. Диаметр тонкого канальца — 13–15 мкм, его стенка образована плоскими эпителиальными клетками со слабо развитыми органеллами и небольшим количеством коротких микроворсинок на апикальной поверхности (см. рис. 27.5). В цитоплазме множество пиноцитозных пузырьков, ядросодержащие части клеток выбухают в просвет канальцев. Здесь осуществляется облигатная пассивная реабсорбция воды из просвета канальца в гипертоническую среду интерстиция по осмотическому градиенту через водные каналы, образованные белком аквапорином I. Дистальный каналец нефрона включает прямую и извитую части. Этот каналец короче, тоньше (30–50 мкм) проксимального канальца, имеет хорошо выраженный ровный просвет. Стенка канальцев образована однослойным кубическим эпителием со светлой цитоплазмой, пиноцитозные пузырьки и лизосомы в ней немногочисленны. Щеточная каемка отсутствует. Базальная исчерченность, представленная базальным лабиринтом с обилием митохондрий, более выражена в дистальном прямом, чем в извитом канальце (см. рис. 27.5). В дистальном прямом и извитом канальцах происходит активная реабсорбция электролитов, главным образом ионов Na+ и Cl– 528 Часть V. Частная гистология в обмен на секрецию ионов К+ и Н+. Эта реабсорбция регулируется альдостероном, задерживающим натрий в организме, и называется факультативной. Возможна также пассивная реабсорбция воды в дистальном извитом канальце, но значение этого процесса невелико. Собирательные протоки Собирательные протоки не входят в состав нефрона, но тесно связаны с ним топографически и функционально. Дистальные извитые канальцы впадают в собирательные протоки, которые из коркового вещества, углубляясь, переходят в мозговое. Собирательные протоки продолжаются в сосочковые протоки, открывающиеся на вершине сосочков пирамид в почечные чашечки. Длина собирательных протоков составляет около 45 мм. В корковом веществе собирательные протоки выстланы однослойным кубическим эпителием, в мозговом — цилиндрическим, их клетки имеют четкие границы (см. рис. 27.6). В эпителии различают светлые (численно преобладают) и темные клетки. Светлые (главные) клетки имеют немногочисленные органеллы и гладкую апикальную поверхность, содержащую 1–2 реснички. Они осуществляют факультативную пассивную реабсорбцию воды через водные каналы, образованные белками аквапоринами 2 и 3. Этот процесс регулируется антидиуретическим гормоном гипоталамуса (АДГ). При наличии АДГ водные каналы открываются, и вода задерживается в организме. Недостаточность АДГ приводит к значительной потере жидкости с мочой, возникает несахарный диабет. Темные (вставочные) клетки имеют плотную гиалоплазму, множество митохондрий, внутриклеточные канальцы. Эти клетки имеют сходное строение с париетальными клетками желудка. Их деятельность (секреция H+ и HCO3– из крови в просвет протоков) направлена на поддержание кислотно-щелочного равновесия, подкисление мочи с бактерицидной целью и для профилактики камнеобразования. Таким образом, первичная моча, проходя через систему канальцев нефрона и собирательные протоки, возвращает в кровь 27. Мочевыделительная система 529 все ценные и необходимые организму вещества и превращается во вторичную мочу. Ее объем уменьшается в десятки раз и составляет 1,5–2 л. Вторичная моча в концентрированном виде содержит продукты обмена (мочевину, мочевую кислоту, креатинин и др.). Структурные основы эндокринной функции почек Почки являются органами, которые активно вовлекаются в эндокринные взаимодействия. С одной стороны, они являются мишенью для действия целого ряда гормонов, с другой — сами вырабатывают биологически активные вещества, принимающие участие в регуляции как местных, так и общих процессов в организме. Гормоны почек участвуют в регуляции общего и почечного кровотока, эритропоэза, обмена кальция и других процессов. В почках различают основные эндокринные системы: 1) ренин-ангиотензиновую; 2) простагландиновую; 3) калликреин-кининовую. Морфологическим субстратом ренин-ангиотензиновой системы является юкстагломерулярный аппарат — совокупность клеточных элементов почки, участвующих в регуляции кровяного давления. Он включает: 1) юкстагломерулоциты; 2) юкставаскулярные клетки; 3) клетки плотного пятна; 4) мезангиоциты. Юкстагломерулоциты (юкстагломерулярные миоциты, миоидные эндокриноциты) — это видоизмененные гладкие миоциты средней оболочки приносящей и, в меньшей степени, выносящей клубочковых артериол. Они полигональной формы, в цитоплазме имеются секреторные гранулы, содержащие ренин. Эти клетки обладают барорецепторными свойствами, реагируют на изменение давления в приносящей клубочковой артериоле (см. рис. 27.3). При снижении давления в приносящей артериоле ниже уровня, необходимого для поддержания фильтрационного давления, происходит усиление секреции ренина юкстагломерулоцитами. 530 Часть V. Частная гистология Р е н и н представляет собой фермент, который, воздействуя на ангиотензиноген плазмы крови, синтезируемый в печени, переводит его путем частичного гидролиза в ангиотензин-1 — биологически неактивное вещество. Последнее под влиянием конвертирующего фермента (вырабатывается в гемокапиллярах легких) превращается в ангиотензин-2, обладающий сильным сосудосуживающим действием. Еще одним эффектом ангиотинзина-2 является стимуляция секреции альдостерона в надпочечниках, что усиливает реабсорбцию Na+ в канальцах, приводя к повышению давления. Юкставаскулярные клетки (Гурмагтига), в англоязычной литературе получившие название «экстрагломерулярные мезангиальные клетки», заполняют треугольное пространство между приносящей и выносящей клубочковыми артериолами и плотным пятном. Они овальной или неправильной формы, содержат гранулы ренина, имеют длинные отростки, контактирующие с юкстагломерулярными и мезангиальными клетками. Предполагают, что эти клетки передают сигналы с плотного пятна на ренинпродуцирующие клетки, а также могут синтезировать ренин в случае недостаточности функции юкстагломерулоцитов. Клетки плотного пятна находятся в участке стенки дистального канальца, лежащем между приносящей и выносящей клубочковыми артериолами. Эти эпителиальные клетки (в количестве 15–40) прилежат к очень тонкой прерывистой базальной мембране, нередко имеют отростки, позволяющие им контактировать с юкстагломерулоцитами и юкставаскулярными клетками. Клетки плотного пятна являются осморецепторами, воспринимают изменение концентрации ионов натрия в дистальном канальце и передают эту информацию ренинпродуцирующим клеткам. Мезангиальные клетки располагаются между капиллярами клубочковой сети и также являются резервными по выработке ренина. Простагландиновый аппарат включает: 1) интерстициальные клетки мозгового вещества; 2) светлые (главные) клетки собирательных протоков. Интерстициальные клетки — это фибробластоподобные звездчатые клетки мезенхимного происхождения, располагаются в сое- 27. Мочевыделительная система 531 динительнотканных прослойках вблизи петель нефронов и кровеносных сосудов. Оба типа клеток продуцируют преимущественно простагландины класса Е2 и F2a, снижающие кровяное давление и ослабляющие сосудосуживающие эффекты симпатической стимуляции и ангиотензина-2. Калликреин-кининовая система представлена клетками дистального и, возможно, проксимального канальцев нефрона. Эти клетки синтезируют фермент — калликреин, участвующий в образовании кининов плазмы крови, которые усиливают почечный кровоток, диурез и способствуют активации ренинового и простагландинового аппаратов почки. Одним из представителей кининов является брадикинин, обладающий мощным сосудорасширяющим эффектом. Современные данные свидетельствуют о том, что почечная калликреин-кининовая система является интегральной частью внутрипочечной гормональной системы, контролирующей экскрецию воды и электролитов и принимающей участие в регуляции артериального давления. Кроме выработки этих гормонов в почках происходит образование других биологически активных веществ. Почки являются местом синтеза гликопротеинового гормона, регулирующего эритропоэз, — эритропоэтина. Предполагают, что в его образовании могут принимать участие клетки юкстагломерулярного комплекса, подоциты и интерстициальные клетки мозговых пирамид. Точно идентифицировать клетки не удалось. В почках происходит образование гидроксилированного метаболита витамина D3 — кальцитриола. Этот процесс имеет место в клетках проксимальных извитых канальцев. Кальцитриол усиливает всасывание кальция и фосфора в кишечнике и способствует минерализации костного матрикса. 532 Часть V. Частная гистология Мочевыводящие пути Мочеточники, мочевой пузырь Мочевыводящие пути, включающие почечные чашечки и лоханки, мочеточники, мочевой пузырь и мочеиспускательный канал, представляют собой полые органы. Стенки этих органов, за исключением мочеиспускательного канала, построены по единому плану и состоят из четырех оболочек: слизистой, подслизистой основы, мышечной, наружной. В чашечках и лоханках все оболочки тонкие. 1. Слизистая оболочка образована эпителием и собственной пластинкой. Мышечная пластинка отсутствует на всем протяжении мочевыводящих путей. Эпителий (уротелий) мочевыводящих путей многослойный переходный. Толщина эпителия и количество его слоев увеличиваются от чашечек к мочевому пузырю. В эпителии различают три слоя: базальный, промежуточный и поверхностный. Клетки базального слоя выполняют роль камбия. Его поверхностные клетки крупные куполообразные, с полиплоидными ядрами, иногда двуядерные, способные изменять форму в зависимости от функционального состояния. Эпителий обладает выраженными барьерными свойствами, что обеспечивается значительной толщиной и особым химическим составом клеточной оболочки, а также плотными контактами между поверхностными эпителиоцитами. Собственная пластинка слизистой образована рыхлой волокнистой соединительной тканью. В переднем отделе дна мочевого пузыря, где открываются устья мочеточников и выходит мочеиспускательный канал, собственная пластинка содержит немногочисленные мелкие альвеолярно-трубчатые слизистые железы. 2. Подслизистая основа также представлена РВСТ. В мочеточнике и мочевом пузыре от подлежащей собственной пластинки она отличается более рыхлой структурой и повышенным содержанием эластических волокон. В нижней половине мочеточника в ней встречаются мелкие альвеолярно-трубчатые слизистые железы. В этих же органах слизистая оболочка вместе с подсли- 27. Мочевыделительная система 533 зистой образует складки: в мочеточнике они имеют продольное направление, в мочевом пузыре — различное. В переднем отделе дна мочевого пузыря, где открываются устья мочеточников и выходит мочеиспускательный канал, подслизистая основа отсутствует. Подслизистой основы нет также в чашечках и лоханке. 3. Мышечная оболочка представлена гладкой мышечной тканью. Гладкие миоциты располагаются пучками, разделенными соединительнотканными прослойками. В чашечках, лоханке и верхней половине мочеточника мышечная ткань образует два слоя: внутренний — продольный, наружный — циркулярный. В нижней части мочеточника и мочевом пузыре добавляется третий наружный слой с продольной ориентацией миоцитов. Внутреннее отверстие уретры окружено циркулярным мышечным слоем (внутренний сфинктер мочевого пузыря). 4. Наружная оболочка. Мочевыводящие органы покрыты адвентициальной оболочкой, состоящей из рыхлой волокнистой соединительной ткани, и только часть мочевого пузыря (сверху и с боков) покрыта серозной оболочкой. Мужская и женская уретра Мочеиспускательный канал (уретра) имеет разное строение у мужчин и женщин. Мужская уретра входит в состав как выделительной, так и половой систем. В ней выделяют три части: простатическую, мембранозную (перепончатую, промежуточную) и губчатую. Стенка канала состоит их трех оболочек: слизистой, подслизистой и мышечной. Слизистая оболочка представлена эпителием и собственной пластинкой. Эпителий характеризуется вариабельностью строения в разных отделах уретры. В простатической части он переходный, на значительном протяжении — многорядный или многослойный столбчатый с большим количеством бокаловидных клеток и немногочисленными эндокриноцитами, дистально — многослойный плоский неороговевающий, переходящий в ороговевающий. 534 Часть V. Частная гистология Собственная пластинка состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани с многочисленными эластическими волокнами. В ней содержатся концевые отделы слизистых уретральных желез Литтре, которые численно преобладают в губчатой части. Подслизистая основа содержит сеть широких венозных сосудов. Мышечная оболочка хорошо развита в его простатической части, где включает внутренний продольный и наружный циркулярный слои гладких миоцитов. В мембранозной части эта оболочка очень тонкая, в губчатой — представлена отдельными пучками гладких миоцитов. Мембранозная часть окружена скелетными мышцами, образующими наружный сфинктер мочеиспускательного канала. Женская уретра более короткая и входит в состав только выделительной системы. Ее стенка состоит из трех оболочек: слизистой, мышечной и наружной. Слизистая оболочка. Переходный эпителий (уротелий) слизистой оболочки вблизи мочевого пузыря сменяется на многорядный или многослойный столбчатый, затем на многослойный плоский неороговевающий (у наружного отверстия). Эпителий является гормонально зависимым и подвержен циклическим изменениям под действием женских половых гормонов. Собственная пластинка содержит небольшое количество слизистых желез Скина и широкие, кавернозного типа венозные со суды. Мышечная оболочка включает два слоя гладких миоцитов: внутренний (продольный), наружный (циркулярный). Циркулярный слой в области шейки мочевого пузыря значительно утолщен и образует непроизвольный сфинктер. Средняя часть канала окружена поперечнополосатой мышечной тканью, образующей наружный (произвольный) сфинктер мочеиспускательного канала. Адвентициальная оболочка тонкая, состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани. 28. ПОЛОВАЯ СИСТЕМА Развитие органов половой системы Половая система выполняет репродуктивную (образование половых клеток) и эндокринную функции (выработка половых гормонов, которые регулируют развитие и функционирование органов женской и мужской половой системы). В состав половой системы входят гонады и добавочные (вспомогательные) органы, обеспечивающие проведение половых клеток, оплодотворение и развитие нового организма. Развитие органов мужской и женской половых систем начинается одинаково в тесном контакте со структурами первичной почки: ее канальцами, мезо- и парамезонефральными протоками. На 4–5-й неделе эмбриогенеза в области первичной почки формируются участки разрастания целомического эпителия — половые валики. В пласт эпителиальных клеток вселяются первичные половые клетки. Клетки—предшественники гамет обособляются от остальных клеток очень рано, еще до полного разделения зародышевых листков, фактически не принадлежат ни одному из них и являются тотипотентными. Гоноциты, первичные половые клетки, обнаруживаются на 14–15-е сутки эмбриогенеза в эпибласте, в области первичного узелка и полоски, а оттуда в ходе миграционных процессов переносятся в энтодерму желточного мешка. На 4-й неделе эмбриогенеза начинается активная миграция гоноцитов из стенки желточного мешка в закладки гонад по сосудам желточного мешка, задней кишки и дорсальной брыжейки. На 5–6-й неделе тяжи целомического эпителия вместе с гоноцитами врастают в мезенхиму навстречу канальцам первичной почки (рис. 28.1, а). На этой стадии закладка гонады выглядит одинаково у плодов обоих полов (стадия индифферентной гонады): половые тяжи (пролиферирующие гоноциты и целомические эпителиоциты), окруженные мезенхимой и контактирующие с дистальными концами канальцев первичной почки. Проксимальные концы канальцев открываются в мезонефральный (вольфов) проток. В этот период от мезонефрального протока отщепляется парамезонефральный (мюллеров) проток. 536 Часть V. Частная гистология а 5 3 4 б 3а 8 10 2 1а 1 6 7 3 3а 9 11 7 9 8 12 в 2 4 5 9 3 5 4 6 7 13 Рис. 28.1. Формирование гонад [65]: а — индифферентная стадия, 6-я неделя эмбриогенеза; б — развитие мужской гонады, 10-я неделя эмбриогенеза; в — развитие женской гонады, 12-я неделя эмбриогенеза; 1 — половой валик; 1а — эпителий, выстилающий целом; 2 — гоноциты; 3 — мезонефральный проток; 3а — канальцы первичной почки; 4 — урогенитальная брыжейка; 5 — парамезонефральный проток; 6 — половые тяжи; 7 — кишка; 8 — надпочечник; 9 — мезенхима; 10 — белочная оболочка яичника; 11 — извитые семенные канальцы; 12 — поверхностный эпителий яичника; 13 — яйценосные шары На 7-й неделе начинается морфологическая дифференцировка гонад по полу. Дифференцировка по мужскому типу. Y-хромосома кодирует синтез фактора TDF (testis determination factor), определяющего развитие гонады по мужскому типу. Под действием этого фактора половые тяжи преобразуются в зачатки извитых семенных канальцев яичка (рис. 28.1, б). При этом клетки целомического эпителия преобразуются в клетки Сертоли. Они продуцируют антимюллеров гормон (ингибин), который: 28. Половая система 537 активирует в клетках парамезонефральных (мюллеровых) протоков систему лизосом, которые инициируют аутолиз клеток; трансформирует гоноциты в сперматогонии типа А; вызывает дифференцировку части стромальных мезенхимных клеток в эндокринные клетки Лейдига. Они начинают продуцировать тестостерон, который обеспечивает дальнейшую дифференцировку органов половой системы по мужскому типу: половые шнуры преобразуются в извитые семенные канальцы и сеть семенника; канальцы первичной почки дифференцируются в выносящие канальцы семенника; мезонефральный проток дифференцируется в проток придатка, семявыносящий и семяизвергающий проток, семенные пузырьки. Дифференцировка добавочных желез и наружных половых органов по мужскому типу завершается к 12–14-й неделе под действием тестостерона и дигидротестостерона. Мочеполовой синус дает начало предстательной и бульбоуретральным железам, половой бугорок дифференцируется в половой член, половые складки образуют дистальную часть уретры, а половые валики — мошонку. Во время эмбрионального периода сперматогенез не идет, но мужская гонада активно синтезирует половые гормоны. Дифференцировка по женскому типу осуществляется при отсутствии регуляторного фактора Y-хромосомы. В отсутствие TDF закладка гонады развивается автономно по женскому типу, под влиянием гормонов плаценты и материнских гормонов. В женском организме до 8-й недели гонада организована по типу индифферентной. С 8-й недели при отсутствии TDF мезенхима начинает активно разделять половые тяжи, содержащие целомический эпителий и пролиферирующие гоноциты на отдельные клеточные скопления — яйценосные шары (рис. 28.1, в). Яйценосные шары преобразуются в фолликулы: гоноциты дифференцируются в овогонии, а целомические клетки превращаются в фолликулярные. В отсутствие антимюллерова гормона в клетках парамезонефральных (мюллеровых) протоков подавляется система лизосом, и они продолжают дифференцироваться: из дистальных участков формируются яйцеводы, а проксимальные сливаются и образуют матку и верхнюю часть влагалища. В клетках мезо- 538 Часть V. Частная гистология Сперматогенез Фаза гаметогенеза Название клеток Сроки Размножение (многократные митотические деления диплоидных клеток) Рост (увели удвоение Сперматогония (базальный слой) С 8–9 лет до старче ского угасания С 9–11 лет до Овогенез Малого роста Название клеток Сроки Овогония (примордиальный фолликул) С 5–6 до 8–14 нед. эмбриогенеза Первичный овоцит (первичный фолликул) С 8–14 нед. эмбриогенеза до менопаузы Рис. 28.2. Сравнительная характеристика 28. Половая система чение клеток, ДНК, начало мейоза 1) 539 Формирование Созревание (окончание мейоза 1, мейоз 2, формирование гаплоидных клеток) Вторичный сперма тоцит, сперматида Первичный сперматоцит (адлюминальный слой) (адлюминальный слой) старческого угасания С 11 –12 лет до старческого угасания Сперматозоид С 12 –14 лет до старческого угасания Большого роста Отсутствует Первичный овоцит (вторичный, третичный фолликул) Вторичный овоцит (овуляция), яйцеклетка (оплодотворение) С периода полового созревания до менопаузы спермато- и овогенеза 540 Часть V. Частная гистология нефральных (вольфовых) протоков в отсутствие тестостерона система лизосом спонтанно активируется, что приводит к формированию аутофаголизосом, гибели части клеток и регрессии этого протока. С 12–13-й недели эмбриогенеза формируются наружные половые органы. Половой бугорок превращается в клитор, мочеполовой синус дифференцируется в нижнюю часть влагалища, из половых валиков и складок образуются большие и малые половые губы соответственно. Эмбриональная женская гонада практически не продуцирует гормонов, но в ней активно идет овогенез. Первая стадия овогенеза — размножение овогоний — начинается с 8-й недели и заканчивается в период с 10-й по 14-ю неделю эмбриогенеза (рис. 28.2). Увеличения количества половых клеток не происходит больше ни в эмбриогенезе, ни в постнатальном онтогенезе. Начиная с 10–14-й недели эмбрионального развития количество женских гамет в результате атрезии только уменьшается. С 10–14-й недели овогонии перестают делиться и превращаются в первичные овоциты — начинается стадия роста, которая делится на периоды малого и большого роста. В стадии малого роста первичные овоциты увеличиваются в размерах, в их ядрах активно синтезируются мРНК и рРНК, которые заготавливаются впрок. Клетки вступают в первое деление мейоза. В зиготене профазы I происходит конъюгация гомологичных парных хромосом и обмен между ними генетическим материалом (кроссинговер). Благодаря кроссинговеру зрелая гамета несет генетическую информацию от обоих родителей, что определяет разнообразие индивидуумов. Эти процессы в ядре первичного овоцита в основном завершаются к 7-му месяцу внутриутробного развития, и овогенез блокируется на стадии диплотены профазы мейоза I. Первичные овоциты вступают в длительный период покоя до наступления половой зрелости. По окончании эмбриогенеза в яичнике находится до 10 млн овоцитов, к рождению их остается не более 2 млн, а за период от рождения до менопаузы атрезии подвергаются 99,98 % овоцитов, заложенных внутриутробно. И только 0,02 % клеток созревают и овулируют (примерно 400 гамет). 28. Половая система 541 Таким образом, основными источниками развития гонад являются: первичные половые клетки, которые преобразуются в спермато- или овогонии, и первичные овоциты; клетки целомического эпителия, дифференцирующиеся в клетки Сертоли в мужском организме или в фолликулярные клетки в женском, необходимые для защиты, трофики гамет, гормональной регуляции их развития; мезенхима первичной почки, которая формирует строму гонад и дает начало эндокринным клеткам Лейдига или клеткам теки, синтезирующим половые гормоны, необходимые не только для формирования половых признаков, но и для гаметогенеза. Мужская половая система Мужская половая система включает: парные мужские половые железы (семенники или яички), в которых образуются мужские половые клетки (сперматозоиды) и происходит синтез половых гормонов; систему семявыводящих путей, которые обеспечивают транспорт спермиев; добавочные половые органы (семенные пузырьки, предстательная железа, бульбоуретральные железы), которые вырабатывают секрет для транспорта и дозревания сперматозоидов; половой член, с помощью которого сперматозоиды вводятся в женские половые пути. Семенник Снаружи большая часть семенника покрыта серозной оболочкой — брюшиной, под которой располагается плотная соединительнотканная (белочная) оболочка. От нее в глубь органа отходят прослойки соединительной ткани, разделяющие семенник на дольки (рис. 28.3). В каждой дольке находится 1—4 извитых семенных канальца, длина которых составляет 300—400 м в каждом семеннике. Пространство между извитыми канальцами заполнено рыхлой волокнистой соединительной тканью (стромой), в которой 542 Часть V. Частная гистология 2 5 1 6 7 4 3 Рис. 28.3. Схема строения семенника [13]: 1 — соединительнотканные септы; 2 — извитые семенные канальцы; 3 — прямые канальцы; 4 — сеть семенника; 5 — выносящие канальцы; 6 — проток придатка; 7 — семявыносящий проток располагаются сосуды, нервные окончания и интерстициальные клетки Лейдига, вырабатывающие мужские половые гормоны — андрогены. На заднем крае семенника белочная оболочка утолщается и формируется средостение. Приближаясь к средостению, канальцы становятся прямыми, а в толще средостения сливаются и формируют сеть семенника. Из этой сети выходит 10–12 выносящих канальцев, впадающих в проток придатка. Образование половых клеток происходит в извитых семенных канальцах, прямые канальцы не участвуют в сперматогенезе и являются начальным отделом семявыносящих путей. Извитой семенной каналец (рис. 28.4) имеет форму трубочки диаметром 150–250 мкм и длиной 70–80 см. Общая протяженность их в каждом семеннике 300–400 м. Собственная оболочка канальца состоит из следующих структур (снаружи внутрь): наружного волокнистого слоя, содержащего фибробластоподобные клетки; 28. Половая система 543 наружной базальной мембраны (миоидных клеток); миоидных клеток; внутреннего волокнистого неклеточного слоя; внутренней базальной мембраны (сперматогенного эпителия). На внутренней базальной мембране располагаются сперматогенные клетки и поддерживающие клетки Сертоли (сустентоциты). Слой сперматогенных клеток включает в себя гаметы, находящиеся на разных стадиях сперматогенеза. Начинается сперматогенез со стадии размножения сперматогоний (см. рис. 28.2), которые занимают наиболее периферическое положение в сперматогенном эпителии. Среди сперматогоний выделяют клетки трех типов: клетки типа А темные — резервные, истинные стволовые клетки, имеют длительный клеточный цикл, редко вступают в митоз; слоя а б 10 4 4 6 3 7 2 11 2 3 6 5 1а 8 3 1 5 6б 6а 6 1в 7 12 1б 10 8 9 Рис. 28.4. Схема строения извитого семенного канальца [53]: а — поперечный срез; б — сектор канальца; 1 — сперматогонии: 1а — сперматогонии А темные; 1б — сперматогонии А светлые; 1в — сперматогонии В; 2 — сперматоциты 1-го порядка; 3 — сперматоциты 2-го порядка; 4 — сперматиды; 5 — сперматозоиды; 6 — клетки Сертоли: 6а — латеральные отростки; 6б — апикальные отростки; 7 — базальная мембрана канальца; 8 — капилляр; 9 — базальная мембрана капилляра; 10 — клетки Лейдига; 11 — просвет канальца; 12 — стенка канальца; → гематотестикулярный барьер 544 Часть V. Частная гистология клетки типа А светлые — полустволовые клетки, находящиеся в непрерывно следующих друг за другом клеточных циклах. В результате деления такой клетки формируются либо две клетки типа В, либо одна В и одна А светлая клетки; клетки типа В. При делении этой клетки не происходит полного цитокинеза, и дочерние клетки остаются связанными друг с другом при помощи цитоплазматических мостиков. Образуется клеточная ассоциация — синцитий. В дальнейшем дифференцирующиеся клетки остаются связанными друг с другом и в составе синцитиального клона перемещаются от базального слоя извитого семенного канальца к его просвету. В стадии роста сперматогонии перестают делиться и превращаются в первичные сперматоциты. Первичный сперматоцит вступает в первое деление мейоза. В это время в ядрах сперматоцитов происходит конъюгация хромосом, а затем — кроссинговер, увеличивается синтез рРНК, клетка увеличивается в размерах примерно в 4 раза, так как начинается активный белковый синтез: в частности синтезируются проакрозин (предшественник акросомного фермента) и тубулин. Первичные сперматоциты перемещаются ближе к просвету канальца, оставляя сперматогонии на периферии. В стадии созревания завершается первое деление мейоза, и из одного первичного сперматоцита формируются два вторичных сперматоцита. В завершающих стадиях мейоза распределение материнских и отцовских хромосом происходит случайным образом, что наряду с кроссинговером обеспечивает генетическую индивидуальность организмов. Вторичные сперматоциты вступают в очень короткую интерфазу (8 часов), после чего происходит второе деление мейоза, в результате которого образуются гаплоидные клетки — сперматиды. Каждая сперматида вчетверо меньше первичного сперматоцита. Из одной сперматогонии в итоге образуются 4 сперматиды. Завершающая стадия сперматогенеза — стадия формирования. На этой стадии сперматиды превращаются в сперматозоиды, цитоплазматические мостики между клетками синцитиального клона разрываются, и сперматозоиды перестают быть связанными друг с другом. В это же время завершается активный синтез белков— ферментов акросомы и цитоскелетных белков, происходит форми- 28. Половая система 545 рование специфических антигенов сперматозоида, отмечаются наиболее заметные морфологические изменения клетки: аппарат Гольджи прижимается к ядру и формирует везикулы. Сливаясь, они формируют акросомальную везикулу, которая примыкает к ядерной оболочке, приобретает форму шапочки и охватывает ядро у переднего полюса; формируются две центриоли, одна из которых (проксимальная) смещается на противоположный от акросомы полюс ядра, а другая (дистальная) отодвигается в связующую часть, от дистальной центриоли отрастает жгутик; изменяются расположение и форма митохондрий: митохондрии перемещаются в околоядерную область, удлиняются и располагаются в виде спирали в проксимальном отделе жгутика; ядро сильно удлиняется, приобретает вытянутую форму, хроматин конденсируется и становится синтетически инертным; общий объем ядра уменьшается; практически вся цитоплазма с остатками органелл отторгается (резидуальное тельце) и фагоцитируется сустентоцитами. Сперматогенез начинается в возрасте 7 лет, когда в извитых канальцах формируется просвет, и сперматогонии начинают делиться. Появление первичных сперматоцитов (стадия роста) отмечается после 8–9 лет. После 9–10 лет появляются вторичные сперматоциты (стадия созревания). После 10–12 лет в просвете извитых семенных канальцев определяются сперматиды и сперматозоиды (стадия формирования). Таким образом, начало сперматогенеза приходится на предпубертатный период, а окончание подвержено сильным индивидуальным колебаниям и может продолжаться до 70 лет. Процесс сперматогенеза длится около 75 сут., протекает на протяжении извитого семенного канальца постоянно и волно образно, поэтому на каждом участке канальца имеется набор сперматогенных клеток, соответствующий определенной стадии. Кроме сперматогенных клеток на внутренней базальной мембране располагаются поддерживающие клетки Сертоли. Сустентоциты имеют пирамидальную форму, их вершины доходят до просвета извитого семенного канальца (см. рис. 28.4). Ядра клеток светлые, неправильной формы. В цитоплазме представлены все органеллы, хорошо развит комплекс Гольджи и агранулярная ЭПС. 546 Часть V. Частная гистология Клетки Сертоли выполняют следующие функции: трофическую�� — секреция лактата и�� пирувата, трансцеллюлярный транспорт питательных веществ для гамет из кровеносных сосудов, находящихся за пределами канальцев; фагоцитарную�� — разрушение аномальных и�� погибших половых клеток и�� остатков цитоплазмы формирующихся сперматозоидов; синтетическую и секреторную. Сустентоциты образуют и выделяют: •• жидкую составляющую полости канальца; •• андрогенсвязывающий белок (АСБ), который связывает тестостерон и переводит его в полость канальца, тем самым создавая там высокие концентрации тестостерона, необходимые для нормального течения фазы формирования. АСБ из извитых семенных канальцев поступает в придаток яичка, где влияет на дозревание сперматозоидов; •• ингибин и активин, которые подавляют или усиливают соответственно пролиферацию сперматогоний; •• эстрогены, образующиеся путем ароматизации тестостерона; защитную�� — формирование микроокружения и�� гематотестикулярного барьера, необходимых для нормального развития половых клеток. Клетки Сертоли формируют характерные латеральные и апикальные цитоплазматические отростки с глубокими карманами между ними, в которых располагаются половые клетки на разных стадиях сперматогенеза. Апикальные цитоплазматические отростки формируют особые контакты со сперматидами, обеспечивая, очевидно, протекание фазы формирования. Латеральные отростки соседних клеток связаны между собой плотными контактами, благодаря чему в семенном канальце формируются два отдела: наружный (базальный) и внутренний (адлюминальный). Между внутренней базальной мембраной извитого семенного канальца и латеральными отростками располагаются сперматогонии и прелептотенные сперматоциты (базальный слой сперматогенных клеток), а выше этих отростков находятся клетки последующих генераций (адлюминальный слой сперматогенных 28. Половая система 547 клеток). Клетки Сертоли регулируют передвижение половых клеток от базальной мембраны канальца к его просвету. Так, на стадии прелептотены происходит перемещение синцитиальной группы сперматоцитов из базального пространства в адлюминальное следующим образом: сначала латеральные отростки соседних сустентоцитов размыкают часть плотного контакта, захватывают синцитиальный клон прелептотенных сперматоцитов, отделяя их от базальной мембраны, и вновь замыкают контакт с базальной стороны. При этом синцитиальный клон сперматоцитов оказывается заключенным внутри области межклеточного контакта соседних клеток Сертоли. Затем контакт размыкается со стороны адлюминального пространства, клетки переходят туда, после чего контакт вновь замыкается. Базальный слой содержит сперматогонии и прелептотенные сперматоциты, которые генетически идентичны клеткам организма и легче обмениваются веществами с компонентами соединительной ткани стромы яичка. Адлюминальный слой содержит прелептотенные сперматоциты I порядка, сперматоциты II порядка, сперматиды и сперматозоиды, которые в процессе мейоза становятся отличными от других клеток организма, поэтому воспринимаются как антигены. В норме по отношению к аутоантигенам адлюминального слоя аутоиммунная реакция не развивается, потому что адлюминальный слой извитого семенного канальца изолирован от остального организма гематотестикулярным барьером, который состоит : а) из латеральных отростков поддерживающих клеток Сер толи; б) стенки извитого семенного канальца с тремя базальными мембранами; в) стенки кровеносного капилляра (эндотелий с базальной мембраной), который располагается в строме между канальцами (см. рис. 28.4, б). Барьер обеспечивает гомеостаз — постоянство внутриканальцевой среды в семенных канальцах за счет избирательной проницаемости для веществ и недоступности ее для лимфоцитов. В соединительной ткани между канальцами расположены кровеносные капилляры, нервные окончания, а также интерстициальные клетки Лейдига (см. рис. 28.4, а). Они обнаруживаются 548 Часть V. Частная гистология у новорожденных мальчиков, но затем исчезают. При половом созревании они вновь образуются в большом количестве (12–15 % объема семенника). Клетки имеют округлую форму с большим ядром и оксифильной цитоплазмой, в которой много митохондрий, агранулярной ЭПС, лизосом и липидных включений. Они синтезируют стероидный мужской половой гормон тестостерон. Тестостерон оказывает влияние на половую дифференцировку и половое созревание организма, нормальный ход сперматогенеза, обладает анаболическим действием, т.е. стимулирует синтез белка в организме. В клетках Лейдига и некоторых других органов (простаты, семенных пузырьков) из тестостерона образуется дигидротестостерон, который необходим для дифференцировки наружных половых органов и также вызывает анаболический эффект. Кроме половых гормонов клетки Лейдига вырабатывают нейропептиды, которые оказывают и аутокринное, и паракринное действие на клетки Сертоли и сперматогенные клетки; окситоцин, влияющий на сократительную способность миоидных клеток; интерлейкин-1, который может действовать как фактор роста для сперматогоний, и другие вещества. Регуляция функций семенника Семенник выполняет репродуктивную и эндокринную функции, которые регулируются гипоталамо-гипофизарной системой. Так, гонадолиберин гипоталамуса активирует синтез и секрецию гонадотропных гормонов гипофиза — фолликулостимулирующего (ФСГ) и лютеинизирующего (ЛГ) гормонов. ФСГ регулирует главным образом репродуктивную функцию, его клеткамимишенями являются сустентоциты. ЛГ в основном оказывает влияние на эндокринную функцию, его клетками-мишенями являются клетки Лейдига. ФСГ регулирует выполнение всех функций сустентоцитов, но главным образом секреторную. ФСГ активирует в клетках Сертоли синтез и секрецию АСБ, поэтому основным эффектом ФСГ является стимуляция сперматогенеза. Кроме того, под влиянием ФСГ в поддерживающих клетках секретируется ингибин, активин, эстрогены, множество транспортных белков, эндо- и паракринных 28. Половая система 549 факторов. Некоторые из этих веществ обеспечивают связь с центрами регуляции: ингибин блокирует секрецию ФСГ (отрицательная обратная связь), а активин усиливает его выработку (положительная обратная связь). Эстрогены связываются с рецепторами на клетках Лейдига и подавляют синтез тестостерона. ЛГ стимулирует в клетках Лейдига выработку тестостерона и эстрогенов, которые по принципу отрицательной обратной связи подавляют выработку ЛГ, снижая чувствительность гонадотропоцитов к гонадолиберину. Семявыносящие пути Семявыносящие пути (канальцы и протоки) составляют систему канальцев семенника и его придатка, по которым сперма продвигается в мочеиспускательный канал (см. рис. 28.3). Они начинаются прямыми канальцами семенника, впадающими в сеть семенника, располагающуюся в средостении. От этой сети отходят 12–15 выносящих канальцев, которые соединяются в области головки придатка с протоком придатка. Проток формирует тело придатка и переходит в семявыносящий проток; ниже места соединения семявыносящего протока и семенных пузырьков начинается семявыбрасывающий проток. Он проходит через предстательную железу и открывается в мочеиспускательный канал. Стенка семявыносящих путей построена из слизистой, мышечной и адвентициальной оболочек. Но в связи с тем что часть этих канальцев находится в составе гонад (прямые канальцы, канальцы сети и частично выносящие канальцы), а проток придатка располагается в придатке яичка, семявыбрасывающий проток — в предстательной железе, они не имеют четко выраженных наружных оболочек. Лишь семявыносящий проток является самостоятельным органом и имеет все три оболочки. Слизистая оболочка представлена однослойным эпителием и тонкой пластинкой подлежащей соединительной ткани. Однослойный эпителий может быть одно- или двухрядным и представлен: в прямых канальцах — клетками призматической формы; канальцах сети семенника — кубическими и плоскими клетками; 550 Часть V. Частная гистология выносящих канальцах — реснитчатыми, кубическими и немногочисленными базальными клетками, т.е. эпителий становится двухрядным. Биение ресничек способствует движению спермиев и жидкости по направлению к протоку придатка, а кубические клетки способны осуществлять секрецию и абсорбцию жидкого содержимого из просвета канальцев. Базальные клетки являются камбиальным пулом; протоке придатка — призматическими клетками со стереоцилиями и вставочными (камбиальными) клетками. Призматические клетки способны реабсорбировать жидкость и захватывать путем эндоцитоза мелкие структуры из просвета. Они также секретируют продукты, которые модифицируют мембрану сперматозоидов. В протоке придатка в области хвоста сперматозоиды в течение 10–15 сут. накапливаются и дозревают: благодаря секрету эпителия протока придатка мембрана сперматозоидов покрывается гликокаликсом и стабилизируется, клетки приобретают способность к активному перемещению и оплодотворению овоцита; семявыносящем протоке — призматическими клетками со стереоцилиями и вставочными (камбиальными) клетками; семявыбрасывающем протоке — призматическими клетками, обладающими секреторной активностью, и мелкими базальными клетками в проксимальной части. В дистальной части эпителий становится многослойным переходным. Мышечная оболочка, состоящая из трех слоев гладкомышечных клеток, представлена только в семявыносящем протоке. В семявыбрасывающем протоке собственная мышечная оболочка отсутствует. В других семявыносящих путях вместо структурированной оболочки находятся: единичные гладкие миоциты — в прямых канальцах и канальцах сети; тонкий слой циркулярно ориентированных гладких миоцитов — в выносящих канальцах и протоке придатка. Лишь в ди стальной части протока появляются отдельные продольно или косо ориентированные миоциты. Сокращение мышечной оболочки обеспечивает продвижение неподвижных спермиев по семявыносящим путям. 28. Половая система 551 Адвентициальная оболочка покрывает снаружи семявыносящий проток. В других структурах наружная соединительнотканная прослойка является частью стромы органов, содержащих семявыносящие пути. Добавочные железы К добавочным железам относятся семенные пузырьки, предстательная железа, бульбоуретральные железы. Их функция заключается в выделении секрета, который формирует среду для транспорта и дозревания сперматозоидов. Семенные пузырьки — парные железистые органы, которые вырабатывают слизистый секрет, разжижающий сперму. Стенка пузырьков имеет три оболочки: слизистую, мышечную и адвентициальную. Слизистая оболочка образует первичные, вторичные и третичные складки, выстлана однослойным двухрядным призматическим эпителием, в котором выделяются активно синтезирующие и базальные эпителиоциты. В ее собственной пластинке расположены концевые отделы слизистых желез. Мышечная оболочка состоит из внутреннего циркулярного и наружного продольного слоев, образованных гладкомышечными клетками. Адвентициальная оболочка состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани. Секрет семенных пузырьков имеет слабощелочную среду и защищает сперматозоиды в кислой среде уретры и влагалища, придает им подвижность. В нем содержатся белки, обеспечивающие сперме необходимую вязкость, ферменты, фруктоза (основное питательное вещество для спермиев), простагландины, влияющие на сократительную способность женских половых путей, соли аскорбиновой и лимонной кислот. Белковая часть секрета семенных пузырьков выполняет важную роль — подавляет экспрессию поверхностных аутоантигенов спермия, тем самым понижая иммуногенность половых клеток. Предстательная железа (простата) охватывает верхнюю часть мочеиспускательного канала. Железа покрыта соединитель- 552 Часть V. Частная гистология б а 2 1 3 4 6 3 5 4 1 2 Рис. 28.5. Схема строения предстательной железы (а)[53]: 1 — подслизистые железы (промежуточной зоны); 2 — слизистые железы (центральной зоны); 3 — главные железы (периферической зоны); 4 — просвет уретры; 5 — многослойный переходный эпителий уретры; 6 — выводные протоки; фрагмент периферической зоны предстательной железы (б) [36; 68]: 1 — эпителий секреторных отделов главных желез; 2 — гладкие миоциты; 3 — конкреции; 4 — соединительная ткань нотканной капсулой, от которой отходят перегородки, делящие орган на дольки (рис. 28.5). Паренхима органа состоит из секреторных отделов и выводных протоков, которые открываются в мочеиспускательный канал. Самые мелкие железы — слизистые — лежат вокруг мочеиспускательного канала в составе слизистой оболочки уретры, вторая группа желез — подслизистые — в виде кольца залегает в соединительной ткани подслизистой оболочки мочеиспускательного канала, а третья группа — главные железы — занимает всю остальную часть органа. Секреторные отделы альвеолярно-трубчатых желез образованы призматическими слизистыми клетками (главными), между основаниями которых лежат вставочные (камбиальные) и эндокринные клетки. Выводные протоки выстланы однослойным многорядным призматическим эпителием, перед впадением в уретру заметно расширяются. Строма железы мышечно-эластическая, образована рыхлой волокнистой соединительной тканью с большим количеством эластических волокон и пучками гладких мышечных клеток, которые вокруг уретры образуют внутренний сфинктер мочевого пузыря. Каждая долька и каждая железа окружены продольными и циркулярными слоями гладких мышечных клеток, которые при сокращении способствуют выбросу секрета. 28. Половая система 553 Секрет предстательной железы содержит иммуноглобулины, различной природы антимикробные соединения, иммуномодуляторы, фосфолипиды и холестерин, витамины, лимонную кислоту, цинк и магний, простагландины, а также ферменты, которые необходимы для разжижения эякулята. Кроме того, секрет простаты содержит также простасомы — мембранные секреторные пузырьки. В результате слияния с простасомами плазмолемма спермия приобретает новые белки, вследствие чего изменяются антигенные свойства гаметы, повышается резистентность к иммунному повреждению, снижается вероятность развития преждевременной акросомальной реакции, обеспечивается более длительная жизнедеятельность. В кислой влагалищной среде простасомы оказывают защитное действие, поддерживая жизнеспособность и подвижность спермиев. Строение и функция железы андрогензависимы, ее размеры активно увеличиваются с 15 до 20 лет, достигая полной дифференцировки к 30 годам. С возрастом (в 35–60 лет) некоторые железистые дольки начинают атрофироваться, а соединительная ткань разрастается и уплотняется. В просветах секреторных отделов скапливаются простатические конкреции (скопления уплотненного секрета). Их особенно много в старческом возрасте. Бульбоуретральные железы расположены по краям луковицы уретры. Являются сложными трубчато-альвеолярными железами. Снаружи покрыты капсулой из плотной соединительной ткани, от которой отходят септы, делящие орган на дольки. В строме железы расположены циркулярно ориентированные пучки гладких миоцитов. Паренхима состоит из секреторных отделов, которые содержат призматический железистый эпителий. Секреторные эпителиоциты выделяют сиалопротеины и аминосахара. Их ядра темные, в цитоплазме выявляются гранулы муцина и оксифильные включения. Выводные протоки также выстланы секреторными эпителиоцитами призматической формы. Вокруг них имеются циркулярно ориентированные пучки миоцитов. Секрет бульбоуретральных и уретральных желез составляет незначительную часть спермы, участвует в увлажнении уретры, образует смазку ее внутренней выстилки перед эякуляцией, не влияя на функциональную активность сперматозоидов. 554 Часть V. Частная гистология Семенная жидкость (сперма) выделяется во время эякуляции в объеме 2–5 мл. Это вязкая жидкость со слабощелочной реакцией и специфическим запахом. В норме содержит 50–170 млн сперматозоидов в 1 мл, 50–70 % из которых должны обладать подвижностью. В ее состав входят секрет добавочных желез (секрет семенных пузырьков составляет 60–70 % объема эякулята, простаты — 20–30 %) и клетки, выстилающие семявыводящие пути. Имеются данные, что за последние 50 лет объем эякулята у здоровых мужчин существенно уменьшился, а средняя концентрация сперматозоидов снизилась вдвое. Это объясняется действием вредных экологических факторов. Половой член Половой член является копулятивным органом, с помощью которого сперма вводится в женские половые пути. Он состоит из трех удлиненных кавернозных (пещеристых) тел: верхних парных и нижнего непарного. В середине нижнего пещеристого тела проходит уретра, по которой выводится сперма. Расширенная нижняя часть нижнего пещеристого тела образует головку полового члена, основа которой состоит из плотной волокнистой соединительной ткани. В ней расположены большое количество нервных окончаний и сеть анастомозирующих вен мышечного типа, наполняющихся кровью во время эрекции. Снаружи головка покрыта тонкой кожей, в которой находятся сальные железы. Снаружи пещеристые тела полового члена окружены толстой белочной оболочкой, образованной плотной волокнистой соединительной тканью с большим количеством гладких миоцитов в форме пучков и эластических волокон. Под белочной оболочкой находятся трабекулы и кавернозные синусы. Тр а б е к у л ы ( с е п т ы ) сформированы плотной волокнистой соединительной тканью, содержащей фибробласты, фиброциты, пучки гладких миоцитов, коллагеновые и эластические волокна. Здесь локализуются в большом количестве завитые артерии, кровеносные капилляры и анастомозы. К а в е р н о з н ы е с и н у с ы расположены между трабекулами и выстланы изнутри эндотелием. В состоянии покоя синусы почти не содержат кровь и имеют щелевидный просвет. 28. Половая система 555 При эрекции они резко расширяются и увеличиваются в объеме за счет переполнившей их крови. Эрекция обусловлена влиянием парасимпатического отдела вегетативной нервной системы крестцового отдела спинного мозга, при котором завитые артерии трабекул пещеристых тел расширяются и выпрямляются, обеспечивая очень быстрое поступление крови в кавернозные синусы. При этом кровеносные капилляры и анастомозы трабекул спазмируются, и отток крови из пещеристых тел затрудняется. Способность пещеристых тел быстро увеличиваться в размерах и приобретать при этом ригидность обеспечивает эрекцию полового члена. После эякуляции усиливается влияние симпатического отдела нервной системы, уменьшается приток крови в пещеристые тела, и половой член возвращается в состояние покоя. Женская половая система Женская половая система включает: парные женские половые железы (яичники), в которых образуются женские половые клетки и происходит синтез половых гормонов; вспомогательные половые органы (маточные трубы, матку и влагалище), которые обеспечивают транспорт половых клеток и внутриутробное развитие плода; молочные железы. Репродуктивная функция начинается с первым менструальным циклом в возрасте 9–14 лет, длится около 30–45 лет и в 45– 55 лет прекращается (менопауза). Яичник Яичник окружен белочной оболочкой, образованной плотной волокнистой соединительной тканью, покрытой однослойным кубическим эпителием (рис. 28.6). Под оболочкой лежит корковое вещество, в центре органа располагается мозговое вещество. Оболочка регулярно разрывается при овуляции, затем быстро регенерирует за счет пролиферации и миграции клеток, замещающих де- 556 Часть V. Частная гистология 5 6 7 4 8 9 10 3 11 2 12 1 Рис. 28.6. Яичник [62]: 1 — белочная оболочка; 2 — поверхностный эпителий; 3 — яйценосный бугорок; 4 — третичный фолликул; 5 — примордиальный фолликул; 6 — первичный фолликул; 7 — вторичный фолликул; 8 — фолликулярная жидкость; 9 — желтое тело; 10 — интерстиций; 11 — атретическое тело; 12 — кровеносные сосуды фект. Мозговое вещество представлено плотной волокнистой соединительной тканью, в которой находятся кровеносные сосуды и эндокринные (хилусные) клетки, вырабатывающие мужские половые гормоны — андрогены. Количество таких клеток увеличивается при беременности и в менопаузе. Корковое вещество образовано фолликулами различной степени зрелости, лежащими в рыхлой соединительнотканной строме (рис. 28.6). Примордиальный фолликул представляет собой первичный овоцит, окруженный одним слоем плоских фолликулярных клеток. Весь запас половых клеток находится в составе этих фолликулов. 28. Половая система 557 Первичные фолликулы крупнее примордиальных и содержат первичный овоцит, окруженный одним или несколькими слоями фолликулярных клеток кубической или цилиндрической формы. Рост фолликула сопровождается и ростом овоцита — возобновляется овогенез (см. рис. 28.2). Он начинается на 8-й неделе эмбриогенеза (стадия размножения) и к 7-му мес. блокируется на стадии диплотены мейоза I (стадия малого роста). С рождения и до менопаузы часть примордиальных фолликулов спонтанно начинает расти, и овоциты, входящие в их состав, переходят в стадию роста. До пубертатного периода все они подвергаются атрезии, а с наступлением полового созревания один из фолликулов в течение одного цикла завершает свое развитие (см. Циклические изменения в яичнике, их регуляция, на с. 560). Таким образом, после периода длительного покоя начинается стадия большого роста: размеры первичного овоцита увеличиваются благодаря накоплению вителлина и развитию органелл, но мейоз не завершается. Когда в фолликуле формируется двухслойный эпителий, происходит образование прозрачной (блестящей) оболочки овоцита. Эта оболочка состоит из густой сети тонких гликопротеиновых нитей и ZP-белков, которые связываются с интегральными белками плазмолеммы сперматозоида при оплодотворении. Кроме того, прозрачная оболочка выполняет ряд важнейших функций как по отношению к половой клетке, так и к концептусу, поскольку в составе оболочки оплодотворения она сохраняется до начала имплантации. Прозрачная оболочка достаточно прочна и вместе с тем эластична, проницаема для микромолекул и непроницаема для макромолекул, а значит, выполняет защитную и трофическую функции. Вторичные фолликулы крупнее первичных и содержат первичный овоцит в стадии большого роста, окруженный несколькими слоями фолликулярных клеток. Вместе с окружающими соединительнотканными клетками они продуцируют жидкость. Эта жидкость раздвигает фолликулярные клетки. При этом внутри фолликула формируются сливающиеся полости. Фолликулярная жидкость разделяет фолликулярные клетки на две группы: окружающие овоцит (лучистый венец) и выстилающие фолликул изнутри (зернистый слой). Снаружи вторичный фолликул окружен соеди- 558 Часть V. Частная гистология нительнотканной оболочкой — текой (theca). Внутренняя часть теки богато кровоснабжена и представлена рыхлой волокнистой соединительной тканью с большим количеством интерстициальных эндокринных клеток, наружная часть — плотной волокнистой соединительной тканью с миофибробластами. Рост фолликула сопровождается дальнейшим ростом первичного овоцита. Овоциты в составе вторичного фолликула отделены от крови гематоовариальным барьером, который состоит: а) из оболочек овоцита (плазмолемма, прозрачная оболочка, фолликулярные клетки лучистого венца); б) зернистого слоя фолликулярных клеток и их базальной мембраны; в) стенки кровеносного капилляра внутренней теки (эндотелий с базальной мембраной). Третичный (пузырчатый, предовуляторный) фолликул (Граафов пузырек) является самым крупным фолликулом до 1–2,5 см в диаметре. Стенка фолликула представлена: наружной и внутренней текой; базальной мембраной фолликулярного эпителия; зернистым слоем фолликулярного эпителия. Полость фолликула заполнена фолликулярной жидкостью. Первичный овоцит и его оболочки (прозрачная оболочка и 1–3 слоя фолликулярных клеток лучистого венца) образуют яйценосный бугорок. Он постепенно отходит от стенки в полость фолликула, отрывается и остается во взвешенном состоянии в фолликулярной жидкости. В период, предшествующий разрыву третичного фолликула, наступает последняя стадия овогенеза — созревание — завершается первое деление мейоза с образованием вторичного овоцита и небольшого редукционного тельца. Вторичный овоцит сохраняет такие же размеры, как и первичный, поскольку редукционное тельце получает незначительное количество цитоплазмы. По окончании первого деления вторичный овоцит сразу вступает во второе деление созревания, которое, однако, приостанавливается в метафазе. Второе деление созревания с образованием яйцеклетки и второго редукционного тельца завершится только при оплодотворении. Если же оно не наступает, то клетка подвергается дегенерации на стадии вторичного овоцита. 28. Половая система 559 Овуляция — разрыв третичного фолликула и выход в брюшную полость вторичного овоцита с его оболочками. Накануне овуляции фолликулярные клетки и клетки теки активно продуцируют вещества (простагландины, лейкотриены, цитокины, тромбоцитактивирующий фактор, кинины, коллагеназы и др.), ответственные за увеличение кровоснабжения фолликула, пропотевание жидкости внутрь фолликула, увеличение внутрифолликулярного давления, истончение и разрыв стенки фолликула. Этому способствуют также мигрирующие сюда под влиянием хемотаксиса тучные клетки, а также миофибробласты, сокращение которых необходимо и для овуляции, и для последующего спадения разорвавшегося фолликула. Таким образом, в корковом веществе яичника располагаются фолликулы различной степени зрелости, содержащие овоциты на разных стадиях овогенеза. Овогенез в отличие от сперматогенеза начинается с 8-й недели эмбриогенеза (стадия размножения овогоний) и приостанавливается в конце пренатального развития (стадия малого роста первичного овоцита). С началом полового созревания рост первичного овоцита возобновляется (стадия большого роста), и циклически, примерно один раз в месяц, происходит созревание одного (реже 2–3) вторичного овоцита (стадия созревания). Овогенез заканчивается с наступлением менопаузы в 50–55 лет. Продолжительность генеза одного овоцита составляет около 80 дней, поскольку активация роста первичного овоцита происходит за несколько месяцев до начала того цикла, во время которого завершится его созревание. В отличие от сперматогенеза в овогенезе 3 стадии (отсутствует стадия формирования). Из одной овогонии образуется одна яйцеклетка, поскольку при овогенезе важно сохранить в клетке запас питательных веществ, в то время как при сперматогенезе — увеличить количество мобильных клеток. Кроме фолликулов разной степени зрелости в корковом веществе яичника располагаются атретические, желтые и белые тела. Фолликулы любой степени зрелости могут подвергаться разрушению — атрезии. При атрезии примордиальных и первичных фолликулов сначала погибает овоцит, фолликулярные клетки формируют микрокисту, которая затем бесследно исчезает. При 560 Часть V. Частная гистология атрезии более крупных фолликулов сначала разрушаются эпителиоциты, а затем овоцит. Формируется атретическое тело, в составе которого обнаруживаются остатки прозрачной оболочки и фолликулярных клеток. Атрезия фолликулов отмечается на протяжении всей жизни. Пики атрезий наблюдаются перед рождением девочки, в первый год жизни, перед половым созреванием. В это время атретические тела гормонально активны, являются источником эстрогенов и влияют на становление женского фенотипа и дифференцировку половой системы. В репродуктивном периоде атрезия является морфологическим проявлением селекции половых клеток. В преи менопаузу также наблюдается пик атрезии из-за нарушений гормональной регуляции. Циклические изменения в яичнике, их регуляция Яичник выполняет репродуктивную и эндокринную функции, которые регулируются гипоталамо-гипофизарной системой. Так, гонадолиберин гипоталамуса активирует синтез и секрецию гонадотропных гормонов гипофиза — фолликулостимулирующего (ФСГ) и лютеинизирующего (ЛГ). ФСГ регулирует главным образом репродуктивную функцию, его клетками-мишенями являются фолликулярные клетки. ЛГ в основном оказывает влияние на эндокринную функцию, его клетками-мишенями являются клетки теки и желтого тела. В женском организме в периоде половой зрелости выделение гормонов гипофиза носит циклический характер, что приводит к циклическим изменениям органов половой системы. Эти изменения получили название полового или овариально-менстру ального цикла, продолжительность которого составляет примерно 28 дней (рис. 28.7). В овариальном цикле выделяют две фазы: фолликулярную, связанную с влиянием ФСГ, и лютеиновую, связанную с влиянием ЛГ. Продолжительность фолликулярной фазы составляет примерно 14 дней, в течение которых происходит рост фолликулов от первичного до третичного. Фолликулярные эпителиоциты при- 28. Половая система 561 Гипоталамус РФФСГ РФЛГ Аденогипофиз ФСГ ЛГ Овариальный цикл Первичный фолликул Вторичный Граафов фолликул пузырек Овуляция Изменение эндометрия Желтое тело Белое тело Прогестерон и эстрогены Эстрогены Функцио нальный слой эндо метрия Базальный Менст Постменстру слой эндометрия руация альная фаза 1 Миометрий рис 28.7 3 5 7 Предменстру альная фаза Менст руация 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 281 День менструального цикла Рис. 28.7. Схема регуляции овариально-менструального цикла [10] мордиальных фолликулов не имеют рецепторов к ФСГ и превращаются в первичные спонтанно, хаотически. ФСГ связывается рецепторами фолликулоцитов первичного фолликула, что приводит: к активной пролиферации этих клеток и росту фолликула; секреции жидкости и формированию полости фолликула; синтезу эстрогенов, необходимых для роста овоцита, секреции их в полость фолликула и в кровь. Таким образом, под влиянием ФСГ происходит рост фолликула и синтез фолликулоцитами эстрогенов. Увеличение в крови эстрогенов усиливает секрецию ЛГ. Под действием ЛГ клетки теки секретируют андрогены, которые в фолликулярных клетках конвертируются в эстрогены, их концентрация в крови становится еще больше. По принципу отрицательной обратной связи высокий 562 Часть V. Частная гистология уровень эстрогенов подавляет секрецию ФСГ, поэтому новые фолликулы не растут. Эстрогены отвечают за развитие вторичных половых признаков и влияют на слизистую оболочку: матки, обеспечивая фазу пролиферации; маточных труб; влагалища. Событием, разграничивающим две фазы овариального цикла, является овуляция, которая происходит под действием ЛГ (высокий уровень эстрогенов приводит к подъему ЛГ). Под влиянием ЛГ фолликулярные клетки зернистого слоя начинают синтезировать простагландины, протеолитические ферменты и другие вещества, способствующие разрыву фолликула. После овуляции начинается вторая лютеиновая фаза. Продолжительность ее составляет примерно 14 дней, в течение которых происходит формирование желтого тела на месте лопнувшего фолликула. На текоциты и фолликулярные клетки зернистого слоя влияет ЛГ, обеспечивая их превращение в лютеиновые клетки и синтез ими прогестерона. Начало функционирования желтого тела обеспечивается также гормоном пролактином гипофиза. В развитии желтого тела различают четыре стадии. В стадии пролиферации и васкуляризации базальная мембрана, разграничивающая клетки теки и фолликулярные клетки зернистого слоя (гранулезы), исчезает. Кровеносные сосуды и клетки внутренней теки прорастают в толщу фолликулярного эпителия. Просвет лопнувшего фолликула заполняется пролиферирующими фолликулоцитами и текоцитами. В стадии железистого метаморфоза под влиянием ЛГ текалютеиновые и гранулезолютеиновые клетки увеличиваются в размерах, накапливают органеллы синтеза, а также желтый пигмент из группы липохромов. Объем желтого тела быстро увеличивается (размер менструального желтого тела достигает 1,5–2 см) (см. рис. 28.6). В стадии расцвета клетки желтого тела синтезируют прогестерон, эстроген, небольшое количество андрогена, окситоцина, ингибина, при наступлении беременности — релаксин. Прогестерон, эстроген, ингибин подавляют секрецию ФСГ по принципу отрицательной обратной связи, что препятствует росту новой группы фолликулов. Повышение уровня прогестерона приводит и к сни- 28. Половая система 563 жению концентрации ЛГ. Продолжительность этой фазы зависит от наступления беременности. Если беременность не наступает, уровень прогестерона постепенно снижается, что связано с отсутствием стимуляции желтого тела ЛГ. Через 12–14 дней после овуляции наступает стадия обратного развития: железистые клетки атрофируются, формируется соединительнотканный рубец — белое тело. При наступлении беременности регрессия желтого тела не происходит благодаря хорионическому гонадотропину (ХГТ), который по химической природе схож с ЛГ и конкурирует с ним за рецепторы на поверхности лютеоцитов. ХГТ появляется в крови беременной женщины со 2–6-х суток после имплантации. В первые 6–8 недель беременности желтое тело является главным источником прогестерона. Желтое тело беременности активно функционирует в течение первой половины беременности, достигая 5 см в диаметре, позднее начинается его инволюция. Прогестерон, который вырабатывается желтым телом, влияет на эндометрий (обеспечивает секреторную фазу и сохранение беременности) и миометрий. Маточные трубы (яйцеводы) Маточные трубы (яйцеводы) — парные органы, связывающие брюшную полость и матку. В маточной трубе происходит оплодотворение, по ней к дистальному отделу перемещаются сперматозоиды, а обратно в полость матки транспортируются овоцит после овуляции, зигота, бластула. Стенка яйцевода имеет три оболочки: слизистую, мышечную и серозную. Слизистая образует многочисленные разветвленные продольные складки, выстлана однослойным призматическим эпителием. Эпителий включает в себя реснитчатые и железистые клетки, секретирующие слизь и вещества, необходимые для питания яйцеклетки и капацитации спермиев. Их активность усиливается в лютеиновой фазе. Собственная пластинка слизистой оболочки образована рыхлой волокнистой соединительной тканью, содержащей фибробласты, лейкоциты и макрофаги с большим количеством включений гликогена (децидуальные клетки). 564 Часть V. Частная гистология Мышечная оболочка состоит из внутреннего циркулярного и наружного продольного слоев. Снаружи яйцеводы окружены серозной оболочкой. Функционирование маточных труб зависит от уровня эстрогенов. Накануне овуляции при максимальном уровне эстрогенов наблюдается усиленное формирование ресничек на эпителиоцитах фимбрий, а их биение создает ток жидкости, способствующий перемещению овоцита с поверхности яичника в маточную трубу. По маточной трубе овоцит, а впоследствии и концептус, перемещаются по току жидкости, который создается благодаря биению ресничек эпителиоцитов и сокращению мышечной оболочки трубы. Усиленное формирование ресничек эпителиоцитов, активность секреторных клеток, количество и состав секрета половых путей, сократительная активность мышечной оболочки зависят от уровня эстрогенов и оптимальны в период овуляции, что создает благоприятные условия для транспорта сперматозоидов, овоцита, а затем и концептуса. Матка Матка — полый мышечный орган, в котором происходит развитие плода. В ее расширенную верхнюю часть (тело) открываются маточные трубы, а нижняя суженная часть соединяется с влагалищем. Стенка матки состоит из трех оболочек: слизистой (эндометрий), мышечной (миометрий), серозной (периметрий). Эндометрий выстлан однослойным призматическим эпителием, образующим впячивания в подлежащую соединительную ткань — маточные железы (крипты). Это простые трубчатые железы, вырабатывающие слизистый секрет. Собственная пластинка слизистой оболочки образована рыхлой волокнистой соединительной тканью. В эндометрии различают базальный и функциональный слои (рис. 28.8). Функциональный слой разрушается в течение каждого менструального цикла. Он состоит из поверхностного компактного и подлежащего губчатого слоев, содержит большое количество простых трубчатых желез и параллельно идущие им спиральные артерии. Толщина и строение функционального слоя зависят от фазы менструального цикла. 28. Половая система а 565 б1 1 2 2 3 3 4 Рис. 28.8. Строение эндометрия [45]: а — восстановление эпителиального покрова эндометрия и пролиферация маточных желез (фаза пролиферации); б — гипертрофия эндометрия, начало активной секреции маточных желез (фаза секреции): 1 — покровный эпителий; 2 — маточные железы; 3 — сосуды; 4 — миометрий Базальный слой располагается на границе с миометрием, не подвергается десквамации в процессе менструации, содержит донные части маточных желез и за счет эпителия желез и соединительной ткани восстанавливает функциональный слой в течение постменструальной фазы. Циклическая деятельность в матке проявляется в форме менструального цикла, который длится в среднем 28 дней и зависит от овариального цикла (см. рис. 28.7). Включает три фазы: 1. Менструальная фаза (маточное кровотечение) длится 1–4 дня, характеризуется отторжением функционального слоя эндометрия. 2. Постменструальная фаза (5–14-й дни цикла) обеспечивается эстрогенами, которые секретируются в это время растущими фолликулами яичника. В постменструальную (пролиферативную) фазу в эндометрии происходит активное митотическое деление клеток базального слоя: эпителия донных частей маточных желез и соединительнотканной стромы. Эпителий и строма функционального слоя регенерируют, формируются структурно оформленные, но неактивные железы; в позднюю пролиферативную фазу 566 Часть V. Частная гистология эпителиальные клетки аккумулируют гликоген в базальных отделах цитоплазмы, эндометрий утолщается, спиральные артерии удлиняются, но остаются малоизвитыми (см. рис. 28.8). 3. Предменструальная фаза (14–28-й дни цикла) обеспечивается прогестероном, который синтезируется в это время желтым телом яичника. В предменструальную (секреторную) фазу маточные железы становятся извитыми, эпителиальные клетки аккумулируют гликоген в апикальной части и начинают секретировать продукт, богатый углеводами, строма становится отечной и утолщается до 5–6 мм, спиральные артерии удлиняются, образуют завитки, а фибробласты стромы (по другим литературным данным —макрофаги) превращаются в децидуальные клетки. Децидуальные клетки содержат значительное количество гликогена и липидных капель, участвуют в продукции пролактина и простагландинов. В течение предменструальной фазы децидуальной реакции подвергается весь функциональный слой эндометрия. Дальнейшее развитие эта реакция получает в месте имплантации. К концу менструального цикла (26–28-й день) секреция прогестерона прекращается, а синтез эстрогенов еще не возобновляется, поэтому концентрация гормонов яичника находится на нижней границе нормы. Низкий уровень овариальных гормонов ведет к спазму спиральных артерий, что нарушает питание функционального слоя и вызывает его некроз. Базальный слой питается из прямых артерий, которые не меняют свой диаметр при изменении уровня гормонов, поэтому его питание не нарушается. После разрушения стенки спиральных артерий кровь «вымывает» остатки функционального слоя — начинается менструация. Миометрий состоит из трех слоев гладких мышечных клеток: внутреннего косопродольного (подслизистого), среднего циркулярного, богатого сосудами (сосудистого), наружного косопродольного (надсосудистого), перекрещивающегося по отношению к мышечным пучкам внутреннего слоя. Между слоями миометрия расположены прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани с большим количеством эластических волокон. Строение и функционирование миометрия зависят от гормонального фона: дефицит эстрогенов приводит к атрофии миометрия, при беременности гладкомышечные клетки резко гипертрофируются и соответственно толщина миометрия увеличивается. 28. Половая система 567 Периметрий имеет типичное строение серозной оболочки (мезотелий с подлежащей соединительной тканью), покрывает большую часть поверхности матки, в тех участках, где она отсутствует, имеется адвентициальная оболочка. Вокруг шейки матки лежит скопление жировой клетчатки — параметрий. Слизистая оболочка шейки матки снаружи (со стороны влагалища) покрыта многослойным плоским эпителием, но канал шейки матки (цервикальный канал) выстлан призматическим эпителием, секретирующим слизь. Влагалище Стенка влагалища состоит из слизистой, мышечной и адвентициальной оболочек. Состояние многослойного плоского неороговевающего эпителия слизистой оболочки влагалища зависит от уровня овариальных гормонов в крови. Во время менструации в мазке, сделанном с поверхности влагалища, преобладают эритроциты и нейтрофилы, в начале постменструального периода появляются эпителиальные клетки с пикнотическими ядрами, к моменту овуляции их количество возрастает. Поэтому присутствие во влагалищном мазке большого количества клеток поверхностных слоев отражает высокое содержание эстрогенов. В предменструальной фазе цикла клеток с пикнотическими (сморщенными) ядрами становится меньше, но в мазке обнаруживаются клетки нижележащих слоев (базального и промежуточного). Собственная пластинка слизистой оболочки состоит из волокнистой соединительной ткани с большим количеством коллагеновых и эластических волокон и обширным венозным сплетением. Мышечная оболочка состоит из гладкомышечной ткани, образующей два слоя: внутренний циркурярный и наружный продольный, в нижних отделах влагалища имеются волокна поперечнополосатой мышечной ткани, расположенные циркулярно в виде сфинктера. Адвентициальная оболочка образована рыхлой волокнистой соединительной тканью, которая сливается с адвентицией прямой кишки и мочевого пузыря. 568 Часть V. Частная гистология Молочные железы Молочные железы являются частью репродуктивной системы, их строение и функция зависят от гормонального фона женского организма. Молочные железы представляют собой видоизмененные кожные потовые железы и развиваются путем врастания в подлежащую мезенхиму эпителиальных тяжей эктодермы. Молочная железа — сложная разветвленная альвеолярная, секретирует белковый секрет по макроапокриновому типу. До пубертатного возраста молочные железы представлены короткими эпителиальными тяжами, разделенными соединительной тканью и жировыми клетками. В период полового созревания эпителиальные тяжи растут и ветвятся, происходит разрастание соединительной и жировой тканей. Молочная железа половозрелой женщины состоит из 15–20 долей, разделенных прослойками плотной волокнистой соединительной и жировой тканей. Внутри долей находятся дольки, разделенные жировой тканью. Концевые отделы развиты слабо и носят название терминальных почек. Внутридольковые выводные протоки собираются в междольковые, затем в междолевые, которые переходят в млечные синусы. Млечные синусы, сужаясь, образуют млечные протоки, открывающиеся на поверхности соска. При беременности под действием эстрогенов, прогестерона, плацентарного лактогена происходит разрастание эпителиальной ткани: формирование концевых отделов — альвеол, удлинение и ветвление протоков. К концу беременности пролиферация эпителиальных клеток заканчивается, и лактоциты начинают продуцировать молозиво и накапливать его в просвете альвеол. Через 2–3 сут. после рождения молозиво замещается молоком. Альвеолы лактирующей железы выстланы однослойным эпителием (лактоцитами). Высота лактоцитов зависит от количества секрета, который накапливается в просвете альвеолы: чем больше секрета, тем ниже клетки. По периферии от лактоцитов располагаются миоэпителиальные клетки. Выводные млечные протоки (от внутридольковых до синусов) выстланы однослойным кубическим или призматическим эпите- 28. Половая система 569 лием и миоэпителиальными клетками. Млечные синусы выстланы многослойным плоским эпителием. После прекращения лактации лактоциты разрушаются и утилизируются макрофагами. Альвеолы уплощаются, количество их уменьшается. Система выводных протоков не подвергается регрессии. Деятельность молочной железы регулируется многими гормонами. В пубертатный период маммогенез регулируется эстрогенами (рост выводных протоков) и прогестероном (образование альвеол). Для развития молочной железы в период лактации необходимы пролактин, гормон роста, АКТГ, кортикостероиды, инсулин, тироксин, паратгормон. Процесс образования молока контролируется главным образом лактотропным и соматотропным гормонами гипофиза и тироксином. Сосание молока стимулирует продукцию гипоталамусом соответствующих рилизингфакторов и окситоцина. Последний вызывает сокращение миоэпителиоцитов, а значит, выделение секрета. Литература 1. Алмазов, И.В. Атлас по гистологии и эмбриологии / И.В. Алмазов, Л.С. Сутулов. М.: Медицина, 1978. 515 с. 2. Ангиогенез. Образование, рост, развитие кровеносных сосудов / В.В. Куприянов [и др.]. М.: Квартет, 1993. 170 с. 3. Андреева, Н.Г. Структурно-функциональная организация нервной системы: учеб. пособие / Н.Г. Андреева. СПб.: Изд-во С-Петерб. ун-та, 2003. 360 с. 4. Антипчук, Ю.П. Гистология с основами эмбриологии / Ю.П. Антипчук. М.: Просвещение, 1983. 240 с. 5. Быков, В.Л. Цитология и общая гистология: функциональная морфология клеток и тканей человека / В.Л. Быков. СПб. : Сотис, 1999. 520 с. 6. Быков, В.Л. Частная гистология человека: краткий обзорный курс / В.Л. Быков. СПб.: Сотис, 1999. 300 с. 7. Васильев, Ю.Г. Цитология, гистология, эмбриология / Ю.Г. Васильев, Е.И. Трошин, В.В. Яглов. СПб.: Лань, 2009. 576 с. 8. Всасывание и секреция в тонкой кишке / И.Д. Морозов [и др.]. М.: Медицина, 1988. 221 с. 9. Гарстукова, Л.Г. Наглядная гистология (общая и частная) / Л.Г. Гарстукова, С.Л. Кузнецов, В.Г. Деревянко. М.: Мед. информ. агентство, 2008. 204 с. 10. Гартнер, Л.П. Цветной атлас гистологии / Л.П. Гартнер, Дж.Л. Хайатт; пер. с англ.; под ред. В.П. Сапрыкина. М.: Логосфера, 2008. 408 с. 11. Гемонов, В.В. Развитие и строение органов ротовой полости и зубов / В.В. Гемонов, Э.Н. Лаврова, Л.И. Фалин. М.: ГОУ ВУНМЦМЗ РФ, 2002. 255 с. 12. Гистология (введение в патологию) / Э.Г. Улумбеков [и др.]; под ред. Э.Г. Улумбекова, Ю.А. Челышева. М.: ГЭОТАР, 1997. 960 с. 13. Гистология в вопросах и ответах: учеб. пособие / Б.А. Слука [и др.]; под ред. Б.А. Слуки. Мозырь: Белый ветер, 2000. 332 с. 14. Гистология, цитология и эмбриология: атлас / О.В. Волкова [и др.]; под ред. О.В. Волковой, Ю.К. Елецкого. М.: Медицина, 1996. 544 с. 15. Гистология, цитология и эмбриология: учеб. / Ю.И. Афанасьев [и др.]; под ред. Ю.И. Афанасьева, Н.А. Юриной. М.: Медицина, 1999. 744 с. 16. Гистология, эмбриология, цитология: учеб. / под ред. Э.Г. Улумбекова, Ю.А. Челышева. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 408 с. 17. Заварзин, А.А. Основы сравнительной гистологии / А.А. Заварзин. СПб.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1985. 400 с. 18. Данилов, Р.К. Гистология человека в мультимедиа: учеб. для студентов мед. вузов / Р.К. Данилов, А.А. Климов, Т.Г. Боровая. СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2004. 362 с. 19. Жарикова, Н.А. Периферические органы системы иммунитета / Н.А. Жарикова. Минск: Беларусь, 1979. 205 с. 20. Жункейра, Л.К. Гистология: атлас: учеб. пособие / Л.К. Жункейра, Ж. Карнейро; пер. с англ.; под ред. В.Л. Быкова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 576 с. Литература 571 21. Клеточная биология легких в норме и при патологии / В.В. Ерохин [и др.]; под ред. В.В. Ерохина, Л.К. Романовой. М.: Медицина, 2000. 494 с. 22. Клишов, Л.А. Гистогенез и регенерация тканей / Л.А. Клишов. СПб.: Наука, 1984. 232 с. 23. Кольман, Я. Наглядная биохимия / Я. Кольман, К.-Г. Рём; пер. с нем. М.: Мир, 2004. 469 с. 24. Коростышевская, И.М. Ультраструктурные особенности гормонпродуцирующих кардиомиоцитов в некоторых экспериментальных и клинических условиях / И.М. Коростышевская, В.Д. Максимов // ФГЭ. 1989. № 2. С. 42–48. 25. Крстич, Р.В. Иллюстрированная энциклопедия по гистологии человека / Р.В. Крстич. СПб.: Сотис, 2001. 536 с. 26. Кузнецов, С.Л. Атлас по гистологии, цитологии и эмбриологии: учеб. пособие / С.Л. Кузнецов, Н.Н. Мушкамбаров, В.Л Горячкина. М.: Мед. информ. агентство, 2002. 374 с. 27. Кузнецов, С.Л. Гистология, цитология и эмбриология: учеб. для мед. вузов / С.Л. Кузнецов, Н.Н. Мушкамбаров. М.: Мед. информ. агентство, 2005. 600 с. 28. Лабораторные занятия по курсу гистологии, цитологии и эмбриологии / Ю.И. Афанасьев [и др.]; под ред. Ю.И. Афанасьева, А.Н. Яцковского. М.: Медицина, 1999. 328 с. 29. Леонтюк, А.С. Основы возрастной гистологии: учеб. пособие / А.С. Леон тюк, Б.А. Слука. Минск: Выш. шк., 2000. 416 с. 30. Максимова, Е.В. Онтогенез коры больших полушарий / Е.В. Максимова. М.: Наука, 1990. 184 с. 31. Мезонефрос / В.Л. Янин [и др.]. Екатеринбург: УрО РАИ, 2000. 130 с. 32. Метанефрос (нефроногенез) / С.М. Пантелеев [и др.]. Тюмень: Феликс, 2006. 163 с. 33. Механизмы неоваскулогенеза и его регуляция во взрослом организме / О.Ю. Гурина [и др.] // Архив анатомии. 1985. Т. 88. Вып. № 1. С. 9–24. 34. Миронов, А.Д. Регенерация эндотелия крупных кровеносных сосудов / А.Д Миронов, В.Д. Миронов, М.Д. Рехтер // Успехи современной биологии. 1986. Т. 101. Вып. № 2. С. 275–289. 35. Морфологические особенности эндотелиальной выстилки кровеносных сосудов и эндокарда / Ю.П. Ведерников [и др.] // Архив патологии. 1987. № 1. Т. XLIX. С. 14–19. 36. Мушкамбаров, Н.Н. Молекулярная биология / Н.Н. Мушкамбаров, С.Л. Кузнецов. М.: Мед. информ. агентство, 2003. 510 с. 37. Мяделец, О.Д. Практикум по гистологии, цитологии и эмбриологии / О.Д. Мяделец. Витебск: ВГМУ, 2003. 440 с. 38. Мяделец, О.Д. Основы цитологии, эмбриологии и общей гистологии / О.Д. Мяделец. М.: Мед. книга; Н. Новгород: Изд-во НГМА, 2002. 367 с. 39. Мяделец, О.Д. Основы частной гистологии / О.Д. Мяделец. М.: Мед. книга; Н. Новгород: Изд-во НГМА, 2002. 374 с. 572 Литература 40. Нейроонтогенез / К.П. Будко [и др.]. М.: Наука, 1985. 271 с. 41. Новожилова, А.П. Нейронная теория и новые концепции строения нервной системы / А.П. Новожилова, В.П. Бабминдра // Морфология. 1996. Т. 1. № 4. С. 7–16. 42. Орлов, Р.С. Лимфатические сосуды. Структура и механизмы сократительной активности / Р.С. Орлов, А.В. Борисов, Р.П. Борисова. СПб.: Наука, 1983. 253 с. 43. Почечная эндокринология / М.Дж. Данн [и др.]; под ред. М.Дж. Данна; пер. с англ. В.И. Кондора. М.: Медицина, 1987. 672 с. 44. Ройт, А. Иммунология / А. Ройт, Дж. Бростофф, Д. Мейл. М.: Мир, 2000. 592 с. 45. Руководство по гистологии. В 2 т. Т. 1. Общая гистология (учение о тканях) / Р.К. Данилов [и др.]; под ред. Р.К. Данилова, В.Л. Быкова. СПб.: СпецЛит., 2001. 495 с. 46. Руководство по гистологии. В 2 т. Т. 2. Частная гистология органов и систем / Р.К. Данилов [и др.]; под. ред. Р.К. Данилова, В.Л. Быкова, И.А. Одинцовой. СПб.: СпецЛит., 2001. 735 с. 47. Саркисов, Д.С. Очерки по структурным основам гомеостаза / Д.С. Саркисов. М.: Медицина, 1977. 350 с. 48. Серов, В.В. Соединительная ткань / В.В. Серов, А.Б. Шехтер. М.: Медицина, 1981. 312 с. 49. Сосунов, А.А. Нейроногенез в головном мозгу зрелых млекопитающих / А.А. Сосунов, Ю.А. Челышев, Г. Мак-Кханн // Онтогенез. 2002. Т. 33. № 6. С. 405–420. 50. Студеникина, Т.М. Эмбриология: учеб. пособие / Т.М. Студеникина, Б.А. Слука. Минск: Харвест, 2009. 304 с. 51. Terminologia Histologia. Международные термины по цитологии и гистологии человека с официальным списком русских эквивалентов / под ред. чл.-корр. РАМН В.В. Банина и проф. В.Л. Быкова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 272 с. 52. Хэм, А. Гистология: в 5 т. / А. Хэм, Д. Кормак; пер. с англ. М.: Мир, 1982. Т. 1. 272 с. 53. Хэм, А. Гистология: в 5 т. / А. Хэм, Д. Кормак; пер. с англ. М.: Мир, 1983. Т. 5. 296 с. 54. Ченцов, Ю.С. Цитология с элементами целлюлярной патологии / Ю.С. Ченцов. М.: Мед. информ. агентство, 2010. 368 с. 55. Шахламов, В.А. Очерки по ультраструктурной организации сосудов лимфатической системы / В.А. Шахламов, А.П. Цамерян. Новосибирск: Наука, 1982. 120 с. 56. Шебеко, В.И. Эндотелий и система комплемента / В.И. Шебеко. Витебск: ВГМУ, 1999. 149 с. 57. Шубникова, Е.А. Функциональная морфология тканей / Е.А. Шубникова. М.: МГУ, 1981. 326 с. Литература 573 58. Barr, M.L. The Human Nervous System / M.L. Barr, J.A. Keirnan. J.B. Lippincott Company, 1988. 433 p. 59. Bloom, W. Textbook of Histology / W. Bloom, W. Fawcett. 1964. 720 p. 60. Bucher, O. Cytology, Histology und mikroskopische Anatomie des Menschen / O. Bucher. Medizinischer Verlag Hans Huber, 1972. 681 s. 61. Clara, M. Atlas der normalen microskopischen Anatomic des Menschen / M. Clara, K. Hershel, H. Ferner. Ambrosins Barth Leipzig, 1974. 412 s. 62. Cormak, D. Essential Histology / D. Cormak. J.B. Lippincott Company, 1984. 430 p. 63. Cormak, D.H. Ham’s Histology / D.H. Cormak. J.B. Lippincott Company, 1987. 734 p. 64. Dodd, E. Atlas of Histology / E. Dodd. McGraw-Hill Book Company, 1979. 354 p. 65. Мооre, K.L. The developing human / K.L. �� Моо�� re. W.B. Saunders Company, 1998. 462 p. 66. Leeson, C.R. Textbook of Histology / C.R. Leeson, T.S. Leeson, A.A. Paparo, 1985. 597 p. 67. Wallraff, J. Leitfaden der Histologie des Menschen / J. Wallraff. Urban und Schwarzenberg, 1972. 274 s. 68. Ross, M. Histology: а text and atlas / M. Ross, W. Pawlina. J.B. Lippincott Company, 2006. 836 p. По вопросам приобретения книг обращайтесь: Республика Беларусь Российская Федерация ООО «Новое знание» 220050, а/я 79, Минск, пр. Пушкина, д. 15а Тел./факс: (10-375-17) 211-50-38 E-mail: [email protected] http:// wnk.biz Отдел оптовых продаж «ИНФРА-М»: 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в, стр. 1 Тел. (495) 380-4260; факс (495) 363-9212 E-mail: [email protected] Отдел «Книга–почтой»: Тел. (495) 363-4260 (доб. 232, 246) Учебное издание Высшее образование: Бакалавриат Студеникина Татьяна Михайловна Вылегжанина Тамара Александровна Островская Тереза Иосифовна Стельмах Ирина Александровна ГИСТОЛОГИЯ, ЦИТОЛОГИЯ И ЭМБРИОЛОГИЯ Учебное пособие Ведущий редактор Редактор Художник обложки Компьютерная верстка Корректор С.В. Исаенко Е.Г. Сазончик С.В. Ковалевский Г.Н. Петрова Л.К. Мисуно Оригиналмакет подготовлен ООО «Новое знание» Подписано в печать 18.01.2013. Формат 6090 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Петербург. Печать офсетная. Усл. печ. л. 36,0. Уч.-изд. л. 29,88. Тираж 1600 экз. Заказ № . ТК 205800-12278-180113 Общество с ограниченной ответственностью «Новое знание». ЛИ № 02330/0552555 от 08.04.2009. Пр. Пушкина, д. 15, ком. 16, Минск, Республика Беларусь. Почтовый адрес: а/я 79, 220050, Минск, Республика Беларусь. Телефон/факс: (10-375-17) 211-50-38 E-mail: [email protected] http://wnk.biz ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 380-05-40, 380-05-43. Факс: (495) 363-92-12 E-mail: [email protected] http://www.infra-m.ru

studenikina t m red gistologiya tsitologiya i embriologiya

Похожие документы

Учебные коллекции

Разделы

Поддержка

studenikina t m red gistologiya tsitologiya i embriologiya

Похожие документы

Учебные коллекции

Добавить этот документ в коллекции

Добавить этот документ в сохраненные

Предложите, как улучшить StudyLib