Загрузил Полина Черкасова

studenikina t m red gistologiya tsitologiya i embriologiya

Реклама
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
���������������������������������������������������������
���������������������������������������������������������
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.
�������������������������������������������������������
������������������������������������������������������
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
�������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������
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
��������������������������������������������������������
мембран
���������������������������������������������������������
мышечных элементов с�����������������������������
целью
����������������������������
передачи тянущего уси�
лия с миофибрилл (миофиламентов) на мембрану;
‰‰
связывания клеток друг с��������������������������������
другом
�������������������������������
����������������������
�������������������
����������������������
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
�����������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������
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
���������������������������������������������������������
���������������������������������������������������������
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 сис