Gistologia_Uchebnik_Afanasyev-1

как губки и кишечнополостные, клетки имеют различную функциональную специализацию и соответственно различное строение, так что могут быть объединены в различные ткани. Однако признаки этих тканей еще не стой­ ки, возможности превращения клеток и соответственно одних тканей в иные достаточно широки. По мере исторического развития животного мира совершалось закрепление свойств отдельных тканей, а возможности их вза­ имных превращений ограничивались, количество же тканей одновременно постепенно увеличивалось в соответствии со все более возрастающей спе­ циализацией.

Онтогенез. Д е т е р м и н а ц и я и к о м м и т и р о в а н и е . Развитие орга­ низма начинается с одноклеточной стадии — зиготы. В ходе дробления воз­ никают бластомеры, но совокупность бластомеров еще не ткань. Бластоме­ ры, по крайней мере на начальных этапах дробления, не имеют стойкой де­ терминированности, и если отделить их один от другого, то каждый может дать начало возникновению полноценного самостоятельного организма (ме­ ханизм возникновения монозиготных близнецов). Постепенно на следую­ щих стадиях происходит ограничение потенций. В основе его лежат процес­ сы, связанные с блокированием отдельных компонентов генома клеток и детерминацией, т. е. определением дальнейшего пути развития клеток на генетической основе.

Ограничение возможностей путей развития вследствие детерминации оп­ ределяется термином "коммитирование". Оно совершается ступенчато. Сна­ чала соответствующие преобразования генома касаются крупных его участ­ ков. Затем — все более мелких. Поэтому вначале детерминируются наибо­ лее общие свойства клеток, а затем — более частные.

Эмбриональные зачатки. На ранних этапах эмбриогенеза из бластомеров возникают эмбриональные зачатки. Клетки, которые входят в их состав, еще не окончательно детерминированы, так что из одного зачатка возникают клеточные совокупности, обладающие разными свойствами. Следовательно, один зачаток служит источником развития нескольких тканей.

Эмбриональные зачатки имеют различную пространственную организа­ цию в теле зародыша. Они могут представлять собой группировки, где клет­ ки тесно прилежат друг к другу (сосредоточенная форма), например кожная эктодерма, кишечная энтодерма. У некоторых зачатков их части расположе­ ны в различных местах тела зародыша (расчлененная форма), например нейральный зачаток, представленный нервной трубкой, нейральными греб­ нями и плакодами. Клетки некоторых зачатков рано выселяются в мезенхи­ му и не образуют компактных группировок (диффузная, рассредоточенная форма), например клетки ангиобласта, из которых впоследствии развивает­ ся эндотелий сосудов.

Теория эволюции тканей. Последовательная ступенчатая детерминация и коммитирование потенций однородных клеточных группировок — дивер­ гентный процесс. В общем виде эволюционная концепция дивергентного раз­ вития тканей в филогенезе и в онтогенезе была сформулирована Н. Г. Хлопиным. Н. Г. Хлопин ввел понятие о генетических тканевых типах и объяс­ нил, как и какими путями происходило развитие и становление тканей, но не установил причины, определяющие пути их развития.

Причинные аспекты развития тканей раскрывает теория параллелизмов А. А. Заварзина. Он обратил внимание на сходство строения тканей, кото­ рые выполняют одинаковые функции, у животных, принадлежащих даже к

141

весьма удаленным друг от друга эволюционным группировкам. Современ­ ные электронно-микроскопические исследования показали также чрезвы­ чайное сходство ультраструктур клеток, выполняющих сходные функции, у всех животных независимо от их таксономического положения. Вместе с тем известно, что, когда эволюционные ветви только расходились, у общих предков таких специализированных тканей еще не было. Следовательно, в ходе эволюции в разных ветвях филогенетического древа самостоятельно, как бы параллельно, возникали одинаково организованные ткани, выпол­ няющие сходную функцию. Причиной этого является естественный отбор: если возникали какие-то организмы, у которых соответствие строения и функции клеток, тканей, органов нарушалось, они были и менее жизнеспо­ собны.

Концепции А. А. Заварзина и Н. Г. Хлопина, разработанные независимо одна от другой, дополняют друг друга и были объединены А. А. Брауном и В. П. Михайловым: сходные тканевые структуры возникали параллельно в ходе дивергентного развития.

Принципы классификации тканей

Воснову классификации тканей положены два принципа: морфофунк­ циональный и гистогенетический.

Общность строения тканей, которые обладают сходными функциональ­ ными признаками,, позволила объединять и х в 4 м о р ф о ф у н к ц и о н а л ь -

ны е г руппы: эпителии — в связи с выполнением прежде всего барьерных (пограничных) функций; ткани внутренней среды (кровь, лимфа, соедини­ тельные ткани) — в связи с обеспечением гомеостаза, трофической, защит­ ной, опорной функций; мышечные — в связи с обеспечением подвижности тела и нейральные — в связи с осуществлением интегративных реакций на основе генерации возбуждения и проведения его.

Вто же время ткани, входящие в разные морфофункциональные группы, но развивающиеся из одного зачатка, обладают такими общими свойства­ ми, которые не всегда заметны в обычных условиях, но могут проявляться при патологии или в ходе регенерации после повреждения. Так, гладкие миоциты мезенхимного происхождения и фибробласты, также развиваю­ щиеся из мезенхимы, близки между собой, а в некоторых опухолях (фибро­ миомы) могут встречаться многообразные переходные формы между ними.

Наличие общих свойств у тканей, развившихся из одного эмбрионально­ го зачатка, позволяет объединять их в отдельные гистогенетические ткане­ вые типы: эпидермальный, энтероцелодермальный, ангиодермальный, ней­ ральный, энтомезенхимный, миотомный и хордоидный.

Морфофункциональная и генетическая классификация дополняют друг друга. После того как в результате второй фазы гаструляции возникают три зародышевых листка, каждый из них содержит разные эмбриональные за­ чатки. Ткани, развивающиеся из какого-либо зачатка, в соответствии с мор­ фофункциональными признаками могут относиться к разным группам. Можно, например, выделить различные генетически виды исчерченных мы­ шечных тканей: скелетную и сердечную.

Так как совокупность клеток, входящих в один эмбриональный зачаток, служит источником развития нескольких тканей, в ходе гистогенеза совер­

142

шается дальнейшая детерминация. Она охватывает меньшие участки гено­ ма, чем это было в ходе образования зачатков, так что отличия между тка­ нями, принадлежащими к одному типу, менее резки, по сравнению с тканя­ ми, принадлежащими к разным типам. Это проявляется, в частности, в том, что в рамках одного типа возможны случаи превращения ткани в другую (метаплазия), например многорядного эпителия в многослойный в ходе ре- пара-тивной регенерации после травмы.

Тканевый гомеостаз (гистофизиология)

Каждая ткань в зрелом организме выполняет специфические функции, которые определяются как деятельностью клеток, так и свойствами их про­ изводных. Контроль функциональной активности осуществляют регулятор­ ные механизмы. Одни из них обеспечивают необходимые связи частей в пределах самой тканевой системы (например, кейлоны), другие — в рамках межтканевых и более высоких межсистемных отношений (например, гормо­ нальные, иммунные, нервные). Функциональная активность тканей не ос­ тается неизменной, а колеблется вокруг некоторого среднего уровня. Эти колебания — проявления биологических ритмов — имеют равный период (время полного цикла). Внутриклеточным процессам свойственна ритмика с периодами порядка нескольких минут — одного—двух часов, внутрисис­ темным тканевым — нескольких часов; процессам на организменном уров­ не присущи колебания с периодом около суток; известны и более длитель­ ные циклы (околонедельные, окологодовые). Поэтому при анализе ритмики всегда выявляется сложный спектр.

Изменения в обменных реакциях и специфических функциях отражают либо процессы адаптации, либо процессы патологической изменчивости ткани, дезадаптации. При этом тканевые клетки могут терять часть своих специфических структур и переходить в особое дедифференцированное со­ стояние, когда они приобретают способность развиваться в некоторых дру­ гих направлениях в зависимости от создавшихся условий. В результате ука­ занных причин могут возникать структуры, не свойственные исходным тка­ ням. Подобного рода превращения (метаплазии) небезграничны. Они из­ вестны только в пределах одного тканевого типа. Не исключено, что успехи генной инженерии позволят в дальнейшем расширить эти возможности.

Как и организм в целом, клетки и ткани реагируют на изменение внеш­ них условий активными реакциями. При этом может изменяться и их про­ странственная организация, и функциональная активность, включая пара­ метры ритмики (изменения спектра, уровня, амплитуды колебаний и т. д.).

При действии сильных механических, химических, физических или био­ генных факторов могут иметь место реактивные изменения структуры и функций клеток, пограничные со смертью. Такое, еще обратимое поврежде­ ние клетки, получило название "паранекроз" (от греч. para — около и nekroz

— мертвый). Это явление характеризуется подавлением гранулообразования, диффузным окрашиванием цитоплазмы, уменьшением дисперсности коллоидов, повышением вязкости, сдвигом реакции цитоплазмы в кислую сторону и обратимостью этих изменений в начальных фазах действия аген­ тов. Паранекроз не является состоянием, которое всегда приводит клетку к гибели. Чаще всего это явление сопровождается глубокой перестройкой

143

структурной организации клетки, которая завершается созданием новой структуры, более отвечающей изменившимся условиям обмена веществ.

Функциональная активность тканей контролируется благодаря согласо­ ванной деятельности регуляторных механизмов гомеостаза на собственном тканевом (в том числе кейлонами), межтканевом (генотропные активаторы) и организменном уровнях (эндокринная, иммунологическая, нервная регу­ ляция). Кроме поддержания подвижного равновесия функциональной ак­ тивности, тканевый гомеостаз обеспечивает в организме и сохранение об­ щей массы клеток, а следовательно, и соотношение между числом делящих­ ся, дифференцированных и гибнущих клеток. Изучение этих закономерно­ стей составляет предмет кинетики клеточных популяций.

Кинетика клеточных популяций. Каждая ткань имеет или имела в эм­ бриогенезе стволовые клетки — наименее дифференцированные и наименее коммитированные, которые, видимо, детерминируются в составе эмбрио­ нальных зачатков к концу второй фазы гаструляции. Они образуют самоподцерживающуюся популяцию, их потомки способны дифференцировать­ ся в нескольких направлениях под влиянием микроокружения (факторов дифференцировки), образуя клетки-предшественники и, далее, функциони­ рующие дифференцированные клетки. Таким образом, стволовые клетки полипотентны. Они делятся редко, пополнение убыли зрелых клеток ткани, если это необходимо, осуществляется в первую очередь за счет клеток сле­ дующих генераций (клеток-предшественников). По сравнению со всеми другими клетками данной ткани стволовые клетки наиболее устойчивы к повреждающим воздействиям.

Хотя в состав ткани входят не только клетки, именно они являются веду­ щими элементами системы, т. е. определяют ее основные свойства. Их раз­ рушение приводит к деструкции системы, и, как правило, их гибель (осо­ бенно если затронуты стволовые клетки) делает ткань нежизнеспособной.

Если одна из стволовых клеток вступает на путь дифференциации, то в результате последовательного ряда коммитирующих митозов возникают сначала полустволовые, а затем и дифференцированные клетки со специ­ фической функцией. Выход стволовой клетки из популяции служит сигна­ лом (механизм неясен) для деления другой стволовой клетки по типу некоммитирующего митоза. Общая численность стволовых клеток в итоге восстанавливается; в условиях нормальной жизнедеятельности она сохраня­ ется приблизительно постоянной. Совокупность клеток, развивающихся из одного вида стволовых клеток, составляет стволовый дифферон. Иногда в образовании ткани участвуют различные диффероны. Так, в состав эпидер­ миса, кроме кератиноцитов, входят клетки, развивающиеся в нейральном гребне и имеющие другую детерминацию (меланоциты), а также клетки, развивающиеся путем дифференциации стволовой клетки крови, т. е. при­ надлежащие уже к третьему дифферону (внутриэпидермальные макрофаги, или клетки Лангерганса).

Дифференцированные клетки наряду с выполнением своих специфиче­ ских функций способны синтезировать особые вещества — кейлоны, тормо­ зящие интенсивность размножения клеток-предшественников и стволовых. Если в силу каких-либо причин количество дифференцированных функ­ ционирующих клеток уменьшается (например, после травмы), тормозящее действие кейлонов ослабевает и численность популяции восстанавливается. Кроме кейлонов — местных регуляторов, клеточное размножение контроли­

144

руется гормонами; одновременно продукты жизнедеятельности клеток регу­ лируют активность желез внутренней секреции. Если какие-либо клетки под воздействием внешних повреждающих факторов претерпевают мутации, они элиминируются из тканевой системы вследствие иммунологических ре­ акций.

Выбор пути дифференциации клеток определяется межклеточными взаи­ модействиями. Влияние микроокружения изменяет активность генома диф­ ференцирующейся клетки, активируя одни и блокируя другие гены. У кле­ ток, уже дифференцированных и утративших способность к дальнейшему размножению, строение и функция тоже могут изменяться (например, у гранулоцитов начиная со стадии метамиелоцита). Такой процесс не приво­ дит к возникновению различий среди потомков клетки, и для него больше подходит название "специализация".

Уровни структурной организации

Организм животных и человека характеризуется диалектическим единст­ вом противоположностей — целостности и дискретности. Каждый живот­ ный организм составляет целостную систему взаимосвязанных и взаимодей­ ствующих частей (органов, тканей, клеток), и вместе с тем организм дис­ кретен, так как каждая из его частей обладает известной автономностью, т. е. выступает как часть целого. В свою очередь каждая часть организма со­ стоит из структурных единиц нижележащего уровня организации.

На основе изучения иерархии организации многоклеточных организмов различают следующие структурно-функциональные уровни: молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный и системоорганный, организменный, популяционный и т. д.

Молекулярный уровень характеризуется особенностями молекулярного со­ става субклеточных структур.

На субклеточном уровне объектом изучения являются структурные ком­ поненты клетки (ядро, цитоплазма, органеллы, включения и т. д.).

Клеточный уровень имеет своей основной единицей функционирующую живую клетку и является базовым в объяснении развития, строения и функ­ ции всего организма. Клетки входят в состав тканей как структурные их части.

Тканевый уровень представлен клеточными системами, называемыми тканями, которые являются структурными компонентами органов.

Органный уровень характеризуется изучением органов, состоящих из комплекса взаимодействующих тканей.

Системоорганный уровень охватывает системы органов, объединенные общностью функций (например, пищеварительная, сердечно-сосудистая, кроветворная, дыхательная, выделительная, половая, эндокринная, нервная и др.).

На организменном уровне организм выступает как целое в процессе сво­ его функционирования.

Более высокие уровни организации живого, например популяционный, не являются предметом изучения морфологических наук, однако представляют большое значение для таких разделов медицины, как эпидемиология, демо­ графия и т. д.

145

Несмотря на то что структурные компоненты различных уровней органи­ зации живого находятся в тесных взаимодействиях, составляя соответствую­ щие целостные системы, некоторые законы присущи только данному уров­ ню структурной организации живого, поэтому они являются объектами изу­ чения разных медико-биологических дисциплин. Так, организм в целом, системы органов и органы являются объектом изучения анатомии, ткани изучает гистология, а клетка является объектом изучения цитологии. Суб­ клеточный и молекулярный уровни составляют поле деятельности для моле­ кулярной биологии и биохимии.

Регенерация тканей

Знание основ кинетики клеточных популяций необходимо для понима­ ния теории регенерации, т. е. восстановления структуры биологического объ­ екта после ее разрушения.

На протяжении всей жизни организма в тканях происходят процессы из­ нашивания и отмирания клеток и замены их новыми (физиологическая ре­ генерация). Физиологическая регенерация может быть внутриклеточной (обновление органелл) и клеточной (обновление на уровне клеток). Внутри­ клеточная регенерация осуществляется за счет лизосомального аппарата клетки (деградация) и синтеза белка (собственно регенерация). Клеточная регенерация обеспечивается деятельностью макрофогов и процесса клеточ­ ного деления.

Для каждой ткани характерны специфические особенности морфологи­ ческих проявлений физиологической регенерации на клеточном и субкле­ точном уровнях. Все ткани подразделяли на: 1) лабильные (быстро обнов­ ляющиеся), 2) стабильные (растущие), 3) вечные (стационарные). Если по­ нимать физиологическую регенерацию тканей как процесс клеточного об­ новления, то к лабильным (или обновляющимся) тканям следует отнести кроветворные ткани, кишечный эпителий, эпидермис, рыхлую соедини­ тельную ткань, эндотелий и некоторые другие. Для них характерен высокий индекс митотической активности клеток.

Ряд тканей отличается сочетанием клеточной и внутриклеточной формы физиологической регенерации (эпителии печени, почек, легких, эндокрин­ ных органов, гладкая мышечная ткань и др.).

Сердечная мышечная ткань и нервная ткань характеризуются внутрикле­ точной формой физиологической регенерации. В таких тканях, не имеющих камбиальных клеток, происходит непрерывное обновление внутриклеточ­ ных ультраструктур при сохранении стабильной структуры самих клеток. Физиологическая регенерация тканей — это одно из проявлений сложного процесса постнатального гистогенеза. Для физиологической регенерации свойственна генетическая детерминированность составляющих ее процес­ сов — пролиферации клеток, их дифференцировки, роста, интеграции и функциональной адаптации. Закономерности постнатального гистогенеза обусловливают не только физиологическую регенерацию тканей, но и все стороны их возрастной динамики.

Соответственно уровням организации живого различают к лет оч ну ю ( в н у т р и к л е т о ч н у ю ) , тк ан ев ую , о рга нн ую реге нер ац ию . Предметом общей гистологии является регенерация на тканевом уровне.

146

Кроме физиологической регенерации, которая совершается постоянно в здоровом организме, выделяют также репаративную регенерацию, наступаю­ щую вследствие повреждения. У разных тканей возможности регенерации неодинаковы. Репаративная регенерация — это восстановление тканей по­ сле того или иного повреждения. Механизмы физиологической и репаративной регенерации независимо от уровня их развертывания (клеточный, внутриклеточный) качественно едины. Отличия между ними лежат лишь в плоскости количественной: репаративная регенерация есть в той или иной мере усиленная физиологическая.

Репаративная регенерация может завершиться полным восстановлением и структуры, и функции (реституция), либо неполным, чаще за счет струк­ туры (субституция).

В обновляющихся тканях, для физиологической регенерации которых ха­ рактерна пролиферация клеток путем митоза, и в процессах репаративной регенерации основная роль принадлежит митотическому делению клеток. Репаративная регенерация растущих тканей включает процессы как клеточ­ ной пролиферации, так и внутриклеточного увеличения структурных ком­ понентов (органелл). Репаративная регенерация стационарных тканей про­ исходит за счет внутриклеточных процессов (увеличение количества орга­ нелл, рост отростков и образование синаптических структур в нервных клетках).

Старение и гибель клеток

В процессе жизнедеятельности происходит постоянная физиологическая регенерация, которой подвержены и структуры ДНК. При каждом делении в цепи ДНК изменяется 6 нуклеотидов, которые подвергаются восстановле­ нию. Способность к адекватному восстановлению структуры ДНК падает на 1 % с каждым годом. Полагают, что вследствие такого накопления ошибок у соматических клеток существует запрограммированный предел делений. Клетки постепенно утрачивают способность к репликации ДНК, стареют и погибают.

При гибели клеток наблюдают два типа морфологических изменений: некроз и апоптоз (подробнее о них сообщается в разделе "Цитология").

Некроз вызывается главным образом внешними повреждающими фактора­ ми: высокой или низкой температурой, действием ядов, нехваткой кислорода, механическими силами и т. п. Повреждающие факторы приводят к необрати­ мым изменениям в клетке, заканчивающимся ее гибелью и разрушением.

Апоптоз — физиологическая, запрограммированная гибель клетки. Явля­ ется результатом развития ее генетической программы и может иницииро­ ваться разнообразными внешними и внутренними сигналами.

Апоптоз может происходить без первичного нарушения клеточного мета­ болизма. При этом в результате воздействия различных стимулов происхо­ дит активация в ядре некоторых генов, ответственных за самоуничтожение клетки. Это гены как бы запрограммированы на гибель клетки. Причиной апоптоза может быть и отсутствие защиты от его реализации. Ингибитора­ ми развертывания программы апоптоза, предохраняющими клетки от гибе­ ли, являются некоторые мембранные продукты, синтезируемые с помощью специальных генов, так называемых генов-спасителей.

147

развития человека. В зависимости от эмбрионального источника различают эпителии эктодермального, мезодермального и энтодермального происхож­ дения.

Родственные виды эпителиев, развивающиеся из одного зародышевого листка, в условиях патологии могут подвергаться метаплазии, т. е. перехо­ дить из одного вида в другой; например, в дыхательных путях эктодермаль­ ный эпителий при хронических бронхитах из однослойного реснитчатого может превратиться в многослойный плоский, который в норме характерен для ротовой полости и имеет также эктодермальное происхождение.

Поверхностные эпителии

Строение

Эпителии участвуют в построении многих органов, в связи с чем обнару­ живают большое разнообразие морфофизиологических свойств. Некоторые из них являются общими, позволяющими отличать эпителии от других тка­ ней организма1. Имеется 5 основных особенностей эпителиев.

Эпителии представляют собой пласты клеток — эпителиоцитов (рис. 51), которые имеют неодинаковую форму и строение в различных видах эпите­ лия.

Между клетками, составляющими эпителиальный пласт, почти нет меж­ клеточного вещества, и клетки тесно связаны друг с другом с помощью раз­ личных контактов — десмосом, промежуточных, щелевых и плотных соедине­ ний.

Эпителии располагаются на базальных мембранах (пластинках), которые образуются в результате деятельности как клеток эпителия, так и подлежа­ щей соединительной ткани. Базальная мембрана имеет толщину около 1 мкм и состоит из подэпителиальной электронно-прозрачной светлой пла­ стинки (lamina lucida) толщиной 20—40 нм и темной пластинки (lamina densa) толщиной 20—60 нм (рис. 52). Светлая пластинка включает аморфное вещество, относительно бедное белками, но богатое ионами кальция. Тем­ ная пластинка имеет богатый белками аморфный матрикс, в который впая­ ны фибриллярные структуры (коллаген IV типа), обеспечивающие механи­ ческую прочность мембраны. В ее аморфном веществе содержатся сложные белки — гликопротеины, протеогликаны и углеводы (полисахариды) — гликозаминогликаны. Гликопротеины — фибронектин и ламинин — выполняют роль адгезивного субстрата, с помощью которого к мембране прикрепляют­ ся эпителиоциты. Важную роль при этом играют ионы кальция, обеспечи­ вающие связь между адгезивными молекулами гликопротеинов базальной мембраны и полудесмосом эпителиоцитов. Кроме того, гликопротеины ин­ дуцируют пролиферацию и дифференцировку эпителиоцитов при регенера­ ции эпителия. Протеогликаны и гликозаминогликаны создают упругость

1Цитохимическим маркером эпителиоцитов является белок цитокератин, образующий про­ межуточные филаменты. В различных видах эпителиев он имеет различные молекулярные формы. Известно более 20 форм этого белка. Иммуногистохимическое выявление этих форм цитокератина позволяет определить принадлежность исследуемого материала к тому или иному типу эпителиев, что имеет важное значение в диагностике опухолей.

149