5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Респираторная_медицина_Руководство_в_3_томах_Том_1

поверхность диафрагмы, боковая и задняя поверхность средостения. Между париетальной и висцеральной плеврой имеется замкнутая полость с небольшим объемом жидкости (около 20 мл). Поверхность листков плевры покрыта мезотелием, расположенным на базальной мембране и соединительнотканной волокнистой основе, состоящей из 3–4 слоев. Поверхность плевры гладкая и довольно прозрачная. Париетальная плевра занимает большую площадь по сравнению с висцеральной и образует три плевральных синуса [44]. Париетальная плевра делится на реберную, диафрагмальную и медиастинальную части. Самый большой синус располагается в месте перехода реберной плевры в диафрагмальную. При самом глубоком вдохе легкое не заполняет весь синус. Только при накоплении более 500 мл жидкости она может быть определена рентгенологически при перкуссии или аускультации. Второй синус расположен при переходе реберной плевры в медиастинальную. Третий, самый меньший по размерам, расположен при переходе медиастинальной плевры в диафрагмальную.

В плевре гистологически выделяют 4 слоя: мезотелий, тонкий субмезотелиальный коллагеновый слой, поверхностный эластический слой, глубокий фиброзно-эластический (решетчатый) слой, который содержит кровеносные сосуды и нервы. Мезотелиальные клетки — вытянутой формы длиной от 17 до 42 мкм и высотой 4–7 мкм. При трансмиссионной электронной микроскопии клетки имеют микроворсинки диаметром 0,1 мкм и длиной 3–5 мкм. Цитоплазма мезотелиальной клетки содержит множество пиноцитозных пузырьков, митохондрий, прекератиновых филаментов (рис. 1.12) [19]. Соединяются эти клетки с помощью плотных межклеточных контактов, включая десмосомы. Под мезотелиальными клетками находятся прерывистая эластическая мембрана, коллагеновые волокна, кровеносные и лимфатические сосуды. Секреция и

абсорбция плевральной жидкости происходит по закону Старлинга через стомы, расположенные в париетальной плевре, преимущественно в нижних отделах плевральной полости. Стомы открываются в плевральную полость и связаны с лимфатическими сосудами [19].

Аппарат вспомогательных дыхательных мышц состоит из межреберных, лестничных мышц и диафрагмы.

Диафрагма

Диафрагма отделяет грудную полость от брюшной, имеет два купола (правый и левый), обращенных вверх и доходящих до уровня IV–V ребер. Основание диафрагмы прикрепляется к задней поверхности туловища на уровне IV ребра. В центре диафрагмы седловидное вдавление — сердечная впадина, образующая с вершинами куполов диафрагмы сухожильный центр, состоящий из сухожилий и эластических волокон. Остальная часть диафрагмы состоит из мышц. Между сухожильными пучками медиальных ножек и позвоночником имеется аортальное отверстие, в котором расположены аорта, грудной лимфатический проток, аортальное сплетение. Между медиальными ножками находится пищеводное отверстие. Контур диафрагмы в норме гладкий и непрерывный. При поверхностном дыхании купола диафрагмы опускаются на 1–2 см, при глубоком — на 2–4 см. При вдохе диафрагма сокращается и уплощается, при выдохе — расслабляется и поднимается вверх. С возрастом и при эмфиземе легких диафрагма уплощается, смещаясь вниз до уровня VIII ребра.

Сложность строения легких обусловлена многообразием функции дыхания, обмена и нереспираторными свойствами органов дыхания.

Список литературы

См.

Рис. 1.12. Мезотелиальная клетка висцеральной плевры. Хорошо развитый эндоплазматический ретикулум, микроворсинки. Трансмиссионная электронная микроскопия. ×9000 (по Wang N.S., 1993 [19])

1.2. Развитие легких

М.В. Самсонова, Е.Л.Туманова, Д.А. Жакота, Т.Э. Ворожбиева

Развитие дыхательной системы человека представляет собой сложный многоуровневый процесс, в результате которого формируется сложная с морфологической и функциональной точек зрения структура, основной функцией которой является газообмен. Экспериментально установлено, что морфогенез легких в основном зависит от взаимодействия между легочной энтодермой и окружающей ее мезодермой. Эти взаимодействия строго регулируются во время внутриутробного развития, и любой дефект — генетический или эпигенетический — может привести к формиро-

ванию различной легочной патологии в постнатальном периоде.

Развитие дыхательной системы человека проходит в несколько последовательных, связанных между собой стадий или периодов, выделенных, прежде всего, на основании морфологических критериев. В современной литературе принято выделять пять стадий развития легких, которые представлены в табл. 1.3.

Эмбриональный период

Первые 2 мес после оплодотворения формируются зачатки всей дыхательной системы. Ранние этапы развития легких напоминают развитие экзокринных желез [2].

Закладка органов дыхания происходит у человека в конце 3-й недели эмбрионального развития. Органы дыхания являются производными пищеварительной трубки (рис. 1.13) [3].

На 26-й день в каудальной части первичной глотки, в центре ее вентральной стенки, позади 4-й пары глоточных карманов, формируется ларинготрахеальная борозда, выстланная энтодер-

мой. Энтодерма дает начало эпителию и железам гортани, трахеи, бронхов и легочной эпителиальной выстилке. Через несколько дней каудальный конец ларинготрахеальной борозды увеличивается в размерах и раздваивается за счет клеточной пролиферации, формируя так называемые первичные бронхиолярные (бронхолегочные) почки. В возрасте 28–32 дня бронхиолярные почки увеличиваются в размерах и происходит второй этап разветвления с формированием трех вторичных почек справа и двух — слева; таким образом начинается закладка первичных долевых почек. Третий этап разветвления приводит к формированию структур, которые в зрелых легких будут соответствовать сегментам. Одновременно с этими этапами краниальная порция зачатка дает сформироваться трахее и гортани, которые к концу данного этапа отделяются от пищевода трахеоэзофагеальной септой.

Большинство авторов сходится во мнении, что весь процесс ветвления управляется мезенхимальным звеном. На 5–6-й неделе внутриутробного развития структуры энтодермального зачатка «погружаются» в мезодерму, которая играет основную

роль в ветвлении и дальнейшем развитии эпителиальных структур респираторного дерева. К концу эмбриональной стадии происходит ветвление бронхиального дерева путем неправильного дихотомического ветвления. Эксперименты на мышах показали, что процесс ветвления у мышей первоначально идет как моноподиальный, когда от более крупных структур ветви отходят латерально, и только затем, на уровне более мелких бронхов, ветвление становится дихотомическим; развитие конечных отделов воздухоносных путей является смесью моноподиального и дихотомического ветвления, и этот паттерн описан также на легких человека [4]. Ветвление дистальных отделов респираторного тракта по большей части дихотомическое. Такой же тип ветвления описан и у человека.

На эмбриональной стадии легочный эпителий высокий цилиндрический, без видимых признаков дифференцировки, однако на молекулярном уровне некоторые различия дифференцировки все же имеются: например, клетки на дистальных участках начинают экспрессировать матричную РНК для специфичного для легких сурфактантного белка С (SP-C) [5].

Легочная мезенхима, являющаяся производной висцеральной мезодермы, на начальных этапах данной стадии слабо организованная, имеется нехватка сосудистого компонента. Однако экспериментально методом гибридизации in situ показано, что на данном этапе уже есть рецепторы FLK-1, которые связаны с фактором роста сосудов (VEGF-фактор). Этот сосудистый предшественник тесно связан с дистальным эпителием во время «индукции» зачатка. Клетки, несущие данные рецепторы, формируют сосудистые сплетения, и весь процесс васкулогенеза заключается в формировании последующих генераций артерий и вен de novo путем образования сосудистых предшественников. К концу эмбрионального периода легочные артерии и вены «подключают» эти сплетения к предсердиям, и таким образом к концу 7-й недели внутриутробного развития у эмбриона человека формируется сосудистое русло, которое связывает формирующуюся легочную ткань и сердце.

Фибриллярная ретикулярная пластинка содержит коллагены 1-го, 2-го и 5-го типов, а также фибронектин. Коллаген расположен на местах бифуркации воздухоносных путей и представляет собой поверхностный протеогликан (лиофильная мембрана) на эпителиальных клетках, содержащий 1–2 хондроэтинсульфатовые цепочки, 4 ге- паран-сульфатовые цепочки и ядерный протеин. Лиофильная мембрана может быть разделена на эктодомены, работающие как матричные рецепторы. Базальная пластинка состоит в основном из коллагена 4-го типа и стимулирует прикрепление эпителиальных клеток [6]. Коллаген нужен для нормального морфогенеза ветвления, а коллагеназа заполняет расщелины, что ведет к формированию ветвей респираторного тракта.

Интерстициальный коллаген, особенно коллаген 1-го типа, как полагают, стабилизирует дифференциацию развития воздухоносных путей.

Псевдожелезистая (железистая) стадия протекает с 5-й по 16-ю неделю внутриутробного развития. На этой стадии продолжаются рост и ветвление первичных бронхов, которые на данной стадии принято называть «эпителиальными трубками». Конечным этапом этого ветвления (дихотомического и латерального) является образование 22–23 генераций эпителиальных трубочек, и считается, что все воздухоносные пути окончательно развиваются именно в этот период [7]. Стадия получила название «псевдожелезистая», так как при морфологическом исследовании в ткани легких выявляются структуры, напоминающие ацинусы желез, которые отделены друг от друга клетками мезенхимы (рис. 1.14, а, б). Дистальные отделы ветвящихся первичных бронхов и их генераций образуют в дистальных отделах так называемые терминальные почки, представляющие собой группы активно пролиферирующих клеток. Терминальные бронхиолы продолжаются в ацинарные канальцы, которые и формируют в дальнейшем легочные ацинусы на более поздних этапах фетогенеза.

а

б

Рис. 1.14. Легкое плода, 15–16 нед внутриутробного развития. Железистая стадия развития легкого: гистоархитектоника паренхимы легкого в эту стадию визуально сопоставима со структурой железистых органов. Окраска гематоксилином и эозином. а — ×100; б — ×200

Изначально эпителий «трубочек» (первичных бронхов) — недифференцированный цилиндрический, он богат гликогеном и содержит малое количество органелл. Дифференциация эпителиальных клеток возникает на протяжении последних 2/3 периода внутриутробного развития и продолжается постнатально. К концу данного этапа уже можно идентифицировать различные типы клеток эпителиальной выстилки (реснитчатый, нереснитчатый, кубовидный эпителий, базальные и нейроэндокринные клетки). Начиная с 13-й недели внутриутробного развития в дистальных отделах легких можно обнаружить дифференцированные клетки. Дистальный эпителий состоит из эпителиальных клеток-предшественниц альвеолоцитов II типа. Общая схема дифференцировки эпителия воздухоносных путей представлена в табл. 1.4 [8].

Мезенхима, как было уже отмечено, контролирует дифференцировку и рост эпителиальных структур; клетки самой мезенхимы неоднородны, делятся путем митоза и концентрируются возле первичных бронхов. Гладкомышечные клетки дифференцируются из мезенхимы и окружают эпителий перпендикулярно к продольной оси бронхиальных трубочек. Этот процесс идет от проксимальных участков к дистальным. Ветви легочных сосудов формируются параллельно с эпителиальным звеном дыхательных путей, лим-

Таблица 1.4. Сроки дифференцировки эпителия воздухоносных путей человека (Cutz E., 1987)

8Возникновение нейросекреторных клеток, содержащих серотонин и нейронспецифическую энолазу

10Нейроэпителиальные клетки, содержащие бомбезин

14Нейроэпителиальные тельца, реснитчатые клетки, пребазальные клетки

16Бокаловидные, серозные и базальные клетки. Появление преальвеолоцитов II типа и предшественников клеток Клара

36Нейроэпителиальные клетки, содержащие гастринвысвобождающий

фактор, серотонин, кальцитонин и лейэнкефалин

фатические сосуды берут начало от венозных почек. На данном этапе контакта немногочисленных кровеносных капилляров, лежащих в мезенхиме, и первичных бронхов не происходит.

С 10-й по 12-ю неделю появляются первые структуры железистого аппарата трахеи. Они появляются в виде групп клеток, примыкающих к базальной мембране; на краниальном конце их изначально больше, чем на каудальном, железы развиваются в краниокаудальном направлении. Через 9 дней развитие желез доходит до уровня бифуркации главных бронхов. Число желез быстро увеличивается вплоть до 16-й недели внутриутробного развития, затем их появление происходит гораздо медленнее, и к 24-й неделе останавливается. На 16-й неделе внутриутробного развития в протоках желез появляется PAS-позитивная реакция, т.е. они уже секретируют слизь. К 37–40-й неделе внутриутробного развития весь железистый аппарат полностью сформирован. Индекс Рида непрерывно растет до 25-й недели внутриутробного развития, далее остается неизменно равным 0,26 [9].

Каналикулярная (канальцевая) стадия

Рисунок легочного дерева завершает свое формирование на канальцевой стадии (16–26 нед). Данная стадия характеризуется интенсивным развитием сосудистого русла, дальнейшим ветвлением дыхательных путей и увеличением объема мезенхимы [1]. Продолжаются рост и ветвление «эпителиальных трубочек», выстланных однорядным цилиндрическим эпителием (рис. 1.15, 1.16).

Клетки, составляющие проксимальный эпителий, продолжают дифференцировку на реснитчатый, безреснитчатый эпителий и СК. Среди последних можно на данном этапе отдифференцировать клетки Клара по наличию в них се-

Рис. 1.15. Легкое плода, 17–18 нед. Канальцевая стадия развития легкого: формирование респираторных бронхиол 1–3-го порядка, которые определяют структуру паренхимы для канальцевой и мешотчатой стадий развития легкого. Окраска гематоксилином и эозином. ×100

33

Рис. 1.16. Легкое плода, 19–20 нед внутриутробного развития. Сочетание канальцевой и мешотчатой стадии. Окраска гематоксилином и эозином. ×100

креторного белка CCSP. Железистые канальцы и почки, выстланные кубическим эпителием, расширяются и дифференцируются, в результате чего формируются примитивные ацинусы, состоящие из респираторных бронхиол, альвеолярных протоков и альвеол. Одним из ключевых моментов на этой стадии является дифференциация альвеолоцитов I типа во II. Альвеолоциты II типа, содержащие сурфактант, связанный с белками и ФЛ, на данном этапе находятся в фазе становления, и их можно обнаружить в дистальных отделах воздухоносных путей. Резко разрастается капиллярное звено, проникая в легочную паренхиму. Кровеносное русло формируется двумя путями: первый путь берет начало от сердца и крупных сосудов, второй, как было уже отмечено ранее, — от сосудов, расположенных в легочной мезенхиме. Ангиобласты мезенхимы формируют эндотелиальные каналы, которые, в свою очередь, дают начало капиллярам, венулам и артериям, формируя микроциркуляторное русло. Этот процесс начинается уже на эмбриональной стадии и продолжается на псевдожелезистой. Нарушения развития ангиобластного пула из мезенхимы может приводить к появлению так называемой альве- олярно-капиллярной дисплазии.

На канальцевой стадии за счет истончения интерстиция происходит сближение примитивных ацинусов между собой, капиллярная сеть окружает развивающиеся ацинусы и приближается к воздушному пространству, образуя контакт с эпителием. Так формируется первичный аэрогематический барьер.

Структура первичных ацинусов на данном этапе развития уже заложена. В течение 20–24-й недели внутриутробного развития количество терминальных бронхиол небольшое, и можно четко проследить наличие 2–3 генераций так называемых альвеолярных мешочков на отрезке от терминальной бронхиолы к периферии. Точный механизм

дальнейшего деления этих альвеолярных мешочков неизвестен. К концу каналикулярной фазы практически сформирована структура ацинусов, появляется обширная васкуляризация, дифференцируются альвеолоциты I и II типа. В альвеолоцитах обнаруживаются ОПТ, уменьшается количество гликогена, образуются мультивезикулярные тельца и расширяется число везикул комплекса Гольджи, что служит достоверными признаками их дифференцировки. Формирование пневмоцитов I типа важно для появления аэрогематического барьера, в то время как дифференцировка альвеолоцитов II типа важна для выработки сурфактанта. В конце каналикулярного периода начинается образование фетальной легочной жидкости, в которой определяются секретируемые альвеолоцитами II типа поверхностно-активные вещества. В конце каналикулярного периода начинается активная секреция фетальной легочной жидкости.

Саккулярная (мешотчатая) стадия

Встадию «терминального мешка», которая длится с 24-й по 35-ю неделю внутриутробного развития, терминальные ацинарные трубочки на периферии легких продолжают ветвиться, резко увеличивая площадь воздушного пространства. Одновременно созревают альвеолоциты II типа, что подтверждается повышенным синтезом в них SP-A, SP-B, SP-C, SP-D и ФЛ сурфактанта [10]. На этой стадии ФЛ сурфактанта могут быть обнаружены в фетальной легочной жидкости. Запасы гликогена, которые служат в качестве субстрата для синтеза ФЛ, продолжают уменьшаться, в то время как число осмиофильных телец, содержащих сурфактант, возрастает. Альвеолоциты I типа продолжают дифференцироваться и обеспечивают рост дистальной поверхности легких, увеличивая эффективную площадь газообмена.

Вначале данной стадии в стенках альвеолярных мешочков начинают появляться небольшие гребни, которые далее будут соответствовать вторичным межальвеолярным перегородкам в зрелых легких. Гребни удлиняются и формируют неглубокие полости или примитивные альвеолы.

Вдальнейшем просветы альвеол будут углубляться, будет увеличиваться их число; формируются новые альвеолярные ходы, появляются новые альвеолярные мешочки. Первичные межальвеолярные перегородки состоят из «центрального» соединительнотканного «ядра» с капиллярной сетью по бокам, с каждой стороны. В эту стадию в целом сокращается содержание соединительной ткани в межальвеолярных перегородках. Последующее слияние базальной пластинки с дистальным эпителием и эндотелием приводит к тесной взаимосвязи между альвеолоцитами I типа и капиллярами, что сокращает расстояние диффузии между воздушным пространством и капиллярным руслом для повышения эффективности газообмена.

Переход от каналикулярной к саккулярной стадии в развитии легких отмечает порог жизнеспособности недоношенного плода. Считается, что до 22 нед внутриутробного развития площадь поверхности газообмена в дистальных отделах легких недостаточна для надежной оксигенации и вентиляции даже при наличии сурфактанта. В настоящее время интенсивная терапия и искусственная вентиляция возможны у недоношенных новорожденных, начиная именно с 22 нед внутриутробного развития. Однако именно на этапе формирования первичного аэрогематического барьера незрелые легкие наиболее чувствительны к гипоксии.

Альвеолярная стадия. Постнатальное развитие легких

Ряд авторов полагают, что начало альвеолярной стадии приходится на 36-ю неделю внутриутробного развития, и к рождению отмечаются сформированные альвеолы, другие авторы не выделяют пренатальный альвеолярный период, полагая, что появление альвеол как морфофункциональных единиц, осуществляющих газообмен, происходит лишь с началом дыхания, когда из легких удаляется фетальная легочная жидкость [11]. Тем не менее альвеолярная стадия является заключительной в развитии легких, рассматривать эту стадию отдельно от саккулярной в пренатальном периоде развития нецелесообразно [12]. В соответствии с классическими представлениями альвеолярная стадия начинается с 35-й недели внутриутробного развития и продолжается вплоть до 8 лет [13].

Как следует из названия, в эту стадию происходит формирование истинных альвеол. Альвеолы формируются не только из мешотчатых структур, но также берут начало от дистальных бронхиол, которые перестраиваются в респираторные бронхиолы (рис. 1.17, а, б). Процесс этой перестройки

описывается не всеми авторами в течение пренатального развития легких, более детально этот процесс описан на этапе постнатального развития. Интерстициальный компонент в первичных межальвеолярных перегородках заметно вытягивается и истончается. Одновременно с этим происходит слияние двойной капиллярной сети во вторичных межальвеолярных перегородках в одну. Этот процесс запускается пролиферацией интерстициальных фибробластов с последующим синтезом большого количества коллагена и эластина. В результате стремительно увеличивается количество альвеол — примерно с 30 млн у новорожденных до 300 млн у взрослых [14]. Правомерной является гипотеза о том, что степень альвеоляризации легких отражает степень зрелости плода. Расширение альвеолярного звена в легких сопровождается ростом числа альвеолоцитов I и II типов. Альвеолоциты I типа выстилают на данном этапе 95% поверхности альвеол [15].

Важно отметить, что постадийное развитие легких происходит неравномерно и зачастую можно наблюдать сочетание двух стадий на той или иной неделе внутриутробного развития.

Параллельно с альвеологенезом происходит формирование других функциональных структур легкого, включая кровеносную, лимфатическую системы, нервную ткань и соединительнотканный каркас.

Легочные артерии

Легочные артерии происходят из шестой (легочной) бронхиальной дуги, которая появляется приблизительно на 32-й день внутриутробного развития [16]. Две ветви, происходящие из шестой бронхиальной дуги, обеспечивают приток крови к мезенхиме зачатка легкого. У 11-миллиметрового эмбриона (примерно на 40-й день внутриутроб-

ного развития) первая и вторая бронхиальные дуги исчезают. Из третьей дуги сформируются сонные артерии, а из левой четвертой — аорта. Левая шестая дуга увеличивается в размерах, и ее дистальная часть становится ductus arteriosus, а также проксимальной частью левой ЛА. Дистальная часть правой шестой дуги и дистальная часть правой дорсальной аорты дегенерируют. Ductus arteriosus расщепляется и поворачивается, таким образом ЛА оказывается лежащей впереди аорты [17].

Описано два типа легочных артерий: классические, которые сопровождают дыхательные пути

иделятся параллельно с ними, и добавочные, которые отходят от классических под прямым углом

иобеспечивают кровью воздушные пространства, непосредственно прилежащие к бронхососудистому дереву. Посмертные ангиографические исследования показали, что уже к 14-й неделе внутриутробного развития у плода есть ветвящаяся система легочных артерий, а к 16-й неделе формируются все преацинарные ветви. Удивительно, но добавочные артерии существуют уже на 12-й неделе, в ранней псевдожелезистой фазе формирования легких, когда еще нет тех воздушных пространств, которые будут обеспечиваться этими артериями. Эластические волокна появляются в основной ЛА уже на 12-й неделе внутриутробного развития и становятся все более развитыми, тем не менее, даже у новорожденного они значительно тоньше, чем у взрослого. Незрелые гладкие мышцы появляются на ранних сроках, и артериальное дерево постепенно приобретает очертания такового у взрослого, с наличием артерии эластического типа вплоть до 17-й генерации. Артерии мышечного типа распространяются до терминальных бронхиол к 28-й неделе внутриутробного развития, а их дальнейшее распространение происходит уже после рождения.

Легочные вены

Примитивная легочная вена происходит из инвагинации задней стенки предсердия в синопредсердной области и растет, достигая зачатки легких. Она многократно делится, однако впоследствии за счет сложного процесса слияния две проксимальные ветви объединяются, образуя левое предсердие, в которое впадают остальные ветви, таким образом, входом в левое предсердие являются 4 отверстия, соответствующие основным легочным венам. Легочные вены делятся внутри мезенхимы легких, сливаясь с предсуществующими сосудистыми каналами, затем проходят в междольковой септе на некотором расстоянии от бронхоартериального дерева [18]. Классические легочные вены, соответствующие классическим легочным артериям, образуют аксиальный путь от периферии к воротам, они располагаются в своем собственном соединительнотканном ложе. Кроме того, существует два типа добавочных вен — добавочные вены I типа

дренируют легочные капилляры вблизи классических вен, у этих вен отсутствует собственное соединительнотканное ложе. Добавочные вены II типа собирают кровь из нескольких посткапиллярных притоков, имеют собственное соединительнотканное ложе вблизи классических вен. Добавочные вены I и II типа более многочисленны, чем классические, вливаются в последние под прямым углом.

Преацинарный дренаж легких формируется к 20-й неделе внутриутробного развития, интраацинарные вены продолжают формироваться позже, в том числе и постнатально. К 28-й неделе только разрозненные пучки мышц появляются в легочных венах. К рождению мышечный каркас формируется у части вен, однако наружная эластическая мембрана отсутствует.

Бронхиальные артерии

Бронхиальные артерии плохо изучены. Изначально легкие снабжаются парными сосудами, отходящими от дорсальной аорты, позже эти сосуды исчезают. Бронхиальные артерии описаны у 8-недельного плода, они проходят вдоль воздухоносных путей параллельно хрящам, образуют анастомозы с легочными артериями, однако этот процесс мало изучен [19].

Лимфатические пути

Лимфатические пути обнаруживают в висцеральной плевре при рождении, внутрилегочные лимфатические пути предшествуют развитию внутрилегочных лимфатических узлов [20]. Лимфатические пути плода берут начало из грудного лимфатического протока, плексус в области ворот легкого (вокруг hilus pulmonis) с поверхности соединяется с грудным лимфатическим протоком,

аизнутри — с внутренней легочной связкой и достигает пищеводного лимфатического плексуса. К 2,2 мес внутриутробного развития лимфатические сосуды, исходящие из hilus pulmonis, достигают вен, сопровождающих бронхососудистое дерево,

ак 2,5 мес — распространяются по всем легким. К 3,5 мес лимфатические сосуды достигают подплевральных зон, и в них уже образуются клапаны.

Развитие нервной системы

Описано, что ветки блуждающего нерва участвуют в закладке легкого эмбриона человека на 5-й неделе, при этом развитие нервных сплетений бронхов происходит по направлению от крупных к мелким. Одновременно с ними развиваются анастомозы нервных сплетений сосудов [21].

Развитие соединительной ткани

Примитивная мезенхима ответственна за развитие мезодермальных структур. Хрящ появляется в трахее приблизительно на 6-й неделе внутри-

утробного развития, к 11–12-й неделе хрящевые пластинки уже можно обнаружить в долевых и сегментарных бронхах, развитие хрящевого каркаса бронхов происходит вплоть до 24-й недели, к этому времени он полностью сформирован [22].

Основная функция мезенхимы — синтез внеклеточного матрикса. Основные компоненты внеклеточного матрикса синтезируются гетерогенной группой фибробластов и в некоторой степени — эпителиальными клетками, это касается, в частности, формирования базальной мембраны [23].

Главными компонентами внеклеточного матрикса являются коллагены и эластин. Коллагены (в дальнейшем будем писать «коллаген») представлены целым семейством, для легких наибольшее значение имеют коллагены I–V типов.

Коллаген появляется на ранних сроках внутриутробного развития, вовлечен в процессы деления воздухоносных путей, играет важную морфогенетическую роль и является главным соединительнотканным элементом в структуре воздухоносных путей, сосудов, плевры, междольковых септ. Эластин появляется в легочных артериях приблизительно на 1–12-й неделе внутриутробного развития, а в воздухоносных путях — на 20–25-й неделе. В легочной паренхиме эластин лежит вдоль свободных границ вторичных гребешков (в раннюю саккулярную фазу) и вдоль свободных границ входа в альвеолы. У новорожденного эти эластические волокна напоминают рыболовную сеть, существует предположение, что эта «рыболовная сеть» и обеспечивает дальнейшее развитие альвеол [24].

В легких имеется значительное число базальных мембран, включая таковые стенок альвеол, легочных артерий, вен и микрососудистого русла, а также базальные мембраны, окружающие гладкие мышцы и вены [25]. Эпителиальные и эндотелиальные базальные мембраны состоят из клеток интерстиция и неклеточных компонентов, таких как коллаген, эластин, фибронектины и протеогликаны. Компоненты базальных мембран включают коллаген IV типа, ламинин, энтактин/нидоген и гепарансульфат протеогликан. Ламинин ответствен за клеточную дифференцировку и обладает митогенным эффектом. Ряд авторов полагают, что базальные мембраны альвеол участвуют в постнатальном развитии альвеол. Эпителиально-мезенхимальные взаимодействия, вероятнее всего, вовлечены в процесс эпителиальной дифференцировки альвеол, глюкокортикоиды (ГК) играют центральную роль в созревании и секреции сурфактанта альвеолоцитами II типа. Рецепторы к ГК обнаруживают в мезенхиме непосредственно вблизи эпителия. В легком плода глюкокортикоиды стимулируют продукцию фибробластами фиброцит-пневмоци- тарного фактора (FPF), который, в свою очередь, способствует синтезу сурфактанта альвеолоцитами II типа [26].

Междольковые септы

Междольковые септы появляются у плода на 18–20-й неделе внутриутробного развития и уже на этой стадии напоминают междольковые септы у взрослых по их количеству и расположению [27]. Междольковые септы более выражены на передней границе верхней и средней долей, в ребер- но-диафрагмальной зоне и вдоль позвоночника. Коллаген в междольковых септах обнаруживают с помощью иммуногистохимического исследования, начиная с 20-й недели внутриутробного развития.

Плевра

Предполагают, что выстилка плевральных листков состоит не только из мезотелиальных, но и из субмезотелиальных клеток, характеризующихся паракринной функцией. У плода человека клетки мезотелия, изначально кубоидальные, становятся плоскими к 6-й неделе внутриутробного развития. Париетальная плевра уплощается к 8-й неделе, тогда как висцеральная плевра на этом сроке по-прежнему выстлана кубоидальными клетками. Эта разница сохраняется вплоть до рождения, когда первый вдох приводит к уплощению выстилки висцеральной плевры [28].

Постнатальное развитие легких

Темпы и характер постнатального развития легких зависят, прежде всего, от морфофункциональной зрелости организма (табл. 1.5) [31]. К моменту рождения в легких сформированы все морфологические структуры, включая ацинусы. После рождения происходят рост и дальнейшее развитие структурных единиц легких. Процесс роста альвеолярного звена до настоящего времени вызывает споры. Ключевым моментом для дискуссий является вопрос о возможности формирования ацинусов на постнатальном этапе. Наиболее активный рост и дифференцировка всех структур ацинуса с образованием новых альвеол происходят на первом году жизни. К 8 годам структура ацинусов полностью соответствует таковой во взрослом возрасте [29]. После 8 лет рост объема легких осуществляется путем увеличения размеров ранее существующих структур ацинусов до тех пор, пока объем грудной клетки не достигнет стабильных размеров [30].

В строении бронхиальной стенки у новорожденных можно выделить те же слои, что и у взрослых. С ростом организма увеличиваются размеры хрящевых пластинок при уменьшении относительного объема хрящевой ткани в составе бронхиальной стенки, происходит некоторое относительное увеличение мышечного слоя, хотя абсолютное количество мышечной ткани убывает [32, 33]. Аналогично увеличиваются бронхиальные железы. Адвентиция крупных бронхов частично

37

замещается жировой клетчаткой. С возрастом нарастает количество эластических волокон в межальвеолярных перегородках и они огрубляются. Межсегментарные прослойки рыхлой соединительной ткани у новорожденного выражены довольно четко, в дальнейшем границы между сегментами сглаживаются и определяются с трудом, особенно в нижних долях [34].

Таким образом, развитие легких включает эмбриогенез, происходящий в ранний эмбриональный период, морфогенез, определяющий формирование органа и составляющих его структур, рост и дифференцировку, продолжающихся не только в период внутриутробного развития, но и после рождения.

Список литературы

См.

1.3. Генетика заболеваний легких

Г.Ю. Бабаджанова, Н.А. Дидковский

Наряду с заболеваниями, этиологически строго детерминированными наследственностью (генные и хромосомные) или факторами внешней среды (травмы, ожоги), есть большая и нозологически разнообразная группа заболеваний, развитие которых определяется взаимодействием определенных наследственных факторов (мутации или сочетания аллелей) и факторов среды. В эту группу входят больные с заболеваниями с наследственной предрасположенностью.

Заболевания с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с соответствующим генотипом (сочетание «предрасполагающих» аллелей) при провоцирующем действии факторов среды. Именно к данной группе болезней и относятся заболевания бронхолегочной системы.

Наследственная предрасположенность к болезни может иметь полигенную и моногенную основу. Моногенная наследственная предрасположенность определяется одним геном, т.е. связана

с патологической мутацией данного гена, но для патологического проявления мутации требуется обязательное действие одного или нескольких факторов внешней среды, которые обычно точно идентифицируются и по отношению к данной болезни могут рассматриваться как специфические. Пример такого заболевания среди бронхолегочных — муковисцидоз (МВ).

Полигенная наследственная предрасположенность определяется сочетанием аллелей нескольких генов. Свой патологический потенциал они проявляют вместе с комплексом нескольких факторов внешней среды. Это мультифакториальные заболевания. Соотносительная роль генетических и средовых факторов различна не только для даннoго заболевания, но и для каждого больного. Яркий пример мультифакториального заболевания среди бронхолегочных — бронхиальная астма (БА).

Таким образом, заболевания респираторного тракта в своем большинстве вызваны целым рядом факторов. К ним относятся факторы внешней среды, генетические и случайные.

Генно-технический анализ генов риска бронхолегочных заболеваний

Генно-технический анализ генов риска бронхолегочных заболеваний можно разделить на три составляющие.

Характеристика дефектов протеинов. Молеку- лярно-генетические технологии используются для характеристики дефектов протеинов с известной физиологической функцией. Благодаря представлениям о дефектах на уровне дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и проистекающих отсюда нарушениях на уровне транскрипции, трансляции и посттрансляционных модификаций можно достичь углубленного понимания молекулярных механизмов патологии. Это хорошо видно в связи с анализом α-1-антитрипсина (ААТ), который хорошо изучен при МВ (дефектный CFTR-протеин и цитохром b558). В некоторых случаях доказа-

тельство генетического дефекта на уровне ДНК значительно проще, чем на уровне протеина, что позволяет использовать молекулярно-генетиче- ские технологии для улучшения диагностических возможностей [15]. Это справедливо прежде всего для тех патогенетически релевантных генов, которые можно выделить только из специфических тканей и протеиновые продукты которых невозможно обнаружить в крови или других клинически легко получаемых пробах.

Позиционное клонирование генов риска. Помимо известных стратегических знаний о структуре и функции соответствующих заболеванию протеинов, существует метод — «анализ сцепления», для идентификации патогенетических генов и их протеиновых продуктов. Анализ сцепления проводят в семьях с каким-либо моногенным заболеванием, при этом ищут связь этого заболевания с известными генетическими маркерами, т.е. выясняют, наследуется ли данное заболевание вместе с известными маркерами («сцеплено» ли оно с ними). На этом основании нельзя сразу обнаружить вид и функцию «виновного» гена или его протеина, поэтому сначала определяют лишь его локализацию в человеческом геноме. Позже сам ген клонируют, а его протеиновый продукт описывают. Так, в рамках различных геномных проектов создают карты человеческого генома, в которых обозначены позиции многих сотен генетических маркеров и которые можно использовать для анализа сцепления. Если для одного из маркеров находят тесное сцепление с заболеванием, это показывает, что ген заболевания локализуется в непосредственном соседстве с маркером, и если тем самым можно идентифицировать примерную позицию гена в геноме, то как следствие возможна изоляция гена из соответствующего банка. Технику позиционного клонирования успешно применяют для локализации и изолирования генов. Анализ сцепления применяли для идентификации генов МВ [29], гена хронического гранулематозного заболевания (ХГЗ) и даже для некоторых продуктов IgЕ [8].

Анализ кандидатных генов. Кроме молекулярной характеристики протеиновых аномалий и позиционного клонирования генов, в настоящее время для выяснения генетической предрасположенности к заболеваниям в распоряжении исследователя имеется и прямой генно-технический анализ кандидатных генов, т.е. генов с предполагаемым патогенетическим вкладом. Этот метод особенно предпочтителен при комплексных, полигенных заболеваниях — коронарной патологии сердца, сахарном диабете 2-го типа, опухолевых заболеваниях [2]. Цель метода — идентификация важнейших генов риска для этих заболеваний и их наиболее частых аллельных дефектов. Естественно, генетический анализ комплексных заболеваний намного сложнее, чем моногенных, но их высокая частота и большое клиническое значение вызывают неизменный интерес у генетиков. Анализ кандидатных

генов предполагает высокоразвитые генно-техни- ческие методы для выявления мутаций: применяют различные генно-сканирующие технологии, разработанные именно для выявления кандидатных генов.

Молекулярно-генетические технологии

Человеческий геном в настоящее время практически полностью расшифрован. Изучение структурного анализа такого сложного генома стало возможным благодаря развитию большого числа высокоэффективных молекулярно-генетических технологий. Развитие аналитического инструментария позволило провести полное картирование и как конечную цель — полную последовательность (секвенирование) всего генома [56]. Приведем подробнее некоторые технологии, которые используются для клинического применения и для генетического анализа комплексных заболеваний.

Позиционное клонирование. Клонирование нового гена заболевания — это первый фундаментальный шаг при молекулярно-генетическом анализе какого-либо генетического заболевания. Если отсутствует какая-либо структурная или функциональная предварительная информация о гене, он может быть клонирован при определенных обстоятельствах — на основе его хромосомной локализации. Для этого применяют уже описанный выше анализ сцепления, в котором общее наследование одного генетического маркера и одного заболевания изучается в большой семье с этим заболеванием. При этом маркер ни в коем случае не имеет функционального значения — он является лишь привычным вариантом геномной секвенции (последовательности) ДНК, расположенной вблизи собственно гена заболевания. В случае когда анализируют достаточно большие семьи с клинически четкими картинами заболеваний, возможно определение локализации гена с большой точностью и надежностью. На заключительном этапе предпринимается попытка

спомощью клонирования последующих областей геномной ДНК из целевой области и поиска выделенных в ней последовательностей идентифицировать и выделить сам ген заболевания.

Другие способы клонирования. При наличии предварительной информации о связанном с заболеванием протеине можно применять другие методы клонирования. Если известны частичные последовательности аминокислот протеина, можно провести скрининг банка генов человека

сиспользованием смесей олигонуклеотидов, соответствующих возможным последовательностям кодона фрагмента протеина. В таком банке генов содержится общий геном человека в фрагментарной форме. При создании банка генов вносят стохастические (случайные) фрагменты геномной ДНК в клетки (кишечная палочка, дрожжи) с помощью векторов (λ-фаги, космиды, эукариоти-

39