Глава IX
ИММУННАЯ СИСТЕМА И КЛЕТОЧНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ИММУННЫХ РЕАКЦИЯХ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЙ
Иммунитет— это защита организма о т всего генетически чужеродного— микробов, вирусов, от чужих клеток или генетически измененных собственных клеток.
Именная система объединяет органы и ткани, в которых происходит образование и взаимодействие клеток —и м м у н о ц и-
т о в. выполняющих функцию распознавания генстически чужеродных субстанций (а и (и генов) и осуществляющих специфическую реакцию.
Иммунная система обеспечивает поддержание генетической целостности и постоянства внутренней среды организма, выполняя функцию распознавания «своего» и «чужого». В организме взрослого человека она представлена: красным костным мозгом — источником стволовых клеток для иммуноцитов, центральными органами лимфоцитопоэ.за (тимус), периферическими органами лим-фоцитопоэза (селезенка, лимфатические узлы, скопления лимфоид-ной ткани в органах), лимфоцитами крови и лимфы, а также популяциями лимфоцитов и плазмоцитов, проникающими во все соединительные и эпителиальные ткани. Все органы иммунной системы функционируют как единое целое благодаря нейрогумораль-ным механизмам регуляции, а также постоянно совершающимся процессам миграции и рециркуляции клеток по кровеносной и лимфатической системам. Главными клетками, осуществляющими контроль и иммунологическую защиту в организме, являются лимфоциты, а также плазматические клетки и макрофаги.
Постоянно перемещающиеся лимфоциты осуществляют «иммунный надзор». Они способны «узнавать» чужие макромолекулы бактерий и клеток различных тканей многоклеточных организмов и осуществлять специфическую защитную реакцию.
Для понимания роли отдельных клеток в иммунологических реакциях необходимо прежде всего дать определение некоторым понятиям иммунитета.
Антигены — это сложные органические вещества, способные при поступлении в организм человека и животных вызывать специфический иммунный ответ. Свойствами антигенов обладают бактерии, вирусы, паразиты, чужеродные клетки и ткани, мутационно изменившиеся собственные клетки тела (например, раковые), продукты жизнедеятельности чужеродных клеток — белки, полисаха-риды, полипептиды, а также искусственные высокополимерные соединения.
Антитела — это сложные белки, находящиеся в иммуноглобу-линовой фракции плазмы крови человека и теплокровных животных, синтезируемые плазматическими клетками под воздействием различных антигенов. Антитела способны специфически соеди-пяться с соответствующими антигенами. Такая реакция наблюдая ется, например, при попадании в организм большинства бактери^ альных антигенов. Обнаружение антител в глобулиновой фракции белков крови обусловило их название — иммуноглобулины (lg). Изучено несколько классов иммуноглобулинов (lgG, lgM lgA, lgE, lgD). И.\{муноглоГ)улин G (lgG) является главным в плазме крови человека. lgG-антитела очень эффективны при нейтрализации бактериальных токсинов и защите организма от вирусов, но малоэффективны при активации комплемента (системы белков плазмы, необходимых для лизиса чужеродных тел). lgG-антите-
ла вырабатываются при первичном иммунном ответе позднее Других иммуноглобулинов. Иммуноглобулин М (lgM) не так специфичен, как lgG, к антигенным детерминантам и очень эффективен в нейтрализации токсических антигенов. Однако lgM эффективен в активации комплемента, в лизисе чужеродных клеток, более активен в агглютинации антигена и опсонизации (облегчение захвата и переваривания бактерий фагоцитами). Иммуноглобулин A (lgA) содержится в различных секретах (слезы, слюна), муцинах дыхательных путей и просвете кишечника.' lgA характеризуется высоким содержанием углеводов и устойчив к действию протеолити-ческих ферментов. Он обеспечивает защиту эпителиальных поверхностей слизистых оболочек^ Иммуноглобулин Е (lgE) вызывает выделение гистамина тучными~клетками и ответствен за некоторые аллергические реакции, функция иммуноглобулина D (lgD) недостаточно изучена. Его относят к эмбриональному виду глобулина. Он присутствует на поверхности лимфоцитов новорожденных; у взрослых lgD обнаружен совместно с lgM на поверхности 20% всех лимфоцитов.
Комплементом является группа белков, содержащихся в свежей сыворотке крови человека и животных и активизирующихся, когда антитело связывается с антигеном. Этот процесс приводит к лизису определенных типов клеток (лизис, опосредованный комплементом) или к образованию биологически активных веществ из белков комплемента, которые, прикрепляясь к бактериям, облегчают их фагоцитоз нейтрофилами. Последние вещества называют опсонинами.
Согласно клонально-селекционной теории иммунитета, в организме существуют многочисленные группы (клоны) лимфоцитов, генетически запрограммированные реагировать на один или несколько антигенов. Поэтому каждый конкретный антиген оказывает избирательное действие, стимулируя только те лимфоциты, которые имеют сродство к его поверхностным детерминантам.
При первой встрече с антигеном (первичный ответ) лимфоциты стимулируются и подвергаются трансформаций в бластн ы е формы, которые способны к пролиферации и дифференцировке в иммуноциты. В результате пролиферации увеличивается число лимфоцитов соответствующего клона, «узнавших» антиген. Дифференцировка приводит к появлению двух типов клеток —эффекторн ы х и клеток памяти. Эффекторные клетки непосредственно участвуют в ликвидации или обезвреживании чужеродного материала. К эффекторным клеткам относятся активированные лимфоциты и плазматические клетки. Клетки памяти — это лимфоциты, возвращающиеся в неактивное состояние, но несущие информацию (память) о встрече с конкретным антигеном. При повторном введении данного антигена они способны обеспечивать быстрый иммунный ответ большей интенсивности (вторичный ответ) вследствие усиленной пролиферации лимфоцитов и образования иммуно-цитов.
В зависимости от механизма уничтожения антигена различают клеточный иммунитет и гуморальный иммунитет.
При клеточном иммунитете эффекторными клетками являются цитотоксические Т-лимфоциты, или лимфоциты-киллеры (убийцы), которые непосредственно участвуют в уничтожении чужеродных клеток других органов или патологических собственных (например, опухолевых) клеток и выделяют литиче-ские вещества. Такая реакция лежит в основе отторжения чужеродных тканей в условиях трансплантации или при действии на кожу химических (сенсибилизирующих) веществ, вызывающих повышенную чувствительность (гиперчувствительность замедленного типа).
При гуморальном иммунитете эффекторными клетками являются плазматические клетки, которые синтезируют и выделяют в кровь антитела.
ХАРАКТЕРИСТИКА ИММУНОКОМПЕТЕНТНЫХ КЛЕТОК
Лимфоциты. Различают две основные разновидности лимфоцитов: В-лимфоциты и Т-лимфоциты.
Стволовые клетки и клетки-предшественники В-лимфоцитов образуются в костном мозге. У млекопитающих и человека здесь же происходит дифференцировка В-лимфоцитов, характеризующаяся появлением у клеток иммуноглобулиновых рецепторов. Далее такие дифференцированные В-лимфоциты поступают в периферические лимфоидные органы: селезенку, лимфатические узлы, лимфатические узелки пищеварительного тракта. В этих органах при действии антигенов происходит пролиферация и дальнейшая специализация В-лимфоцитов с образованием эффек-торных клеток — плазмоцитов и В-клеток памяти.
T-лимфоциты также развиваются из стволовых клеток костномозгового происхождения. Последние переносятся с током крови в тимус, превращаются в бласты, которые делятся и дифференцируются в двухнаправлениях. Одни бласты образуют популяцию лимфоцитов, обладающих специальными рецепторами, воспринимающими чужеродные антигены, Дифференцировка этих клеток происходит под влиянием и~н дуктора д и фференц и-р овк и, вырабатываемого и выделяемого эпителиальными элементами тимуса. Образующиеся в результате Т-лимфоциты (анти-генреактивные лимфоциты) заселяют специальные Т-зоны (тимус-зависимые) в периферических лимфоидных органах. Там под влиянием антигенов они могут подвергаться трансформации в Т-бласты, пролиферировать и дифференцироваться в эффекторные клетки, участвующие в трансплантационном (Т-киллеры) и гуморальном иммунитете (Т-хелперы и Т-супрессоры), а также в Т-клетки памяти. Другая 'часть потомков Т-бластов дифференцируется с образованием клеток, несущих рецепторы к антигенам собственного организма. Эти клетки подвергаются разрушению. Таким образом, необходимо различать а н тигеннеза-
висимую и антигензависимую пролиферацию, дифференцировку и специализацию В-и Т-лим-фоцитов (рис. 90).
Антигеннезависимая пролиферация и дифференцировка
Эти процессы генетически запрограммированы на образование клеток, способных давать специфический тип иммунного ответа при встрече с конкретным антигеном благодаря появлению на плазмолемме лимфоцитов особых «рецепторов». Она совершается в центральных органах иммунитета (тимус, костный мозг или
фабрициева сумка у птиц) под влиянием специфических факторов, вырабатываемых клетками, формирующими микроокружение (ретикулярная строма или ретикулоэпителиальные клетки в ти-мусе).
Антигензависимая пролиферация и дифференцировка Т-и В- лимфоцитов
Эти процессы происходят при встрече с антигенами .в периферических лимфоидных органах, при этом образуются эффек-TOi)Hbie_JUi&iKJ4— и клетки памяти (сохраняющие информацию о действовавшем антигене).
Образующиеся Т-лимфоциты составляют пул долгоживущих, рециркулирующих лимфоцитов, а В-лимфоциты — короткоживу-щих клеток.
Т-лимфоциты играют важную роль как в клеточном, так и в гуморальном иммунитете. .Цеиствующий антмен.—связывается с «рецептором» на цитолемме Т-лимфоцита и оказывает на него стимулирующее влияние, приводящее к превращению малого лимфоцита в большой Т-лимфоцит (Т-лимфобласт), способный к пролиферации. Превращение малого лимфоцита в Т-лимфобласт сопровождается увеличением размера клетки и ядра, для которого характерно диффузное расположение хроматина (эухроматино-вое ядро), размер ядрышка также увеличивается. В цитоплазме накапливается большое число полирибосом, увеличивается комплекс Гольджи.
В случае формирования клеточного иммунитета (например, при трансплантации клеток и тканей) при действии тканевых антигенов дифференцировка Т-лимфобластов приводит к появлению цитотоксических лимфоцитов (7'-киллеры) и Т-клеток памяти (рис. 91). Цитотоксические лимфоциты способны разрушать чужеродные клетки (клетки-мишени) или непосредственно или посредством выделяемых ими особых веществ — медиаторов (лимфокинов). При прямом действии Т-киллера на клетки-мишени у последних происходит повреждение цитолеммы и клетки разрушаются. Лимфокины, выделяемые активированными Т-лимфоцитами, представляют собой растворимые вещества (молекулярная масса 8000—80000), лишенные антигенной специфичности. Имеется несколько видов лимфокинов, обладающих способностью влиять на интенсивность миграции макрофагов, вызывать разрушение (лизис) клеток, стимулировать трансформацию и пролиферацию лимфоцитов, переносить информацию о неспецифическом антигене циркулирующим лимфоцитам и др.
Описанные изменения Т-лимфоцитов могут наблюдаться при реакциях гиперчувствительности замедленного типа (местная воспалительная реакция, возникающая при повторном введении антигена), при развитии а у тоимму н-н ы х заболеваний, сопровождающихся разрушением собственных клеток организма, а также при развитии опухолевых новообразований. Таким образом, эффекторные Т-клетки (киллеры) обеспечивают генетическое постоянство внутренней среды организма, разрушая чужеродные клетки.
При формировании гуморального иммунитета большинство растворимых и других антигенов также оказывает
стимулирующее влияние на Т-лимфоциты; при этом формируются Т-лимфициты-хелперы, которые выделяют медиаторы (лимфо-кины), взаимодействующие с В-лимфоцитами и вызывающие их трансформацию в В-бласты, специализирующиеся в секретирую-щие антитела плазматической клетки (см. рис. 91). Пролиферация стимулированных антигеном Т-лимфоцитов приводит также к увеличению числа клеток, которые превращаются в неактивные малые лимфоциты, сохраняющие в течение нескольких лет информацию о данном антигене и поэтому называющиеся Т-клетками памяти. При повторной встрече с этим же антигеном Т-клетки памяти первыми распознают его и отвечают описанными выше пролиферацией и дифференцировкой, но эти процессы более интенсивно выражены (вторичный ответ).
Т-хелпер обусловливает специализацию В-лимфоцитов в направлении формирования антителообразующих плазмоцитов, которые обеспечивают «гуморальный иммунитет», вырабатывая и выделяя в кровь иммуноглобулины. Вот почему медиатор, выделяемый Т-хелпером, называют индуктором и ммунопо э-з а. Одновременно В-лимфоцит получает антигенную информацию от макрофага, который захватывает антиген, перерабатывает его и передает В-лимфоциту, На поверхности В-лимфоцита расположено большое количество иммуноглобулиповых рецепторов (50000—150 000) (рис. 92).
Таким образом, для обеспечения иммунологических реакций необходима кооперация деятельности трех основных типов клеток: В-лимфоцитов, макрофагов и Т-лимфоцитов. Механизмы этой кооперации можно представить следующим образом (см. рис. 91). Молекулы антигена соединяются с иммуноглобулиновыми рецепторами Т-лимфоцитов и в комплексе с ними отделяются от клетки (происходит как бы снятие рецепторов с поверхности Т-лимфоцитов). В образованном комплексе рецептор — антиген на свободном конце находятся Fc-фрагменты тяжелых цепей имму-ноглобулинов. На цитолемме макрофага имеются специальные рецепторы, способные присоединять Fc-фрагменты. Макрофаги после переработки захваченных антигенов передают их В-лимфоциту. Передача большого количества переработанных макрофагом антигенов обеспечивает пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов в направлении образования плазмоцитов, вырабатывающих специфические антитела на конкретный вид антигена. Плазматические клетки могут образовываться и при отсутствии антигенов, но в этом случае необходимо наличие индукторов иммунопоэза, вырабатываемых Т-лимфоцитами. Тогда сформировавшиеся плазмоциты синтезируют неспецифические гамма-глобулины. Действие антигенов в отсутствие индуктора иммунопоэза вызывает гибель части лимфоцитов и появление невосприимчивости к данному антигену Без Т-хелперов В-клетки утрачивают способность формировать антителообразую-щие клетки. Выявлены также Т-супрессоры, которые подавляют способность лимфоцитов участвовать в выработке антител и таким образом обеспечивают и м м у и о л о г и ч е скую толерантность, т. е. нечувствительность к определенным антигенам. Они регулируют количество образующихся плазматических клеток и количество антител, синтезируемых этими клетками. Оказалось, что тормозить выработку антител может и особая субпопуляция В-лимфоцитов, которые получили название В-супрессоров. Показано, что Т- и В-супрессоры могут действовать подавляюще также на реакции клеточного иммунитета.
Дифференцировка клеток плазматического ряда. Этот процесс проходит в несколько этапов и продолжается в течение суток. Из стимулированных В-лимфоцитов образуются В-лимфобласты, которые размножаются, часть из них приобретает способность к синтезу антител и становится плазмобластами, превращающимися в последующем в проплазмоциты и плазмоциты (рис. 93).
Плазмобласт (plasmoblastus) — крупная клетка, характеризуется наличием большого количества рибосом и небольшим числом уплощенных цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Ядро содержит деконденсированный хроматин (эухроматин) и 1—2 больших ядрышка.
Проплазмоцит характеризуется меньшим размером тела клеток, увеличением количества концентрически расположенных узких канальцев гранулярной эндоплазматической сети. Ядро лежит эксцентрично, хроматин более компактный, расположен группами около ядерной мембраны (имеет вид спиц колеса). Около ядра видна зона более светлой цитоплазмы, в которой расположен увеличенный комплекс Гольджи.
Плазмоцит (plasmocytus) характеризуется появлением большого количества расширенных цистерн гранулярной эндоплазматической сети, заполненных продуцируемыми клеткой иммуно-глобулинами. Ядро компактное, расположенное эксцентрично.
Процесс плазмоцитогенеза сопровождается потерей способности клеток к делению и движению и уменьшением количества поверхностных иммуноглобулинов в цитолемме. Продолжительность жизни плазмоцитов составляет несколько недель. Лимфобласты и незрелые плазматические клетки из лимфатических узлов, где они образуются, способны проникать в выносящие лимфатические сосуды и заселять соседние лимфатические узльЦ Часть образованных из них мелких клеток, напоминающих по виду лимфоциты, проникает в кровеносные сосуды. Они имеют центрально расположенное ядро, окруженное узким ободком цитоплазмы, в которой видна развитая гранулярная эндоплазматическая сеть. Эти клетки получили название лимфоплазмоцитов.
Синтез иммуноглобулинов (антител) происходит при участии информационной РНК на рибосомах гранулярной эндоплазматической сети В-лимфоцитов и образуемых из них плазмоцитов. Синтезированные молекулы поступают в просвет цистерн. В В-лимфоцитах первые антитела выявляются в перинуклеарных цистернах. В процессе дифференцировки плазмоцитов антитела находятся во всех цистернах гранулярной эндоплазматической сети.
В зрелых плазмоцитах антитела в перинуклеарных пространствах отсутствуют и исчезают из некоторых цистерн гранулярной сети. К полипептидным частям тяжелых цепей антител присоединяются углеводы (N-ацетилглюкозамин), и этот комплекс транспортируется в комплекс Гольджи, где и происходит присоединение дополнительных углеводов (галактоза). Из пластинчатого комплекса антитела переносятся на поверхность клетки и выделяются. Наиболее раннее выделение антител на месте действия антигена осуществляется лимфоцитами. Плазмоциты начинают секретировать антитела несколько позднее, но в гораздо большем количестве. Одна плазматическая клетка может продуцировать 3000 молекул антител в сутки. Часть иммуноглобулинов может депонироваться' в растянутых цистернах гранулярной эндоплазматической сети.
Макрофаги
Макрофаги играют важную роль как в естественном, так и в приобретенном иммунитете организма. Участие макрофагов в естественном иммунитете проявляется в их способности к фагоци-
точу и в синтезе ряда активных веществ — пищеварительных ферментов, компонентов системы комплемента, фагоцитина, ли-зоцима, интерферона, эндогенного пирогена и др., являющихся основными факторами естественного иммунитета. Их роль в приобретенном иммунитете заключается в пассивной передаче антигена иммунокомпетентным клеткам (Т- и В-лимфоцитам), в индукции специфического ответа на антигены. Макрофаги также участвуют в обеспечении иммунного гомеостаза путем контроля над размножением клеток, характеризующихся рядом отклонений от нормы (опухолевые клетки).
Для оптимального развития иммунных реакций при действии большинства антигенов необходимо участие макрофагов как в первой индуктивной фазе иммунитета, когда они стимулируют лимфоциты, так и в его конечной фазе (продуктивной), когда они участвуют в выработке антител и разрушении антигена. Антигены, фагоцитированные макрофагами, вызывают более сильный иммунный ответ по сравнению с теми, которые не фагоцитированы ими. Блокада макрофагов введением в организм животных взвеси инертных частиц (например, туши) значительно ослабляет иммунный ответ. Макрофаги способны фагоцитировать как растворимые антигены (например, белки), ^так и корпускулярные. Корпускулярные антигены вызывают более сильный иммунный ответ. Некоторые виды антигенов, например пневмококки, содержащие на поверхности углеводный компонент, могут быть фагоцитированы после предварительной опсонизации. Фагоцитоз значительно облегчается, если антигенные детерминанты чужеродных клеток опсонизированы, т. е. соединены с антителом или комплексом антитела и комплемента. Процесс опсонизации обеспечивается присутствием на мембране макрофага рецепторов, которые связывают часть молекулы антитела (Ре-фрагмент) или часть комплемента (Рз). С мембраной макрофага у человека непосредственно могут связываться только антитела класса lgG, когда они находятся в комбинации с соответствующим антигеном. Иммуноглобулины класса М могут связываться с мембраной макрофага в присутствии комплемента. Макрофаги способны «распознавать» растворимые антигены, например гемоглобин. В механизме распознавания антигена выделяют два этапа, тесно связанных друг с другом. Первый этап заключается в фагоцитозе и переваривании антигена. Во втором этапе в фаголизосомах макрофага накапливаются полипептиды, растворимые антигены (сывороточные альбумины) и корпускулярные бактериальные антигены. В одних и тех же фаголизосомах может быть обнаружено несколько введенных антигенов. Изучение иммуногенности различных субклеточных фракций выявило, что наиболее активное антителообразование вызывает введение в организм лизосом. Антиген обнаруживается также в мембранах клеток. Выделяемая макрофагами большая часть переработанного материала антигенов оказывает стимулирующее влияние на пролиферацию и диф-ференцировку клонов Т- и В-лимфоцитов. Небольшое количество
антигенного материала может длительное время сохраняться в макрофагах в виде химических соединений, состоящих не менее чем из 5 пептидов (возможно, в связи с РНК).
В В-зонах лимфатических узлов и селезенки имеются специализированные макрофаги (дендритные клетки), на поверхности многочисленных отростков которых сохраняются многие антигены, попадающие в организм и передающиеся соответствующим клонам В-лимфоцитов. В Т-зонах лимфатических фолликулов расположены интердигитирующие клетки, влияющие на дифферен-цировку клонов Т-лимфоцитов.
Таким образом, макрофаги принимают непосредственное активное участие в кооперативном взаимодействии клеток (Т- и В-лимфоцитов) в иммунных реакциях организма (см. рис. 91,6').
Участие тканевых базофилов и эозинофилов в иммунных реакциях
При первичном и особенно при повторном введении антигенов наблюдаются увеличение числа и массовая дегрануляция тканевых базофилов. Высказывается предположение, что дегрануляция обусловлена соединением антигена с антителами, фиксированными на цитолемме. При этом выделяются содержащиеся в гранулах биологически активные вещества (гистамин, серотонин, гепарин), которые могут оказывать неспецифическое стимулирующее влияние на процессы пролиферации и дифференцировки иммуноком-петентных клеток Т- и В-лимфоцитов.) Появление в тканях избытка гистамина приводит к увеличению числа эозинофилов, которые участвуют в его разрушении. Введение в организм большинства антигенов сопровождается увеличением числа эозинофилов в тканях и регионарных лимфатических узлах. В ранней (индуктивной) фазе иммунной реакции, когда происходит «распознавание антигена», эозинофилы, как и тканевые базофилы, принимают участие в активизации макрофагов (см. рис. 91, и). В продуктивной фазе иммунитета (выработка антител) эозинофилы выполняют дезин-токсикационную функцию, участвуя в фагоцитозе и разрушении комплекса антиген — антитело.
МЕХАНИЗМЫ ИНТЕГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Иммунная система функционирует как единое целое благодаря наличию центральных нейрогуморальных и местных факторов, регулирующих процессы пролиферации и дифференцировки клеток, упорядоченную миграцию стволовых клеток и лимфоцитов, осуществляемую через кровь и лимфу (рис. 94). В эмбриональный период переключение кроветворения из желчного мешка в печень и далее в костный мозг осуществляется посредством переселения стволовых клеток через кровоток. В конце эмбрионального и в первые дни постэмбрионального развития содержание стволовых клеток в крови в десятки раз больше, чем у взрослых. У взрослых
СЦИМП v.-.iy
ФабрициеГю^^
Рис. 94. Миграция и рециркуляция клеток в иммунной системе (схема) ^ ^^ ^ - -Фо-^
-лимфоциты памяти; мо-
ОСНОВНЫМ поставщиком стволовых клеток становится костный мозг, при этом в кровь мигрирует за сутки около 2% всех стволовых клеток костного мозга. При действии антигенов их число увеличивается в Десятки раз. Предполагают, что процесс миграции стволовых клеток из костного мозга и их рециркуляция находя под контролем гормонов гипофиза и надпочечников. Глюкокорти-
коидные гормоны коры надпочечников препятствуют избыточной миграции стволовых клеток и тем самым предохраняют их от «перерасходования». Стволовые клетки, мигрирующие в тимус и неизвестный у человека аналог фабрициевой сумки, подвергаются антигеннезависимой пролиферации и дифференцировке в иммуно-компетентные Т- и В-лимфоциты. Далее Т- и В-лимфоциты поступают в кровь и заселяют Т- и В-зоны в лимфатических узлах, селезенке. Отсюда образующиеся Т- и В-эффекторные клетки (цитотоксические лимфоциты и плазмоциты), а также Т- и В-клетки памяти снова поступают в кровь и лимфу, и, свободно передвигаясь, как бы «патрулируют» организм. При повторной встрече со «своим» антигеном они обеспечивают более сильный и быстрый иммунный ответ организма.
Различают два типа миграции клеток иммунной системы: медленный и быстрый. Продолжительность медленной миграции измеряется неделями. Медленный тип миграции характерен для стволовых клеток и Т- и В-лимфоцитов, заселяющих периферические лимфоидные органы. Быстрый тип мигр а-ци и (несколько часов) характерен для постоянно рециркулирую-щих долгоживущих лимфоцитов памяти. Они мигрируют из крови в периферические лимфоидные органы и из них обратно в кровь. Популяция быстро рециркулирующих лимфоцитов содержит главным образом Т-лимфоциты. Большинство медленно мигрирую-щих клеток относится к В-клеткам. При остром иммунном ответе происходит миграция предшественников эффекторных цитотокси-ческих лимфоцитов и плазмоцитов через кровь и лимфу во все отделы иммунной системы и соединительную ткань, где обеспечиваются условия для иммунного, ответа. Число рециркулирующих лимфоцитов в крови человека составляет около 10'°.
Рециркулирующие лимфоциты представляют собой основную часть популяции малых лимфоцитов, большинство из которых являются долгоживущими Т-лимфоцитами; меньшее число составляют В-лимфоциты.
Рециркулирующие лимфоциты имеют оптимальную возможность к встрече с любой чужеродной мишенью, которую они сами непосредственно уничтожают, вырабатывая антитела.
Лимфоциты при помощи рецепторов осуществляют «проверку» всех тканей организма, выявляя чужеродный материал. При попадании антигена в периферические лимфоидные органы в зонах его расположения концентрируются Т-лимфоциты. В этих же зонах несколько позднее появляются В-лимфоциты. Происходит взаимодействие макрофагов, Т- и В-лимфоцитов и кооперативное распознавание антигена, приводящее к дифференцировке из В-клеток памяти и плазмоцитов, продуцирующих антитела.
Лимфоциты памяти живут в течение 20 лет и более. Приобретенное свойство памяти лимфоцитов наследуется.
Таким образом, процессы миграции и рециркуляции клеток иммунной системы обеспечивают поддержание иммунного гомео-стаза.
МЫШЕЧНЫЕ ТКАНИ
Ведущая функция мышечных тканей (textus muscularis) — обеспечение перемещения в пространстве организма в целом и его частей. Это достигается .тем, что элементы этих тканей способны изменять свою форму под влиянием пусковых импульсов — сокращаться. Свойством изменения формы обладают клетки и других тканей. Но в мышечных тканях эта способность становится главной их функцией. Мышечные сокращения всегда сопровождаются изменениями мембранных потенциалов, регистрация которых служит важным средством современной диагностики.
ОБЩАЯ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МЫШЕЧНЫХ ТКАНЕЙ
Строение элементов мышечных тканей: удлиненная форма, продольное расположение миофибрилл, обеспечивающих сократимость—соответствует их ведущей функции. Изменение формы сократимых элементов мышечных тканей является следствием взаимодействия молекул сократительных белков — актина и миозина, которое осуществляется с участием других белков и ионов кальция. Так как для сокращения требуется много энергии, структурные элементы мышечных тканей богаты митохондриями. В их цитоплазме содержится также много гликогена и миоглобина.
Морфофункциональная классификация. Все мышечные ткани составляют морфофункциональную группу, а в зависимости от структуры органелл сокращения ее делят на две подгруппы.
Первая подгруппа — гладкие (неисчерченные) мышечные ткани (textus muscularis nonstriatus) — характеризуется тем, что нити актина (актиновые миофиламенты) и нити миозина (миозиновые миофиламенты), присутствующие в цитоплазме гладких мышечных клеток — миоцитов, формируют сократительные миофибрил-лы, не имеющие поперечной исчерченности. При специальных окрасках они видны и под световым микроскопом в виде продольных равномерно окрашенных по всей длине (гладких) нитей.
Вторая подгруппа — поперечнополосатые (исчерченные) мышечные ткани (textus muscularis striatus) — состоят из мышечных элементов, постоянно имеющих в составе специальных органелл и актиновые, и миозиновые протофибриллы, формирующие мио-фибриллы. Взаимное расположение актиновых и миозиновых протофибрилл создает поперечную исчерченность. Исчерченные мышечные ткани сокращаются быстрее, чем гладкие.
ИСТОЧНИКИ РАЗВИТИЯ МЫШЕЧНЫХ ТКАНЕЙ
Известны 5 источников развития мышечных тканей, и соответственно последние подразделяются на 5 гистогенетических типов: мезенхимн ы е, э п и д ермальн ы е, нейральн ы е,
ц е л омические и соматические (миотомные). Первые три типа относятся к подгруппе гладких мышечных тканей, четвертый и п^ятьгй — к подгруппе поперечнополосатых тканей.
ГЛАДКИЕ МЫШЕЧНЫЕ ТКАНИ Мышечная ткань мезеихимного происхождения
Гистогенез. Стволовые клетки этой ткани и клетки-предшественники на этапах эмбрионального развития пока точно не отождествлены. По-видимому, они родственны предшественникам фибробластов соединительной ткани и располагаются, будучи уже детерминированными, в составе мезенхимы. Подобно фиброблас-там они синтезируют гликозаминогликаны и молекулы коллагена, из которых уже вне клетки осуществляется сборка матрикса базальной мембраны и волокон. У дефинитивных клеток (миоцитов) синтетическая способность снижена, но не исчезает полностью.
Строение и функциональные особенности. Гладкий миоцит представляет собой веретеновидную клетку длиной 20—500 мкм, толщиной 5—8 мкм (рис. 95). Ядро палочковидной формы находится в ее центральной части. Когда миоцит сокращается, оно изгибается и даже закручивается. Органеллы общего значения, среди которых много митохондрий, сосредоточены около полюсов ядра (в эндоплазме). Комплекс Гольджи и эндоплазматическая сеть, особенно гранулярная, развиты слабо, что свидетельствует о малой интенсивности синтетических функций. Рибосомы в большинстве случаев расположены свободно. Цитолемма образует многочисленные впячивания — пиноцитозные пузырьки и кавеолы. Посредством их в цитоплазму доставляются, в частности, ионы кальция.
Актиновые миофиламенты идут в цитоплазме преимущественно продольно или под углом к длинной оси клетки, образуя трехмерную сеть. Места прикрепления их к цитолемме либо друг к другу выглядят на электронных микрофотографиях как электронно-плотные тельца. Они состоят из белкаа-актинина. В тех плотных тельцах, которые прикрепляются к плазмолемме, обнаружен вин-кулин. Иногда они заметны как темные пятнышки и при светооп-тическом изучении клеток. Миозиновые миофиламенты располагаются в цитоплазме миоцита продольно. При сокращении наблюдается перераспределение актиновых и миозиновых нитей относительно друг друга. Благодаря межмолекулярным воздействиям с миозином параллельные актиновые нити смещаются навстречу друг другу, энергия тяги передается на цитолемму, и конфигурация клетки изменяется.
Каждый миоцит окружен базальной мембраной. В ней есть отверстия, в области которых между соседними миоцитами образуются щелевидные соединения (нексусы), обеспечивающие функциональные взаимодействия миоцитов в ткани. В базальную мембрану вплетены многочисленные ретикулярные фибриллы. На кон-
Рис. 95. Строение неисчерченного гладкого миоцита /схема/.
А, В — при расслаблении: К, Д —- при наибольшем сокращении: ^ — при неполном сокращении. / -- цитолемма; 2 — плотные тельца: 3 — ядро: 4 — эндоплазма: 5 " сократительные комплексы: 6 — митохондрии: 7 — базаль-ная мембрана: 8 ~ актиновые (тонкие) миофиламенты: 9 — мио^иновые (толстые) миофиламенты. В, Г, Д — увеличенное изображение участка, обведенного рамкой на фрагментах А и Б.
цах клеток цитолемма образует узкие тонкие впячива-ния, в которые заходят эти фибриллы, так что на них передается усилие, развиваемое при сокращении. Вокруг мышечных клеток ретикулярные, эластические и тонкие коллагеновые волокна образуют трехмерную сеть — эндомизий, которая объединяет соседние миоциты (рис. 96).
Регенерация. Физиологическая регенерация гладкой мышечной ткани проявляется обычно в условиях повышенных функциональных нагрузок преимущественно в форме компенсаторной гипертрофии. Наиболее отчетливо это наблюдается в мышечной оболочке матки во время беременности. В миоцитах интенсифицируются синтетические процессы, активизируются ядра, увеличивается количество элементов эндо-плазматической сети, количество рибосом и комплекс Гольджи. Некоторые миоциты начинают делиться. Не исключена также возможность превращения миофибробластов в миоциты. При репаратив-ной регенерации восстановление ткани возможно скорее всего за счет этих же двух источников.
Рис. 97. Миоэпителиальные клетки в концевом отделе слюннои железы (рис. Г. С. Катинаса).
поперечный cpe'j: fc' - реконструкция. / - ядра мно.шителиоцитов, 2 •• отростки ядра секреторных тпите.чиоцнтоп; 4 — ба^.^ьная меморанц.
м и <"..)! i и те л и о 11 и т о в', 3
Мышечная ткань эпидермального происхождения
Элементами этой ткани являются миоэпителиильные клетки, развивающиеся из кожной эктодермы. Они располагаются в потовых, молочных, слюнных и слезных железах, дифференцируясь одновременно с их секреторными эпителиальными клетками из общих предшественников. Миоэпителиальные клетки непосредственно прилежат к эпителиальным, так что от соединительной ткани их отделяет общая базальная мембрана.
Миоэпителиальные клетки имеют звездчатую форму и охватывают отростками концевые отделы и мелкие выводные протоки желез; их называют также корзинчатыми (рис. 97). В центральной части клетки располагаются ядро и органеллы общего значения, а в отростках — сократительный аппарат, орга-низоцанный так же, как в неисчерченных миоцитах мезенхимного происхождения. Сокращаясь, отростки способствуют выведению секрета железы. В ходе регенерации и миоэпителиальные, и секреторные эпителиальные клетки развиваются из общих малодифференцированных клеток эпидермальной природы.
Мышечная ткань нейрального происхождения
Миоциты этой ткани развиваются из клеток нейрального зачатка в составе стенки глазного бокала. По строению это — неисчерченные миоциты с соответственно организованным сократительным аппаратом. Они входят в состав двух мышц радужки глаза — расширяющей и суживающей зрачок.
Гладкие мышечные ткани в составе органов
В составе органов гладкие (неисчерченные) миоциты объединяются в пучки, между которыми располагаются тонкие прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани {перимизий), а сово-
купность пучков образует мышцу, которая окружена более толстыми прослойками волокнистой соединительной ткани (эпимизий). В них проходят кровеносные сосуды, которые доставляют питание гладкой мышце, и нервные волокна, оканчивающиеся не непосредственно на миоцитах, а между ними. Поэтому после поступления от нервных центров управляющих импульсов выделенные порции медиатора диффузно распространяются между клетками и возбуждают сразу многие из них. Гладкие мышцы присутствуют в стенках многих внутренних органов, образуя в них слои и оболочки (например, в органах дыхания, желудочно-кишечного тракта, в кровеносных сосудах и др.).
ПОПЕРЕЧНОПОЛОСАТЫЕ МЫШЕЧНЫЕ ТКАНИ Сердечная поперечнополосатая мышечная ткань
Гистогенез. Источники развития сердечной поперечнополоса-той мышечной ткани (textus muscularis striatus cardiacus) — симметричные участки висцерального листка спланхнотома (цело-мической выстилки) в шейной части тела зародыша, называемые миоэпикардиальной пластинкой. Большинство ее клеток дифференцируется в сердечные миоциты (кардиомиоциты), остальные — в клетки мезотелия эпикарда (см. гл. XV). Возможно, что и те, и другие имеют общие клетки-предшественники. В ходе гистогенеза дифференцируются несколько видов кардиомиоцитов: сократительные, проводящие, переходные (промежуточные), а также секреторные (см. гл. XV).
Строение сократительных кардиомиоцитов. Клетки имеют удлиненную (100—150 мкм), близкую к цилиндрической форму. Их концы соединяются друг с другом, так что цепочки кардиомиоцитов составляют так называемые функциональные волокна толщиной 10—20 мкм, а области контакта образуют вставочные диски (см. ниже). Кардиомиоциты могут ветвиться и образуют пространственную сеть (см. гл. XV). Их боковые поверхности покрыты базальной мембраной, в которую снаружи вплетаются тонкие ретикулярные и коллагеновые волокна.
Ядро (или ядра, если их два) овальной формы, располагается в центральной части клетки (рис. 98). Большинство ядер поли-плоидно. У полюсов ядра в цитоплазме сосредоточены органеллы общего значения, включая клеточный центр, комплекс Гольджи, слаборазвитую гранулярную эндоплазматическую сеть, отдельные лизосомы. Агранулярная эндоплазматическая сеть хорошо развита. Она формирует субсарколеммальные цистерны, прилежащие к Т-системам, а также анастомозирующие между собой трубочки L-систем. Здесь же имеются включения гликогена и липидов. Включения миоглобина распределены по цитоплазме равномерно. Митохондрии образуют цепочки вокруг специальных органелл-миофибрилл.
Миофибриллы построены из постоянно существующих упоря-доченно расположенных нитей актина и миозина — сократитель-
9 ГИСТОЛОГИЯ
tt!^,t.^^llH^1l
lt^^l^gH^
H^W
1/гдисна1
Диски ПолосксПГ
?^^
0.0.0.0— 0:0:0:0^.
о '.о '.о '.о о •о •о
Рис. 98. Сердечные миоциты (кардиомиоциты) (рис. Г. С. Катинаса). / —- схема ультрамикроскопического строения трех видов кардиомиоцитов: проводящих (а), промежуточных (fi), рабочих (В). / — базальная мембрана; 2 — ядра клеток: .? — миофибриллы; 4 — соединение рабочих кардиомиоцитов (вставочный диск): 5 — соединения промежуточного кардиомиоцита с рабочим и проводящим кардиомиоцитами; б -- соединения проводящих кардиомиоцитов: 7 — поперечная трубочка (органеллы общего значения не показаны). // —- схема сокращения саркомера: А — расслабленное состояние: Б ~ состояние сокращения: 1 — телофрагма (Z-линия); 2 — тонкие (актиновые) миофиламенгы: 3 — толстые (миозиновые) миофиламенты.
ных белков. Для их закрепления служат особые структуры — телофрагмы и мезофрагмы, построенные из других белков. Тело-фрагмы представляют собой сети из белковых молекул, натянутые поперек клетки и прикрепленные к цитолемме. На продольном срезе кардиомиоцита они выглядят линиями толщиной около 100 нм, получившими название Z-линий. Участок миофибриллы между двумя телофрагмами называется саркомером (см. рис. 98). По середине его располагается мезофрагма (М-линия на продольном срезе). От мезофрагмы в сторону телофрагмы отходят нити миозина, а от телофрагмы навстречу им — нити актина. Они встречаются и на некотором расстоянии идут параллельно, причем каждый толстый (миозиновый) филамент сопровождается 6 тонкими (актиновыми) миофиламентами.
На срезе саркомера участок, занятый М-линией и прилежащими зонами, в которых располагаются только миозиновые нити, носит название Н-полосы (светлой зоны), а участок, в котором располагаются нити миозина и частично актина, — А-полосы (А-диска). Участки двух соседних саркомеров, разделенные Z-линией, которые содержат только нити актина, составляют вместе 1-полосу (1-диск). Названия полос возникли потому, что из-за различной молекулярной организации в области 1-полосы преломление лучей поляризованного света изотропное, а в области же А-полосы —анизотропное. Между миофибриллами располагаются митохондрии и агранулярная эндоплазматическая сеть. Митохондрии, разделяющие миофибриллы, очень крупные и образуют трехмерную сеть (см. рис. 99, III) с более плотным расположением в области 1-диска.
Цитолемма на уровне телофрагм образует глубокие каналооб-разные впячивания, именуемые поперечными трубочками (tubulus transversus) или Т-трубочками', в них заходит и базальная мембрана. Такая система имеет чрезвычайно важное функциональное значение, обеспечивая быстрое проведение потенциала действия к каждой миофибрилле. Канальцы агранулярной эндоплазмати-ческой сети в цитоплазме между миофибриллами располагаются преимущественно продольно, анастомозируя друг с другом, достигают Т-трубочек и на некотором расстоянии идут параллельно последним.
В области вставочных дисков разные участки концов кардиомиоцитов оканчиваются не на одном уровне. Выступающая часть одного кардиомиоцита вдвинута в углубленную часть последующего. Контактирующие поверхности клеток образуют пальцевидные соединения (интердигитации), а также многочисленные десмосо-мы. В них вплетаются актиновые нити ближайшего саркомера миофибриллы. Боковые поверхности выступов (параллельные длиннику клетки) тоже соприкасаются и объединяются многочисленными нексусами. В области интердигитации и десмосом кардиомиоциты прочно связываются один с другим, что обеспечивает развитие единого усилия при сокращении многих соседних клеток. В области нексусов осуществляются ионные и химические взаимодействия, что, в частности, способствует синхронизации сокращения кардиомиоцитов.
Гистофизиология сокращения. Когда кардиомиоцит расслаблен, в канальцах агранулярной эндоплазматической сети аккумулируются ионы кальция. Под влиянием потенциала действия, который распространяется по цитолемме и Т-трубочкам, ионы кальция освобождаются, поступают к миофибриллам и инициируют сократительный акт: они взаимодействуют с регуляторными белками — тропонином и тропомиозином, после чего актиновые и миозиновые миофиламенты получают возможность взаимодействовать друг с другом специализированными боковыми цепочками и перемещаться друг другу навстречу. Так как при этом концы актиновых нитей приближаются к М-линии, Н-полоса становится
уже, в равной мере будет уже и 1-полоса в связи с тем, что концы миозиновых нитей сближаются с телофрагмами. В то же время ширина А-полосы не меняется. В результате взаимного встречного перемещения нитей актина и миозина телофрагмы сближаются, а поскольку они прикреплены к цитолемме, укорачивается и весь кардиомиоцит.
Особенности строения проводящих кардиомиоцитов. Клетки значительно крупнее рабочих кардиомиоцитов (длина около 100 мкм, а толщина около 50 мкм), что позволяет легко отличить их на препаратах.
Цитоплазма содержит все органеллы общего значения; мито-хондрии мелкие, распределены равномерно. Мирфибриллы немногочисленны и лежат по периферии клетки. Цитолемма не образует Т-систем. Проводящие кардиомиоциты соединяются в волокна друг с другом не только концами, но и боковыми поверхностями.
Между кардиомиоцитами формируются вставочные диски, более просто устроенные, чем между сократительными кардиомиоцитами. Интердигитации, десмосомы и нексусы в них обнаруживаются реже.
Основная функция этих кардиомиоцитов состоит в том, что они воспринимают управляющие сигналы от пейсмекерных элементов и передают информацию к сократительным кардиомиоцитам. Волокна, составленные из проводящих кардиомиоцитов, ветвятся между сократительными рабочими кардиомиоцитами и доставляют им возбуждающий импульс.
Возможности регенерации сердечной мышечной ткани. В дефинитивном состоянии сердечная мышечная ткань не сохраняет ни стволовых клеток, ни клеток-предшественников, поэтому, если кардиомиоциты гибнут (инфаркт) вследствие травмы или прекращения поступления по кровеносным сосудам питательных веществ и кислорода, то они не восстанавливаются.
Скелетная поперечнополосатая мышечная ткань
Гистогенез. Источником развития элементов скелетной попе-речнополосатой мышечной ткани (textus muscularis striatus sceleta-lis) являются клетки миотомов. Одни из них дифференцируются на месте, другие же мигрируют из миотомов в мезенхиму. Они уже детерминированы в направлении развития элементов мышечной ткани, хотя внешне не отличаются от других клеток мезенхимы. Их дифференцировка продолжается в местах закладки будущих мышц. Дифференциация клеток-предшественников сходна как в области самих миотомов, так и после миграции. При этом возникают две линии дифференцировки. Клетки одной из них сливаются, образуя симпластические структуры — мышечные трубочки (миотубы). В них происходит дифференцировка специальных органелл — миофибрилл, которые сначала располагаются под плазмолеммой, а затем заполняют большую часть миотубы. Ядра, напротив, из центральных отделов смещаются к периферии, что
свидетельствует о возникновении дефинитивного состояния — формировании миосимпласта. Клетки другой линии остаются самостоятельными, дифференцируясь в миосателлитоциты.
Структурные элементы скелетной мышечной ткани (рис. 99, /, //, ///, IV-, 100). Основным элементом является мышечное волокно, образованное миосимпластом и миосателлитоци-тами. Волокно окружено сарколеммой. Она образована базальной мембраной, в которую вплетены ретикулярные и тонкие коллагено-вые волокна, продолжающиеся в окружающую соединительную ткань, и плазмолеммой симпласта.
Миосимпласты покрыты плазмолеммой. По ней распространяется мембранный потенциал действия, переходящий на мембрану Т-трубочек. Под плазмолеммой располагаются ядра. Количество ядер может достигать в миосимпласте нескольких десятков тысяч. Их форма вытянутая. Поскольку симпласт не клетка, термин «цитоплазма» не применяют, а говорят «саркоплазма» (от греч. sarcos — мясо).
У полюсов ядер располагаются органеллы общего значения: комплекс Гольджи, участки агранулярной эндоплазматической сети, митохондрии. Гранулярная эндоплазматическая сеть развита слабо, так как синтез белка в дефинитивном миосимпласте обеспечивает лишь пластические потребности. Специальные органеллы представлены миофибриллами. Вдоль миофибрилл и цр ходу телофрагм выявлены белки (титин и небулин), отличающиеся эластичностью. С ними связывают остаточное напряжение при расслаблении.
Механизм сокращения мышечных волокон такой же, как и в кардиомиоцитах (см. выше).
Миофибриллы лежат обособленно друг от друга, каждая из них окружена вытянутыми продольно и анастомозирующими между собой петлями специализированной агранулярной эндо-плазматической сети (саркоплазматической сети). Между миофибриллами располагаются также многочисленные вытянутые крупные митохондрии (см. рис. 99, ///). На уровне телофрагм по обе стороны каждой из них в толщу миосимпласта проникают Т-трубочки. Они тоньше, чем у кардиомиоцитов, базальная мембрана в них не проникает. Рядом с ними участки саркоплазматической сети сливаются друг с другом и образуют конечные цистерны, которые располагаются параллельно Т-трубочкам и сопровождают каждую из них с двух сторон, так что образуют триады. Функциональная роль саркоплазматической сети та же, что и у соответствующих структур кардиомиоцитов.
Большую роль в деятельности мышечных волокон играют вклк^ чения, в первую очередь миоглобина и гликогена. Гликоген служит основным источников энергии, необходимой как для совершения мышечной работы, так и для поддержания теплового баланса всего организма.
Миосателлитоциты прилежат к поверхности симпласта, так что их плазмолеммы соприкасаются. С одним симпластом связано
Рис. 99. Скелетное мышечное волокно (миосим-пласт).
/ — строение мышечного волокна на светоонтическом уровне. А — схема, Я — микрофотография, / — плазмо-лемма; 2 — саркоплазма: 3 — ядро; 4 — миофибрил-лы: 5 — анизотропный диск (полоска Д): 6 -- изотропный диск (полоска 1)', 7 — телофрагма (линия Z): 8 — светлая зона (полоса Н), в середине которой проходит мезофрагма (линия М); 9 — миомер (саркомер); 10 — миосателлитоцит; // — сухожильные волокна (по А.Н. Студитскому).
значительное количество сателлитоцитов. Каждый миосателлитоцит — одноядерная клетка. Ядро мельче, чем ядро миосимпласта, и более округлое. Митохондрии и эндоплазматическая сеть распределены в цитоплазме равномерно, комплекс Гольджи и клеточный центр расположены рядом с ядром. Специальных органелл нет. Миосателлитоциты — камбиальные элементы скелетной мышечной ткани.
Типы мышечных волокон. Разные мышечные волокна в силу специфических функциональных (биомеханических) условий их деятельности обладают неодинаковой силой, скоростью и длительностью сокращения, а также утомляемостью, и в связи с этим различаются по строению. На светооптическом уровне различают красные мышечные волокна (1 тип), белые мышечные волокна (II тип) и переходные формы. Каждый из этих типов волокон характеризуется особенностями ультраструктуры и метаболизма. Особенности ультраструктуры проявляются степенью развитости саркоплазматической сети, протяженности контакта Т-трубочек с этой сетью, структуры телофрагм, группировкой актиновых и миозиновых нитей в миофибриллы, количеством митохондрии и др. Различно в мышечных волокнах и содержание включений
Рис. 101. Активность сукцинатде-гидрогеназы в мышечных волокнах разного типа в скелетной мышечной ткани (препарат И.Г1. Рехачевой). / высокая; 2 - средняя: 3 - низкая.
Рис. 100. Поверхностный участок мышечного волокна (миосимпласта) и миосател-литоцита. Электронная микрофотография (препарат В. Л. Горячкиной. С. Л. Кузнецова).
/ — базальная мембрана; 2 — плазмолемма: 3 — ядро мышечного волокна; 4 — ядро миосателлитоцита; 5 — миофибриллы; 6 — канальцы агранулярной эндоплазматической (саркоплазматической) сети; 7 — митохондрии; 8 — гликоген.
миоглобика, гликогена, липидов. Неодинакова в них и активность ферментов. На ее определении гистохимическими методами основаны способы выявления различных мышечных волокон (рис. 101). Наиболее распространено определение активности аденозин-трифосфатазы (АТФазы) миозина и сукцинатдегидрогеназы (СДГ). Так называемые волокна 1 типа содержат АТФазу медленного типа, им присущи высокая активность СДГ (фермент аэробного окисления) и высокое содержание миоглобина и гликогена. Волокна II типа содержат АТФазу миозина быстрого типа, активность СДГ в них ниже, включений гликогена больше, миоглобина — меньше. По степени активности дыхательных ферментов, между крайними формами волокон встречаются переходные; по этим свойствам они образуют как бы непрерывный спектр, наподобие света, в котором есть волны с любой возможной длиной между крайними значениями. В мышечной ткани такие волокна располагаются мозаично (см. рис. 101).
Свойства мышечных волокон меняются при изменениях нагрузок (спортивных, профессиональных экстремальных воздействиях) . Эти изменения при восстановлении обычных условий деятельности обратимы. При некоторых заболеваниях (мышечная атрофия, дистрофия, последствия денервации и т. д.) мышечные волокна с различными исходными свойствами изменяются неоди-
наково, что позволяет уточнять диагноз, для чего исследуют биоптаты скелетных мышц.
Регенерация скелетной мышечной ткани. В миосим-пласте нет цитоцентров, его ядра неспособны делиться. Камбиальными элементами служат миосителлитоциты. При перерезке мышечного волокна на некотором протяжении от места травмы возникает полное разрушение сарколеммы, саркоплазмы и мио-сателлитоцитов, за пределами же этой зоны волокно сохраняет жизнеспособность. Макрофаги фагоцитируют некро-
тизированные фрагменты. Восстановление структуры мышечных волокон осуществляется посредством двух механизмов: реактивных изменений сохранившейся части миосимпласта и размножения миосателлитоцитов.
В миосимпласте благодаря активизации комплексов Гольджи усиливается сборка мембранных структур, и на поврежденных концах восстанавливается целость плазмолеммы, активизируется синтез эндоплазматической сетью веществ, необходимых для построения саркоплазмы. Концы миосимпластов утолщаются и растут навстречу друг другу; образуются так называемые мышечные почки. Миосателлитоциты, сохранившиеся рядом с повреждением, делятся. Одни из них мигрируют к концам поврежденных волокон и включаются в мышечные почки. Другие сливаются (так же, как миобласты в ходе гистогенеза) и образуют мышечные трубочки, которые затем дифференцируются в миосимпмсты. Таким образом, при регенерации восстанавливается не только целость поврежденных мышечных волокон, но и возникают новые. Регенерация тем интенсивнее, чем больше освобождается из-под базальной мембраны миосателлитоцитов. А. Н. Студитский показал, что, если мышцу измельчить до кашеобразной массы, а эту массу поместить в фасциальное ложе, осуществляется регенерация как на тканевом, так и на органном уровне. При таком повреждении каждое волокно распадается на множество отдельных фрагментов и соответственно в зоне повреждения содержится
очень много миосателлитоцитов — основных источников регенерации.
Регенерация на тканевом уровне, вплоть до формирования мышечных волокон, осуществляется благодаря внутритканевым локальным и внешним (гормональным) регуляторным механизмам. Если затем не произойдет реиннервации волокон, восстановления на органном уровне не будет, если же возникает связь мышечного волокна с терминальными ветвлениями^ отростков нервных клеток, начинается согласованная сократительная деятельность многих мышечных волокон (несогласованные сокращения возможны в симпласте сразу же после регенерации миофибрилл), затем восстанавливается структура мышцы как органа. Следует учитывать, что регенерация мышечной и соединительной тканей осуществляется параллельно, но последняя протекает быстрее. Территория между концами поврежденных мышечных волокон заполняется соединительнотканным регенератом раньше, чем сблизятся концы мышечных волокон, возникает рубец.
Мышца как орган
Между мышечными волокнами находятся тонкие прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани — эндомизий. Его ретикулярные и коллагеновые волокна переплетаются с волокнами сарколеммы, что способствует объединению усилий при сокращении (см. рис. 99, IV). На конце каждого мышечного волокна плазмолемма образует узкие глубокие впячивания, куда проникают коллагеновые и ретикулярные волокна. Последние пронизывают базальную мембрану и образуют петлю, которая межмолекулярными связями крепится к плазмолемме как раз в том месте, где изнутри с ней контактируют актиновые нити саркомеров. Покинув базальную мембрану, ретикулярные волокна переплетаются с коллагеновыми, последние в свою очередь переходят в сухожилия.
Мышечные волокна разных типов в определенных сочетаниях группируются в пучки, между которыми располагаются более толстые прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани — перимизий. В нем содержатся также и эластические волокна. Соединительная ткань, окружающая мышцу в целом, называется эпимизием.
Васкуляризация. Артерии, вступающие в мышцу, ветвятся в перимизий. Рядом с ними много тканевых базофилов, регулирующих проницаемость сосудистой стенки. Капилляры располагаются в эндомизий. Они идут большей частью вдоль мышечных волокон, анастомозируя друг с другом. Венулы и вены лежат в перимизий рядом с артериолами и артериями. Здесь же проходят и лимфатические сосуды.
Иннервация. Нервы, вступающие в мышцу, содержат как эфферентные (двигательные), так и афферентные (чувствительные) волокна. Отросток нервной клетки, приносящий эфферент-
Рис. 102. Схема построения мышечных волокон с ядерной цепочкой (Л) и ядерной сумкой (и) (рис. Г. С. Катинаса).
/ — ядра; 2 -— миофиориллы (органеллы общего значения не показаны).
ный нервный импульс, проникает через базальную мембрану и ветвится между ней и плазмолеммой симпласта, участвуя в образовании так называемой двигательной, или моторной, б.чяшки (более детально ее строение рассмотрено в гл. XIII). Нервный импульс освобождает здесь химические вещества — медиаторы, которые вызывают возбуждение (потенциал действия), распространяющееся по плазмолемме симпласта.
Итак, каждое мышечное волокно иннервируется самостоятельно и окружено сетью гемокапилляров. Этот комплекс образует морфофункциональную единицу скелетной мышцы — мион', иногда мионом называют само мышечное волокно, что не соответствует Международной гистологической номенклатуре.
Чувствительные нервные окончания располагаются не на рабочих мышечных волокнах, а связаны со специализированными мышечными волокнами в так называемых мышечных веретенах, которые расположены в перимизий (см. гл. XI).
Специализированные мышечные волокна веретен значительно тоньше рабочих. Они подразделяются на два типа: волокна с ядерной сумкой и волокна с ядерной цепочкой (рис. 102). В первых ядра симпласта образуют скопления в утолщенной средней части волокна. В волокнах с ядерной цепочкой ядра симпласта расположены также преимущественно в его средней части, но одно за другим; при этом они лежат в центре волокна. Рядом со скоплением ядер локализованы органеллы общего значения. Миофиб-риллы находятся в концах волокна. Сарколемма волокна соединяется с соединительнотканной капсулой нервно-мышечного веретена.
На мышечных волокнах веретен, как и на рабочих, образуются двигательные нервные окончания (моторные бляшки), так что они сокращаются под влиянием управляющих нервных импульсов.
Их сокращение не развивает большой силы и практически не суммируется с усилием, развиваемым рабочими мышечными волокнами, а лишь натягивает капсулу изнутри. Подробнее строение мышечных веретен и их роль в регуляции мышечной деятельности описаны в следующей главе.