ГЛАВА 4 ТКАНИ

Ткани организма принято делить на четыре типа, это эпителиальная, внутренней среды, мышечная, нервная ткани. Структурно-функциональные единицы, образующие ткани, - гистологические элементы. Клетка - главная тканеобразующая единица и главный гистологический элемент. Другие гистологические элементы - симпласт, синцитий, компоненты межклеточного вещества - производные клетки. Гистологические элементы - структурно-функциональные единицы, образующие ткани, органы и организм в целом (своего рода разные строительные кирпичики, из которых и конструируется организм человека). Ткань, орган, система органов, организм - не механическая сумма гистологических элементов. Исходя из определения понятия ткань («..система гистологических элементов, объединённых общей структурой, функцией и происхождением»), система гистологических элементов конструируется, обновляется и функционирует лишь при условии их взаимного узнавания, образования контактов между ними и информационных взаимоотношений, т.е. множества процессов, объединяемых термином «межклеточные взаимодействия». Гистологические элементы подразделяют на две основные категории - клеточные (клетка, симпласт, синцитий) и неклеточные (компоненты межклеточного вещества).

•  Клетка - главный гистологический элемент. Два других гистологических элемента клеточного типа - симпласт и синцитий - образуются из отдельных клеток, а разнообразные гистологические элементы неклеточного типа конструируются из макромолекул, синтезированных в клетках и секретированных в межклеточное вещество.

•  Симпласт - многоядерная структура, образованная при слиянии однотипных клеток. Примеры симпластов: поперечно-полосатое мышечное волокно скелетной мускулатуры, остеокласт, гигантские клетки инородных тел.

•  Синцитий - структура, состоящая из клеток, соединённых цитоплазматическими мостиками. Примеры синцитиев: синцитиотрофобласт (см. рис. 3-22), синцитий в сперматогенном эпителии (см. рис. 15-14),

функциональный синцитий (совокупность рабочих кардиомиоцитов, см. рис. 7-21 и рис. 7-22).

•  Тканевый матрикс (межклеточное вещество) состоит из основного вещества и содержащихся в нём волокон (коллагеновые, эластические и ретикулиновые). Структуры тканевого матрикса построены из молекул, вырабатываемых и секретируемых клетками. В свою очередь компоненты тканевого матрикса влияют на клетки (например, контролируют их пролиферацию и дифференцировку).

Популяции клеток

«Популяция - группа клеток одного или нескольких типов, которая может быть охарактеризована в понятиях пространства и времени» [154]. В этом разделе рассмотрено понятие о разных клеточных популяциях, клеточных типах, диффероне (он же гистогенетический ряд), стволовых клетках, клеточных клонах.

Клеточный тип

В организме человека насчитывают более 200 клеточных типов. На первый взгляд, понятие клеточный тип очевидно. Ясно, что эритроциты, кардиомиоциты, нейроны и макрофаги относятся к разным типам клеток. Можно сказать, что клетки одинаковой морфофизиологической характеристики относятся к одному клеточному типу. Другими словами, клетки с идентичным набором разрешённых к экспрессии генов (вне зависимости от того, транскрибируются ли они) относятся к одному клеточному типу.

Дифферон

Дифферон (гистогенетический ряд) - совокупность клеточных форм, составляющих ту или иную линию дифференцировки. В диффероне различают: стволовые клетки - клетки-предшественницы - зрелые клетки, достигшие состояния окончательной (терминальной) дифференцировки.

•  Стволовые клетки - самоподдерживающаяся популяция клеток, способных дифференцироваться в нескольких направлениях и формировать различные клеточные типы. Так, стволовые эпендимные клетки ЦНС дают начало разным нейронам и глиоцитам. Стволовые клетки обладают высокими пролиферативными потенциями, но, как правило, делятся редко.

•  Клетки-предшественницы. По мере дифференцировки пролиферативные потенции клеток постепенно уменьшаются. Выделяют наиболее раннюю стадию клеток-предшественниц - коммитированные, или полустволовые клетки.

•  Зрелые клетки. Ими заканчивается гистогенетический ряд.

Стволовые клетки

Стволовыми клетками эмбриона, плода и взрослого организма считаются клетки, которые при определённых условиях способны длительное время воспроизводить себе подобные клетки и в течение жизни давать начало специализированным клеткам, образующих ткани и органы тела. Выделяют тотипотентные и плюрипотентные стволовые клетки.

♦ Тотипотентная клетка (лат. totus - целый, полный) обладает потенциалом давать начало всем специализированным клеткам, формирующим ткани эмбриона. Например, зигота и бластомеры по всем признакам относятся к тотипотентным клеткам.

♦ Плюрипотентные клетки (лат. plures - несколько, много) дифференцируются в разные полипотентные клетки всех трёх зародышевых листков - экто-, энто- и мезодермы. Клетки внутренней клеточной массы бластоцисты относятся к плюрипотентным клеткам.

•  Стволовые клетки эмбриона. У эмбриона выделяют (т.е. получают in vitro) плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки и эмбриональные половые клетки.

•  Стволовые клетки взрослого организма выделены из красного костного мозга, периферической крови, пульпы зуба, спинного и головного мозга, кровеносных сосудов, скелетной мышцы, эпителия кожи и пищеварительной системы, роговицы и сетчатки глаза, печени и поджелудочной железы. Это полипотентные клетки, потомки которых дают начало ограниченному количеству типов унипотентных клеток-предшественниц.

Типы клеточных популяций

На основании способности к клеточному обновлению Леблон [57] выделил четыре категории клеточных популяций, это эмбриональная, статическая, растущая и обновляющаяся популяции.

•  Статическая популяция. Её составляет гомогенная группа клеток, не проявляющих митотической активности (например, нейроны).

•  Растущая популяция. В растущей популяции клетки делятся, митотическая активность постепенно затухает (например, гепатоциты, эпителий почки).

•  Обновляющаяся популяция характеризуется множественными митозами и быстрой гибелью клеток. При этом количество вновь образованных клеток слегка превышает клеточные потери (эпидермис, эпителий кишки, клетки тканей внутренней среды).

Клеточный клон

Клеточный клон - группа клеток, происходящая от одной родоначальной клетки-предшественницы. Представление о клоне возникло в иммунологии. При попадании в организм антигена одна иммуно-

компетентная клетка из многих усиленно размножается, и образуется большое количество одинаковых клеток (клон), способных синтезировать АТ против этого антигена. Согласно клональной теории развития, структуры зародыша формируются из ограниченного количества клонов. Наконец, опухоли также развиваются как клоны, происходящие от одной трансформированной (приобретшей черты злокачественной) клетки.

Адгезия и межклеточные контакты

При формировании ткани и в ходе её функционирования важную роль играют процессы адгезии.

Адгезия - способность клеток избирательно прикрепляться друг к другу или к компонентам внеклеточного матрикса. Адгезия - необходимое условие поддержания тканевой структуры. Процессы адгезии реализуют специальные гликопротеины - молекулы адгезии. Различают несколько групп молекул адгезии. К ним относятся гликопротеины семейства кадгеринов, молекулы адгезии нервных клеток (например, N-CAM, L1, нейрофасцин), макромолекулы внеклеточного матрикса (например, ламинин, фибронектин, витронектин) и др. Молекулы адгезии специфичны для каждого типа ткани. Так, E-кадгерин связывает клетки эмбриональных тканей, P-кадгерин - клетки плаценты и эпидермиса.

Прикрепление клеток к компонентам внеклеточного матрикса осуществляют точечные адгезионные контакты, а прикрепление клеток друг к другу - межклеточные контакты.

Межклеточные контакты - специализированные клеточные структуры, скрепляющие клетки для формирования тканей, создающие барьеры проницаемости и служащие для межклеточной коммуникации. Межклеточные контакты подразделяют на адгезионные, замыкающий (плотный) и коммуникационные (проводящие).

АДГЕЗИОННЫЕ КОНТАКТЫ

Адгезионные межклеточные контакты механически скрепляют клетки между собой. К адгезионным относятся промежуточный контакт (опоясывающая десмосома, zonula adherens), десмосома (macula adherens) и полудесмосома.

Промежуточный контакт

Мембраны соседних клеток разделены промежутком шириной 10- 20 нм, заполненным аморфным или фибриллярным материалом. Электронно-плотная пластинка на цитоплазматической стороне кле-

точной мембраны в пределах контакта содержит белки плакоглобин, винкулин, α-актинин и радиксин. В пластинку вплетены концы актинсодержащих микрофиламентов. В образовании контакта участвуют трансмембранные белки адгезии из семейства кадгерина. Функция. Промежуточный контакт скрепляет не только мембраны соседних клеток, но и стабилизирует их цитоскелет, объединяя клетки с их содержимым в единую жёсткую систему.

Примеры: каёмчатый эпителий кишки (этот тип контактов известен как опоясывающая десмосома, т.к. контакт образует сплошной поясок вокруг клетки); секреторный эпителий (ацинозные клетки экзокринной части поджелудочной железы); вставочные диски в миокарде; эпендимные клетки ЦНС.

Десмосома

Десмосомы скрепляют клетки одного типа (кератиноциты, кардиомиоциты) и различных типов (тактильный эпителиоцит-кератиноцит, см. рис. 8-22). Десмосома (рис. 4-8) состоит из двух компонентов. Один из них (цитоплазматическая пластинка) осуществляет связь промежуточных филаментов клетки с плазматической мембраной; второй - связь плазматической мембраны с внеклеточным межмембранным материалом (десмоглеей) в пределах десмосомы. Участки клеточных мембран, входящие в состав десмосомы, разделены слоем десмоглеи толщиной 20-30 нм. С внутренней стороны к плазматической мембране примыкает цитоплазматическая пластинка толщиной 10-40 нм с вплетёнными в неё промежуточными филаментами. Десмосомы поддерживают структурную целостность ткани, скрепляя клетки между собой. Десмосомы в комплексе с промежуточными филаментами придают ткани упругость и поддерживают в ней усилие натяжения.

Полудесмосома

Полудесмосома обеспечивает прикрепление клетки к базальной мембране (например, кератиноцитов базального слоя эпидермиса, миоэпителиальных клеток). Полудесмосома, как и десмосома, содержит цитоплазматическую пластинку с вплетёнными в неё промежуточными филаментами.

ЗАМЫКАЮЩИЙ КОНТАКТ

Плотный, или замыкающий контакт формирует в клеточных слоях регулируемый барьер проницаемости, разделяющий разные по химическому составу среды (например, внутреннюю и внешнюю). Примеры локализации плотных контактов: каёмчатые клетки эпителия

Рис. 4-8. Десмосома: строение (А) и организация (Б). Плазматические мембраны клеток разделены промежутком 20-30 нм, в котором находятся внемембранные части Са²⁺-связывающих белков десмоглеина и десмоколлина. К внутренней (цитоплазматической) поверхности плазматической мембраны прилегает цитоплазматическая пластинка с вплетёнными в неё промежуточными филаментами. В состав этой пластинки входят десмоплакины, плакоглобин и часть молекулы десмоглеина. [17]

Рис. 4-9. Плотный контакт. (А) Сшивающие трансмембранные белки образуют непроницаемые для молекул цепочки локальных соединений между смежными плазматическими мембранами. (Б) В верхней части смежные клетки соединены при помощи клаудина, в нижней - окклюдина, длинный внутриклеточный домен которого соединён с белками ZO. Через белки ZO трансмембранные белки связаны с актиновыми филаментами цитоскелета. [17]

кишки, эндотелий капилляров, альвеолоциты, эпителиальные клетки почечных канальцев. Плотные контакты (рис. 4-9) выглядят как ленты, состоящие из цепочек округлых зон (бляшек) размером 10 нм и с расстоянием между центрами соседних бляшек примерно 18 нм. Белки, составляющие многомолекулярный комплекс плотного контакта, можно разделить на три группы: интегральные, белки бляшки контакта, цитоплазматические.

КОММУНИКАЦИОННЫЕ КОНТАКТЫ

Контакты этого типа - щелевые и синапсы. Щелевой контакт

Щелевой контакт (рис. 4-10) обеспечивает ионное и метаболическое сопряжение клеток. Плазматические мембраны клеток, образующих

Рис. 4-10. Щелевой контакт. Шесть белковых субъединиц в плазматической мембране образуют коннексон. При совмещении коннексонов смежных плазматических мембран формируется канал диаметром 1,5 нм, проницаемый для молекул с M_r не более 1,5 кД, участвующих в метаболической кооперации контактирующих клеток. [17]

щелевой контакт, разделены щелью шириной 2-4 нм. Коннексон - трансмембранный белок цилиндрической конфигурации; состоит из 6 субъединиц коннексина. Два коннексона соседних клеток соединяются в межмембранном пространстве и образуют канал между клетками. Канал коннексона диаметром 1,5 нм пропускает ионы и молекулы с M_r до 1,5 кД.

Через щелевые контакты проходят низкомолекулярные вещества, регулирующие рост и развитие клеток. Щелевые контакты обеспечивают распространение возбуждения - переход ионов между мышечными клетками миокарда и между ГМК.

Синапс

Синапс - специализированный межклеточный контакт, обеспечивает передачу сигналов с одной клетки на другую. Сигнальная молекула - нейромедиатор. Синапсы формируют клетки возбудимых тканей (нервные клетки между собой, нервные клетки и мышечные волокна - нервно-мышечный синапс). В синапсе различают пресинаптическую часть, постсинаптическую часть и расположенную между клетками синаптическую щель (см. подробнее в главе 8, рис. 8-29).

Гибель клеток

Развитие многоклеточного организма, формирование тканей и их функционирование предполагают наличие баланса между клеточной

пролиферацией, клеточной дифференцировкой и гибелью клеток. Клетки гибнут в различных ситуациях, как нормальных, так и патологических. Клетки, выполнившие свои функции, погибают в течение всей жизни организма. Наконец, клетки гибнут при повреждении и некрозе ткани, а также при различных заболеваниях, избирательно поражающих отдельные типы клеток (дегенерация).

•  Массовая гибель клеток путём апоптоза и элиминация целых клонов протекают в ходе эмбрионального развития, гистогенеза и морфогенеза органов. В данном случае речь идёт о гибели клеток, не достигших состояния терминальной дифференцировки. Примером служит запрограммированная гибель нейробластов (от 25 до 75%) на определённых этапах развития мозга.

•  Гибель клеток, выполнивших свою функцию, наблюдают при удалении клонов иммунокомпетентных клеток при иммунном ответе. Эозинофилы погибают после дегрануляции. Клетки, выполнившие свою функцию, гибнут путём апоптоза.

Апоптоз

Апоптоз - регулируемый процесс удаления ненужных, постаревших и повреждённых клеток. В отличие от некроза, смерть клетки при апоптозе является следствием экспрессии определённых генов, поэтому апоптоз - генетически запрограммированная гибель клетки. Апоптоз - феномен программируемой самодеструкции клеток, приводящей к их гибели и сопровождаемой характерными цитологическими признаками и молекулярными событиями. Часто термины «апоптоз» и «программируемая гибель клеток» применяют как синонимы.

Морфологические проявления апоптоза. Целостность плазматической мембраны при апоптозе не нарушается, хотя происходит ее выпячивание и «пузырение» за счёт изменений цитоскелета. При апоптозе цитоплазма клетки уплотняется, хроматин конденсируется, ядро подвергается сморщиванию и в дальнейшем распадается на отдельные везикулы. На заключительных стадиях апоптоза наблюдается конденсация цитоплазмы. В конечной стадии апоптоза фрагментации подвергаются сами клетки с формированием так называемых апоптозных телец - фрагментов хроматина, окружённых мембраной. Клетки, вошедшие в апоптоз, и апоптозные тельца фагоцитируются макрофагами и гранулоцитами.

Классификация тканей

Несмотря на различия структурной организации и физиологических свойств органов и систем организма, все они состоят из ограниченного количества тканей. Ткань - филогенетически сложившаяся система гистологических элементов, объединённых общей структурой, функцией и происхождением. Первую классификацию тканей предложил Биша. Принятая в настоящее время классификация тканей принадлежит фон Лейдигу. Тканевый тип объединяет ткани с общими свойствами. При этом учитываются генез (гистогенез), структура и функция отде-

льных тканей, входящих в конкретный тканевый тип. Различают четыре основных тканевых типа: эпителий, система тканей внутренней среды, мышечная и нервная ткани.

Регенерация тканей

Регенерация - восстановление утраченной или повреждённой дифференцированной структуры. Различают физиологическую регенерацию и репаративную регенерацию. Когда говорят о регенерации тканей, имеют в виду регенерацию клеток и клеточных типов. Физиологическая регенерация - естественное обновление структуры. В ходе жизнедеятельности на смену гибнущим клеткам приходят новые. В физиологической регенерации участвуют клетки всех обновляющихся популяций и образуемые ими тканевые структуры. Так, на смену закончившим жизненный цикл эпителиоцитам слизистой оболочки пищеварительного тракта постоянно приходят новые клетки. Репаративная регенерация - образование новых структур вместо пов- реждённых и на месте повреждённых. Признак репаративной регенерации - появление многочисленных малодифференцированных клеток со свойствами эмбриональных клеток зачатка регенерирующего органа или ткани. При репаративной регенерации какой-то структуры реконструируются процессы развития этой структуры в раннем онтогенезе. Например, формирование зрелой костной ткани на месте перелома кости протекает так же, как и при энхондральном остеогенезе. Характер клеточной популяции и регенерация. Характер клеточной популяции пов- реждённой структуры определяет возможность её регенерации. Репаративная регенерация возможна, если структура состоит из клеток обновляющейся популяции (эпителиальные клетки, клетки мезенхимного происхождения). Репаративная регенерация наступит также при наличии в ткани стволовых клеток и условий, разрешающих их дифференцировку. Например, при повреждении скелетной мышцы ткань восстанавливается за счёт дифференцировки стволовых клеток (клетки-сателлиты) в миобласты, сливающиеся в мышечные трубочки с последующим образованием мышечных волокон. Ткань, утратившая стволовые клетки, не имеет шансов к восстановлению. По этой причине не происходит репаративной регенерации миокарда после гибели кардиомиоцитов вследствие инфаркта или нейронов при травме.