Литература БФХ / molekuljarnaja biologija kletki v3

201

Рис. 17-48. Микрофотография поперечного среза компактного вещества длинной кости. Видны контуры тоннелей, проделанных остеокластами, а затем заполненных с помощью остеобластов. Срез приготовлен методом шлифования. Плотный матрикс сохранился, но клетки разрушены; однако отчетливо видны лакуны и канальцы, которые были заполнены остеоцитами и их отростками. Чередующиеся светлые и темные концентрические кольца соответствуют изменяющейся ориентации волокон коллагена в последовательных слоях костного матрикса, отложенного остеобластами, выстилавшими стенки в разные периоды жизни особи. (Такая картина получается при наблюдении образца между двумя частично скрещенными

поляроидными фильтрами.) Обратите внимание на то, что часть более старой системы концентрических костных слоев (внизу справа, с узким центральным каналом) частично резорбирована и заменена более новой системой, в которой центральный канал все еще остается широким - повидимому, потому, что он еще находится в процессе заполнения.

В этих процессах еще много непонятного. Кости, например, обладают удивительной способностью перестраивать свою структуру таким образом, чтобы приспособиться к испытываемым нагрузкам. Это означает, что накопление и разрушение матрикса каким-то образом регулируются локальными механическими напряжениями. Какие механизмы определяют, будет ли матрикс откладываться на поверхности данной кости остеобластами или разрушаться остеокластами, не известно. Вероятно, важную роль в этом играют факторы роста, выделяемые костными клетками, заключенными в толще матрикса (разд. 17.7.1). Эти факторы могли бы высвобождаться при разрушении матрикса или при воздействии соответствующих нагрузок.

17.8.3. В развивающемся организме остеокласты разрушают хрящ, чтобы проложить путь для роста кости [44]

Как полагают, замена хряща костью в процессе развития организма тоже зависит от активности остеокластов. По мере созревания хряща клетки в некоторых участках значительно увеличиваются в размерах за счет окружающего матрикса, а сам матрикс минерализуется, подобно кости, в результате отложения кристаллов фосфата кальция. В то же время хондроциты в таких участках набухают и гибнут, оставляя большие пустоты. В эти пустоты внедряются остеокласты и кровеносные сосуды, разрушающие остатки хрящевого матрикса, а следующие за ними по пятам остеобласты начинают откладывать костный матрикс. Единственное, что остается от хряща в длинных костях взрослого животного, - это тонкий слой, образующий гладкое покрытие в области суставов, где одна кость сочленяется с другой (рис. 17-49).

Однако в соединительной ткани, окружающей кость, сохраняются клетки, способные к образованию нового хряща. В случае перелома кости клетки из прилежащей области проведут починку, воспроизведя «на скорую руку» первоначальный эмбриональный процесс: сначала откладывается хрящ, чтобы заполнить брешь, а затем хрящ заменяется костью.

17.8.4. Структура тела стабилизируется его соединительнотканным каркасом, а также избирательным сцеплением клеток [45]

Отдельная кость, как и весь организм в целом - это динамическая система, поддерживающая свою структуру благодаря балансу между противоположными функциями различных специализированных клеток. Любая динамическая система ставит проблему стабильности, и это

202

Рис. 17-49. Схема развития длинной кости (такой, как бедренная или плечевая) из миниатюрной хрящевой модели. Необызвествленный хрящ показан светло-серым цветом, обызвествленный - темно-серым, кость - черным, кровеносные сосуды - красным цветом. Хрящ не превращается в кость, а постепенно заменяется ею в результате деятельности остеокластов и остеобластов, которые внедряются в хрящ вместе с кровеносными сосудами. Остеокласты разрушают хрящевой и костный матрикс, в то время как остеобласты секретируют костный матрикс. Процесс окостенения начинается у эмбриона и заканчивается только к концу периода полового созревания. Образующаяся кость состоит из толстостенного полого цилиндра компактной кости, окружающей центральную полость, заполненную костным мозгом. Обратите внимание на то, что не все кости развиваются таким путем. Например, плоские кости черепа формируются сразу как костные пластинки, без предварительной стадии хрящевой модели. (D. W. Fawcett; A Textbook of Histology, 11 th ed. Philadelphia: Saunders, 1986, с изменениями.)

приводит к общему вопросу о поддержании структуры тела. Мы видели, каким образом клетки в тканях разного типа поддерживают свое дифференцированное состояние, как образуются новые клетки взамен утраченных, как перестраивается и обновляется внеклеточный матрикс. Но почему клетки различных типов постепенно не перемешиваются, почему не нарастает хаос? Почему структура в целом не искажается, не изменяет своих пропорций, по мере того как старые элементы заменяются новыми?

Конечно, с течением времени организм в какой-то степени все же деформируется: это одно из проявлений старения. Но поразительно то, что эти изменения так малы. Скелет, несмотря на постоянную перестройку, обеспечивает жесткую конструкцию, размеры которой почти не меняются. Это можно объяснить тем, что различные участки кости обновляются не все сразу, а мало-помалу, как при ремонте здания, в котором кирпичи заменяют по одному. Помимо консервативности способа обновления работают еще и механизмы активного гемеостаза, Например, небольшие отклонения кости от ее нормальной формы изменяют картину механических нагрузок, а эти нагрузки регулируют перестройку ткани так, чтобы вернуть кости ее нормальную форму (рис. 17-50).

Рост и обновление многих мягких частей тела гомеостатически контролируется таким образом, чтобы каждая деталь точно соответствовала предназначенному для нее месту. Эпидермис нарастает так, чтобы покрыть всю поверхность тела, и когда эта цель достигнута,

Рис. 17-50. Схема, иллюстрирующая процесс перестройки длинной кости ноги после неправильно сросшегося перелома. Деформации в недавно образовавшейся кости приводят к необычным напряжениям. В местах повышенного сжатия кости увеличивается скорость образования кости относительно скорости ее разрушения. Там же, где сжатие снижено, скорость роста кости уменьшается. Таким образом, кость постепенно перестраивается, приближаясь к своему нормальному состоянию.

203

миграция клеток прекращается в результате контактного торможения (разд. 11.6.8); соединительная ткань разрастается ровно настолько, чтобы заполнить образовавшийся при ранении дефект, и так далее. Но необходимо нечто большее, чем регулирование числа клеток. При обновлении дифференцированных клеток различного типа должны поддерживаться не только нужные численные соотношения между ними, но и их правильное относительное расположение. При обновлении тканей неизбежны перемещения клеток, и эти перемещения должны быть каким-то образом ограничены.

Ограничивающие факторы могут быть разными. Например, железы и другие скопления специализированных клеток часто находятся в плотных капсулах из соединительной ткани. Клетки некоторых типов погибают, если оказываются вне своего обычного окружения и лишаются специфических факторов роста, необходимых, вероятно, для их выживания. Быть может, самый важный механизм, удерживающий различные клетки на своих местах, - это избирательная адгезия: клетки одного и того же типа имеют тенденцию «слипаться» друг с другом (разд. 14.3.5), образуя либо плотные массы (как, например, в случае гладкой мускулатуры), либо эпителиальные слои (выстилка кишечника и т. п.).

Как сказано в разд. 14.3.7, этот механизм позволяет диссоциированным клеткам эпидермиса, например, спонтанно объединяться в эпителий с правильной структурой. И в более общем случае: стойкие прокладки из эпителиальных клеток разграничивают отдельные области тела, т.е. поддерживают обособленность клеток и ограничивают их распределение надлежащими территориями.

Понятно, насколько сложными и тонкими должны быть механизмы контроля и координации, сохраняющие структуру тела и организацию его тканей при постоянно протекающих перестройках и обновлении. Важнейшая роль этих механизмов четко и в жестокой форме выявляется тогда, когда они разлаживаются, как мы это увидим в последней главе книги при обсуждении проблемы рака.

Заключение

Хрящ и кость состоят из клеток, погруженных в плотный матрикс. Хрящ с его податливым матриксом способен к интерстициальному росту, тогда как твердая кость может расти только в результате отложения нового материала на ее поверхности. Тем не менее кость подвергается непрерывной перестройке благодаря совместной деятельности остеокластов, разрушающих матрикс, и остеобластов, которые его создают. Некоторые остеобласты замуровываются в матрикс, становятся остеоцитами и участвуют в регуляции обновления костного матрикса. Большинство длинных костей развивается из миниатюрных хрящевых «моделей», которые по мере роста служат матрицами для отложения костного вещества в результате совместной активности остеобластов и остеокластов. Сходным образом происходит заживление костных переломов у взрослого организма: сначала разрыв заполняется хрящом, который позже замещается костью. Хотя костная ткань, как и большинство других тканей, непрерывно обновляется, этот динамический процесс регулируется так, что глобальная структура остается прежней. Таким образом, благодаря этому и другим механизмом (таким, например, как избирательная межклеточная адгезия) организация тела стойко сохраняется, несмотря на постоянное замещение почти всех его компонентов.

204

Приложение. Перечень клеток взрослого человеческого организма

Сколько различных типов клеток существует в организме взрослого человека? В большом руководстве по гистологии обычно упоминается около 200 типов, заслуживающих отдельного названия. Эти традиционные названия - в отличие, например, от названий спектральных цветов - не относятся к отдельным частям некоего условно подразделенного континуума: большинство из них соответствует дискретным, четко различающимся категориям. Внутри той или иной категории часто наблюдаются некоторые вариации: волокна скелетных мышц, приводящих в движение глазное яблоко, гораздо меньше, чем волокна крупных мышц ноги; слуховые волосковые клетки в разных участках ушной улитки могут быть настроены на разную частоту звука, и т.д. Однако нет непрерывных переходов между столь разными типами клеток взрослого организма, как, например, мышечное волокно и слуховая волосковая клетка.

Традиционная гистологическая классификация основана на форме и структуре клетки, видимых под микроскопом, и на ее химической природе, очень грубо оцениваемой по связыванию различных красителей. Более тонкие методы позволяют выделить новые подклассы в рамках традиционной классификации. Так, в современной иммунологии установлено, что к прежней категории «лимфоцитов» относится более десяти разных типов клеток (см. гл. 18). Точно так же фармакологические и физиологические исследования показали, что существует много различных разновидностей гладкомышечных клеток; например, в стенке матки эти клетки обладают высокой чувствительностью к эстрогену, а на последних стадиях беременности - к окситоцину, в то время как аналогичные клетки в стенке кишечника этими свойствами не обладают. Иного рода важные различия между клетками обнаружены в эмбриологических экспериментах вроде тех, которые обсуждались в гл. 16; они показали, что во многих случаях внешне сходные клетки из разных участков организма неэквивалентны - в том смысле, что в них есть внутренние различия в возможностях дальнейшего развития и в способности воздействовать на другие клетки. Например, соединительнотканные клетки из разных участков дермы должны быть неэквивалентными, так как под их влиянием лежащие над ними эпидермальные клетки ведут себя по-разному (разд. 16.6.4). Внутри таких категорий, как «фибробласт», вероятно тоже имеется много подтипов, химические различия между которыми пока не удается выявить непосредственно.

Ввиду сказанного выше любая классификация клеток будет в какой-то степени произвольной в отношении детальности подразделения. В наш перечень включены только те виды клеток взрослого человеческого организма, которые считаются различными во всяком большом современном руководстве по гистологии. Они сгруппированы в приблизительном соответствии со своей функцией. Мы не пытались как-либо подразделять класс нейронов центральной нервной системы. Когда отдельный вид клеток, например ороговевающая эпидермальная клетка (кератиноцит), последовательно получает различные названия по мере своего созревания, мы приводим только два из них - одно для дифференцирующейся клетки и одно для стволовой клетки. С учетом сделанных оговорок 210 наименований клеток, содержащихся в перечне, составляют более или менее исчерпывающий список различных вариантов экспрессии генома в виде фенотипов нормальных клеток взрослого человека.

205

Ороговевающие эпителиальные клетки

Кератиноцит эпидермиса (= дифференцирующаяся эпидермальная клетка) Базальная клетка эпидермиса (стволовая) Кератиноцит ногтей Базальная клетка ногтевого ложа (стволовая) Клетки стержня волоса клетка мозгового вещества клетка коркового вещества

кутикулярная клетка Клетки корневого влагалища волоса кутикулярная слоя Гексли слоя Генле

наружная Клетка волосяной матрицы (стволовая)

Клетки влажных многослойных барьерных эпителиев

Поверхностная эпителиальная клетка многослойного плоского эпителия роговицы, языка, ротовой полости, пищевода, анального отверстия, дистальной части уретры, влагалища

Базальная клетка тех же видов эпителия (стволовая)

Клетка эпителия мочевыводящих путей (выстилающего мочевой пузырь и мочевыводящие пути)

Эпителиальные клетки с экзокринной функцией

Клетки слюнной железы слизистая клетка (секрет богат полисахаридами)

белковая клетка (секрет богат гликопротеиновыми ферментами)

Клетка железы фон Эбнера в языке (секрет служит для промывания вкусовых почек) Клетка молочной железы, секретирующая молоко Клетка слезной железы, секретирующая слезы

Клетка церуминозной железы уха, секретирующая ушную серу Клетка эккринной потовой железы, секретирующая гликопротеины (темная клетка)

Клетка эккринной потовой железы, секретирующая малые молекулы (светлая клетка)

Клетка апокринной потовой железы (выделяет пахучий секрет, чувствительна к половым гормонам) Клетка железы Молля в веке (специализированная потовая железа)

Клетка сальной железы, секретирующая богатое липидами кожное сало Клетка боуменовой железы в носу (секретирует жидкость, промывающую обонятельный эпителий)

Клетка бруннеровой железы в двенадцатиперстной кишке, секретирующая щелочной раствор слизи и ферментов Клетка семенного пузырька, секретирующая компоненты семенной жидкости, включая фруктозу (как источник энергии для движения

спермиев)

Клетка предстательной железы, секретирующая другие компоненты семенной жидкости Клетка бульбоуретральной железы, секретирующая слизь Клетка бартолиниевой железы, выделяющая жидкость для увлажнения влагалища Клетка железы Литтре, секретирующая слизь Клетка эндометрия, секретирующая главным образом углеводы

206

Изолированная бокаловидная клетка дыхательного и пищеварительного трактов, секретирующая слизь Слизистая клетка выстилки

желудка

Зимогенная клетка слизистой желудка (секретирует пепсиноген) Обкладочная клетка слизистой желудка (секретирует НС1) Ацинозная клетка поджелудочной железы (секретирует пищеварительные ферменты и бикарбонат)

Клетка Панета в тонком кишечнике (секретирует лизоцим) Пневмоциты типа II в легком (секретируют сурфактант) Клетка Клара в легком (функция неизвестна)

Клетки, выделяющие гормоны

Клетки передней доли гипофиза, выделяющие гормон роста фолликулостимулирующий гормон лютеинизирующий гормон пролактин адренокортикотропный гормон тиреотропный гормон

Клетка промежуточной доли гипофиза, выделяющая меланоцитстимулирующий гормон Клетки задней доли гипофиза, выделяющие окситоцин вазопрессин

Клетки желудочно-кишечного тракта, секретирующие серотонин эндорфин соматостатин гастрин секретин холецистокинин инсулин глюкагон бомбезин

Клетки щитовидной железы, секретирующие тиреоидный гормон кальцитонин

Клетки паращитовидной железы секретирующие паратгормон оксифильные (функция неизвестна) Клетки надпочечников, секретирующие адреналин норадреналин стероидные гормоны минералокортикоиды глюкокортикоиды

Клетки половых желез, секретирующие тестостерон (клетки Лейдига в семенниках)

эстроген (клетки theca interim яйцевого фолликула в яичниках) Клетки юкстагломерулярного аппарата почки юкстагломерулярные клетки (секретируют ренин)

клетка macula densa вероятно, близки по функции; периполярная клетка возможно, участвуют в секреции мезангиальная клетка эритропоэтина

Эпителиальные всасывающие клетки желудочно-кишечного тракта, экзокринных желез и мочеполовых путей

Клетка со щеточной каемкой из микроворсинок (в тонком кишечнике)

207

Исчерченная клетка протока экзокринной железы Эпителиальная клетка желчного пузыря Клетка со щеточной каемкой в проксимальном почечном канальце Клетка дистального почечного канальца

Безресничная клетка семявыносящего протока

Клетки эпидидимиса главная клетка базальная клетка

Клетки, ответственные за процессы метаболизма и накопление резервных материалов

Гепатоцит (печеночная клетка) Жировые клетки клетка белого жира клетка бурого жира липоцит печени

Эпителиальные клетки, выполняющие главным образом барьерную функцию, - выстилают легкие, кишечник, экзокринные железы и мочеполовой тракт

Пневмоциты типа I (выстилающие воздушную полость легкого) Клетка протока поджелудочной железы (центроацинарная клетка) Неисчерченная клетка протока потовой железы, слюнной железы, молочной железы и др.

Париетальная клетка почечного клубочка Подоцит почечного клубочка Клетка тонкой части петли Генле (в почках)

Клетка собирательной трубки (в почках)

Клетка протока семенного пузырька, предстательной железы и др.

Эпителиальные клетки, выстилающие замкнутые внутренние полости

Клетки эндотелия кровеносных и лимфатических сосудов фенестрированная непрерывная селезеночная

Синовиальные клетки (выстилают суставные полости и секретируют главным образом гиалуроновую кислоту) Серозные клетки (выстилают полости брюшины, плевры и перикарда)

Плоские клетки, выстилающие перилимфатическое пространство уха плоская клетка

столбчатая клетка эндолимфатического мешочка с микроворсинками без микроворсинок «темная» клетка клетка вестибулярной мембраны

базальная клетка сосудистой полоски маргинальная клетка сосудистой полоски клетка Клаудиуса клетка Бётчера

Клетка сосудистого сплетения (секретирует цереброспинальную жидкость) Плоская клетка мягкой и паутинной оболочек Клетки ресничного эпителия глаза пигментированные непигментированные «Эндотелиальная» клетка роговицы

208

Ресничные клетки с проталкивающей функцией

Клетки дыхательных путей Клетки яйцевода и эндометрия (у женщин)

Клетки rete testis и семявыносящего протока (у мужчин) Эпендимные клетки, выстилающие полости мозга

Клетки, секретирующие внеклеточный матрикс

Эпителиальные

Амелобласт (секретирует зубную эмаль)

Клетка planum semilunatum вестибулярного аппарата (секретирует протеогликан)

Интердентальная клетка кортиевого органа (секретирует вещество текториальной мембраны, лежащей над волосковыми клетками этого

органа)

Неэпителиальные (соединительнотканные)

Фибробласты (рыхлой соединительной ткани, роговицы, сухожилий, ретикулярной ткани костного мозга и др.) Перицит кровеносного капилляра

Клетка nucleus pulposus межпозвоночного диска

Цементобласт/цементоцит (секретирует цемент корня зуба, сходный с веществом кости) Одонтобласт/одонтоцит (секретирует дентин зуба)

Хондроциты гиалинового хряща волокнистого хряща эластического хряща Остеобласт/остеоцит

Первичная остеогенная клетка (стволовая клетка остеобластов) Гиалоцит стекловидного тела глаза Звездчатая клетка перилимфатического пространства уха

Сократимые клетки

Клетки скелетных мышц красные (медленные) белые (быстрые) промежуточные

мышечное веретено с ядерной сумкой мышечное веретено с ядерной цепочкой клетка-сателлит (стволовая)

Клетки сердечной мышцы обычные узловые (пейсмейкерные) волокна Пуркинье

Клетки гладкой мускулатуры (разные) Миоэпителиальные клетки радужной оболочки экзокринных желез

Клетки крови и иммунной системы

Эритроцит

Мегакариоцит Макрофаги и родственные клетки моноцит

микрофаги соединительной ткани (разные) клетка Лангерганса (в эпидермисе) остеокласт (в кости)

дендритная клетка (в лимфоидных тканях) микроглиальная клетка (в центральной нервной системе)

209

Нейтрофил Эозинофил Базофил Тучная клетка Т-лимфоциты Т-хелпер Т-супрессор Т-киллер В-лимфоциты, продуцирующие

IgM

IgG

IgA

IgE

Клетка-киллер Стволовые клетки и коммитированные предшественники для крови и иммунной системы (разные)

Сенсорные преобразователи

Фоторецепторы палочки колбочки чувствительные к синему

чувствительные к зеленому чувствительные к красному Слуховые рецепторные клетки

внутренние волосковые клетки кортиева органа наружные волосковые клетки кортиева органа Рецепторы ускорения и силы тяжести волосковые клетки вестибулярного аппарата тип I

тип II

Вкусовые рецепторные клетки клетка вкусовой луковицы, тип II

Обонятельные рецепторные клетки обонятельный нейрон

базальная клетка обонятельного эпителия (стволовая для обонятельных нейронов) Рецепторы рН крови клетки каротидного тельца

тип I

тип II

Осязательные рецепторные клетки клетка Меркеля в эпидермисе первичные осязательные нейроны (разные) Терморецепторные клетки первичные терморецепторные нейроны чувствительные к холоду чувствительные к теплу Болевые рецепторы

первичные нейроны, чувствительные к боли (разные)

Рецепторы положения и напряжений в скелетно-мышечной системе первичные проприоцептивные нейроны (разные)

Вегетативные нейроны

Холинэргические (разные) Адренэргические (разные) Пептидэргические (разные)

210

Опорные клетки органов чувств и периферических нейронов

Опорные клетки кортиева органа внутренняя столбчатая клетка наружная столбчатая клетка внутренняя фаланговая клетка наружная фаланговая клетка пограничная клетка клетка Генсена

Опорная клетка вестибулярного аппарата

Опорная клетка вкусовой почки (клетка вкусовой почки, тип I) Опорная клетка обонятельного эпителия Шванновская клетка

Клетка-сателлит (инкапсулирующая тела периферических нейронов) Глиальная клетка кишечника

Нейроны и глиальные клетки центральной нервной системы

Нейроны (огромное разнообразие типов, пока еще плохо классифицированных) Глиальные клетки астроциты (разные)

олигодендроцит

Клетки хрусталика

Эпителиальная клетка передней части хрусталика Волокно хрусталика (клетка, содержащая кристаллины)

Пигментные клетки

Меланоцит Эпителиальная клетка пигментного слоя сетчатки

Половые клетки

Оогония/ооцит Сперматогония (стволовая клетка для сперматоцитов) Сперматоцит

Питающие клетки

Клетка яйцевого фолликула Клетка Сертоли (в семеннике) Эпителиальная клетка тимуса

Литература

Общая

Clark W.E. Le Gros. The Tissues of the Body, 6th ed. Oxford, U.K., Clarendon Press, 1971. Cormack D. Ham's Histology, 9th ed. Philadelphia: Lippincott, 1987.

Fawcett D. W. (Bloom and Fawcett) A Textbook of Histology, 11 th ed. Philadelphia, Saunders, 1986. Goss R.J. The Physiology of Growth. New York: Academic Press, 1978.

Weiss L., ed. Histology: Cell and Tissue Biology, 5th ed. New York, Elsevier, 1983.

Wheater P.R., Burkitt H.G., Daniels V.G., Functional Histology, 2nd, ed. Edinburgh, Churchill Livingstone, 1987.

Цитированная

1.Clark W.E. Le Gros. The Tissues of the Body, 6th ed. Oxford, U.K., Clarendon Press, 1971. Montagna W. The skin. Sci. Am. 212(2), 56-66, 1965.

Wessels N. K. Tissue Interactions and Development. Menlo Park, CA, Benjamin Cummings, 1977.

2.Cahn R. D., Cahn, M. B. Heritability of cellular differentiation: clonal growth