Введение к работе
ПРОБЛЕМА И ЕЕ АКТУАЛЬНОСТЬ. Одной ИЗ главных проблем функциональной микроанатомии является разработка вопросов, позволяющих прогнозировать возможные нарушения функциональных показателей тканей и органов ц условиях чрезмерной нагрузки. В особенности это вално применительно к становлению такой жизненно важной функции как всасывание питательных веществ. Эта проблема особенно важна еще и потому, что боа ее решения невозможны оценка уровня развития человека в детском возрасте, прогнозирование морфогенеза кишечной ворсинки в процессе нормального развития, управление ее регенерацией, а также контроля за злокачественным ростом.
В Физиологии пищеварения раздел, посвященный всасыванию питательных веществ, всегда рассматривался как экстраординарный. Давно миновало время, когда механизм пищеварения в стенке тощей кишки сводился к извлечению из просвета кишки белков, жиров и углеводов, заполнению тканевых щелей, кровеносных и лимфатических сосудов обработанными источниками жизни и доставке их по гематогенным и лим-фоносным путям к тканям и клеткам. Бее оказалось гораздо сложнее.
С другой стороны, желудочно-кишечный тракт у млекопитающих, как изеєстно, подвержен воздействиям двух поворотных моментов в развитии индивидуума: при рождении (с прекращением плацентарного питания и началом регулярного пищеварения) и после завершения вскармливания молоком матери (Buddington R.K. & Damond J. М., 1939). Период сосания соответствует фазе адаптации перехода к грубым кормам и не ведет к резким изменениям морфологии и клеточного обновления тонкой кишки (Attaix D. & Meslin J.-С, 1991). Вместе с тем большинство путей переноса питательных веществ 'закладывается пренатально. После рождения перемены захватывают стенку тонкой кишки по всей ее длине вместе с криптами-ворсинками. Усиление переноса различных веществ обеспечивается дифференциацией всех элементов стенки кишки и включением в процесс новых переносчиков. Онтогенез функций и структуры желудочно-кишечного тракта запрограммирован генетически (Buddington R.K. & Danond J.M., 1989).
Хотя тонкая кишка человека к моменту рождения представляется морфологически зрелой, некоторые ее функции еще развиты плохо. Наиболее существенной негативной особенностью тонкой кишки новорожденного является повышенная проницаемость слизистой оболочки для макромолекул, что может играть важную роль в возникновении некоторых иммунных заболеваний. Несмотря на то, что в настоящее время ведутся активные исследования степени проницаемости кишечного барьера чело-
"* s *
века на разных этапах развития, информация по .этому вопросу тагае носит отрывочный характер.
Между тем предложенные Я.Л. Карагановым и В.Б.Баниним (1978) топологические принципы анализа совокупности транспортных явлений в определенном регионе ткани предусматривают изучение взаимной топографии кровеносных и лимфатических сосудов и взаимодействий между ними. Эти взаимодействия во всех случаях опосредуются пнтерсти-циалышм пространством. Такой подход подразумевает, что организация любых транспортных потоков в ткани, в особенности, гемато-лимфатнческого переноса есть результат пространственной организации комплекса микрососудоп, обладающих различными транспортными потенциями. Для реализации этого подхода ворсинка тонкой кишки крысы является удобным модельным объектом. С точки зрения изучения гистофизиологии всасывания она представляет почти уник&ньные возможности, поскольку деятельность кровеносных и лимфатических сосудов ворсинки самым непосредственным образом связана с трансэпителиальным обменом. Тем самым исследование этого вопроса в указанном аспекте приобретает общебиологический и фундаментааьный характер. Наиболее мощные и содержательные подходы,к решению подобных проблем основываются обычно на представлениях о том, что изучаемые объекты имеют модульное строение, то есть состоят из элементарных морфофункциональных единиц.
Казалось бы, именно процессы становления и последующего разделения функций, порождаемые ими модули и их полимеризация и должны быть в центре внимания специалистов, занимающихся проблемами развития тканей в норме и патологии. Однако несмотря на огромное число опубликованных результатов изучения кишечной ворсинки, имеющиеся данные далеко не совершенны. Не всегда"соблюдается комплексный подход, что зачастую приводит к противоречивости суждений.
Необходимость уточнения и сопоставления результатов анализа морфогенеза кишечной ворсинки, полученных с помощью различных методов морфологического исследования, неполнота и разрозненность исследований, значительные пробелы в наших знаниях по этим вопросам все это и обусловило актуальность настоящего исследования. Принимая во внимание вышеизложенное, мы провели комплексный анализ структурно-функциональной организации всего кшкроциркуляторного русла при различных функциональных состояниях и в процессе морфогенеза.
ЦЕЛЬЮ нашего исследования явилось изучение морфогенетических особенностей становления гематотканевых барьеров в кишечной ворсинке в процессе пре- и постиатального онтогенеза и возможных способов
реализации их селективных барьерных свойств в условиях пищевой нагрузки.
Для достижения поставленной цели мы должны были решить следующие ЗАДАЧИ.
-
С помощью комплекса тонких морфологических методов изучить структурную организацию гистогематических барьеров кишечном ворсинки в условиях покоя и функциональной нагрузки.
-
Исследовать морфогенез кишечной ворсинки и соотношения ан-гио- и гистогенеза ее тканевых компонентов в процессе пренатального и постнатапыюго онтогенеза. Выявить наличие корреляций дифференцировки эпителия и микрососудистого русла.
-
Проанализировать закономерности становления дефинитивного гемоммкрооосудистого русла и возникновения начального лимфатического звена как одного из реабсорбционных компартментов. Уточнить особенности роста и дифференцировки лимфатических микрососудов кишечной ворсинки.
-
Уточнить особенности дифференцировки стенок микрососудов кишечной Еорсинки и созревания гистогематических барьеров, закономерности изменений проницаемости стенок микрососудов на разных этапах онтогенеза.
-
Изучить структурнные основы адаптации гематотканевого барьера кишечной ворсинки в первый период после рождения, после первого кормления, исследовать особенности транспорта липидов в гемо- и лимфомикроциркуляторное русло.
-
Проанализировать особенности дифференцировки кишечных ворсинок и их микроциркуляторного русла у человека.
НАУЧНАЯ ПОНИЗИЛ. Обосновано положение о том, что функциональная микроанатомия кишечной ворсинки определяется строением ее клеточных и неклеточных компонентов, их топологией, взаимодействием во времени и в пространстве процессов всасывания и массопереиоса нутркентов, то есть гисто-тематическими отношениями, которые опосредуются через систему гематотканевых барьеров, представленных эпителиальным пластом, иитерстициальной прослойкой и монослоем эн-дотелиоцитов кровеносных и лимфатических капилляров.
Уточнены характеристики микроциркуляторного русла ворсинки тощей кишки крысы, которое представляет собой упорядоченный в пространстве комплекс преимущественно обменных кровеносных и лимфатических сосудов, обеспечивающий благодаря своей конструкции реализацию противоточного механизма, транспорт и обмен кислородом между центральной восходящей артериолои и нисходящими венулами. На протяжении
ворсинки впервые обнаружен достоверный апикалыю -базальний градиент объемной плотности микрососудов.
Впервые убедительно обосновано положение о том, что в кишечной ворсинке сегментарные различия микрососудов детерминированы их регионарной специализацией и топическими особенностями пространственной организации. Истонченные фенестрированные и околокоитакт-ныо зоны клеток обращены к эпителию, ядросодержацие части ориентированы к центру ворсинки. Траисэндотелиалышй перенос протеинов средней молекулярной массы (пероксидаза хрена) осуществляется через фенестры, каналы, протекающие межклеточные контакты. Новыми являются сведения о важном значении в регуляции процессов перемещения жидкости через стенку микрососудов актиноьых компонентов эн-дотелиального цитоскелета.
Описаны вариации в строении инициальных лимфатиков, которые наиболее часто представлены дискретными не связанным!! между собой лимфатическими капиллярами, не достигающими верхушки кишечной ворсинки. Реже они связаны анастомозами или образуют дугообразные петли. Впервые показано, что у взрослых животных имеется четко выраженный отрицательный ашжалыга-базалыши градиент объемной плотности лимфатических капилляров.
Представлены доказательства того, что пищевая нагрузка приводит к гиперемии ворсинок, увеличению скорости трансмурачыюго переноса белка/ Распределение пероксидазы в интерстициальном пространстве имеет характер аиикально-базального градиента, величина которого увеличивается при активном всасывании. Белок концентрируется в субэпителиальном пространстве, что ведет к гидратации стромы, которая в наибольшей степени выражена в ее центральной и периферической зонах и в меньшей степени в субэпителиальном пространстве. Лимфатическая резорбция в период активного всасывания приводит к увеличению открытых контактов в лимфатических капиллярах кишечной ворсинки.
Новым является положение о том, что формирование ворсинок тощей кишки' крысы представляет собой закономерный процесс эпители-ально-стромально-сосудистых транслокаций, сопровождающихся пролиферацией энтероцитов, эндотелиоцитов кровеносных и лимфатических микрососудов, и начинается на 16-ый день эмбриогенеза с образования эпителиальных почек с мезенхимальным сосочком внутри, содержащим единичную капиллярную петлю.
Впервые количественно доказано, что после рождения форма ворсинок закономерно трансформируется из пальцеобразной и бочкообраз-
ной (у новорожденных животных) сначала в уплощенно коническую, а затем с 3-ей недели жизни ворсинки приобретают форму резко уплощен: ной пирамиды с широким основанием. Особенностью процесса дифференциации ворсинок крыс является отсутствие признаков "слияния" дискретных ворсинок между собой, наличие гетерохронного чередования процессов роста и. дифференцировки образующихся структур. В процессе формирования ворсинки камбиальные элементы в эпителиальной выстилке смещаются к основанию, а после рождения сосредоточиваются в криптах. Увеличение барьерных свойств эпителиальной выстилки происходит за счет усложнения и расширения зоны плотных соединений между энте-роцитами.
Уточнен характер ангиогенеза во время морфогенеза кишечной ворсинки, который характеризуется петлевидным и почковидным типами роста, слиянием почек роста и мультипликацией уже имеющихся микрососудов. Специализация барьерных функций стенок микрососудов и диф-ференцировка путей трансэндотелиалыгого массопереноса и селективной фильтрации сопровождается постепенным увеличением числа фенестр, образованием их полей и резким уменьшением разделяющих поля фенестр цитоплазматических тяжей.
Оригинальными являются данные о формировании в пренатальном.. периоде онтогенеза достоверного апикально-базального градиента числа и объемной плотности микрососудов кишечной.ворсинки, который в течение первой недели жизни подвергается инвертированию. Постна-тальная дифференцировка микроциркуляторного русла сопровождается гетерохронной мультипликацией числа капилляров: вначале у самого основания, а затем ближе к середине ворсинки.
Впервые представлены метрические доказательства того, что фор-, мирование лимфатического звена микроциркуляции идет медленнее: у новорожденных крысят лимфатические капилляры располагаются преимущественно в основании кишечной ворсинки. Б первую неделю жизни их объемная плотность существенно увеличивается в основании и достоверно снижается в средней части ворсинки. К 17-му дню после рождения лимфатические капилляры достигают верхней части средней зоны ворсинки. Лнгиогенез лимфатического русла отличается от такового в кровеносном тем, что в первом случае митотическая активность сосредоточена на верхушках инициальных лимфатиков, а во втором - отступя на некоторое расстояние по протяжению микрососуда.
Впервые обнаружено, что в лостнатальном онтогенезе формируется достоверный апикально-базальный градиент расстояния эффективного всасывания в лимфатические капилляры, что создает условия для их
региональной функциональной специализации: преимущественного всасывания протеинов и липидов прежде всего в лимфатические капилляры, расположенные в средней части кишечной ворсинки. Лимфатические же микрососуды в ее основании уже имеют специализацию, направленную в большей степени не на'всасывание липидных эмульсий, а на их эвакуа-цию в последующие сегменты лимфатического русла.
Продемонстрировано, что поступление пищи в кишку после рожде-'ния стимулирует процессы роста и созревания элементов ворсинок, главным образом в области верхушки, способствует переходу их формы из бочкообразной в форму слегка уплощенного цилиндра. Первое кормление приводит к резкому расширению просвета лимфатического капилляра ' в основании ворсинки и быстрому накоплению чрезмерного количества липидов в интерстицпи, инициирует ускоренную специализацию и диффереицировку гематотканевих барьеров, что вызывает повышение селективности гистогематических барьеров в кишечной ворсинке.
Выявлены неизвестные ранее особенности морфогенеза кишечной ворсинки у человека по сравнению с аналогичным процессом у крыс, которыми являются большая его продолжительность, более выраженная гетерохроиность и цикличность роста и реорганизации образующихся структур, повышенная степень зрелости ворсинок к моменту рождения, феномен слияния смежных ворсинок в процессе последующего морфогенеза.
11ЛУЧ1Ю-ПРЖТ1ЖСКЛЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЖІШДЩІИ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОШ. Значение ит.огов исследования состоит в том, что уточнены многие .аспекты функциональной морфологии кишечной ворсинки, установлены закономерности ее морфогенеза, что может быть использовано в качестве предпосылок для разработки основ оптимального сбалансированного питания в нормальных условиях, при патологии периода новорождешюсти, а также послужить экспериментальной основой для более рационального и эффективного назначения терапии при маль-абсорбции в зависимости от фаз морфогенеза и состояния гоматоткане-вых барьеров в кишечной Борсинке.
Выявленные структурно-функциональные изменения кишечной ворсинки в раннем постиагальном онтогенезе доказывают значимость естественного вскармливания для дальнейшей дифференцировал кровеносного, интерстициалыюго и лимфатического компартментов системы микроциркуляции кишечной ворсинки, являющейся важнейшей адаптивной структурой слизистой оболочки тощей кишки.
Использование примененных нами модификаций методов морфологического исследования и очерченный методологический комплекс позво-
лят проводить научные исследования, в области гастроэнтерологии, а также при изучении органов других систем, более эффективно.
Новые данные об особенностях морфогенеза, микроскопической анатомии и ультраструктуре кишечной ворсинки крысы и человека могут быть включены в программы морфологических и клинических кафедр медицинских ВУЗов и медицинских факультетов университетов.
ШШДРШШГ.. Фактические данные исследования внедрены в . учебный процесс на кафедрах гистологии ШЛ им. И.М.Сеченова, СПбПМА, СПбГМУ, на кафедрах биологии, нормальной физиологии и детских болезней N1 СПбШЛ, на кафедре общей и клинической патологии с курсом эфферентной терапии СП6МЛП0, на кафедре анатомии человека ИГМИ им. Л.С.Бубнова.
ПОЛОЖЕНИЯ, ШИОСИШ М ЭЛЩТУ. 1. Микроциркуляторное русло ворсинки тощей кишки крысы представляет собой упорядоченный комплекс обменных кровеносных и лимфатических сосудов, конструкция которого позволяет реализовать противоточный механизм движения крови и обмена веществами между центральной восходящей артериолой и нисходящими венулами. Сегментарные различия строения кровеносных капилляров детерминированы их регионарной специализацией и топическими особенностями пространственной организации.
-
Распределение пероксидазы в интерстициальном пространстве подчинено закону базально-апикального градиента, величина которого увеличивается при активном всасывании. Перенос веществ в лимфатические капилляры осуществляется с помощью микропиноцитозных везикул и через открытые межэндотелиашше контакты. Лимфатическая резорбция в период активного всасывания приводит к увеличению открытых контактов в монослое эндотелиоцитов. лимфатических капилляров.
-
Образование ворсинок тощей кишки крысы представляет собой закономерный процесс эпителиально-стромально-сосудистых транслокаций, сопровождающихся пролиферацией энтероцитов, эндотелиоцитов кровеносных и лимфатических микрососудов и характеризующийся гете-рохронным чередованием процессов роста и дифференцировки формирующихся структур.
-
Дифференцировка микрососудистого, сплетения кишечной ворсинки происходит за счет сочетания и чередования процессов ангио-генеза и развития стромального компонента. Ангиогенез характеризуется петлевйдным и почковидным типами роста, слиянием почек роста и мультипликацией уже имеющихся микрососудов.. .
-
Особенностью морфогенеза кишечной ворсинки у человека по сравнению с аналогичным процессом у. крыс является большая длитель-
ность его, сильнее выраженная гетерохронность и цикличность роста и реорганизации образующихся структур, большая степень зрелости ворсинок к моменту рождения, наличие локусов слияния смежных ворсинок.
АПРОБЩШ РЛБОТК. Основные материалы и положения диссертации доложены и обсуждены на: Межвузовской конференции "Морфогенез и регенерация в сравнительно-анатомическом и гистологическом аспектах " (Омск,1977); годичной научной"конференции, посвященной Международному году ребенка (Ленинград,1979); II Всесоюзной конференции "Физиология развития человека" (Москва,1981); IX Всесоюзном съезде 'анатомов, гистологов и эмбриологов (Минск,1981); Всесоюзной конференции "Проблемы функциональной лимнологии" (Новосибирск,1982); VIII Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии, посвященном ЮОлетию со дня рождения академика Л.А.ОрОели (Ленинград,1982); III зональной научной конференции "Морфологические основы реактивности и адаптации" (Иркутск,1982); Всесоюзной научной конференции "Функциональная морфология лимфатических узлов и других органов иммунной системы и их роль в иммунных процессах (Москва, 1983); Всесоюзной научной конференции "Актуальные Еопросы нарушений гемодинамики и регуляции микроциркуляции в клинике и эксперименте" (Москва,1934); III Всесоюзной конференции по микроциркуляции (Москва, 1984);заседаниях Ленинградского отделения ВрНОЛГЭ (Ленинград, 1984, 1991); заседании Московского отделения ВрПОАГЭ (Москва, 1985); Второй Всероссийской научной конференции "Актуальные проблемы лимфологии" (Москва,1985); I съезде морфологов Таджикистана (Душанбе,1985); научной сессии, посвященной 60-летию со дня основания Ленинградского педиатрического медицинского института (Ленинград,1985); V Двустороннем Советско-Чехословацком симпозиуме "Физизиология и патология органов пищеварения" (Москва,1935); заседании проблемной комиссии "Морфогенез человека" (Ленинград,1986); I научной конференции морфологов Северного Кавказа "Морфология сердечно-сосудистой и нервной систем в норме, патологии и эксперименте" (Ростов-на-Дону,1986); X Всесоюзном съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Винница,1986); научно-техническом семинаре "Электронная микроскопия для исследования функциональных изменений структуры клетки при различных воздействиях" (Иваново, 1987); заседании бюро проблемной комиссии "Морфогенез клетки, тканей и организма" (Москва, 1987); конференции "Функциональная морфология лимфатической системы" (Новосибирск, 1988); Итоговой научной конференции "Актуальные вопроси функциональной морфологии" (Винница,
1990); II Всесоюзной конференции "Система микроциркуляции и гемокоа-гуляции в экстремальных условиях" (Фрунзе, 1990); XI съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Смоленск. 1992).
Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 29 научных работах.
ОБЪЕМ if СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа изложена на 418 страницах машинописного текста и содержит 240 микрофотографий. Библиография включает 652 источника.