CC BY
31
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 188-193
УДК: 611.321
МЕХАНИЗМЫ МЕТОРИЗИСА ПРИ ТРАНСФОРМАЦИИ ЭПИТЕЛИЯ ГЛОТОЧНОЙ КИШКИ У
ЧЕЛОВЕКА
Г.С. СОЛОВЬЕВ, В .А. ШИДИН, И.В. ИВАНОВ, Ю.С. СПИРИНА, Е.В. МОРОЗОВА, Д.Н. ГУЗЕНКОВ,
И.М. НЕФЁДОВ
ФГБОУ ВО «Тюменский ГМУ» Минздрава России, ул. Одесская, д. 54, Тюмень, 625023, Россия,
e-mail: [email protected]
Аннотация. Методами световой и электронной микроскопии изучена динамика строения эпителия кармана Ратке эмбриона человека на 12-23 стадиях Карнеги (25-57 дней после оплодотворения). Материал для световой микроскопии фиксировали в 10% нейтральном формалине, заливали в парафин. Окрашивали гематоксилином Майера и эозином, ШИК-реакцией по Мак-Манусу. Материал для электронно-микроскопического исследования фиксировали при t=+4°C в 5% параформальдегид-глутаральдегидной смеси с дофиксацией 1% раствором OsO4. Фиксаторы готовили на фосфатном буфере, pH=7,2. Материал заливали в аралдит, срезы контрастировали уранил-ацетатом, изготовление электроннограмм проводили на трансмиссионном электронном микроскопе JEM-1011 («JEOL», Япония) в институте биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН. Всего изучено 127 эмбрионов. Показано, что формирование кармана Ратке сопровождается процессом трансформации эпителиальной выстилки по градиенту «передняя стенка - дно - задняя стенка - эпителий глоточной кишки». Выявлены механизмы и источник меторизиса при формировании многослойного эпителия глоточной кишки человека в эмбриональном периоде пренатального онтогенеза. Трансформация эпителия сопровождается сменой типа морфологической структуры эпителия из однослойного кубического в псевдомногорядный призматический, многорядный мерцательный, многослойный плоский неороговевающий. Источником меторизиса является эпителий задней стенки кармана Ратке. Трансформация эпителия обеспечивается активизацией апоптоза и формированием эпителиоцитов качественной новой генерации.
Ключевые слова: меторизис, эмбриогенез человека, карман Ратке.
Актуальность. Меторизис как один из механизмов трансформации эпителия глоточной кишки и её производных был выявлен и изучен В.Н. Шимкевичем в 1908 году [2]. Предложенная автором учения о меторизисе видение преобразований эпителиального пласта по вектору: эктодерма ротовой бухты - эпителиальная выстилка глоточной кишки - эпителий пищевода, сводится к тому, что «в конце концов, один зачаток совершенно вытеснит другой» (многослойный эпителий эктодермального ге-неза перемещается в глоточную кишку, пищевод и замещает однослойную энтодермальную выстилку глоточной кишки) [1]. Процесс перемещения границы многослойного эпителия действительно реализуется при развитии полых органов переднего отдела пищеварительного канала. Вопрос в том, какие механизмы трансформации эпителиальной выстилки задействованы при меторизисе, и каков источник инициации меторизиса?
Цель исследования - изучение роли сто-модеального кармана Ратке в реализации фе-
номена меторизиса при формировании многослойной эпителиальной выстилки глоточной кишки на эмбриональном этапе пренатального онтогенеза человека.
Материалы и методы исследования. Объектом исследования взяты эмбрионы человека 12-23 стадии Карнеги (СК) (биологический возраст 25-57 дней), полученные при проведении медицинских абортов по социальным показаниям у анамнестически здоровых женщин в лечебных учреждения г. Тюмени при их информированном согласии. Всего изучено 127 эмбрионов (по 6-20 зародышей на каждой СК). Возраст зародыша и стадии эмбриогенеза определяли по данным акушерского анамнеза, визуальной и мор-фометрической оценке, состоянию тела эмбриона и его частей, измерение теменно-копчиковой длины, а с 16 СК - длины стопы. Комплекс полученных сведений ориентировали на выявление возрастной группы эмбрионов в соответствии с классификацией Стритера [3]. Для гистологического исследования материал фиксировали в 10% нейтральном формалине, заливали в парафин.
Срезы окрашивали гематоксилином Майера и эозином, ШИК-методом по Мак-Манусу. Материал для электронной микроскопии фиксировали при t=+4оС в 5-% параформальдегид-глутаральдегидной смеси с дофиксацией 1% раствором 0x04. Фиксаторы готовили на фосфатном буфере, рН=7,2. Материал заливали в аралдит, срезы контрастировали уранил-ацетатом, изготовление электроннограмм проводили на трансмиссионном электронном микроскопе ЩМ-1011 («Щ0Ь», Япония) в институте биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН.
Результаты и их обсуждение. Показано, что закладка кармана Ратке (КР) появляется у эмбриона человека на 12 СК, когда происходит закрытие нейропоров и формирование жаберных дуг. В этот период в головном отделе зародыша происходит изгиб нервной трубки. Эпителий передней части крыши первичной ротовой полости плотно прилежит к вентральной стенке переднего мозга и перемещается вслед за изгибом ствола, формируя инвагинат по ширине стомодеума - КР. На данной стадии эмбриогенеза стенка стомодеума, расположенная каудальнее места отхождения кармана, выстилается однослойным кубическим эпителием, который перестраивается в призматический многорядный в зоне перехода в КР. Наибольший сагиттальный и фронтальный размеры полость КР имеет по границе с эпителием сто-модеума. К вершине кармана его размеры уменьшаются, сближаются передняя и задняя стенки, формируется дно. Латерально в параса-гиттальных плоскостях конфигурация кармана сохраняется, однако размеры его постепенно уменьшаются.
На стадии 13 СК (28-29 сутки после оплодотворения) продолжается образование характерных изгибов ствола головного мозга, и создаются условия для реализации феномена эмбриональной индукции в зоне контакта промежуточного мозга, мезенхимы и эпителия стомодеума. Инициатором и участком формообразования КР является медиальный отдел эпителия его передней стенки. В этой области нейральный и эпителиальный зачатки находятся в наибольшем приближении. В параса-гиттальных же плоскостях их взаимосвязь становится наименее выраженной, и пространство между ними заполняется мезенхимой.
На 13 и 14 СК (28-32 сутки после оплодотворения) структура эпителия стомодеума заметно меняется процессами миграции в соста-
ве индуктивной системы формирующегося КР и выпячивания дна промежуточного мозга. Обозначается довольно четка зона перехода смены однослойного кубического эпителия в призматический псевдомногорядный. Отмеченная граница контактов двух эпителиев по мере углубления КР постепенно мигрирует в его полость, при этом обеспечивается выстилка кармана по псевдомногорядному типу (рис.). Обращает на себя внимание тот факт, что с момента своего образования КР представляет собой не эпителиальную трубочку, а инвагинат, который можно сравнить с широким плоским карманом, имеющим щелевидную полость, ориентированную во фронтальной плоскости.
Рис. Эмбрион человека, 14 стадия Карнеги. Эпителиальная выстилка кармана Ратке. Фиксация 10% нейтральный формалин. Гематоксилин Майера и эозин. 10*20
Гистологическая картина эпителия задней и передней стенок кармана относительно ней-ральных производных свидетельствует о том, что выраженной индуктивной потенцией обладает нервная ткань промежуточного мозга, которая в описанном случае может рассматриваться как организатор формирования органа сложной структуры, образующегося из зачатка различной генетической природы. Задняя стенка КР на данной стадии направлена к ромбовидному мозгу. В этой области не формируется индуктивных взаимоотношений между нейральным и эпителиальным компонентами ввиду относительно большого промежутка, разделяющего их и заполненного мезенхимой.
На 15 СК (33-36 суток после оплодотворения) формируется утолщение стенки промежуточного мозга, соответствующее будущему гипофизу, начинаются преобразования в области крыши стомодеума, которые на более поздней
стадии обеспечивают постепенное отделение КР. Эти процессы начинаются в латеральных отделах, затем смещаются медиально и проявляются в последовательном уменьшении поперечных размеров устья КР. Вследствие этого переднезадние размеры устья КР уменьшаются по мере удаления от сагиттальной плоскости латерально. В парасагиттальных срезах, проходящих через латеральный отдел КР, устья отсутствуют.
КР, сопровождая изгиб ствола мозга, разрастается, проецируя латеральные стенки сто-модеума. Зачаток КР сохраняет вид капюшона. Описанные морфогенетические процессы приводят к деформации всего КР.
Стенка КР на всем протяжении выстилается псевдомногорядным эпителием, что подтверждается подсчетом на срезе базальных клеточных контактов (соответствует числу апикальных). Ядра эпителиальных клеток располагаются в несколько рядов, большинство эпителиоцитов пласта имеют веретеновидную форму. Среди эпителиоцитов на данной стадии эмбриогенеза выявляются клетки с апикально расположенными мерцательными ресничками. Кинетический органоид специального назначения в клетках псевдомногорядного эпителия КР имеет классическое строение. В ресничках определяются аксонемы с наличием микротрубочек, а в нижней части реснички выявляется базальное тельце, погруженное в цитоплазму.
Несколько отличное строение имеет эпителий устья кармана. Эпителиальный пласт проявляет черты многослойности. Здесь отмечаются уплощенные эпителиоциты, гипер-хромные ядра которых длинной осью располагаются параллельно базальной пластинке, а узкий ободок цитоплазмы, вдаваясь в просвет, деформирует ровную линию поверхности пласта, образуя в нем второй слой клеток. Данная зона соответствует уровню отделения полости КР от стомодеума.
На 17-18 СК (41-46 сутки после оплодотворения) сохраняется закономерность формообразовательных процессов в зоне эпителиальной и нейральной закладок гипофиза. В эпителиальной закладке сохраняется неодинаковое строение передней и задней стенок, при этом эпителий передней стенки всегда утолщен в сравнении с эпителием задней и прилежит к стенке мозгового пузыря, чем эпителий задней стенки, направленный к ромбовидному мозгу. Эпителий КР характеризуется многорядным
строением с наличием мерцательных клеток.
В это время из утолщения стенки промежуточного мозга формируется вырост, который, огибая сверху дно КР, на 19 СК (47-49 суток после оплодотворения) занимает положение, характерное для задней доли. Эпителий КР, продолжая рост вдоль задней поверхности промежуточного мозгового пузыря, охватывает растущую воронку мозга. Рост и перемещение нейрогипофиза на 19 СК приводит к деформации и окончательному отделению стомодеаль-ного кармана от первичной ротовой полости. При этом эпителий задней стенки и устья кармана подворачивается кпереди.
На 20 СК (50-51 сутки после оплодотворения) эпителиальный и нейральный зачатки гипофиза находятся в тесном контакте, располагаясь относительно друг друга в положении дефинитивного гипофиза. Карман Ратке охватывает нейральный зачаток спереди, и, разрастаясь латерально, образует боковые «крылья», продолжающиеся с каждой стороны от серединной линии на 546±12 мкм; ширина адено-гипофиза составляет 1192±24 мкм, а длина 677±17 мкм. Интересно, что соотношение ширины закладки гипофиза к его длине составляет 1,61. Отношение длины закладки гипофиза к длине переднего разрастания составляет 1,62. А отношение длины переднего разрастания к диаметру нейрального зачатка равняется 1,61, что соответствует гармонической пропорции «золотого сечения», равной 1,618. Вокруг эпителиального зачатка располагается дифференцирующаяся рыхлая волокнистая неоформленная соединительная ткань с формирующейся капиллярной сетью, отсутствующая только в месте его контакт с зачатком нейрогипофиза.
С помощью электронного микроскопа в созревающей соединительной ткани удается наблюдать немногочисленные фибриллы межклеточного вещества.На этой стадии оформляется хрящевая закладка турецкого седла. Эпителий аденогипофиза сохраняет однослойное псевдомногорядное строение. Основным клеточным типом выстилки КР остаются индифферентные эпителиоциты веретеновидной формы с овальным ядром и немногочисленным органеллами цитоплазмы. В составе эпителия обнаруживаются клетки, морфологически идентифицируемые как элементы моноци-тарного ряда. Подобное строение имеет эпителий стенки КР, прилежащей к нейрогипофизу. По мере удалению эпителиального пласта от
задней доли латеральнее кпереди нарастают высота эпителия, число митозов, анизоморф-ность, определяются очаги концентрации клеточных элементов, трансформирующиеся в ин-вагинаты в подлежащую мезенхиму и деформирующие базальную и апикальную поверхности пласта.
На этой стадии эмбриогенеза в эпителии аденогипофиза нами выявлены следующие типы дифференцированных аденоцитов.
Первый тип: аденоциты овальной формы с центрально расположенным ядром, как привило имеющим, выраженное ядрышко. Цитоплазма характеризуется развитым шероховатым эндоплазматическим ретикулумом, располагающимся вокруг ядра, значительным числом митохондрий и крупными однородными сферическими секреторными гранулами высокой электронной плотности, которые большей частью локализуются в апикальной зоне клетки. Клетки такого типа формируют плотные десмосомоподобные контакты с соседними эпителиоцитами, располагаются одиночно или группами. Данные клетки нами классифицированы как сомато-, лакто- и маммотропоциты (ацидофилы).
Второй тип: аденоциты округлой формы с эксцентрично расположенным ядром, длинная ось которого обычно расположена параллельно базальной пластинке. Клетка характеризуется слабым развитием эндоплазматической сети и комплекса Гольджи, многочисленными овальными и палочковидными митохондриями и различным содержанием мелкозернистого электронноплотного материала, который накапливается в противоположном ядру полюсе клетки. Подобные аденоциты характеризуются обычно кластерным вариантом расположения и классифицируются нами как гонадотропоциты.
Третий тип: аденоциты угловатой формы с округлым, расположенным в базальной части клетки, ядром, электронно и тинкториально светлой цитоплазмой, короткими канальцами шероховатой ЭПС, многочисленными свободными рибосомами и полисомами, слабо выраженным комплексом Гольджи, многочисленными мелкими секреторными гранулами. Морфологически отмеченные клетки нами классифицированы как тиреотропоциты.
Четвертый тип клеток характеризуется неправильной формой ядра, не одинаковым по периметру перинуклеарным пространством. Определяются участки незначительно расши-
рения перинуклеарного пространства, а затем подобные расширения в ядерной оболочке увеличиваются в размерах и в итоге принимают вид цистерны с электронно-светлым содержимым. Отмеченные участки в ядерной оболочке меняют конфигурацию ядра, вдаются в цитоплазму и на светооптическом уровне выявляются в виде просветлений полулунной формы, прилежащих к ядру. Цитоплазма подобным аденоцитов имеет вид узкого ободка с многочисленными отростками, содержащими большое количество промежуточных филаментов. В цитоплазме выявляются секреторные гранулы средней электронной плотности, имеющие округлую форму с просветлением в центре, или форму «разорванной капли», малочисленными митохондриями и везикулярными компонентами комплекса Гольджи и шероховатой ЭПС. Структура секреторных гранул этих клеток позволяет их классифицировать как кортикотро-поциты. Аденоциты этого типа, как правило, располагаются кластерно, поэтому при их разрушении можно наблюдать дефекты эпителиальной выстилки кармана.
Закономерность нарастания пролифера-тивной активности и способности к дифферен-цировке клеток этого эпителия по мере удаления его от нейрального зачатка проявляется в увеличении толщины передней стенки КР в сравнении с задней.
На последующих стадиях в зачатке адено-гипофиза активизируются процессы органогенеза, образуются зоны роста эпителия в подлежащую мезенхиму по типу инвагинатов, которые затем трансформируются в эпителиальные разрастания трубчатой формы.
Для получения достоверных сведений о преобразовании стенки КР нами выявлен ряд количественных показателей, которые могли бы быть полезными при расшифровке этапов органогенеза гипофиза. Для анализа были взяты репрезентативные выборки эмбрионов из общего числа на 12-13 СК, которые составили 1-ю группу; 15-16 СК составили 2-ю группу; к 3-й группе мы отнесли эмбрионы на 19-20 СК. Исследование зародышей указанных сроков было проведено в соответствии с наиболее выраженными гисто- и органогенетическими процессами, сопровождающими закладку и преобразование аденогипофиза в сомитном и постсомитном периодах эмбриогенеза. Определяли количество клеток на 1000 мкм2 эпителиального пласта, количество клеток в подле-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 188-193
жащей мезенхиме на 1000 мкм2, плотность расположения кровеносных сосудов в мезенхиме, а также площади ядер эпителиоцитов, мезенхимных клеток и ядерно-цитоплазменные отношения (ЯЦО) клеток эпителия.
Таблица
Результаты морфометрических исследований состояния эпителиальных и мезенхимных компонентов кармана Ратке
тверждают неодинаковость гисто- и органогенеза, а также формообразовательных процессов при развитии гипофиза на различных стадиях пренатального онтогенеза.
При обсуждении результатов изученного материала мы пришли к убеждению, что органогенез гипофиза, как органа смешанной генетической природы, зависит от взаимоотношений между компонентами нейрального и эпителиального генезов и реализуется в соответствии с формообразовательными процессами в головном отделе зародыша человека. В эмбриональном периоде закладывает и проходит стадия тканевой дифференцировки и органного развития эпителиальная часть гипофиза. Особенности межтканевого и межорганного взаимодействия на уровне различных отделов гипофиза обусловливают направленность гис-то- и органогенеза и формирование структур, характерных для компонентов единого эмбрионального комплекса.
Выводы. Анализ событий, происходящих в периоды трансформации тканевого типа организации эпителия КР позволил нам высказать концепцию об участии двух механизмов гистогенеза в этом сложном процессе: активизация апоптоза и формирование эпителиоцитов качественно новой генерации.
Локальная активизация апоптоза предшествует формированию эпителия иного типа тканевого строения, а реализация детерминированной потенции к тканевой перестройке обеспечивает формирование клеток качественно новых генераций.
Показатель 1-я группа (12-13СК) 2-я группа (15-16 СК) 3-я группа (19-20 СК)
Плотность кровеносных капилляров подлежащей мезенхимы (%) - 6,5±0,7 25,5±1,6
Количество клеток подлежащей мезенхимы на 1000 мкм2 1,81±0,03 9,07±0,31 13,65±0,48
Количество клеток эпителия кармана Ратке на 1000 мкм2 3,92±0,17 1,41±0,08 1,84±0,13
Средние площади ядер клеток эпителия кармана Ратке, мкм2 149,65±4,9 255,52±7,16 310,7±12,4
Средние площади ядер клеток поле- жащей мезенхимы, мкм2 172,87±5,7 247,52±7,23 120,82±3,6
ЯЦО клеток эпителия кармана Ратке 1,44±0,08 0,79±0,03 0,89±0,04
Активный ангиогенез совпадает с периодом органотипической дифференцировки эпителия стенки КР. Показатели ангиогенеза под-
MECHANISMS OF METHORIZIS IN THE TRANSFORMATION OF THE PHARYNGEAL GUT
EPITHELIUM IN HUMANS
G.S. SOLOVYEV, V.A. SHIDIN, I.V. IVANOV, YU.S. SPIRINA, E.V. MOROZOVA, D.N. GUZENKOVA,
I.M. NEFEDOV
Tyumen State Medical University, Street Odessa, House 54, Tyumen, 625023, Russia, e-mail: [email protected]
Abstract. Using light and electron microscopy, we studied 127 human embryos (12-23 Carnegie stage, 25-57 day after fertilization), including a morphological structure of the epithelium of Rathke's pouch (RP). Material from light microscopy was fixed in 10% neutral formalin, paraffine-embedded, HE and PAS-reaction stained. Material from electron microscopy was fixed in 5% para-formaldehyde and glutaraldehyde solution (t = +4°Q with 1% OsO4 solution, araldite-embedded and uranyl acetate contrasted. The study was carried out on a transmission electron microscope in The Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences (IBIW RAS). It is shown that the formation of the RP is accompanied by the process of transformation of the epithelial lining in the direction of the "front wall - bottom - posterior wall - epithelium of the pharyngeal gut. The mechanisms and source of methorizis in the formation of multilayer epithelium of human pharyngeal gut in the embryonic period of prenatal ontogenesis are revealed. Transformation of the epithelium is accompanied by a change in the morphological structure of the epithelium
from a simple cuboidal to a pseudo-rowed prismatic, pseudostratified ciliated columnar, stratified squamous. The source of methorizis is the epithelium of the posterior RP wall. Transformation of the epithelium is provided by activation of apoptosis and the formation of epithelial cells of qualitative new generation Key words: methorizis, human embryogenesis, Rathke's pouch.
Литература
1. Кнорре А.Г., Михайлов В.П. Принцип меторизиса В.М. Шимкевича и его значение для гистологии // Арх. Анат. 1961. Т. 1, № 40. С. 3-18.
References
1. Knorre AG, Mihailov VP. Princip metorizisa V.M. Shimkevicha i ego znachenie dlya gistologii [The principle of metorizisa, V.m. Shimkevicha, and its value for histology]. Arh. Anat. 1961;1(40):3-18. Russian.
2. Королев В.А., Потоцкая О.Ю. Прехордальная и миоэпикардиальная пластинки: терминологические аспекты, проблемы определения // Морфология. 2015. № 4. С. 62-69.
2. Korolev VA, Potockaya OYu. Prehordal'naya i mioepikardial'naya plastinki: terminologicheskie as-pekty, problemy opredeleniya [Prehordalnaja and miojepikardialnaja plate: terminological aspects, problems of definition]. Morfologiya. 2015;4:62-9. Russian.
3. Савельев С.В. Стадии эмбрионального развития мозга человека. М.: ВЕДИ, 2002. 112 с.
3. Savel'ev SV. Stadii embrional'nogo razvitiya mozga cheloveka [Stages of embryonic development of human brain]. Moscow: VEDI; 2002. Russian.
Библиографическая ссылка:
Соловьев Г.С., Шидин В.А., Иванов И.В., Спирина Ю.С., Морозова Е.В., Гузенков Д.Н., Нефёдов И.М. Механизмы меторизиса при трансформации эпителия глоточной кишки у человека // Вестник новых медицинских технологий. 2018. №4. С. 188-193.
