CC BY
41
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2020 - V. 27, № 4 - P. 11-14
УДК: 611.343 DOI: 10.24411/1609-2163-2020-16727
МИКРОАНГИОАРХИТЕКТОНИКА КИШЕЧНОЙ ВОРСИНКИ И.Д. ДИМОВ*, А.Д. КАШИН**, М.А. ЗДОРИКОВА**, Т.Е. КАЗАКОВА**, Н.Р. КАРЕЛИНА*, И.С. СЕСОРОВА**
* ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава России, ул. Литовская, д. 8, г. Санкт-Петербург, 194100, Россия **ФГБОУ ВО «Ивановская государственная медицинская академия» Минздрава России, Шереметевский пр-т, д. 8, г. Иваново, 153012, Россия
Аннотация. Целью исследования стал анализ микроангиоархитектоники кишечной ворсинки, в частности микроокружения лимфатического капилляра в процессе образования лимфы, что важно для понимания ряда патологий обменных процессов, транспорта липидов, лимфообразования, иммунной защиты и других. Материалы и методы исследования. Исследование проводилось на 30-ти половозрелых белых крысах линии Wistar. Был использован комплекс электронно-микроскопических методов: сканирующая электронная микроскопия нативных и коррозионных препаратов. Нативные препараты изучались также в сканирующем электронном микроскопе со встроенным ультратомом и детектором обратно рассеянных электронов. Результаты и их обсуждение. Было детализировано строение кишечной ворсинки, показано: преобладание листовидной формы в кишечном эпителии взрослых животных; расположение ветвей приносящей артериолы по краю «гребней» ворсинки; расположение подъэпителиальной капиллярной сети; многочисленные контакты дендритных клеток и их проникновение через базальную мембрану. Изучена стенка лимфатического капилляра. Показано закономерное расположение плотных и адгезивных контактов; пучки гладкомышечных клеток, окружающих лимфатический капилляр. Проанализирована возможная роль клеточного окружения в процессе образования лимфы. Высказано предположение о функционировании комплекса межэндотелиальных контактов в совокупности с клеточным окружением в качестве системы, пропускающей лимфу в одном направлении - из интерстиция в просвет лимфатического капилляра, который можно расценивать как внутри-стеночный клапан лимфатического капилляра, обеспечивающий вместе с внутрипросветными клапанами посткапилляров и сосудов, однонаправленный ток лимфы. Заключение. Таким образом, в работе получены морфологические доказательства участия внутристеночного клапана лимфатического капилляра и его микроокружения в образовании и однонаправленном токе лимфы.
Ключевые слова: кишечная ворсинка, ультраструктура, лимфатический капилляр, образование лимфы.
MICROANGIOARCHITECTONICS OF INTESTINAL VILLI
I.D. DIMOV*, A.D. KASHIN**, M.A. ZDORIKOVA**, T.E. KAZAKOVA**, N.R. KARELINA*, I.S. SESOROVA**
*FSBEI HE «St. Petersburg State Pediatric Medical University» MOНRussia, Litovskaya Str., 8, St. Petersburg, 194100, Russia ** FSBEI HE «Ivanovo State Medical Academy» MOНRussia, Sheremetevsky Avenue, 8, Ivanovo, 153012, Russia
Abstract. The research purpose was to analyze the microangioarchitectonics of intestinal villi, the microenvironment of the lymphatic capillary during lymph formation, which is important for understanding a number of pathologies of metabolic processes, lipid transport, lymph formation, immune defense, and others in particular. Material and research methods. The study was conducted on 30 adult white Wistar rats. A complex of electron microscopic methods was used: scanning electron microscopy of native and corrosive preparations. Native preparations were also studied in a scanning electron microscope with a built-in ultratome and a backscat-tered electron detector. Results and its discussion. The structure of the intestinal villi was shown detailed: the predominance of the leaf-shaped form in the intestinal epithelium of adult animals; the location of the branches of the afferent arteriole along the edge of the "ridge" of the villi; the location of the subepithelial capillary network; numerous contacts of dendritic cells and their penetration through the basement membrane. The wall of the lymphatic capillary was studied. The regular arrangement of tight and adhesive cell junctions was shown; bundles of smooth muscle cells surrounding the lymphatic capillary. The possible role of the cellular environment in the process of lymph formation was analyzed. It has been suggested that the complex of interendothelial contacts, together with the cellular environment, functions as a system that allows lymph to pass in one direction - from the interstitium into the lumen of the lymphatic capillary, which can be regarded as the intraparietal valve of the lymphatic capillary, which, together with the in-traluminal valves of the postcapillaries and blood vessels does unidirectional lymphatic current. Conclusion. Thus, morphological evidence of the involvement of the intraparietal valve of the lymphatic capillary and its microenvironment in the formation and unidirectional lymphatic flow was obtained.
Keywords: intestinal villus, ultrastructure, lymphatic capillary, lymph formation.
Введение. Слизистая оболочка тонкой кишки у человека и млекопитающих покрыта ворсинками, строение и форма которых имеют различия, как в пределах органа, так и у разных видовых групп. Например, для взрослой крысы характерна трапециевидная форма, а для человека - пальцевидная [6,11]. Описано четыре формы ворсинок в тонкой кишке крысы: пальцевидные, гребневидные, листовидные и ланцетовидные. Конфигурация ворсинки
определяется положением в тонкой кишке, и может меняться в различных физиологических условиях. Так, у голодных крыс описывают преобладание ланцетовидных ворсинок, а у контрольных после кормления - листовидных [13]. Высота ворсинки снижается по направлению от двенадцатиперстной кишки к подвздошной.
Ворсинки покрыты однослойным столбчатым эпителием, основной функциональной клеткой ко-
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2020 - Т. 27, № 4 - С. 11-14 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2020 - V. 27, № 4 - P. 11-14
торого является энтероцит [5]. Центральная часть ворсинки образована структурами собственной пластинки слизистой оболочки кишки [6]. Эпителий от нее отделяет тонкая базальная мембрана [11].
Собственную пластинку рассматривают как область, лежащую между эпителием и структурами, составляющими внутреннее «ядро» ворсинки, образованную типичной ретикулярной тканью. Ретикулярная ткань поддерживается взаимосвязанными фибробластами и плотно инфильтрирована свободными клетками [5]. В строме кишечной ворсинки, кроме гемопоэтических клеток, расположены клетки мезодермального происхождения - различные типы фибробластоподобных (стромальных) клеток, которые обнаруживаются в собственной пластинке тонкой кишки наряду с многочисленными типами им-мунокомпетентных клеток [7]. Если удалить эпителий, то на поверхности ворсинки видна сеть кровеносных сосудов [11,12]. Микрососудистая архитектура ворсинки имеет видовые различия. У человека ее центральная артериола переходит в капиллярное сплетение, которое спускается к основанию ворсинки и переходит в венулу. В верхней трети ворсинки берет начало венула, в которую переходит центральная артериола. Она, в свою очередь, впадает в сосуды устья крипты [4]. В центральной части ворсинки слепо начинается лимфатический капилляр (ЛК). У взрослых крыс формируется в ворсинке тощей кишки несколько ЛК, нередко соединенных между собой анастомозами [1,11].
Таким образом, в целом гистоархитектоника кишечной ворсинки описана [2,10,11]. Однако с развитием высокоразрешающих методов электронной микроскопии появилась возможность детализировать строение кишечной ворсинки, что представляется важным для понимания как функциональных особенностей кишечного эпителия, так и развития ряда патологий, связанных с обменными процессами, транспортом липидов, лимфообразованием, иммунной защитой и другими. Поэтому мы поставили своей целью с помощью комплекса электронно-микроскопических методов детализировать особенности микроангиоархитектоники кишечной ворсинки и проанализировать функциональную роль микроокружения лимфатического капилляра в процессе образования лимфы.
Материалы и методы исследования. Исследование проводилось на 30-ти белых крысах линии Wistar комплексом электронно-микроскопических методов. Во время эксперимента соблюдались «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных», 1977 г. Все манипуляции проводились в соответствии с Хельсинской декларацией 1975 г. и ее пересмотренным вариантом 2000 г. В работе использовался метод классический сканирующей электронной микроскопии и сканирующей электронной микроскопии с помощью микроскопа «Quanta 250» (FEI), оборудованного встроенным уль-
тратомом «GATAN» и детектором обратно рассеянных электронов.
Сканирующая электронная микроскопия выполнялась по стандартной методике, описанной в [2]. Образцы фиксировались в 1%-ном глутаровом альдегиде, отмывались кокадилатным буфером, затем постфиксировались в 1%-ном редуцированном ОsО4 [3], снова отмывались буфером и обрабатывались в 0,3%-ном растворе тиокарбогидразида. Затем образцы снова обрабатывались редуцированной че-тырехокисью осмия для усиления контраста мембран, обезвоживались спиртами восходящей концентрации и в абсолютном ацетоне, по 10 минут в каждом из растворов с трехкратной сменой. Образцы для сканирующей электронной микроскопии коррозионных препаратов коррозировались в 20%-ном растворе КОН, промывались в воде. Все образцы высушивались в углекислоте путем перехода через критическую точку [2]; монтировали на предметный столик; напыляли сплавом золота и палладия в аппарате Eico-111-В и просматривали в сканирующем электронном микроскопе Hitachi-S-405AS.
Для исследования в микроскопе «Quanta 250» (ускоряющее напряжение в 1,5 кВ) обезвоженные образцы заключались в эпоксидную смолу. Далее анализ проводился в соответствии с методом, описанным в [8]. После заливки образец наклеивался на держатель сканирующего электронного микроскопа, затачивался на ультратоме в виде пирамидки, на полученную поверхность образца напылялся слой золота, после чего образец помещался в сканирующий электронный микроскоп. Далее образец отжигался и сканировался узким пучком электронов. Обратно рассеянные электроны улавливались детектором и строилось изображение. Серийные изображения получались после каждого срезания слоя смолы толщиной в 70 нм и запоминались компьютером.
Результаты и их обсуждение. У взрослых крыс в начальном отделе тонкой кишки ворсинки плоские, располагаются перпендикулярно оси кишки и имеют вид половины листка дерева без ножки и основания с округлыми краями. Рельеф поверхности ворсинок неровный и определяется группами высоко поляризованных клеток однослойного призматического эпителия (рис. 1, а).
Рис. 1. Кишечная ворсинка крысы: а - листовидная форма, СЭМ. Бар 1 мкм; б - микроциркуляторное русло: стрелка -ветви приносящей артериолы. СЭМКП. Бар 1 мкм
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2020 - V. 27, № 4 - P. 11-14
Эпителий лежит на слое хорошо выраженной ба-зальной мембраны. Она представляет собой полоску фибриллярного материала. Известно, что эта область богата гликопротеинами [5]. В базальной мембране встречаются редкие поры, размеры которых варьируют от 500 нм до 2 мкм в диаметре. В непосредственной близости от базальной мембраны, а также в отверстиях пор локализуются отростки дендритных клеток (рис. 2). Существует предположение, что базальная мембрана возникает de novo без перфораций, которые появляются позднее в результате миграции клеток, прохождения инертного материала, а также связаны с наличием псевдоподий эпителиальных клеток, пересекающих мембрану для контакта с мезенхимными клетками. Наши наблюдения показывают, что основная роль в формировании перфораций в базальной мембране кишечной ворсинки принадлежит дендритным клеткам, а также отросткам энтероцитов. Непосредственно под базальной мембраной располагается подэпителиальная сеть кровеносных капилляров. Она берет начало от дугообразных ветвей приносящей ар-териолы, идущих по краям «гребней» ворсинки к ее основанию. Капилляры образуют плоское однослойное сплетение с петлями неправильной формы на боковых поверхностях ворсинки, непосредственно под эпителиальным слоем (рис. 1, б). Стенка капилляра на поперечном срезе образована 1-2 эндотелиальными клетками и перицитами, лежащими на базальной мембране. Эндотелий имеет редкие микроворсинки, обращенные в просвет микрососуда (рис. 2).
В средней трети ворсинки в ее центральной зоне расположены 1-3 слепо начинающихся ЛК. Их эндотелий не имеет базальной мембраны. Вокруг них в непосредственной близости расположены кучками по 3-4 гладкомышечные клетки (ГМК), связанные между собой щелевыми соединениями. Они лежат спирально и образуют сеть за счет клеток-перемычек (рис. 2). К ГМК подходят нервные окончания.
которых формирует с энтероцитами плотные соединения (рис. 3).
Рис. 2. Срез кишечной ворсинки начального отдела тонкой кишки крысы в верхней трети: ЛК - лимфатический капилляр, КК - кровеносный капилляр, ДК - дендритная клетка. СЭМ. Бар 500 нм
Дендритные клетки в большом количестве локализуются между энтероцитами. Это большие структуры до 20 мкм в диаметре, неправильной формы, гомогенным матриксом низкой электронной плотности и многочисленными отростками, часть из
Рис. 3. Отросток дендритной клетки проходит через
базальную мембрану кишечного эпителия: КК - кровеносный капилляр. СЭМ, серийные срезы.
Бар 500 нм.
Лимфатический капилляр окружают также множество инфильтрированных гемопоэтических клеток - эозинофилов, базофилов, нейтрофилов, лимфоцитов, а также дендритных клеток, которые обеспечивают защитный иммунитет к инфекционным агентам. Однако скопление клеточных элементов видимо также важно в процессе образования лимфы при возникновении интерстициального давления.
Лимфатический капилляр формируют эндоте-лиоциты, контактирующие друг с другом в адгезивных соединениях черепицеобразной формы, которые укреплены слабо развитыми плотными соединениями. На верхушке ламелоподии эндотелиаль-ной клетки, которая накрывает со стороны просвета сосуда межэндотелиальный контакт, имеется точечное адгезивное соединение. Показано, что оно содержит белки ЬУУБ 1 и RECAM, которые обеспечивают слабую адгезию между люменально уплощенным выростом и подлежащим участком эндотели-альных клеток (ЭК) [3]. Такое прерывное расположение плотных и адгезивных соединений сохраняется на протяжении всего лимфатического капилляра. Плазматические мембраны околоконтактных зон эндотелиальных клеток соединяются якорными фи-ламентами с эластическими волокнами интерсти-ция. Лимфатические капилляры идут в подслизи-стый слой, где в сосуде возникают внутрипросвет-ные клапаны.
Заключение. Таким образом, мы предполагаем, что пучки ГМК вместе с особой организацией межэндотелиальных контактов лимфатического капилляра и якорными филаментами эндотелиальных клеток в совокупности формируют структуру, способную функционировать, как клапанный механизм, обеспечивающий односторонний ток жидкости в процессе образования лимфы. Существование такого механизма предполагалось ранее. Двухклапанная система делает более понятным процесс обеспечения однонаправленного транспорта в начальных отделах лимфатиков [12]. Во время расширения терминального отдела ЛК, его просвет заполняется ин-терстициальной жидкостью. В этот период внутри-стеночные клапаны должны быть открыты, а внут-рипросветные, на границе ЛК и лимфатического
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2020 - V. 27, № 4 - P. 11-14
посткапилляра закрыты, чтобы предотвратить перетекание лимфатической жидкости проксимально. Во время сжатия ЛК внутристеночные клапаны должны быть закрыты, чтобы предотвратить выход жидкости обратно в интерстиций, в то время как внутри-просветные открыты. Из чего следует, что лимфа транспортируется в проксимальном направлении к сосудам, обладающим сократительной активностью и лимфатическим уздам. Система внутристеночных клапанов в ЛК пока описана лишь в трахее, и то только на светооптическом уровне [3]. При этом недавно было показано, что генетичекие мутации, которые вели к исчезновению таких контактов в лимфатическом капилляре кишечной ворсинки, препятствовали ожирению мышей [14].
Таким образом, детальный ультраструктурный анализ кишечной ворсинки позволил нам найти морфологические доказательства функциональной роли особенностей строения лимфатического капилляра (в частности системы контактов) и его микроокружения в процессе образования лимфы.
Литература / References
1. Карелина Н.Р., Сесорова И.С., Безнусенко Г.В., Шишло В.К., Сесоров В.В., Казакова Т.Е., Миронов А.А. Ультраструктурные основы процесса образования лимфы // Морфология. 2017. Т. 151, № 2. С. 7-19 / Karelina NR, Sesorova IS, Beznusenko GV, Shishlo VK, Seso-rov VV, Kazakova TE, Mironov AA. Ul'trastrukturnye osnovy protsessa obrazovaniya limfy [Ultrastructural foundations of the lymph formation process]. Morfologiya. 2017;151(2):7-19. Russian.
2. Миронов А.А., Комиссарчик Я.Ю., Миронов В.А. Методы электронной микроскопии в биологии и медицине: метод. рук-во. СПб.: Наука, 1994. 400 с. / Mironov AA, Komissarchik YaYu, Mironov VA. Metody elektronnoy mikroskopii v biologii i meditsine: metod. ruk-vo [Methods of electron microscopy in biology and medicine: a methodological guide]. SPb.: Nauka; 1994. Russian.
3. Balik P., Fuxe J., Hashizume H., Romano T., Lashnits E., Butz S., Vestweber D., Corada M., Molendini C., Dejana E., McDonald D.M. Functionally specialized junctions between endothelial cells of lymphatic vessels // J. Exp. Med. 2007. Vol. 204. P. 2349-2362 / Balik P, Fuxe J, Hashizume H, Romano T, Lashnits E, Butz S, Vestweber D, Corada M, Molendini C, Dejana E, McDonald DM. Functionally specialized junctions between endothelial cells of lymphatic vessels. J. Exp. Med. 2007;204:2349-62.
4. Chen C.Y., Bertozzi C., Zou Z., Yuan L., Lee J.S., Lu M., Stachel-ek S.J., Srinivasan S., Guo L., Vincente A., Mericko P., Levy R.J., Makinen T., Oliver G., Kahn M.L. Blood flow reprograms lymphatic vessels to blood vessels // J Clin Invest. 2012. Vol. 122. P. 2006-2017 / Chen CY, Bertozzi C, Zou Z, Yuan L, Lee JS, Lu M, Stachelek SJ, Srinivasan S, Guo L, Vincente A, Mericko P, Levy RJ, Makinen T, Oliver G, Kahn ML. Blood flow reprograms lymphatic vessels to blood vessels. J Clin Invest. 2012;122:2006-17.
5. Ensari A., Marsh M.N. Exploring the villus // Gastroenterol. Hepatol. Bed Bench. 2018. Vol. 11, №3. P. 181-190 / Ensari A, Marsh MN. Exploring the villus. Gastroenterol. Hepatol. Bed Bench. 2018.;11(3):181-90.
6. Khan J., Islam M.N. Morphology of the Intestinal Barrier in Different Physiological and Pathological Conditions // Histopathology. 2012. №8. P. 133-152 / Khan J, Islam MN. Morphology of the Intestinal Barrier in Different Physiological and Pathological Conditions. Histo-pathology. 2012;8:133-52.
7. Mantani Y., Haruta T., Nishida M., Yokoyama T., Hoshi T., Kit-agawa H. Three-dimensional analysis of fibroblast-like cells in the lamina propria of the rat ileum using serial block-face scanning electron microscopy // J. Vet. Med. Sci. 2019. Vol. 81, №3. P. 454-465 / Mantani Y, Haruta T, Nishida M, Yokoyama T, Hoshi T, Kitagawa H. Three-dimensional analysis of fibroblast-like cells in the lamina propria of the rat ileum using serial block-face scanning electron microscopy. J. Vet. Med. Sci. 2019;81(3):454-65.
8. Neuhaus J., Schroppel B., Dass M., Zimmermann H., Wol-burg H., Fallier-Becker P., Gevaert T., Burkhardt C.J., Do H.M., Stolzen-burg J.U. 3D-electron microscopic characterization of interstitial cells in the human bladder upper lamina propria // Neurourol Urodyn. 2018. Vol. 37, N1. P. 89-98. DOI: 10.1002/nau.23270 / Neuhaus J, Schroppel B, Dass M, Zimmermann H, Wolburg H, Fallier-Becker P, Gevaert T, Burkhardt CJ, Do HM, Stolzenburg JU. 3D-electron microscopic characterization of interstitial cells in the human bladder upper lamina propria. Neurourol Urodyn. 2018;37(1):89-98. DOI: 10.1002/nau.23270.
9. Ohtani O. Three-dimensional organization of lymphatics and its relationship to blood vessels in rat small intestine // Cell Tissue Res. 1987. Vol. 248, №2. P. 365-374 / Ohtani O. Three-dimensional organization of lymphatics and its relationship to blood vessels in rat small intestine. Cell Tissue Res. 1987;248(2):365-74.
10. Schmid-Schonbein G.W. The second valve system in lymphatics // Lymphat Res Biol. 2003. Vol. 1. P. 25-29 / Schmid-Schonbein GW. The second valve system in lymphatics. Lymphat Res Biol. 2003;1:25-9.
11. Karelina N.R., Kazakova T.E., Parashuraman S., Zdoriko-va M.A., Dimov I.D., Seliverstova E.V., Beznoussenko G.V., Mironov A.A. Structure of the enterocyte transcytosis compartments during lipid absorption // Histochem. Cell Biol. 2020. Vol. 153. P. 413-429. https://doi.org/10.1007/s00418-020-01851-3 / Karelina NR, Kazakova TE, Parashuraman S, Zdorikova MA, Dimov ID, Seliverstova EV, Beznoussenko GV, Mironov AA. Structure of the enterocyte transcytosis compartments during lipid absorption. Histochem. Cell Biol. 2020;153:413-29. https://doi.org/10.1007/s00418-020-01851-3.
12. Sugimoto T., Ogata T. Scanning electron microscopic studies on the subepithelial tissue of the gastrointestinal mucosa of the rat // Arch. Histol. and Cytol. 1989. Vol. 52, №3. P. 257-265 / Sugimoto T, Ogata T. Scanning electron microscopic studies on the subepithelial tissue of the gastrointestinal mucosa of the rat. Arch. Histol. and Cytol. 1989;52(3):257-65.
13. Takeuchi H., Kitajima M., Kitagawa Y. Sentinel lymph node as a target of molecular diagnosis of lymphatic micrometastasis and local immunoresponse to malignant cells // Cancer Sci. 2008. Vol. 99. P. 441-450 / Takeuchi H, Kitajima M, Kitagawa Y. Sentinel lymph node as a target of molecular diagnosis of lymphatic micrometastasis and local immunoresponse to malignant cells. Cancer Sci. 2008;99:441-50.
14. Zhang F., Zarkada G., Han J., Li J., Dubrac A., Ola R., Genet G., Boyé K., Michon P., Künzel S.E., Camporez J.P., Singh A.K., Fong G.H., Simons M., Tso P., Fernández-Hernando C., Shulman G.I., Sessa W.C., Eichmann A. Lacteal junction zippering protects against diet-induced obesity // Science. 2018. Vol. 361, № 6402. P. 599-603. DOI: 10.1126/science.aap9331 / Zhang F, Zarkada G, Han J, Li J, Dubrac A, Ola R, Genet G, Boyé K, Michon P, Künzel SE, Camporez JP, Singh AK, Fong GH, Simons M, Tso P, Fernández-Hernando C, Shulman GI, Sessa WC, Eichmann A. Lacteal junction zippering protects against diet-induced obesity. Science. 2018;361(6402):599-603. DOI: 10.1126/science.aap9331.
Библиографическая ссылка:
Димов И.Д., Кашин А.Д., Здорикова М.А., Казакова Т.Е., Карелина Н.Р., Сесорова И.С. Микроангиоархитектоника кишечной ворсинки // Вестник новых медицинских технологий. 2020. №4. С. 11-14. DOI: 10.24411/1609-2163-2020-1672 7.
Bibliographic reference:
Dimov ID, Kashin AD, Zdorikova MA, Kazakova TE, Karelina NR, Sesorova IS. Mikroangioarkhitektonika kishechnoy vorsinki [Microan-gioarchitectonics of intestinal villi]. Journal of New Medical Technologies. 2020;4:11-14. DOI: 10.24411/1609-2163-2020-16727. Russian.
