CC BY
128
УДК 611-018.18
В. М. Петренко
ТКАНЕВЫЕ КАНАЛЫ: ВИРТУАЛЬНАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ И РЕАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ
Аннотация. В статье представлены и проанализированы литературные и собственные данные о структурной организации путей циркуляции тканевой жидкости с целью показать значение тканевых каналов в объединении лимфатического и кровеносного русла.
Ключевые слова: соединительная ткань, тканевые каналы, тканевая жидкость, лимфа, лимфатический капилляр, клапан.
Abstract. In the article are presented and analyzed literary and own data about structural organization of paths of tissue liquid circulation with purpose to show significance of tissue channels in unification lymphatic and blood bed.
Keywords: connective tissue, tissue channels, tissue liquid, lymph, lymphatic capillary, valve.
Введение
После лекции на III съезде лимфологов России (2008) мне был задан вопрос: почему анатомы отрицают лимфообращение, ведь циркуляция продолжается через тканевые каналы? Да, в живом организме между клетками и их комплексами (тканями, органами) движутся жидкости. Но их состав и структурная организация путей их течения очень разнятся, особенно это видно при сравнении сосудистой и дососудистой циркуляции. Агрегатное состояние жидкостей изменяется от студнеобразного (тканевая жидкость) до жидкого (лимфа и кровь). Корни лимфатического русла, лимфатические капилляры, начинаются слепо, с кровеносными сосудами напрямую не связаны. Поэтому по лимфатическому руслу с разветвленно-линейной конструкцией происходит лимфоотток из органов, в отличие от кровообращения в кровеносной системе, замкнутой в круг. Движение жидкостей разного состава между клетками, тканями и органами обеспечивает транспорт веществ в организме, который разделяют на два вида: конвективный (межорганный транспорт - перенос движущейся средой, плазмой крови в сосудистой системе) и диффузионный (межклеточный транспорт - просачивание, медленное проникновение в промежуточном веществе соединительной ткани). В периадвен-тиции возникает взаимодействие этих процессов: материал пограничного слоя диффундирует через проницаемый барьер (стенку капилляра) в жидкий поток (лимфу или кровь) и конвергируется, увлекается потоком. Трансмуральный градиент давления играет определяющую роль в сосудистом транспорте, в том числе лимфы, начиная с лимфообразования (проницаемая «мембрана» капиллярной стенки) и кончая сократительной активностью (мембранные насосы лимфангионов). Значительное накопление межклеточного вещества происходит в разных соединительных тканях. Их можно разделить на жидкие (~ золь), рыхлые (~ гель) и плотные, а также на клеточные и волокнистые. Наиболее известные рыхлые клеточные формы - мезенхима (эмбриональная строма) и ретикулярная ткань (строма кроветворных органов), где сеть клеток ограничивает множественные каналы, заполненные малым
количеством очень рыхлого вещества при участии небольшого количества ретикулярных волокон. В рыхлой (волокнистой) соединительной ткани клеточная сеть заменена на сеть соединительнотканных волокон. Дальнейшая их концентрация и уменьшение содержания аморфного вещества и клеток приводят к дифференциации плотных соединительных тканей, неоформленных и оформленных. В зонах интенсивного метаболизма распространены рыхлые соединительные ткани, которые комплексируются с кровеносными и лимфатическими микрососудами. Эти комплексы разделяют на крайние варианты стромы органов с участием мезенхимы (клеточная сеть с малым количеством аморфного межуточного вещества и кровеносных микрососудов типа протокапилляров) и плотной соединительной ткани (переплетения пучков соединительнотканных волокон с малым числом рассредоточенных клеток, аморфного межуточного вещества и сосудов). В хрящевой и костной ткани явно преобладает межуточное вещество, но гораздо более плотное, поэтому интенсивность метаболизма падает до нуля.
История и современное состояние вопроса
В последние годы значительное внимание обращается на роль соединительной ткани в составе протективной системы организма, к которой В. И. Коненков и Ю. И. Бородин [1] относят лимфатическую и лимфоидную системы.
Рыхлая соединительная ткань опосредует взаимодействия разных тканей с использованием тканевых каналов (ТК). Их конструкция определяется интенсивностью обмена веществ, объемом (расстояниями транспортировки веществ) и плотностью тканевых слоев. Рост и усложнение строения многоклеточного организма сопровождается разделением его циркуляционной системы на ТК (не имеют собственной клеточной стенки) и сосуды разного типа. Лимфатическое русло формируется как коллатеральное к венам и сохраняет строение первичных (эмбриональных) вен, опосредует транспорт веществ, не попавших в корни венозного русла, чему способствует отсутствие в лимфатических капиллярах (ЛК) базальной мембраны эндотелия.
В 1852 г. R. Virchov заявил, что тканевая жидкость течет по внутриклеточным соковым канальцам, в 1862 г. H. Recklinghausen [2] - по межклеточным соковым канальцам, у которых нет эндотелиальной стенки. По мнению W. Hueck (1920), наполненных жидкостью канальцев или щелей в соединительной ткани нет, жидкость равномерно растекается по коллоидной массе ткани [2]. В 1933 г. E. R. Clark и E. L. Clark сообщили [3], что клетки и частицы в живой ткани движутся медленно, как в коллоиде, они не совершают броуновского движения. В 1948 г. T. Day [2] доказал в эксперименте: щели в сети соединительнотканных волокон разной толщины заполнены коллоидным веществом (углеводно-белковые комплексы). Они подобны гликокалик-су клеточных мембран и служат его продолжением. Ключевую роль в транспорте тканевой жидкости играют гидрофильные протеогликановые комплексы. Они формируют молекулярное сито путем переплетения боковых цепей. Тканевая жидкость просачивается сквозь него как сквозь губку, растекаясь по коллоидной массе вдоль волокон. Динамическая организация интерстиция рассматривается как двухфазная система с гетерогенным распределением участков, более плотных, волокнистых и гидрофильных, полужидких каналов, заполненных аморфным веществом, связывающим воду [4]. Свободной
жидкости в тканях нет или почти нет, нет и свободных полостей. Точнее было бы определение двухфазной системы [гель ^ золь] промежуточного вещества как студневидного. В 1939 г. P. McMaster и R. Parsons [5] показали, что из ЛК жидкость распространяется в интерстиции радиально, по ходу соединительнотканных волокон. Согласно Д. А. Жданову [5], вокруг лимфатических (ЛС) и кровеносных сосудов находятся межтканевые щели - пространства между плотными пучками коллагеновых и эластических волокон, заполненные аморфным веществом, где диффузия проходит легко. ТК дифференцированы так же, как и сосуды. В процессе развития происходит магистрали-зация части сетей ТК (сеть мезенхимных или ретикулярных клеток, сеть ретикулярных волокон, а затем тонких и толстых пучков коллагеновых и эластических волокон) с образованием протяженных ТК с более плотными стенками.
В 1947 г. P. McMaster [5] показал, что существует стабильная разница между тканевым давлением и давлением в ЛК и при повышении тканевого давления этот градиент может даже увеличиваться. В 1935 г. B. Pullinger и
H. Flory [3] объяснили это наличием структурных связей между эндотелием ЛК и волокнистым остовом окружающей соединительной ткани - стропные филаменты толщиной 6 нм соединяют электронноплотные участки на поверхности эндотелия и коллагеновые фибриллы (J. Casley-Smith, 1967; L. Leak, J. Burke, 1968) [4]. A. Silberg (1979) и В. В. Куприянов (1983) считают [4], что ТК могут напрямую соединять межэндотелиальные промежутки кровеносных и лимфатических микрососудов, когда их разделяют очень тонкие прослойки соединительной ткани. Таким образом, стропные филаменты не только препятствуют спадению просвета ЛК при большем давлении в окружающей ткани, но и структурируют сосудисто-тканевые анастомозы -соединения ТК с ЛК. Края эндотелиальных клеток свободны и лишь частично заходят друг за друга. Эти распахивающиеся края клеток, по мнению J. R. Casley-Smith (1979, 1980), образуют мини-клапаны [4]. Опорные нити, как якоря, крепят свободные края эндотелиальных клеток к соединительной ткани. При увеличении объема интерстициальной жидкости опорные нити «оттягивают» края эндотелиальных клеток и жидкость свободно входит в ЛК через открытый межэндотелиальный контакт как через интрамуральный мини-клапан. Процесс фильтрации (отток) тканевой жидкости в просвет ЛК можно представить иначе. При увеличении объема (и гидростатического давления) тканевой жидкости якорные филаменты удерживают эндотелий и препятствуют сдавлению ЛК. Базальная мембрана отсутствует в стенке, и тканевая жидкость «продавливает» тонкий эндотелий в области его подвижных межклеточных контактов (ширина 0-6 нм). Якорные филаменты препятствуют выворачиванию «створок» таких эндотелиальных мини-клапанов в просвет ЛК, как это делают сухожильные нити сосочковых мышц сердца со створками предсердно-желудочковых клапанов в систолу желудочков. Эндотелиальные контакты, нахлестывающиеся друг на друга краевые участки цитоплазмы клеток, по В. А. Шахламову и А. П. Цамеряну (1982), устроены как односторонне действующий клапан: терминальный участок эндотелиальной клетки, расположенный ближе к соединительной ткани, зафиксирован строп-ными филаментами, что препятствует его смещению под действием тканевой жидкости, а лежащий на нем терминальный участок другой эндотелиальной клетки, расположенный ближе к просвету, не имеет стропных филаментов,
свободно ундулирует и отодвигается, пропуская жидкость в просвет ЛК. Интрамуральный клапан закрывается под давлением обратного лимфотока, не выпуская лимфу в окружающие ЛК ткани. Характерно, что стропные филаменты обнаруживаются в большом количестве в зонах стыка эндотелиальных клеток или в области цитоплазматических выростов [4]. В корневой части лимфатического русла роль насоса (в кровеносной системе - миокард) берут на себя дренируемые ткани. Они «качают» избыточную тканевую жидкость в просвет ЛК (поршень насоса) и сдавливают их стенки (наружная манжетка). Таким образом организуется пассивный лимфоотток из корней лимфатического русла. ЛК устроены как первичные лимфатические сегменты: входные, интрамуральные, клапаны (подвижные межэндотелиальные контакты) разделяют компартмент интерстициального пространства и просвет ЛК, а выходным клапаном служит первый истинный, интралюминарный, клапан, он разделяет ЛК и лимфатический посткапилляр (ЛПК). Корневые (первичные) межклапанные сегменты лимфатического русла организуют пассивный транспорт избыточной тканевой жидкости из ТК в ЛК и ЛПК. ТК имеют ограниченную емкость (ширина - 10 нм, плотность размещения - 1 на 1 мкм2), но гидравлическую проводимость в 15 раз выше, чем у стенок кровеносных капилляров [4]. ТК объединяют кровеносные и лимфатические микрососуды в «функциональные анастомозы»: сети соединительнотканных волокон в комплексе с аморфным веществом как наружная манжетка ограничивают расширение ТК и направляют потоки растворов в микрососуды. Особенно заметным это становится при уплотнении основного вещества в хряще и кости.
Развитие ТК начинается в эмбриогенезе человека. Эпителиальные трубки в закладках органов окружены сетевидной мезенхимой, она формирует стенки дососудистой циркуляции внеклеточной жидкости. С началом пролиферации эпителия прилежащая мезенхима утрачивает сетевидную конструкцию и уплотняется путем размножения клеток, ее прорастает сеть протокапилляров. Эти процессы в стенке первичной кишки особенно усиливаются в связи с прорывом глоточной мембраны и поступлением в ее полость амниотической жидкости. Она, вероятно, диффундирует в кишечную стенку и «размывает» межклеточные контакты эпителия и мезенхимы. Ее состояние стабилизируется по мере продукции основного вещества соединительной ткани (гликопротеины, слабосульфатированные гликозамингликаны, разрозненные ретикулярные волоконца), особенно в связи с резким началом накопления гиалуронатов, чему предшествуют и сопутствуют рассредоточение клеток соединительной ткани и расширение кровеносных микрососудов [6]. Дифференциация стенок сосудов разного типа происходит гетерохронно (артерии ^ вены ^ ЛС), что приводит к их неравномерному росту и деформации (базовый механизм закладки и дифференциации лимфатической системы) [7]: артерии инвагинируют в просвет первичных вен, из боковых венозных карманов и их притоков образуются лимфатические мешки и стволы, в которые инвагинируют кровеносные сосуды с закладкой лимфоузлов. У плодов человека 3-го месяца формирование адвентициальной оболочки грудного протока начинается с «частокола» коротких стропных филаментов, связывающих его эндотелий с ретикулярными волокнами периадвентиции. В зачатках лимфоузлов наблюдаются обратные процессы: трансфузионный лим-фоток «размывает» их строму, тормозит морфогенез коллагеновых и эластических волокон. В результате формируется сеть ретикулярных клеток, эндо-
телий истончается и разрыхляется, через его межклеточные контакты в просвет синусов проникают соединительнотканные волокна и ретикулярные клетки (эквимезенхимная конструкция с чертами строения ЛК и ТК). У плодов человека и после рождения в органах обнаруживаются все более густые сети чередующихся и переплетающихся кровеносных и лимфатических микрососудов. Их разделяют все более тонкие прослойки рыхлой соединительной ткани с ТК.
Я моделировал увеличение нагрузки на орган (подобно эмбриональной ситуации с прорывом глоточной мембраны), прокачивая физиологический раствор в сегменты тонкой кишки белой крысы, ограниченные путем перевязки. Начиная с кишечных ворсинок, сильно расширяются венулы и особенно лимфатические пути: уже эндотелий ЛК тоньше, чем в кровеносных капиллярах, и не имеет базальной мембраны. Сильное расширение ЛК и ЛПК сопровождается значительным растяжением их и без того тонких стенок, что еще более затрудняет их идентификацию на тонких срезах. Наводняется основное вещество соединительной ткани с расширением ее межсосудистых прослоек. Вокруг кровеносных микрососудов обнаруживаются широкие каналы. Избыточная вода, которую не способно связать основное вещество, «стекает» с него через межэндотелиальные контакты в полость капилляров: вода несжимаема, а свободного пространства в соединительной ткани нет, расширение ее аморфного вещества ограничивают волокна разной жесткости. При чрезмерном инъекционном давлении наступает распад аморфного вещества и разрыв соединительнотканных волокон, что также наблюдается, например, при пропитке материала парафином. Такие артефакты долгое время принимали не только за ТК, но и за ЛК. В 1702 г. Н. БоегЬаауе и в 1705 г. Я. У1еш8еп8 [2] разработали «теорию серозных сосудов», соединяющих артерии и лимфатические сосуды (лимфоартериальные анастомозы). Серозные канальцы столь тонки, что не пропускают клетки крови, а только ее плазму (фильтрация лимфы). Такая теория решала вопрос и о первичной движущей силе лимфотока - это сокращения сердца. Авторы свою гипотезу основывали на результатах изучения препаратов, изготовленных с использованием очень примитивной гистологической техники. Затем Я. У1геЬоу совершенно абстрактно изменил локализацию серозных канальцев: в клетках, по его мнению, начинаются корни лимфатической системы, внутриклеточные соковые канальцы - очередная виртуальная структура.
Мною были изучены окрашенные тотальные препараты и гистологические срезы брыжейки тонкой кишки собаки. ЛК располагаются между кровеносными капиллярами кнаружи (коллатерально) к участками их сети. Первый ЛПК может идти самостоятельно, около первичной собирательной венулы или в пучке с терминальной артериолой и собирательной венулой. ЛПК переходят в ЛС около крупных артериол и (мышечных) венул. ЛПК «подвешены» на тонких пучках кровеносных капилляров и соединительнотканных волокон, которые формируют петли микрососудисто-волоконной сети (МСВС). Их могут дублировать петли ЛК. Петли МСВС имеют разные форму (округлую, овальную, полигональную и др.), строение (замкнутые, разомкнутые и др.), положение, по-разному упакованы (рыхлые, растянутые, развернутые или свернутые, компактные). В петли МСВС входят ветви прекапилляров, из петель МСВС выходят посткапиллярные венулы (метаболический блок микрососудов в рамках «функционального модуля» гемолимфомикроциркулятор-
ного русла). Внутри полиморфных петель МСВС находится густая сеть более тонких соединительнотканных волокон и ТК. Можно согласиться с В. В. Куприяновым, что ЛК и ЛПК окружают клубочки кровеносных капилляров и метаболические блоки в целом. По крайней мере ЛПК на тотальных препаратах брыжейки идут между капиллярными сетями и магистральными микрососудами, вдоль собирательных венул, переходя в ЛС I порядка около мышечной венулы. Можно предположить, что микроскопическая часть лимфатического русла подобно экстраорганной части и вслед за ней отделяется в эмбриогенезе от первичного венозного русла в результате нарастающего градиента кровяного давления в дифференцирующейся протокапиллярной сети (в кровеносных капиллярах с большим давлением появляется базальная мембрана, в ЛК она отсутствует) и становится коллатералью к дефинитивному венозному руслу [7].
Заключение
Движение жидкостей (растворов) в организме происходит от аморфного межклеточного вещества ТК (протеогликановый контур) к плазме лимфы и крови в микрососудах (эндотелиальный контур) и обратно благодаря колебаниям двухфазной системы [гель^золь] студнеобразного основного вещества рыхлых соединительных тканей. Микроциркуляторное русло формируется уже в эмбриогенезе. Первоначально гликокаликсы мезенхимных клеток в их сети окантовывают первичную сеть ТК, а затем преобразовываются в протео-гликановый контур, его дополняют сеть ретикулярных волокон и сеть протокапилляров: протеогликаны, особенно гиалуронаты, связывают тканевую жидкость, пучки соединительнотканных волокон разделяют образующийся студневидный матрикс на компартменты тканевых щелей или ТК, в их утолщающиеся перегородки врастают микрососуды. Сеть протокапилляров разделяется на кровеносные капилляры и ЛК. Вокруг их эндотелиальных трубок дифференцируются дополнительные (в том числе мышечная) оболочки из окружающей соединительной ткани. Соединительная ткань дефинитивной брыжейки относительно тоньше и гораздо плотнее, чем у плода человека 9 недель. У него она выглядит рыхлой губкой, по толщине приближается к диаметру кишечной трубки, разваливается при введении тонкой иглы для подкожных инъекций. Еще более рыхлой представляется мезенхима у эмбриона человека 4 недель, что отражает разное давление в ТК. Это же относится к строению микроциркуляторного сосудистого русла. ТК не имеют собственных клеточных стенок, ограничены пучками волокон и заполнены гидрофильным аморфным веществом соединительной ткани. С него, как с пористой губки, «стекает» избыточная тканевая жидкость под вариабельным давлением тканевого насоса (гидравлическим и механическим, являющимся результатом метаболической активности клеток), она «продавливает» подвижные межэндотелиальные контакты ЛК, которые ослаблены отсутствием базальной мембраны эндотелия. Чрезмерное гидравлическое давление (инъекция растворов) приводит к разрушению ТК, их протеогликанового и даже волоконного контура - расслоению тканей на срезе, образованию мнимых широких ТК (они могут формироваться и после экстракции жировых отложений). ТК и ЛК, ЛПК, ЛС, а также кровеносные микрососуды окружены [8] различным образом сетями соединительнотканных волокон, которые объеди-
няют их в составе единой биомеханической системы. Сети ТК (протеоглика-новый контур) окружены сетями кровеносных и лимфатических микрососудов (эндотелиальный контур), а вместе они «погружены» в сети соединительнотканных волокон (мягкий скелет единой циркуляционной системы). МСВС -часть этого комплекса. ТК организуют локальный транспорт веществ между клетками путем локальной циркуляции (диффузии) тканевой жидкости. Сосуды осуществляют дистантный транспорт веществ, в том числе межорган-ную циркуляцию жидкости в виде кровотока. Но между ТК и сосудами существует клеточный барьер - эндотелий. Он может быть окружен дополнительными оболочками. Состав и подвижность тканевой жидкости, лимфы и крови так же неодинаковы, как и их микроокружение.
Вот такими представляются мне реальные (с позиций современных знаний) морфологические основы виртуальной циркуляции жидкостей в живом политканевом организме, причем с преобразованием их состава и агрегатного состояния на разных этапах и уровнях их циркуляции, с адекватными структурными изменениями ее путей. Круговая циркуляция между клетками происходит на двух основных уровнях: тканевом (локальный транспорт по ТК) и сосудистом (межорганный транспорт в кровеносной системе). В органах происходит сопряжение разноуровневых кругов циркуляции межклеточных жидкостей в метаболических блоках гемолимфомикроциркуляторно-го русла (прекапилляр ^ капилляры ^ посткапилляры), главным образом капилляров и ТК. Если приток в метаболические блоки совершается на одном артериальном уровне, дренажный отдел циркуляционной системы разделяется на два уровня: венозный и его коллатеральный лимфатический, т.е. с параллельными звеньями венозного и лимфатического русла, не всегда сател-литными и нередко сопрягающимися, например, в лимфоузлах. ТК служат общими истоками специализированных дренажей органов и объединяют их в функциональные анастомозы. Прямая простая циркуляция межклеточной жидкости происходит, вероятно, в низших многоклеточных организмах, не имеющих сосудов. В статье представлена упрощенная схема строения циркуляционной системы человека и млекопитающих животных с целью показать многоэтапность и многообразие форм движения жидкостей (и самих жидкостей) между их клетками.
Список литературы
1. Фундаментальные проблемы лимфологии и клеточной биологии : материалы ме-ждунар. конференции. - Новосибирск : СО РАМН ; ГУ НИИКЭЛ, 2008. - Т. 1. -С. 54-56, 190-192.
2. Русньяк, И. Физиология и патология лимфообращения / И. Русньяк, М. Фель-ди, Д. Сабо. - Будапешт : Изд-во АН Венгрии, 1957. - 856 с.
3. Жданов, Д. А. Функциональная анатомия лимфатической системы / Д. А. Жданов. - Горький : Изд-во Горьк. мед. ин-та, 1940. - Вып. 9. - 375 с.
4. Общая анатомия лимфатической системы / ред.: Ю. И. Бородин, М. Р. Сапин, Л. Е. Этинген [и др.]. - Новосибирск : Наука ; СО РАМН, 1990. - 243 с.
5. Жданов, Д. А. Общая анатомия и физиология лимфатической системы / Д. А. Жданов. - Л. : Медгиз, 1952, 336 с.
6. Петренко, В. М. Эмбриональные основы возникновения врожденной непроходимости двенадцатиперстной кишки человека / В. М. Петренко. - СПб. : СПбГМА, 2002. - 150 с.
7. Петренко, В. М. Эволюция и онтогенез лимфатической системы / В. М. Петренко. - Второе изд-е. - СПб. : СПбГМА ; ДЕАН, 2003. - 336 с.
8. Петренко, В. М. Функциональная морфология лимфатических сосудов / В. М. Петренко. - Второе изд-е. - СПб. : ДЕАН, 2008. - 400 с.
академия им. И. И. Мечникова E-mail: [email protected]
УДК 611-018.18 Петренко, В. М.
Тканевые каналы: виртуальная циркуляция и реальные структуры / В. М. Петренко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2009. - № 4 (12). - С. 21-28.
Петренко Валерий Михайлович
доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой анатомии человека, Санкт-Петербургская государственная медицинская
Petrenko Valery Mikhailovich Doctor of medical sciences, professor, head of human anatomy sub-department, Saint-Petersburg State Medical Academy named after I. I. Mechnikov
