: 01.1. АНАТОМИЯ И ГИСТОЛОГИЯ ЛЕГКИХ
Анатомия, топографическая анатомия легких и структура их отдельных элементов изучены достаточно подробно и представлены в учебниках, руководствах и атласах по анатомии человека. В главе будут рассмотрены анатомия и гистология воздухопроводящих путей (трахея, бронхи, альвеолярные ходы), респираторной части легких (альвеолярные ходы, мешочки, альвеолы, аэрогематический барьер), сосудов легких, нервной и лимфатической системы легких, плевры и диафрагмы.
Воздухоносные пути - это структуры между окружающей средой и терминальной респираторной единицей (ТРЕ). ТРЕ является структурнофункциональным образованием, которое включает в себя 100 альвеолярных ходов и около 2000 альвеол, расположенных дистальнее респираторных бронхиол первого порядка. В легких насчитывается всего 150 000 ТРЕ. Эту структурнофункциональную единицу клинические физиологи, анатомы и патологоанатомы традиционно выделяют как основную структурную единицу - ацинус [1].
ТРАХЕЯ
Трахея является продолжением гортани, представляет собой полую эластическую трубку, которая начинается от перстневидного хряща и заканчивается бифуркацией на уровне IV грудного позвонка, разделяясь на два главных бронха под углом 65 - 95 0;. Длина трахеи у взрослого человека колеблется от 90 до 150 мм, диаметр от 15 до 16 мм. Остов трахеи состоит из 16 - 20 хрящевых неполных колец, обращенных к пищеводу и соединенных между собой кольцевидными связками [2]. Задняя стенка ее представлена мембранозной частью, состоящей из коллагеновых, эластических и гладкомышечных волокон. Такое строение трахеи позволяет ей при разных условиях менять свою конфигурацию, а следовательно, и воздушный поток. Минимальный размер трахеи соответствует фазе выдоха, максимальный - фазе вдоха. При кашлевом толчке просвет трахеи уменьшается в 3 - 10 раз в зависимости от возраста человека (чем моложе, тем больше сужается просвет). Во время вдоха бифуркация трахеи смещается вниз и на 2 - 3 см кпереди.
БРОНХИАЛЬНОЕ ДЕРЕВО
Бронхиальное дерево состоит из двух главных бронхов (правого и левого) и 23 - 26 генераций ветвлений, включая бронхиолы и альвеолярные ходы (рис. 1-1). Общее число ветвлений равно 223, т.е. около 8x10<sup>6</sup> [3]. Правый главный бронх отходит под углом 15 - 40 0, длина его 28 - 32 мм, диаметр 12 - 22 мм. Левый отходит под углом 50 - 70 0, длина составляет 40 - 50 мм, а диаметр - 8 - 16 мм [4]. Таким образом, правый главный бронх короче, шире и имеет более вертикальное направление, чем левый. Главные бронхи делятся, как правило, дихотомически на долевые, сегментарные, субсегментарные и на бронхи более мелких генераций, вплоть до терминальных и респираторных бронхиол. В стенках респираторных бронхиол I, II и III порядка уже появляются альвеолы. Респираторные бронхиолы и их альвеолы одновременно выполняют воздухопроводящую и газообменную функцию. На протяжении субсегментарных бронхов может насчитываться до 5 делений, в малых (мышечных) бронхах - до 15 делений. По мере ветвления бронхов закономерно уменьшается и их диаметр. Размерные взаимоотношения предыдущей и последующей генераций бронхов оптимальны для того, чтобы обеспечить должный поток воздуха с минимальными затратами энергии на этот процесс [5].
path: pictures/01-01.png
Рис. 1-1. Строение дыхательных путей (по Э.Р. Вейбелю, 1970 [3]).
Бронхи с 4й по 13ю генерацию имеют диаметр до 2 мм; общее число таких бронхов около 400. Наибольшее число бронхов диаметром 2 мм наблюдается с 7й по 9ю генерацию [3]. В терминальных бронхиолах диаметр колеблется от 0,5 до 0,6 мм, диаметр респираторных бронхиол (17 - 19я генерации) и альвеолярных ходов от 0,2 до 0,6 мм. Длина воздухоносных путей от гортани до ацинусов составляет 23 - 38 см, протяженность от 9й генерации бронхов до респираторных бронхиол около 5 см. В воздухоносных путях выделяют около 50 типов клеток, 12 из которых относятся к эпителиальным [6].
По мере уменьшения калибра бронхов и бронхиол хрящевая пластинка в них сначала уменьшается в размерах, а в терминальных бронхиолах исчезает. Для того чтобы бронхиолы не спадались при вдохе, они располагаются внутри легочной паренхимы, которая за счет эластической тяги расправляется при вдохе и расширяет бронхи. Кроме того, в хрящевых бронхах мышечная оболочка не столь мощная, как в бронхиолах, в стенке мало сосудов, и каждый бронх имеет адвентицию. В стенках мелких бронхов много сосудов и отсутствует адвентиция [7].
Эпителиальная выстилка трахеи и бронхов образована многорядным реснитчатым эпителием с бокаловидными, промежуточными и базальными клетками. Указывается также на наличие нейроэндокринных клеток. На уровне сегментарных бронхов толщина эпителия составляет от 37 до 47 мкм. Собственная пластинка слизистой оболочки трахеи и бронхов уплотнена и образует отчетливую базальную мембрану, толщина которой колеблется от 3,7 до 10,6 мкм. Ткань, расположенная глубже, называется подслизистой основой. В нее погружены секреторные отделы многочисленных белково-слизистых желез, расположенные в треугольнике между двумя хрящами [8].
Белковослизистые железы являются дериватом секреторных клеток слизистой оболочки воздухоносных путей и функционально взаимосвязаны с ней. Железы имеют альвеолярно-трубчатую структуру и состоят из ацинусов, содержат серозные и слизистые клетки, расположенные на базальной мембране. Серозные клетки имеют призматическую форму, эллипсоидное ядро и пиронинофильную цитоплазму. Белковослизистые железы выделяют смешанный белково-мукополисахаридный секрет, в котором преобладают муцины. Секреция осуществляется по мерокриновому и апокриновому типам. Выводные протоки желез выстланы мерцательным кубическим однослойным эпителием, расположенным на базальной мембране; в стенке протоков содержится сеть эластических волокон. По периферии подслизистых желез расположены соединительная ткань, подразделяющая их на дольки, а также скопления лимфоидных клеток (особенно в области протоков), единичные макрофаги, тучные клетки, плазмоциты. Между эпителиальными клетками и базальной мембраной располагаются миоэпителиальные клетки, сокращение которых способствует выведению секрета из концевых отделов желез, протоки которых открываются на внутренней поверхности трахеи и бронхов [9].
Структурная организация всех слоев стенки воздухоносных путей обеспечивает три основные функции: барьернозащитную с обеспечением мукоцилиарного клиренса, контроль за калибром бронхов и бронхиол, механическую стабильность воздухоносных путей.
Эпителиальная выстилка воздухоносных путей здорового человека включает следующие разновидности клеток: реснитчатые (РК), секреторные (бокаловидные) (СК), переходные, или промежуточные (ПК), базальные (БК), нейроэндо-кринные (НЭК) (рис. 1-2) [10].
При изучении поверхности эпителиального пласта воздухоносных путей человека и экспериментальных животных был выявлен ряд закономерностей [11, 12]:
---вопервых, все клетки эпителиальной выстилки воздухоносных путей имеют на своей апикальной поверхности микроворсинки - небольшие выросты цитоплазмы. Наличие этих структур способствует увеличению поверхности эпителиального пласта, соприкасающегося с жидким надэпителиальным секреторным покрытием, и указывает на возможность всасывания путем эндоцитоза жидкой части секрета из просвета бронхов;
---вовторых, межклеточные контакты плотные и представлены в виде валикообразных структур или черепицеобразных наложений, что обеспечивает непрерывность эпителиальной выстилки и позволяет ей выполнять барьернозащитную функцию;
---в-третьих, распределение, а следовательно, и соотношение реснитчатых и секреторных клеток в разных областях эпителиальной выстилки структур одного и того же калибра неодинаковое в продольном направлении и по периметру бронхов или бронхиол. Так, в бесхрящевой части трахеи и по всему периметру слизистой оболочки бесхрящевых бронхов отчетливо выражена ее складчатость в результате сокращения гладкой мускулатуры в этой зоне. В эпителиальном пласте таких зон преобладают реснитчатые клетки, на долю которых приходится до 70 - 80%, а иногда и все 100%. В тех местах, где по периметру трахеи и бронхов содержатся хрящевые полукольца или пластинки, поверхность эпителиальной выстилки ровная, без складок. В эпителии бронхов были выявлены зоны с разным соотношением реснитчатых и секреторных клеток: 1) с преобладанием реснитчатых клеток (до 80%), чаще соотношение СК:РК составляет 1:4 или 1:7; 2) с почти равным соотношением реснитчатых и секреторных клеток; 3) с преобладанием секреторных и микроворсинчатых клеток; 4) с полным или почти полным отсутствием реснитчатых клеток, которые можно назвать «безреснитчатыми».
В эпителиальной выстилке трахеи и бронхов располагаются антигенпредставляющие дендритные клетки и межэпителиальные лимфоциты.
На поверхности эпителиальной выстилки воздухоносных путей в норме встречаются единичные макрофаги, лимфоциты, полиморфноядерные лейкоциты, капельки, комочки, дисковидные и войлокообразные структуры секрета.
path: pictures/01-02.png
Рис. 1-2. Клеточный состав эпителиальной выстилки слизистой оболочки бронха.
I - надклеточное жидкое покрытие, II - многорядный мерцательный эпителий, III - базальная мебрана, IV - собственная пластинка слизистой оболочки, V - мышечная пластинка слизистой оболочки, РК - реснитчатая клетка, СК - секреторная (бокаловидная) клетка, БК - базальная клетка, ПК - переходная клетка, НЭК - нейроэндокринная клетка, ДК - дендритная клетка, НО - нервное окончание, КК - кровеносный капилляр, ТК - тучная клетка, ГМ - гладкомышечная клетка, м - макрофаг, л - лимфоцит, п - перицит, ф - фибробласт (по Л.К. Романовой, 2000 [5]).
РЕСНИТЧАТЫЕ ЭПИТЕЛИОЦИТЫ
Две трети тела реснитчатого эпителия (РЭ) имеют цилиндрическую форму. По направлению к базальной области тело клетки сужается, при этом образуется цитоплазматический вырост в виде корешка, который достигает базальной мембраны. Наиболее характерным признаком дифференцировки РЭ воздухоносных путей являются реснички, совокупность которых образует «реснитчатую» кайму, которая выглядит как полоска с вертикальной исчерченностью, расположенная в апикальной части эпителиоцитов.
Каждая дифференцированная реснитчатая клетка имеет на своей апикальной поверхности до 150 - 200 ресничек, у которых одинаковая (около 5 - 7 мкм) длина; их диаметр равен 0,2 - 0,3 мкм. На поперечных срезах ресничек видны четко организованные комплексы микротрубочек (одна центральная пара и 9 периферических) - таким образом, реснички содержат контрактильные структуры, обеспечивающие их сокращение и расслабление.
Для ресничек характерны колебательные движения, образующие на поверхности РЭ однонаправленные «бегущие волны». В 1 мин совершается до 250 колебаний каждой реснички. Источником энергии для движения ресничек служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Цикл работы ресничек состоит из трех фаз: состояние покоя (35% времени цикла), подготовка к удару (50%) и активный удар вперед (15%), при котором ресничка полностью выпрямляется, преодолевая сопротивление жидкости надэпителиального слоя. В период покоя ресничка возвращается в исходное положение, изгибаясь при этом так, чтобы уменьшить сопротивление жидкости. Циклы движения соседних ресничек несколько сдвинуты во времени, что приводит к появлению «волнообразной картины» на поверхности слизистой оболочки воздухоносных путей.
Помимо ресничек, на апикальной поверхности РЭ имеются микроворсинки - выросты апикальной плазмолеммы. Каждая из них имеет в поперечнике 0,1 - 0,5 мкм, а в длину достигает 0,5 - 2 мкм. Высота микроворсинок и их число на клетку варьируют и в какой-то мере определяются фазой цилиогенеза. Микроворсинки увеличивают площадь поверхности клеток и принимают участие в обмене веществ между клеткой и внешней средой.
Вся апикальная плазмолемма, включая микроворсинки и реснички, покрыта гликокаликсом, который состоит из разветвленных цепей гликопротеидов, встроенных в плазмолемму клеток.
Секреторная функция реснитчатых эпителиоцитов выражается в отпочковывании от микроворсинок мелких везикул, выходящих затем в просвет бронхов и сохраняющих на своей поверхности весь набор гидролитических ферментов (щелочная фосфатаза, сахароза, мальтоза). В составе везикул отпочковывается и определенный участок цитозоля, содержащий цитоплазматические ферменты и акцепторные белки. После разрушения везикул эти вещества попадают в водорастворимый слой надэпителиального покрытия слизистой оболочки воздухоносных путей. Таким образом, РЭ служит источником ферментов и жидкого компонента надклеточного слоя. Поддержание постоянства объема клеток и протяженности плазмолеммы осуществляется, очевидно, благодаря действию универсального механизма - эндоцитоза и внутриклеточной сборки новых мембран.
Реснитчатые клетки находятся в стадии конечной дифференцировки и не способны к делению митозом [5, 11].
СЕКРЕТОРНЫЕ (БОКАЛОВИДНЫЕ) КЛЕТКИ
СК имеют удлиненную форму, принимающую во время накопления секрета вид бокала, основание которого расположено на базальной мембране и интимно с ней связано. Плазматическая мембрана СК тесно соприкасается с плазмолеммой реснитчатых или себе подобных клеток.
Секреторным циклом называются последовательные, закономерно повторяющиеся изменения железистых клеток, связанные с синтезом, созреванием, транспортом и выведением секрета, а также с восстановлением клетки (в случае утраты в ходе секреции ее структурных компонентов). Фазы секреторного цикла, характеризующие состояние всей клетки в целом, не сменяют друг друга, а в значительной мере накладываются друг на друга, что особенно выражено при мерокриновой секреции. Выделяют три фазы секреторного цикла СК - покоя, пресекреторную и секреции [13].
Секреция слизи СК в норме протекает, как правило, по мерокриновому, реже - по апокриновому типу. Характерным для этих клеток является наличие в цитоплазме округлых секреторных вакуолей, или гранул, диаметром от 0,5 до 1 мкм, ограниченных элементарной биологической мембраной и заполненных светлым мелкогранулярным содержимым. В расположенных рядом клетках может определяться неодинаковое число секреторных гранул, что отражает различные фазы секреторного цикла. На начальном этапе накопления секрета гранулы мелкие и округлые. В дальнейшем они увеличиваются в размерах и сливаются между собой, занимая всю надъядерную апикальную часть цитоплазмы [5].
СК продуцируют и секретируют в норме муцины с большим содержанием сиаловой кислоты. Нейтральные муцины и муцины с высоким содержанием сульфата свойственны бронхиальному секрету при патологических процессах в бронхах. Слизь, секретируемая СК, входит в состав гелеобразного слоя надэпителиального защитного покрытия.
Источником СК являются БК, которые, делясь митозом, пополняют популяцию переходных клеток, дифференцирующихся затем в секреторные клетки. СК в редких случаях способны к пролиферации путем митотического деления, особенно в условиях патологии.
БАЗАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ
БК - наиболее ранний продукт клеточной дифференцировки примитивных фетальных клеток, выстилающих бронхиальные ветвления. В эпителиальной выстилке бронхиол БК отсутствуют. Их объемная плотность на уровне сегментарных бронхов взрослого человека без признаков легочной патологии составляет около 21 об.% [8]. Они не достигают просвета бронхов, имеют полигональную или призматическую форму, округлое или овальное, сравнительно крупное ядро, окруженное узким ободком цитоплазмы, имеющей небольшие выросты. БК благодаря своей способности к пролиферации служат своеобразным резервом для пополнения других клеточных популяций эпителиальной выстилки воздухоносных путей [5]. Согласно существующей концепции, БК являются предшественниками промежуточных, или переходных, клеток, которые могут дифференцироваться в реснитчатые.
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ (ИЛИ ПЕРЕХОДНЫЕ) КЛЕТКИ
Эти клетки расположены среди реснитчатых и бокаловидных клеток. Структура их бывает сходной со структурой как бокаловидных, так и реснитчатых клеток; в цитоплазме иногда встречаются единичные секреторные гранулы.
НЕЙРОЭНДОКРИННЫЕ КЛЕТКИ
В составе эпителиальной выстилки воздухоносных путей и в паренхиме легких человека, а также различных животных имеются клетки, которые называются НЭК. Они располагаются в трахеобронхиальной выстилке вплоть до альвеолярных ходов, чаще в зонах бифуркации бронхов поодиночке или в виде небольших групп клеток - нейроэпителиальных телец, контактирующих в бронхиолах с секреторными клетками Клара. НЭК относятся к APUDсистеме (amine precursor uptake and decarboxylation) [5].
Существует предположение, что клетки APUDсистемы во время эмбриогенеза мигрируют из нервного гребня в зачатки различных органов, в том числе и в зачаток легких. Согласно другой точке зрения, нейроэндокринные клетки имеют эндодермальное происхождение [14]. Ультраструктурно в цитоплазме нейроэндокринных клеток обнаруживают электронно-плотные везикулы, которые содержат серотонин, допамин, бомбезин, кальцитонин, энкефалин. Нервные окончания прилежат к эпителиальным и нейроэндокринным клеткам, где обнаруживаются вазоинтестинальный пептид (VIP) и субстанция Р [15, 16].