Строение и функции гепатоцитов - системы организма (гистология)

МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ГЕПАТОЦИТОВ

В гепатоцитах выявляются многие общие закономерности, представляющие интерес для тех, кто изучает биологию клетки, и в качестве таких иллюстративных примеров гепатоциты рассматривались в предыдущих главах этого руководства, поэтому нет необходимости повторять все то, о чем уже говорилось. Однако для удобства мы все же приведем здесь основные, наиболее интересные данные.
Гепатоциты, накапливающие гликоген (окрашенные на гликоген и другими методами), были показаны на рис. 1 -  19, а гепатоциты, содержащие избыточное количество жира, на рис. 1 -  20. На рис. 3 -  17 и 3 -  18 представлены полиплоидные гепатоциты.
Ультраструктура. Ядро гепатоцита показано на рис. 4 - 3- ядерную оболочку и поры в ней можно более детально рассмотреть на рис. 4 - 4.
Цитоплазма гепатоцитов в буквальном смысле слова изобилует различными видами органелл и включений. Особенно многочисленны митохондрии (рис. 22 - 17 и 22 - 20)- по подсчетам, каждый гепатоцит содержит 1000 или больше митохондрий. Митохондрии имеют особо важное значение для гепатоцитов, поскольку эти клетки выполняют столь многочисленные и разнообразные по характеру метаболические функции. В гепатоцитах встречается множество свободных и связанных с мембранами полирибосом. Хорошо развит как гранулярный, так и гладкий эндоплазматический ретикулум- значение этого факта станет очевидным, когда мы опишем эндокринные функции гепатоцита. По цитоплазме рассеяны многочисленные стопки аппарата Гольджи, вероятно связанные канальцами (как объяснялось в гл. 5). Как видно на рис. 22 - 21, некоторые стопки лежат близко к ядру, другие вблизи желчных капилляров. Мешочки аппарата Гольджи также связаны с эндокринной функцией гепатоцитов (см. ниже). Имеются лизосомы всех видов, особенно около желчных капилляров (рис. 22 - 22). Некоторые лизосомы содержат липофусцин пигмент изнашивания, так как липофусцин в гепатоцитах захватывают именно лизосомы (такие лизосомы называют липофусциновыми тельцами). Гепатоциты содержат также значительное число везикулярных органелл, называемых микротельцами (отмечены на рис. 22 - 22). У большинства видов (но не у человека) в их центре находится плотное образование, очевидно, кристаллической природы. Микротельца окружены мембраной и содержат несколько ферментов.

Рис. 22 - 22. Электронная микрофотография трех гепатоцитов, ограничивающих желчный капилляр, в печени американского сурка- х 13000 (с любезного разрешения J. Steiner).
Клетки в этой области связаны контактами. Ближе всего к просвету - плотный контакт-zonula occludens (1). На некотором расстоянии располагаются десмосомы (2). В гепатоците, лежащем вверху справа, можно видеть отдельные цистерны гранулярного эндоплазматического ретикулума (3). Отметьте также лизосому (4), два микротельца (5) с характерной кристаллической внутренней структурой и митохондрии (б). Имеются и отдельные цистерны гладкого эндоплазматического ретикулума (7).

Рис. 22 - 21. Электронная микрофотография гепатоцитов из печени мыши -х 30 000 (с любезного разрешения A. Jezequel).
Вверху слева виден желчный капилляр (1), в просвет которого выступают микроворсинки (2). Многочисленные крупные митохондрии (3) характеризуются большим числом крист. В мешочках аппарата Гольджи (4), которые видны ниже центра, отметьте электроноплотные частицы липопротеида, которые являются предшественниками липопротеидов, выделяемых в плазму. Транулы гликогена (5), располагающиеся розетками (а-частицы), видны внизу слева, а между ними - трубочки гладкого эндоплазматического ретикулума.

Кристаллическая структура, которая находится в центре микротелец у многих видов, это уриказа. Этот фермент участвует в превращении мочевой кислоты в ее производные с целью выведения этого вещества из организма. У человека, однако, этот фермент отсутствует, и мочевая кислота выводится с мочой как таковая. При нарушении выведения всей образующейся в организме мочевой кислоты, а также мочевой кислоты, потребляемой с пищей, возникает заболевание называемое подагрой. Недавно было показано, что микротельца содержат ферменты, которые играют важную роль в метаболизме жирных кислот путем (3 -  окисления, причем установлено, что под влиянием лекарственных препаратов, применяемых для снижения уровня липидов в сыворотке, число таких микротелец в гепатоцитах увеличивается.
После этого общего обзора органелл гепатоцитов мы далее попытаемся более конкретно связать наличие некоторых из них с функцией гепатоцитов. Но сначала мы должны упомянуть о различных видах поверхностей гепатоцитов.

Три вида поверхностей гепатоцитов

1. Поверхность, граничащая с пространством Диссе, характеризуется многочисленными микроворсинками, выступающими в это пространство (рис. 22 - 16), что, естественно, обеспечивает для каждого гепатоцита огромную площадь поверхности для всасывания веществ из кровотока. Между микроворсинками имеется пространство, через которое гепатоциты секретируют вещества в плазму крови.
2. На боковых поверхностях гепатоцитов у большинства видов находятся латеральные выросты и вдавления, соответствующие вдавлениям и выростам соседних гепатоцитов- у человека они развиты незначительно. Благодаря этим образованиям гепатоциты прикрепляются друг к другу.
3. В каком-то участке поверхности гепатоцита располагается желчный капилляр, лежащий между данным гепатоцитом и одним или двумя другими (рис. 22 - 21 и 22 - 22). Поверхность, ограничивающая желчный капилляр, является секреторной. Желчные капилляры будут описаны позднее в связи с экзокринной функцией печени.

ФУНКЦИИ ГЕПАТОЦИТОВ

Не вдаваясь подробно в функции печени, мы кратко остановимся на некоторых из них и свяжем их с теми органеллами, которыми они обеспечиваются. Мы начнем с эндокринных функций печени.

НЕКОТОРЫЕ ЭНДОКРИННЫЕ ФУНКЦИИ ГЕПАТОЦИТОВ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ОРГАНЕЛЛЫ

Как уже отмечалось ранее, печень представляет собой экзокринную железу, так как гепатоциты секретируют желчь в желчные капилляры, откуда она отводится по системе протоков в кишку. Но уже несколько десятилетий назад пришли к выводу о том, что она является эндокринной железой. В те времена железу считали эндокринной, если она выделяла в кровоток какое-то необходимое организму вещество. Поэтому, когда было установлено, что печень выделяет сахар в кровоток, было решено, что она является не только экзокринной, но и эндокринной железой. В настоящее время известно, что печень выделяет в кровоток несколько необходимых организму веществ. Следует отметить, что как экзокринная, так и эндокринная функции обеспечиваются одними и теми же специализированными секреторными клетками - гепатоцитами. Необходимо также упомянуть, что, хотя в данной главе удобно рассматривать печень в качестве эндокринной железы, этот термин в настоящее время обычно используется в более узком смысле применительно к тем железам, которые вырабатывают гормоны.

Синтез гликогена и секреция глюкозы

После приема пищи, содержащей значительное количество углеводов, уровень глюкозы в крови повышался бы бесконтрольно, если бы не деятельность гепатоцитов, которые в присутствии инсулина удаляют избыток глюкозы из крови, запасая его в качестве гликогена. И наоборот, когда уровень сахара в крови начинает снижаться, гепатоциты превращают гликоген вновь в глюкозу, выделяя ее в кровь. На электронных микрофотографиях отложения гликогена, образующиеся из глюкозы, имеют вид частиц высокой электронной плотности, которые несколько плотнее рибосом- частицы эти располагаются в виде розеток (см. рис. 5 - 60). Они тесно связаны с трубочками гладкого эндоплазматического ретикулума (см. рис. 5 - 60 и 22 - 21). Эта характерная связь между отложениями гликогена и трубочками гладкого эндоплазматического ретикулума, вероятно, обусловлена ферментом глюкозо-6 - фосфатазой, который играет важную роль в обмене гликогена и локализуется в гладком эндоплазматическом ретикулуме.
Образование гликогена в гепатоцитах стимулируется также гормоном гидрокортизоном, который вырабатывает кора надпочечника- однако в этом случае гликоген образуется из белков или их предшественников, причем такое образование гликогена приводит к выделению глюкозы в кровь, а не к поглощению ее из крови.
Гепатоциты синтезируют альбумины, фибриноген и большую часть глобулинов плазмы крови, а также другие белки, участвующие в свертывании крови, и секретируют эти вещества в синусоиды. Иммуноглобулинов гепатоциты не продуцируют- эти белки вырабатываются плазматическими клетками.
Белки, секретируемые гепатоцитами в кровь, синтезируются в цистернах гранулярного эндоплазматического ретикулума, которые видны в различных участках цитоплазмы (как показано справа от центра на рис. 22 - 22). После завершения синтеза белки крови через аппарат Гольджи поступают к свободной поверхности клетки, омываемой плазмой, и выделяются механизмом экзоцитоза.

Секреция липопротеидов

Гепатоциты участвуют также и в регуляции уровня липидов в крови. Хотя некоторые липиды находятся в крови в форме непрочного комплекса жирных кислот с альбумином, большая часть их имеет вид мелких частиц, в которых липиды каким-то образом связаны с белками. Эти частицы называют липопротеидами крови. Частицы липидов сами по себе были бы гидрофобными и поэтому не могли бы оставаться в плазме в виде суспензии. Но белок, с которым они связаны, обладает таким действием, что частицы становятся достаточно гидрофильными для того, чтобы сохраняться в плазме в виде суспензии.

Секреция белков крови

В крови имеются 4 вида липопротеидных частиц. 1) Хиломикроны, которые были описаны самые крупные из таких частиц- они, как уже отмечалось, образуются во всасывающих клетках кишечника. Гепатоциты вместе с другими клетками организма участвуют в удалении этих частиц из крови после приема жирной пищи. Так как хиломикроны взвешены в плазме крови, они легко попадают в пространство Диссе и, вероятно, частицы пре-Р-липопротеидов несколько меньше по размерам, чем хиломикроны, и сравнительно богаче белком. Предполагается, что их образуют гепатоциты. Частицы Р-липопротеидов еще меньше и плотнее и содержат еще меньше липидов. Они тоже синтезируются гепатоцитами и являются основным посредником в процессе транспорта холестерина в организме. Они, вероятно, секретируются наряду с пре- Р-липопротеидами или как их часть. Самые мелкие из всех липопротеидных частиц, это а-липопротеиды с липидами в основном в форме фосфолипидов, главного компонента клеточных мембран.
Липопротеиды, вырабатываемые гепатоцитами, очевидно, синтезируются последовательно, шаг за шагом. Их белковая часть синтезируется в гранулярном эндоплазматическом ретикулуме, который постепенно переходит в гладкий эндоплазматический ретикулум. Последний участвует в синтезе липидов. Поэтому белки и липиды липопротеидных частиц образуются как бы в одной трубочке, белки в том участке, где она имеет гранулярное строение, а липиды там, где она гладкая. Комплекс Гольджи, конечно же, также участвует в этом процессе, причем пузырьки, содержащие липопротеиды, отшнуровываются от его мешочков (рис. 22 - 21), двигаясь к поверхности синусоидов, где содержащиеся в пузырьках липопротеидные частицы выделяются в кровь. Внутри цитоплазмы частицы, окруженные мембраной, имеют вид темных гранул.

РОЛЬ ГЕПАТОЦИТОВ В МЕТАБОЛИЗМЕ И ДЕТОКСИКАЦИИ В СВЯЗИ С УЧАСТИЕМ В ЭТИХ ПРОЦЕССАХ ОРГАНЕЛЛ

Другие функции гепатоцитов (помимо только что описанной эндокринной
функции и рассматриваемой далее экзокринной) будут здесь лишь коротко упомянуты- к ним относятся различные превращения и связывание одних соединений с другими, что приводит к уменьшению токсичности опасных веществ, всосавшихся из кишки или образовавшихся в организме и оказывающих то или иное повреждающее действие на ткани. Например, аммиак, образующийся в процессе метаболизма аминокислот, по достижении определенных концентраций становится токсичным. Гепатоциты предотвращают увеличение его концентраций, используя аммиак для образования либо полезных для организма веществ, либо мочевины, последняя нетоксична (если только ее концентрация не достигает слишком высоких значений) и удаляется из организма почками.
Многие вещества, начиная с лекарств, выписываемых врачом, и кончая химическими веществами, поглощаемыми из различных источников, подвергаются метаболическим превращениям и детоксикации гепатоцитами. В некоторых условиях продукты распада этих веществ могут быть более вредными, нежели сами эти вещества.
Гепатоциты подвергают также метаболическим превращениям стероидные гормоны и алкоголь. При усилении детоксицирующей функции гепатоцитов в них повышается содержание компонентов гладкого эндоплазматического ретикулума.