Изучение микроскопического строения респираторного отдела легкого - системы организма (гистология)

Эластические волокна, имеющиеся в губчатой ткани легкого, растянуты, что дает возможность легкому целиком заполнять полость, в которой оно располагается. Поэтому, когда на вскрытии плевральные полости открывают, легкие спадаются, собираясь в области своих корней. Срезы спавшегося легкого не дают характерной картины прижизненного строения сходной с губкой дыхательной ткани, потому что все пространства в этой губке уменьшены, а разделяющие их стенки утолщены. Более правильное представление о прижизненном строении легкого можно получить, изучая срезы, приготовленные после того, как легкое заново растянули до исходных размеров немедленно после смерти (путем инъекции фиксирующего вещества через бронх после перевязки последнего с тем, чтобы легкое не могло вновь спасться).
Альвеолярные стенки, или межальвеолярные стенки (септы). Как показано на рис. 23 -  15, большая часть стенок, которые видны в губчатом веществе легкого, разделяют смежные альвеолы. Некоторые стенки, безусловно, отделяют альвеолярные ходы от альвеолярных пространств, которые лежат в непосредственной близости к данному ходу, но тем не менее сообщаются с каким-то другим ходом. Все эти перегородки обычно называют альвеолярными септами (стенками). Следует, однако, понимать, что слово «альвеола» имеет два значения- оно может означать либо маленькое пространство, либо маленькую структуру. Применительно к легкому в постнатальной жизни этот термин используется для обозначения пространства. Структуру, которую часто называют альвеолярной стенкой, правильнее именовать межальвеолярной стенкой, или септой, так как она располагается между альвеолами.

СТРОЕНИЕ МЕЖАЛЬВЕОЛЯРНЫХ СТЕНОК

Использование толстых срезов. На обычном тонком срезе растянутых легких межальвеолярные стенки всегда оказываются на поперечных или косых срезах. Причина этого заключается в том, что в растянутых легких эти межальвеолярные перегородки имеют столь же малую толщину, как и сами срезы. Так как стенки никогда не бывают идеально плоскими (такими, как срезы), они не могут целиком оказаться на тонком срезе, так чтобы их можно было изучить «в фас». Для того чтобы это осуществить, необходимо сделать срезы, по толщине приблизительно равные диаметру альвеол. На таких срезах можно найти участки, где верхушка одной альвеолы срезана вместе с дном другой, лежащей непосредственно под первой. Тогда можно «заглянуть внутрь альвеолы» подобно тому, как заглядывают в чашку, чтобы рассмотреть ее дно. В нашем случае дном чашки является межальвеолярная стенка, лежащая между той альвеолой, в которую мы заглядываем, и той, что расположена сразу же под ней (рис. 23 -  16). Когда мы заглянем таким образом в альвеолу, то иногда видно, что в дне «чашки» есть отверстие, значение которого мы обсудим далее.
Капилляры стенки. В межальвеолярных стенках, которые мы рассматриваем на таких препаратах, нелегко идентифицировать различные клетки и структуры. Видны многочисленные ядра- различные клетки, которым они принадлежат, будут описаны ниже. Густоту капиллярной сети в межальвеолярных перегородках можно оценить только на толстых срезах легких, полученных после заполнения сосудов контрастной массой.

Рис. 23 -  16. Рисунок толстого среза альвеолы в респираторном отделе легкого кролика.
Слева расположена венула- справа видно дно альвеолы - клетки крови на дне лежат в капиллярах- обратите внимание на альвеолярную пору в две альвеолы (стрелка).

При изучении таких препаратов во фронтальной плоскости видно, что капиллярные петли в межальвеолярных стенках образуют очень густые сети (рис. 23 -  17).

Рис. 23 -  17. Микрофотография толстого среза легкого с кровеносными сосудами, инъецированными контрастной массой (большое увеличение).
На дне этой альвеолы отчетливо видна хорошо развитая густая сеть альвеолярных капилляров.

Альвеолярные поры и каналы Ламберта (синусы). На некоторых препаратах при изучении межальвеолярных стенок на толстых срезах обнаруживаются мелкие округлые или овальные отверстия, называемые альвеолярными порами (рис. 23 -  16). В тех участках, где имеются такие поры, они создают возможность проникновения воздуха из одной альвеолы в другую. Они облегчают также воздухообмен в альвеолярных мешочках, собственные воздухоносные пути которых сделались непроходимыми. Помимо этих пор, Ламбертом (Lambert, 1955) открыт еще один вид каналов, которые осуществляют взаимосвязь отдельных полостей: он обнаружил короткие каналы, идущие из стенок претерминальных бронхиол, которые обусловливают прохождение воздуха в альвеолярные мешочки, относящиеся к той же или соседней структурной единице. Эти каналы, таким образом, обеспечивают другой (коллатеральный) путь для воздуха, благодаря чему последний может попадать в конечные структурные единицы и выходить из них. Этот путь, вероятно, играет важную роль в тех случаях, когда какие-то части легкого подвергаются фиброзу.
Внутренний опорный аппарат межальвеолярных стенок. Капиллярные сети, представляющие собой главные компоненты межальвеолярных стенок, обладают малой прочностью на растяжение. Если бы стенки были лишены внутреннего опорного аппарата, альвеолы могли бы так переполниться воздухом, что это привело бы к разрыву их капилляров. Однако опорный аппарат в межальвеолярных стенках не должен быть и слишком жестким, чтобы не препятствовать нормальному расширению альвеол. Неудивительно поэтому, что основную опорную функцию в межальвеолярных стенках обеспечивают эластические волокна (рис. 18). Эти волокна, однако, слишком грубы и располагаются чересчур далеко друг от друга, что не создает непосредственной опоры для многих капилляров- эта задача достигается другим путем, который мы и опишем. Вместе с тем эластические волокна образуют как бы «скелет», препятствующий перерастяжению.

Рис. 23 -  18. Микрофотография респираторного отдела легкого, окрашенного орсеином для выявления эластина.
Видны эластические волокна, особенно в стенке бронхиолы, расположенной внизу справа (показаны стрелками), и в межальвеолярных стенках (показаны головками стрелок).

Помимо отдельных эластических волокон, которые проходят в межальвеолярных стенках, имеются, как указывает Шорт (Short R., 1950), эластические волокна у свободных концов альвеол (где они открываются в альвеолярные мешочки или ходы). По данным Коллета и Дебьена (Collet A. J., Des Biens G., 1974), эластические волокна в межальвеолярных стенках вырабатываются фибробластами. Эти клетки в эмбриогенезе происходят из клетки-предшественника, которая дает начало также и гладкомышечным клеткам. Было обнаружено, что как гладкомышечные клетки, развивающиеся в связи с бронхиальным деревом, так и фибробласты в альвеолярных структурах способны вырабатывать эластин. Фибробласты в межальвеолярных стенках приобретают различную форму- некоторые клетки могут быть очень вытянутыми, другие же, подобно клетке, представленной на рис. 23 -  19 и обозначенной как соединительнотканная, имеют более или менее округлую форму.
Непосредственная опора капилляров обеспечивается тонкими волоконцами ретикулярными и коллагеновыми, а также базальными мембранами, как будет описано ниже. Вдоль альвеолярных ходов, преимущественно в области отхождения альвеол и альвеолярных мешочков, расположены отдельные гладкомышечные клетки.

КОМПОНЕНТЫ БАРЬЕРА МЕЖДУ КРОВЬЮ И ВОЗДУХОМ В МЕЖАЛЬВЕОЛЯРНЫХ СТЕНКАХ

Развитие представлений. Во-первых, исследования легкого с помощью электронного микроскопа, начиная с работ Лоу (Low F. N., 1953- 1954), явившегося пионером в этой области, отчетливо показали, что альвеолы выстланы непрерывным слоем эпителия, который, за исключением ядросодержащих частей, имеет столь малую толщину, что разрешение светового микроскопа оказывается недостаточным для его изучения. Во-вторых, благодаря ШИК- реакции стало возможным, как показали Леблон (Leblond), а также Берталанфи (Bertalanffy) с сотрудниками, выявление и изучение распределения базальных мембран в легком. На основании тех сведений, которые были получены при изучении легкого с помощью электронного микроскопа и при использовании ШИК-реакции на уровне светового микроскопа, стало возможным выявить те участки, где базальная мембрана подстилает эпителий и покрывает капилляры в межальвеолярных стенках (показано на схеме на рис. 23 -  19). В связи с опытами на базальной мембране хрусталика, показавшими, что она обладает определенной жесткостью, представляется вероятным, что базальные мембраны поверхностного эпителия (выстилающего альвеолы) и капилляров также являются важными элементами, выполняющими непосредственную опорную функцию в межальвеолярных стенках.

Как показано на рис. 23 -  19, воздух в альвеолах отделяется от крови посредством: 1) цитоплазмы эпителиальных клеток, выстилающих альвеолы, 2) базальной мембраны эпителия, которая сливается с третьим компонентом в тех участках, где она с ним контактирует- 3) базальной мембраны, окружающей эндотелий капилляров (эти две базальные мембраны, слившиеся воедино, называют альвеолокапиллярной мембраной), и 4) цитоплазмой эндотелиальных клеток капилляров. В некоторых участках между базальной мембраной эпителия и мембраной капилляров имеются тканевые щели- отдельные щели содержат ретикулярные и/или эластические волокна (рис. 23 -  19 вверху справа), а иногда и клетки.
Эпителий, выстилающий респираторный отдел легкого, образует непрерывный пласт, все клетки которого, как будет описано далее, связаны друг с другом плотными контактами. Более того, было показано, что эта выстилка состоит из эпителиальных клеток двух типов. Клетки более многочисленного типа, плоские по форме, называются пневмоцитами типа I. Между ними располагаются менее многочисленные, но более крупные пневмоциты типа II. Плоские клетки обеспечивают диффузию газов через свою цитоплазму, а пневмоциты типа II выполняют очень важную секреторную функцию. Подробности излагаются ниже.
Плоские клетки, пневмоциты типа I. Часть такой клетки показана на рис. 20. Это ядросодержащая часть.

Рис. 23 -  19. Схема, показывающая структуру и типы клеток в межальвеолярных стенках, а также отношение клеток к базальным мембранам в стенках (F. Bertalanffy, С. Leblond).
1 -  ядро и цитоплазма плоской эпителиальной поверхностной клетки, 2 - ретикулярные волокна, 3 -  базальная мембрана эпителия, 4 - базальная мембрана капилляра, 5 - моноцит, 6 - ядро и цитоплазма эндотелиальной клетки капилляра, 7 - соединительнотканная клетка, 8 - альвеолярный макрофаг, 9 - эластическое волокно, 10 - секреторная эпителиальная поверхностная клетка.

Рис. 23 -  20. Электронная микрофотография межальвеолярной стенки легкого кошки- х 11 900 (Collet А., Arch. Ital. Anat. Istol. Pathol., 39, 119, 1965).
Показаны ядро и цитоплазма плоской эпителиальной клетки, теперь часто называемой пневмоцитом типа I (вверху) и капилляр (внизу). Обратите внимание на базальные мембраны плоского эпителия и эндотелия капилляра. а также на то, что в некоторых участках они располагаются отдельно и между ними имеется промежуток, а в других сливаются воедино, образуя так называемую альвеолокапиллярную мембрану. 1 -  плоский поверхностный эпителий, 2 - эндотелий, 3 -  эритроцит, 4 - базальная мембрана эндотелия капилляра, 5 - базальная мембрана поверхностного эпителия.

Внизу слева, однако, видна тонкая пластинка цитоплазмы, через которую происходит диффузия газов между нижележащим капилляром и расположенной выше альвеолой. Можно видеть, что цитоплазма плоской клетки (обозначенной на рис. 23 -  20 как «плоский поверхностный эпителий») чрезвычайно тонка. (Слой этого эпителия настолько тонок, что он лежит вне пределов разрешения светового микроскопа, причем до появления электронного микроскопа существовала научная школа, которая придерживалась взглядов о том, что альвеолы в постнатальной жизни не выстланы эпителием. Исследования с помощью электронного микроскопа, однако, представили убедительные данные о том, что непрерывный слой эпителия все же существует.) По оценке Лоу, толщина этой выстилки (за исключением тех мест, где располагаются ядра) составляет примерно 0,2 мкм у человека и 0,1 мкм у крысы (рис. 23 -  20, внизу слева).

Рис. 23 -  21. Электронная микрофотография части межальвеолярной стенки легкого мыши- х 15000 (Collet A. J., Chevalier G., 1977).
Показан пневмоцит типа II (секреторная эпителиальная клетка)- видно расположение клетки в стенке по отношению к трем альвеолярным воздушным пространствам (1) и соседним пневмоцитам типа I (плоские эпителиальные клетки), с которыми эта клетка соединяется плотными контактами (2) (подробности в тексте). Обратите внимание на пластинчатые тельца (3), митохондрии (4) и гранулярный эндоплазматический ретикулум в секреторной клетке, на поверхности которой располагаются микроворсинки (5)- видно также ядро (6) клетки. Вверху справа -кровеносный капилляр (7), содержащий эритроцит (8). Базальная мембрана капилляра слилась с мембраной лежащего вверху плоского эпителия, образуя в отмеченных участках альвеолокапиллярную мембрану (9).

Видео: Анатомия человека Грудная клетка

Под эпителием располагается базальная мембрана (хорошо заметная в верхней правой части рис. 23 -  20), которая сливается с базальной мембраной эндотелия капилляра, становясь единым образованием, называемым альвеолокапиллярной мембраной (рис. 23 -  21).
Секреторные клетки, пневмоциты типа II. Под световым микроскопом местами выявляются довольно крупные округлые клетки, выступающие со стороны поверхности альвеолы в ее просвет (рис. 23 -  19). С помощью электронного микроскопа (рис. 23 -  21) было установлено, что речь идет об эпителиальных клетках, которыми образована часть выстилки- эти клетки с обеих сторон соединяются с прилежащими плоскими клетками посредством плотных контактов. Такой участок показан на рис. 23 -  21, вверху справа, где капилляр сверху и снизу покрыт плоским эпителием, который по обеим сторонам капилляра соединяется с секреторной клеткой типа II путем плотных контактов. Место соединения пневмоцита типа II с плоской эпителиальной клеткой, расположенной по другую сторону от него, показано внизу справа. На поверхности пневмоцитов типа II находятся микроворсинки, а в их цитоплазме содержится хорошо развитый гранулярный эндоплазматический ретикулум, многочисленные митохондрии и микротельца, содержащие пероксидазу. Выявляются также мультивезикулярные тельца (см. гл. 5) и образования, получившие название сложных телец, которые одновременно содержат пузырьки и пластинки высокой электронной плотности. Однако наиболее характерной особенностью цитоплазмы этих клеток является присутствие в ней пластинчатых телец (рис. 23 -  21). Они представляют собой окруженные мембраной глобулы (гранулы), состоящие из слоистого вещества высокой электронной плотности, содержащего большое количество фосфолипидов. Посредством радиоавтографии при использовании в качестве предшественника фосфолипидов меченного тритием холина, а в качестве предшественников белков и углеводов меченых лейцина и галактозы соответственно Шевалье и Коллет (Chevalier G., Collet А., 1972) проследили образование основных компонентов пластинчатых телец на эндоплазматическом ретикулуме и в комплексе Гольджи. В целом образование пластинчатых телец идет по тому же пути, который характерен для формирования в клетках секреторных пузырьков (гранул), хотя конкретные реакции, посредством которых белковые, углеводные и липидные компоненты пластинчатых телец связываются воедино с образованием покрытых мембраной гранул, покидающих комплекс Гольджи, еще недостаточно полно изучены. Очевидно, в этом процессе какое-то участие принимают и сложные тельца. Пластинчатые тельца выделяются из клетки механизмом экзоцитоза. При этом секреторный продукт, главным компонентом которого является дипальмитоилфосфатидилхолин, распространяется в виде тонкой пленки по всей поверхности плоского эпителия, выстилающего альвеолы. Роль этого секреторного продукта мы разъясним далее.
Легочный сурфактант. В связи с мощными межмолекулярными силами, возникающими между молекулами воды в тонких пленках водных растворов, для таких пленок характерно высокое поверхностное натяжение. Пленка тканевой жидкости, покрывающая поверхность плоских альвеолярных клеток, может обладать столь большим поверхностным натяжением, что прилежащие друг к другу поверхности мелких альвеол при вдохе слиплись бы друг с другом, если бы не продукт секреторных эпителиальных клеток (пневмоцитов типа II), который обладает активностью сурфактанта, напоминая по своим свойствам детергент. Эффект этого сурфактанта заключается в уменьшении межмолекулярных сил, действующих между молекулами воды в тканевой жидкости, что приводит к снижению поверхностного натяжения. Тем самым значительно облегчается расправление прилежащих друг к другу межальвеолярных стенок за счет потока воздуха при вдохе, т. е. сурфактант обеспечивает раздувание альвеолы.

Рис. 23 -  22. Микрофотография легкого, показывающая три альвеолярных фагоцита, свободно лежащих в альвеолярном пространстве (с любезного разрешения Y. Clermont).
Внутри каждого содержатся фагоцитированные частицы угля.

Как мы узнаем далее, наличие достаточного количества сурфактанта в легких имеет чрезвычайно большое значение для новорожденного, когда воздух впервые попадает в альвеолы, которые ранее, во внутриутробном периоде, содержали жидкость.
Легочный сурфактант является сложной смесью фосфолипидов, главным из которых является дипальмитоилфосфатидилхолин.
Альвеолярные фагоциты. Под световым микроскопом часто можно заметить какие-то довольно крупные округлые клетки, отличающиеся от пневмоцитов типа II, которые выступают из альвеолярных стенок в альвеолярное пространство. Крупные клетки этого же типа видны также и в свободном состоянии в просвете альвеол (рис. 23 -  19, вверху справа). Эти клетки часто содержат угольный пигмент, который они фагоцитировали из содержащего дым воздуха, попадающего в альвеолы при вдохе (рис. 22). За свою выраженную фагоцитарную активность эти клетки уже давно получили название альвеолярных фагоцитов. Об их происхождении спорили в течение многих десятилетий, особенно относительно того, возникают ли они из эпителиальных клеток, выстилающих альвеолы, или из моноцитов, которые мигрируют в альвеолы, проходя сквозь стенки альвеолярных капилляров. Согласно современным представлениям, альвеолярные макрофаги развиваются из моноцитов, которые подходят к альвеолярной стенке с кровью, покидают капилляр (рис. 23 -  19, внизу слева) и мигрируют через эпителиальную выстилку, попадая в просвет альвеолы. Этот взгляд на природу альвеолярных макрофагов подтверждается двумя наблюдениями. Во-первых, если мышей, подвергали общему облучению в сверхлетальных дозах, а потом поддерживали их жизнь введением меченых клеток костного мозга, взятого у необлученной мыши, то в промывных водах легкого у этих мышей в дальнейшем обнаруживали клетки (предположительно альвеолярные фагоциты), в которых выявляется маркер. Осмонд (Osmond) вводил метку в клетки костного мозга задних конечностей морской свинки. Позднее меченые клетки обнаруживались в межальвеолярных стенках и в просветах альвеол. Очевидно, что моноциты, образующиеся в костном мозгу, мигрируют в межальвеолярную стенку, а оттуда проникают в просвет альвеол, становясь альвеолярными фагоцитами, которые, следовательно, являются макрофагами.
Роль альвеолярных макрофагов заключается в выполнении фагоцитарной функции и удалении пылевых частиц или других веществ, которые могут попасть в просвет альвеол (рис. 23 -  22). В конечном итоге эти клетки движутся по воздухоносным путям, достигая бронхиол, а затем бронхов, где их дальнейшее продвижение облегчается деятельностью ресничек. Они выделяются во внешнюю среду с мокротой или проглатываются.
Когда в случаях сердечной недостаточности в легких происходит застой крови, эритроциты часто попадают в альвеолы, где альвеолярные фагоциты захватывают их и из гемоглобина, который в них находится, образуют железосодержащий пигмент. Содержащие пигмент клетки в таких условиях могут выделяться в значительном количестве при кашле, причем они дают положительную гистохимическую реакцию на железо. Такие клетки называются клетками сердечных пороков.