Епідерміс - системи організму (гістологія)

В подальшому описі спеціально розглядається епідерміс товстої шкіри, але багато відноситься і до епідермісу тонкої шкіри.
Базальна мембрана. Між епідермісом і дермою лежить добре розвинена базальнамембрана. Товщина її варіює в окремих ділянках тіла і у різних видів. У шкірі свині вона розвинена досить добре і видно під світловим мікроскопом, особливо після термічних опіків, які призводять до пошкоджень, що викликають ексудацію плазми з численних капілярів в сосочках дерми, причому епідерміс відшаровується від дерми, утворюючи бульбашки. Її легко можна побачити трохи нижче середини рис. 20-23 Б, з яким поки треба ознайомитися лише коротко. Ультраструктура базальних мембран була описана в гл. 8.
Клітини епідермісу. Описано чотири типи клітин, причому їх відносний вміст варіює залежно від біологічного виду і від області тіла. У шкірі миші, яка була детально вивчена, близько 85% клітин мають ектодермальное походження і називаються кератиноцитами. Далі в першу чергу ми розглянемо саме цей тип клітин. Інші типи клітин епідермісу будуть описані пізніше. До них відносяться: меланоціти- клітини, здатні синтезувати пігмент, які відбулися з мігруючих клітин нервового гребеня, клітини Лангерганса, які, ймовірно, є макрофагами, упровадилися в епідерміс, і клітини Меркеля, що представляють собою чутливі рецептори (вони описуються в кінці цієї глави) .
Кератиноцити і кератинизация (зроговіння)
Підходячи до вивчення епідермісу, необхідно усвідомити, що рогова речовина (кератин), яке утворює зовнішній шар епідермісу, це не секрет клітин, а кінцевий результат трансформації епітеліальних клітин в лусочки. Тому, коли рогові лусочки зношуються або слущиваются з поверхні, вони можуть бути замінені тільки за рахунок зроговіння підлягають живих клітин, а це означає, що в глибшому шарі епідермісу розмноження клітин має бути адекватним втрати ороговілих клітин з його поверхні. Так, показано, що в епідермісі підошви у щура клітини повністю оновлюються кожні 19 днів, а у людини цей процес займає до 1 місяця. Тому в епідермісі більш-менш постійно відбувається кілька процесів: 1) поділ клітин в глибшому шарі, в результаті чого відбувається 2) виштовхування клітин у напрямку до поверхні-3) перетворення клітин, найбільш віддалених від дерми, в рогову речовину і 4) злущування рогового речовини з поверхні.
Оскільки в міру руху з глибини епідермісу до його поверхні клітини постійно змінюють свій зовнішній вигляд, здається, що епідерміс утворений декількома шарами, які легко розрізняються по виду під світловим мікроскопом. У зв`язку з цим стало давньою традицією називати різні шари епідермісу і описувати їх гістологічні особливості так, як це видно під світловим мікроскопом. Далі ми також підемо цієї традиції, розкриваючи суть процесів, що лежать в основі цих морфологічних картин, на підставі даних електронної мікроскопії.
шари епідермісу
Зачатковость шар. Найглибший шар, розташований на базальній мембрані, називається Зачатковость шаром (stratum germinativum) (рис. 3), або базальним шаром (stratum basale) (рис. 20-5). Поверхня клітин зачаткового шару, звернена до базальноїмембрані, нерівна (рис. 5), причому з боку цитоплазми на клітинній мембрані, що контактує з базальноїмембраною, розташовуються полудесмосомами (див. Рис. 7 - 18 і 20-5). Клітини зачаткового шару за формою близькі до циліндричних (рис. 5, внизу). На звичайному зрізі, пофарбованому гематоксиліном і еозином, межі цих клітин простежуються насилу, і не має достатнього досвіду студенту не слід приймати їх ядра, які видно дуже чітко, за самі клітини. Найглибший шар епідермісу тому називається Зачатковость, що саме в ньому утворюються нові клітини-потім вони виштовхуються з цього шару в наступний, розташований вище.

Мал. 20-3. Малюнок зрізу товстої шкіри, що показує різні шари епідермісу і те, яким чином проток потових залоз потрапляє в межсосочковий клин.
Зверніть увагу на те, що стінка протоки утворюється клітинами різних шарів епідермісу, через які він проходить.
1 - протока потових залоз, 2 - роговий шар, 5 - блискучий шар, 4 - зернистий шар, 5 - шипуватий шар, 6 - базальнийшар, 7 - сосочок, 8 - межсосочковий клин, 9 - протока потових залоз.
Клітини зачаткового шару (рис. 20-5) містять багато вільних рибосом і полірібосом, які, ймовірно, беруть участь в синтезі, що забезпечує зростання (клітинну проліферацію), і в синтезі значного числа проміжних (діаметром 10 нм) філаментів (тонофиламентов), які утворюються в клітинах цього шару і в кінці кінців стають частиною кератину.

Мал. 20-4. Мікрофотографія (інтерференційний контраст) клітин шипуватий шару товстої шкіри людини (незабарвлений зріз).
Зверніть увагу на відростки, що з`єднують сусідні клітини і надають їм шипуватий вид. Це ті ділянки, де клітинні мембрани сусідніх клітин утримуються разом десмосомами. (Ультраструктура десмосом показана на рис. 1Л1 і 7 - 18.) Ядро і ядерце шиповатой клітини видно внизу праворуч (враження об`ємності зображення пов`язано з неоднаковими інтерференційними властивостями компонентів).
На той час, коли клітини переходять в наступний, вищерозміщений шар, пучки філаментів товщиною 10 нм стають настільки товстими, що їх можна побачити під світловим мікроскопом. Ці пучки відповідають структурам, які були названі тонофібрілли і завдяки присутності яких, як буде ясно з пояснення, другий шар епідермісу отримав назву шару шипуватий клітин, або шипуватий шару (stratum spinosum).
Шар шипуватий клітин. Клітини цього другого шару вже не циліндричні, як в базальному шарі, а мають багатокутну форму. Більш того, як видно на рис. 20-4, під світловим мікроскопом їх межі відокремлені один від одного вузькими просторами, пересіченими тонкими відростками, що мають вид шипиків. Це і надає даному шару шипуватий вид, завдяки якому він отримав свою назву.
Колись неправильно вважали, що волокна, звані тонофібрілли, проходять з однієї клітини в іншу. Однак електронна мікроскопія показала, що те, що ми бачимо насправді тяжі цитоплазми, що протягуються із сусідніх клітин назустріч один одному і утворюють дуже міцний контакт за допомогою десмосом (див. Рис. 7 - 17). Велика частина речовини шіповідних відростків, видимих під світловим мікроскопом, є цитоплазму зі значною кількістю филаментов товщиною 10 нм- ними і утворені щільні маси филаментов, які тісно пов`язані з десмосомами, як показано на рис. 7 - 17. Ці товсті пучки філаментів відповідають тому, що раніше називали тонофібрілли, але вони, звичайно ж, не переходять з однієї клітини в іншу, а завжди знаходяться в межах цитоплазми власної клітини.
Міжклітинні простору, які видно на рис. 20-4, в значній мірі обумовлені артефактом сморщивания. З цієї чи якоїсь іншої причини, якщо клітини злегка відокремлюються одна від одної, то ділянки, де цитоплазма переходить в відростки, відповідають місцям, де їх мембрани пов`язані десмосомами. Більш того, є підстави вважати, що прижиттєво клітинні мембрани дотичних клітин цього шару не будуть щільно контактувати один з одним по всій поверхні (за винятком, зрозуміло, місць, де розташовуються десмосоми), так як в товстому епітеліальних пласті є необхідність в наявності між клітинами хоча б невеликої кількості тканинної рідини для забезпечення ефективної дифузії поживних речовин і кінцевих продуктів обміну між більш поверхнево лежать живими епітеліальними клітинами і капілярами дерми.

Мал. 20-5. Малюнок шарів епідермісу, заснований на електронних мікрофотографіях багатошарового плоского ороговевающего епітелію.
Показано по клітці, характерною для кожного шару, і кератин рогового шару. Зверніть увагу на десмосоми і тонофібрілли (пучки тонофиламентов). На цитоплазматичної стороні клітинної мембрани клітини базального шару, там, де вона межує з базальноїмембраною, є полудесмосомами.
1 - роговий шар-11 - зернистий шар-III-шипуватий шар-14 - базальний шар-5 - ліпідна крапля, 2 - кератогіалін, 3 шаруваті гранули, 4 тонофібрілли. 5 - комплекс Гольджі, 6 - міжклітинні простору, 7 - десмосоми, 8 - мітохондрії, 9 - гранулярний ендоплазматичнийретикулум, 10 - базальнамембрана.
Зернистий шар (stratum granulosum). Цей шар товстої шкіри (третій шар епідермісу) має в товщину 2 - 4 клітини і лежить відразу ж поверх шипуватий шару (рис. 20-3). На поперечних зрізах шкіри його клітини мають приблизно ромбоподібну форму (рис. 3 і 20-5), причому вони щільно прилягають один до одного, а довга вісь кожної клітини паралельна ходу лежачого зверху гребінця або борозенки. Цитоплазма клітин цього шару характеризується наявністю гранул, інтенсивно забарвлюються гематоксіліном- їх називають гранулами кератогиалина.
Блискучий (шар stratum lucidum).
Наступний, четвертий, шар не завжди добре виражений. Коли він все ж видно, він має малу товщину і виглядає як світла, яскрава, однорідна смужка. З цієї причини його назвали блискучим шаром (рис. 20-3). У нього входить речовина, зване елеідіном, яке є мабуть продуктом перетворення кератогиалина, наявного в зернистому шарі.
Роговий шар (stratum corneum). У міру того як клітини виштовхуються до поверхні в п`ятий і останній, роговий шар (так називається шар кератину), їх ядра і цитоплазми органели зникають. Пропадають навіть гранули кератогиалина, і все це свідчить про дію всередині клітин лізосомних ферментів. Проте за допомогою електронного мікроскопа можна все ще розрізнити десмосоми, що з`єднують утворилися лусочки (колись були живими клітинами). Існують різні гіпотези щодо того, що відбувається. Згідно з одними поглядами, гранули кератогиалина перетворюються в однорідний матрикс, в який занурюються все раніше утворилися філаменти клітини і який просочує також ядра і все органели. Таким чином, кожна клітина перетворюється в одну з рогових лусочок, що утворюють роговий шар. Не всі в клітинах перетворюється в кератин, так як з рогового шару можна все ж виділити деякі інші білки і інші речовини.
Слід, очевидно, відзначити, що гранули кератогиалина не є строго необхідними для зроговіння. У деяких видів тварин є ороговілі шкіра, в якій гранули кератогиалина не виявляються.
Нарешті, треба вказати, що кератин є щільним фібрилярний білок з високою стійкістю по відношенню до хімічних впливів. На підставі того, що говорилося в попередніх розділах про синтез білків, які або залишаються в клітці, або виділяються з неї, можна подумати, що кератин як такої також повинен синтезуватися в клітинах на вільних полірібосомамі або на гранулярному ЕПР. Однак вироблення кератину відбувається складнішим шляхом, так як принаймні частина його не синтезується у вигляді самого кератину, а, як було описано вище, є результатом перетворень інших клітинних компонентів.
У зв`язку з питанням про синтез кератину становить інтерес той факт, що в умовах тривалої недостатності вітаміну А процес кератинізації виникає в деяких типах епітелію, зазвичай не піддаються зроговіння.
Як укладені лусочки рогового шару. Той, хто намагався заштовхати в холодильник якомога більше коробок, пляшок і банок, знає, як багато місця втрачається даремно, коли намагаєшся компактно укласти тверді предмети. Та ж проблема виникає і стосовно клітинам, але здебільшого вона вирішується за рахунок того, що вони досить м`які і здатні приймати форми, що відповідають їх оточенню. Однак питання стає більш серйозним щодо рогового шару, тому що в цьому шарі клітини, ороговевая, стають більш жорсткими. Крім того, щоб роговий шар міг бути непроникним, наприклад для води, лусочки повинні щільно прилягати одне до одного так, щоб між ними не залишалося проміжків.
Як пише Ментон (Menton D., 1976), лише недавно було встановлено, що лусочки рогового шару лежать одна на інший, утворюючи вертикальні колонки, а краю кожної лусочки в колонці накладаються на краю сусідніх таким чином, що вільних просторів не утворюється (рис. 20-6). Для цього потрібно, щоб лусочки мали особливу геометричну форму, в зв`язку з якою в подальшому описі ми повинні згадати лорда Кельвіна, одного з найвидатніших фізиків минулого століття. (Студентам може бути цікаво, що цей великий вчений, який зробив значний внесок у фізику, був відомий ще й тим, що ставився до своїх початківцям студентам з найбільшою добротою і знаходив особливе задоволення в тому, щоб відзначити участь в науковій роботі навіть найскромніших своїх помічників.) До нашого питання має відношення той факт, що, як вказує Ментон,

Мал. 20-6. Мікрофотографія тонкої шкіри, взятої з вушної раковини миші- х 650 (Menton, 1976).
Зріз, отриманий на заморожувати мікротому і пофарбований метиленовим синім після обробки лугами, призначеної для того, щоб викликати набухання клітин. Зверніть увагу на розташування клітин колонками (стопками), особливо виразно помітний в роговомушарі (відзначено чорною лінією). Стрілками вказані самі поверхневі клітини з ядрами в кожної вертикальної колонці (ці клітини розташовані в зернистому шарі). Зверніть увагу також на те, як клітини в кожному стовпчику зчеплені з клітинами сусідніх колонок.
Кожна клітина має форму сплощеного тетрадекаедра (тут вони показані в тому вигляді, який вони мають на препаратах, після обробки щелочамі- см. Рис. 20-6).

Мал. 20-7. Фотографія моделі, що ілюструє «упаковку» клітин рогового шару в колонки (Menton D., 1971).
Кельвін на підставі своїх досліджень рідких плівок встановив, що з усіх багатогранників найбільш «економними» є 14 - гранника (тетрадекаедри): їх можна укласти в просторі без вільних проміжків. Ментон зазначає, що тетрадекаедр-це єдина геометрична фігура, яку можна скласти в правильні колонки, причому всі елементи цих колонок вставлятимуться краями в сусідні елементи 6 оточуючих колонок. Як з`ясувалося, лусочки рогового шару є сплощеним тетрадекаедрамі. Одна з моделей, створених Ментон, показана на рис. 20-7. Слід зауважити, що зверху кожна лусочки має форму шестикутника. Більш того, для всіх 6 сторін характерний V-подібний контур. Край у вигляді букви V буде, звичайно ж, добре підходити до поверхні з поглибленням у вигляді букви V, яка утворюється, якщо накласти одну шестикутну клітку на іншу. Для цього, однак, необхідно, щоб 6 колонок, оточуючих будь-яку дану колонку, складалися з сплощених шестикутних клітин (лусочок), розташованих в площинах, що лежать вище і нижче колонки на половину товщини лусочки, як показано на рис. 20-7. Саме таким чином клітини сусідніх колонок виявляються ідеально підігнаними один до одного.

Мал. 20-8. Мікрофотографія тотального препарату епідермісу вуха миші- х730 (Menton D., 1976).
Межі клітин виявлені нітратом срібла, а ядра докрашени реактивом Фельгена. Велика частина клітин цього рівня відноситься до зернистого шару-в їх цитоплазмі містяться гранули. Це самі поверхнево розташовані клітини з ядрами. Зверніть увагу на їх шестикутні контури і на те, як вони зчеплені з клітинами оточуючих колонок (одна колонка показана стрілками). Подвійна лінія по периферії кожної колонки вказує на зону взаємного перекривання між сусідніми колонками.
Яким чином виходить, що клітини в роговомушарі займають таке незвичайне розташування, залишається неясним. Одним з сприяють цьому чинників є те, що зовнішня частина рогового шару досить щільна, чому клітини, які постійно виштовхуються у напрямку до них з зачаткового шару, а також клітини в зернистому шарі і нижньої частини рогового шару знаходитимуться під певним тиском. Цього, мабуть, досить, щоб вони стають більш щільними і брали шестикутну форму, якщо дивитися зверху (рис. 20-8). Одна з гіпотез говорить, що такий тиск може призводити до того, що принаймні кілька клітин поблизу поверхні будуть накладатися один на одного у вигляді сплощених тетрадекаедров, що може статися абсолютно випадково, але як тільки утворилася подібна структура, вона вже набуває загальний характер і автоматично таке розташування прийматимуть інші клітини, які виштовхуються від низу до верху за умови, що вони все ще досить м`які і можуть приймати зазначену форму.
Тим, хто цікавиться цим питанням дерматологів, безсумнівно, буде дуже корисно ознайомитися з наведеними Ментон обговоренням порушень нормального розташування клітин епідермісу у вигляді колонок, що відбувається при деяких шкірних захворюваннях, що характеризуються посиленим оновленням популяції епідермальних клітин (а також при ряді інших станів).
Кейлони і регуляція поділу клітин в епідермісі
Це питання обговорювалося в гл. 6, а додаткові посилання на роботи, присвячені цій темі, приводяться в кінці цієї глави.