ТКАНЕВОЙ И КЛЕТОЧНЫЙ УРОВНИ

СТРОЕНИЯ ОРГАНИЗМА

Организм человека построен из отдельных частных структур – органов, тканей, клеток и тканевых элементов, объединенных в единое целое. Эти структуры состоят из клеточного и неклеточного вещества. К неклеточным формам относятся межклеточное вещество и симпласты.

Межклеточное вещество представляет собой продукт жизнедеятельности клеток. Оно может быть представлено жидкостью (плазма крови), структурой желеобразной или плотной консистенции, содержащей различные волокна (коллагеновые и эластические) – межклеточное вещество собственно соединительной, хрящевой и костной тканей.

Симпласты характеризуются наличием большого количества ядер в массе цитоплазмы. Эта структура возникла путем слияния клеток. Примером симпласта являются поперечнополосатые мышечные волокна.

Однако, главным элементом любой ткани является клетка. Клетка – это наименьшая частица организма, на уровне которой осуществляется проявление таких свойств жизни как обмен веществ, размножение и др. при непосредственном участии белков.

Клетки очень разнообразны по форме, величине, наличию или отсутствию отростков, ресничек и т. д. Размеры клеток человека очень малы, они колеблятся от 7 до 200 микронов (микрон – одна тысячная часть миллиметра), поэтому их изучают под микроскопом. Форма клеток также различна, она зависит от функции и от положения, которое они занимают в тканях. В организме человека имеются круглые, веретенообразные, плоские, кубические, призматические, звездчатые, отростчатые клетки. Некоторые клетки (например, нейроны) вместе с отростками достигают в длину 1,5 м и более.

Строение клетки (рис. 2). Каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра. Исключением являются эритроциты и тромбоциты (кровяные пластинки), которые не содержат ядер. Эти клетки функционируют в среднем около 100 дней и лишены способности к делению.

Снаружи клетка покрыта оболочкой – цитолеммой, которая отграничивает содержимое клетки от внеклеточной среды. Эта оболочка обладает способностью избирательно регулировать поступление в цитоплазму различных веществ, необходимых для поддержания функционального состояния клетки, а также способствует выделению цитоплазмой продуктов обмена.

Цитоплазма представляет собой основу, в которой располагаются белки, органеллы и включения.

Органеллы – это постоянные части клетки, имеющие определенную структуру и выполняющие жизненно важные функции. Различают органеллы общего и специального значения.

К органеллам общего значения, обслуживающим общие функции клеток, относятся:

- митохондрии, содержащие большое количество ферментов и участвующие в окислительных процессах, т.е. обеспечивающие клетку энергией;

- рибосомы, осуществляющие синтез белка в цитоплазме;

- лизосомы, содержащие набор ферментов, которые могут расщеплять все основные вещества цитоплазмы, поэтому им приписывают пищеварительную (фагоцитарную) функцию;

- сетчатый аппарат или аппарат Гольджи играет важную роль в выделительной функции клеток.

Рис. 2. Строение клетки.

Органеллы специального значения выполняют специфические функции клетки. К ним относятся нейрофибриллы, миофибриллы, реснички, микроворсинки и синаптические пузырьки. Например, нейрофибриллы нервных клеток проводят возбуждение, миофибриллы мышечных клеток обеспечивают сокращение мышц.

Включения цитоплазмы представляют собой продукты обмена клетки. Это необязательные компоненты клеток, их возникновение связано с ее метаболическим состоянием. Включения бывают трофические (белковые включения в яйцевых клетках, капельки жира в жировых клетках), пигментные (гемоглобин в эритроцитах), секреторные (в клетках желез внутренней и внешней секреции) и экскреторные (мочевина в клетках почечных канальцев).

Ядро располагается в центре клетки, отделяясь от цитоплазмы оболочкой. Оно содержит одно или несколько ядрышек, представляющих собой скопление специальных белков, и зерна хроматина. Функциональное значение ядра преимущественно связано с хроматином, в котором сосредоточена ДНК, играющая важнейшую роль в хранении и передаче генетического кода в ряду клеточных поколений. Оно также участвует в синтезе белка. В зависимости от функционального состояния клетки ядерные структуры все время изменяются. Наиболее яркие изменения наблюдаются в период деления клетки.

Клеточный состав всех органов постоянно обновляется, т.к. в процессе жизни происходит отмирание клеток, исчерпавших свои возможности. Отмирающие клетки замещаются новыми, образующимися в результате деления жизнеспособных клеток.

Деление клеток возможно двумя путями. Непрямое деление – митоз (митотический цикл, кариокинез) состоит из нескольких этапов, во время которых клетка сложно перестраивается. Прямое (простое) деление клеток – амитоз – встречается редко и представляет собой разделение клетки и ее ядра на две части, равные или неравные по величине. Особым видом деления слившихся половых клеток является мейоз, при котором происходит уменьшение вдвое числа хромосом, оказавшихся в оплодотворенной клетке. При таком делении наблюдается перестройка генного аппарата клетки. Время от одного деления клетки до другого называют ее жизненным циклом. Делящаяся клетка называется материнской, а вновь образовавшиеся клетки – дочерними.

В организме человека клетки существуют только в составе тканей.

Ткани – это исторически сложившиеся системы клеток и внеклеточного вещества, объединенных общим происхождением, строением и функцией. В организме человека выделяют 4 вида тканей: эпителиальные, ткани внутренней среды или соединительные, мышечные ткани и нервную ткань.

Эпителиальные (покровные) ткани или эпителий представляют собой пограничный слой клеток, который выстилает покровы тела, слизистые оболочки внутренних органов и стенки полостей, а также составляет основу многих желез. В ткани преобладают клетки, межклеточное вещество почти отсутствует. Клетки эпителиальной ткани живут непродолжительное время и быстро заменяются новыми (этот процесс называется регенерацией). Эпителиальные ткани выполняют защитную, обменную и секреторную функции. Исходя из функциональной значимости, различают эпителий покровный и железистый.

Покровный эпителийявляется пограничной тканью, отделяющей внутреннюю среду организма от внешней. Он выполняет защитную и трофическую функции.

Защитная функция покровного эпителия состоит в том, что он предохраняет организм от вредных воздействий среды, защищает все расположенные под ним ткани от механических, химических и термических воздействий. Так, поверхностный слой кожи защищает от повреждения ее более глубокие слои, через неповрежденную кожу не проникает большинство микроорганизмов. Эпителий кишечника предохраняет его стенку от действия пищеварительных соков.

Трофическая функция эпителия заключается в обмене веществ организма с окружающей средой. Например, через эпителий кишечника в кровь и лимфу всасываются продукты переваренной пищи, которые служат источником энергии для организма. Через почечный эпителий выделяется ряд продуктов азотистого обмена, являющихся для организма шлаками. Через эпителий осуществляется переход кислорода из легких в кровь.

Клетки покровного эпителия тесно соприкасаются друг с другом. Они в виде пластов (рис. 3) расположены на тонкой перепонке – базальной мембране, под которой находится слой рыхлой волокнистой соединительной ткани. Через эту перепонку поступают питательные вещества и удаляются продукты обмена.

Рис. 3. Виды покровного эпителия

По строению и расположению клеток различают эпителий однослойный и многослойный (рис. 3, 4). Все клетки однослойного эпителия располагаются на базальной мембране. В многослойном эпителии к базальной мембране примыкает лишь внутренний слой клеток.

По форме клеток эпителий бывает плоским, кубическим и призматическим; по количеству слоев и рядов – однослойный, многослойный, многорядный; по дополнительным особенностям – ресничный(эпителий тонкого кишечника),мерцательный(эпителий дыхательных путей),неороговевающий (роговица глаза, слизистые оболочки пищеварительного тракта и др.),ороговевающий(эпителий эпидермиса кожи). Эпителий, выстилающий стенки сосудов, называется эндотелием.

Железистый эпителий осуществляет секреторную функцию, т.е. образует и выделяет специфические продукты – секреты, которые участвуют в различных физиологических функциях и биохимических процессах организма. К секретам относятся пищеварительный сок, слизь, желчь, гормоны и др.

Рис. 4. Морфологическая классификация покровного эпителия.

Железистый эпителий называется так потому, что из него образуются железы, большая часть которых представляет собой самостоятельные органы (слюнные железы, поджелудочная железа, надпочечники и т.д.) По строению железы бывают простые и сложные, по форме – трубчатые, альвеолярные и альвеолярно-трубчатые, по способу выделения секрета – железы внутренней (эндокринные) и внешней (экзокринные) секреции.

Железы внутренней секреции вырабатывают высокоактивные вещества – гормоны, они не имеют протоков, а вырабатываемые гормоны выделяются непосредственно в кровь или лимфу (надпочечник, щитовидная железа и др.).

Железы внешней секреции вырабатывают вещества, называемые секретами, и выделяют их по протоку на поверхность тела, слизистых оболочек или во внешнюю среду (потовые, слюнные, молочные железы, печень и т.д.). Деятельность желез регулируется нервной системой, а также гуморальными факторами.

Ткани внутренней среды или соединительные не имеют прямой связи с внешней средой. Они различны по своим свойствам и объединены в одну группу на основе общей функции – поддержании постоянства внутренней среды организма (гомеостаза). Эти ткани очень разнообразны по строению и функциям. Для них характерно наличие сильно развитого межклеточного вещества, состоящего из коллагеновых, эластических, ретикулярных волокон, и сравнительно небольшого количества клеточных элементов. Межклеточное вещество вырабатывается самими клетками.

В группу тканей внутренней среды входят собственно соединительная, хрящевая и костная ткани, кровь и лимфа (рис. 5).

Ткани внутренней среды выполняют в организме следующие функции:

1. Трофическая (питательная) функция заключается в снабжении организма питательными веществами и кислородом и в удалении продуктов обмена веществ и углекислоты. Она осуществляется кровью, лимфой, ретикулярной тканью, частично соединительной.

Рис. 5. Классификация тканей внутренней среды (соединительных).

2. Защитная функция проявляется выработкой иммунных тел и веществ, разрушающе действующих на попавшие в организм микробы. Некоторые клетки этой ткани (лейкоциты, макрофаги) обладают фагоцитарной реакцией, т.е. они способны поглощать и переваривать микробы и инородные вещества. Выработка антител в лимфоцитах обеспечивает организму иммунитет, т.е. невосприимчивость к различным заболеваниям.

3. Опорная функция состоит в образовании стромы органов, фасций, апоневрозов, хрящей и костей, создающих мягкий и костный скелет тела человека.

4. Репаративная (пластическая) функция заключается в замещении поврежденных тканей при ранениях, ожогах, операциях рубцовой соединительной тканью.

Собственно соединительная ткань (рис.6) представлена аморфным и волокнистым компонентами и клеточными элементами (фибробластами, макрофагами, тучными клетками, гистиоцитами).

Рис. 6. Собственно соединительная ткань.

В собственно соединительной ткани различают рыхлую и плотную соединительную ткань, пигментную, жировую, ретикулярную, эндотелиальную. Они отличаются друг от друга различным содержанием клеток и межклеточного вещества.

В рыхлой волокнистой соединительной ткани находятся различные клеточные элементы (фибробласты, макрофаги, плазматические, тучные клетки и др.) и переплетающиеся волокна. Располагается эта ткань преимущественно по ходу кровеносных сосудов.

Плотная волокнистая соединительная ткань может быть неоформленной (многочисленные соединительнотканные волокна густо переплетаются, а между ними содержится небольшое количество клеточных элементов, например, сетчатый слой кожи) и оформленной с упорядоченным расположением пучков волокон, определенным их направлением (связки, сухожилия).

Разновидностью соединительной ткани, состоящей из ретикулярных клеток и ретикулярных волокон, является ретикулярная соединительная ткань. Она образует остов кроветворных органов и органов иммунной системы (костный мозг, тимус, селезенка, лимфатические узлы, групповые и одиночные лимфоидные узелки). В петлях, образованных ретикулярной тканью, располагаются кровообразующие и иммунокомпетентные клетки. Жировая ткань образуется под кожей, особенно развита она под брюшиной, в сальнике. Формируется жировая ткань при накоплении липидных (жировых) включений в цитоплазме фибробластов – молодых клеток рыхлой волокнистой соединительной ткани.

Хрящевая ткань (рис.7) широко представлена в теле человека. Она состоит из хрящевых клеток (хондроцитов) и основного вещества, находящегося в состоянии геля. Эта ткань составляет хрящи, которые входят в состав различных частей скелета и выполняют опорную функцию, а также является исходной тканью для развития в процессе эмбриогенеза трубчатых костей скелета плода.

В теле человека различают три основных вида хрящевой ткани: гиалиновую, эластическую и волокнистую, образующей соответствующие хрящи.

Гиалиновый хрящ полупрозрачный, снаружи покрыт надхрящницей, которая продуцирует молодые хрящевые клетки. Из гиалинового хряща построены суставные хрящи, хрящи ребер, эпифизарные хрящи.

Волокнистый хрящ отличается тем, что в его основном веществе содержится большое количество коллагеновых волокон, которые придают такому хрящу повышенную прочность. Из волокнистого хряща построены фиброзные кольца межпозвоночных дисков, внутрисуставные диски и мениски. Он покрывает суставные поверхности височно-нижнечелюстного и грудино-ключичного суставов.

Эластический хрящ имеет желтоватый цвет, в его основном веществе много переплетающихся эластических волокон. Этот хрящ отличается упругостью. Из него построены клиновидные и рожковидные хрящи гортани, голосовой отросток черпаловидных хрящей, надгортанник, ушная раковина, хрящевая часть слуховой трубы и наружного слухового прохода.

Рис. 7. Хрящевая ткань.

Костная ткань образует кости скелета, который выполняет функции опоры, защиты, движения. Она является депо минеральных солей, участвует в кроветворении (во внутрикостных полостях содержится красный и желтый костный мозг). Желтый костный мозг играет важную роль в обмене веществ, а в красном костном мозге осуществляется кроветворение.

Рис. 8. Костная ткань:

1-остеон, 2-гаверсов канал, 3-кровеносные сосуды, 4-костные пластинки.

В костной ткани различают три вида клеток: остеоциты, остеобласты и остеокласты. Функция этих клеток многообразна: создание нового и разрушение старого костного вещества, обеспечение стабильности обмена веществ в костной ткани и др. Молодые остеобласты образуют межклеточное вещество кости. Они располагаются в ее поверхностном богатом сосудами слое – надкостнице. "Повзрослев", остеобласты переходят в состав самой кости, превращаясь в остеоциты. Остеокласты являются разрушителями старой кости. Межклеточное вещество костной ткани содержит небольшое количество органических веществ, в частности коллагеновых волокон. Аморфный компонент практически отсутствует. Вместо него в кости расположены неорганические соли, в частности, много солей кальция, фосфора, микроэлементы.

Кость состоит из компактного и губчатого веществ. Структурной единицей кости является остеон или гаверсова система. Это система костных пластинок, концентрически расположенных вокруг гаверсова канала, содержащего сосуды и нервы (рис. 8).

Кровь и лимфа. Кровь представляет собой жидкую ткань, обеспечивающую постоянство внутренней среды организма и состоящую из плазмы (межклеточного вещества) и взвешенных в ней форменных элементов, которые развиваются не в сосудах, а в кроветворных органах.

Рис. 9. Состав крови.

К форменным элементам относятся эритроциты или красные кровяные тельца, лейкоциты или белые кровяные тельца и кровяные пластинки или тромбоциты. Форменные элементы составляют 40-45%, а плазма – 55-60% от объема крови (рис. 9). В организме человека массой 70 кг содержится в среднем 5,5-6 литров крови. Кровь циркулирует в кровеносных сосудах и отделена от других тканей сосудистой стенкой, однако форменные элементы и плазма могут переходить в соединительную ткань, окружающую сосуды.

Функции крови:

- трофическая – кровь переносит питательные вещества, полученные с пищей, и удаляет продукты обмена;

- участие в газообмене – кровь доставляет к тканям кислород, а в кровь из тканей поступает углекислый газ;

- защитная – лейкоциты участвуют в поглощении попадающих в организм вредных веществ и микробов (фагоцитоз);

- транспортная – по сосудистой системе разносятся гормоны, ферменты и т.д.;

- экскреторная – с кровью удаляются продукты жизнедеятельности клеточных элементов и переносятся к экскреторным органам (почкам).

Плазма крови – это жидкое межклеточное вещество, состоящее из воды (до 90%), смеси белков, жиров, солей, гормонов, ферментов и растворенных газов, а также конечных продуктов обмена, которые выделяются из организма почками и отчасти кожей.

Эритроциты – это высокодифференцированные клетки, которые не содержат ядер и отдельных органелл и неспособны к делению. Продолжительность жизни эритроцита равна 2-3 месяцам. Количество эритроцитов в крови изменчиво, оно подвержено индивидуальным, возрастным, суточным и климатическим колебаниям. В норме у здорового человека количество эритроцитов колеблется от 4,5 до 5,5 миллионов в одном кубическом миллиметре.

Эритроциты содержат сложный белок – гемоглобин. Он обладает способностью легко присоединять и отщеплять кислород и углекислоту. В легких гемоглобин отдает углекислоту и присоединяет кислород. Кислород доставляется к тканям, а от них забирается углекислота. Следовательно, эритроциты в организме осуществляют газообмен.

Лейкоциты развиваются в красном костном мозге, лимфатических узлах и селезенке и в зрелом состоянии поступают в кровь. Количество лейкоцитов в крови взрослого человека колеблется от 6000 до 8000 в одном кубическом миллиметре. Лейкоциты способны к активному передвижению. Прилипая к стенке капилляров, они проникают сквозь щели между клетками эндотелия в окружающую рыхлую соединительную ткань. Процесс выхода лейкоцитов из кровеносного русла называется миграцией.

Лейкоциты содержат ядро, величина, форма и строение которого разнообразны. На основании особенностей строения цитоплазмы различают две группы лейкоцитов: незернистые лейкоциты (лимфоциты и моноциты) и зернистые лейкоциты (нейтрофильные, базофильные и эозинофильные), содержащие в цитоплазме зернистые включения. Местом размножения зернистых лейкоцитов является костный мозг, а лимфоцитов – лимфатические узлы.

Одной из главных функций лейкоцитов является защита организма от микробов и различных инородных тел, образование антител. Учение о защитной функции лейкоцитов было разработано И.И.Мечниковым. Клетки, захватывающие инородные частицы или микробы, были названы фагоцитами, а процесс поглощения – фагоцитозом. К незернистым лейкоцитам относятся лимфоциты, среди которых различают Т- и В-лимфоциты. Они участвуют в образовании антител при введении в организм чужеродного белка (антигена) и обусловливают иммунитет организма.

Тромбоциты или кровяные пластинки играют важную роль в свертывании крови при нарушении целостности кровеносных сосудов. Уменьшение их количества в крови вызывает замедленное ее свертывание. Резкое понижение свертывания крови наблюдается при гемофилии, которая передается по наследству через женщин, а болеют только мужчины.

Лимфа – бесцветная, слегка мутноватая жидкость. Она состоит из плазмы и клеток, преимущественно лимфоцитов. Количество лимфоцитов в периферической лимфе (до прохождения ее через лимфатические узлы) значительно меньше, чем в центральной (прошедшей через один или несколько лимфатических узлов). Эритроциты в лимфе в норме не содержатся.

Кровь и лимфа являются тканями, составляющими внутреннюю среду организма, обеспечивающую наилучшие условия для его жизнедеятельности.

Мышечные ткани. Основным свойством любой мышечной ткани является способность к сокращению, что лежит в основе всех двигательных процессов в организме. Сократительными элементами мышечных тканей являются миофибриллы.

Различают три вида мышечной ткани: гладкую, поперечнополосатую скелетную и поперечнополосатую сердечную (рис. 10).

Гладкая (неисчерченная) мышечная ткань состоит из веретенообразных клеток. Эти клетки образуют мышечные слои в стенках кровеносных и лимфатических сосудов, в стенках полых органов (желудок, кишечник, мочевыводящие пути, матка и т.д.). Сокращение неисчерченной мышечной ткани происходит медленно, непроизвольно (иннервируется вегетативной нервной системой). Исключение составляют мышцы радужки глаза, они сокращаются быстро, поэтому зрачок мгновенно реагирует на свет (суживается или расширяется).

Рис. 10. Виды мышечной ткани.

Скелетная (исчерченная, поперечнополосатая) мышечная ткань составляет стенки тела, входит в состав некоторых внутренних органов (язык, глотка, верхний отдел пищевода и др.), формирует мускулатуру опорно-двигательного аппарата, благодаря которому осуществляются различные движения, в том числе и спортивные. Она состоит из многоядерных исчерченных мышечных волокон, в которых чередуются темные и светлые участки (полоски, диски), обладающие различными светопреломляющими свойствами. Скорость сокращения этой мышечной ткани велика и контролируется сознанием.

Сердечная поперечнополосатая мышечная ткань, состоящая из сердечных миоцитов, образует мускулатуру сердца. По своему микроскопическому строению сердечная мышечная ткань похожа на скелетную, однако, сокращения сердечной мышцы непроизвольные.

Нервная ткань состоит из нервных клеток (нейронов) и нейроглии, которая осуществляет опорную, трофическую и защитную функции.

Рис. 11.Нервная клетка.

Нейрон (нейроцит) – это специализированная клетка, способная принимать, обрабатывать, кодировать, передавать и хранить информацию, реагировать на раздражения, устанавливать контакты с другими нейронами и клетками органов. Проникая своими разветвлениями во все органы и ткани, нервные клетки связывают все части организма человека в единое целое, контролируя его. Нейрон имеет тело и отходящие от него отростки двух типов: короткие древовидно ветвящиеся отростки – дендриты и один длинный отросток – аксон (рис. 11).

По аксону нервный импульс движется от тела нервной клетки к рабочим органам – мышце, железе или к следующей нервной клетке. Дендриты воспринимают нервное раздражение и проводят нервный импульс к телу нейрона. По количеству отростков, отходящих от тела клетки, выделяют униполярные нейроны (с одним отростком), биполярные (с двумя отростками), псевдоуниполярные и мультиполярные (с несколькими отростками) (рис. 12). Основные свойства нервной ткани – раздражимость и проводимость.