Клетки лангерганса гистология. Клетки лангерганса. Типы островковых клеток и их функции

Его связывает особая структура — базальная мембрана . Она напоминает коврик, сплетенный из белковых волокон и пропитанный гелеобразным веществом. Волокна базальной мембраны, как и волокна дермы, образованы , но по своей структуре коллаген базальной мембраны и коллаген межклеточного вещества дермы различаются. Базальная мембрана — очень важное образование. Она служит фильтром, который не пропускает крупные заряженные молекулы, а также выполняет роль связующей среды между дермой и эпидермисом. На базальной мембране находится слой зародышевых клеток, которые непрестанно делятся, обеспечивая обновление кожи. Среди зародышевых клеток располагаются крупные отростчатые клетки — меланоциты и клетки Лангерганса . Меланоциты производят гранулы пигмента меланина, который придает коже определенный оттенок, от золотистого до темного или даже черного.

Клетки Лангерганса происходят из семейства . Подобно макрофагам дермы они исполняют роль стражей порядка, то есть защищают кожу от внешнего вторжения и управляют деятельностью других клеток с помощью регуляторных молекул. Отростки клеток Лангерганса пронизывают все слои эпидермиса, достигая уровня рогового слоя. Клетки Лангерганса могут уходить в дерму, проникать в лимфатические узлы и превращаться в макрофаги. Это привлекает к ним большое внимание ученых как к связующему звену между всеми слоями кожи. Есть мнение, что клетки Лангерганса регулируют скорость размножения клеток базального слоя , поддерживая его на оптимально низком уровне. При стрессовых воздействиях, когда на поверхность кожи действуют химические или физические травмирующие факторы, клетки Лангерганса дают базальным клеткам эпидермиса сигнал к усиленному делению.

Основными клетками эпидермиса являются кератиноциты , которые повторяют в миниатюре путь каждого живущего на земле организма. Они рождаются, проходят определенный путь развития и, в конце концов, умирают (рис. 1). Смерть кератиноцитов — запрограммированный процесс, который является логическим завершением их жизненного пути. Оторвавшись от базальной мембраны, они вступают на путь неизбежной гибели и, постепенно продвигаясь к поверхности кожи, превращаются в мертвую клетку — корнеоцит (роговая клетка) .

Непрерывный процесс гибели отдельных клеток позволяет коже противостоять самым жестким воздействиям со стороны окружающей среды. Нет ничего страшного в том, что какая-то группа кератиноцитов окажется серьезно повреждена. Очень скоро они превратятся в роговые чешуйки и слетят с поверхности кожи, сделав свой вклад в образование бытовой пыли.

Но иногда в результате воздействия вредных факторов происходит нарушение в программах, которые управляют развитием эпидермальной клетки. Клетка надолго застревает на одной из промежуточных стадий развития. Вместо того чтобы постепенно подниматься к поверхности кожи, превращаясь в роговую чешуйку, клетка живет где-нибудь на среднем уровне эпидермиса. Там она может находиться длительное время (месяцы или даже годы), постепенно накапливая повреждения. Эти повреждения могут вызвать гибель клетки, нарушение ее нормального функционирования и даже злокачественное перерождение. В результате клетка дает начало опухоли, состоящей из незрелых клеток, неспособных адекватно выполнять свои функции. Эти клетки начинают вести себя агрессивно по отношению к своим соседям — они вытесняют нормальные клетки, постепенно дезорганизуя деятельность прилегающих тканей и всего организма.

Но даже в случае отсутствия злокачественного роста накопление клеток-долгожителей в эпидермисе имеет серьезные последствия. Их генетический аппарат производит такое количество дефектных белков, что, в конце концов, это сказывается и на остальных клетках. Нарушения в эпидермисе, вызванные накоплением повреждений в его клетках, могут проявиться в виде:

замедления деления клеток базального слоя . При этом постепенно происходит общее уменьшение толщины эпидермиса, а кожа выглядит тусклой и изношенной . В таких случаях стимуляция деления клеток базального слоя приводит к быстрому улучшению цвета лица;

утолщения рогового слоя (гиперкератоз) . Это происходит вследствие того, что роговые чешуйки, которые должны были слущиваться с поверхности кожи, остаются плотно сцепленными друг с другом. Роговой слой существенно утолщается, что придает коже пергаментный вид. Устранить это нарушение помогают отшелушивающие агенты, которые ослабляют сцепление между клетками рогового слоя.

Как уже было сказано, на базальной мембране сидят зародышевые клетки. Их отличительной особенностью является способность к бесконечному (или почти бесконечному) делению. Считается, что популяция активно делящихся клеток расположена в тех участках базальной мембраны, где эпидермис углублен в дерму. К старости эти углубления сглаживаются, что считается признаком истощения зародышевой популяции клеток кожи. Клетки базального слоя кожи делятся, порождая потомков, похожих на материнские клетки как две капли воды. Но рано или поздно некоторые из дочерних клеток отрываются от базальной мембраны и вступают на путь взросления, ведущий к гибели. В конце концов кератиноцит превращается в корнеоцит — плоскую чешуйку. Завершение этого процесса происходит в самом верхнем слое кожи, который называют роговым. Роговой слой, состоящий из мертвых клет ок, является основой нашей кожи.

Благодарим издательский дом «Косметика и медицина» за право использовать при подготовке курса информацию из книги «Новая косметология».

На картинке рядом с текстом представлено обобщенное описание эндокринных клеток островка Лангерганса , без указания их реальной позиции внутри него. На рисунке показана также структура фенестрированных капилляров и присутствующих в околокапиллярном пространстве автономных нервных волокон (HB) и нервных окончаний (НО).

А-клетки (А) - аргирофильные полигональные элементы с глубоко инвагинированным ядром, заметным ядрышком и в основном хорошо развитыми органеллами. Несколько лизосом и пигментных гранул может также присутствовать в цитоплазме. Характерной особенностью А-клеток является наличие окруженных одинарной мембраной секреторных гранул (АСГ), достигающих около 300 нм в диаметре. Гранулы возникают из комплекса Гольджи (Г), их содержимое выбрасывается из тела клетки путем экзоцитоза. В течение этого процесса мембрана гранулы сливается с плазмолеммой А-клетки, ориентированной по направлению к капилляру (Кап). Гранула высвобождается между базальной мембраной (БМЭ) эндокринной клетки и собственно эндокринной клеткой. Только в этом узком пространстве находится содержимое гранул в форме видимых маленьких пузырьков. Это содержимое становится неразличимым в околокапиллярном пространстве (ОП), т. е. в пространстве между базальной мембраной эндокринной клетки и капиллярной базальной мембраной (БМК). А-клетки продуцируют глюкагон.

В-клетки (Б) - полигональные клетки с овальным и часто инвагинированным ядром и массивным ядрышком. Цитоплазма содержит хорошо развитый комплекс Гольджи (Г), большие многочисленные митохондрии, несколько коротких цистерн гранулярной эндоплазматической сети и рибосомы. Многочисленные секреторные гранулы (БСГ) диаметром около 200 нм, ограниченные одинарными мембранами, происходят из комплекса Гольджи. Гранулы содержат осмиофильное «ядро», в котором могут обнаруживаться один или несколько политональных кристаллов. Сначала гранулы достигают околокапиллярного пространства путем экзоцитоза, как описано для А-клеток, и затем - капилляров. В-клетки синтезируют инсулин.

D-клетки (Д) - овальные или полигональные клетки с округлым ядром и хорошо развитыми митохондриями и комплексом Гольджи (Г). Другие органеллы также ясно видимы. Из комплекса Гольджи выделяются окруженные одинарной мембраной секреторные гранулы (ДСГ) диаметром 220-350 нм, наполненные гранулярным, умеренно осмиофильным материалом, который экскретируется из тела клетки путем экзоцитоза, как описано для А-клеток. D-клетки продуцируют соматостатин и гастрин. Они являются типом APUD-клеток.

РР-клетки (ПП), или F-клетки , - эндокринные клетки островков Лангерганса , не только находящиеся в юкстадуоденальных панкреатических островках, но также ассоциированные с панкреатическими ацинарными клетками и клетками, выстилающими маленькие и среднего размера экскреторные протоки. РР-клетки имеют округлое или эллиптическое ядро, митохондрии, умеренно развитый комплекс Гольджи, короткие цистерны гранулярной эндоплазматической сети и большое количество маленьких, окруженных одинарной мембраной секреторных гранул (ППСГ) диаметром 140-120 нм с гомогенным содержимым. РР-клетки синтезируют панкреатические полипептиды.

Глюкагон - это гормон, который стимулирует печеночный глюконеогенез. Инсулин - гормон, стимулирующий получение клетками глюкозы (гепатоциты , скелетные мышечные волокна). Соматостатин - гормон, ингибирующий (подавляющий) освобождение глюкагона и гормона роста, а также панкреатическую секрецию. Панкреатический полипептид - это гормон, который тормозит панкреатическую экзокринную секрецию и продукцию желчи.

Островки Лангерганса - один из структурных элементов поджелудочной железы, на долю которого у взрослого человека приходится около 2% ее массы. У детей этот показатель достигает 6%. Общее количество островков от 900 тысяч до миллиона. Они разбросаны по всей железе, однако наибольшее скопление рассматриваемых элементов наблюдается в хвостовой части органа. С возрастом количество островков неуклонно уменьшается, что становится причиной развития диабета у пожилых людей.

Визуализация островка Лангерганса

Эндокринные островки поджелудочной железы состоят из 7 разновидностей клеток: пяти основных и двух вспомогательных. К массе основных относят альфа, бета, дельта, эпсилон и PP клетки, к числу дополнительных - D1 и энтерохромаффинные их разновидности. Последние свойственны железистому аппарату кишечника и в составе островков встречаются не всегда.

Сами по себе клеточные островки имеют сегментарное строение и состоят из долек, разделенных между собой капиллярами. В центральных дольках преимущественно локализуются бета-клетки, в периферических - альфа и дельта. Остальные типы клеточных образований разбросаны по островку в хаотичном порядке. По мере роста лангергансового участка в нем уменьшается количество бета-клеток и увеличивается популяция их альфа-разновидности. Средний диаметр молодой зоны Лангерганса составляет 100 мкм, зрелой - 150-200 мкм.

На заметку: не следует путать зоны и клетки Лангерганса. Последние являются эпидермальными макрофагами, захватывают и транспортируют антигены, опосредованно участвуя в развитии иммунного ответа.

Функции

Строение молекулы инсулина – основного гормона, синтезируемого зоной Лангерганса

Зоны Лангерганса в комплексе представляют собой гормонопродуцирующую часть поджелудочной железы. При этом каждый вид клеток продуцирует свой гормон:

Альфа-клетки синтезируют глюкагон - пептидный гормон, путем связывания со специфическими рецепторами запускающий процесс разрушения гликогена, накопленного в печени. При этом в крови повышается уровень сахара.
Бета-клетки создают инсулин, который влияет на усвоение сахаров, поступающих в кровь из пищи, увеличивает проницаемость клеток для молекул углеводов, способствует образованию и накоплению гликогена в тканях, обладает антикатаболическим и анаболическим действием (стимуляция синтеза жиров и белков).
Дельта-клетки отвечают за выработку соматостатина - гормона, угнетающего секрецию тиреотропного, а также части продуктов самой поджелудочной железы.
PP-клетки продуцируют панкреатический полипептид - вещество, действие которого направлено на стимуляцию выработки желудочного сока и частичное подавление функций островков.
Эпсилон-клетки образуют грелин - гормон, способствующий появлению чувства голода. Помимо структур железы, это вещество вырабатывается в кишечнике, плаценте, легких, почках.

Все из перечисленных гормонов так или иначе влияют на углеводный обмен, способствуя снижению или повышению уровня глюкозы в крови. Поэтому основной функцией островков является поддержание в организме адекватной концентрации свободных и депонированных углеводов.

Помимо этого, вещества, секретируемые поджелудочной железой, влияют на формирование мышечной и жировой массы, работу некоторых структур головного мозга (подавление секреции гипофиза, гипоталамуса).

Болезни поджелудочной железы, протекающие с поражением зон Лангерганса

Локализация поджелудочной железы – «завода» по производству инсулина и объекта трансплантации при сахарном диабете

Клетки островка Лангерганса в поджелудочной железе могут разрушаться при следующих патологических воздействиях и болезнях:

Острые экзотоксикозы;
Эндотоксикозы, связанные с некротическими, инфекционными или гнойными процессами;
Системные заболевания (красная волчанка системного типа, ревматизм);
Панкреонекроз;
Аутоиммунные реакции;
Пожилой возраст.
Онкологические процессы.

Патология островковых тканей может протекать с их разрушением или разрастанием. Разрастание клеток происходит при опухолевых процессах. При этом сами опухоли являются гормонопродуцирующими и получают названия в зависимости от того, какой именно гормон вырабатывают (соматотропинома, инсулинома). Процесс сопровождается клиникой гиперфункции железы.

При деструкции железы критической считается потеря более чем 80% островков. При этом инсулина, который вырабатывают оставшиеся структуры, не хватает для полноценной переработки сахаров. Развивается диабет первого типа.

На заметку: СД 1-го и 2-го типов - разные болезни. При втором типе патологии рост уровня сахара связан с невосприимчивостью клеток к инсулину. Сами по себе зоны Лангерганса при этом функционируют без сбоев.

Разрушение гормонообразующих структур поджелудочной железы и развитие диабета характеризуется появлением у больного таких симптомов, как постоянная жажда, сухость во рту, полиурия, тошнота, нервная возбудимость, плохой сон, потеря веса на фоне удовлетворительного или усиленного питания. При значительном повышении уровня сахара (30 и более ммоль/литр при норме 3.3-5.5 ммоль/литр) появляется ацетоновый запах изо рта, нарушается сознание, развивается гипергликемическая кома.

До недавнего времени единственным методом лечения диабета являлись пожизненные ежедневные инъекции инсулина. Сегодня гормон поставляется в организм больного с помощью инсулиновых помп и других устройств, не требующих постоянного инвазивного вмешательства. Помимо этого, активно развиваются методики, связанные с пересадкой больному поджелудочной железы полностью или ее гормонопродуцирующих участков по отдельности.

Как стало понятно из вышесказанного, островки Лангерганса вырабатывают несколько жизненно важных гормонов, осуществляющих регуляцию углеводного обмена и анаболических процессов. Деструкция этих зон приводит к развитию тяжелой патологии, связанной с необходимостью пожизненной гормональной терапии. Во избежание подобного развития событий следует избегать чрезмерного потребления алкоголя, своевременно лечить инфекции и аутоиммунные заболевания, посещать врача при первых симптомах поражения поджелудочной железы.

Островки в поджелудочной железе были обнаружены в 1860 г. Лангергансом, однако он даже не представлял себе, какова их функция…

Когда Орци и др. обнаружили в клетках панкреатических островков соматостатин , это привело к переоценке всей микроанатомии островков. Было установлено, что альфа-, бета- и дельта-клетки в клетках Лангерганса человека и крысы расположены определенным образом. В поверхностном корковом слое альфа- и дельта-клетки лежат вперемешку и прилегают к наружному слою бета-клеток. «Мозговой слой», или сердцевина островка, полностью состоят из бета-клеток. В нормальных панкреатических островках бета-клетки составляют большую часть – 60%, альфа-клетки – 25%, а дельта-клетки – 10% всей клеточной популяции.

В некоторых условиях обычное соотношение типов клеток меняется. При гипертрофии клеток Лангерганса, вызванной ожирением или постоянным введением глюкокортикоидов, доля бета-клеток возрастает, а других – наоборот, снижается. В то же время при ювенильном диабете число бета-клеток снижено, тогда как количество глюкагон- и соматостатин-секретирующих клеток увеличено. С другой стороны, при диабете взрослых уменьшается число соматостатин-секретирующих клеток. Показано, что в корковом слое клеток Лангерганса вблизи двенадцатиперстной кишки синтезируется и четвертый пептид. Это вещество получило название «панкреатический полипептид»; его мол. масса – примерно 4200. Функция панкреатического полипептида неизвестна, но при диабете отмечена гиперплазия синтезирующих его клеток.

Взаимодействия между клетками Лангерганса

Взаимодействия между клетками Лангерганса чрезвычайно разнообразны: одни клетки образуют с соседними плотные контакты, тогда как другие соединяются щелевыми контактами. Щелевые контакты обладают низким сопротивлением и обеспечивают непрерывность цитоплазмы соседних клеток; через них вещества с мол. массой до 800 могут свободно перемещаться из клетки в клетку. Такие щели существуют не только между клетками одного типа (бета-бета), но и между клетками разных типов (альфа-дельта; aльфа-бета), и поэтому многие клетки могут одновременно получать общую информацию и реагировать на нее совместно (как клеточная колония).

Исследования клеток Лангерганса показывают, что волны деполяризации легко распространяются от одной клетки к другой. При высокой концентрации глюкозы в среде краситель распространялся в большем числе соседних клеток, чем при низкой концентрации. Это указывает на усиление межклеточной коммуникации в присутствии секреторного стимула. В панкреатических островках гормоны клеток одного типа влияют на секреторную активность клеток другого типа. К известным потенциально паракринным эффектам гормонов поджелудочной железы относятся следующие: ингибирует секреторную активность альфа-клеток; глюкагон стимулирует секреторную активность бета- и дельта-клеток; соматостатин ингибирует секреторную активность альфа- и бета-клеток.

На основании морфологических и функциональных взаимоотношений островковых клеток Орци, Унгер и их сотр. предположили, что островок Лангерганса представляет собой маленький орган, все клетки которого координированно отвечают на многие секреторные и ингибиторные стимулы. Согласно этой точке зрения, гормональная реакция панкреатического островка – это комплекс ответных реакций всех клеток Лангерганса не только на поступающие к ним гуморальные и нервные сигналы, но и а паракринные влияния, которые они оказывают друг на друга. Островок Лангерганса не только работает лучше искусственной железы, ну и служит микроминиатюрным средством, обеспечивающим большинству людей независимое существование в течение всей жизни.

Не следует путать с клетками Лангерганса - клетками эпидермальных тканей.

Островки Лангерганса - скопления гормон-продуцирующих (эндокринных) клеток, преимущественно в хвосте поджелудочной железы. Открыты в 1869 году немецким патологоанатомом Паулем Лангергансом (1849-1888). Островки составляют приблизительно 1…2 % массы поджелудочной железы. Поджелудочная железа взрослого здорового человека насчитывает около 1 миллиона островков (общей массой от одного до полутора граммов), которые объединяют понятием орган эндокринной системы .

Историческая справка

Пауль Лангерганс, будучи студентом-медиком, работая у Рудольфа Вирхова, в 1869 году описал скопления клеток в поджелудочной железе, отличавшиеся от окружающей ткани, названные впоследствии его именем. В 1881 году К. П. Улезко-Строганова впервые указала на эндокринную роль этих клеток. Инкреаторная функция поджелудочной железы была доказана в Страсбурге (Германия) в клинике крупнейшего диабетолога Наунина Mering и Minkowski в 1889 году - открыт панкреатический диабет и впервые доказана роль поджелудочной железы в его патогенезе. Русский учёный Л. В. Соболев (1876-1919) в диссертации «К морфологии поджелудочной железы при перевязке её протока при диабете и некоторых других условиях» показал, что перевязка выводного протока поджелудочной железы приводит ацинозный (экзокринный) отдел к полной атрофии, тогда как панкреатические островки остаются нетронутыми. На основании опытов Л. В. Соболев пришёл к выводу: «функцией панкреатических островков является регуляция углеводного обмена в организме. Гибель панкреатических островков и выпадение этой функции вызывает болезненное состояние - сахарное мочеизнурение».

В дальнейшем благодаря ряду исследований, проведенных физиологами и патофизиологами в различных странах (проведение панкреатэктомии, получение избирательного некроза бета-клеток поджелудочной железы химическим соединением аллоксаном), получены новые сведения об инкреаторной функции поджелудочной железы.

В 1907 году Lane & Bersley (Чикагский университет) показали различие между двумя видами островковых клеток, которые они назвали тип A (альфа-клетки) и тип B (бета-клетки).

В 1909 году бельгийский исследователь Ян де Мейер предложил называть продукт секреции бета-клеток островков Лангерганса инсулином (от лат. insula - островок). Однако прямых доказательств продукции гормона, влияющего на углеводный обмен, обнаружить не удавалось.

В 1921 году в лаборатории физиологии профессора J. Macleod в Торонтском университете молодому канадскому хирургу Фредерику Бантингу и его ассистенту студенту-медику Чарлзу Бесту удалось выделить инсулин.

В 1962 году Марлин и соавторы обнаружили, что водные экстракты поджелудочной железы способны повышать гликемию. Вещество, вызывающее гипергликемию, назвали «гипергликемическим-гликогенолитическим фактором». Это был глюкагон - один из основных физиологических антагонистов инсулина.

В 1967 году Донатану Стейнеру и соавторам (Чикагский университет) удалось обнаружить белок-предшественник инсулина - проинсулин. Они показали, что синтез инсулина бета клетками начинается с образования молекулы проинсулина, от которой в последующем по мере необходимости отщепляется С-пептид и молекула инсулина.

В 1973 году Джоном Энсиком (Вашингтонский университет), а также рядом учёных Америки и Европы была проведена работа по очистке и синтезу глюкагона и соматостатина.

В 1976 году Gudworth & Bottaggo открыли генетический дефект молекулы инсулина, обнаружив два типа гормона: нормальный и аномальный. последний является антагонистом по отношению к нормальному инсулину.

В 1979 году благодаря исследованиям Lacy & Kemp и соавторов появилась возможность пересадки отдельных островков и бета-клеток, удалось отделить островки от экзокринной части поджелудочной железы и осуществить трансплантацию в эксперименте. В 1979-1980 гг. при трансплантации бета-клеток преодолён видоспецифический барьер (клетки здоровых лабораторных животных имплантированы больным животным другого вида).

В 1990 году впервые выполнена пересадка панкреатических островковых клеток больному сахарным диабетом.

Типы клеток

Альфа-клетки

Основная статья: Альфа-клетка

Альфа-клетки составляют 15…20 % пула островковых клеток - секретируют глюкагон (естественный антагонист инсулина).

Бета-клетки

Основная статья: Бета-клетка

Бета-клетки составляют 65…80 % пула островковых клеток - секретируют инсулин (с помощью белков-рецепторов проводит глюкозу внутрь клеток организма, активизирует синтез гликогена в печени и мышцах, угнетает глюконеогенез).

Дельта-клетки

Основная статья: Дельта-клетка

Дельта-клетки составляют 3…10 % пула островковых клеток - секретируют соматостатин (угнетает секрецию многих желез);

ПП-клетки

Основная статья: PP-клетка

ПП-клетки составляют 3…5 % пула островковых клеток - секретируют панкреатический полипептид (подавляет секрецию поджелудочной железы и стимулирует секрецию желудочного сока).

Эпсилон-клетки

Основная статья: Эпсилон-клетка

Эпсилон-клетки составляют <1 % пула островковых клеток - секретируют грелин («гормон голода» - возбуждает аппетит).

Строение островка

Панкреатический островок является сложно устроенным функциональным микроорганом с определенным размером, формой и характерным распределением эндокринных клеток. Клеточная архитектура островка влияет на межклеточное соединение и паракринную регуляцию, синхронизирует высвобождение инсулина.

Долгое время считалось, что островки человека и экспериментальных животных сходны как по строению, так и по клеточному составу. Работы последнего десятилетия показали, что у взрослых людей преобладающим типом строения островков является мозаичный, при котором клетки всех типов перемешаны по всему островку, в отличие от грызунов, для которых характерен плащевой тип строения клеток, при котором бета-клетки формируют сердцевину, а альфа-клетки находятся на периферии. Однако, эндокринная часть поджелудочной железы имеет несколько типов организации: это могут быть единичные эндокринные клетки, их небольшие скопления, небольшие островки (диаметром < 100 мкм) и крупные (зрелые) островки.

Небольшие островки имеют у человека и грызунов одинаковое строение. Зрелые островки Лангерганса человека обладают выраженной упорядоченной структурой. В составе такого островка, окруженного соединительнотканной оболочкой, можно выявить дольки, ограниченные кровеносными капиллярами. Сердцевину долек составляет массив бета-клеток, на периферии долек в непосредственной близости с кровеносными капиллярами находятся альфа- и дельта-клетки. Таким образом, клеточная композиция островка зависит от его размера: относительное число альфа-клеток увеличивается вместе с размером островка, в то время как относительное число бета-клеток уменьшается.