Пшеничное поле

«И что вверху, то и внизу» - Гермес Трисмегист «Изумрудная скрижаль»

Если летним днём прийти на поле, засеянное пшеницей, то можно увидеть прекрасную картину – ветер, проносящийся над колосьями, будет сгибать их подобно морским волнам. В народе говорят, что это Матерь Хлебов ходит по своим пажитям и следит за тем, чтобы зерно наливалось силой Жизни. Однако, если мы возьмём микроскоп и посмотрим на слизистую дыхательного тракта, то сможем увидеть чрезвычайно сходную картину. Подчиняясь неведомому ритму, вся поверхность клеточного слоя, покрытая микроскопическими выростами, будет ритмично сгибаться в одну и ту же сторону, образуя волны, а потом распрямляться и повторять свой цикл движений. Тем не менее, стоит нарушиться температуре воздуха, кислотности среды или появиться какому-либо токсичному веществу, как все «колосья» сначала замрут, а потом и вовсе «завянут» как это происходит в полях при засухе. Что же за сила заставляет двигаться эти микроскопические «травинки», и какая «засуха» заставляет их опадать, а главное, что это значит для человеческой жизни?

Наверняка, читатели уже догадались, что разговор в данной заметке пойдёт о ресничках эпителиальных клеток дыхательного тракта. Так, в комментариях под одним из предыдущих очерков был задан очень правильный вопрос: «Сказано, что постоянное вдыхание горячего воздуха вредно, а что на счёт слишком холодного? Не такого уж и холодного, получается, всего лишь меньше 18 градусов (а такая температура большую часть года стоит). Или пока до туда вдыхаемый воздух дойдёт, уже согреется достаточно в любом случае? Или ресничкам вообще пофиг на холод, они не перенапрягаются». Ответ на него, на самом деле довольно прост – дыхательные пути человек устроены таким образом, что воздух практически любой температуры (ну если на брать совсем уж экстремальные условия сталелитейного цеха и полярной станции), пройдя через полость носа, носоглотку и трахею, приобретёт температуру тела (+/- пара градусов) и достаточную влажность, чтобы ворсинки работали нормально. Тем не менее, человек поразительное существо – что с ним не делай, он упорно ползёт на кладбище, подвергая себя воздействию экстремальных температур и веществ, с которыми ни одна, даже самая совершенная система защиты, не способна справиться. Но прежде, чем перейти к вопросу как и почему микроворсинки «вянут» и к чему это приводит, следует разобраться с тем, как это вообще работает.

Итак, как уже было сказано – ворсинки представляют собой выросты цитоплазматической мембраны, расположенные на свободной (обращённой к просвету полости органа) поверхности клеток некоторых типов. Клетки, оснащённые такими выростами, принято обозначать как реснитчатый эпителий (Рис. 1). Клетки такого типа широко распространены в организме человека – в первую очередь, мы встречаем их на поверхности дыхательного тракта, там они необходимы для очищения поверхности слизистой от механического загрязнения и микробных патогенов. Чуть меньше их на слизистой полового тракта – в семявыносящих протоках и фаллопиевых трубах. В первом случае они нужны для того, чтобы маленькие хвостатые ребята – сперматозоиды как можно быстрее прорвались к заветному призу эволюционной гонки, а во втором - чтобы этот самый заветный приз попал именно туда, где им суждено повстречаться и дать начало новой жизни. Кстати, направление движения сперматозоидов и движение ресничек слизистой фаллопиевых труб разнонаправленно, в результате чего хвостатым клеткам приходится прилагать двойные усилия в гонке. Как говорил Кристобаль Хунта - «Общение с девушками доставляет удовольствие лишь в тех случаях, когда достигается через преодоление препятствий…». Да-с... Но мы отвлеклись. Еще немного клеток данного типа можно, ВНЕЗАПНО, встретить в желудочках мозга, где их работа обеспечивает движение ликвора.

Но так или иначе, но не зависимо от расположения в организме устроены эти структуры одинаково. Они представляют собой выпячивания клеточной мембраны длиной 2 - 10 мкм и диаметром около 0,2 мкм. На поверхности одной клетки может быть «газон» из нескольких сотен таких выростов. Реснички погружены в слизь, которую секретируют другие типы клеток. Но что за волшебная пружина спрятана в них, что заставляет их синхронно изгибаться в едином направлении? Долгое время этот вопрос оставался тайной для человека. Всё изменилось только посте изобретения электронного микроскопа. Оказалось, что все органеллы движения (жгутики и реснички) у эукариотических организмов построены по единому чертежу. Внутри выпячивания мембраны расположены микротрубочки, построенные из белка тубулина (Рис. 2).

Тубулин – это основной белок клеточного скелета, именно благодаря ему происходит деление клетки и изменение её формы под действием внешних условий. С некоторой долей упрощения можно сказать, что ворсинки являются продолжением клеточного каркаса, своего рода кости руки, прикреплённые к осевому скелету. К основному цитоскелету основания тубулиновых микротрубочек прикреплены благодаря базальному тельцу (Рис. 3) – оно состоит из девяти триплетов микротрубочек, соединённых между собой с помощью специфического моторного белка денина, но о нём речь ещё впереди.

Кроме того, от базального тельца в направлении к микротрубочкам цитоплазмы прикрепляется базальная ножка, а в направлении мембраны тянутся т.н. базальные корешки (Рис. 4). Благодаря такому количеству связей обеспечивается надёжная фиксация реснички на поверхности клетки (Рис. 5).

От микротрубочек базального тельца в полость реснички растут тубулиновые микротрубочки, однако, если в базальном тельце расположено три триплета (27 микротрубочек), то непосредственно в ресничку заходят только две из каждого триплета – они называются периферическими, в центре же располагается ещё одна пара. Таким образом строение микротрубочек реснички описывается формулой (2 х 9) + 2 (Рис. 6).

Периферические микротрубочки принято обозначать как А (или полная) и В (или неполная). Такое деление связано с тем, что по В-трубочка имеет по 2 – 3 общих димера с А-трубочкой.

Центральная пара микротрубочек связана с периферическим с помощью т.н. Т-образных «радиальных спиц» - состоящих из 12 различных белков (7 в Т-образной головке и 5 в теле). Известно, что эта структура принимает активное участие в работе ресничек, поскольку мутантные клетки, лишённые этих структур или имеющие в их составе дефектные белки, имею неподвижные реснички, однако, как именно это происходит в настоящее время, не понятно.

В свою очередь периферические дуплеты связаны друг с другом благодаря белку нексину. А микротрубочка А – с микротрубочкой Б – благодаря белку денину. И вот пришла пора поговорить о нём.

Как уже было сказано выше, денин относится к группе моторных белков, т.е. способен преобразовывать энергию химических связей в механическую работу. Поскольку основной энергетической валютой для клетки является АТФ, то он обладает АТФазной активностью – отщепляя от молекулы АТФ остаток пирофосфата, высвобождается энергия, благодаря которой денин может менять свою конформацию и двигать микротрубочки относительно друг друга (Рис. 7).

Типичный денин имеет две «ноги», которые двигаются вдоль микротрубочки соседнего дуплета – при разложении АТФ – одна нога остаётся прикреплённой, а вторая отсоединяется и делает «шаг». Далее цикл повторяется. Ходьба организована так, что происходить только с одной стороны круга, поскольку все дуплеты соединены друг с другом. Благодаря этому механизму происходит сгибание всей реснички. В момент релаксации, ресничка распрямляется и возвращается в исходное положение. Благодаря этому удаётся добиться однонаправленного движения, что обеспечивает движение слизи в одном направлении (Рис. 8). Так, в дыхательных путях движение слизи идёт в направлении от наиболее мелких респираторных отделов – к наиболее крупный. Иными словами, от бронхов – к трахее. Оказавшись там, слизь раздражает кашлевые рецепторы, с кашлевыми толчками проталкивается в ротоглотку и проглатывается. В проглатывании такой слизи есть глубокий иммунологический смысл. Дело в том, что патогены, оказавшиеся в такой мокроте, не представляют опасности для организма, поскольку уже инактивированы, например, лизоцимом, однако, представляют интерес для иммунокомпетентных клеток в плане дрессировки. Их обломки служат прекрасным сырьём для синтеза специфических антител, и в следующий раз, если организм повстречается с этим патогенов в «товарном» - инфицирующем количестве - уже будет во всеоружии.

Однако, как любой сложный механизм, реснички слизистой дыхательного древа чрезвычайно хрупки, и повредить их – вопрос довольно несложный. Чем человек, собственно, регулярно и занимается. Так, среди повреждающих факторов числится температура, кислотность среды и химические вещества.

Воздействие высокой температуры воздуха бьёт сразу по двум точкам уязвимости – во-первых, слизистая элементарно пересыхает, а реснички могут работать только во влажной среде, а во-вторых, происходит денатурация белков, участвующих в организации реснички. Кислотность среды действует тоньше – дело в том, что денин, как и любой нормальный фермент, может работать только при определённых значениях рН (в его случае – это слабощелочная среда), при незначительных отклонениях от нормы его АТФазная активность сначала снижается, а потом и вовсе прекращается – без энергии нет движения. Так что все компоненты реснички могут быть в порядке, но движения происходить не будет. Этот процесс можно хорошо наблюдать при бактериальных инфекциях верхних дыхательных путей, когда, благодаря колонизации слизистой бактериями резко меняется рН и движения ресничек останавливаются.

Но самая любимая тема, это, безусловно, курение – в одной из предыдущих заметок было сказано, что температура на срезе сигареты достигает 300*С, а у фильтра – около 60*, однако, позвольте, при курении, например, кальяна – дым едва ли имеет температуру тела человека, а эффект ничуть не менее убийственный. В чём же дело? А дело в никотине – это вещество, наряду с некоторыми другими алкалоидами, просто парализует работу микротрубочек, за счёт чего снижается способность слизистой очищаться от механических частиц и микроорганизмов. При постоянном и длительном курении, снижается количество микроворсинок на слизистой дыхательных путей, что превращает её в накрытый стол для различных патогенов, которые беспрепятственно могут проникнуть в глубокие отделы дыхательных путей, а в совокупности с хроническим воспалением это приводит к ХОБЛ со всеми вытекающими. Кстати, на выработку слизи курение практически не влияет (а никотин даже несколько стимулирует этот процесс за счёт влияния на вегетативную нервную систему), и очищение респираторного тракта осуществляется, в основном, за счёт кашля – отсюда и берётся знаменитый «хрипунец» - кашель курильщика. Не стоит забывать и о том, что никотин проникает в кровь и даже через гематоэнцефалический барьер, снижая двигательную активность ресничек в половом тракте и желудочках мозга.

Но материя не была бы собой, если бы не ошибалась при формировании таких сложных структур на ранних этапах развития. К врождённым заболеваниям, приводящим к нарушению подвижности ресничек относится, например, синдром Картенгера, но о нём мы поговорим как-нибудь в другой раз.

Берегите свои реснички!

Список использованной литературы:

1. Биология Campbell в трёх томах, том 1. Химия жизни. Клетка. Генетика. Пер. с англ. – СПб: «Диалектика», 2021

2. Быков В.Л. Частная гистология человека (краткий обзорный курс). 2-е изд. – СПб.: СОТИС, 1997

3. Кузнецов С.Л. Гистология, цитология и эмбриология: Учебник / С.Л. Кузнецов, Н.Н. Мушкабаров. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2016

4. М.Р. Сапин, Г.Л. Билич. Анатомия человека /3-е издание исправленное и дополненное/ Том II. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012

5. Тортора, Джерард. Анатомия. Физиология : Фундаментальные основы : [перевод с английского] / Джерард Тортора. Брайан Дерриксон. – 15-е издание. – М.: Эксмо, 2023

6. А. Хэм, Д. Кормак. Гистология /пер. с англ. Л.И. Вайсфельд, кбн В.А. Отрощенко. Под ред. дмн Ю.И. Афанасьева, дбн Ю.С. Ченцова/ - М.: МИР – 1983

Текст:

Редактура:

Источник: vk.com

Комментарии: