Клетки, ткани

Клетка, cellula, — это элементарная частица живого организма. Проявление свойств жизни, таких, как воспроизведение (размножение), обмен веществ и др., осуществляется на клеточном уровне и протекает при непосредственном участии белков — основных элементов клеточных структур. Ф. Энгельс писал: "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается жизнь...". Каждая клетка представляет собой сложную систему, содержащую ядро и цитоплазму с включенными в нее органеллами.

Клетка является микроскопическим образованием. Величина ее от нескольких микрометров (малые лимфоциты) до 200 мкм (яйцеклетка). Форма клеток также различна. В организме человека имеются шаровидные, веретеновидные, чешуйчатые (плоские), кубические, столбчатые (призматические), звездчатые, отростчатые (древовидные) клетки. Некоторые клетки (например, нейроны) вместе с отростками достигают в длину 1,5 м и более.

Построена клетка сложно. Внешняя клеточная мембрана, или клеточная оболочка, - плазмалемма — отграничивает содержимое клетки от внеклеточной среды. Эта оболочка является полупроницаемой биологической мембраной, состоящей из наружной, промежуточной и внутренней пластинок. По своему составу клеточная оболочка представляет собой сложный липопротеиновый комплекс. Через внешнюю клеточную мембрану осуществляются транспорт веществ внутрь клетки и из нее и взаимодействие клетки с соседними клетками и межклеточным веществом.

Внутри клетки располагается ядро, nucleus (греч. karion), которое хранит генетическую информацию и участвует в синтезе белка. Обычно ядро круглое или овоидное. В плоских клетках ядро уплощенной формы, в клетках белой крови (лейкоциты) — палочковидное или бобовидное. У человека эритроциты, кровяные пластинки (тромбоциты) ядра не имеют. Ядро покрыто ядерной оболочкой, nucleolemma, представленной наружной и внутренней ядерными мембранами, между которыми находится узкое перинуклеарное пространство. Заполнено ядро нуклеоплазмой, nucleoplasma, в которой содержатся ядрышко, nucleolus, одно или два, и хроматин в виде плотных зернышек или лентовидных структур. Ядро окружено цитоплазмой, cytoplasma. В состав цитоплазмы входят гиалоплазма, органеллы и включения.

Гиалоплазма — основное вещество цитоплазмы. Это сложное бесструктурное полужидкое образование, полупрозрачное (от греч. hyalos — стекло); содержит полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты и т. д. Гиалоплазма участвует в обменных процессах клетки.

Органеллами называются постоянные части клетки, имеющие определенную структуру и выполняющие специфические функции. К органеллам относятся клеточный центр, митохондрии, комплекс Гольджи — внутренний сетчатый аппарат, эндоплазматическая (цитоплазматическая) сеть.

Клеточный центр располагается обычно возле ядра или комплекса Гольджи и содержит два плотных образования — центриоли, которые входят в состав веретена делящейся клетки и участвуют в образовании подвижных органов — жгутиков, ресничек.

Митохондрии, являющиеся энергетическими органами клетки, участвуют в процессах окисления, фосфорилирования. Они имеют овоидную форму и покрыты двуслойной митохондриальной мембраной (оболочкой), состоящей из двух слоев наружного и внутреннего. Внутренняя митохондриальная мембрана образует впячивания внутрь митохондрий в виде складок (митохондриальные гребешки) — кристы. Кристы разгораживают содержимое митохондрии (матрикс) на ряд сообщающихся полостей.

Комплекс Гольджи (внутренний сетчатый аппарат) имеет вид пузырьков, пластин и трубочек, располагающихся возле ядра. Он синтезирует полисахариды, вступающие во взаимосвязь с белками, участвует в выведении за пределы клетки продуктов ее жизнедеятельности.

Эндоплазматическая (цитоплазматическая) сеть представлена в виде агранулярной (гладкой) и гранулярной (зернистой) эндоплазматических сетей. Первая образована преимущественно мелкими цистернами и трубочками, участвующими в обмене липидов и полисахаридов. Она имеется в клетках, секретирующих стероидные вещества. Гранулярная эндоплазматическая сеть состоит из цистерн, трубочек и пластинок, на стенках которых со стороны гиалоплазмы прилежат мелкие округлые гранулы — рибосомы, образующие в некоторых местах скопления — полирибосомы. Эта сеть участвует в синтезе белка.

В цитоплазме постоянно находятся обособленные различных веществ, которые называют включениями цитоплазмы. Они могут быть представлены белковыми, жировыми, пигментными и другими образованиями.

Клетка, являясь частью целостного многоклеточного организма, выполняет свойственные всему живому функции: поддерживает жизнь самой клетки и обеспечивает ее взаимоотношения с внешней средой (обмен веществ). Клетки обладают также раздражимостью (двигательные реакции) и способны к размножению путем деления. Обмен веществ в клетке (внутриклеточные биохимические процессы, синтез белков, ферментов) осуществлляется за счет затраты и освобождения энергии. Движение клеток возможно при участии появляющихся и исчезающих выпячиваний (амебоидное движение свойственно лейкоцитам, лимфоцитам, макрофагам), ресничек - плазматических выростов на свободной поверхности клетки, выполняющих мерцательные движения (эпителий, покрывающий слизистую оболочку дыхательных путей), или длинного выроста жгутика, как, например, у сперматозоида. Гладкие мышечные клетки и поперечно полосатые мышечные волокна могут сокращаться, изменяя свою длину.

Развитие и рост организма происходят за счет увеличения числа клеток (размножение) и их дифференцировки. Такими постоянно обновляющимися путем размножения клетками во взрослом организме являются эпителиальные клетки (поверхностный, или покровный, эпителий), клетки соединительной ткани, крови. Некоторые клетки (например, нервные) утратили способность размножаться. Ряд клеток, в обычных условиях не размножающихся, при определенных обстоятельствах приобретают это свойство (процесс регенерации).

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 величине. Особым видом деления слившихся половых клеток является мейоз (мейотический тип), 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. Клетки входят в состав тканей. Ткань - это исторически сложившаяся общность клеток и внеклеточного вещества, объединенных единством происхождения, строения и функций. В организме человека выделяют 4 типа тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную.

1. Эпителиальная ткань (эпителий) (рис. 002) представляет собой разновидность клеток, покрывающих поверхность тела (кожу), выстилающих слизистые оболочки полых органов пищеварительной и дыхательной систем и мочеполового аппарата и образующих рабочую (железистую) паренхиму желез внешней и внутренней секреции. Эпителий выполняет покровную и защитную функции.

Различают поверхностный и железистый эпителий. Поверхностный эпителий лежит на базальной мембране, под которой расположена рыхлая волокнистая соединительная ткань. Выделяют многослойный (ороговевающий, неороговевающий и переходный) и однослойный (столбчатый, кубический, плоский) поверхностный эпителий. Кожа покрыта многослойным чешуйчатым (плоским) ороговевающим эпителием, слизистые оболочки в зависимости от строения и функций органа — однослойным столбчатым (желудок, трахея, бронхи) или многослойным неороговевающим эпителием (полость рта, глотки, пищевод, конечный отдел прямой кишки) (рис. 003). Слизистая оболочка мочевыводящих путей покрыта переходным эпителием. Серозные оболочки (брюшина, плевра) выстланы однослойным плоским эпителием (мезотелием). Из железистого эпителия построены различные железы (сальные, потовые, слизистые, поджелудочная, щитовидная и др.), выполняющие секреторную функцию и участвующие в обменных процессах, пищеварении, защите покровов тела.

2. Соединительная ткань очень разнообразна по строению и функциям. Для нее характерно наличие клеток и межклеточного вещества, состоящего из коллагеновых, эластических, ретикулярных волокон и основного вещества. Различают собственно соединительную ткань, хрящевую и костную. Собственно соединительная ткань представлена рыхлой и плотной волокнистой соединительной тканью. Соединительная ткань выполняет опорную, защитную (механическую) функции (плотная волокнистая соединительная ткань, хрящ, кость). В трофической (питательной) функции участвуют рыхлая волокнистая и ретикулярная соединительная ткань, а также кровь и лимфа. В рыхлой волокнистой соединительной ткани (рис. 004) находятся различные клеточные элементы (фибробласты, макрофаги, плазматические, тучные клетки и др.) и волокна, по-разному ориентированные в основном веществе в зависимости от строения и функции органа. Располагается эта ткань преимущественно по ходу кровеносных сосудов. 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.

Плотная волокнистая соединительная ткань (рис. 004) может быть неоформленной: многочисленные соединительнотканные волокна густо переплетаются, а между ними содержится небольшое количество клеточных элементов (например, сетчатый слой кожи). Плотная оформленная соединительная ткань отличается упорядоченным расположением пучков волокон, определенным их направлением (связки, сухожилия).

Хрящевая ткань состоит из хрящевых клеток (хондроцитов), располагающихся группами по 2—3 клетки, и основного вещества, находящегося в состоянии геля. (рис. 005) Гиалиновый хрящ, полупрозрачный, снаружи покрыт надхрящницей, которая продуцирует молодые хрящевые клетки. Из гиалинового хряща построены суставные хрящи, хрящи ребер, эпифизарные хрящи. Фиброзный (волокнистый коллагеновый) 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 сложно 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.

Костная ткань (рис. 006) отличается особыми механическими свойствами, состоит из костных клеток (остеоцитов), замурованных в обызвествленное межклеточное вещество, содержащее коллагеновые волокна и неорганические соли. Особое место в организме человека занимают кровь и лимфа, выполняющие трофическую и защитную функции. Кровь и лимфа состоят из жидкого основного вещества (плазма) сложного состава и взвешенных в нем форменных элементов.

В плазме крови содержатся безъядерные клетки — эритроциты (4 500 000 — 5 000 000 в 1 куб. мм), лейкоциты (4 000 — 9 000 в 1 куб. мм), зернистые и незернистые, а также кровяные пластинки — тромбоциты (в 1 куб. мм крови 180 000 — 320 000).

Лимфа — бесцветная, слегка мутноватая жидкость. Она также состоит из плазмы и клеток, преимущественно лимфоцитов, число которых 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.

3.Мышечная ткань осуществляет двигательные процессы в организме животных и человека. Она обладает специальными сократительными структурами — миофибриллами. Различают два вида мышечной ткани: гладкую (неисчерченную), поперечно-полосатую скелетную (исчерченную) и сердечную поперечно-полосатую (исчерченную).

Гладкая мышечная ткань (рис. 007) состоит из веретенообразных клеток (неисчерченные миоциты) длиной от 15 до 500 мкм и диаметром около 8 мкм. 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 непроизвольно (иннервируется вегетативной нервной системой). Поперечно-полосатая скелетная мышечная ткань (рис. 008) образует скелетные мышцы, приводящие в движение кости скелета (“костные рычаги”), а также входит в состав некоторых внутренних органов (язык, глотка, верхний отдел пищевода и др.). Она состоит из многоядерных исчерченных мышечных волокон сложного строения, в которых чередуются темные и светлые участки (полоски, диски), обладающие различными светопреломляющими свойствами. Длина исчерченных волокон составляет 1000—40000 мкм, диаметр — около 100 мкм. Сокращение скелетных мышц контролируется сознанием.

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

4.Нервная ткань состоит из нервных клеток, отличающихся особыми строением и функцией, и нейроглии, которая осуществляет опорную, трофическую, защитную и разграничительную функции. Нервные клетки и нейроглия образуют морфологически и функционально единую нервную систему. Нервная система устанавливает взаимосвязь организма с внешней средой и участвует в координации функций органов внутри организма, обеспечивая его целостность (вместе с гуморальной системой — кровью, лимфой).

Морфофункциональной единицей нервной системы является нервная клетка (нейроцит, нейрон), (рис. 009) имеющая тело и различной длины отростки. По количеству отростков выделяют униполярные нейроциты (с одним отростком), биполярные (с двумя отростками) и мультиполярные (с несколькими отростками). Среди отростков нейроцита один, наиболее длинный, получил название “нейрит” (аксон). Его концевой аппарат заканчивается на другой нервной клетке, на мышечных клетках (волокнах) или на клетках железистой ткани. По аксону нервный импульс движется от тела нервной клетки к рабочим органам — мышце, железе или к следующей нервной клетке. Другие отростки (один или несколько) называются дендритами. Они короткие, ветвистые. Их окончания воспринимают нервное раздражение и проводят нервный импульс к телу нейрона. Клетки нейроглии выстилают полости головного мозга и спинномозговой канал (эпендимоциты), образуют опорный аппарат центральной нервной системы (астроциты) и окружают тела нейронов и их отростки (олигодендроглиоциты). Микроглия, или глиальные макрофаги, осуществляют фагоцитоз.