ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРЕНАТАЛЬНОГО МОРФОГЕНЕЗУ І СТАНОВЛЕННЯ БУДОВИ БРАНХІОГЕННОЇ ГРУПИ ЗАЛОЗ

Короткий зміст

Матеріал і методи дослідження. Дослідження виконане на 236 препаратах зародків, передплодів і плодів людини, що загинули від причин, не пов’язаних із захворюваннями бранхіогенних залоз та розвивалися в матці за відсутності явно виражених пошкоджувальних чинників зовнішнього і внутрішнього середовища. Матеріал одержували з акушерсько-гінекологічних відділень лікувальних закладів м. Чернівці та області. Препарати плодів понад 500,0 г вивчали безпосередньо в Чернівецькій комунальній медичній установі “Обласне патологоанатомічне бюро”. Комісією з питань біомедичної етики Буковинського державного медичного університету (протокол № 11 від 15.11.2007 р.) порушень морально-правових правил при проведенні медичних наукових досліджень не виявлено. Для дослідження також використані колекції серій гістологічних і топографо-анатомічних зрізів музею кафедр анатомії людини, топографічної анатомії та оперативної хірургії Буковинського державного медичного університету; серійні гістологічні зрізи з колекції „Крим” Кримського державного медичного університету імені С.І.Георгієвського.

Важко збагнути індивідуальні особливості структурної організації бранхіогенних залоз та їх топографо-анатомічні взаємовідношення на дефінітивному рівні розвитку, якщо не врахувати історію їх формування і становлення. Тому найдоцільнішим методологічним засобом у морфологічному дослідженні, на наш погляд, є саме історичний підхід, при якому об’єкт дослідження вивчали впродовж всього пренатального періоду онтогенезу від моменту його закладки. На різних стадіях розвитку ставили за мету дати пояснення причинам зміни форми та просторово-часових взаємовідношень бранхіогенної групи залоз.

 Нами використаний комплекс адекватних морфологічних методів дослідження, який включає макроскопію, виготовлення і мікроскопію серій послідовних гістологічних і топографо-анатомічних зрізів зародків, передплодів та плодів людини, бранхіогенних залоз плодів різних вікових груп, звичайне і тонке препарування під контролем бінокулярної лупи, метод стереофотографування, морфометрію, виготовлення графічних і пластичних реконструкційних моделей, лектиногістохімічні та гістохімічні методи. Виготовлення віск-парафінових пластин для пластичних реконструкцій проводили із застосуванням розроблених і запропонованих нами камери та способу виготовлення пластин (декл. патент 35527 А, декл. патент 68842 А).

            Періоди внутрішньоутробного розвитку (зародковий, передплодовий і плодовий) систематизовані за класифікацією Г.А.Шмідта (1968). Вік об’єктів дослідження визначали за таблицями Б.М.Пэттена (1959), Б.П.Хватова, Ю.Н.Шаповалова (1969), А.И.Брусиловского и др. (1988) на підставі вимірю­вань тім’яно-куприкової довжини (ТКД).

            Вік зародків і передплодів перших двох місяців розвитку визначали після одноденної фіксації одразу ж після операції abrasion у 5-6% розчині нейтраль­ного формаліну, чим досягалася сталість форми драглистого об’єкта, і, як наслідок, уникалися небажані огріхи при визначенні їх віку. Для вивчення ШИК-позитивних речовин зародки і передплоди фіксували спирт-формолом. Використання парафінової заливки дало можливість поєднати кількісні, гістохімічні і лектиногістохімічні методи досліджень у серійних зрізах одних і тих же зародків та передплодів.

            Починаючи з 3-го місяця, вік передплодів та плодів визначали до фіксації шляхом вимірювання ТКД. Фіксацію плодів проводили спочатку 5% розчином нейтрального формаліну впродовж 7 днів, а потім протягом 30 днів у 10% розчині нейтрального формаліну. Перед зануренням у розчин формаліну проводили розтин грудної і черевної порожнин плода. Вибір фіксуючого розчину зумовлений тим, що саме такий розчин нейтрального формаліну (В.И.Проняев и др., 1995) найменше змінює розміри препарату.

            Плоди досліджені методами макро-, мікропрепарування, а також використаний метод виготовлення серій гістологічних зрізів бранхіогенних залоз у різні вікові періоди. Під час препарування замальовували окремі структури, а препарати з особливостями топографо-анатомічних взаємовідно­шень після препарування фотографували.

            Гістологічні структури, зміни розмірів ядер клітин епітелію, мезенхіми і ембріональної сполучної тканини, деякі особливості обмінних процесів, динаміка перерозподілу рецепторів лектинів і епітеліо-мезенхімальне взаємовідношення вивчені з ранніх стадій закладки ротової порожнини, передньої і середньої кишки в зародка 3,2 мм ТКД (23 соміти, 24 дні).

Отримані цифрові дані оброблені методом варіаційної статистики, що підтерджує вірогідність даних про особливості становлення будови і синтопії бранхіогенної групи залоз у пренатальному періоді онтогенезу. Підрахунки проведено на IBM PC з використанням електронних таблиць  Lotus 1-2-3.

Результати дослідження та їх аналіз. Встановлено, що хронологія появи зачатків бранхіогенних залоз людини в зародковому періоді внутрішньоутробного розвитку відбувається в такій послідовності: щитоподібна залоза – загруднинна залоза – прищитоподібні залози.

Зачаток щитоподібної залози виникає на початку 4-го тижня розвитку, як випин клітин епітелію (за рахунок його потовщення) у прилеглу мезенхіму по серединній лінії в межах вентральної стінки, між I і II глотко­вими кишенями, у зародків 4,0 мм тім’яно-куприкової довжини (ТКД). Характерне розташування випину епітелію на вентральній стінці ротоглоткової порожнини в тому місці, яке надалі відповідатиме так званому сліпому отвору язика, тісний зв’язок із розгалуженням артеріального стовбура на рівні першої мандибулярної дуги. Дистальний край епітеліального зачатка розміщений на відстані 10-12 мкм від місця поділу вентральної аорти, стінки якої ще не сформовані. Розділяє зачаток щитоподібної залози і первинну аорту прошарок мезенхіми. Місце закладки, її протяжність, подальший розвиток і ріст визначають взаємовідношення щитоподібної залози і суміжних органів та структур.

У цей час первинна ротоглоткова порожнина має форму поперечної щілини, добре розвинена, охоплює майже всю ширину зародка. Для зародків 5,0-6,0 мм ТКД (5-й тиждень) вхід у ротову порожнину обмежений чотирма парами глоткових дуг. Три перші – виражені чітко, четверта – редукована. Первинна ротова порожнина широко з’єднана з порожниною глотки.

Епітеліальні клітини в різних відділах первинної глотки при забарвленні гематоксиліном і еозином по-різному сприймають барвник. Наприкінці 4-го тижня інтенсивніше забарвлена частина клітин епітеліальної ділянки вентральної стінки III і IV глоткових кишень. Відбуваються зміни і в структурі епітеліальної вистилки: первинно одношаровий циліндричний епітелій глотки з рівня II глоткової кишені перетворюється у дворядний, у початковому відділі III глоткової кишені – у трирядний, а в глибині кишені – в багаторядний. Товщина епітелію в межах вентральної стінки досягає 22 мкм. Подібне спостерігається і в межах IV глоткової кишені: частина клітин має великі розміри, світлу цитоплазму і витягнуту форму ядер, інші – забарвлені інтенсивніше, а ядра, як правило, округлої форми. Власне, вказані потовщення епітелію вентральної стінки III і IV глоткових кишень і є зачатками загруднинної залози з їх вростанням у прилеглу мезенхіму.

            Останньою із бранхіогенної групи залоз відбувається закладка прищитоподібних залоз як випин клітин епітелію III і IV глоткових кишень (за рахунок його потовщення) у прилеглу мезенхіму у зародків 6,5-9,0 мм ТКД (5-6 тижнів. Нижні прищитоподібні залози виникають із дорсальної частини III глоткової кишені і їх позначають як прищитоподібні залози III. Верхні прищитоподібні залози в ембріогенезі з’являються із дорсальної частини IV глоткових кишень і їх позначають як прищитоподібні залози IV. Упродовж зародкового періоду їх розвиток має сталий виражений зв’язок із перебігом пренатального ембріогенезу щитоподібної та загруднинної залоз.

У зародковому періоді завершується перебудова зябрового кровообігу. Всі компоненти судинно-нервових пучків шиї добре виражені. Щитоподібна залоза прогресивно росте і розвивається вздовж загальних сонних артерій, втрачаючи зв’язок з дугою аорти, у той час коли навколо щитоподібної залози, проникаючи у глибину, формується дифузна судинна сітка. Простежується формування верхніх щитоподібних артерій. У зв’язку з цим щитоподібна залоза вступає у більш складні топографічні зв’язки.

Визначальний синтопічний вплив на формоутворення щитоподібної залози наприкінці зародкового періоду (12,0-13,0 мм ТКД) виявляє під’язикова кістка. Хоча ще і немає чітких топографічних меж, а структури взаємно переходять одна в другу, у щитоподібній залозі можна розпізнати центральну та бокові частини.

Темп розвитку щитоподібної залози наприкінці зародкового періоду різко зростає. Диференціюються основні варіанти форми щитоподібної залози (з перешийком і без перешийка), проте гістологічне диференціювання відстає, що виражається відсутністю специфічної тканинної структури.

            Зачаток загруднинної залози, виникнувши в зародків 5,0-6,0 мм ТКД у вигляді потовщення епітелію вентральної стінки III і IV глоткових кишень, спочатку має форму заглибин, в подальшому (зародки 7,0-8,0 мм ТКД) – трубок, дистальний кінець яких закінчується сліпо, а проксимальний має широке сполучення з порожниною глотки.

            Втративши зв’язок із ротоглоткою, загруднинна залоза вступає в тісний топографо-анатомічний звязок з судинно-нервовим пучком шиї. Вона розміщується спереду від стовбурів блукаючих нервів, йде по зовнішній поверхні загальних сонних артерій у каудальному напрямі, і, змінюючи вертикальний напрям на горизонтальний, переходить на передню поверхню сонних артерій, потовщуючись у верхньому та нижньому кінцях часток залози.

            Частки загруднинної залози набувають форми неправильного овалу з розширеним верхнім полюсом і звуженим нижнім. Нижніми полюсами обидва зачатки (частки) загруднинної залози зближені між собою значно більше, ніж верхніми.

            Упродовж зародкового періоду загруднинна залоза зміщується в переднє середостіння по зачатках магістральних судин каудально, тоді як щитоподібна залоза росте і переміщується краніально вздовж внутрішньої поверхні загальних сонних артерій. Верхня межа для них спільна – місце відгалуження верхньої щитоподібної артерії і верхнього гортанного нерва.

            Зміщення часток загруднинної залози у вентрокаудальному і медіальному напрямах відбувається асинхронно. Виражене зближення правої і лівої часток загруднинної залози наприкінці зародкового періоду призводить до того, що вони розмежовані лише нешироким прошарком мезенхіми. Процес опускання часток загруднинної залози знаходиться в кореляційній залежності з формуванням великих судин і нервових стовбурів шиї.

            Зазначимо, що на ранніх стадіях внутрішньоутробного розвитку зачатки часток загруднинної залози представлені щільно розташованими епітеліальними клітинами, а наприкінці зародкового періоду епітеліальні клітини часток залози розташовані менш щільно. Впродовж зародкового періоду зачаток загруднинної залози має однорідну будову як епітеліальний орган.

            Наприкінці зародкового періоду (зародки 13,0-13,5 мм ТКД) прищитоподібні залози III прилягають до задньої поверхні верхнього полюса загруднинної залози, а прищитоподібні залози IV залягають дорсолатеро­каудальніше від нижнього полюса часток щитоподібної залози (рис. 1).

            Паренхіма прищитоподібних залоз гістологічно представлена епітеліальними клітинами з дрібними ядрами округлої форми, що дещо слабше забарвлюються карміном, ніж клітини щитоподібної залози.

Рис. 1. Зачатки бранхіогенних залоз зародка людини 13,0 мм ТКД. Графічна реконструкція. Кософронтальна проекція. Зб. х 45

1 – права і ліва частки щитоподібної залози; 2 – перешийок щитоподібної залози; 3 – права і ліва частки загруднинної залози; 4 – верхні прищитоподібні залози; 5 – нижня прищитоподібна залоза; 6 – глотка; 7 – трахея; 8 – стравохід; 9 – аорта; 10 – підключична артерія; 11 – права і ліва сонні артерії.

Наші дослідження уточнюють місця локалізації, хронологію та просторово-часові взаємовідношення зачатків бранхіогенних залоз, тоді як автори (J.Langman, 1983, T.W.Sadler, 2001, D.Zdravkovic et al., 2002, Ж.Ф.Анрі, Ф.Себаг, 2006) дають фрагментарне, без деталізації часу ембріогенезу та пренатального віку об’єктів дослідження, уявлення про закладку та хід раннього пренатального ембріогенезу щитоподібної, загруднинної та прищитоподібних залоз людини.

Отримані нами дані про взаємодію зачатків бранхіогенних залоз із судинно-нервовим пучком шиї наприкінці зародкового періоду доповнюють дослідження С.М.Калашнікової (2004, 2005) та корелюють із роботою С.М.Калашникової, Д.М.Шиян (2006).

Нами встановлено, що для всіх бранхіогенних залоз упродовж зародкового періоду характерна втрата зв’язків із глоткою, тісне взаємо­відношення між собою та судинно-нервовими утвореннями (аортою, сонними артеріями, блукаючими нервами, нижнім і верхнім гортанними нервами). У безпосередній близькості до загальних сонних артерій знаходяться блукаючі нерви, які віддають верхній і нижній ­гортанні нерви. Наприкінці зародкового періоду між цими утвореннями (краніально – верхня щитоподібна артерія та верхні гортанні нерви; каудально – нижні гортанні нерви; латерально – судинно-нервові пучки шиї, що формуються) знаходиться вся бранхіогенна група залоз.

            Органогенез бранхіогенних залоз у передплодовому періоді відрізняється від перебігу органогенезу в зародковому періоді. Він характеризується не тільки інтенсивністю, але і появою властивих виду особливостей і закінчується формуванням плода. Для загального вигляду передплода характерне розгинання голови, формування шиї, подовшання кінцівок, зникнення пупкової грижі. Упродовж передплодового періоду розвитку відбуваються інтенсивні процеси органогенезу бранхіогенних залоз, які ведуть до утворення їх дефінітивної форми.

            Чітко виявляються топографо-анатомічні взаємовідношення між групою бранхіогенних залоз і хрящами гортані, трахеї, блукаючим нервом, магістральними судинами шиї і середостіння.

            Для морфогенезу щитоподібної залози у передплодовому періоді розвитку можна виділити декілька етапів.

            Перший – формування перешийка щитоподібної залози з відокремленням її часток; триває близько двох третин 7-го тижня розвитку (передплоди 14,0-18,0 мм ТКД). На цьому етапі щитоподібна залоза вступає в тісний контакт із правим і лівим блукаючими нервами та прохондральною гортанню. Тканина залози представлена епітеліальними тяжами і острівцями різноманітної форми з клітинами, розміщеними в декілька рядів. Щитоподібна залоза за формою нагадує півкільце.

            Другий етап – відмежування перешийка щитоподібної залози; триває з кінця 7-го тижня розвитку до початку 8-го (передплоди 18,0-25,0 мм ТКД). На цьому етапі перешийок відмежовується від часток щитоподібної залози за рахунок вентрального розростання дуги перснеподібного хряща. Вся щитоподібна залоза набуває форму літери „Н”, наповнюється судинною мезенхімою.

            Власне розростання дуги перснеподібного хряща на 8-му тижні ембріогенезу має визначальний синтопічний вплив на формоутворення щитоподібної залози, що виражається анатомічною мінливістю її пренатальної форми. У паренхімі утворюються дрібніші епітеліальні острівці за рахунок видовження та стоншення трабекул. Тканина щитоподібної залози складається з великої кількості переплетених між собою щільних епітеліальних тяжів.           Поява первинних фолікулів у зачатку щитоподібної залози – третій етап розвитку залози; тривалість – кінець 8-го тижня – кінець 9-го тижня (передплоди 27,0-45,0 мм ТКД). На цьому етапі щитоподібна залоза інтенсивно піддається васкуляризації,  має густу розгалужену капілярну сітку, що пронизує орган у всіх напрямах. Формування фолікулів відбувається за рахунок епітеліальних трабекул та острівців, які також оточені густою сіткою капілярів. Добре виражені приносні та великі виносні судини щитоподібної залози. Первинні фолікули формуються на периферії органа, особливо в нижніх полюсах латеральних часток щитоподібної залози і перешийка. Відбувається процес подальшого диференціювання форми залози під впливами диференціювання її внутрішньої структури і різко виступаючого вентрально над перешийком перснеподібного хряща.

            Четвертий етап – утворення мікрофолікулів у паренхімі щитоподібної залози – триває упродовж 10-12-го тижнів (передплоди 50,0-79,0 мм ТКД). Паренхіма щитоподібної залози переповнена мікрофолікулами, кількість яких збільшується наприкінці 12-го тижня. Навколо залози формується сполучнотканинна капсула, яка утворена кількома шарами пухкої сполучної тканини з великою кількістю кровоносних судин. За розмірами щитоподібна залоза збільшується вдвічі, а за формою нагадує дефінітивний орган.

            Упродовж передплодового періоду розвитку загруднинна залоза зберігає парну будову. Змінюється зовнішня форма часток загруднинної залози і одночасно з цим відбувається процес перебудови внутрішньої структури: загруднин­на залоза з епітеліального органа (зародковий період) перетворюється в ретикулоепітеліальний (передплоди 16,0-18,0 мм ТКД), а відтак у лімфоепітеліальний (починаючи з передплодів 30,0 мм ТКД). Відбуваються зміни і зовнішнього рельєфу загруднинної залози: він стає нерівним і горбкуватим. На цьому етапі має місце зовнішнє вростання кровоносних судин у паренхіму органа та сполучення їх із внутрішньоорганними кровоносними судинами. Таке з’єднання судин веде до подальшого інтенсивного розвитку загруднинної залози: утворюються первинні часточки залози, чітко відмежовується кіркова і мозкова речовини, формується капсула органа.

            Вивчаючи позаорганні судини загруднинної залози у передплодів 10-12-го тижнів внутрішньоутробного розвитку встанов­лено, що сталою судиною в цей віковий період є артеріальна гілка, яка відходить від дуги аорти. Артеріальна гілка підходить до загруднинної залози у задньокраніальному відділі і, проходячи між частками, віддає по 3-5 гілочок, які пронизують речовину обох часток залози.

            У трьох випадках (передплоди 42,0, 44,0 і 45,0 мм ТКД), окрім описаної вище гілки дуги аорти, у речовину кожної із часток загруднинної залози у ділянці їх латеральної поверхні вступала майже під прямим кутом одна гілка, що відходила від однойменної внутрішньої грудної артерії.

Топічне положення, форма і розміри зачатків прищитоподібних залоз у передплодовому періоді змінюються залежно від перетворень щитоподібної та загруднинної залоз; після відокремлення від загруднинної залози (передплоди 27,0-30,0 мм ТКД) нижні прищитоподібні залози, як і верхні прищитоподібні залози, набувають округлої чи овальної форми і прилягають до задньобічних поверхонь щитоподібної залози.

Нами встановлено, що інтенсивність розвитку бранхіогенних залоз у плодовому періоді (4-9-й місяці) відносно висока завдяки зростанню, в основному, їх маси і розмірів та диференціювання паренхіми органів. Основу цьому закладено двома попередніми періодами внутрішньоутробного розвитку: зародковим та передплодовим.

Наші результати підтверджують погляд низки авторів (N.Potteris, 1997, О.К.Хмельницкий и др., 2001) про те, що після 25-го тижня внутрішньо­утробного розвитку та в новонароджених гестаційний вік не здійснює суттєвого впливу на морфофункціональний стан бранхіогенних залоз. Тому з клініко-анатомічного погляду цей віковий період вважаємо вагомим у плані мінливості форми щитоподібної, загруднинної, прищитоподібних залоз та їх варіантної анатомії.

При проведенні дослідження ми екстраполювались від того, що становлення пренатального гістогенезу бранхіогенних залоз є проблемою, яка потребує подальшого вивчення і набуває великого значення у виявленні закономірностей міжтканинних взаємовідношень та механізмів гістоморфо­логічних перебудов щодо аналізу джерел походження окремих ембріональних закладок (Н.П. Барсуков и др., 1997).

Подані в класичній ембріологічній літературі та опубліковані в фундамен­тальних виданнях, посібниках та підручниках погляди ґрунтуються на загаль­нобіологічних засадах. Непорушні у своїй основі, вони в деталях не розкривають низки спеціальних питань, що дискутуються в літературі. Серед таких питань, перш за все, істотне зацікавлення викликає вияснення гістоге­не­тичної специфіки бранхіогенної групи залоз як похідних передньої кишки.

Нами вивчені специфічні особливості та простежено динаміку міжтканинних взаємовідношень епітелію і мезенхіми бранхіогенних залоз з епітелієм (похідним екто­дерми), мезенхімою або ембріональною сполучною тканиною переднього відділу ротової порожнини та її похідних, органів дихання в першому триместрі пренатального розвитку. Встановлено, що у всіх епітеліальних і мезенхімних зачатках бранхіогенних (щитоподібної, загруднинної, прищитоподібних) залоз, ротової порожнини з її похідними і органів дихання впродовж перших 12-и тижнів ембріогенезу відбувається зменшення розмірів ядер їх клітин відповідно до лінійної залежності. Диференціювання епітелію і мезенхіми є схожим за рахунок появи клітин з ядрами великих, середніх і маленьких розмірів.

У ранньому гістогенезі бранхіогенних залоз, структур ротової порожнини та органів дихання спостерігаються періоди інтенсивних перетворень ядерного вмісту, глікополімерів та біосинтетичних процесів: для бранхіогенних залоз – 8-й тиждень та 10-11-ий тижні, для структур ротової порожнини – 9-й тиждень та 11-12-ий тижні, для органів дихання – 7-й тиждень та 11-12-ий тижні як критичні періоди епітеліомезенхімних взаємовідношень.

Каріометричними методами виявлена асинхронність та різна інтен­сивність темпів диференціювання епітеліальних і мезенхімних зачатків бранхіоген­них залоз, структур ротової порожнини та органів дихання; найбільша інтенсивність диференціювання епітеліальних похідних бранхіоген­них залоз визначається на 6-й тиждень (10,0-11,0 мм ТКД), 8-й тиждень (23,0-25,0 мм ТКД) і 10-11-ий тижні (45,0-58,0 мм ТКД), а їхньої мезенхіми – на 7-й тиждень (13,0-16,0 мм ТКД), 8-й тиждень (21,0-27,0 мм ТКД) і 10-11-ий тижні (45,0-58,0 мм ТКД).

Наші дані свідчать, що в процесі диференціювання відбувається зменшення розмірів ядер клітин як окремих епітеліальних і мезенхімних зачатків, так і всієї ядерної речовини кожної тканини: епітелію (рис. 2) і мезенхіми (рис. 3) кожного із досліджуваних органів. Для цього ми вирахували загальну середню арифметичну величину середніх діаметрів ядер клітин окремо епітелію і мезенхіми для кожного віку. Встановлено, що зменшення середніх розмірів ядер клітин для епітелію завжди значимо більше, ніж для мезенхіми.

Рис. 2. Зміна середніх діаметрів ядер клітин епітелію зачатків бранхіоген­них залоз (ЕБГЗ), органів дихання (ЕОД), похідних ротової порожнини (ЕРП) та епідермісу голови (ЕШГ).

Рис. 3. Зміна середніх діаметрів ядер клітин мезенхіми і ембріональної сполуч­ної тканини зачатків бранхіогенних залоз (МБГЗ), органів дихання (МОД), похідних ротової порожнини (МРП) та епідермісу голови (МШГ).

Аналіз свідчить, що епітеліальні клітини похідних ектодерми (епідерміс голо­ви і ротова порожнина з її похідними) мають розміри ядер клітин у всіх вікових категоріях об’єктів дослідження достовірно більші. Епітеліальні клітини бранхіогенної групи залоз і органів дихання за розмірами своїх ядер наближені до епітеліальних похідних ектодерми. Ґрунтуючись на каріометричних даних за розмірами ядер клітин епітелію і динамікою їх зменшення в даний період ембріогенезу можна віднести епітеліальний зачаток бранхіогенних (щитоподіб­ної, загруднин­­ної, прищито­подіб­них) залоз до похідних ектодерми.