Эволюция в поджелудочной железе

Один из важных компонентов внутренней среды ор­ганизма — глюкоза. Постоянство уровня ее содержа­ния в крови обеспечивается, с одной стороны, инсули­ном (продуктом В-клеток панкреатических остров­ков) — инсулярный компонент, а с другой — комплек­сом эндокринных клеток, обеспечивающих повышение уровня глюкозы (хромаффинная и интерреналовая ткань надпочечников, А-клетки панкреатических остров­ков и некоторые другие эндокринные клетки), — конт­ринсулярный компонент. С нарушением системы регу­ляции уровня глюкозы в крови связана эндокринная патология — сахарный диабет, гиперинсулинизм, опу­холи эндокринной части поджелудочной железы и т. д. Чтобы понять сложившиеся в процессе исторического развития закономерности взаимоотношений инсулярного и контринсулярного аппаратов, рассмотрим форми­рование в ходе эволюции эндокринной части поджелу­дочной железы у позвоночных, а также факторы, опре­деляющие их развитие.

Бесчерепные. Ланцетник по ряду морфологических и функциональных признаков близок к древнейшим предкам всех позвоночных животных. Именно этим и обусловлен непреходящий интерес к нему. У ланцет­ника отсутствует поджелудочная железа органного ти­па. Железистые клетки, гомологичные клеткам экзо- и эндокринной частей поджелудочной железы более высо­коорганизованных позвоночных, содержатся в эпителии слизистой оболочки кишечника и в печоночном выро­сте. Известные английские исследователи Пирс и Ван Ноорден показали, что часть эндокринных клеток ки­шечника ланцетника содержит биогенные амины, дру­гие клетки дают иммунофлюоресценцию на антисыво­ротки к инсулину, глюкагону и гастрину млекопитаю­щих (рис. 11). Эти клетки содержат эндокринные сек­реторные гранулы. Таким образом, в слизистой кишеч­ника ланцетника имеются клетки, гомологичные клет­кам эндокринной части поджелудочной железы более высокоорганизованных позвоночных.

Круглоротые. У представителей круглоротых — миног и миксин, как и у ланцетника, поджелудочная же­леза органного типа отсутствует. Клетки, гомологичные экзокринным панкреацитам, формируются в эпителии слизистой или среди соединительной ткани, окружаю­щей кишечник. Именно кишечный эпителий является эмбриональным источником островкового аппарата круглоротых. У личинки миноги (пескоройки) клетки кишечного эпителия мигрируют в собственный слой слизистой оболочки. Выселившиеся клетки образуют скопления эндокринных клеток. На этом этапе разви­тия миноги отсутствует прямая связь эндокринных кле­ток с капиллярами, но начинается функционирование инсулярного аппарата. Секрет из эндокринных клеток выделяется по голокриновому способу и по межклеточ­ным щелям выводится в капиллярное русло кишеч­ника.

У взрослых особей продолжается миграция эндо­кринных клеток из кишечника крипт в стенку кишки. Одновременно с миграцией эндокринных клеток идет процесс васкуляризации инсулярного аппарата. Далее в центре группы клеток образуется полость и скопле­ния клеток превращаются в фолликулы с диаметром 90—120 мкм — это так называемые фолликулы Лан­герганса. Стенка фолликула образована одним слоем клеток, а полость заполнена коллоидоподобным веще­ством. Сотрудница кафедры зоологии Стокгольмского университета в Швеции Лайла Винблад отметила, что в осенне-зимний (речной) период жизни в инсулярной ткани миног и миксин преобладают скопления клеток, тогда как в преднерестовый (морской) период — фол­ликулы. На основании этих наблюдений автор предпо­ложила, что образование фолликулов предопределяется стабильными условиями обитания животных на дне глубоких морей, когда потребность животных в инсу­лине снижается, а избыток инсулинпродуцирующей тка­ни образует фолликулы.

Таким образом, у круглоротых инсулярный аппарат (рис. 12) представлен скоплениями эндокринных кле­ток в толще кишки, в окружающей ее соединительной ткани.или, наконец, в паренхиме печени. В определен­ные периоды функциональной деятельности скопления эндокринных клеток преобразуются в фолликулы Лан­герганса. В составе фолликулов выявлены В-клетки, вы­рабатывающие инсулин, а также другой тип гранули­рованных клеток, функция которых не выяснена. Боль­шинство современных исследователей склонно считать, что А-клетки в фолликулах Лангергансакруглоротых отсутствуют, однако в кишечнике имеются глюкагон-продуцирующие клетки (В 1976 г. известные американские исследователи Джек Бринн и Август Эппл (Университет Восточной Каролины и Университет Томаса Джефферсона, Филадельфия) обнаружили новые типы кле­ток в фолликулах круглоротых. Это открытие требует переоценки островкового органа круглоротых как продуцирующего только ин­сулин, поскольку обнаруженные клетки являются ацидофильными и дающими положительную реакцию на триптофан, что свойствен­но А-клеткам более высокоорганизованных позвоночных).

Хрящевые рыбы. У хрящевых рыб (акулы, скаты, катранообразные) поджелудочная железа представлена уже компактным органом дольчатого строения, состоя­щим из экзо- и эндокринной частей. У всех изученных видов хрящевых рыб эндокринные клетки в поджелу­дочной железе располагаются по ходу средних и мел­ких выводных протоков, окружая их в виде эпителиаль­ного слоя — так называемый внешний эпителий. Кроме того, описаны и другие формы организации островко-вой ткани: скопления эндокринных клеток, прилежащие к стенке выводных протоков, а также свободно распо­ложенные островки, утратившие связь с выводными протоками. Эти три формы сочетаются друг с другом с преобладанием тех или иных форм у различных видов хрящевых рыб. В отличие от круглоротых, у всех изу­ченных видов хрящевых рыб в эндокринной части под­желудочной железы встречаются три типа гормонпродуцирующих клеток: А-, В- и D-клетки.

Таким образом, у хрящевых рыб поджелудочная же­леза формируется как самостоятельный орган; фолли­кулы Лангерганса заменяются внешним эпителием; в составе эндокринной части поджелудочной железы по­являются А- и D-клетки. Известные советские ученые Ю. К. Елецкий и В. В. Яглов рассматривают внешний эпителий как исходную форму структурной организа­ции эндокринной части поджелудочной железу, позво­ночных (поскольку у многих видов хрящевых рыб в процессе органогенеза поджелудочной железы наблю­дается миграция эндокринных клеток из внешнего эпи­телия в экзокринную ткань с формированием панкре­атических островков, связанных и несвязанных с вы­водными протоками железы) и как первую эволюционную форму организации эндокринной части поджелу­дочной железы.

Костные рыбы. У кистеперой рыбы латимерии ос­новная масса эндокринной ткани поджелудочной желе­зы структурно организована в виде внешнего эпителия. Наряду с внешним эпителием, встречаются свободно расположенные панкреатические островки и скопления эндокринных клеток, связанные с протоками. Клеточ­ный состав эндокринных клеток представлен А-, В- и D-клетками.

Поджелудочная железа двоякодышащей рыбы про­топтеруса в отличие от кистеперых рыб имеет эндо­кринную часть поджелудочной железы, представлен­ную не внешним эпителием, а панкреатическими ост­ровками, окруженными соединительнотканной капсу­лой. Клеточный состав их: А-, В- и негранулированные клетки.

Надотряд костистых рыб является боковой ветвью эволюции костных рыб, однако знание морфологии эн­докринной части поджелудочной железы его представи­телей важно для понимания общих закономерностей структурной эволюции эндокринной ткани поджелудоч­ной железы. Новые данные по этому вопросу получены В. В. Ягловым. Выяснено, что эндокринная часть под­желудочной железы костистых рыб организована в форме панкреатических островков. У некоторых видов (например, у горбуши) наряду с панкреатическими островками имеются еще «тельца Брокмана». Тельца Брокмана — уникальная форма структурной организа­ции эндокринной ткани поджелудочной железы позво­ночных. Это сравнительно крупные образования, окру­женные плотной соединительнотканной капсулой, через которую в них входят кровеносные сосуды и нервы. Клеточный состав эндокринной части поджелудочной железы костистых рыб — А-, В- и D-клетки.

Таким образом, у костистых рыб мы наблюдаем пе­реход к новой эволюционной форме организации эндо­кринной ткани поджелудочной железы — к панкреати­ческим островкам.

Земноводные, или амфибии. Земноводные берут свое начало от древних форм кистеперых рыб и являются, по существу, первыми примитивными наземными позво­ночными. У всех видов амфибий (хвостатых — например, тритон, бесхвостых — травяная лягушка) эндо­кринная часть поджелудочной железы структурно орга­низована в виде панкреатических островков, образо­ванных А-, В- и D-клетками. Помимо панкреатических островков, в поджелудочной железе травяной лягушки и серой жабы описаны эндокринные клетки, в составе эпи­телия протоков, что рассматривается как остатки внеш­него эпителия и подтверждает филогенетическое род­ство амфибий и кистеперых рыб.

Согласно данным В. В. Яглова панкреатические ост­ровки амфибий построены по общему плану. В центре островка находится синусоидальный капилляр, вокруг которого располагаются В-клетки. А- и D-клетки ле­жат на периферии островков. Если секреторные грану­лы в В-клетках скапливаются в отделах цитоплазмы, обращенных к капилляру, и выделяют гормон непо­средственно в кровь — «прямой» путь транспорта гор­мона, то А- и D-клетки, как правило, не образуют скоп­лений секреторных гранул и выделяют гормоны в меж­клеточные щели по микроапокриновому способу. По межклеточным щелям гормоны поступают в перикапиллярные пространства и далее в капилляры — «непря­мой» путь транспорта гормонов. Функциональное зна­чение «непрямого» пути транспорта гормона В. В. Яг­лов усматривает в возможности внеклеточного депони­рования секреторных гранул, после чего гормон может быть легко мобилизован для нужд организма в аде­кватных количествах. Помимо этого, контакт гормона с рецепторами плазматической мембраны железистых клеток в процессе транспорта гормона по межклеточ­ным щелям может оказывать регулирующее влияние на процессы секретообразования.

Пресмыкающиеся, или рептилии. Все изученные ви­ды класса пресмыкающихся могут быть подразделены на три группы. Первая — самая многочисленная — представлена некоторыми видами отряда чешуйчатых (гадюковые и ужеобразные, змеи, агамы и настоящие ящерицы). У них эндокринная часть поджелудочной железы образована панкреатическими островками, со­стоящими из А-, В- и D-клеток. В эволюционном плане эти рептилии по строению эндокринной части подже­лудочной железы занимают положение, промежуточное между амфибиями и млекопитающими.

Вторая группа представлена отрядом черепах. У черепах эндокринная часть поджелудочной железы — это не только панкреатические островки, но также тя­жи А-клеток, которые располагаются вне панкреатиче­ских островков и не связаны с панкреатическими про­токами. Последнее рассматривается, как прообраз «тем­ных» панкреатических островков птиц, как признак рас­селения контринсулярного компонента за пределы пан­креатического островка.

Третья группа представлена подотрядом ящерицы, семейством варанов, у кеторых имеются панкреатиче­ские островки и внешний эпителий, образованный Б-клетками.

Таким образом, животные этой группы сочетают признаки, свойственные рептилиям, а также хрящевым и кистеперым рыбам. Указанные различия, вероятно, являются отражением экологической адаптации и раз­личных путей эволюционного развития рептилий.

Птицы. В поджелудочной железе птиц обнаружива­ются эволюционно новые формы структурной органи­зации эндокринной ткани. Эндокринная часть поджелу­дочной железы птиц представлена панкреатическими островками трех типов: «темными», «светлыми» и «сме­шанными». «Темные» островки состоят из А- и единич­ных D-клеток. «Светлые» — из В- и единичных D-клеток, «смешанные» — из А-, В- и D-клеток. В функци­ональном отношении «темные» островки представляют контринсулярный компонент эндокринной ткани под­желудочной железы птиц. Сам факт существования «темных» и «светлых» панкреатических островков сви­детельствует о структурном разъединении инсулярного и контринсулярного компонентов эндокринной части поджелудочной железы. Это разъединение, однако, но­сит частичный характер, о чем свидетельствует нали­чие «смешанных» островков, содержащих как инсулярный, так и контринсулярный компоненты. Это является первой особенностью структурной организации панкре­атических островков у птиц.

Вторая особенность — низкий показатель соотноше­ния В- и А-клеток в панкреатических островках. Ин­декс В/А, по данным Ю. К. Елецкого и В. В. Яглова, колеблется у птиц от 0,39 до 0,40, т. е. количественно А-клетки приблизительно в 4 раза преобладают над В-клетками. Согласно биохимическим данным содержа­ние глюкагона (гормона А-клеток) в поджелудочной железе птиц превышает содержание инсулина (гормона В-клеток) приблизительно в 10 раз.

Оценивая факторы, обусловившие такой путь эво­люции эндокринной ткани поджелудочной железы птиц, следует выделить особенности метаболизма. Пре­жде всего это необходимость поддержания высокого уровня сахара в крови, что, в свою очередь, необходимо для интенсивного течения метаболизма и поддержания высокой температуры тела. Во-вторых, при совершении длительных перелетов, особенно в период миграций, требуется оперативная мобилизация глюкозы и жирных кислот из гликогена и триглицеридов жировых депо, что осуществляется под влиянием глюкагона. Возмож­но, что структурное разъединение инсулярного (обеспе­чивающего депонирование глюкозы в форме гликогена и свободных жирных кислот в форме триглицеридов) и контринсулярного, оказывающего противоположное действие, компонентов обеспечивает возможность более целенаправленного регулирования энергетического об­мена в зависимости от потребностей организма.

Ю, К. Елецкий и В. В. Яглов отмечают еще одну важную особенность структурной организации «тем­ных» островков птиц. Это наличие в них локальных расширений межклеточных щелей и относительная бед­ность кровеносными сосудами. Авторы считают, что цитоплазматические выросты поверхности экзокринных панкреацитов, окружающих «темные» островки, пере­крывая межклеточные щели, обеспечивают внеклеточ­ное депонирование клюкагона и адекватное выведение его в сосудистое русло при возникающих потребностях.

Млекопитающие. У всех изученных представителей отрядов зайцеобразных, хищных, грызунов, рукокры­лых, непарно- и парнокопытных, китообразных и при­матов эндокринная часть поджелудочной железы орга­низована в форме панкреатических островков, хотя у многих представителей отмечена и внеостровковая локализация отдельных эндокринных клеток (напри­мер, в составе эпителия протоков, в составе концевых отделов экзокринной части). В эволюционном отноше­нии панкреатические островки млекопитающих явля­ются «смешанными» островками, состоящими из А-, В-иD-клеток. В количественном отношении преобладаю­щим клеточным типом являются В-клетки. Здесь, ве­роятно, следует указать на существование экологической детерминации в отношении преобладания того или иного клеточного типа в панкреатическом островке. Так, к примеру, у дельфина, местом обитания которого является вода, панкреатические островки по содержа­нию А- и В-клеток напоминают островки костистых рыб, у которых индекс В/А имеет значения от 0,66 до 1,85.

Подводя итог нашего краткого обзора основных эта­пов эволюции эндокринной части поджелудочной желе­зы, можно заключить, что у бесчерепных все клеточные элементы, гомологичные клеткам поджелудочной желе­зы, локализуются в эпителии слизистой оболочки ки­шечника и его печеночном выросте. У круглоротых за счет миграции части железистых клеток формируется инсулярный аппарат (скопления эндокринных клеток, фолликулы Лангерганса) в собственном слое слизистой или среди соединительной ткани, окружающей кишеч­ник. Клетки же, гомологичные клеткам экзокринной части поджелудочной железы, локализуются в слизи­стой кишечника. У хрящевых рыб благодаря выселению остальных гомологов формируется поджелудочная же­леза, состоящая из экзо- и эндокринной частей. Первой формой организации эндокринной части железы явля­ется внешний эпителий. В ходе дальнейшей эволюции (амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие) стабили­зировалась новая форма структурной организации эн­докринной части поджелудочной железы — панкреати­ческие островки (рис. 13).